高压变频器基础教程精选.

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1、高压变频器基础教程作者 :上海艾帕电力电子有限公司竺伟、八 、前言随着电气传动技术， 尤其是变频调速技术的发展， 作为大容量传动的高压变 频调速技术也得到了广泛的应用。高压电机利用高压变频器可以实现无级调速， 满足生产工艺过程对电机调速控制的要求， 以提高产品的产量和质量， 又可大幅 度节约能源，降低生产成本。近年来，各种高压变频器不断出现，高压变频器到 目前为止还没有像低压变频器那样近乎统一的拓扑结构。 根据高压组成方式可分 为直接高压型和高 -低 -高型，根据有无中间直流环节来分， 可以分为交 -交变频器 和交 -直-交变频器，在交 -直-交变频器中，按中间直流滤波环节的不同，可分为 电压

2、源型和电流源型。高 -低-高型变频器采用变压器实行输入降压，输出升压的 方式，其实质上还是低压变频器， 只不过从电网和电机两端来看是高压的， 是受 到功率器件电压等级技术条件的限制而采取的变通办法， 需要输入，输出变压器， 存在中间低压环节电流大，效率低下，可靠性下降，占地面积大等缺点，只用于 一些小容量高压电机的简单调速。常规的交 -交变频器由于受到输出最高频率的 限制，只用在一些低速，大容量的特殊场合。直接高压交 -直 -交变频器直接高压 输出，无需输出变压器，效率高，输出频率范围宽，应用较为广泛。我们将对目 前使用较为广泛的几种直接高压输出交 -直-交型变频器及其派生方案进行分析， 指出

3、各自的优缺点。评价高压变频器的指标主要有：成本，可靠性，对电网的谐 波污染，输入功率因数，输出谐波，dv/dt，共模电压，系统效率，能否四象限运 行等。顺便指出，我们习惯称作的高压变频器，实际上电压一般为2.3-10KV ，国内主要为 3KV， 6KV 和 10KV ，和电网电压相比，只能算作中压，故国外常成 为 Medium Voltage Drive。高压变频器正向着高可靠性，低成本，高输入功率因数，高效率，低输入输 出谐波，低共模电压，低dv/dt等方向发展。电流源型变频器技术成熟，且可四 象限运行， 但由于高压时器件串联的均压问题， 输入谐波对电网的影响和输出谐 波对电机的影响等问题，

4、 使其应用受到限制。 对风机和水泵等一般不要求四象限 运行的设备，单元串联多电平 PWM 电压源型变频器在输入，输出谐波，效率和 输入功率因数等方面有明显的优势， 具有较大的应用前景。 对于轧机， 卷扬机等 要求四象限运行和动态性能较高的场合， 双 PWM 结构的三电平电压源型变频器 会得到广泛的应用。一、电流源型变频器电流源型变频器（CSI: Current Source Inverter）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器件，少数也有采用 GTO 的，主要目 的是采取电流 PWM 控制，以改善输入电流波形。逆变部分一般采用晶闸管或 GTO 作为功率器件。由于

5、存在着大的平波电抗器和快速电流调节器，所以过电 流保护比较容易。 当逆变侧出现短路等故障时， 由于电抗器存在，电流不会突变， 而电流调节器则会迅速响应， 使整流电路晶闸管的触发角迅速后移， 电流能控制 在安全范围内。 为了对接地短路也实现保护， 通常把滤波电抗器分为两半， 上下 直流母线各串一半。 电流源型变频器的一大优点是能量可以回馈电网， 系统可以 四象限运行。虽然直流环节电流的方向不能改变，但整流电压可以反向 （当整流 电路工作在有源逆变状态时 ），能量可以回馈到电网。晶闸管目前工业应用的最高电压为 8000V 左右，当电网电压较高时，可采 用晶闸管串联的办法。 比如，当电网电压为交流

6、4160V 时，需要 2个耐压为 5KV 的晶闸管串联，才能满足 5900V 峰值电压时的耐压要求。考虑到器件串联时的 均压问题和器件耐压使用安全裕量， 在工业应用中， 一般使用到器件额定电压的 50-60%。晶闸管串联存在静态均压和动态均压问题。均压电阻会消耗一部分功 率，影响系统的效率。晶闸管的通态压降一般较低，门极触发电路比较简单，驱 动功率较低。以6500V, 4200A的晶闸管为例，通态压降可做到1.73V，门极触 发电流仅需400mA，触发功率仅为 3W，该晶闸管的断态电压临界上升率达 2000V/US，通态电流临界上升率达 250A/us（连续）。由于电源侧采用三相桥式晶闸管整流

7、电路， 输入电流的谐波成份较大， 为了 降低谐波， 可采取多重化， 有的还必须加输入滤波装置。 电流源型变频器输入功 率因数一般较低，且会随着转速的下降而降低，通常要附加功率因数补偿装置。另外，电流源型变频器还会产生较大的共模电压， 当没有输入变压器时， 共模电 压会施加到电机定子绕组中心点和地之间， 影响电机绝缘。 电流源型变频器的输 出电流谐波较高，会引起电机的额外发热和转矩脉动，必要时也可采取输出 12 脉冲方式或设置输出滤波器， 当然系统的复杂性和成本也会增加。 由于均压电路 等固定损耗较大， 以及输入功率因数较低， 导致无功电流较大等原因， 系统效率 会随着负载的降低而降低。电流源型

8、变频器种类较多， 主要有串联二极管式， 输出滤波器换相式， 负载 换相式和 GTO-PWM 式等。其中，前三种电流源型变频器的逆变功率器件都采 用晶闸管，输出采用 120导通方式。 GTO-PWM 式电流源型变频器采用 GTO 作为功率器件，逆变器一般采取电流 PWM 控制方式。在系统控制上，电流源型 变频器在一般应用时采取电压 -频率协调控制。与电压源型变频器可以直接控制 输出电压不同， 电流源型变频器的输出电压是由输出电流及负载决定的， 所以为 了实现电压频率协调控制， 必须设置电压环以实现输出电压的闭环控制。 高性能 时，通常采取磁场定向矢量控制， 采用常见的转速电流双闭环， 通过速度和

9、磁通 闭环调节器分别得到定子电流的转矩分量和励磁分量， 经过极坐标变换， 得到定 子电流幅值和负载角， 定子电流的幅值作为电流环的给定值， 控制晶闸管整流电 路实现定子电流的闭环控制， 负载角和同步旋转坐标系的位置角迭加在一起， 用 于逆变侧晶闸管的触发脉冲分配。电流源型变频器对电网电压的波动较为敏感，一般电网电压下降 15%，变频 器就会跳闸停机。一、 晶闸管电流源型变频器（一）1 串联二极管式电流源型变频器图 1 是串联二极管式电流源型变频器的逆变电路结构图。图中 C13， C35， C51和C46, C62, C24是换相电容器，禾U用换相电容和电机电感之间的谐振实 现晶闸管的强迫换流，

10、二极管 VD1-VD6 在换流过程中隔离电机反电势，使它不 影响换相电容的放电过程。变频器运行与电机参数 （主要是漏感 ）的关系较大,换 相电容的容量要与电机电感和负载电流相匹配。 在实际应用中, 通常要根据所带 电机的不同,相应地配置换相电容的数量。2输出滤波器换相式电流源型变频器输出滤波器换相式电流源型变频器利用输出滤波器对晶闸管进行换相，组成结构如图2所示。滤波器大概在50%转速时提供电机所需的全部励磁电流，在这点以上，负载（包括电机和滤波器）维持超前的功率因数。所以逆变器的 晶闸管可以实现自然换流，滤波器的容量基本和变频器容量相当，除了庞大的滤 波电容外，滤波器还必须串联一定量的电感，

11、 以防止产生过大的di/dt，影响晶闸 管的安全。由于滤波器容量较大，足以让电机自激发电，所以在滤波器输出和电 机之间必须附加一个接触器，以防止变频器跳闸或自由停车时，电机自激发电。 庞大的滤波器的优点是对输出120方波电流起到了很好的滤波作用， 所以速度 较高时，电机电流波形有所改善。当输出频率降低时，滤波器的滤波作用下降， 电机电流波形的质量也有所下降。 在变频调速过程中，由于输出电压随着频率的 上升正比上升，电容的阻抗与频率成反比关系，所以，随着输出频率的上升，流 入滤波器的基波电流幅值按照频率的平方关系上升，直到额定值。因此，这种变频器运行的最咼频率一般不会超过额定频率的 1.1倍，否

12、则，当频率过咼时，变 频器无法提供滤波电容所需的无功电流。图2输出滤波器换向式电流源型变频器在起动和低速时，由于输出电压较低，滤波电容基本上起不到换相作用， 一 般采取电流断续换相法。每当逆变侧晶闸管要换相时，设法使流入到逆变器的直 流电流下降到零，使逆变侧晶闸管暂时关断，然后给换向后应该导通的晶闸管加 上触发脉冲。重新恢复直流电流时，电流将根据触发顺序流入新导通的晶闸管， 从而实现从一相到另一相的换相。断流的办法很多，其中一种方法是在直流环节 设置一直流电流旁路电路，当要关断逆变侧晶闸管时，直流环节电流被此电路所 旁路，而不会流过逆变侧晶闸管，晶闸管自然关断。当下一对晶闸管需要导通时， 再切

13、断旁路电路，恢复直流电流继续流向逆变器 （图2）。此辅助断流电路要能承 受全部直流环节电压，并能通过全部直流电流，时间大约几百微秒，以保证晶闸 管恢复阻断。高压晶闸管要求较高的阻断电压，带来的负面影响是需要较长的关 断时间，因此，辅助断流电路需要相当的容量。当然，辅助断流电路不是设计成 为连续运行的，只是在起动和低速时工作，使速度达到一定值，让滤波电容能正 常工作，变频器要求能在两种模式之间自动切换。 另一种方法是封锁电源，或让 电源侧整流入逆变状态，直流环节电流迅速衰减，以达到短时间内断流的目的。 触发新的晶闸管时再让电源恢复。直流回路的平波电抗器对电流断续换相是十分 不利的，因此必须在电抗

14、器两端并联一个续流晶闸管，当电流衰减时，触发此晶闸管使之导通，使电抗器的能量得以释放，以便不影响逆变器的断流（图3）。输出滤波器换相式电流源型变频器在一些调速范围不大 （比如60-100%）的场 合还是应用比较成功的。图 lci3负载换相式电流源型变频器(LCI )负载换相式电流源型变频器(LCI : Load Commutated Inverter),负载为同步电机，变频器工作原理与输出滤波器换相式电流源型变频器有些类似, 组成结构见图3。晶闸管的关断主要靠同步电机定子交流反电势自然完成，不需要强迫换相， 逆变器晶闸管的换流与整流桥晶闸管的换流极其相似。变频器的输出频率一般不 是独立调节的，

15、而是依靠转子位置检测器得到的转子位置信号按一定顺序周期性 地触发逆变器中相应的晶闸管，LCI这种“自控式”功能，保证变频器的输出频 率和电机转速始终保持同步，不存在失步和振荡现象。同步电机在整个调速范围 内都必须提供超前的功率因数，以保证逆变器晶闸管的正常换相。电机必须有足 够的漏电感，以限制晶闸管的di/dt，电机也要能够承受变频器输出的谐波电流， 除了需要特殊的同步电机之外，LCI应用是较为成功的。尤其是在一些超大容量 的传动系统中，因为LCI无须强迫换流电路，结构简单，在大容量时只有晶闸 管能够提供所需的电压和电流耐量， 从电机角度来说，同步电机在大容量时，相 对异步电机也有不少优势。现

16、在，随着大容量自关断器件的应用越来越广泛， LCI应用逐渐减少。变频器输出电流波形和输入电流波形极为相似，呈120方波状，输出电流中含有丰富的谐波成分，谐波电流会产生电机的附加发热，也会产生转矩脉动。 图4为该变频的输出电压，电流和转矩。/WVWWWVW(AA/WWWW團44埔出竝聊com在起动和低速时，电机反电势很小，不足以保证安全换相，因此，一般也采 取电流断续换相法。LCI的一个主要缺点就是转矩过载能量不强。过载能力不强是因为换相造成 的,为了保证利用反电势换相的安全，要设置一定的换相提前角，比如空载换相 提前角设为60。，这样一来就导致平均转矩下降且转矩脉动增加。一、 GTO PWM式

17、电流源型变频器（二）GTO-PWM式电流源型变频器采用 GTO作为逆变部分功率器件，见图 5。GTO 可以通过门极进行关断，所以它不象晶闸管那样需要用于强迫关断的换流电路， 可使主电路结构简化。对于额定电压为交流 6KV的变频器，逆变器侧可采用每 三个6000V的GTO串联，作为一个开关使用，一共由18个GTO组成，GTO串 联时，同样存在稳态和动态均压问题。甲总5 GTtJ-PWM式电浜？W#喪弊器GTO是在晶闸管基础上发展起来的全控型电力电子器件，目前的电压电流 等级可达6000V, 6000A。GTO开关速度较低，损耗大，需要庞大的缓冲电路和 门极驱动电路，增加系统的复杂性和成本，使其应

18、用受到限制。GTO中数千只独立的开关单元做在一个硅片上，由于开关不均匀，需要缓冲电路来维持工作， 以限制器件承受的dv/dt，缓冲电路一般采用RCD型结构，二极管和电容必须有 与GTO相同的耐压等级，二极管要求用快恢复二极管。缓冲电路的损耗产生热 量，影响器件的可靠运行，并且影响变频器的效率。为了降低损耗，也有采取能 量回馈型缓冲电路的方案，通过 DC/DC变换电路把缓冲电容中储存的能量返回 到中间直流环节，但增加了装置的复杂性。GTO的开关频率较低，一般在几百赫兹，比如300HZ。以6000V，3000A（最大可关断阳极电流值）的GTO为例，通态平均电流为 1030A，通态压降3.5V,门极

19、开通触发电流1A，通态阳极电流上升率 400A/us（f=200HZ条件下），滞后时间2.5us,上升时间5us，存储时间25us,下 降时间3us,最小通态维持时间100us，最小断态维持时间100us,开通每脉冲能 耗2.5WS，关断每脉冲能耗16Ws。GTO的门极驱动，除了需要晶闸管一样的导 通触发脉冲外，还需要提供相当大的的反向关断电流，上述GTO的门极峰值关断电流就达900A，所以GTO的门极驱动峰值功率非常大。与输出滤波器换相式电流源型变频器相比，GTO-PWM式电流源型变频器输出滤波电容的容量可以大大降低，但不能省去。因为电机可近看作漏电感再加一 个旋转反电势组成。电流源型变频器

20、的输出电流幅值是由整流电路的电流环决定 的。在换流过程中，由于流过电机电感的电流不能突变，所以必须有电容缓冲变频器输出电流和电机绕组电流的差值。电容容量的选择取决于换流过程中允许产 生尖峰电压的大小。由于输出电容的容量比起输出滤波器换相式电流源型变频器 大大下降了，电容的滤波效果也跟着下降，输出电流波形的质量也会下降。电机 电流质量的提高可以通过 GTO采用谐波消除的电流PWM开关模式来实现。在 低频时，输出电流每个周期内相应的PWM波形个数较多，谐波消除会比较有效。 但是，由于受到GTO开关频率的限制，高速时谐波消除效果大大下降，图6为该变频器满载时输出电压电流波形。 若整流电路也采用GTO

21、作电流PWM控制， 可以得到较低的输入谐波电流和较高的输入功率因数，当然系统的复杂性和成本 也会相应增加，一般很少采用。fS & 0rw?J器着出菽聊二、三电平PWM电压源型变频器在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 动态均压问题，同时降低输出谐波和dv/dt，逆变器部分可以采用三电平方式，也称NPC（Netural Point Clamped中心点箝位）方式，如图7。逆变部分功率器件可采用 GTO，IGBT 或 IGCT。图7三电平逆变器主电路结构IGBT广泛应用在各种电压源型 PWM变频器中，具有开关快，损耗小，缓 冲及门极驱动电路简单等优点，但电压电流等级受

22、到导通压降限制。IGBT目前做到3300V，1200A。3300V的IGBT组成三电平变频器，输出交流电压最高为 2.3KV，若要求更高等级输出电压，必须采取器件直接串联，比如用 2个3300V 的IGBT串联作为一个开关使用，一共使用 24个3300V的IGBT，组成三电平 变频器，可做成4160V输出电压等级的变频器。器件直接串联就带来稳态和动 态的均压问题，这样就失去了三电平变频器本身不存在动态均压问题的优点，所以一般很少采用。以3300V，1200A的IGBT模块为例，其饱和压降为3.4V左右，开通延迟 时间370ns,上升时间250ns,关断延迟时间1550ns,下降时间200ns,

23、开通每脉 冲损耗2880mWs，关断每脉冲损耗1530mWs。集成在模块内的反并联续流二极 管，正向压降2.8V，峰值反向恢复电流1320A，反向恢复电荷740uAs。集成门极换流晶 闸管 IGCT(integrated gate-commutated thyristor)是由 GCT(gate commutated turn-off thyristor)和其门极控制电路集中成一体化的组件。GCT是在GTO基础上发展起来的新器件，它保留了 GTO高电压，大电流， 低导通压降的优点，又改善了其开关性能。GCT采用了缓冲层设计，它使器件的通态和开关损耗可减少到原来的1/2-1/2.5,但缓冲层会导

24、致关断时不能尽快抽 走器件1/20,在通态时存储的电荷，常规的GTO采用阳极短路技术，为存储电荷的抽走 提供一条通路，但阳极短路和缓冲层的结合会导致极高的触发电流和维持电流 GCT取消阳极短路，而将阳极做成可穿透型，这样，电荷存储时间减少至 后沿拖尾电流减小20倍。同时还能在同样阻断电压条件下，减少芯片厚度30%, 使得导通压降进一步降低。GTO有两个稳定工作状态“通”和“断”，在它们之 间（开断过程中）是不稳定状态。GCT采用一种新的低电感的驱动电路，在门极20V偏置情况下，可获得4000A/US电流变化率，使得在大约1us时间内，阳 极电压开始上升前，将全部阳极电流经门极流出，不通过阴极，

25、晶闸管的 p n p n四层结构暂时变为p n p晶体管的三层结构，有了稳定的中间状 态，一致性好，据称可以无缓冲电路运行。由于GCT硅片厚度减少，允许在同一 GCT片上做出高效的反并联续流二极管。GCT的门极关断峰值电流非常大，驱动电路需要相当容量的 MOSFET和相当数量的电解电容及其它元件组成，电 路非常复杂，要求很高，所以一般由 GCT生产厂家把门极触发及状态监视电路 和GCT管芯，甚至反并联续流二极管做成一个整体，成为IGCT，通过光纤输入触发信号，输出工作状态信号。IGCT作为一种新的电力电子器件，刚刚开始工业应用，其实际性能如何， 还有待于现场应用的考验。目前IGCT最大容量为：

26、反向阻断型：4500V, 4000A，逆导型：5500V， 1800A。用于三电平逆变器时，输出最高交流电压为 4160V，如要求更高的输出 电压，比如6KV交流输出，只能采取器件直接串联。以5500V，1800A（最大可关断阳极电流值）的逆导型IGCT为例，通态平均 电流为700A，通态压降为3V，通态阳极电流上升率530A/us，导通延迟时间小 于2us,上升时间小于1us，关断延迟时间小于6us，下降时间小于1us,最小通 态维持时间10us，最小断态维持时间10us,导通每脉冲能耗小于1J，关断每脉 冲能耗小于10J。内部集成的反并联续流二极管（快恢复二极管），通态平均电流 290A，

27、通态压降5.2V，反向恢复电流变化率小于 530A/us，反向恢复电流小于 780A。与普通的二电平PWM变频器相比，由于输出相电压电平数由 2个增加到 3个，线电压电平数则由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

28、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。二、三电平变频器原理（一）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为中心点图8三电平基本结构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。蔻1三电平变频器器每相输出

29、电压组合表VIV2V3V4r输岀电压状态代号ONON 1OHOFE+EdPOFFONONOFF0CON-EdNyt*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，见表2。表2三电平变频1PPPPPMPPCPCMPCCPNNPCPPNCPMPCCCr cpnCPCCCHCPPCNNCCPCNCr

30、cnpI NNN1 HPCNUNHPPNCCNCPNNCNNPgongkorrgnnnn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。图9为一三电平变频器主电路结构图。lldiVdjRi 电 ITS保护用 leer rh图9三电平变频器整流电路采用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d

31、i/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

32、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，

33、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

34、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，所以一般需配特殊电机。若要使用普通 电机，必须附加输出滤波器。输出滤波器有 dv/dt 滤波器和正弦波滤波器二种， dv/dt 滤波器容量较小， 只对电压变化率起抑制作用， 使电机绝缘不受 dv/dt 的影 响，对电机运行动态性能的影响较小， 如果系统动态性能要求较高时， 适合采用， 而且

35、成本较低。 正弦波滤波器容量较大， 输出电压波形可大大改善， 接近正弦波， 由于滤波器的阻抗较低， 而且滤波器中点接地， 使电机承受的共模电压很小， 电 机绝缘不受影响。 正弦波滤波器的滞后作用会影响系统的动态相应， 同时由于滤波器对输出电压的衰减作用，也会限制变频器的最低运行频率。由于滤波器采取 低通设计，还限制了变频器的输出上限频率。滤波器在满载时的损耗会降低变频 系统效率0.5%左右。图10为三电平变频器输出电压和经滤波器后输出至电机的电压波形。 图11a 和11b分别显示了未经滤波和经滤波后电压的谐波分布图。 滤波前，输出总电压 谐波失真为29%，经过滤波后，可降低到4%左右，电机的电流谐波失真可从17% 降低到2%左右。剳1.35巳出田o.imm o.dos o.biturn; tJHfljoiftoms(i r= kt n1.0图10三电平变频器输出电压和滤波后电压IIISr212Jt il 1517 I* 2123：5谐逋玄當ua）变频器输出电压谐波b）滤波后电压谐波最新文件仅供参考已改成word文本。方便更改