浅析电压型和电流型高压变频器

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下述问题涉及电流型逆变器内部结构，以串联二极管式电流型逆变器为讨论对象。

对异步电动机的从逆变器元件的选择对电机参数的要求。

串联二极管式电流型逆变器的品闸管和隔离二极管可以确定耐压值。

可以看到，在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求。

另外，二极管换流阶段的持续时间可确定。

为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。

因而，电流型逆变器要求异步电动机有尽可能小的漏感上。

这一点正好与电压型逆变器对异步电动机的要求相反。

在功率半导体器件耐压已知的情况下，应合理地选择电动机，以减小换流电容器的电容量。

从电动机运行的安全可靠性对电动机材料的要求，电动机在电流型逆变器供电的运行过程中，由干每次换流在电压波形中产生尖峰。

这个尖峰在数值上等于I,差加千正线电势波形之上。

因此，电动机在运行过程中实际承受的最高电压，于电动机额定线电压的峰值。

为了电动机安全地运行，应适当加强其绝缘。

由于电流矩形波对电动机供电在电动机内造成谐波损耗，逆变器在高于50赫的情况下运行时，电动机的损坏也有所增加。

为了不致因电机效率过低和温升过高造电动机过热而损坏，应适当降低电动机铜铁材料的电负荷。

在运行频率较高的情况下，应注意降低电动机的机械损耗和铁耗。

起动转矩和避免机振对电动机结构的要求。

电动机低频起动时，起动转矩的平均值和转矩的波动率。

变频器基础知识及变频器的分类变频器的分类（1）按直流电源的性质分类变频器中间直流环节用于缓冲无功功率的储能元件可以是由电容或是电感，据此变频器可分成电压型变频器和电流型变频器两大类。

电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感作为储能元件，无功功率将由该电感来缓冲。

电流型变频器的一个较突出的优点是，当电动机处于再生发电状态是，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈交流电网，不需要在主电路内附加任何设备。

电流型变频器常用于频繁急加减速的大容量电动机的传动。

在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。

电压变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，用来缓冲负载的无功功率。

对负载而言，变频器是一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。

缺点是电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的无功能量难于回馈给交流电网。

要实现这部分能量向电网的回馈，必须采用可逆变流器。

（2）按变换环节分类1）交-交变频器交-交变频器是将工频交流电直接变换成频率电压可调的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。

对于大容量、低转速的交流调速系统，常采用晶闸管交一交直接变频器直接驱动低速电动机，可以省去庞大的齿轮减速箱。

其缺点是：最高输出频率不超过电网频率的l/3～1/2，且输入功率因数较低，谐波电流含量大，谐波频谱复杂，因此必须配置大容量的滤波和无功补偿设备。

近年来，又出现了一种应用全控型开关器件的矩阵式交一交变压变频器，采用PWM控制方式，可直接输出变频电压。

这种调速方法的主要优点是：①输出电压和输人电流的低次谐波含量都较小。

②输入功率因数可调。

③输出频率不受限制。

④能量可双向流动，可获得四象限运行。

⑤可省去中间直流环节的电容元件。

2）交-直-交变频器交-直-交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率电压可调的交流电，又称间接式变频器。

把直流电逆变成交流电的环节较易控制，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。

目前，世界上对高压电动机变频调速技术的研究非常活跃，高压变频器的种类层出不穷，作为用户都希望能选择实用而具有良好性价比的高压变频器，如何选择便是值得研究的问题。

知己知彼，百战百胜，首先按照自己的工况拟定对高压变频器的技术要求，针对性的选择高压变频器的方案、产品和售后服务，否则会出现应用不理想，投资损失大。

不同高压变频器的电路拓扑方案具有不同的技术水平。

技术水平决定变频器和传动系统的稳定性、可靠性、使用寿命、维护费用、性价比等重要指标。

就如同笔记本电脑功能都基本相同，但不同的技术水平，质量价位从3000元到数万元之差。

为此，了解不同种类的高压变频器内含技术水平，选择变频器的品质与工况相结合，达到投入少、节能回报率高的理想效果。

2 高压变频器的概念按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称高压，1kV～10kV 时称中压。

我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为高压电机。

由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器称之为高压变频器。

高压变频器又分为两种性质类型，电流型和电压型，其特点区别:(1) 变频器其主要功能特点为逆变电路。

根据直流端滤波器型式，逆变电路可分为电压型和电流型两类。

前者在直流供电输入端并联有大电容，一方面可以抑制直流电压的脉动，减少直流电源的内阻，使直流电源近似为恒压源;另一方面也为来自逆变器侧的无功电流提供导通路径。

因此，称之为电压型逆变电路。

(2) 在逆变器直流供电侧串联大电感，使直流电源近似为恒流源，这种电路称之为电流型逆变电路。

电路中串联的电感一方面可以抑制直流电流的脉动，但输出特性软。

电流型变频器是在电压型变频器之前发展起来的早期拓扑。

3 电压型逆变器与电流型逆变器的特点区别(1) 直流回路的滤波环节电压型逆变器的直流滤波环节主要采用大电容，因此电源阻抗小，相当于电压源。

电流型逆变器的直流滤波环节主要采用大电感，相当于恒流源。

高压变频器的发展现状分析作者：黄申红来源：《数字化用户》2013年第16期【摘要】随着经济的发展和科技的进步，电气行业也在飞速发展，特别是高压变频器发展迅猛，为我国电气行业带来可观经济利益的同时，也促进了社会经济的发展。

文章分析了高压变频器的基本结构、特点，多角度描述了目前高压变频器的发展现状，并对其未来发展趋势进行了预测，希望能为电气行业发展提供一些参考。

【关键词】高压变频器结构现状发展趋势近些年来，电子技术发展迅猛，无形中也带动了高压变频技术的发展。

该项技术不仅能够节约日益短缺的能源，同时还能保证产品的质量，因此，其被重视程度的程度也在不断增加。

但是，与国外一些发达国家相比，我国高压变频器发展还比较落后，有待于进一步提高。

一、高压变频器简介（一）高压变频器的一般组成。

高压变频器内部结构比较复杂，共由18个结构单元模块组成，根据实际情况将18个单元模块分成三组，每6个模块为一组。

每个组都要对应着不同的三相高压回路，通常采用移相的方式对变压器实行切分，从而实现每个单元的供电，保证高压变频器的高效运转。

（二）高压变频器的分类.高压变频器的分类众说纷纭，不同分类标准会有不同类型，常见的有以下几种分类方法：1.根据结构分为高-高型高压变频器和高-低-高高压变频器。

2.根据功率单元结构分为单元串联多电平型高压变频器和三电平型高压变频器。

3.根据滤波方式分为电流型高压变频器和电压型高压变频器。

其中电流型高压变频器应用较广，其能够有效抑制直流电压的脉冲，降低阻力，很大程度的提高变频器的工作效率。

（三）高压变频器的优越性能。

高压变频器性能优越，应用范围越来越广。

第一其实际应用性强，高压变频器的调速范为广泛，可以根据实际操作需要顺利平稳调节各个阶段的工频，保证不同阶段工作的顺利进行，提高工作效率。

第二其技术可靠稳定，绝大多数的高压变频器都采用串联多重化叠加技术，该项技术不仅能够有效避免电压的起伏变化，还能够在很大程度上降低因电压转换而造成的装置损耗，从而实现机器运转的安全性和实用性。

简述电压型变频器和电流型变频器的特点电压型变频器和电流型变频器都是目前常见的变频器类型，它们在实际应用中各有其特点。

1.电压型变频器。

电压型变频器的作用是通过改变电压的大小来控制电机转速。

其特点如下：
（1）输出电压可调：电压型变频器的输出电压可以根据需要进行调节，从而适应不同的负载和需求。

（2）控制简单：电压型变频器的控制比较简单，只要控制输出电压即可，无需考虑负载电流。

（3）稳定性好：由于电压型变频器只需要控制电压，因此其对负载变化的响应比较快，稳定性好。

2.电流型变频器。

电流型变频器的作用是通过改变电流的大小来控制电机转速。

其特点如下：
（1）输出电流可调：电流型变频器的输出电流可以根据需要进行调节，从而适应不同的负载和需求。

（2）可以保护电机：电流型变频器可以通过调节输出电流的大小来保护电机，例如限制电流过大等。

（3）控制复杂：电流型变频器的控制比较复杂，需要考虑电压和电流的关系，而且电流型变频器对负载变化的响应比较慢。

在实际应用中，电压型变频器和电流型变频器都有其适用的场合。

例如，对于低功率的小型马达，可以采用电压型变频器进行控制，简单易用；而对于大型马达，可以采用电流型变频器进行控制，以保护电机。

另外，
在应用中还需要根据具体要求综合考虑控制精度、效率、可靠性等因素，
选择合适的变频器类型。

（1）电流源型。

电流源型逆变部分采用SGCT直接串联解决耐压问题，直流部分用电抗器储存能量，目前的技术水平可以做到7.2KV输出电压，所以适应国内大部分电压为6KV这一现状。

电流源型变频器输入侧的功率因数比较低，电抗器的发热量较大，效率比电压源型变频器低，由于采用电流控制，输出滤波器的设计比较麻烦，而两电平变频器的共模电压和谐波、 dv/dt问题较突出，所以对电机的要求较高。

虽然电流源型变频器有可回馈能量的优点，但是需要回馈能量的负载毕竟不是太多，尤其是通用型的变频器，所以电流源型变频器的市场竞争能力已经逐渐变弱。

（2）功率单元串联多电平型。

此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压，输入侧的降压变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染，输出侧采用多电平正弦PWM技术，可适用于任何电压的普通电机，另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。

系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。

由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。

（3）三电平型。

三电平型变频器采用钳位电路，解决了两只功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。

三电平逆变器的主回路结构环节少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。

三电平变频器在国内市场遇到的最大难题是电压问题，其最大输出电压达不到 6KV，所以往往需要采用变通的方法，要么改变电机的电压，要么在输出侧加升压变压器。

这一弱点限制了它的应用。

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随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。

那么要想在测量过程中减少误差的出现，高压变频器的选型需要把握哪些原则呢？1、电压等级我国高压电机常用电压等级为6kV和10kV，另有少量3kV等级的高压电机。

绝大部分的高压变频器输入都有一个隔离变压器，所以变频器输入电压通常能满足不同电网电压等级的要求。

变频器的输出电压等级选择通常按照技改项目和新建项目有不同的选择原则。

对于技改项目，本来电机工频运行，由于通常不会更换电机，加装变频器后，要求变频器的输出电压和电网电压一致，通常为6kV或10kV。

对于新建项目，如果不需要工频旁路，电机电压可以配合变频器进行优化，如对于中小功率可选择2.3kV或3kV输出电压等级，以降低成本。

如果需要工频旁路，建议变频器输出电压等级和电网电压一致，否则旁路比较复杂。

2、电压源型和电流源型目前绝大部分的高压变频器均属于交直交型变频器，按中间直流环节所用储能元件的不同，可分为电压源型和电流源型。

目前主要的电流源型变频器为SGCT-PWM电流源型变频器。

电流源型变频器的优点是能量可以回馈电网，可以实现四象限运行。

电源侧常采用三相桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波较大，为了降低谐波成分，可采取多重化，有时还必须加输入滤波装置。

输入功率因数一般较低，通常要附加功率因数补偿装置。

由于不像电压源变频器，在直流环节的大滤波电容能存储较大的能量，电流源变频器对电网电压波动较为敏感，电网电压波动较大时容易停机，是个比较大的缺点。

若整流电路也采用SGCT做电流PWM控制，可以得到较低的输入电流谐波和较高的输入功率因数，并且可省去输入隔离变压器。

但PWM整流会导致变频器效率有一定程度下降。

电压源变频器目前主要有三电平高压变频器(采用IGBT或IGCT作为功率器件)和单元串联多电平高压变频器。

电压型变频器与电流型变频器对比电流型与电压型，两者都属于交-直-交变频器，由整流器和逆变器两部分组成。

由于负载一般都是感性的，它和之间必有无功功率传送，因此在中间的直流环节中，需要有缓冲无功功率的元件。

如果采用大器来缓冲无功功率，则构成电压源型变频器；如采用大电抗器来缓冲无功功率，则构成电流源型变频器。

电压型变频器和电流型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器在性能上相当大的差异，主要表现列表比较如下：1、储能元件：电压型变频器——；电流型——电抗器。

2、输出波形的特点：电压形电压波形为矩形波电流波形近似正弦波；电流型变频器则为电流波形为矩形波电压波形为近似正弦波3、回路构成上的特点，电压型有反馈直流电源并联大容量电容（低阻抗电压源）；电流型无反馈二极管直流电源串联大电感（高阻抗电流源）四象限运转容易。

4、特性上的特点，电压型为负载短路时产生过电流，开环电动机也可能稳定运转；电流型为负载短路时能抑制过电流，电动机运转不稳定需要反馈控制。

电流型逆变器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差。

变频器的结构特征1.电流型变频器变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。

缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为困难。

另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。

2.电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。

功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。

3.高电流型变频器它采用GTO，SCR或IGCT元件串联的办法实现直接的高压变频，目前电压可达10KV。

由于直流环节使用了电感元件，其对电流不够敏感，因此不容易发生过流故障，逆变器工作也很可靠，保护性能良好。

高压变频器基础知识详解1、电压源型与电流源型高压变频器的区别。

变频器的主电路大体上可分为两类：电压源型和电流源型。

电压源型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波元件是电容；电流源型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波元件是电感。

2、为什么变频器的输出电压与频率成比例的改变？异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过的电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，电机电流增大，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器的输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免磁饱和现象的产生。

这就是VVVF的定义。

这里的电压指的是电机的线电压或者相电压的有效值。

3、电动机使用工频电源驱动时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，那么电流是否增加？频率下降(低速)时,如果输出相同的功率,则电流增加，但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

4、采用变频器运转时，电机的起动电流、起动转矩怎样？采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下(根据机种不同，为125%～200%)。

用工频电源直接起动时，起动电流为6～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。

采用变频器传动可以平滑地起动(起动时间变长)。

起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。

5、V/f模式是什么意思？频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。

保持V/f比恒定控制是异步电机变频调速的最基本的控制方式，它在控制电机的电源频率变化的同时控制变频器输出的电压，并使二者之比V/f为恒定，从而使电机的磁通保持恒定。

在电机额定运行情况下，电机的定子电阻和漏抗的电压降比较小，电机的端电压和电机的感应电势近似相等。

变频器有几种类型？变频器的分类方式介
绍
变频器的分类 1.按输入电压等级分类变频器按输入电压等级可分低压变频器和高压变频器，低压变频器国内常见的有单相220 V变频器、三相220 V变频器、i相380 V变频器。

高压变频器常见有6 kV、10 kV变压器，控制方式一般是按高低一高变频器或高一高变频器方式进行变换的。

2.按变换频率的方法分类变频器按频率变换的方法分为交-交型变频器和交-直交型变频器。

交-交型变频器可将工频交流电直接转换成频率、电压均可以控制的交流，故称直接式变频器。

交直-交型变频器则是先把工频交流电通过整流装置转变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可以调节的交流电，故又称为间接型变频器。

3.按直流电源的性质分类在交-直-交型变频器中，按主电路电源变换成直流电源的过程中，直流电源的性质分为电压型变频器和电流型变频器。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器的分类
变频器按其供电电压分为低压变频器( 110V 220V 380V ) 、中压变频器( 500V660V 1140V ) 和高压变频器( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10K V )。

按供电电源的相数分为：单相输入变频器和三相输入变频器。

变频器按其功能分为恒转矩（恒功率）通用型变频器、平方转矩风机水泵节能型变频器、简易型变频器、迷你型变频调速器、通用型变频器、纺织专用型变频器、高频电主轴变频器、电梯专用变频器、直流输入型矿山电力机车用变频器、防爆变频器等。

变频器按直流电源的性质分为电流型变频器和电压型变频器。

变频器按输出电压调节方式分为PAM 输出电压调节方式变频器和PWM 输出电压调节方式变频器。

变频器按控制方式分为U/f 控制方式和转差频率控制方式两种。

变频器按主开关器件分为IGBT GOT BJT三种。

变频器按机壳外型分为塑壳变频器、铁壳变频器和柜式变频器。

变频器按其输出功率大小分为小功率变频器、中功率变频器和大功率变频器。

变频器接其商标所有权分为国产变频器、台湾变频器和日、韩、欧、美进口变频器。

系统分类: 变频器 | 用户分类: 变频器 | 来源: 无分类。