一種用IGCT實現高壓大功率變頻器的方法

1 引言

　　目前，高壓大功率變頻器是一個十分重要的應用領域。而基于igbt的變頻器其功率等級最大多在5000kw左右，功率在10000kw及以上的高壓變頻器用igbt就難以實現。目前，abb等國際大公司均推出了基于igct的三電平變頻器。但在高壓大功率應用條件下，三電平技術的可靠性在國內還有待于提高。此外，高壓大功率變頻器的性能試驗也是一個難題。本文主要介紹采用igct組成的大功率變頻器和試驗方法，僅供參考和借鑒。

2 構成原理

　　2.1 6kv變頻器

　　具體的工作過程是：以6kv變頻器為例，見圖1。電網電壓經過移相變壓器降為1750v，經整流橋d整流，然后進入由電容器cc、cd、電感lc、電阻rc、二極管ds組成的緩沖電路，然后電信號輸入由igct逆變橋組成的兩電平功率單元，每相由兩個igct功率單元進行串聯組成，形成交流電壓，然后高壓輸出給電機。

　　每個兩電平功率單元由整流橋、穩壓電路、igct逆變橋組成，穩壓電路接入igct逆變橋輸入端，電阻rc與二極管ds串聯，兩端與電感lc并聯，在電阻rc與二極管ds之間接有電容器cc，電容器cc另一端接電容器cd；電容器cd另端接電感lc與電阻rc的輸入端。igct逆變橋由四個由igct器件與二極管dr組成的反并聯單元構成。

　　對于6kv變頻器，移相變壓器二次側電壓1750v，功率單元直流側電壓2500v，每相2個功率單元串聯，功率部分只需6個功率單元。移相變壓器共6個副邊繞組。

　　這樣，每個功率單元輸出的最高電壓為1750v，2個功率單元串聯就能夠輸出3500v，正好對應于6kv系統的相電壓。

　　對4500v/4000a的igct而言，其長期工作電流有效值可達1500a。所以，變頻器的容量為

　　s=1.732×6000×1500=15000kva

　　考慮到電機的功率因數，此種變頻器可以輕松驅動12000kw的電機。

　　2.2 10kv變頻器

　　見圖2。對于10kv變頻器，移相變壓器二次側電壓1900v，功率單元直流側電壓2700v，每相3個功率單元串聯，功率部分只需9個功率單元。移相變壓器共9個副邊繞組。

　　這樣，每個功率單元輸出的最高電壓為1900v，3個功率單元串聯就能夠輸出5700v，正好對應于10kv系統的相電壓。

　　在要求高可靠性的場合，每相也可以串聯4個igct功率單元。

　　對4500v/4000a的igct而言，其長期工作電流有效值可達1500a。所以，變頻器的容量為

　　s=1.732×10000×1500 =26000kva

　　考慮到電機的功率因數，此種變頻器可以輕松驅動22000kw的電機。

　　2.3 3kv變頻器

　　見圖3。對于3kv變頻器，變壓器每相采用一個功率單元的形式，功率部分只需3個功率單元。

3 高壓大功率變頻器性能試驗

　　高壓大功率變頻器出廠前的試驗是產品質量檢查的重要環節，特別是全載（即滿額定負荷）試驗尤為重要。