IOP313卡件,METSO中文说明
主电路拓扑结构 由于电力电子器件的工艺水平并不能很好地解决其功率、电压承受能力与开关频率之间的矛盾，为了研制高频、高压、高性能和低EMI的大功率变流器，必须将高性能电力电子器件、主电路拓扑结构以及变流器所在系统的控制策略进行综合考虑，以找到解决问题的方案。多电平结构成为其中一种具有代表性和较为理想的解决方案［1］。常见的电压型多电平变频器主要有3 种基本拓扑结构，即二极管钳位式、电容跨接式和具有独立直流电源的单元级联式。本次研制的矿用隔爆兼本质安全型高压变电变频器BPBJV-1600/10采用单元级联式，。
IOP313卡件图1 中，T 为整流移相变压器；A1～A4，B1～B4，C1～C4为复合功率单元；KM1，KM2为输出接触器。整流移相变压器容量选择2 000 kV·A，包含1 个原边绕组、1 个辅助电源1 140 V绕组、24个额定电压为690 V的绕组。复合功率单元为6相输入单相输出，输入线电压为690 V，输出线电压为1 450 V。功率单元A1～A4的输出依次串联连接形成A相，相电压为5 800 V；功率单元B1～B4的输出依次串联连接形成B相，相电压为5 800 V；功率单元C1～C4的输出依次串联连接形成C相，相电压为5 800 V。然后，将A4，B4，C4的L1连接在一起，形成变频的中点，单元A1的L2作为逆变器的A相输出，单元B1的L2作为逆变器的B相输出，单元C1的L2作为逆变器的C相输出，输出线电压为10 kV。通过对KM1和KM2的控制，可使变频器输出具有2 种驱动模式，即1 台变频器驱动1 台电机模式和1 台变频器驱动2 台电机模式。这种结构为高—低—高的功率变换方式，整流移相变压器将输入三相10 kV电压变为多组三相690 V电压，作为功率单元的输入，功率单元逆变出的单相1 450 V电压，分别将每相功率单元输出级联，最终使得变频器输出线电压为10 kV，功率单元按照6 相输入线电压为690 V，单相输出为1450 V的变频模块进行设计，采用额定电压为1700 V的器件即可满足设计要求。若不采用多电平结构，则必须采用器件串联结构解决耐压问题，目前单一功率开关器件比如IGBT 模块制造水平为耐压6 500 V，显然单一功率开关器件无法满足直接10 kV电压变换的要求。
图1 主电路拓扑结构图 Fig.1 Diagram of main circuit topology
4 整流移相变压器设计 整流移相变压器是变频器的关键器件，通过合理设计整流移相变压器，可解决本项项目需求的变压、消除整流产生的谐波、隔离等问题。此项目中，采用了48 脉波整流，相移角度为7.5°，二次侧设计25 个绕组，其中24 个绕组额定电压为690 V，给12 个功率单元供电，1 个绕组额定电压为1140 V，作为辅助电源。通过分析可知，移相变压器的二次侧相移7.5°后，变压器一次侧电流是具有半波对称性质的奇函数［2］，一次侧电流中的47 次以下谐波被抵消，系统的输入电流谐波大幅减小，且输入电流的基波因数增大，进一步提高了系统功率因数。
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