由3个增加到5个,每个电平幅值相对降低,由整个直流母线电压变为一半的直流母线电压,在同等开关 频率的前提下,可使输出波形质量有较大的改善,输出dvdt也相应下降。与二电平变频器相比,在相同输 出电压条件下,这种结构还可使功率器件所需耐压降低一半。为了减少输出谐波,希望有较高的开关频率, 但受到器件开关过程的限制,还会导致变频器损耗增加,效率下降,所以功率器件开关频率一般为几百赫 兹。三电平变频器若不设置输出滤波器,一般需采用特殊电机,或普通电机降额使用 若输入也采用对称的三电平PWM整流结构,可以做到输入功率因数可调,输入谐波很低,且可 四象限运行,系统具有较高的动态性能,当然成本和复杂性也大大增加了。 第六节三电平变频器原理 图8为三电平逆变器一相的基本结构,V1-V4代表一相桥臂中的4个功率开关,DF1-DF4为反并联的 续流二极管,DC1,DC2为箝位二极管,所有的二极管要求有与功率开关相同的耐压等级。Ed为一组电容 二端电压,C为中心点。 对于每相桥臂通过控制功率器件ⅤI-V4的开通,关断,在桥臂输出点可获得三种不同电平+Ed, 0,-Ed,见表1。 由表1看出,功率开关V1和V3状态是互反的,V2与V4也是互反。同时规定,输出电压只能 +Ed到0,0到-Ed,或相反地变化,不允许在+Ed和-Ed之间直接变化。所以不存在二个器件同时导通或 同时关断,也就不存在动态均压问题 对于由三个桥臂组成的三相逆变器,根据三相桥臂U,V,W的不同开关组合,最终可得到三电 平变频器的33=27种开关模式 采用中心点箝位方式使输出增加了一个电平,输出电压的台阶降低了一半,而且很重要的一点是 增加了输出PWM控制的自由度,使输出波形质量在同等开关频率条件下有较大的提高 整流电路采用12脉冲二极管整流结构。逆变部分功率器件可以采用IGCT,反并联续流二极管集 成在GCT中。由于受到器件开关损耗,尤其是关断损耗的限制,IGCT的开关频率为600HZ左右。直流 环节用二组电答分压,得到中心点。直流环节还有d限制电路,共模电抗器,保护用CT等。d限 制电路主要由didt限制电抗器,与之反并联的续流二极管和电阻组成,因为1GCT器件本身不能控制didt 所以必须通过外加didt限制电路,使逆变器lGCT反并联续流二极管的反向恢复控制在安全运行范围内 同时该电路也用于限制短路时的电流上升率。共模电抗器一般在变压器与变频器分开安置,且变压器副边 和整流桥输入之间电缆较长时采用,当变压器和变频器一起放置时,可以省去。其作用主要是承担共模电 压和限制高频漏电流,因为当输出设置滤波器时,由于滤波电容的低阻抗,电机承受的共模电压极小,共 模电压由输入变压器和逆变器共同承担,当变压器与变频器之间电缆较长,线路分布电容较大,容抗下降 导致变压器承受的共模电压下降,逆变器必须承受较高的共模电压,影响功率器件安全,共模电抗器就是 设计用来承受共模电压的。另外高频的共模电压还会通过输出滤波电容,变压器分布电容,电缆分布电容 形成通路,产生高频漏电流,影响器件安全,共模电抗器也起到抑制高频漏电流的作用。保护用IGCT的 作用是当逆变器发生短路等故障时,切断短路电流,起到相当于快熔的作用。由于逆变电路采用IGCT作 为功率器件,而IGCT本身不象IGBT那样存在过电流退饱和效应,可以通过检测集电极电压上升来进行 短路检测,并通过门极关断进行保护,所以必须通过霍尔电流传感器,检测到过电流,然后通过串联在上 下直流母线的二个保护用IGCT进行关断。由于直流环节存在共模电抗器和didt限制电抗器,导致整流桥 输出和滤波电容之间存在较大阻抗,这样电网的浪涌电压要通过整流桥形成浪涌电流,再通过滤波电容吸 收的效果大大降低,为了保护整流二极管免受浪涌电压的影响,在整流桥输出并联了阻容吸收电路。箝位 极管保证了桥臂中最外侧的两个IGCT承受的电压不会超过一半的直流母线电压,确切地说,应该是对 应侧滤波电容的电压,所以最外侧的两个IGCT不存在过压问题。内侧的两个器件仍要并联电阻,以防止 产生过压。因为在同侧二个器件同时处于阻断状态时,内侧的器件承受的电压可能超过一半的直流母线电 压,具体电压取决于同侧二个器件的漏电流匹配关系。 如果不加输出滤波器,三电平变频器输出时电机电流总谐波失真可以达到17%左右,会引起电机 谐波发热,转矩脉动。输出电压跳变台阶为一半直流母线电压,dvdt也较大,会影响电机绝缘,所以一般由 3 个增加到 5 个，每个电平幅值相对降低，由整个直流母线电压变为一半的直流母线电压，在同等开关 频率的前提下，可使输出波形质量有较大的改善，输出 dv/dt 也相应下降。与二电平变频器相比，在相同输 出电压条件下，这种结构还可使功率器件所需耐压降低一半。为了减少输出谐波，希望有较高的开关频率， 但受到器件开关过程的限制，还会导致变频器损耗增加，效率下降，所以功率器件开关频率一般为几百赫 兹。三电平变频器若不设置输出滤波器，一般需采用特殊电机，或普通电机降额使用。 若输入也采用对称的三电平 PWM 整流结构，可以做到输入功率因数可调，输入谐波很低，且可 四象限运行，系统具有较高的动态性能，当然成本和复杂性也大大增加了。 第六节 三电平变频器原理 图 8 为三电平逆变器一相的基本结构，V1-V4 代表一相桥臂中的 4 个功率开关，DF1-DF4 为反并联的 续流二极管，DC1，DC2 为箝位二极管，所有的二极管要求有与功率开关相同的耐压等级。Ed 为一组电容 二端电压，C 为中心点。 对于每相桥臂通过控制功率器件 V1-V4 的开通，关断，在桥臂输出点可获得三种不同电平+Ed， 0，-Ed，见表 1。 由表 1 看出，功率开关 V1 和 V3 状态是互反的，V2 与 V4 也是互反。同时规定，输出电压只能 是+Ed 到 0，0 到-Ed，或相反地变化，不允许在+Ed 和-Ed 之间直接变化。所以不存在二个器件同时导通或 同时关断，也就不存在动态均压问题。 对于由三个桥臂组成的三相逆变器，根据三相桥臂 U，V，W 的不同开关组合，最终可得到三电 平变频器的 33=27 种开关模式 采用中心点箝位方式使输出增加了一个电平，输出电压的台阶降低了一半，而且很重要的一点是 增加了输出 PWM 控制的自由度，使输出波形质量在同等开关频率条件下有较大的提高。 整流电路采用 12 脉冲二极管整流结构。逆变部分功率器件可以采用 IGCT，反并联续流二极管集 成在 IGCT 中。由于受到器件开关损耗，尤其是关断损耗的限制，IGCT 的开关频率为 600HZ 左右。直流 环节用二组电容分压，得到中心点。直流环节还有 di/dt 限制电路，共模电抗器，保护用 IGCT 等。di/dt 限 制电路主要由 di/dt 限制电抗器，与之反并联的续流二极管和电阻组成，因为 IGCT 器件本身不能控制 di/dt， 所以必须通过外加 di/dt 限制电路，使逆变器 IGCT 反并联续流二极管的反向恢复控制在安全运行范围内， 同时该电路也用于限制短路时的电流上升率。共模电抗器一般在变压器与变频器分开安置，且变压器副边 和整流桥输入之间电缆较长时采用，当变压器和变频器一起放置时，可以省去。其作用主要是承担共模电 压和限制高频漏电流，因为当输出设置滤波器时，由于滤波电容的低阻抗，电机承受的共模电压极小，共 模电压由输入变压器和逆变器共同承担，当变压器与变频器之间电缆较长，线路分布电容较大，容抗下降， 导致变压器承受的共模电压下降，逆变器必须承受较高的共模电压，影响功率器件安全，共模电抗器就是 设计用来承受共模电压的。另外高频的共模电压还会通过输出滤波电容，变压器分布电容，电缆分布电容 形成通路，产生高频漏电流，影响器件安全，共模电抗器也起到抑制高频漏电流的作用。保护用 IGCT 的 作用是当逆变器发生短路等故障时，切断短路电流，起到相当于快熔的作用。由于逆变电路采用 IGCT 作 为功率器件，而 IGCT 本身不象 IGBT 那样存在过电流退饱和效应，可以通过检测集电极电压上升来进行 短路检测，并通过门极关断进行保护，所以必须通过霍尔电流传感器，检测到过电流，然后通过串联在上 下直流母线的二个保护用 IGCT 进行关断。由于直流环节存在共模电抗器和 di/dt 限制电抗器，导致整流桥 输出和滤波电容之间存在较大阻抗，这样电网的浪涌电压要通过整流桥形成浪涌电流，再通过滤波电容吸 收的效果大大降低，为了保护整流二极管免受浪涌电压的影响，在整流桥输出并联了阻容吸收电路。箝位 二极管保证了桥臂中最外侧的两个 IGCT 承受的电压不会超过一半的直流母线电压，确切地说，应该是对 应侧滤波电容的电压，所以最外侧的两个 IGCT 不存在过压问题。内侧的两个器件仍要并联电阻，以防止 产生过压。因为在同侧二个器件同时处于阻断状态时，内侧的器件承受的电压可能超过一半的直流母线电 压，具体电压取决于同侧二个器件的漏电流匹配关系。 如果不加输出滤波器，三电平变频器输出时电机电流总谐波失真可以达到 17%左右，会引起电机 谐波发热，转矩脉动。输出电压跳变台阶为一半直流母线电压，dv/dt 也较大，会影响电机绝缘，所以一般 中国设计师网自控频道 www.zk.shejis.com