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IGBT直接串联与拓扑结构变频器的比较

小麻籽  发表于 2008/10/28 23:03:41      1148 查看 2 回复  [上一主题]  [下一主题]

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IGBT直接串联高压变频器,使用常规的IGBT器件直接串联,实现高电压的输出要求。那么,它与拓扑结构高压变频器相比有些什么特点呢?

      (1)首先从串联的方式上来看,IGBT直接串联高压变频器属于器件直接串联,器件串联技术属于国际上的难题,因为要保持串联的各个器件在开关动作中保持一致非常不容易,而且,由于很昂贵,国内还没有检测IGBT开关时间的相关的仪器;正是为了解决器件串联这个问题,西门子、ABB公司才推出了三电平变频器;虽然国内有些企业宣称解决了这个问题,但是并没有公布其实施的办法,也没有成功运行的业绩,所以学术界持怀疑态度。

      而拓扑结构高压变频器采用逆变单元串联,实际上是靠输入的变压器进行均压,每个单元都是常规的通用变频器,所以可靠性容易得到保证。

      (2)从输入输出的特性上来看

      IGBT直接串联高压变频器使用六脉冲整流时,电网电流谐波(6n1次)非常大,必须要加谐波抑制措施,带来额外的成本。如果要采用12脉冲以上的整流方式,需要输入侧的变压器,则它的优势就不存在了。

      拓扑结构高压变频器采用30脉冲以上的整流方式,消除了对于电网的谐波污染,满足国际上对于谐波限制的最严格的要求。

      IGBT串联高压变频器输出只有两个电平,dv/dt非常大,所以必须加滤波器才可以适用普通异步电机,否则会带来电晕和绝缘击穿等问题;由于电平数非常少,滤波器的体积和成本将较高,并由此带来附加的损耗问题。

      拓扑结构高压变频器的输出采用多电平PWM技术,一般6KV的变频器输出线电压有15个电平,谐波含量较少,dv/dt对于高压电机来说,也可以忽略不计。输出不需要滤波器就可以使电机的谐波电流含量在2%以下,完全满足异步电机满功率高效率输出的需要。

      (3)从效率和占地面积上来看

      拓扑结构高压变频器比IGBT直接串联变频器多一个输入变压器,但是少了输入输出的谐波滤波器,所以设备的体积取决于用户对于谐波的要求,谐波要求高,后者的体积就无优势,相反,谐波没有什么要求,则后者的体积优势就较明显。

      从效率方面来看,拓扑结构高压变频器比IGBT直接串联变频器多一个输入变压器,所以效率似乎应该稍低一些。但是,实际上,效率还取决于谐波滤波器的设计,如果谐波滤波器较复杂,则由于它的损耗,IGBT直接串联变频器的效率优势不明显;如果谐波滤波器较简单,则电机和电网的谐波较大,相当于将变频器的效率损失转嫁到电网和电机上,所以效率指标必须以相应的检测报告来说明。

      (4)从系统的噪声上来看

      IGBT直接串联型变频器只有两个电平,由于大功率器件的开关频率较低,所以由于开关引起的系统噪声在人耳的听觉范围之内;拓扑结构高压由于采用开关多重化技术,电平数较多,而且等效的开关频率处在超声波的范围,人耳感觉不到。

      (5)从空间射频干扰上来看

      由于器件串联,多个器件等效为一个器件,IGBT直接串联型变频器每一次器件开关的应力都很大,必将产生强烈的空间电磁场干扰,控制电路和仪器仪表的正常工作将受到一定的影响。拓扑结构高压变频器每次只有一个低压器件在动作,类似于普通的低压变频器,对外界和自身的干扰不严重。

      (6)从维护的角度看

      拓扑结构高压变频器的所有功率模块都是一致的,单个功率模块出现问题,可以用备用的功率模块替换,此过程只需要5分钟。

      IGBT直接串联型变频器对于器件的一致性提出了较高的要求,出现问题不能随意更换,而且维修的过程比较复杂。

      另外,拓扑结构高压变频器有功率模块故障旁路功能,单个器件故障系统还可以继续运行。而IGBT直接串联型变频器出现器件故障只能停机。

      (7)电机的共模干扰问题

      由于有输入变压器,拓扑结构高压变频器不存在对电机的共模干扰问题;而IGBT串联型变频器此问题较严重,必须有相应的技术措施予以保证。

      (8)从运行的业绩上来看

      功率模块串联型变频器目前已经有几百台在世界各地运行;而IGBT直接串联型变频器尚无一台非常成功稳定的工业运行实例。
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