一种用IGCT实现高压大功率变频器的方法

1．引言

目前，高压大功率变频器是一个十分重要的应用领域。而基于IGBT的变频器其功率等级最大多在5000kW左右，功率在10000kW及以上的高压变频器用IGBT就难以实现。目前，ABB等国际大公司均推出了基于IGCT的三电平变频器。但在高压大功率应用条件下，三电平技术的可靠性在国内还有待于提高。此外，高压大功率变频器的性能试验也是一个难题。本文主要介绍采用IGCT组成的大功率变频器和试验方法，仅供参考和借鉴。

2.构成原理

2.1 6kV变频器

图1 6kV变频器构成原理图

具体的工作过程是：以6kV变频器为例，见图1，电网电压经过移相变压器降为1750V，经整流桥D整流，然后进入由电容器Cc、Cd、电感Lc、电阻Rc、二极管Ds 组成的缓冲电路，然后电信号输入由IGCT逆变桥组成的两电平功率单元，每相由两个IGCT功率单元进行串联组成，形成交流电压，然后高压输出给电机。

每个两电平功率单元由整流桥、稳压电路、IGCT逆变桥组成，稳压电路接入IGCT逆变桥输入端，电阻Rc与二极管Ds串联，两端与电感Lc并联，在电阻Rc与二极管Ds之间接有电容器Cc，电容器Cc另一端接电容器Cd；电容器Cd另端接电感Lc与电阻Rc的输入端。IGCT逆变桥由四个由IGCT器件与二极管Dr组成的反并联单元构成。

对于6kV变频器，移相变压器二次侧电压1750V，功率单元直流侧电压2500V，每相2个功率单元串联，功率部分只需6个功率单元。移相变压器共6个副边绕组。

这样，每个功率单元输出的最高电压为1750V，2个功率单元串联就能够输出3500V，正好对应于6kV系统的相电压。

对4500V/4000A的IGCT而言，其长期工作电流有效值可达1500A。所以，变频器的容量为

S=1.732×6000×1500=15000kVA

考虑到电机的功率因数，此种变频器可以轻松驱动12000kW的电机。

2.2 10kV变频器

见图2，对于10kV变频器，移相变压器二次侧电压1900V，功率单元直流侧电压2700V，每相3个功率单元串联，功率部分只需9个功率单元。移相变压器共9个副边绕组。

这样，每个功率单元输出的最高电压为1900V，3个功率单元串联就能够输出5700V，正好对应于10kV系统的相电压。

在要求高可靠性的场合，每相也可以串联4个IGCT功率单元。

对4500V/4000A的IGCT而言，其长期工作电流有效值可达1500A。所以，变频器的容量为

S=1.732×10000×1500=26000kVA

考虑到电机的功率因数，此种变频器可以轻松驱动22000kW的电机。

图2 10KV变频器构成原理图

2.3 3kV变频器

见图3，对于3kV变频器，变压器每相采用一个功率单元的形式，功率部分只需3个功率单元。

图3 3 kV变频器构成原理图

3.高压大功率变频器性能试验

高压大功率变频器出厂前的试验是产品质量检查的重要环节，特别是全载（即满额定负荷）试验尤为重要。

荣信电力电子股份有限公司建立了“电动机—发电机组”的全载试验系统，可以在各种载荷下，特别是全载下进行变频器特性实验，可以保证产品性能的真实性。可将一切性能缺陷在出厂前解决。

上述高压变频器都已经过全载多方位性能试验，并经现场实用已达到设计要求。