基于IGCT的6kV高壓變頻器.pdf

1、近年來(lái)，節(jié)能成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，我國(guó)提出了“能源開(kāi)發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位”的方針。在我國(guó)電力系統(tǒng)中有大約21％的裝機(jī)容量用于驅(qū)動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)等需要節(jié)能調(diào)速的負(fù)載，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。本文所研究的高壓變頻器通過(guò)改變高壓電動(dòng)機(jī)的電源輸入頻率實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)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?fù)浣Y(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(duì)變頻器安全運(yùn)行的影響。通過(guò)分析三電平結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)暫態(tài)過(guò)程，建立了變頻器暫態(tài)開(kāi)關(guān)數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)了直流環(huán)節(jié)部分的限流電抗。在綜合考慮三電平的開(kāi)關(guān)過(guò)程、直流限流電感的大小及IGCT的過(guò)壓能力基礎(chǔ)上，研究了直流鉗位電容對(duì)變頻器逆變器持續(xù)性直流電壓的影響，并推

3、導(dǎo)了直流鉗位電容的設(shè)計(jì)要求。
　　 根據(jù)目前的IGCT耐壓水平，為了得到我國(guó)數(shù)量眾多的6kV高壓電動(dòng)機(jī)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(shí)測(cè)波形，提出了IGCT關(guān)斷過(guò)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(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。斬波電路的實(shí)測(cè)結(jié)果及數(shù)值仿真表明了該思路的有效性。
　　 通過(guò)對(duì)二極管中心點(diǎn)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(kāi)關(guān)狀態(tài)及

4、相應(yīng)的流過(guò)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(fù)di/dt。進(jìn)一步，分析了三相橋臂輸出電壓和電流方向、開(kāi)關(guān)時(shí)間及開(kāi)關(guān)操作對(duì)相應(yīng)的二極管暫態(tài)高恢復(fù)di/dt影響?；诳刂贫嚯娖秸{(diào)制策略及鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的恒U/f控制，分析了載波比及變頻器工作頻率對(duì)di/dt的影響，并推導(dǎo)了6k次載波比條件對(duì)抑制箝位及IGCT反并聯(lián)二極管關(guān)斷時(shí)的高di/dt以防止器件的損壞的作用。進(jìn)一步討論了死區(qū)補(bǔ)償問(wèn)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(duì)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(duì)變頻器輕載時(shí)直流母線電壓的影響，給出了整流變壓器的容量計(jì)算方式。進(jìn)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(dòng)機(jī)輸入共模電壓的方法。
　　 基于本文所提出的研究成果，設(shè)計(jì)了6kV/2.5MW及6kV/1.0MW的高壓變頻器，其中6kV/2.5MW高壓變頻器