摘要：采用IGCT功率器件組成的兩電平功率單元，配合移相變頻器實現10000kW及以上的高壓變頻器及其試驗方法。
關鍵詞：IGCT、大功率變頻器、試驗方法

1．引言

目前，高壓大功率變頻器是一個十分重要的應用領域。而基于IGBT的變頻器其功率等級最大多在5000kW左右，功率在10000kW及以上的高壓變頻器用IGBT就難以實現。目前，ABB等國際大公司均推出了基于IGCT的三電平變頻器。但在高壓大功率應用條件下，三電平技術的可靠性在國內還有待于提高。此外，高壓大功率變頻器的性能試驗也是一個難題。本文主要介紹采用IGCT組成的大功率變頻器和試驗方法，僅供參考和借鑒。

2.構成原理

2.1 6kV變頻器


圖1 6kV變頻器構成原理圖
具體的工作過程是：以6kV變頻器為例，見圖1，電網電壓經過移相變壓器降為1750V，經整流橋D整流，然后進入由電容器Cc、Cd、電感Lc、電阻Rc、二極管Ds 組成的緩沖電路，然后電信號輸入由IGCT逆變橋組成的兩電平功率單元，每相由兩個IGCT功率單元進行串聯組成，形成交流電壓，然后高壓輸出給電機。

每個兩電平功率單元由整流橋、穩壓電路、IGCT逆變橋組成，穩壓電路接入IGCT逆變橋輸入端，電阻Rc與二極管Ds串聯，兩端與電感Lc并聯，在電阻Rc與二極管Ds之間接有電容器Cc，電容器Cc另一端接電容器Cd；電容器Cd另端接電感Lc與電阻Rc的輸入端。IGCT逆變橋由四個由IGCT器件與二極管Dr組成的反并聯單元構成。

對于6kV變頻器，移相變壓器二次側電壓1750V，功率單元直流側電壓2500V，每相2個功率單元串聯，功率部分只需6個功率單元。移相變壓器共6個副邊繞組。

這樣，每個功率單元輸出的最高電壓為1750V，2個功率單元串聯就能夠輸出3500V，正好對應于6kV系統的相電壓。

對4500V/4000A的IGCT而言，其長期工作電流有效值可達1500A。所以，變頻器的容量為

S=1.732×6000×1500=15000kVA

考慮到電機的功率因數，此種變頻器可以輕松驅動12000kW的電機。

2.2 10kV變頻器

見圖2，對于10kV變頻器，移相變壓器二次側電壓1900V，功率單元直流側電壓2700V，每相3個功率單元串聯，功率部分只需9個功率單元。移相變壓器共9個副邊繞組。

圖2 10KV變頻器構成原理圖
這樣，每個功率單元輸出的最高電壓為1900V，3個功率單元串聯就能夠輸出5700V，正好對應于10kV系統的相電壓。

在要求高可靠性的場合，每相也可以串聯4個IGCT功率單元。

對4500V/4000A的IGCT而言，其長期工作電流有效值可達1500A。所以，變頻器的容量為

S=1.732×10000×1500=26000kVA

考慮到電機的功率因數，此種變頻器可以輕松驅動22000kW的電機。

2.3 3kV變頻器

見圖3，對于3kV變頻器，變壓器每相采用一個功率單元的形式，功率部分只需3個功率單元。

圖3 3 kV變頻器構成原理圖
3.高壓大功率變頻器性能試驗

高壓大功率變頻器出廠前的試驗是產品質量檢查的重要環節，特別是全載（即滿額定負荷）試驗尤為重要。

榮信電力電子股份有限公司建立了“電動機—發電機組”的全載試驗系統，可以在各種載荷下，特別是全載下進行變頻器特性實驗，可以保證產品性能的真實性?？蓪⒁磺行阅苋毕菰诔鰪S前解決。

上述高壓變頻器都已經過全載多方位性能試驗，并經現場實用已達到設計要求。

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李曠（1977-），男，四川營山人，博士研究生，高級工程師，從事變頻器、無功發生器（SVG）的研發、制造工作。

A Design Method for High Voltage Large Capacity Variable Frequency Drive with IGCT

Li Kuang, . Guo Zi-yong, Li Xing , . Zuo Qiang
Fu Guo-liang, Sun Lei, Dong Li-jun, Han Guo-jun
Rongxin Power Electronic Co., Ltd., China
No.108 keji Road,High-Tech Zone,Anshan City, PR China,
114051, picc33@163.com

ABSTRACT: A design and experimental method for variable frequency drive of more than 10000kW by using IGCT two level power units.
KEY WORD: IGCT, Large capacity drive, experimental method(end)