变频技术

IPM 驱动电路与保护电路的设计

驱动电路是 IPM 主电路与控制电路之间的接口，良好的驱动电路设计对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。1. IPM 驱动电路以 PM100DSA120 为例，它是一种 D 型 IPM，内部封装了两个 IGBT，工作在 1200 V/100 A 以下，功率器件开关频率最大为 20 kHz。由于 IPM 内置了驱动电路，与 IGBT 驱动电路相比，外围驱动电路设计较方便，只需提供 15 V 直流电压即可。但 IPM 对驱动电路输出电压要求很严格，具体为：1）驱动电压范围为 15 V±10%…

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高品质变频电源的主电路结构与工作原理

新型变频电源主电路结构如图5-7 所示：VD1～VD4 为常规整流器，S1～S4 为常规逆变器，S5、VD5 为 Boost 斩波器。当常规整流器与 Boost 斩波升压电路结合、并由 APFC（有源功率因数校正）技术控制时，形成输入端功率因数整流器；当逆变器与锁相环电路结合、由频率跟踪技术控制时，形成高品质变频电源。其中 S1～S4 与 S5 采用新一代电力电子器件功率 MOSFET，工作频率高、功率容量大；当工作在开关状态时，在 ZCS 或 ZVS 情况下损耗小、工作可靠。图5-7 主电路结…

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高品质变频电源中基于 APFC 技术的整流器设计

基于 APFC 技术的整流器主电路采用 Boost 变换器结构（如图5-7 虚线框内所示）。APFC 技术的核心是引入电压与电流反馈构成双闭环控制系统：外环稳定输出电压，内环实现输入电流调控与整形，使之成为与电压同相位的标准正弦波，以提高输入端功率因数。内环电流控制对输入端电流进行连续调控，使电网全周期向整流器提供电流。图5-8 由 UC3854 构成的 APFC 整流器采用 UC3854 组成的 APFC 整流器如图5-8 所示。UC3854 的 5 脚和 4 脚各通过一个电阻（R4 和 R3…

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级联型多电平变换电路的基本原理与优点

图2-12 为串联 H 桥多电平主电路变换器示意图。每相串联单元数为 m，则输出相电压波形所含电平数为 (2m+1)。设每个 H 桥开关函数为 Hk（k=1,2,…,m），开关状态为 S1、S2、S3、S4，则输出电压 Uok 与它们的关系可用表2-1 表示。图2-12 级联型多电平变换电路S1、S4 为“1”表示功率开关 S1、S4 开通，输出电压 Uok=+Udc；S1、S4 为“0”表示其关断，输出电压 Uok=-Udc；S1、S4 开关状态不一致时输出电压 Uok=0。表2-1 H 桥开…

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中压变频电源的二极管钳位型级联多电平变换电路

在全桥级联式多电平逆变技术中，如果全桥基本电路单元采用中性点钳位式全桥逆变器，就可实现基于中性点钳位式的级联式多电平逆变技术，如图2-13 所示。由其构成原理可见，这种多电平逆变技术综合了中性点钳位式与全桥级联式多电平逆变技术的优点。图2-13 基于中性点钳位式级联型多电平逆变器单相结构拓扑二极管钳位型级联多电平变换电路可以降低输出谐波含量，输出端可直接驱动交流电动机，故这种基于中性点钳位式的级联式多电平逆变技术堪称完美无谐波逆变结构。但是，它使用了大量功率开关器件与钳位二极管，在功率器件数量上…

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中压变频电源的不对称混合级联型多电平变换电路

全桥级联型多电平逆变技术中，独立直流电源采用电压等级相同的电源，为增加输出波形电平数，往往要大量增加独立直流电源数量。为简化电路拓扑，同时结合 IGBT 与 GTO 等功率开关器件两者的优点（开关速度快的器件如 MOSFET、IGBT 电压容量较低，而电压容量高的器件如 GTO、IGCT 开关频率又较低），可采用独立直流电源电压不等的级联式多电平逆变技术。这种结构是传统功率单元级联型多电平逆变电路的推广，可用更少的单元得到更多的输出电平。其电路拓扑如图2-14 所示，其中一个单元使用 IGBT、…

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功率器件串联二电平电流型中压变频器

将功率器件直接串、并联使用，是满足系统容量要求的一个简单直观办法。直接串联的变频器拓扑结构如图2-1 所示：电网高压直接经高压断路器进入变频电源，经高压二极管全桥整流、直流平波电抗器与电容滤波，再经逆变器逆变，通过输出正弦波滤波器滤波，简单易行地实现高压变频输出、直接供给高压电动机。串、并联在一起的各功率器件被当作单个功率器件使用，控制完全相同。图2-1 IGBT 直接串联高压变频器该结构优点是：可利用较成熟的低压变频电源电路拓扑、控制策略与控制方法，不需输入输出变压器、输出效率较高。缺点是：串…

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单元串联多重化电压源型变频电源的原理与特点

多重化技术就是每相采用几个低压 PWM 功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制并以光导纤维隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般 6 脉冲与 12 脉冲变频电源产生的谐波问题，可实现完美无谐波变频电源。图2-3 为 6 kV 变频电源的主电路拓扑图。图2-3 多重化变频器拓扑结构图由电网引入的三相高压交流电经移相变压器，由其二次侧每相 5 个二次绕组将电压移相 12° 供给 5 个功率单元。各功率单元如图2-4 所示，即为常规交-直-交电压型逆变器：输入侧…

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变频电源直接串联与多电平、多重化电路方式的比较

PWM 控制技术的发展使逆变器产生的电压波形基本消除低次谐波。二电平比三电平整体效果更好，与多重化相差不大，低频段波形优于多电平和多重化。同时，多电平、多重化与直接串联相比存在以下问题。（1）直接串联二电平可以像低压变频电源一样加直流制动电路或能量回馈，动态性能也像低压变频电源一样优越，电路仍很简单；这对多电平特别是多重化电路方式却难以实现，从而限制了其应用范围，只能用于调速要求不高的场合。（2）三电平需要 6 个快速二极管，五电平就需要更多快速二极管。多电平和多重化的每一个开关都要独立控制，而…

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三电平 PWM 变频电源的主电路拓扑结构分析

采用三电平 PWM 方式的变频电源，可避免器件串联的动态均压问题，同时降低输出谐波与 du/dt。三电平 PWM 方式整流电路采用二极管，逆变部分功率器件采用 GTO、IGBT 或 IGCT。每个桥臂虽由 4 个功率器件串联，但不存在同时导通和关断以及由此引起的动态均压问题。由于输出相电压电平数增加到 3 个、每个电平幅值下降，且提高了谐波消除算法的自由度，使输出波形比二电平 PWM 变频电源有较大提高，输出 du/dt 也有所减小；若输入也采用对称 PWM 结构，可做到系统功率因数可调、输入谐…

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