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2.4.1.1 主电路三环系列高压变频器通过将多个低压功率单元的输出叠加起来得到中高压。低压功率单元是简单改进后的标准低压PWM（脉宽调制）电机变频器，这种低压变频器已广泛应用了许多年。下图所示为6000V三环系列变频器的典型电路拓扑图，采用630V单元。电机的每相由六个功率单元串联进行驱动，串联方式采用星型接法，中性线浮空。每个单元由一个隔离变压器的隔离次级绕组供电。18个次级绕组各自的额定电压均为630VAC，功率为总功率的18分之一。功率单元与其对应的变压器次级绕组以及对地绝缘等级为5kV。对于不同的输出电压等级，只需改变每相串联的单元数目，其基本原理是一致的。对3000V变频器来说，每相4个功率单元串联，隔离变压器有12个次级绕组。10KV变频器每相8个功率单元串联，隔离变压器有24个次级绕组。每相三个630V AC功率单元串联可产生3000V AC相电压，六个630V AC功率单元串联时产生的相电压为6000V AC。还可以提供其它单元电压等级，对于不同的输出电压，单元的数量将不一样，但是，其基本原理是一样的。所有的功率单元都接收来自同一个中央控制器的指令。这些指令通过光纤电缆传输以保证绝缘等级达到5kV。 为功率单元提供电源的变压器次级绕组在绕制时相互之间有一定的相位差，这样消除了大部分由独立功率单元引起的谐波电流，所以初级电流近似为正弦波，因而功率因数能保持较高满载时典型为95以上。本例中，由630VAC次级供电的三相二极管整流器将直流电容器组充电至约900VDC，该直流电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。在任意时刻，每个单元仅有三种可能的输出电压，如果Q1和Q4导通，从T1到T2的输出将为+900V，如果Q2和Q3导通，输出将为-900V，如果Q1和Q3或者Q2和Q4导通，则输出为0V。每相6个功率单元，所示电路可提供13种不同的相电压(5400V，4500V， 3600V， 2700V， 1800V，900V或0V)。每相8个功率单元可提供17种不同的电压等级。可提供许多不同电压等级的能力使得变频器能产生非常接近正弦波的输出波形。2.4.1.2 单元控制方式结合中高压变频器现阶段普通采用的两类波形控制方式之优缺点，PWM载波移相控制技术和矩形堆波控制技术，三环系列高压变频器采用一种混合使用两类波形控制方式并实现无扰动双向切换的新型方案。 当输出频率较低时，采用PWM载波移相控制技术；当输出频率较高时，则采用矩形堆波控制技术，并实现当频率由高到低（或由低到高）变化时输出波形的无扰动切换。当高压变频器输出频率较高时，使用矩形堆波控制技术，既能满足谐波含有率小的要求，也使功率器件开关频率大大降低，最大限度地减少了开关损耗。当输出频率较低时，使用PWM载波移相控制技术，使得输出电压波形更接近正弦波，谐波含有率小。另外采用无扰动切换技术，保证两种控制方式切换时输出波形无扰动平滑改变，从而长时间稳定可靠运行。 1) 载波移相控制方式PWM载波移相控制是在同相单元调制波完全相同的情况下，将根据每相所串联的单元数目，同相每个单元的载波相位依次相差某一个角度（根据载波频率确定的角度）。 对于三相同一位置的三个单元（比如A相第2单元、B相第2单元和C相第2单元，简称为A2、B2、C2），其调制波形依次相差120O，载波将根据高压变频器总共单元数，依次相差某一个角度（根据载波频率确定的角度）。PWM载波移相控制在高压变频器低频输出时不但有完美无谐波的美誉，输出波形好，谐波含有率低，而且开关频率较低，开关损耗较小。 2) 波形生成及叠加原理下面将以每相3单元构成的3KV高压变频器为例，来说明波形生成及叠加的基本原理。对于其他机型（比如6单元6KV，8单元10KV等），原理和本例同理。本例中，由630VAC次级供电的三相二极管整流器将直流电容器组充电至约900VDC，该直流电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。在任意时刻，每个单元仅有三种可能的输出电压，如果Q1和Q4导通，从T1到T2的输出将为+900V，如果Q2和Q3导通，输出将为-900V，如果Q1和Q3或者Q2和Q4导通，则输出为0V。每相3个功率单元，电路可提供七种不同的相电压(2700V，1800V，900V或0V)。每相6个功率单元可提供13种不同的电压等级。可提供许多不同电压等级的能力使得三环高压变频器能产生非常接近正弦波的输出波形。 A相波形如下图所示：单元A1、A2和A3的输出电压之和产生变频器A相输出相电压，如上图中AN。如前所述有7种不同的电压等级，注意该电压定义为端子A对变频器内浮空中性线的电压，而非电机中性线。 B相的相同信号波形上图所示出B相的相同信号，三个载波信号与A相相同，但与A相对应的载波信号间有20度相移，参考信号RB也与A相相同，但相位滞后120度（在参考频率下）。单元B1、B2和B3的输出电压之和产生变频器的B相相电压，如上图中BN。下图重复相电压AN和BN的波形，AN和BN之差形成加到电机上的线电压，如下图中AB。线电压波形如下图所示：2.4.1.3 矩形堆波控制方式采用矩形堆波控制方式，一个周期内每个单元输出电压波形是宽度可调节的矩形波形，利用多个单元脉宽不同的矩形波叠加输出，使得最终输出电压波形与理想目标波形等效。下图是当功率单元数为3时，采用矩形堆波控制方式的生成波形示意图。（功率单元数目不同时，波形不同），观察示意图可知：一个周期内，各功率单元的功率器件开关仅为2次，相比其他调制方式大大降低，开关损耗最大限度的减小。此外，为了解决应用中存在每个功率单元出力不均衡，输入谐波抵消效果不理想等问题，每个功率单元的输出波形实行轮换。如下图，设T为输出电压周期，在0nT时间内（n为任意整数，下同），单元A1，A2，A3对应输出为波形1，波形2，波形3；nT2nT时间内，单元A1，A2，A3对应输出为波形2，波形3；波形1，2nT3nT时间内，单元A1，A2，A3对应输出为波形3，波形1，波形2；以此循环轮换输出，保证长时间内每个功率单元出力基本相等，谐波抵消效果明显。矩形堆波控制示意图一个输出电压周期内，功率单元的开关次数为2。每经过一定数的周期后，每个单元的输出矩形波形实行轮换，保证了长时间各单元的输出功率均衡。矩形堆波控制在高压变频器输出频率较大时不但开关频率低，开关损耗