基于IGCT的6kV高壓變頻器.pdf

1、近年來，節(jié)能成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點，我國提出了“能源開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位”的方針。在我國電力系統(tǒng)中有大約21％的裝機容量用于驅(qū)動水泵、風機及壓縮機等需要節(jié)能調(diào)速的負載，能源浪費嚴重。本文所研究的高壓變頻器通過改變高壓電動機的電源輸入頻率實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，是目前最有效的節(jié)能方式之一。
　　 本文介紹了高壓變頻器的發(fā)展背景及大功率電力電子器件的發(fā)展，分析、比較了目前常用的兩電平型、三電平型及串聯(lián)多重化型高壓大功率變頻器

2、的拓撲結(jié)構(gòu)，并著重研究了基于IGCT串聯(lián)的二極管箝位型三電平高壓大功率變頻器。
　　 基于IGCT及二極管的di/dt特性，研究了變頻器直流環(huán)節(jié)(包括限流電感、鉗位電容及限流電阻)對變頻器安全運行的影響。通過分析三電平結(jié)構(gòu)的開關(guān)暫態(tài)過程，建立了變頻器暫態(tài)開關(guān)數(shù)學模型，并設(shè)計了直流環(huán)節(jié)部分的限流電抗。在綜合考慮三電平的開關(guān)過程、直流限流電感的大小及IGCT的過壓能力基礎(chǔ)上，研究了直流鉗位電容對變頻器逆變器持續(xù)性直流電壓的影響，并推

3、導了直流鉗位電容的設(shè)計要求。
　　 根據(jù)目前的IGCT耐壓水平，為了得到我國數(shù)量眾多的6kV高壓電動機所需的輸入電壓需要兩只IGCT及相應(yīng)的阻容吸收回路的串聯(lián)使用。本文根據(jù)IGCT的實測波形，提出了IGCT關(guān)斷過程中等效為可變電流源的設(shè)想，并基于該假設(shè)研究IGCT串聯(lián)動態(tài)均壓問題。斬波電路的實測結(jié)果及數(shù)值仿真表明了該思路的有效性。
　　 通過對二極管中心點箝位型三電平變頻器的研究，討論了三電平結(jié)構(gòu)中一相橋臂暫態(tài)開關(guān)狀態(tài)及

4、相應(yīng)的流過三電平二極管(包括箝位二極管，IGCT反并聯(lián)二極管及直流環(huán)節(jié)限流二極管)的反向恢復di/dt。進一步，分析了三相橋臂輸出電壓和電流方向、開關(guān)時間及開關(guān)操作對相應(yīng)的二極管暫態(tài)高恢復di/dt影響。基于控制多電平調(diào)制策略及鼠籠式異步電動機的恒U/f控制，分析了載波比及變頻器工作頻率對di/dt的影響，并推導了6k次載波比條件對抑制箝位及IGCT反并聯(lián)二極管關(guān)斷時的高di/dt以防止器件的損壞的作用。進一步討論了死區(qū)補償問題，旨在提

5、高變頻器的電壓利用率。
　　 本文分析了多脈波整流器對電網(wǎng)的諧波污染，研究了多脈波整流技術(shù)與直流母線電壓諧波之間的關(guān)系，分析了多脈波整流變壓器短路阻抗對變頻器輕載時直流母線電壓的影響，給出了整流變壓器的容量計算方式。進一步，本文給出了三電平逆變器的共模模型，并提出了一種限制電動機輸入共模電壓的方法。
　　 基于本文所提出的研究成果，設(shè)計了6kV/2.5MW及6kV/1.0MW的高壓變頻器，其中6kV/2.5MW高壓變頻器