中压变频主流技术发展动向（2）

3.功率单元串联及多电平方式

在中—中变频器的主回路结构中，采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压，电网电压经过二次绕组多重化的隔离变压器降压后给功率单元供电，单相变频功率单元输出端串联起来，实现变压变频的高压输出，直供高压电动机。单元串联的数量决定输出电压的等级，不存在着器件的均压问题，逆变器部分采用多电平移相式PWM技术，同一相的功率单元输出相同的基波电压，但串联各单元的5对载波（每对含正反向信号）之间互相错开36度，实现多电平PWM，每个功率单元的IGBT开关频率为600Hz，若每相5个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为6KHz，且有11个不同的电平功率单元采用低的开关频率，可以降低开关的损耗，提高变频器效率，此种结构的变频器可适用于任何普通的高压电动机，且不必降额使用。虽然采用这种主电路拓扑结构会使器件的数量增加，但由于驱动功率下降，开关频率较低且不必采用均压电路，使系统在效率方面仍有较大的优势，一般可达97%，由于采用模块化结构，所有功率单元可以互换，维修也比较方便。由于采用二极管整流电路，所以能量不能回馈电网，不能实现四象限运行，其应用领域受到一定的限制。

4.功率母线技术

在电力电子技术及应用装置向高频化发展的今天，系统中特别是连接线的寄生参数产生巨大的电应力，已成为威胁电力电子装置可靠性的重要因素，从直流储能电容至逆变器的器件之间的直流母线上的寄生电感在通常的硬开关逆变器中，由于瞬时切换时的过电压，会使器件过热，甚至有时使逆变器失控并超过器件的额定安全工作区而损坏，限制了开关工作频率的提高。功率母线按其结构可分为以下几种：

4.1.电缆绞线

电缆绞线是最常用的传统功率母线，价廉、简易，但在IGBT逆变器中，由于电缆线的自感大与园截面导线相比，扁平母线的自感只有园导线的1/3—1/2，而所占的体积只有它的1/10—1/2。

4.2.印刷电路板

印刷电路板母线主要用于小电流逆变器，但当母线直流电流达到150A时，要求电路板的复铜层很厚，造价太高，另外用来连接多层导线板的穿孔不但占据较大的空间，而且会影响整机的可靠性。

4.3.裸铜板母线（平面并行母线）

这是一种工业上广泛应用的IGBT模块馈电系统的传统母线形式，其缺点是在于并行母线的互感较大。

4.4.支架式母线

如果将正直流母线铜板放置在负直流母线板的上方，中间用一层薄绝缘材料隔开的方法来制作母线，由于磁场的相互抵消，可以最大限度地降低互感，实用化其工艺复杂，不宜规模化生产，由于上述几种功率母线都存在着不同的缺点，因此制约大功率变频器体积的小型化的进程，为此开发研制出迭层功率母线。

4.5.迭层功率母线

基于电磁理论，把连线做成扁平截面，在同样截面下做得越薄越宽，它的寄生电感越小，相邻导线内流过相反的电流，其磁场抵消，可使寄生电感减小，这就促使萌生迭层功率母线的思路。所谓迭层功率母线是以又薄又宽的铜排形式迭放在一起，各层之间用很薄的高绝缘强度的材料热压成一体，整个母线极之间的距离均匀一致，以减少互感，各层铜排都在所需要的端子位置处同其他层可靠绝缘地引出，使所具有不同电位的端子表露在同一平面上，以便于把主电路中的所有器件与之相连。这种整体的迭层功率母线结构，可承受数百公斤的切应力，其导电极之间可承受数千伏的电压。使用迭层功率母线将IGBT和整流管等模块、散热器、电容器及栅极驱动电路组合在一起，迭层功率母线与器件之间的连接是用不同的端子和插接件等来完成的，以使相连接时的接触表面与母线之间的接触电阻非常小，也使得寄生电感成数量级的减小，从而使Ldi/dt的过电压应力降至最低，保证电力电子装置工作在最佳状态下。