1 引言
為實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速,人們提出了多種拓?fù)湫问?比較適用并以產(chǎn)品化的有交-交變頻、單元串聯(lián)多電平、三電平, 但高壓變頻技術(shù)是建立在電力電子器件制造工藝改進(jìn)和制造水平提高的基礎(chǔ)上, 尤其是高電壓大容量gto、igbt、igct器件的開(kāi)發(fā)成功，促進(jìn)電壓型pwm變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)得以迅速發(fā)展, 以使得高壓變頻技術(shù)性能日益完善。本文對(duì)高壓變頻技術(shù)及市場(chǎng)的發(fā)展作以闡述。

2 器件與結(jié)構(gòu)
2.1主流器件
高壓變頻技術(shù)發(fā)展至今，其主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隨著電力電子器件的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)而不斷發(fā)展的，早期產(chǎn)品的scr器件也隨著電力電子器件的不斷創(chuàng)新在高壓變頻領(lǐng)域已處于逐步淘汰的趨勢(shì)。而gto具有高電壓、大電流的發(fā)展?jié)摿Γ?qū)動(dòng)(關(guān)門(mén))電路復(fù)雜，影響可靠性，j3結(jié)特性很軟，耐壓很低的p-n結(jié)，若gto未處于導(dǎo)通狀態(tài)就連續(xù)對(duì)g-k所在的j3結(jié)施加強(qiáng)的負(fù)門(mén)極脈沖是很危險(xiǎn)的，因此在應(yīng)用中g(shù)to狀態(tài)識(shí)別和邏輯保護(hù)是十分重要的。用內(nèi)部mos結(jié)構(gòu)關(guān)斷的gto，因工藝復(fù)雜，目前未能實(shí)現(xiàn)大功率化，而為實(shí)現(xiàn)可關(guān)斷mos結(jié)構(gòu)的gto，開(kāi)發(fā)研制出把mos結(jié)構(gòu)置于gto外面來(lái)協(xié)助關(guān)斷的igct。igct適用于大電流(1000a以上)、低頻率(1000hz以下)的應(yīng)用，由于其從研制生產(chǎn)到應(yīng)用的一系列技術(shù)受到專(zhuān)利的保護(hù)，在推廣應(yīng)用和器件競(jìng)爭(zhēng)中未能完全取代gto，igbt，它的作為第三代電力電子器件，因其工作電壓較低，在多電平級(jí)聯(lián)式變頻裝置中有其廣闊的發(fā)展前景。iegt是最為嶄新的電力電子器件，其吸取了igbt和gto兩者的優(yōu)點(diǎn)，稱(chēng)為“注入增強(qiáng)柵晶體管”，它是在溝槽型igbt基礎(chǔ)上，把部分溝道同p區(qū)相聯(lián)使發(fā)射極區(qū)注入增強(qiáng)，使得iegt具有高電壓大電流和高的工作頻率，使其更適合于高電壓大功率、高頻率的變頻裝置。
目前，應(yīng)用在高壓大功率變頻領(lǐng)域的電力電子器件，形成gto、igct、igbt、iegt相互競(jìng)爭(zhēng)不斷創(chuàng)新的技術(shù)市場(chǎng)，在大功率(1000kw)，低頻率(1000hz)的傳動(dòng)領(lǐng)域，如電力牽引機(jī)車(chē)領(lǐng)域gto、igct有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而在高載波頻率、高斬波頻率下igbt、iegt有著廣闊的發(fā)展前景，在現(xiàn)階段高壓大功率變頻領(lǐng)域?qū)⒂蛇@四種電力電子器件構(gòu)成主流器件。

2.2 主流結(jié)構(gòu)
目前就高壓大功率變頻器的主流結(jié)構(gòu)為高-高方式及其派生的形式，高-高大功率變頻器按其中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件的不同，可分為電壓源型和電流源型。
(1) 電壓源型高-高變頻器
電壓源型高-高變頻器由整流器和變頻器兩部分組成，在變頻器的直流側(cè)并有大電容，用來(lái)緩沖無(wú)功功率，當(dāng)輸出電壓高于普通pwm電壓源型變頻器時(shí)，采用三電平pwm方式，可以避免器件串聯(lián)的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}，同時(shí)降低輸出諧波和dv/dt，三電平pwm方式整流電路采用二極管，變頻部分功率器件采用gto、igbt或igct。每個(gè)橋臂雖由4個(gè)功率器件串聯(lián)，但是不存在同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷以及由此引起的動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。由于輸出相電壓電平數(shù)增加到了3個(gè)，每個(gè)電平的幅值下降，且提高了諧波消除算法的自由度，可使輸出波形比二電平pwm變頻器有了較大的提高，輸出dv/dt也有所減少，若輸入也采用對(duì)稱(chēng)的pwm結(jié)構(gòu)，可以做到系統(tǒng)功率因數(shù)可調(diào)，輸入諧波也很低，且可四象限運(yùn)行。但為減少輸出諧波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，希望有較高的開(kāi)關(guān)頻率，但會(huì)導(dǎo)致變頻器損耗增加，效率下降。三電平變頻器輸出若不設(shè)濾波器，一般需要特殊電動(dòng)機(jī)，若使用普通電動(dòng)機(jī)應(yīng)降額應(yīng)用。
(2) 電流源型高-高變頻器
電流源型變頻器的最大優(yōu)點(diǎn)是，電能可以回饋到電網(wǎng)由其結(jié)構(gòu)決定構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。由于輸入側(cè)采用橋式晶閘管整流電路，輸入電流的諧波較低，功率因數(shù)低，且隨著系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的下降而降低。另外，電流源型變頻器還會(huì)產(chǎn)生較大的共模電壓，若不采用輸入變壓器，其共模電壓會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的絕緣，裝置的輸出電流諧波也較高，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)的額外發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。由于驅(qū)動(dòng)功率、均壓電路等固定損耗較大，系統(tǒng)效率會(huì)隨著負(fù)載的降低而下降。采用gto作為逆變部分功率器件，可以通過(guò)pwm開(kāi)關(guān)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)消除諧波電流，但系統(tǒng)受到gto開(kāi)關(guān)頻率上限的限制，一般控制在幾百hz左右，若整流電路采用gto作電流pwm控制，可以得到較低的輸入電流諧波和較高的輸出功率因數(shù)，而會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本增加。
電流源型的發(fā)展稍晚于電壓源型，在主回路方面電流源型與電壓源型比較有三方面差別:
l 變頻器的直流側(cè)采用大電感l(wèi)作為濾波元件，即直流電路具有較大的阻抗，由于l的作用，三相整流橋交流側(cè)的輸入電流為120°方波的交流電流，同樣三相變頻橋交流側(cè)輸出電流為120°方波的交流電流。由于l的作用，能有效的抑制故障電流的上升率實(shí)現(xiàn)較理想的保護(hù)特性。
l 沒(méi)有與逆變橋反向并聯(lián)的反饋二極管橋，這里整流橋和逆變橋的電流方向始終不變，傳動(dòng)系統(tǒng)能量的再生可以通過(guò)整流橋和逆變橋的直流電壓同時(shí)反向，將能量返送交流電網(wǎng)，因此可快速實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，適用于頻繁加減速和頻繁啟動(dòng)的負(fù)載場(chǎng)合。
l 逆變橋依靠逆變橋內(nèi)的電容器和負(fù)載電感的諧振來(lái)?yè)Q流, 逆變橋內(nèi)沒(méi)有電感, 簡(jiǎn)化了主回路的設(shè)計(jì)和制作。

3 變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)高壓大功率變頻調(diào)速,人們提出了多種拓?fù)湫问?比較適用并已產(chǎn)品化的有,單元串聯(lián)多電平、三電平，但高壓變頻技術(shù)是建立在電力電子器件制造工藝改進(jìn)和制造水平提高的基礎(chǔ)上，尤其是高電壓大容量gto、igbt、igct器件的開(kāi)發(fā)成功，促進(jìn)電壓型pwm變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)得以迅速發(fā)展，以使得高壓變頻技術(shù)性能日益完善。本文對(duì)高壓變頻技術(shù)的幾種拓?fù)湫问阶魅缦玛U述。

3.1 單元串聯(lián)多電平直接高壓方式
單元串聯(lián)直接高壓方式雖然具有損耗小、無(wú)降壓升壓變壓器等特點(diǎn)，但由于其產(chǎn)生大量的高次諧波，在應(yīng)用中受到一定的限制，而功率單元串聯(lián)多電平形式，由于它在諧波、效率和功率因數(shù)等方面的優(yōu)勢(shì)，在不要求四象限運(yùn)行的負(fù)載下有著較廣泛的應(yīng)用前景，特別是國(guó)內(nèi)，由于風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)的負(fù)載較多，此種結(jié)構(gòu)形式由于其完美無(wú)諧波和高效率而有著廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。但是也需要在應(yīng)用中進(jìn)一步在以下幾個(gè)方面加以完善:
l 移相變壓器設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，成本高;
l 由于單元多，要求較高的控制技術(shù);
l 電機(jī)難以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。

3.2 三電平變頻器主電路
1977年德國(guó)學(xué)者h(yuǎn)oltz提出三電平變頻器主電路及其方案，這是一種常規(guī)二電平電路，其中每相橋臂中帶一對(duì)開(kāi)關(guān)管，以輔助中點(diǎn)箝位。后來(lái)，日本nabae于1981年繼續(xù)發(fā)展，將這些輔助開(kāi)關(guān)管變成為一對(duì)二極管，分別與上下橋臂串聯(lián)的主管中點(diǎn)相連，以輔助中點(diǎn)箝位。該電路比前者更易于控制，且主管關(guān)斷時(shí)僅承受直流母線一半的電壓，因此更為實(shí)用。自80年代以來(lái)，這種方法被廣泛應(yīng)用于變頻器及大功率高壓供電的交流調(diào)速領(lǐng)域?，F(xiàn)在對(duì)三電平pwm變頻的研究，不僅在理論分析、控制技術(shù)方面，而且在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用等方面都取得很大的成功。日本三菱公司已研制出容量80mw的變頻器，應(yīng)用于軋鋼的三電平雙pwm整流/變頻調(diào)速系統(tǒng)，以適用于四象限運(yùn)行及動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合。三電平變頻方式是今后變流技術(shù)發(fā)展的一種主要趨勢(shì)。三電平控制方式具有以下特點(diǎn):
(1) 現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件不太高的耐壓等級(jí)限制了普通二電平變頻器系統(tǒng)的電壓等級(jí)和容量，盡管人們采用多器件串聯(lián)的形式，但存在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均壓的問(wèn)題。采用三電平拓?fù)淠苡行У慕鉀Q電力電子器件耐壓不高的問(wèn)題,由于每一個(gè)主管承受的關(guān)斷電壓僅為直流側(cè)電壓的一半,因此它適用于高電壓大功率的電動(dòng)機(jī)調(diào)速;
(2) 三電平拓?fù)鋯蝹€(gè)橋能輸出三種電平(+ud/2、0和-ud/2、)，線(相)電壓有更多的階梯來(lái)模擬正弦波，使得輸出波形失真度減少，因此諧波大為減少;
(3) 多級(jí)電壓階梯波減少了dv/dt, 減小對(duì)電機(jī)繞組絕緣的沖擊，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣要求也有所降低;將普通三相電動(dòng)機(jī)做一些絕緣加固處理就可以應(yīng)用于變頻調(diào)速系統(tǒng);
(4) 三電平pwm方法把第一組諧波分布帶移至二倍頻開(kāi)關(guān)頻率的頻帶區(qū),利用電機(jī)繞組電感能較好的抑制高次諧波對(duì)電機(jī)的影響。在同樣的諧波含量下開(kāi)關(guān)頻率下降一半，同時(shí)帶來(lái)開(kāi)關(guān)損耗也降低一半，故允許用較低的調(diào)制比以提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。
(5) 三電平拓?fù)湫问侥墚a(chǎn)生3×3×3=27種空間電壓矢量,較兩電平的矢量數(shù)大大增加,矢量的增多帶來(lái)諧波消除算法的自由度,可得到很好的輸出波形。
(6) 在同樣的開(kāi)關(guān)頻率及控制方式下，三電平變流器輸出電壓諧波大大小于二電平變頻器，故應(yīng)用gto作為開(kāi)關(guān)元件是非常適合的，從而降低了系統(tǒng)的制造成本。
采用雙pwm的三電平結(jié)構(gòu)，整流側(cè)也采用與逆變橋一樣的三電平結(jié)構(gòu)，很容易實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，pwm整流器輸入側(cè)電流波形即使在開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)也能保證一定輸出波形的正弦度，能作到功率因數(shù)為1，諧波電流小。另外還可以向電網(wǎng)輸出超前無(wú)功，校正電網(wǎng)功率因數(shù)，在同樣的開(kāi)關(guān)頻率及控制方式下，它的諧波電流總畸變thdi要大大小于二電平變頻器。
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)三電平整流/變頻器研究的焦點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面:
l 優(yōu)化開(kāi)關(guān)矢量, 限制最大開(kāi)關(guān)頻率, 減小輸出量的諧波，考慮最小導(dǎo)通脈沖寬度限制, 減小它對(duì)系統(tǒng)的影響;
l 在高壓大功率場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，提高功率因數(shù)，降低諧波對(duì)電網(wǎng)的污染;
l 控制中點(diǎn)電位，限制中點(diǎn)電位浮動(dòng)的范圍，避免系統(tǒng)工作異常及發(fā)生電位漂移過(guò)多而擊穿開(kāi)關(guān)器件。
目前中點(diǎn)電位的控制，主要采用的方法有電流遲滯比較法，它類(lèi)似于普通兩電平的遲滯電流比較，通過(guò)檢測(cè)負(fù)載電流的變化，調(diào)整開(kāi)關(guān)脈寬，該方法獲得比較好的負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。另外智能控制算法也得到了一定的應(yīng)用，現(xiàn)代控制算法由于受到微處理器的限制，其應(yīng)用的實(shí)例還比較少，用得較多的還是各種pid算法，尤其是各種智能pid。實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)化空間電壓矢量法還是用得較多的一種，該方法以電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的磁通矢量為控制對(duì)象，通過(guò)選擇不同扇形區(qū)的矢量來(lái)合成主磁通，它比較直觀、明確、易于實(shí)現(xiàn)。但由于三電平拓?fù)淠墚a(chǎn)生27個(gè)電壓矢量，較普通二電平結(jié)構(gòu)復(fù)雜，關(guān)鍵問(wèn)題要通過(guò)不同矢量的選取來(lái)保證中點(diǎn)電位在允許的波動(dòng)范圍之內(nèi)，還要考慮矢量選擇對(duì)中點(diǎn)電位的影響，因同一種電壓輸出有不同的開(kāi)關(guān)模式，不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合對(duì)箝位電容的充放電過(guò)程有完全不同的影響，由此可以通過(guò)選擇不同的開(kāi)關(guān)過(guò)程來(lái)調(diào)整中點(diǎn)電位。另外，還要考慮開(kāi)關(guān)損耗，特別是零矢量的選取。這就是優(yōu)化空間電壓矢量的基本原理，也是在現(xiàn)有三電平高壓大功率變頻器中應(yīng)用得較多的一種控制方法。

4 國(guó)內(nèi)高壓變頻調(diào)速技術(shù)動(dòng)態(tài)
4.1功率單元串聯(lián)多電平
國(guó)際上具有生產(chǎn)研制新型大功率高壓變頻裝置能力的均是各大知名電氣公司,在我國(guó)目前應(yīng)用的產(chǎn)品有美國(guó)羅賓康(robicon)公司和日本東芝公司等，并有國(guó)際各大電氣公司搶占我國(guó)高壓變頻器市場(chǎng)的趨勢(shì)。我國(guó)于1996年經(jīng)國(guó)家科委、北京市科委批準(zhǔn)由北京凱琦北方電氣有限公司承擔(dān)的“無(wú)電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器”產(chǎn)品的研制，經(jīng)過(guò)二年的研究，成功開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“無(wú)電網(wǎng)污染高電壓大功率變頻器”。并于1998年6月月通過(guò)國(guó)家科委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、北京市科委組織的技術(shù)鑒定。該變頻裝置具有高功率因數(shù)、高效率、無(wú)諧波污染、無(wú)需專(zhuān)用電機(jī)等優(yōu)點(diǎn), 在技術(shù)上已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白, 其三相系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)圖

由電網(wǎng)引入的三相高壓交流電經(jīng)移相變壓器，由其付邊每相的5個(gè)二次線圈將電壓移相12°供給5個(gè)功率單元，各功率單元如圖2所示，即為常規(guī)交-直-交電壓型變頻器，輸入側(cè)為三相全橋二極不控整流，中間為電容濾波環(huán)節(jié)，輸出側(cè)為igbt單相逆變橋形式。即在a、b兩點(diǎn)之間得到pwm波形，5個(gè)功率單元相疊加即可輸出高電壓正弦波給交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。每個(gè)功率單元承受電壓為690v，5個(gè)單元串聯(lián)后相電壓為3450v，對(duì)應(yīng)線電壓為6000v。該裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)如下:

圖2 大功率逆變器單元主回路結(jié)構(gòu)圖

(1) 曲折變壓器移相技術(shù)。變頻整流側(cè)通過(guò)曲折變壓器移相，實(shí)現(xiàn)的30脈沖整流,從理論上29次以下的諧波電流都可以消除,使裝置的諧波抑制能力大大加強(qiáng)。因內(nèi)整流橋采用二極管不控整流，任何負(fù)載下輸入電壓與輸入電流的相移接近于0，這種關(guān)系通過(guò)變壓器折合到一次側(cè)，使電網(wǎng)側(cè)電壓與電流之間幾乎無(wú)相移，因此功率因數(shù)很高。
(2) 采用igbt作為主回路的開(kāi)關(guān)器件,提供了較高的開(kāi)關(guān)頻率,以減小電流和轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。
(3) 全數(shù)字化光纖控制技術(shù)的應(yīng)用,控制柔性和可靠性大大提高。
(4) 多級(jí)pwm輸出波形生成技術(shù),單元逆變橋輸出pwm波形和以及5級(jí)移相疊加后得到的變頻器輸出電壓呈現(xiàn)電平臺(tái)階形逐級(jí)錯(cuò)開(kāi)的理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的功率輸出，大大減少了輸出電壓的dv/dt脈動(dòng)對(duì)電機(jī)繞組的沖擊，在這種pwm控制方法下，以較小的器件開(kāi)關(guān)損耗實(shí)現(xiàn)了較高的電機(jī)運(yùn)行性能。
(5) 功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化，igbt驅(qū)動(dòng)電路智能化,并在功率單元回路設(shè)計(jì)中,應(yīng)用了功率母線技術(shù)。系統(tǒng)有著完善的檢測(cè)及保護(hù)功能，并具有與pc機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)接口，采用鍵盤(pán)操作和大屏幕液晶漢顯界面。

4.2 功率單元串聯(lián)及多電平方式
在高-高變頻器的主回路結(jié)構(gòu)中，采用若干個(gè)低壓pwm變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓，電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)二次繞組多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，單相變頻功率單元輸出端串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓輸出，直供高壓電動(dòng)機(jī)。單元串聯(lián)的數(shù)量決定輸出電壓的等級(jí)，不存在著器件的均壓?jiǎn)栴}，逆變器部分采用多電平移相式pwm技術(shù), 同一相的功率單元輸出相同的基波電壓, 但串聯(lián)各單元的5對(duì)載波(每對(duì)含正反向信號(hào))之間互相錯(cuò)開(kāi)36°，實(shí)現(xiàn)多電平pwm，每個(gè)功率單元的igbt開(kāi)關(guān)頻率為600hz，若每相5個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開(kāi)關(guān)頻率為6khz，且有11個(gè)不同的電平功率單元采用低的開(kāi)關(guān)頻率，可以降低開(kāi)關(guān)的損耗，提高變頻器效率，此種結(jié)構(gòu)的變頻器可適用于任何普通的高壓電動(dòng)機(jī)，且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件的數(shù)量增加，但由于驅(qū)動(dòng)功率下降，開(kāi)關(guān)頻率較低且不必采用均壓電路，使系統(tǒng)在效率方面仍有較大的優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)97%，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有功率單元可以互換，維修也比較方便。由于采用二極管整流電路，所以能量不能回饋電網(wǎng)，不能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，其應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制。

4.3 功率母線技術(shù)
在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天, 系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生巨大的電應(yīng)力, 已成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素，從直流儲(chǔ)能電容至變頻器的器件之間的直流母線上的寄生電感在通常的硬開(kāi)關(guān)變頻器中, 由于瞬時(shí)切換時(shí)的過(guò)電壓, 會(huì)使器件過(guò)熱，甚至有時(shí)使變頻器失控并超過(guò)器件的額定安全工作區(qū)而損壞，限制了開(kāi)關(guān)工作頻率的提高。功率母線按其結(jié)構(gòu)可分為以下幾種:
(1) 電纜絞線
電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線，價(jià)廉、簡(jiǎn)易，但在igbt變頻器中，由于電纜線的自感大與園截面導(dǎo)線相比，扁平母線的自感只有園導(dǎo)線的1/3~1/2，而所占的體積只有它的1/10~1/2。
(2) 印刷電路板
印刷電路板母線主要用于小電流變頻器，但當(dāng)母線直流電流達(dá)到150a時(shí)，要求電路板的復(fù)銅層很厚，造價(jià)太高，另外用來(lái)連接多層導(dǎo)線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間，而且會(huì)影響整機(jī)的可靠性。
(3) 裸銅板母線(平面并行母線)
這是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的igbt模塊饋電系統(tǒng)的傳統(tǒng)母線形式，其缺點(diǎn)是在于并行母線的互感較大。
(4) 支架式母線
如果將正直流母線銅板放置在負(fù)直流母線板的上方，中間用一層薄絕緣材料隔開(kāi)的方法來(lái)制作母線，由于磁場(chǎng)的相互抵消，可以最大限度地降低互感，但其工藝復(fù)雜，不宜規(guī)?；a(chǎn)，由于上述幾種功率母線都存在著不同的缺點(diǎn)，因此制約大功率變頻器體積的小型化的進(jìn)程，為此開(kāi)發(fā)研制出迭層功率母線。
(5) 迭層功率母線
基于電磁理論，把連線做成扁平截面，在同樣截面下做得越薄越寬，它的寄生電感越小，相鄰導(dǎo)線內(nèi)流過(guò)相反的電流，其磁場(chǎng)抵消，可使寄生電感減小，這就促使萌生迭層功率母線的思路。所謂迭層功率母線是以又薄又寬的銅排形式迭放在一起，各層之間用很薄的高絕緣強(qiáng)度的材料熱壓成一體，整個(gè)母線極之間的距離均勻一致，以減少互感，各層銅排都在所需要的端子位置處同其他層可靠絕緣地引出，使所具有不同電位的端子表露在同一平面上，以便于把主電路中的所有器件與之相連。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu)，可承受數(shù)百公斤的切應(yīng)力，其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。使用迭層功率母線將igbt和整流管等模塊、散熱器、電容器及柵極驅(qū)動(dòng)電路組合在一起，迭層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來(lái)完成的，以使相連接時(shí)的接觸表面與母線之間的接觸電阻非常小，也使得寄生電感成數(shù)量級(jí)的減小，從而使ldi/dt過(guò)電壓應(yīng)力降至最低，保證電力電子裝置工作在最佳狀態(tài)下。

5 變頻技術(shù)創(chuàng)新與市場(chǎng)
5.1 產(chǎn)學(xué)研與技術(shù)創(chuàng)新
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的高壓大功率變頻裝置,大部分為引進(jìn)產(chǎn)品,而國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域中,近年來(lái)也作了一些研究工作，早期研制成功的國(guó)產(chǎn)大功率高壓變頻裝置，大多數(shù)裝置采用的是交-交變頻方式，因其在制造成本上、可靠性及推廣應(yīng)用都失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，而由凱琦新北方電氣有限公司、北京利德華技術(shù)有限公司研制的“無(wú)電網(wǎng)污染高電壓大功率變頻器”其技術(shù)性能具備世界先進(jìn)水平，其面臨的是開(kāi)發(fā)出系列產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)推廣應(yīng)用，但其均為單元串聯(lián)多電平方式，而三電平方式還處于起步階段。為此需要在產(chǎn)業(yè)政策、資金、政府導(dǎo)向上給予扶植，以使這一技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品盡快的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。以推動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)實(shí)現(xiàn)從粗放型到集約型的轉(zhuǎn)變。目前國(guó)內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)正面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，1995年美國(guó)總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)提交的咨詢(xún)報(bào)告中，列舉6項(xiàng)關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家長(zhǎng)久安全的國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)(材料、制造業(yè)、信息和通信、生物技術(shù)、航空和運(yùn)輸、能源和環(huán)境)，除了生物技術(shù)一項(xiàng)外，都與電力電子技術(shù)有關(guān)。因此電力電子技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是21世紀(jì)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)具有大規(guī)模生產(chǎn)能力的大中型企業(yè)超過(guò)數(shù)百家，研究單位在這一領(lǐng)域的水平也處于世界前沿，而我國(guó)各大高校更是集結(jié)了一大批具有掌握該項(xiàng)技術(shù)先進(jìn)水平的學(xué)者，若能把產(chǎn)學(xué)研有機(jī)結(jié)合起來(lái)就可走出有中國(guó)特色的技術(shù)創(chuàng)新之路。如把凱琦北方電氣有限公司的該項(xiàng)技術(shù)嫁接到有著巨大生產(chǎn)能力的國(guó)有大中型電氣制造企業(yè)中去，并迅速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，形成巨大的生產(chǎn)力，必將形成推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的動(dòng)力。從技術(shù)創(chuàng)新的組織走向產(chǎn)業(yè)革命，在我國(guó)形成以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)科學(xué)的高科技產(chǎn)品的生產(chǎn)鏈。
技術(shù)創(chuàng)新的全過(guò)程包括三個(gè)階段，他們聯(lián)系在一起形成自我強(qiáng)化循環(huán)，首先是一個(gè)可行的創(chuàng)新思想，其次是它的實(shí)際應(yīng)用，再次是它在市場(chǎng)上推廣。當(dāng)這一創(chuàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用反過(guò)來(lái)又推動(dòng)產(chǎn)生新的創(chuàng)新思想，這一過(guò)程就是技術(shù)創(chuàng)新的循環(huán)。因?yàn)樾碌募夹g(shù)不僅是各種創(chuàng)造性新思想的產(chǎn)品，而且是各種創(chuàng)造性新思想的力量源泉。所以這一循環(huán)的第二階段和第三階段(應(yīng)用和推廣)是技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生巨大生產(chǎn)力的必然之路，只有加速這兩個(gè)階段，才能使技術(shù)創(chuàng)新形成巨大的生產(chǎn)力，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行一次技術(shù)革命。

5.2 國(guó)內(nèi)高壓大功率變頻器市場(chǎng)展望
我國(guó)的發(fā)電量50%~60%用于交流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,而電動(dòng)機(jī)容量在315kw以上的異步電機(jī)額定電壓一般為高壓(3~10kv),這部分電動(dòng)機(jī)占電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量的比例約在40%~50%。由于我國(guó)高壓變頻技術(shù)仍沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化，落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，因此這部分電動(dòng)機(jī)在負(fù)載工況變化時(shí)，缺少經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)速手段，每天都在浪費(fèi)大量的電能，因此國(guó)內(nèi)潛在著巨大的高壓大功率變頻器市場(chǎng)。世界上各大知名的電氣公司，如西門(mén)子、abb、ab、aeg、東芝等，都在這一領(lǐng)域展開(kāi)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，投入大量的人力、物力和財(cái)力，開(kāi)發(fā)研制高性能的產(chǎn)品，以搶占我國(guó)高壓大功率變頻器的市場(chǎng)。國(guó)家計(jì)委預(yù)計(jì)在今后的十五年內(nèi)，我國(guó)變頻器總需求的投資額在500億以上，而其中60%~70%是高壓大功率變頻器。我們?nèi)绻荒茉谶@場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中研制開(kāi)發(fā)出自己的創(chuàng)新產(chǎn)品，并形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，并加大推廣應(yīng)用力度，那么我們將把國(guó)內(nèi)幾百億的高壓大功率變頻器市場(chǎng)讓給國(guó)外各大電氣公司，其結(jié)果是由國(guó)外各大電氣公司壟斷我國(guó)高壓大功率變頻器技術(shù)及市場(chǎng)，那時(shí)我國(guó)在這一領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品將是“萬(wàn)國(guó)型”。因此研制國(guó)產(chǎn)高壓大功率變頻器，就必須走產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新之路，才能形成產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模。而要從技術(shù)創(chuàng)新走向產(chǎn)業(yè)成功的路，并沒(méi)有一個(gè)固定模式和規(guī)律讓我們?nèi)プ裱?，而是需要在市?chǎng)經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)中穿插、協(xié)調(diào)，把人的智慧、技術(shù)、和社會(huì)的資金及產(chǎn)品在市場(chǎng)上的推廣應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)有機(jī)的結(jié)合，形成技術(shù)創(chuàng)新、推廣應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以此推動(dòng)國(guó)產(chǎn)高壓大功率變頻器走向市場(chǎng)，并占領(lǐng)市場(chǎng)形成全新的規(guī)?；某?yáng)產(chǎn)業(yè)。

6 結(jié)束語(yǔ)
國(guó)際和國(guó)內(nèi)高壓變頻領(lǐng)域在器件的研發(fā)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，需要從事高壓變頻技術(shù)的科研人員和各國(guó)政府的投入和扶植，而且更需要市場(chǎng)的推動(dòng)。深信若能把產(chǎn)學(xué)研有機(jī)結(jié)合起來(lái)走出有中國(guó)特色的技術(shù)創(chuàng)新之路，我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓變頻技術(shù)必將形成推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的動(dòng)力。從技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)革命到推廣我國(guó)高壓變頻技術(shù)應(yīng)用，在我國(guó)形成以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)科學(xué)的高科技產(chǎn)品的生產(chǎn)鏈。