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三电平大功率通用变频器的研制 发布 :2011-09-07 | 作者 : | 来源 : wanghuixiang | 查看 :601 次 | 用户关注： 1、引言在实际工业中，因装置容量的规模越来越大，而在能量变换中发挥关键的功率器件 所能承受的通断电压和通态电流却受到现有功率半导体制作水平的限制， 促使人们从逆变拓 扑结构方面展开研究以满足实际需要。自日本长冈科技大学的南波江章 (A.Nabae) 等人于 1980 年在 IEEE 工业应用年会提出三电平中点箝位式结构以来， 这种拓扑结构在实际工业现 场获得了广泛的应用 [1] 。与普通两电平逆变器相比三电平逆变器具有如下的优点： (1)在直 流母线 1、引言 在实际工业中， 因装置容量的规模越来越大， 而在能量变换中发挥关键的 功率 器 件所能承受的通断电压和通态 电流却受到现有功率半导体制作水平的限制， 促使 人们从逆变拓扑结构方面展开研究以满足实际需要。 自日本长冈科技大学的南波 江章 (A.Nabae) 等人于 1980 年在 IEEE 工业应用年会提出三电平中点箝位式结构 以来，这种拓扑结构在实际工业现场获得了广泛的应用 [1] 。 与普通两电平 逆变器 相比三电平逆变器具有如下的优点： (1) 在直流母线电压一定的情况下， 开关 器件的耐压等级减小一半； (2) 在同等开关频率下，三电平逆变器输出电压的谐波含量降低 50% ； (3) 采用相同功率等级的开关器件，输出功率可以提高一倍。 针对轧钢机，本文研制了 690V/600 kW 大功率 变频器 ，主电路采用三电平 二极 管箝位式拓扑结构，开关器件采用 IGBT ，采用 光纤 进行驱动信号的传输，调制 方式为三电平空间电压矢量 PWM(SVPWM) 。装置中采用了有效的中点电压平 衡措施，有过流、短路等保护功能。同时，根据对三电平变频器输出电压阶梯波 形的分析， 得出了三电平逆变器输出电压的谐波特性， 概括了谐波分布的一般规 律，所得到的结论对于调制策略的应用具有实际指导意义。 2 、主回路的组成 本文研制的变频器装置采用三电平逆变器拓扑结构， 三电平大功率通用变频器系 统结构框图，主回路主要包括移相 变压器 、12 脉冲整流桥、功率单元和预充电 电路，下面分别加以介绍： (1) 移相变压器：为了降低输入谐波电流，移相变压器实行多重化设计， 2 套副 边绕组，分为 2 个不同的相位组，分别采用星形和三角形联结，构成相位相差 30o 、大小相等的两组电压加到整流桥上。这样 5、7 次谐波在变压器的一次侧 将会有 180o 的相移，能够相互抵消，减少对电网的谐波污染。 (2) 12 脉冲整流桥：整流部分采用 12 脉冲二极管整流桥，可以减少直流侧电压 的脉动。 (3) 预充电环节：在变频器起动时，为了防止 滤波电容 C1 、C2 在合上 电源开关 通电的瞬间产生过大的充电电流， 故在整流器 和滤波电容 C1 、C2 间的直流回路 中串入限流 电阻 R1、R2 。待母线电压建立起来以后，交流 接触器 KM 闭合从而 切掉 R1 、R2 ，以免因长期接入 R1、R2 而影响变频器的正常工作。 (4) 功率单元：采用 12 个可关断功率器件 IGBT 和 6 个箝