随着电力电子技术和微处理器技术的发展，变频调速装置特别是高压变频调速装置正在被越来越多的用户所青睐。而且，随着国民经济的不断发展，高压电机的使用量也越来越大，如：油田高压注水泵，自来水厂高压注水泵，火力发电厂的引风机，吸风机和注水泵，矿山用水泵，以及其它污水处理高压水泵等。这些电机的运行普遍存在着负荷不饱满的问题，在很多情况下，都是在轻载的情况下运行，然而，电机却是在额定状态下工作，大量的电能都白白地浪费掉了。如能采用变频调速的措施，则可节约大量的电能，从而可减少生产成本。从目前所了解的情况来看，高压电机主要用于拖动风机和水泵等类似负载的运行。所涉及到的行业有：油田，自来水厂，矿山，石化，发电厂和污水处理等。这种高压电机的特点是：额定功率较大，输入电压高，但最重要的是这类电机的工作电流一般都不大。相对于功率半导体开关元件来讲，可以说是高电压，小电流。因为，功率半导体器件的导通电流一般都随阻断电压的增加而增加，如目前GTO的最大容量可达到6kV/4kA.若选用耐压高的半导体器件来生产高压变频器，则可能由于电流太小而难于实现控制，而且，设备的容量没能得到充分的利用，并造成设备的容量浪费。其次，这同样会使谐波增加，导致电源污染。因此，如何用较小容量的开关元件实现高压变频调速，并且能有效地抑制谐波是本文所要阐述的内容。
2解决高压变频调速的几种途径及分析
高压变频调速的研究，从目前已有的产品来看，高压变频器的实现方案有如下几种：2.1采用Y-△变换
该种方法是通过降压变压器将高电压等级降低到一定的电压等级，使电机以Δ连接的形式工作，这样就可以采用ABB，Siemens，以及日本和韩国的中等电压等级的变频调速系统。图1即为某6000V电机转换连接的实施方案示意图。这样一种连接方式在保证输出功率不变的情况下，虽能满足电压和电流的要求，但它对dv/dt和共模电压的承受能力较差。如所使用电动机温升等级为B级，就有可能因电流增加而导致电机的温度急剧上升，以至损坏电机。另外，该方案须增加一个变压器，而且对高于6000V以上的电机还很难实现。
2.2采用高-低-高变频调速系统
此种调速控制方案是将高电压通过降压变压器使变频器的输入电压降低，然后，将变频器的输出电压通过升压变频变压器，使输出电压再提高到较高的电压等级，以满足交流电动机的电压要求。这样可采用广泛使用的一般交流变频器，ABB和Siemens公司由于目前还没有类似的高压变频调速器，这两个公司对高压系统现都采用这样一种折中的控制方案。这种控制方案可以采用较为低廉的变频器，但由于这样的变频控制系统用到了两个变压器，从节能的角度来看，其效果显然是不理想的。而且，升压变频变压器的实现也不容易。
2.3直接高压变频调速系统
从主回路的构成原理来看，这种控制方案最为直接和方便，无须经过任何中间环节。Robicon公司有这种高压变频器出售。该变频器本身的效率可以做得很高，也不会对电网产生有影响的谐波干扰，无共模电压，不存在dv/dt问题，对电机没有特别的要求，即不用更换电机。但此方案是直接采用高压变频技术，设备成本较高。目前国内已有数家企业购买了该公司的变频调速系统。
3直接高压变频的实现原理
从某种意义上来讲，至目前为止，世界上还没有任何一家公司能生产承受6000V以上电压等级的可关断半导体开关元件，即便是ABB公司最新研制的IGCT也不能满足这种高电压等级的要求。
那么，采用什么形式或什么方式来满足高压变频器的电压要求呢本文将从电压叠加和电磁叠加的原理出发，描述一种实现高压变频调速的方法。与通常情况相同，将承受较低电压的IGBT通过串联的形式来实现。当然，这种串联不是简单元件的串联，因为简单的串联更容易损坏开关元件。高压电机的一个显着特点是：高电压，小电流。这样可以减少因电流的增加而产生的附加损耗，同时，也可减少电机绕组截面积，即减少用铜量，从而达到减少成本的目的。这就是说，高压电机虽然电压较高，相对而言，它的电流并不是很大，因此，在采用IGBT元件时，为了减少生产成本，在保证电流负荷的情况下，应尽量选择较小容量的器件。就是考虑到这种因素的前提下所采取的实现方案。左图表示实现三相逆变电源的原理，每一个小圆圈均代表一个电压胞。右图表示每个电压胞简化了的组成原理图，实际的电路应能产生零电压的输出，而不是仅仅用开路的方式输出。这里要注意的是，在每个电压胞的三相输入电压与其它电压胞的三相输入电压的相位之间，均存在一定的相位差，以保证有效抑制谐波，并使变压器原边的负荷较为均匀。之所以采用IGBT开关元件，主要是利用它的高频开关特性，以实现灵活多变的PWM开关技术。这种电压胞的级连方式，对于抑制谐波，减小dv/dt和共模电压的影响是非常重要的。另外，由IGBT构成的电压胞的输入电压都是三相输入单相输出的脉宽调制型变频器，其输出电压的状态可用1，0，-1三个电压等级表示，由此可以推得，每相5个电压胞的输出电压的叠加就可以产生11种不同的电压等级（±5，±4，±3，±2，±1，0），在PWM的输出控制中，有意识地使总电压的输出波形满足正弦输出电压的波形要求，并在可能范围内满足电网的谐波要求。事实上，由于每相中的5个电压胞的输出互成一定的偏差，其叠加的输出波形比起单一的PWM输出波形的谐波要小得多，更重要的是，这种实现方案可大大减小dv/dt的影响。因此，这样一种高压变频器具有很强的谐波抑制能力。
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