TMEIC公司的TMdrive-MVe2变频器,采用的是三电平结构的功率单元,采用单相输入单相输出方式,功率单元采用指月的自愈式金属薄膜电容,金属薄膜电容耐压高,耐过压能力强,一般1.7倍额定电压不会损坏,特别适合急加速急减速的负载。自愈式金属薄膜电容寿命非常长,在20年的变频器使用寿命周期内,不需要更换功率单元内部的电容,并且自愈式金属薄膜电容没有钝化现象,长期放置不会导致电容性能指标变差。功率单元的拓扑图如图六所示:
图六 TMEIC三电平功率单元拓扑图
TMEIC三电平单元逆变输出的切换过程如图七所示:
图七 三电平切换过程
三电平输出的波形示意图如图八所示,通过和H桥SPWM逆变输出的波形图对比,可以看出,三电平输出的波形,相当于两个H桥SPWM逆变输出的波形的叠加。
图八 三电平输出的波形
6kV的MVe2变频器由一台隔离降压变压器,9组功率单元组成,一次回路非常简洁,隔离变压一次侧采用Y型接法,二次侧采用开环△接法。功率单元的整流和逆变全部由变频器的控制系统统一控制,变频器功率单元的整流侧保护和逆变侧保护均非常完善,单元的稳定性和可靠性均非常高。控制系统控制功率单元三电平SPWM整流,电网侧功率因数由功率单元功率因数决定,功率单元整流侧的功率因数恒为1.0,这使得变频器的输入侧功率因数恒定为1.0,变频器几乎没有无功电流。MVe2三电平功率单元逆变6kV变频器的拓扑图如图九所示:
图九 MVe2变频器一次拓扑结构
2.3预充电
由于IGBT整流的特性,需要有高压上电预充电电路,用以抑制电容器上电瞬间的瞬态冲击电流,减少冲击电流对IGBT的损害,通常的预充电有以下三种形式:
(1) 功率单元内置低压预充电电阻预充电:充电电阻在单元内部,减小整个变频器的体积,但是由于每个单元都需要内置预充电回路,功率单元内部主回路变得的更复杂。国产高压变频器的某些厂商的小功率产品,采用这种预充电方式。
(2) 变频器高压输入侧高压电阻预充电:在高压输入侧,变压器上口采用高压电阻限制高压上电的冲击电流,预充电完成采用高压接触器或者断路器将电阻短路。这种充电回路简单,但是电阻体积庞大,增大的变频器的体积。国产高压变频器的主流大功率产品,均采用这种方式。
(3) 变频器高压输入侧高压电抗器预充电:在高压输入侧,变压器上口采用高压电抗器限制高压上电的冲击电流,预充电电完成采用高压接触器或者断路器将电抗器短路。这种充电回路简答可靠,体积比电阻预充电回路体积小。MVe2使用这种体积小,可靠性高的方式。
2.4铝电解电容和自愈式金属薄膜电容的对比[3]
铝电解电容和自愈式金属膜电容对比表,见表二:
表二:铝电解电容和自愈式金属膜电容的对比
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