GTO-PWM式电流源型变频器

    GTO-PWM式电流源型变频器采用GTO作为逆变部分的功率器件，如图10-9所示。GTO可以通过门极进行关断，所以它不像晶闸管那样需要用于强迫关断的换相电路，可使主电路结构简化。对于额定电压为交流6kV的变频器，逆变器侧可采用每臂三个6000V的GTO串联作为一个开关使用，一共由18个GTO组成，GTO串联时，同样存在稳态和动态均压问题。

    图10-9    GTO-PWM式电流源型变频器

   GTO是在普通晶闸管基础上发展起来的全控型电力电子器件，目前的电压、电流等级可达6000V、6000A。GTO开关速度较低，损耗大，需要庞大的缓冲电路和门极触发电路，增加系统的复杂性和成本，使其应用受到限制。GTO中数千只独立的开关单元做在一个硅片上，由于开关不均匀，需要缓冲电路来维持工作，以限制器件承受的du/dt，缓冲电路一般采用RCD（电阻、电容、二极管）型结构，二极管和电容必须有与GTO相同的耐压等级，二级管要求用快速恢复二极管。缓冲电器的损耗产生热量，影响器件的可靠运行，并且影响变频器的效率。为了降低损耗，也有采取能回馈型缓冲电路的方案，通过DC/DC变换电路把缓冲电容中储存的能量返回到中间直流环节，但增加了装置的复杂性。

    以6000V、6000A（最大可关断阳极电流值）的GTO为例，通态平均电流为1030A，通过压降为3.5V，门极开通触发电流为1A，通态阳极电流上升率为400A/μs(f=200Hz)条件下，滞后时间为2.5μs，上升时间为5μs，存储时间为25μs，下降时间为3μs，最小通态维持时间为100μs，最小断态维持时间为100μs，开通每脉冲能耗为2.5W·s，关断每脉冲能耗为16W·s。GTO的门极驱动，除了需要与普通晶闸管一样的导通触发脉冲外，还需要提供相当大的反向关断电流，上述GTO的门极峰值关断电流就达900A，所以GTO的门极驱动峰值功率非常大。

    与输出滤波器换相式电流源型变频器相比，GTO-PWM式电流源型变频器输出电容的容量可以大大降低，但不能省去。因为电动机可近似看作漏电感再加一个旋转反电动势组成。电流源型变频器的输出电流幅值是由整流电路的电流环决定的。在换相过程中，由于流过电动机电感的电流不能突变，所以必须有电容缓冲变频器输出电流和电动机绕组电流的差值。电容容量的选择取决于换相过程中允许产生尖峰电压的大小。由于输出电容的容量比起输出滤波器换相式电流源型变频器大大下降了，电容的滤波效果也跟着下降，输出电流波形的质量也会下降。电动机电流质量的提高可以通过GTO采用谐波消除法的电流PWM开关模式来实现。在低频时，输出电流每个周期内相应的PWM波形个数较多，谐波消除法会比较有效。但是，由于受到GTO开关频率的限制，高速的谐波消除效果大大下降，图10-10为该变频器满载时输出电压、电流波形。若整流电路也采用GTO作为电流PWM控制，可以得到较低的输入谐波电流和较高的输入功率因数，当然系统的复杂性和成本也会相应增加，一般很少采用。

    图10-10    GTO-PWM电流源型变频器输出波形

    综上所述，由于晶闸管(SCR)器件生产成熟，已达到其他器件不能达到的电压和容量（10kV/10kA以上），所以，在3000kV以上的大型调速系统，尤其是在大型同步电动机调速系统中仍有优势。

    美国ANSALDOROSS HILL公司最早开发和成批生产VF系统高压变频器，用于大型异步/同步电动机的调速。如表10-2所示。

    表10-2    VF系列电流型变频器

   ANSALDO公司还生产Silcovert S系列变频器，专门用于大型同步电动机调速和起动，标准产品参数为6kV/25MW，特殊定货参数为22. 5kV/225MW。

    德国Siemens公司Simoverts系列，也是一种电流源型的交一直一交变频器。其功率单元由两套完全隔离的6脉波电流源变频器构成12脉波系统。每套6脉波变频器构成12脉波系统。每套6脉波变频器分别由整流器、直流耦合电路及逆变器三部分组成。整流器和逆变器采用晶闸管模块，构成三相全控桥式整流组件。在直流耦合电路中置有平波电抗器。产品规格与ANSALDO相似。

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