张 浩

     顺德科力给排水工程发展有限公司（顺德528300） 陈

     琦 来源：《电源技术应用》

     摘要：对功率半导体器件在高压变频技术中的应用及方法进行比较论述。以某高压变频调速系统改造工程实例，介绍igct变频器应用的技术要求及结构特点。通过采用直接转矩控制，解决风机的起动问题。整个系统高效、节能。

     关键词：高压变频

     igct dtc

     1 引言

     随着功率半导体器件的发展，交流电动机的速度控制发生了深刻的变化。以各种功率半导体器件构成的变频器已发展了好几代，并广泛应用于1kv以下低压电动机，而高压变频技术近十年内一直未得到满意的应用。

     变频器的核心部分是功率自关断器件。绝缘栅双极晶体管igbt具有快速的开关性能，工作频率可达20khz，关断过程均匀，不需要缓冲电路，采用同步门驱动器，但其单管面积有限（为2.6cm2），为了提高导通电流和工作电压，只能将它串并联，做成模块使用，从而增加了设计制造的难度，变频器器件数量增加，可靠性降低。高压igbt（耐压3～4.5kv）串联的数量相对减少一些，但其导电损耗更高，难被用户接受。因此，在大电流低损耗的应用中，gto仍有优势，它通过门极电流来控制导通和关断，高阻断电压、大通态电流是它突出的特点。gto芯片的直径现已达150mm，工作电压6kv，工作电流6ka。gto的应用在高压变频技术中较成熟，并得到了较好的使用效果。gto频率低，应用电路中需要庞大的缓冲器以补偿关断拖尾损耗，不均衡的切换也需许多附加电路来关断，控制系统复杂。

     目前，一种集gto和igbt优点于一身的新型门极换相晶闸管igct已由abb研制成功。它由gct和硬门极驱动电路集成而成。gct是igct的核心器件，由gto改进而来。igct有以下特点：

     （1）续流二极管集成在同一芯片上；

     （2）不需要缓冲电路；

     （3）门控电路与功率器件集成一体。

     因此，功率密度大，可靠性极高，非常适合于结构上不采用串联方式的高压变频调速装置。它具有高阻断电压，大导通电流，低导通电压降，可忽略的开关损耗，很小的关断时间（<3μs）。abb公司已有3.3kv、4.16kvigct变频器，已向中国市场推出6kv、igct、双pwm变频器产品。

     高压大容量变频器主要有两种结构：

     （1）高—低—高式，即间接高压变频器。通常由输入、输出变压器及低压通用变频器构成。其输入变压器是降压变压器，将高电压降至变频器的允许电压。经低压变频器调频后，再由升压变压器供给高压电动机负载。由于两次电压变换增加了损耗，效率下降，转矩控制性能差，特别是升压变压器的设计构造复杂，推广应用受到限制。

     （2）高—高式，即直接高压变频器。该方式电磁兼容性好，谐波污染小，运行效率高（98％以上），功率因数高（0.95以上），设备占地面积小，对大容量高压电机的变频驱动效果明显。

     直接高压变频技术也有以下主要方面：

     ①vsi－pwmnpc（中性点箝位）技术

     图1为变频器结构图。

     该技术具有较高的功率因数，调速范围宽，低速性能平滑，与低压通用变频器技术相似。

     缺点：单电机不能实现再生回馈，谐波电流大，输出电压受限（<6kv）

     ②vsi－pwm多电平技术（多重化技术）

     高压变频早期技术。在全速时，网侧谐波含量极低，对供电电源无污染（如robicon，完善无谐波高压变频器）。功率因数高，整个调速过程cosφ>0.9，无需功率因数补偿。负载侧谐波量低，逆变器逆变脉冲可达30脉波，是低压igbt电压源技术。但此变频器的最大弱点是需特制输入