单元串联多电平变频器原理、技术优点及厂家技术特点

1单元串联多电平变频器原理

（1）单元串联多电平变频器采用若干个独立的低压功率单元串联的方式来实现高压输出

（2）电网电压经二次侧多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交—直—交PWM电压源型逆变器。

原理综述，将相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y联结结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。每个功率单元分别由输入变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘。对于额定输出电压为6kV的变频器，每相由5个额定电压为690V的功率单元串联而成，输出相电压最高可达3450V，线电压可达6kV左右。

每个功率单元承受全部的输出电流，但只提供1/5的相电压和1/l5的输出功率，所以，单元的电压等级和串联数量决定变频器输出电压，单元的额定电流决定变频器输出电流。由于采用整个功率单元串联，所以不存在器件串联引起的均压问题。

2单元串联多电平变频器技术优点

自西门子罗宾康公司1994年推出第一台变频器以来，经过十多年的不断发展，单元串联多电平变频器逐渐形成以下几项比较完备的技术。

（1）输入变压器多重化设计

输入变压器实行多重化设计，达到降低谐波电流的目的。输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置。以6kV变频器为例，变压器的15个二次绕组，采用延边三角形联结，分为5个不同的相位组。互差12°，形成30脉波二极管整流电路结构，所以理论上29次以下的谐波都可以消除，输入电流波形接近正弦波。总的谐波电流失真可低于1%。

（2）逆变器输出多电平移相式PWM技术

在PWM调制时，采取移相式PWM，即同一相每个单元的调制信号相同，而载波信号互差一个电角度且正反成对。这样每个单元的输出是同样形态的PWM波，但彼此相差一个角度。叠加以后输出电压的等效开关频率大大增加。改变参考波的幅值和频率，即可实现变压变频的高压输出。实际上，为了提高电源利用率，参考波并非严格的正弦波，而是注入了一定的三次谐波，形成“马鞍型”的波形。

（3）功率单元旁路技术

在每个功率单元输出端T1、T2并联一个双向晶闸管（或反并联两个SCR）。当功率单元发生故障，封锁该单元，然后让SCR导通，形成旁路。旁路后，电路仍可继续工作，只是输出电压略有下降。如果负载十分重要，可以进行冗余设计，安装备用功率单元。功率单元旁路技术大大提高了单元串联多电平变频器的可靠性，在很大程度上弥补了元气件个数多导致可靠性降低的问题。