浅析电压型和电流型高压变频器
电压型逆变器电流型逆变器的区别
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下述问题涉及电流型逆变器内部结构，以串联二极管式电流型逆变器为讨论对象。
对异步电动机的从逆变器元件的选择对电机参数的要求。
串联二极管式电流型逆变器的品闸管和隔离二极管可以确定耐压值。
可以看到，在电机漏感上减小的情况下，可以相应地降低功率半导体器件的耐压要求。
另外，二极管换流阶段的持续时间可确定。
为了减小换流时间以提高逆变器的运行频率，也要求降低电动机的总漏感上。
因而，电流型逆变器要求异步电动机有尽可能小的漏感上。
这一点正好与电压型逆变器对异步电动机的要求相反。
在功率半导体器件耐压已知的情况下，应合理地选择电动机，以减小换流电容器的电容量。
从电动机运行的安全可靠性对电动机材料的要求，电动机在电流型逆变器供电的运行过程中，由干每次换流在电压波形中产生尖峰。
这个尖峰在数值上等于I,差加千正线电势波形之上。
因此，电动机在运行过程中实际承受的最高电压，于电动机额定线电压的峰值。
为了电动机安全地运行，应适当加强其绝缘。
由于电流矩形波对电动机供电在电动机内造成谐波损耗，逆变器在高于50赫的情况下运行时，电动机的损坏也有所增加。
为了不致因电机效率过低和温升过高造电动机过热而损坏，应适当降低电动机铜铁材料的电负荷。
在运行频率较高的情况下，应注意降低电动机的机械损耗和铁耗。
起动转矩和避免机振对电动机结构的要求。
电动机低频起动时，起动转矩的平均值和转矩的波动率。
变频器的分类方式
变频器基础知识及变频器的分类变频器的分类（1）按直流电源的性质分类变频器中间直流环节用于缓冲无功功率的储能元件可以是由电容或是电感，据此变频器可分成电压型变频器和电流型变频器两大类。
电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感作为储能元件，无功功率将由该电感来缓冲。
电流型变频器的一个较突出的优点是，当电动机处于再生发电状态是，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈交流电网，不需要在主电路内附加任何设备。
电流型变频器常用于频繁急加减速的大容量电动机的传动。
在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。
电压变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，用来缓冲负载的无功功率。
对负载而言，变频器是一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行，具有不选择负载的通用性。
缺点是电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的无功能量难于回馈给交流电网。
要实现这部分能量向电网的回馈，必须采用可逆变流器。
（2）按变换环节分类1）交-交变频器交-交变频器是将工频交流电直接变换成频率电压可调的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
对于大容量、低转速的交流调速系统，常采用晶闸管交一交直接变频器直接驱动低速电动机，可以省去庞大的齿轮减速箱。
其缺点是：最高输出频率不超过电网频率的l/3～1/2，且输入功率因数较低，谐波电流含量大，谐波频谱复杂，因此必须配置大容量的滤波和无功补偿设备。
近年来，又出现了一种应用全控型开关器件的矩阵式交一交变压变频器，采用PWM控制方式，可直接输出变频电压。
这种调速方法的主要优点是：①输出电压和输人电流的低次谐波含量都较小。
②输入功率因数可调。
③输出频率不受限制。
④能量可双向流动，可获得四象限运行。
⑤可省去中间直流环节的电容元件。
2）交-直-交变频器交-直-交变频器是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率电压可调的交流电，又称间接式变频器。
把直流电逆变成交流电的环节较易控制，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势。
浅析IGBT高压变频器的高压变频控制
高压变频器的主要形式包括电压源型与电流源型高压变频器。单元串联多重化变频器属于电压源型，其虽然能提高功率器件IGBT的耐压性能，但其体积很大，重量较大，且接线较多，故障点也变得非常多。此外，单元串联多重化变频器在使用过程中会由于电流电压不平衡而使谐波增大，进而容易造成电动机损坏。中性点钳位三电平PWM变器的缺点是会产生很大的谐波分量，进而会给电动机的使用寿命、工作效率造成一定影响。多电平+多重化高压变频器的研发初衷是为了提高IGBT功率器件的耐压性能，但其缺点却在于使整个系统变得更加复杂，且其性能本身也不如三电平变频器和多重化变频器。电流源型高压变频器虽然结构简单，便于对电流进行控制，但其本身并不能解决串联问题，而且会对电肉系统带来严重污染，功率因数相对较低，它与电压型变频器相比，在经济方面和技术方面都有所不如。
浅析IGBT高压变频器的高压变频控制
摘要：本文通过对传统高压变频器的主要形式及缺点进行分析，重点研究了IGBT功率器件的直接串联高压变频控制技术，分析了保护动态箝压技术、抗共模电压技术及正弦波解决技术等IGBT功率器件直接串联核心技术的应用。
关键词：IGBT；高压变频器；高压变频控制
引言
近些年来，我国在低压变频调速方面取得了很大突破，变频控制技术也越来越成熟。但在高压变频控制中，由于IGBT变频器件的耐压能力有所不足，致使现有高压变频器的高压变频控制技术与低压变频控制技术存在较大差距，由IGBT功率器件所组成的高压变频器的耐压能力不能长期满足高压变频控制的要求。因此，对于提高高压变频器中IGBT功率器件的耐压能力，已经成为急需解决的技术难题。本文便对传统高压变频器的主要形式及存在缺点进行分析，以此探索IGBT功率器件直接串联的相关核心技术。
三电平
目前，世界上对高压电动机变频调速技术的研究非常活跃，高压变频器的种类层出不穷，作为用户都希望能选择实用而具有良好性价比的高压变频器，如何选择便是值得研究的问题。
知己知彼，百战百胜，首先按照自己的工况拟定对高压变频器的技术要求，针对性的选择高压变频器的方案、产品和售后服务，否则会出现应用不理想，投资损失大。
不同高压变频器的电路拓扑方案具有不同的技术水平。
技术水平决定变频器和传动系统的稳定性、可靠性、使用寿命、维护费用、性价比等重要指标。
就如同笔记本电脑功能都基本相同，但不同的技术水平，质量价位从3000元到数万元之差。
为此，了解不同种类的高压变频器内含技术水平，选择变频器的品质与工况相结合，达到投入少、节能回报率高的理想效果。
2 高压变频器的概念按国际惯例和我国国家标准对电压等级的划分，对供电电压≥10kV时称高压，1kV～10kV 时称中压。
我们习惯上也把额定电压为6kV或3kV的电机称为高压电机。
由于相应额定电压1～10kV的变频器有着共同的特征，因此，我们把驱动1～10kV交流电动机的变频器称之为高压变频器。
高压变频器又分为两种性质类型，电流型和电压型，其特点区别:(1) 变频器其主要功能特点为逆变电路。
根据直流端滤波器型式，逆变电路可分为电压型和电流型两类。
前者在直流供电输入端并联有大电容，一方面可以抑制直流电压的脉动，减少直流电源的内阻，使直流电源近似为恒压源;另一方面也为来自逆变器侧的无功电流提供导通路径。
因此，称之为电压型逆变电路。
(2) 在逆变器直流供电侧串联大电感，使直流电源近似为恒流源，这种电路称之为电流型逆变电路。
电路中串联的电感一方面可以抑制直流电流的脉动，但输出特性软。
电流型变频器是在电压型变频器之前发展起来的早期拓扑。
3 电压型逆变器与电流型逆变器的特点区别(1) 直流回路的滤波环节电压型逆变器的直流滤波环节主要采用大电容，因此电源阻抗小，相当于电压源。
电流型逆变器的直流滤波环节主要采用大电感，相当于恒流源。
浅析高压变频器的基本原理及其应用领域
高压 变 频 器 的性 能 主要 有 三 反 面
的 特 点 ：一 方 面 是 调 速 的 范 围 比 较 宽 ． 可 以从 零 转 速 到 工 频 转 速 的 范 围 内 进 行 平 滑 调 节 。在 大 电机 上 能 实 现 小 电 流
变 频 器 应 用 的 领 域 不 同 ． 种 类 也 比 较 其
ｌ ％ 电 动 机 的 电 应 力 强 度 与 采 用 工 频 供 电
时 相 近 ． 需 配 无
一一 豢穗—棼躐 燹匿蠢
馈单 元 ： 二种 是 三 电平 电压源 型变 频 第 器 其优 点是输 出频 率高 、 过载 能力强 、 动 态性 能 好 、 电机 噪声 小等 ； 点 是 单 缺
脉 冲 很 低 ． 会 不 导 致 电 机 等 机 械设 备 的共 振 ． 同 时 也 减 少 了
电平及 多 电平 变频 器等 。
目 前 常 见 的 高 压 变 频 器 主 要 有 四
的 大 功 率 变 频 器 ． 其 主 要 电 压 等 级 是 绝 缘 老 化 速 度 降 低 ：一 方 面 是 其 效 率
目前 主 要 应 用 领 域 ． 简 单 了 解 高 压 变 频 器 的 基 本 特 点 及 其 发 展 应 用 趋 势 。 能 关 键 词 ： 压 变 频 器 ； 平 电压 源 ； 势 ； 域 高 电 趋 领 中 图 分 类 号 ：Ｎ ７ Ｔ ７３ 文献标 识码 ： Ａ
ｌ 高压 变 频器 的基 本 原 理
叠 加成为 高压 三相交 流电 （ 图 １ 。 见 ）
的几 家 高 压变 频 器 生 产 企业 均采 用 这
种 结 构 其 优 点 是 谐 波 含 量 极 低 ， 率 功
因数高 ． 缺点 是 只 能 单 象 限运 行 ， 实 要
变频器的分类_变频器应用技术1
二、
外形
ABB变频器（瑞士） 变频器（瑞士） 变频器
电 气 自动化
ABB变频器（瑞士） 变频器（瑞士） 变频器
电 气 自动化
富士变频器G11系列 系列 富士变频器
富士变频器GP11系列 系列 富士变频器
富士变频器（日本） 富士变频器（日本）
电 气 自动化
MICROMASTER 440系列
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
G110系列 系列
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
西门子变频器（德国） 西门子变频器（德国）
电 气 自动化
变频器外形
FR-E500系列 系列
FR-S500E系列 系列
三菱变频器（日本） 三菱变频器（日本）
电 气 自动化
J7系列 系列
安川变频器（日本） 安川变频器（日本）
电 气 自动化
变频器外形
SB40系列高性能通用型 系列高性能通用型
SB80系列矢量控制型 系列矢量控制型
森兰变频器
电 气 自动化
变频器外形
SB60系列全能王 系列全能王
SB12系列风机 水泵专用 系列风机/水泵专用 系列风机
森兰变频器
电 气 自动化
当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直， 当中间直流环节采用大电感滤波时，电流波形较平直，因而电源内阻抗大 输出是一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波， ，输出是一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫电 流型变频器。 流型变频器。
电气自动化
3. 电压型和电流型变频器比较
2.交-交变频器 交 交变频器 交-交变频器是把工频交流电直接变换成不同频率交流电的 交变频器是把工频交流电直接变换成不同频率交流电的 过程，它不通过中间直流环节， 过程，它不通过中间直流环节，故又称为直接变频器或周波变换 因为没有中间环节，仅用一次变换就实现了变频， 器。因为没有中间环节，仅用一次变换就实现了变频，效率较高 主要构成环节如下图所示。 。主要构成环节如下图所示。
高压变频器的发展现状分析
高压变频器的发展现状分析作者：黄申红来源：《数字化用户》2013年第16期【摘要】随着经济的发展和科技的进步，电气行业也在飞速发展，特别是高压变频器发展迅猛，为我国电气行业带来可观经济利益的同时，也促进了社会经济的发展。
文章分析了高压变频器的基本结构、特点，多角度描述了目前高压变频器的发展现状，并对其未来发展趋势进行了预测，希望能为电气行业发展提供一些参考。
【关键词】高压变频器结构现状发展趋势近些年来，电子技术发展迅猛，无形中也带动了高压变频技术的发展。
该项技术不仅能够节约日益短缺的能源，同时还能保证产品的质量，因此，其被重视程度的程度也在不断增加。
但是，与国外一些发达国家相比，我国高压变频器发展还比较落后，有待于进一步提高。
一、高压变频器简介（一）高压变频器的一般组成。
高压变频器内部结构比较复杂，共由18个结构单元模块组成，根据实际情况将18个单元模块分成三组，每6个模块为一组。
每个组都要对应着不同的三相高压回路，通常采用移相的方式对变压器实行切分，从而实现每个单元的供电，保证高压变频器的高效运转。
（二）高压变频器的分类.高压变频器的分类众说纷纭，不同分类标准会有不同类型，常见的有以下几种分类方法：1.根据结构分为高-高型高压变频器和高-低-高高压变频器。
2.根据功率单元结构分为单元串联多电平型高压变频器和三电平型高压变频器。
3.根据滤波方式分为电流型高压变频器和电压型高压变频器。
其中电流型高压变频器应用较广，其能够有效抑制直流电压的脉冲，降低阻力，很大程度的提高变频器的工作效率。
（三）高压变频器的优越性能。
高压变频器性能优越，应用范围越来越广。
第一其实际应用性强，高压变频器的调速范为广泛，可以根据实际操作需要顺利平稳调节各个阶段的工频，保证不同阶段工作的顺利进行，提高工作效率。
第二其技术可靠稳定，绝大多数的高压变频器都采用串联多重化叠加技术，该项技术不仅能够有效避免电压的起伏变化，还能够在很大程度上降低因电压转换而造成的装置损耗，从而实现机器运转的安全性和实用性。
简述电压型变频器和电流型变频器的特点
简述电压型变频器和电流型变频器的特点电压型变频器和电流型变频器都是目前常见的变频器类型，它们在实际应用中各有其特点。
1.电压型变频器。
电压型变频器的作用是通过改变电压的大小来控制电机转速。
其特点如下：
（1）输出电压可调：电压型变频器的输出电压可以根据需要进行调节，从而适应不同的负载和需求。
（2）控制简单：电压型变频器的控制比较简单，只要控制输出电压即可，无需考虑负载电流。
（3）稳定性好：由于电压型变频器只需要控制电压，因此其对负载变化的响应比较快，稳定性好。
2.电流型变频器。
电流型变频器的作用是通过改变电流的大小来控制电机转速。
其特点如下：
（1）输出电流可调：电流型变频器的输出电流可以根据需要进行调节，从而适应不同的负载和需求。
（2）可以保护电机：电流型变频器可以通过调节输出电流的大小来保护电机，例如限制电流过大等。
（3）控制复杂：电流型变频器的控制比较复杂，需要考虑电压和电流的关系，而且电流型变频器对负载变化的响应比较慢。
在实际应用中，电压型变频器和电流型变频器都有其适用的场合。
例如，对于低功率的小型马达，可以采用电压型变频器进行控制，简单易用；而对于大型马达，可以采用电流型变频器进行控制，以保护电机。
另外，
在应用中还需要根据具体要求综合考虑控制精度、效率、可靠性等因素，
选择合适的变频器类型。
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定 稿 日 期 ：2009-09-28 作者简介：文 斌（1966 -），男，四川巴县人，高级工程师，研究
方向为电气工程及其自动化。
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AC/AC 变频器和有直流环节的变频器，即 AC/DC/ AC 变频器两类。其中直流环节采用大电感以平抑电 流脉动的变频器称为电流源型变频器；采用大电容 抑制电压波动的变频器称为电压源型变频器。电流 源型变频器分为负载换向式（晶闸管）变频器（LCI） 和采用自关断器件（GTO 或 SGCT）的变频器。电压 源型变频器可分为功率器件串联二电平直接高压变 频器、采用 IGCT 或 HV-IGBT 的三电平变频器和采 用 LV-IGBT 的单元串联多电平变频器。各类高压变 频器的示意图如图 1 所示。
of an LCL filter Based Three-phase Active Rectifier [A]. IEEE PESC 02[C].2002：1195-1201.
65
标和适用范围上的差异。通过分析可知，电压型变频器无论在经济上还是技术上都比电流型变频器具有明显的优势。
关 键 词 ：变频器；器件；性能
中 图 分 类 号 ：TN77
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1000-100X（2009）11-0064-02
Analysis of Voltage-source and Current-source High-voltage Inverter
（6）对功率开关管的要求 电压型逆变器中的功 率开关管要求关断时间短，但耐压要求较低；而电流 型逆变器中的开关管对关断时间无严格要求，但耐 压要求相对较高。
综上所述，电流源型高压变频器是由功率器件
简易滤波装置，便可使输出波形的谐波含量满足国 直接串联并在线路中串联大电感构成的，但由于需
家的标准。电流型变频器输出的电流波形是一个交 变矩形波，其输出的电压波形接近于正弦波，含有丰 富的高次谐波分量，易使电机发热，一般使用时都要 选用进口的特制电机。当输入谐波含量较高时，需采 用巨大、笨重的滤波器，方能使用。
WEN Bin
（Guizhou Ji-Rong Security Appraisal Co.，Ltd.，Guiyang 550001，China） Abstract：The concept of voltage transducer and current transducer are introduced.The power devices and topology circuits of the two types high-voltage transducers is analyzed，meanwhile，the differences of properties and application scopes are presented.The analysis shows that the voltage-source inverter is superior to current-source inverter technically and economically. Keywords：inverter；device；property
浅析电压型和电流型高压变频器
另一类是在逆变器直流供电侧串联大电感，使直 流电源近似为恒流源，该电路为电流型逆变电路。电 路中串联的电感用以抑制直流电流的脉动，但输出特 性软。LCI 变频器主电路结构图如图 3 所示。
四象限运行。电压型高压变频器只有二电平采用 IGBT 整流回馈，可四象限运行。
（4）动态性能 电流型逆变器有大电感，电流动 态响应较慢，动态力矩跟不上，特性软；电压型逆变器
[2] H R Karshenas，H Saghafi.Performance Investigation of LCL Filters in Grid Connected Converters[A].Transmission & Dis-
tribution Conference and Exposition，2006[C].Latin Ameri-
滤波环节主要采用大电容，因此电源阻抗小，相当于 电压源。电流型逆变器的直流滤波环节主要采用大 电感，相当于恒流源。
（2）输出波形 电压型逆变器输出的电压波形是 SPWM 高频矩形载波，其电流波形在感性负载时近 似于正弦波，含有部分高次谐波分量，在输入端采用
易实现过流和短路保护。一般的电压型逆变器实现 过流和短路保护较为困难，只有二电平电压型高压 变频器设有直流电感，可抑制 di/dt 的上升速率，易 实现过流保护和短路保护。
ca，2006：1-6. [3] 张承慧，叶 颖，陈阿莲，等，基于输出电流控制的光伏
并网逆变器电源[J].电工技术学报，2007，22（8）：41-45. [4] 张宪平，李亚西，林资旭，等.LCL 滤波的电压型 PWM 整
流器的有源阻尼控制[J].电气传动，2007，37（11）：22-25. [5] Liserre M，Dell Aquila A，Blaabjerg F.Stability Improvements
（3）四象限运行 由于在电流型逆变器直流供电 侧串联大电感，在维持电流方向不变的情况下，晶闸
要两个电感，使开关管截止时所承受的电压比电压 型高得多。该方式虽然使用功率器件少、易于控制电 流，但是未真正解决高功率压器件的串联问题。这是 因为即使功率器件出现故障，由于大电感的限流作 用，di/dt 受到限制，功率器件虽不易损坏，但会严重 污染电网、导致功率因数低，并且电流源型高压变频 器对电网电压及电机负载的变化敏感，无法做成真
采用电流反馈环控制，响应速度快，适应现代控制理
论。在速度开环的条件下，可高速、高精度地控制电机 的磁通力矩，使电机特性可柔、可刚，动态性能好。
（5）过流及短路保护 电流型逆变器因回路中串 联大电感，能抑制短路等故障时电流的上升率，故容
图 3 LCI 变频器主电路结构图
3.2 电压型变频器与电流型变频器的特点与区别 （1）直流回路的滤波环节 电压型逆变器的直流
1引言
电机是工业生产中主要的耗电设备，而高压大 功率电机的应用更为突出。这些设备大部分都存在 很大的节能潜力。所以大力发展高压大功率变频调 速技术具有时代的必要性和迫切性。由于高压大功 率变频调速技术的日益成熟，原来一直难解决的高 压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很 好的解决。高压变频器的种类层出不穷，其应用领域 和范围也越来越广泛，这为工矿企业高效、合理地利 用能源（尤其是电能）提供了先决条件。不同的高压 变频器的电路拓扑方案具有不同的技术水平。该水 平决定了变频器和传动系统的稳定性、可靠性以及 使用寿命、维护费用、性价比等重要指标。因此，了解 不同种类高压变频器的技术水平，可以在选择变频 器时达到投入少、节能回报率高的效果。
管整流桥可以改变电压极性，因此很容易使逆变器 正的通用型产品。就经济和技术而言，电压型高压变
运行在整流状态，从而使整流桥处于逆变状态，实现 频器比电流型高压变频器具有更广泛的应用前景。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 17 页）
分析和仿真结果证明了 LCL 滤波器的优越性。LCL
第 43 卷第 11 期 2009 年 11 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.43 No.11 November，2009
浅析电压型和电流型高压变频器
文斌 （贵州吉荣安全评价有限公司，贵州 贵阳 550001）
摘 要 ：介绍了电压型和电流型高压变频器的概念，分析了两种高压变频器的功率器件和主电路结构，以及各项性能指
图 1 各类高压变频器的示意图
3 电流型与电压型变频器比较
3.1 AC/DC/AC 变频器的分类 图 2 示出可四象限运行的 IGBT 直接串联高压
变频器电路结构。
图 2 IGBT 直接串联高压变频器电路
根据 AC/DC/AC 变频器直流端滤波器的型式，可 将逆变电路分为电压型和电流型两类。电压型高压变 频器是在逆变器的直流供电输入端并联有大电容，一 方面可抑制直流电压的脉动，减少直流电源内阻，使 其近似为恒压源；另一方面为来自逆变器侧的无功电 流提供导通路径，因此，将其称为电压型逆变电路。
滤波器造成的谐振以及其他不足之处，还需要在今
后的研究中进一步改进。
图 5 LCL 滤波前后输出电流傅里叶分析
4结论
图 6 实验波形
分析了太阳能光伏并网中 LCL 滤波器的参数
设计，根据输出电流的要求、干扰信号的频率范围、
谐振频率以及电感尺寸等来确定滤波器的参数。由
参考文献
[1] M Liserre，F Blaabjerg，S Hansen.Design and Control of an LCL-filter Based Three-phase Active Rectifier[J].IEEE Trans. on Industry Applications，2005，41（5）：1281-1291.
2 高压变频器的概念
按照国际惯例和我国标准对电压等级的划分， 供电电压大于等于 10 kV 为高压，1~10 kV 为中压。 通常习惯将额定电压为 6 kV 或 3 kV 的电机称为 “高压电机”。由于额定电压 1~10 kV 的变频器拥有 共同的压变频器。高压变频器不像一般的变频 器那样具有成熟的、一致性的主电路拓扑结构。由于 功率器件的电压耐量与高压使用条件之间存在矛 盾，高压变频器采用了不同的功率器件和主电路结 构，因而在各项性能指标和适用范围也存在不同。