高压变频器的工作原理

一、变频器原理

1、交直交电路

变频器是一种将固定频率交流电转换成可调频率交流电的输出装置。分交-直-交三部分，

变换电路由直流电路、滤波电路、逆变电路等组成。

2、功率单元

功率单元为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧三相全波整流，通过对 IGBT 逆变桥

进行正弦 PWM 控制，输出直流电压。

每个功率单元一样，可以互换，这不但调试、维修方便，而且备份也十分方便，假

如某一单元发生故障，单元的输出端能自动旁路故障单元实现降额工作，而不影响运行。

功率单元逆变桥为 H 桥拓扑结构，由四个开关元件组成，中间连接着负载，形状如字

母“H"。当 Q1 和 Q4 开关导通时，电机电流从左到右，电机正向通电，当 Q2 和 Q3 开关导

通时，电机反向通电，在正常情况下，不会同时导通 Q1 和 Q2（或 Q3 和 Q4）。这样就出

现正电平，零电平，负电平三种电压，称为三电平变频器。

3、串联叠加

单个 IGBT 耐压只有 1700V，功率单元需要使用串联方式叠加输出高压，是一种串联

叠加型高压变频器，实现变频变压的高压输出，供给电动机可变频变压的交流电。

6kV 系列有 15 个功率单元，每 5 个功率单元串联构成一相，10kV 系列有 24 个功率单

元，每 8 个功率单元串联构成一相。

单元串联变频器优点：

1）采用功率单元串联，技术成熟，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求；

2）输入输出波形，使其能适应任何场合及电机使用；

3）多功率单元具有相同的结构及参数，便于将功率单元做成模块化，实现冗余设计，

即使在个别单元故障时也可通过单元旁路功能将该单元短路，系统仍能正常或降额运行。

移相变压器，功率单元，电机的一次接线原理图如下：

高压变频器输出电压由功率单元电压串联形成，每个功率单元的输出均为等幅电压波形，

串联叠加后在变频器输出侧构成阶梯状电压波形。

下图为 6KV 系统，5 单元的电压波形叠加图，可以拟合成不同频率的正弦波。变频器

开关器件 IGBT 工作时，会产生谐波。