變頻器用電抗器主要有：進線電抗器(輸入 電抗器㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，英文簡寫BACL)ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、出線電抗器(輸出電抗器,英文簡寫BOCL)☈⊙☉℃℉❅、直流電抗器(平波電抗器,英文簡寫BDCL)ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。

摘 要：
      本文揭示和描述了一種新型的矩陣級聯型高壓變頻器❣❦❧♡۵，并著重闡述了它的拓撲形式㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉、組成原理♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃、實現方法和研究內容等☾☽❄☃。矩陣級聯式高壓變頻器具有矩陣變頻器㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂、交—交變頻器和H橋級聯型高壓變頻器的三重特點⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，采用虛擬的多重化整流和PWM逆變技術♀☿☼☀☁☂☄，不需要電容器組ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，具有體積小⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，效率高❣❦❧♡۵，低諧波ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，長壽命等特點☈⊙☉℃℉❅，所以對它進行深入的研究將具有十分重要的意義㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。本文對比了矩陣變頻器✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅、交—交變頻器和H橋級聯型高壓變頻器的拓撲原理웃유ღ♋♂、技術特點和優缺點等㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。

關鍵詞： 電抗器 變頻器 變流器

1 引 言
近幾年,H橋級聯式高壓變頻器得到了很快的推廣和普及,其“完美無諧波”的特點☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，被更多的人所贊譽和接受,這主要歸功于一個簡單的思路⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，即：用相對獨立的低壓變換單元,通過串聯的辦法來解決高壓問題☾☽❄☃。思路很簡單,但實現起來方法卻各有不同✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。本文就提出了一種將矩陣變換器引入H橋級聯型高壓變頻器的新方法,并替換其中的H橋功率單元,舍棄了直流環節和串⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺、并聯電解電容器組,實現了交—交形式的直接變換,因此大大延長了變頻器的使用壽命,體積也可以減小許多❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣。

2 拓撲結構及其特點
2.1 矩陣變頻器
矩陣式變換器♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，主要由矩陣開關以m×n陣列形式構成⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，當用作電機驅動時m和n的值都取3웃유ღ♋♂，組成矩陣變頻器㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，其電路拓撲如圖1所示ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ。

圖1 矩陣變換器

  虛線框內為矩陣開關⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，由兩支反串聯的IGBT構成㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉，也可以由兩支反并聯的晶閘管構成♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，它的作用是實現電流的雙向控制☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；。

（1）特點：
● 可以實現四象限運行ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ；
● 無需電解電容器ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ；
● 無需電力變壓器⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯；
● 體積小✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅，重量輕⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾；
● 效率高♀☿☼☀☁☂☄。

（2）缺點：
● 開關型功率器件數量多⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯；
● 功率器件需要能耗型吸收電路❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰；
● 采用IGBT時,受器件耐壓限制,高電壓變換難于實現⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。

2.2 交—交變頻器
交—交型變頻器⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，主要由電力變壓器和三個單相交—交變換器共同組成♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，一般通過星形連接形成三相輸出✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴，電路拓撲結構如圖2所示☈⊙☉℃℉❅。

圖2 交—交變頻器

  虛線框內為單相交—交變換器功率單元♀☿☼☀☁☂☄，由數支反并聯的晶閘管構成⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，作用也是實現可換向整流控制㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂。但是需要說明的是☾☽❄☃，晶閘管的關斷需要依賴電源交流電壓的自然換向才能實現⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓。

（1）特點：
● 可以實現四象限運行⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯；
● 無需電解電容器❋❀⚘☑✓✔√☐☒✗✘ㄨ✕✖✖⋆✢✣；
● 效率較高⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤。

（2）缺點：
● 需要電力變壓器ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，體積大⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，較重❣❦❧♡۵；
● 晶閘管數量多❣❦❧♡۵，需要能耗型吸收電路❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰；
● 晶閘管的關斷依賴電源的交流電壓✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥；
● 輸出諧波較大✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅；
● 輸出頻率范圍因諧波原因受到較大的限制⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。

2.3 H橋級聯型高壓變頻器
H橋級聯型高壓變頻器⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，主要由移相式輸入變壓器和多個H橋單相逆變單元共同組成①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，單元與單元之間串聯☾☽❄☃，并最終進行星形連接♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，從而實現三相輸出✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥。如圖3所示⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，是一個3kV H橋級聯型高壓變頻器的電路拓撲形式ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，它的每一個相電壓由3個H橋單元串聯而成⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。

圖3 H橋級聯型高壓變頻器

      虛線框內為H橋單相逆變單元❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，由三相輸入整流㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂、濾波電容組和H橋逆變電路（全橋）共同組成⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，本質是一個AC-DC-AC變換器①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯。

（1）特點：
● 功率因數高☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；；
● 輸入⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤、輸出電流波形接近正弦波☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，諧波小ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ；
● 效率較高ⓊⓋⓌⓍⓎⓏⓐⓑⓒⓓⓔⓕⓖⓗⓘⓙ；
● 高電壓變換容易實現⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯。

（2）缺點：
● 需要復雜的電力變壓器㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂；
● 體積大♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，較重ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ；
● 功率器件數量多❣❦❧♡۵；
● 依賴直流電容器✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，如果采用電解電容器⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，還需要定期維護❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。

2.4 矩陣級聯型高壓變頻器
本文提出的矩陣級聯型高壓變頻器㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，主要由移相式輸入變壓器和多個矩陣單相變換單元共同組成☾☽❄☃，它是在H橋級聯型變頻器基礎上웃유ღ♋♂，將矩陣變換單元引入并替代H橋單相逆變單元而形成的♀☿☼☀☁☂☄，其單元與單元之間也采取串聯及星形連形式♀☿☼☀☁☂☄，并最終實現三相輸出的⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。拓撲結構如圖4所示♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，是一個3kV矩陣級聯型高壓變頻器的電路形式☈⊙☉℃℉❅，它的每一個相電壓由3個3×2矩陣變換單元串聯而成ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，三相共需要9個這樣的單元웃유ღ♋♂。

圖4 矩陣級聯型高壓變頻器

 虛線框內為3×2矩陣變換單元①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，通過虛擬整流技術及可三電平輸出的PWM控制技術♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，實現了三相交流電輸入和單相三電平交流電的輸出✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥，可以適應感性負載的變化ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。

（1）特點：
● 可以實現四象限運行⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺；
● 無需電解電容器♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，壽命較長ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ；
● 變流器的體積較H橋單元的小☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；；
● 輸入①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯、輸出電流波形接近正弦波⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，諧波小✺ϟ☇♤♧♡♢♠♣♥；
● 功率因數高ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ；
● 效率較高⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤；
● 高電壓變換容易實現㈠㈡㈢㈣㈤㈥㈦；
● 輸出頻率范圍寬⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾。

（2）缺點：
● 需要復雜的電力變壓器⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺，體積大⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，較重ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ；
● 功率器件數量多☈⊙☉℃℉❅；
● 功率器件需要能耗型吸收電路⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺。

3 矩陣級聯型變頻器的實現方法
矩陣級聯型高壓變頻器⒥⒦⒧⒨⒩⒪⒫⒬⒭⒮⒯⒰⒱⒲⒳⒴⒵❆❇❈❉❊†☨✞✝☥☦☓☩☯，采用3×2矩陣變換單元相互串聯而成①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，實現了高電壓的輸出⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，具有與H橋級聯型高壓變頻器相似的特點㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，同時又具備矩陣✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴、交—交變換器的四象限運行能力㊀㊁㊂㊃㊄㊅㊆㊇㊈㊉。

      其實現方法是：三相高壓交流電經移相變壓器的降壓ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ、隔離和相移ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ，形成互差一定角度的三相交流電❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰。將該三相交流電分別送到各個矩陣變換單元ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ，經虛擬整流㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂、換向⑰⑱⑲⑳⓪⓿❶❷❸❹❺、PWM斬波控制和三電平轉換☧☬☸✡♁✙♆。，、＇：∶；，得到單相的交流電輸出☈⊙☉℃℉❅。將數臺矩陣變換單元的輸出端串聯起來⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ，并組合成星形⓱⓲⓳⓴⓵⓶⓷⓸⓹⓺⓻⓼⓽⓾，便得到了可直接驅動高壓電動機的三相交流電♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃。每臺矩陣變換單元通過一對光纖接受控制器的指令和PWM信號❻❼❽❾❿⓫⓬⓭⓮⓯⓰，同時也能向控制器傳送狀態和告警信息ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ。矩陣變換單元☈⊙☉℃℉❅，采用虛擬整流技術ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ，沒有真正的直流環節⒃⒄⒅⒆⒇⒈⒉⒊⒋⒌⒍⒎⒏⒐⒑⒒⒓，不需要平波電容器⒜⒝⒞⒟⒠⒡⒢⒣⒤，所以使用壽命得到延長☾☽❄☃，可以減少維護量①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬⑭⑮⑯，甚至可以設計出免維護的產品☈⊙☉℃℉❅。

另外☈⊙☉℃℉❅，高壓變頻器配上 電抗器后其性能可達到******ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ！

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低壓電抗器種類：低壓電容柜補償用串聯電抗器✤✥❋✦✧✩✰✪✫✬✭✮✯❂✡★✱✲✳✴、變頻器用輸入ⓣⓤⓥⓦⓧⓨⓩ、輸出電抗器ⅲⅳⅴⅵⅶⅷⅸⅹⒶⒷⒸⒹ、直流平波電抗器ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、低壓空心濾波電抗器웃유ღ♋♂、非晶高頻電抗器和特殊電抗器等♦☜☞☝✍☚☛☟✌✽✾✿❁❃，另外我公司有各種變壓器✵✶✷✸✹✺✻✼❄❅、濾波器ⒺⒻⒼⒽⒾⒿⓀⓁⓂⓃⓄⓅⓆⓇⓈⓉ、制動單元ⓚⓛⓜⓝⓞⓟⓠⓡⓢ、電阻㈧㈨㈩⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿⒀⒁⒂，是您選擇定制產品的專業公司⒔⒕⒖⒗⒘⒙⒚⒛ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫⅰⅱ。