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概述： 与直流电动机相比，感应电动机具有结构简单、制造容易、维护工作量小等优点，但感应电动机的控制却比直流电动机复杂的多。早期的交流传动均用于不可调传动，而可调传动则用直流传动，随着电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，交流传动已逐渐取代了直流传动。交流可调传动的应用主要分为三个方面： Ø 用于大量的风机、水泵类电机的调速，以获得可观的节能效益； Ø 用于高性能的传动系统，取代直流传动系统； Ø 用于特大容量、极高转速的交流调速 变频器的分类： 我们按照变频器的电压等级进行分类： 变频器电压在690伏以下的称为---低压变频器；其最大的功率可至3000KW。 变频器电压在690伏以上的称为---中压变频器；其最大的功率可至100MW，其最高的电压可以达到12KV。 低压变频器： 目前低压变频调速已占据了传动市场95%以上的份额，全球大约有几百家的低压变频器生产厂商，我国国内也有几十家的低压变频器生产厂商。 目前市场上的低压变频器主要由一些标准化的硬件和软件构成： Ø DSP控制器 Ø IGBT或IPM（集成式的IGBT功率单元） Ø 二极管整流或IGBT可逆整流 Ø 电力电解电容 Ø 风冷（大容量可采用水冷） Ø 二电平输出 Ø 电压源型变频器 Ø PWM调制输出 Ø 主要控制方式（V/F控制；矢量控制；直接转矩控制）
目前低压变频器的主要研究发展方向： Ø 环境影响（包括变频器运行时的对环境的影响以及产品本身对环境的影响）； Ø 体积更小，成本更低，使用更方便； Ø 矩阵变频器的研发；
中压变频器 中压变频器的制造能力是一个国家电气制造能力的综合体现，目前国际上有十几家的中压变频其制造商，我国国内目前也有几家中压变频器的制造商。中压变频器的生产是一个综合的过程，因此无法实现标准化，所以各个厂家都有不同类型不同结构的中压变频器产品。 目前中压变频器的主要硬件和软件的组成： Ø 多DSP控制器或者专用的电力电子控制器 Ø 功率元件-SCR/GTO/低压IGBT/中压IGBT/IGCT/IEGT Ø 薄膜电力电容 Ø 二极管多脉冲整流或反馈可逆整流 Ø 电压型或电流型变频器 Ø 三电平或多电平输出 Ø PWM调制和方波等输出方式 Ø 水冷（也有风冷） Ø 主要控制方式（V/F控制；矢量控制；直接转矩控制） 评价中压变频器的指标主要有： Ø 成本 Ø 可靠性 Ø 对电网的谐波污染 Ø 输入功率因数 Ø 输出谐波 Ø dv/dt Ø 共模电压 Ø 系统效率 Ø 能否四象限运行 下面是目前市场上能采购到的几种中压变频器。 1，功率器件串联二电平电流型中压变频器 功率器件串联二电平电流型中压变频器的主电路结构如图2所示，功率元件可采用SGCT（对称门极换流晶闸管）或者采用中压IGBT。最大的功率为10MW以下，可采用二极管多脉冲和PWM可逆整流，输出方式为PWM输出，控制方式主要采用V/F和矢量控制。目前主要的厂家是美国的AB公司和国内的佳灵公司。
功率器件串联二电平电流型中压变频器结构简单，使用的功率器件少，但器件串联带来均压问题，且二电平输出的dv/dt会对电机的绝缘造成危害，要求提高电机的绝缘等级；且谐波成分大，需要专门设计输出滤波器。 2，单元串联多重化电压源中压变频器 单元串联多重化电压源中压变频器也称完美无谐输出中压变频器，其主电路结构见图3。
单元串联多重化电压源中压变频器采用低压IGBT功率单元，所以技术成熟价格低，而且通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求。最大的输出功率可至10MW，采用V/F和矢量控制技术，PWM电压调制输出。采用多脉冲二极管输入整流。由于采用多重化输出，所以其输出波形完美，谐波小可适用任何场合的电机。主要的生产厂家是美国西门子罗宾康公司和国内的利得华福公司。 但是单元串联多重化电压源中压变频器的功率单元及功率件数量太多，无法实现能量回馈及四象限运行是其主要的缺点。 3，中性点钳位三电平PWM中压变频器 中性点钳位三电平PWM中压变频器的主电路结构见图5。 中性点钳位三电平PWM中压变频器采用中压IGCT( 集成门极换流晶闸管)、中压IGBT或中压IEGT（注入增强栅晶体管）功率单元，采用中性点钳位的三电平方式（Neutral point clamped:NPC），减少了器件的数量使电路结构简单，输入可采用多脉冲二极管整流或者PWM型的主动前端可逆整流，输出的是PWM调制的电压。最大的输出功率可至30MW。输出的是三电平电压，波形比二电平有很大的提高，可采用V/F、矢量控制和直接转矩控制方式，是目前中压变频器的主流方向。主要的生产厂家有瑞典的ABB，德国的SIEMENS，日本TOSHIBA等，国内由于技术原因目前还没有生产厂家。
4，多电平中压变频器 多电平中压变频器的主电路结构见图6。
多电平中压变频器采用中压IGCT( 集成门极换流晶闸管)、中压IGBT或中压IEGT（注入增强栅晶体管）功率单元，采用电容钳位的多电平输出方式，输入可采用多脉冲二极管整流或者PWM型的主动前端可逆整流，输出的是PWM调制的电压。最大的输出功率可至30MW。输出的是多电平电压，使输出波形接近正弦。可采用V/F、矢量控制和直接转矩控制方式。主要的生产厂家有法国的ALSTOM公司等，国内由于技术原因目前还没有生产厂家。 5，交交中压变频器 交交中压变频器的主电路结构如图7：
交交中压变频器一般采用大功率中压晶闸管，适用于功率在10MW以下的同步或异步电动机，输出的是电压方波，可采用矢量控制，主要用于钢厂的扎钢机等重载设备，但其对电网污染很大，谐波大功率因数非常低。目前已经逐渐被三电平中压变频器取代，主要的生产厂家有德国SIEMENS，瑞典ABB和国内的天传所。 6负载换相式电流源型中压变频器 负载换相式电流源型中压变频器（LCI：Load Commutated Inverter）的负载为大型的同步电动机，功率范围为15MW-100MW。它的主电路结构如图8所示： 负载换相式电流源型中压变频器一般采用大功率中压晶闸管，输出电压可至12KV，最大功率可至100MW，输出的是电压方波，可采用矢量控制。主要用于大型的风机和电力泵设备。主要的生产厂家有德国SIEMENS和法国的ALSTOM，目前国内没有类似的生产厂家。
结束语： 上述的只是一些基本的变频器结构，在这些基本的结构上还有许多不同的扩展。而且随着电力电子技术的不断发展，各种新型的元器件不断诞生，变频器会不断地向安全、高效、绿色的方向发展。 参考文献： 马志源，《电力拖动控制系统》 ISBN7-03-012633-5科学出版社 2003 徐甫荣“中高压变频器主电路拓扑结构的分析比较” 电力设备网2003 竺伟 “高压变频器基础教程” 中国工控网 |
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