中高壓變頻器的分類和比較
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6 三電平電壓源型變頻器
采用高壓HV－IGBT或IGCT的三電平電壓源型變頻器，功率范圍可達9100kVA，電壓范圍可達6600V，輸出頻率可達150Hz。
HV-IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結構如圖12所示。IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結構如圖13所示。三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形如圖14所示。
圖12 HV－IGBT三電平電壓源型變頻器主電路結構
圖13 IGCT三電平電壓源型變頻器主電路結構
（a） 無輸出濾波器
（b） 有輸出濾波器
圖14 三電平電壓源型變頻器的電壓電流波形
其優(yōu)點是效率高，輸出頻率高；動態(tài)性能好，過載能力強；轉矩脈動小，電機噪聲小；網(wǎng)側配置多樣化，可實現(xiàn)12、18或24脈沖整流，以減少網(wǎng)側諧波；直流進線可配制動電阻；對電機絕緣無影響，輸出電纜長度無限制；與基波一致的功率因數(shù)；高可靠的無熔斷器設計。
其缺點是不可控二級管整流器，單象限運行，要四象限運行需采取額外的措施；如果采用GTO或IGCT器件，需要復雜的緩沖電路；直流環(huán)節(jié)需扼流圍，并需要輸出濾波器；GTO或IGCT需要復雜的門極觸發(fā)電路。
適用于風機水泵、傳送帶驅(qū)動、礦石粉碎機、軋機、擠壓機、窯傳動等。
7 采用低壓LV－IGBT的單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器
其功率范圍可達3～220MW，電壓范圍可達10kV。單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器主電路結構如圖15所示。變頻器元器件數(shù)量見表1所列。
圖15 單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器電路結構
表1 變頻器元器件數(shù)量 只
| 元器件名稱 | 3.3kV/2MW | 6.6kV/2MW |
|---|---|---|
| 電容器 | 180 | 270 |
| IGBT | 240 | 360 |
| 二極管 | 72 | 108 |
| 熔斷器 | 36 | 54 |
其優(yōu)點是極低的輸出諧波含量，在無輸出濾波器的情況下，可使THD0.3％，堪稱“完善無諧波”變頻器；極低的轉矩紋波和電機噪聲；功率因數(shù)可達0.95；對電機絕緣無損害，電纜長度無限制；便于冗余設計。
其缺點是只能單象限運行；不能進行旁路切換；不能實現(xiàn)無熔斷器設計；體積大，笨重；元器件非常多，因而可靠性差；電容器多，易發(fā)生漏電問題；功率節(jié)點多，增加連接難題；多電平結構的變壓器必須和變頻器集成在一起，使電氣室的空間和散熱成為問題；考慮空間要求時，大容量裝置只能采用水冷方式。
適用于風機水泵。
8 各種類型變頻器的比較
各種類型變頻器的比較見表2所列。
表2 高壓變頻傳動系統(tǒng)選型表
| 變頻器類型 | 交—交 | 負載換流（LCI） | 電流源（CSI） | 電壓源（VSI） |
|---|---|---|---|---|
| 功率器件 | 晶閘管 | 晶閘管 | GTO | HV－IGBT＊ |
| 功率范圍/MW | 1.5～∝ | 2.5～∝ | 1.5～10 | 0～7 |
| 最高轉速r/min | 500 | 7000 | 12000 | 6000 |
| 最低轉速/額定轉速 | 0 | 0.1 | 0.1 | 0 |
| 動態(tài)響應能力 | ＋＋ | O | ＋ | ＋＋ |
| 電網(wǎng)適應能力 | ＋＋ | ＋＋ | ＋＋ | O＊＊ |
| 網(wǎng)側諧波 | － | O | O | ＋ |
| 網(wǎng)側功率因數(shù) | － | O | O | ＋ |
| 轉矩紋波 | ＋＋ | ＋ | ＋＋ | ＋＋ |
| 效率 | ＋＋ | ＋＋ | O | ＋ |
＋：好；＋＋：極好；O：不滿意；－：差；－－：很差。
9 結語
高壓變頻技術正處于發(fā)展階段，還沒有達到像低壓變頻器那樣成熟。限于功率器件的特性和具體拖動系統(tǒng)的要求，而開發(fā)出了各種類型的變頻器，它們各有其優(yōu)缺點，不能一概而論哪一種變頻器好與不好。選型時應根據(jù)供電電網(wǎng)及拖動對象的特點來定，不必一味追求某種指標。如起重設備、機車牽引、船舶主傳動要選用可四象限運行的變頻器；對于軋鋼機則要選擇動態(tài)響應能力好和過載能力強的變頻器；對于低速運行的設備可選用交—交變頻器；而對于高速運行的設備則可選用負載換流加同步電機的方式，或者選用電流源型變頻器。單元串聯(lián)多電平變頻器只能用在風機水泵調(diào)速節(jié)能的場合。
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