新型非PWM功率单元在完美无谐波高压变频器中的应用

新型非PWM功率单元在完美无谐波高压变频器中的应用

       1 引言

　　随着变频调速技术的发展，作为大容量传动的高压变频调速技术得到了广泛应用。高压电动机利用高压变频器可以实现无级调速，既可满足生产工艺过程对电动机调速控制的要求，又可节约能源，降低生产成本［1］。自1994年美国罗宾康公司推出第一代完美无谐波高压变频器以来，由于其性能好、可靠性高、维修简单等优点，在欧美、日本、中国等市场一直处于领先地位，完美无谐波高压变频器较之普通高压变频器，无论从变频器控制性能、可靠性保证、制造工艺等方面都提高了很大的一个档次［1］。但是，到目前为止，这种完美高压变频器的功率单元的整流部分采用单向二极管串联，逆变器部分输出采用多电平移相式pwm技术，每个功率单元脉冲控制都是采用pwm控制，逆变器的控制脉冲波形，由参考正弦波和三角波比较产生。为了进一步改进高压变频器的节能与降低电网污染及电磁干扰等现象，本文阐述了一种新型功率单元，即非pwm功率单元。非pwm并非真的不是pwm原理，只是把用于产生脉冲波形的三角载波，换成了频率不变，幅值变化的矩形波。为了引出新型功率单元，我们先从简单地对普通完美无谐波高压变频器进行介绍入手。

       2 完美无谐波高压变频器原理

　　完美无谐波高压变频器采用若干个变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。该变频器具有对电网谐波污染小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机，包括国产电机。

　　2.1 功率单元串联多电平结构

　　如图1所示，变频器共有15个功率单元，从a1～a5、b1～b5、c1～c5。每个功率单元输出电压为690v，功率单元本身结构完全相同［2］。6kv或10kv 电网电压经过副边多重化的隔离变压器给功率单元供电，功率单元为三相输入、单相输出的交-直-交pwm

　　电压源型逆变器结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。以6kv输出电压等级为例，每相由5个额定电压为690v的功率单元串联而成，输出相电压达3450v，线电压达6kv左右，每个功率单元分别由输入变压器的一组副边供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。二次绕组采用延边三角形接法，实现多重化，以达到降低输入谐波电流的目的［2］。对于6kv电压等级的变频器，就是36脉冲的整流电路结构，输入电流波形接近正弦波。由于输入电流谐波失真很低，变频器输入的功率因数可达到0.95以上。