高压变频器功率单元可靠性设计研究*

□ 陈江洪 □仲 华

上海电气富士电机电气技术有限公司 上海 201199

1 研究背景

变频器是现代工业装备的核心设备,是实现高性能电机调速系统控制的技术支撑。自国家实施节能减排战略以来,高压变频器已有长足发展。但是,在大容量高性能电机的全功率驱动控制应用领域,我国与国外先进水平还有很大差距,高端变频装备及核心技术基本被西门子、ABB等少数跨国公司所掌握,这些跨国公司处于市场的主导地位。

高压变频器已广泛应用于电力、石化、钢铁、橡胶和建材等行业,在各类大型生产线上起节能减排、工艺调节等作用,成为生产线上的关键设备。某水泥生产企业在夏季生产过程中,由于高压变频器内部元件温度过高,发生过几起跳停事故,造成熟料生产线止料。对此,必须采取措施使高压变频器散热降温,确保高压变频器长周期安全运行[1]。

当前,在国内市场上,多电平串联H桥逆变拓扑是高压变频器的主流拓扑结构。这一类型高压变频器有一些独有的特征,包括:① 采用模块化结构,易于降低成本、便于维修；② 网侧电流波形接近正弦,输出波形几乎为正弦；③ 具有旁路功能,提高了系统的可靠性[2-3]。对于多电平串联H桥逆变拓扑结构高压变频器而言,电源的逆变处理主要在功率单元内部完成,实现交直交变换。可见,功率单元是这一类型高压变频器的核心部分,笔者对高压变频器功率单元的可靠性设计进行研究[4-5]。

2 功率单元拓扑结构

高压变频器功率单元拓扑结构如图1所示。……