变频器主电路的高-高直接高压拓扑结构

    直接高压方式就是直接对高压进行整流后逆变输出，无需降压／升压变压器，可选择有隔离变压器或采用进线电抗器，整流部分可采用PWM整流器或移相整流器，如图5.23所示。常见的高一高直接高压结构有功率器件串联二电平电流型高压变频器、中性点钳位三电平PWM高压变频器和多电平高压变频器等。
    图5.23    高-高直接高压结构    1) 功率器件串联二电平电流型高压变频器    这类变频器多为电流源型变频器，采用大电感作为中间直流滤波环节。整流电路一般采用晶闸管作为功率元件，根据电源电压的不同，每个桥臂需由晶闸管串联，而逆变器则采用晶闸管或GTO等功率元件串联。图5.24是此类变频器的结构示意图。
    图5.24     功率器件串联二电平电流型高（中）压变频器结构    美国A-B公司生产的中（高）压变频器Bulletin1557系列，其电路结构为交直交电流源型，采用功率器件GTO串联的两电平逆变器，采用无速度传感器直接矢量控制，电机转矩可快速变化而不影响磁通，综合了脉宽调制和电流源结构优点，其运行效果近似直流传动装置。    2) 中性点钳位三电平PWM高压变频器    在PWM电压型变频器中，当输出电压较高时，为了避免器件串联引起静态和动态均压问题，同时降低输出谐波及du/dt的影响，逆变器部分可采用中性点钳位的三电平方式，逆变器的功率器件可采用高压IGBT或IGCT，如图5.25所示。ABB公司生产的ACS1000系列变频器为采用新型功率器件(集成门极换流晶闸管IGCT)的三电平变频器，其输出电压等级有2.2kV、3.3kV和4.16kV。
    图5.25    中性点钳位三电平PWM高压变频器结构    3) 多电平高压变频器    采用多电平结构的高压变频器有法国AISTOM公司的AISPA VDM6000系列，图5.26所示为四电平高压变频器的结构。该系统采用模块结构，有效地保证了功率元件的串联连接，它不是元器件的简单的串联，而是结构上的串联，这就保证了电压的安全和自然匹配。其特点如下。    (1)整体单元装置的串、并联拓扑结构以满足不同的电压等级(如3.3kV、6.6kV和10kV)的需要。    (2)系统普遍采用直流母线方案，以实现多台高压变频器之间能相互交换。    (3)没有传统结构中各级功率器件上的众多分压分流装置，消除了系统的可靠性低的因素。    (4)输出波形非常接近正弦波，适用于普通感应电机和同步电机调速，而无需降低容量，没有du/dt对电机绝缘的影响，电机没有额外的温升。    (5) AISPA VDM6000系列可根据电网对谐波的不同要求，采用12脉冲、18脉冲的二极管整流或晶闸管整流；将电能反馈回电网时可用晶闸管整流桥；要控制电网的谐波功率因数及实现四象限运行时，可选择有源前端。
    图5.26    四电平高压变频器结构