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高壓大功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演化及分析和比較
摘要：闡述了高壓大功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行了分析和比較，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其中重點(diǎn)介紹了級(jí)聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并給出了仿真波形。關(guān)鍵詞：多電平變換器；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；高壓大功率
引言
變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展為變頻器性能的提高提供了技術(shù)保障，而環(huán)保和節(jié)能的客觀需要，又為變頻器在生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了發(fā)展空間，但是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，小容量變頻器已越來越不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活的需要。目前，我國(guó)采用的變頻調(diào)速裝置基本上都是低壓的，即電壓為380～690V，而在節(jié)能方面起著更主要作用的高電壓大容量變頻器在我國(guó)尚處于起步階段。是什么原因阻礙了高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用呢？主要原因一是大容量（200kW以上）電動(dòng)機(jī)的供電電壓高（6kV或者10kV），而電力電子器件的耐壓等級(jí)和所承受的電流的限制，造成了電壓匹配上的困難；二是高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)含量高，難度大，成本高，而一般的風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能改造項(xiàng)目都希望低投入、高回報(bào)，較少考慮社會(huì)效益和綜合經(jīng)濟(jì)效益。這兩個(gè)原因使得高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和推廣受到了限制，因此，提高電力電子變流裝置的功率容量，降低成本，改善其輸出性能是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，也是當(dāng)前世界各國(guó)相關(guān)行業(yè)競(jìng)相關(guān)注的熱點(diǎn)，為此，國(guó)內(nèi)外各變頻器生產(chǎn)廠商八仙過海，各有高招，雖然其主電路結(jié)構(gòu)不盡一致，但都較為成功地解決了高壓大容量這一難題[5]。
1 大功率電力電子變流裝置的拓?fù)鋵W(xué)進(jìn)展[3]
近年來，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，可是到目前為止，高壓變頻器還沒有像低壓變頻器那樣具有近乎統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)高壓組成方式，可分為直接高壓型和高—低—高型；根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)，可以分為交—交變頻器和交—直—交變頻器。在交—直—交變頻器中，根據(jù)中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，又可分為電壓源型(也稱電壓型)和電流源型(也稱電流型)。高—低—高型變頻器采用變壓器實(shí)行降壓輸入、升壓輸出的方式，其實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻器，只不過從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來看是高壓的，這是受到功率器件電壓等級(jí)限制而采取的變通辦法。由于需要輸入、輸出變壓器，而存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低、可靠性下降、占地面積大等缺點(diǎn)，只用于一些小容量高壓電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單調(diào)速。常規(guī)的交—交變頻器由于受到輸出最高頻率的限制，只用在一些低速、大容量的特殊場(chǎng)合。
下面對(duì)直接高壓大功率電力電子裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作一個(gè)分類，分類是針對(duì)單個(gè)器件的電壓或電流承受能力往往不能適應(yīng)容量要求這一特點(diǎn)進(jìn)行的，為此，把大功率電力電子變流裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩類：
1）以器件串聯(lián)為基礎(chǔ)的橋臂擴(kuò)展型結(jié)構(gòu)；
2）以變流單元電路串聯(lián)為基礎(chǔ)的多單元變流器結(jié)構(gòu)。
這種分類方式從電路構(gòu)成的角度揭示了名種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。按照這種分類方式，多管串聯(lián)的兩電平變換電路，二極管鉗位和飛跨電容鉗位型多電平拓?fù)鋵儆谝云骷?lián)為基礎(chǔ)的橋臂擴(kuò)展型結(jié)構(gòu)；級(jí)聯(lián)型多電平變流器屬于以變流單元電路串聯(lián)為基礎(chǔ)的多單元變流器結(jié)構(gòu)。
2 高—低—高結(jié)構(gòu)
該種結(jié)構(gòu)將輸入高壓經(jīng)降壓變壓器變成3
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