电源：高压变频器原理

21ic电源：1 高压变频器中，什么是高高方式?什么是高-低-高方式?

答：高高方式高压变频器是指变频器直接使用高压电源作为输入，且直接输出高压供高压电机使用(输入输出不需要升降压变压器)。高高方式主要用在大功率高压电机变频调速节能场合。

高低高方式变频器是高压电源经降压变压器降压后，用低压变频器进行变频控制，再用升压变压器把电压升到所需电压，供高压电机使用，高低高方式主要用在小功率高压电机变频调速节能场合。

2 高压变频器中，什么是交-直-交方式?什么是交-交方式?

答： 无论是电流源型还是电压源型变频器，其原理都是将电网交流电经全波整流电路整流成直流电。然后又经逆变电路“逆变”成频率和电压均可调的三相交流电作为三 相异步电动机的变频电源。可见，在变频器的输入和输出之间，经历了“交流原直流原交流”的过程，故称为“交原直原交”变频。

如图1 所示，交原交方式变频器主要分为晶闸管交原交变频器和矩阵式变换器两种，其特征是将交流电源不经过整流环节，而是直接通过控制开关器件的导通和关断来获取频率可变的交流电压，中间没有直流环节，所以成为交原交方式。

3 什么是电压源型变频器?什么是电流源型变频器?各有哪些优缺点?

答：根据直流电路中滤波方式的不同，变频器被分为电压源型和电流源型两种，如图2 所示。

1)电压源型变频器直流电路采用电容器滤波。在波峰(电压较高)时，由电容器储存电能场，在波谷(电压较低)时，电容器将释放电场能来进行补充，从而使直流电压保持平稳。直流电路是一个电压源，故称为电压源型。其特点是：

(1)直流侧并联大电容，相当于电压源。直流电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

(2)由于直流电压源的箝位作用，交流侧输出的电压波形为矩形波，并且与阻抗角无关。而交流侧输出的电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

(3)当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时电流要反相，所以开关器件两端需要反并联二极管。

2)电流源型变频器直流电路采用电抗器滤波。在波峰(电流较大)时，由电

抗器储存磁场能，在波谷(电流较小)时，电抗器将释放磁场能来进行补充，从而使直流电流保持平稳。直流电路是一个电流源，故称为电流源型。其特点是：

(1)直流侧串联大电感，相当于电流源。直流电流基本无脉冲，直流回路呈现高阻抗。

(2)由于开关器件仅改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流波形为矩形波，并且与阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

(3)当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电感起到缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反相，因此不必像电压源逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。

4 什么是单元串联型高压变频器?什么是器件串联型高压变频器?

答：单元串联型高压变频器是利用低压单相变频器串联来弥补功率器件IGBT 的耐压能力不足。每个功率单元本身即是一个低压变频器，结构和性能完全一样，具有可互换性和批量生产性。

器 件串联型高压变频器如图猿所示，可以看出，系统由电网高压直接经高压断路器进入变频器，经过高压二极管全桥整流，直流平波电抗器和电容滤波，再经逆变器逆 变，加上正弦波滤波器，简单易行地实现高压变频输出，直接供给高压电动机。其主要特点是将IGBT直接串联来解决器件耐压不足的问题，采用二电平电压源型 高压变频器已有的成熟技术，如结构简单，体积小，效率高，成本低等。

5 什么是三电平变频方式?

答：三电平变频器原理如图源所示。在PWM电压源型变频器中，当输出电压较高时，为了避免器件串联引起的静态 和动态均压问题，同时降低输出谐波及dv/dt的影响，逆变器部分可以采用中性点箝位的三电平方式(Neutral Point Clamped，NPC)。逆变器的功率器件可采用高压绝缘栅双极型晶体管IGBT或集成门极换流晶闸管IGCT。三电平变频器采用的箝位电路，解决了两 只功率器件串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。三电平变频器在国内市场 遇到的最大难题是输出电压问题，其最大输出电压达不到6 kV，所以往往需要采用变通的方法，要么改变电动机的电压(或进行星/三角改接)，要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的广泛应用。目前也有器件 串联三电平变频器，或裂相三电平(每相用一个单相三电平变频器)变频器，如ABB公司的ACS5000系列。

6 为什么单元串