中心議題：

• 變流器的組成原理
• 多電壓等級恒功率輸出的變流器實例

解決方案：

• 變頻功率單元串聯

1 引言

隨著電力電子器件的發展，變流器廣泛應用於電信
、能源、交通運輸、軍事裝備、材料工程、電力係統和電氣傳動領域，以驅動電氣傳動機構或作為變頻電源使用。目前
，比較先進的高壓電機變頻調速裝置采用igbt功率單元串聯（h橋串聯）多電平技術

、數字控製技術
、spwm脈寬調製技術，具有高效節能、高功率因數及高可靠性等特點，結束了傳統方法造成的能源和人力浪費，延長了電機、風機、水泵等使用壽命，改善了生產工藝，提高了生產效率。

h橋(qiao)串(chuan)聯(lian)多(duo)電(dian)平(ping)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)為(wei)變(bian)流(liu)器(qi)的(de)大(da)容(rong)量(liang)化(hua)開(kai)辟(pi)了(le)新(xin)的(de)途(tu)徑(jing)，電(dian)平(ping)數(shu)量(liang)越(yue)多(duo)，輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)越(yue)小(xiao)，越(yue)接(jie)近(jin)於(yu)正(zheng)弦(xian)輸(shu)出(chu)，更(geng)適(shi)合(he)大(da)容(rong)量(liang)、高電壓的場合。

muqian，bianpinzhuangzhizaishuchudianyajiangdishishuchugonglvyedengbidejianxiao
，zaixuyaoduodianyadengjihenggonglvshuchudechanghe，zhinengxuanzeduogebianpintiaosuzhuangzhilaishixian，tongguoyigebianliuqinenggoushixianduodianyadengjihenggonglvshuchudebianliuqishidianlidianzishebeishichangjixudechanpin。

2 變流器組成原理

a、b、c三相電源接入變流器，其輸出接電動機，如圖1所示。

全電壓等級如圖2所示，每相由n個變流功率單元串聯組成一個變流鏈，實現全電壓三相交流恒功率輸出
，其中n為偶數。

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1/2全電壓等級如圖3所示，由n/2個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈，每相由2個變流鏈相並聯，實現1/2全電壓等級的三相交流恒功率輸出
，其中n為偶數。

1/4全電壓等級如圖4所示
，由n/4個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈
，每相由4個變流鏈相並聯，實現1/4全電壓等級的三相交流恒功率輸出，其中n為偶數。

1/8全電壓等級如圖5所示
，由n/8個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈，每相由8個變流鏈相並聯，實現1/8全電壓等級的三相交流恒功率輸出
，其中n為偶數。

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1/n全電壓等級如圖6所示，由n個變頻功率單元並聯組成，實現1/n全電壓等級的三相交流恒功率輸出。

直流或單相交流恒功率輸出如圖7所示
，如將每相n個變頻功率單元並聯
，再將三相所屬變流並聯單元再進行並聯，可實現直流輸出或單相交流恒功率輸出。

該方法需要滿足的控製條件是：
（1）各變頻功率單元的串



、並聯通過控製相應開關的分
、合閘來實現，控製原則是所需恒功率輸出的電壓等級；
（2）同一個變流鏈中的各變頻功率單元輸出同相位、同頻率，而且電壓幅值相等；
（3）並聯的各個變流鏈輸出電流相等。
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3 變流壓實例

實施例1:n=8
，功率為5000kva。

圖8所示的是全電壓等級13.2kv的拓撲圖：每相由8個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈
，實現全電壓13.2kv三相交流恒功率5000kva輸出。

圖9所示的是1/2全電壓等級6.6kv的拓撲圖：由4個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈，每相由2個變流鏈相並聯，實現6.6kv等級的三相交流恒功率5000kva輸出。

圖10所示的是1/4全電壓等級3.3kv的拓撲圖：由2個變頻功率單元串聯組成1個變流鏈，每相由4個變流鏈相並聯，實現3.3kv等級的三相交流恒功率5000kva輸出。

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圖11的是1/8全電壓等級1.65kv的拓撲圖：由1個變頻功率單元組成一個變流鏈，每相由八個變流鏈相並聯，實現1.65kv電壓等級的三相交流恒功率5000kva輸出。

圖12所示的是直流0-1000v或單相交流恒功率輸出的拓撲圖：如將每相8個變頻功率單元並聯，再將三相所述變流並聯單元再進行並聯
，可實現直流輸出0-1000v恒功率5000kva輸出。

圖13的是變流器具體原理圖：為n=8
、功率為5000kva變流器。其輸出能力、對應的開關狀態和控製方式如表所示。

圖13中的每個變頻功率單元的具體原理見圖14，當變頻功率單元為圖14（a）時就是四象限變流電，當變頻功率單元為圖14（b）時就是兩（或單）象限變流器。

圖14（a）中，此變頻功率單元基本拓撲結構為交椫睏交型三相可控整流/單相逆變輸出的電壓源型變頻器

，整流側為三相可控整流橋
，將輸入的三相交流整流成直流；逆變側為單相逆變，實現單相可控交流0～950vshuchu。cibianpingonglvdanyuannenggoushixiannengliangdeshuangxiangliudong
，dianliukecongdianwangjingzhongjianzhiliudianrongliuxiangdianji，yekeyindianjizhidonghuodianjigongzuozaifadiangongkuangshi，dianliucongdianjijingzhiliuhuanjiededianrongliuxiangdianwang，shixiansixiangxianyunxingkongzhi。qizhongkekongzhengliuqijianhenibianqijiankeyishiigbt（igct、iegt）。

圖14（b）中
，此變頻功率單元基本拓撲結構為交椫睏交型三相二極管不可控整流/單相逆變輸出的電壓源型變頻器，即此變頻單元是三相交流輸入
，單相輸出為可控的交流0～950v。其中逆變器件可以是igbt（igct、iegt）。

此變流器基於多電平h橋串聯技術，最高輸出達到13.2kv

，無需升壓變壓器，容量為5000kva。
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由電網送來的三相交流電接入整流移相變壓器t2，整流移相變壓器t2的二次有24個三相繞組分別給24個變頻功率單元供電
，每相由8個變頻功率單元的單相輸出首尾串聯，而每個變頻功率單元的輸出電壓可控製在0～950v範圍內
，各變頻功率單元輸出的pwm波移相疊加後

，形成7.6kv的相電壓
，a、b、c三相采用y形連接，形成了線電壓最高為13.2kv的高質量的正弦波輸出（頻率在0～120hz可設定，電壓在0～13.2kv）供給電動機或作為變頻電源。

每(mei)個(ge)變(bian)頻(pin)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)是(shi)完(wan)全(quan)成(cheng)熟(shu)的(de)技(ji)術(shu)，而(er)變(bian)頻(pin)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)和(he)串(chuan)聯(lian)數(shu)量(liang)決(jue)定(ding)了(le)此(ci)變(bian)流(liu)器(qi)的(de)最(zui)高(gao)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，每(mei)個(ge)變(bian)頻(pin)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)決(jue)定(ding)此(ci)變(bian)流(liu)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)。

整流移相變壓器的一次繞組是y型，每個二次繞組為延邊△型，一次電壓根據應用電網的電壓設計。

通過對各開關的分合閘控製，實現a、b、c三相每相各自變頻單元的並聯，而得到不同電壓等級的輸出。保證了不同電壓等級下的功率輸出仍然是5000kva。

交流輸出端子共有4組，直流輸出端子1組

，輸出能力
、開關的刀閘狀態、控製方式見附表。

圖15是全電壓13.2kv等級時四象限型變流器電路原理圖。變頻功率單元為圖14-a時，每相8個變頻功率單元串聯，實現全電壓13.2kv三相交流恒功率5000kva輸出。

4 結束語

本ben文wen介jie紹shao的de可ke變bian電dian壓ya恒heng功gong率lv輸shu出chu的de高gao壓ya大da功gong率lv變bian流liu器qi，已yi製zhi成cheng實shi用yong的de高gao壓ya變bian頻pin器qi產chan品pin，是shi高gao壓ya電dian機ji性xing能neng試shi驗yan的de理li想xiang設she備bei。因yin為wei一yi台tai此ci高gao壓ya變bian頻pin器qi可ke以yi用yong於yu多duo種zhong電dian壓ya等deng級ji的de高gao壓ya大da功gong率lv電dian機ji性xing能neng試shi驗yan。這zhe樣yang可ke以yi節jie省sheng大da量liang設she備bei投tou資zi，節jie省sheng設she備bei安an裝zhuang產chan地di

，是shi種zhong很hen實shi用yong的de創chuang新xin產chan品pin，即ji有you實shi用yong價jia值zhi
，更geng有you推tui廣guang價jia值zhi。