用IGCT实现高压大功率变频器的方法

1 引言

　　目前，高压大功率变频器是一个十分重要的应用领域。而基于IGBT的变频器其功率等级最大多在5000kw左右，功率在10000kw及以上的高压变频器用IGBT就难以实现。目前，abb等国际大公司均推出了基于igct的三电平变频器。但在高压大功率应用条件下，三电平技术的可靠性在国内还有待于提高。此外，高压大功率变频器的性能试验也是一个难题。本文主要介绍采用igct组成的大功率变频器和试验方法，仅供参考和借鉴。

2 构成原理

　　2.1 6kv变频器

　　具体的工作过程是：以6kv变频器为例，见图1。电网电压经过移相变压器降为1750v，经整流桥d整流，然后进入由电容器CC、cd、电感lc、电阻rc、二极管ds组成的缓冲电路，然后电信号输入由igct逆变桥组成的两电平功率单元，每相由两个igct功率单元进行串联组成，形成交流电压，然后高压输出给电机。

　　每个两电平功率单元由整流桥、稳压电路、igct逆变桥组成，稳压电路接入igct逆变桥输入端，电阻rc与二极管ds串联，两端与电感lc并联，在电阻rc与二极管ds之间接有电容器cc，电容器cc另一端接电容器cd；电容器cd另端接电感lc与电阻rc的输入端。igct逆变桥由四个由igct器件与二极管dr组成的反并联单元构成。

　　对于6kv变频器，移相变压器二次侧电压1750v，功率单元直流侧电压2500v，每相2个功率单元串联，功率部分只需6个功率单元。移相变压器共6个副边绕组。

　　这样，每个功率单元输出的最高电压为1750v，2个功率单元串联就能够输出3500v，正好对应于6kv系统的相电压。

　　对4500v/4000a的igct而言，其长期工作电流有效值可达1500a。所以，变频器的容量为

　　s=1.732×6000×1500=15000kva

　　考虑到电机的功率因数，此种变频器可以轻松驱动12000kw的电机。

　　2.2 10kv变频器

　　见图2。对于10kv变频器，移相变压器二次侧电压1900v，功率单元直流侧电压2700v，每相3个功率单元串联，功率部分只需9个功率单元。移相变压器共9个副边绕组。

　　这样，每个功率单元输出的最高电压为1900v，3个功率单元串联就能够输出5700v，正好对应于10kv系统的相电压。

　　在要求高可靠性的场合，每相也可以串联4个igct功率单元。

　　对4500v/4000a的igct而言，其长期工作电流有效值可达1500a。所以，变频器的容量为

　　s=1.732×10000×1500 =26000kva

　　考虑到电机的功率因数，此种变频器可以轻松驱动22000kw的电机。

　　2.3 3kv变频器

　　见图3。对于3kv变频器，变压器每相采用一个功率单元的形式，功率部分只需3个功率单元。

3 高压大功率变频器性能试验

　　高压大功率变频器出厂前的试验是产品质量检查的重要环节，特别是全载（即满额定负荷）试验尤为重要。

作者简介
李 旷(1977-） 男 高级工程师，从事变频器、无功发生器（svg）的研发、制造工作。

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