高壓變頻器的工作原理

一、變頻器原理

1、交直交電路

變頻器是一種將固定頻率交流電轉(zhuǎn)換成可調(diào)頻率交流電的輸出裝置。分交-直-交三部分，

變換電路由直流電路、濾波電路、逆變電路等組成。

2、功率單元

功率單元為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)三相全波整流，通過對(duì) IGBT 逆變橋

進(jìn)行正弦 PWM 控制，輸出直流電壓。

每個(gè)功率單元一樣，可以互換，這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分方便，假

如某一單元發(fā)生故障，單元的輸出端能自動(dòng)旁路故障單元實(shí)現(xiàn)降額工作，而不影響運(yùn)行。

功率單元逆變橋?yàn)?H 橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由四個(gè)開關(guān)元件組成，中間連接著負(fù)載，形狀如字

母“H”。當(dāng) Q1 和 Q4 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)電流從左到右，電機(jī)正向通電，當(dāng) Q2 和 Q3 開關(guān)導(dǎo)

通時(shí)，電機(jī)反向通電，在正常情況下，不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通 Q1 和 Q2（或 Q3 和 Q4）。這樣就出

現(xiàn)正電平，零電平，負(fù)電平三種電壓，稱為三電平變頻器。

3、串聯(lián)疊加

單個(gè) IGBT 耐壓只有 1700V，功率單元需要使用串聯(lián)方式疊加輸出高壓，是一種串聯(lián)

疊加型高壓變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻變壓的高壓輸出，供給電動(dòng)機(jī)可變頻變壓的交流電。

6kV 系列有 15 個(gè)功率單元，每 5 個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相，10kV 系列有 24 個(gè)功率單

元，每 8 個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

單元串聯(lián)變頻器優(yōu)點(diǎn)：

1）采用功率單元串聯(lián)，技術(shù)成熟，通過串聯(lián)單元的個(gè)數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求；

2）輸入輸出波形，使其能適應(yīng)任何場(chǎng)合及電機(jī)使用；

3）多功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，

即使在個(gè)別單元故障時(shí)也可通過單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能正常或降額運(yùn)行。

移相變壓器，功率單元，電機(jī)的一次接線原理圖如下：

高壓變頻器輸出電壓由功率單元電壓串聯(lián)形成，每個(gè)功率單元的輸出均為等幅電壓波形，

串聯(lián)疊加后在變頻器輸出側(cè)構(gòu)成階梯狀電壓波形。

下圖為 6KV 系統(tǒng)，5 單元的電壓波形疊加圖，可以擬合成不同頻率的正弦波。變頻器

開關(guān)器件 IGBT 工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧波。