隨著電氣傳動技術，尤其是變頻調速技術的發展，作為大容量傳動的高壓變頻調速技術也得到了廣泛的應用。高壓電機利用高壓變頻器可以實現無級調速，滿足生產工藝過程對電機調速控制的要求，以提高產品的產量和質量，又可大幅度節約能源，降低生產成本。近年來，各種高壓變頻器不斷出現，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統一的拓撲結構。
根據高壓組成方式可分為直接高壓型和高-低-高型，根據有無中間直流環節來分，可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器，在交-直-交變頻器中，按中間直流濾波環節的不同，可分為電壓源型和電流源型。高-低-高型變頻器採用變壓器實行輸入降壓，輸出公升壓的方式，其實質上還是低壓變頻器，只不過從電網和電機兩端來看是高壓的，是受到功率器件電壓等級技術條件的限制而採取的變通辦法，需要輸入，輸出變壓器，存在中間低壓環節電流大，效率低下，可靠性下降，占地面積大等缺點，只用於一些小容量高壓電機的簡單調速。常規的交-交變頻器由於受到輸出最高頻率的限制，只用在一些低速，大容量的特殊場合。
直接高壓交-直-交變頻器直接高壓輸出，無需輸出變壓器，效率高，輸出頻率範圍寬，應用較為廣泛。我們將對目前使用較為廣泛的幾種直接高壓輸出交-直-交型變頻器及其派生方案進行分析，指出各自的優缺點。評價高壓變頻器的指標主要有：
成本，可靠性，對電網的諧波汙染，輸入功率因數，輸出諧波，dv/dt，共模電壓，系統效率，能否四象限執行等。順便指出，我們習慣稱作的高壓變頻器，實際上電壓一般為2.3-10kv，國內主要為3kv，6kv和10kv，和電網電壓相比，只能算作中壓，故國外常成為medium voltage drive.
高壓變頻器正向著高可靠性，低成本，高輸入功率因數，高效率，低輸入輸出諧波，低共模電壓，低dv/dt等方向發展。電流源型變頻器技術成熟，且可四象限執行，但由於高壓時器件串聯的均壓問題，輸入諧波對電網的影響和輸出諧波對電機的影響等問題，使其應用受到限制。對風機和水幫浦等一般不要求四象限執行的裝置，單元串聯多電平pwm電壓源型變頻器在輸入，輸出諧波，效率和輸入功率因數等方面有明顯的優勢，具有較大的應用前景。
對於軋機，捲揚機等要求四象限執行和動態效能較高的場合，雙pwm結構的三電平電壓源型變頻器會得到廣泛的應用。
電流源型變頻器(csi：current source inverter)採用大電感作為中間直流濾波環節。整流電路一般採用閘流體作為功率器件，少數也有採用gto的，主要目的是採取電流pwm控制，以改善輸入電流波形。
逆變部分一般採用閘流體或gto作為功率器件。由於存在著大的平波電抗器和快速電流調節器，所以過電流保護比較容易。當逆變側出現短路等故障時，由於電抗器存在，電流不會突變，而電流調節器則會迅速響應，使整流電路閘流體的觸發角迅速後移，電流能控制在安全範圍內。
為了對接地短路也實現保護，通常把濾波電抗器分為兩半，上下直流母線各串一半。電流源型變頻器的一大優點是能量可以回饋電網，系統可以四象限執行。雖然直流環節電流的方向不能改變，但整流電壓可以反向(當整流電路工作在有源逆變狀態時)，能量可以回饋到電網。
閘流體目前工業應用的最高電壓為8000v左右，當電網電壓較高時，可採用閘流體串聯的辦法。比如，當電網電壓為交流4160v時，需要2個耐壓為5kv的閘流體串聯，才能滿足5900v峰值電壓時的耐壓要求。考慮到器件串聯時的均壓問題和器件耐壓使用安全裕量，在工業應用中，一般使用到器件額定電壓的50-60%。
閘流體串聯存在靜態均壓和動態均壓問題。均壓電阻會消耗一部分功率，影響系統的效率。閘流體的通態壓降一般較低，門極觸發電路比較簡單，驅動功率較低。
以6500v，4200a的閘流體為例，通態壓降可做到1.73v，門極觸發電流僅需400ma，觸發功率僅為3w，該閘流體的斷態電壓臨界上公升率達2000v/μs，通態電流臨界上公升率達250a/μs(連續)。
由於電源側採用三相橋式閘流體整流電路，輸入電流的諧波成份較大，為了降低諧波，可採取多重化，有的還必須加輸入濾波裝置。電流源型變頻器輸入功率因數一般較低，且會隨著轉速的下降而降低，通常要附加功率因數補償裝置。另外，電流源型變頻器還會產生較大的共模電壓，當沒有輸入變壓器時，共模電壓會施加到電機定子繞組中心點和地之間，影響電機絕緣。
電流源型變頻器的輸出電流諧波較高，會引起電機的額外發熱和轉矩脈動，必要時也可採取輸出12脈衝方式或設定輸出濾波器，當然系統的複雜性和成本也會增加。由於均壓電路等固定損耗較大，以及輸入功率因數較低，導致無功電流較大等原因，系統效率會隨著負載的降低而降低。
電流源型變頻器種類較多，主要有串聯二極體式，輸出濾波器換相式，負載換相式和gto-pwm式等。其中，前三種電流源型變頻器的逆變功率器件都採用閘流體，輸出採用120°導通方式。gto-pwm式電流源型變頻器採用gto作為功率器件，逆變器一般採取電流pwm控制方式。
在系統控制上，電流源型變頻器在一般應用時採取電壓-頻率協調控制。與電壓源型變頻器可以直接控制輸出電壓不同，電流源型變頻器的輸出電壓是由輸出電流及負載決定的，所以為了實現電壓頻率協調控制，必須設定電壓環以實現輸出電壓的閉環控制。高效能時，通常採取磁場定向向量控制，採用常見的轉速電流雙閉環，通過速度和磁通閉環調節器分別得到定子電流的轉矩分量和勵磁分量，經過極座標變換，得到定子電流幅值和負載角，定子電流的幅值作為電流環的給定值，控制閘流體整流電路實現定子電流的閉環控制，負載角和同步旋轉座標系的位置角迭加在一起，用於逆變側閘流體的觸發脈衝分配。
電流源型變頻器對電網電壓的波動較為敏感，一般電網電壓下降15%，變頻器就會跳閘停機。
1.串聯二極體式電流源型變頻器
串聯二極體式電流源型變頻器利用換相電容和電機電感之間的諧振實現閘流體的強迫換流，二極體vd1-vd6在換流過程中隔離電機反電勢，使它不影響換相電容的放電過程。變頻器執行與電機引數(主要是漏感)的關係較大，換相電容的容量要與電機電感和負載電流相匹配。在實際應用中，通常要根據所帶電機的不同，相應地配置換相電容的數量。
2.輸出濾波器換相式電流源型變頻器
輸出濾波器換相式電流源型變頻器利用輸出濾波器對閘流體進行換相。濾波器大概在50%轉速時提供電機所需的全部勵磁電流，在這點以上，負載(包括電機和濾波器)維持超前的功率因數。所以逆變器的閘流體可以實現自然換流，濾波器的容量基本和變頻器容量相當，除了龐大的濾波電容外，濾波器還必須串聯一定量的電感，以防止產生過大的di/dt，影響閘流體的安全。
由於濾波器容量較大，足以讓電機自激發電，所以在濾波器輸出和電機之間必須附加乙個接觸器，以防止變頻器跳閘或自由停車時，電機自激發電。龐大的濾波器的優點是對輸出120°方波電流起到了很好的濾波作用，所以速度較高時，電機電流波形有所改善。當輸出頻率降低時，濾波器的濾波作用下降，電機電流波形的質量也有所下降。
在變頻調速過程中，由於輸出電壓隨著頻率的上公升正比上公升，電容的阻抗與頻率成反比關係，所以，隨著輸出頻率的上公升，流入濾波器的基波電流幅值按照頻率的平方關係上公升，直到額定值。因此，這種變頻器執行的最高頻率一般不會超過額定頻率的1.1倍，否則，當頻率過高時，變頻器無法提供濾波電容所需的無功電流。
在起動和低速時，由於輸出電壓較低，濾波電容基本上起不到換相作用，一般採取電流斷續換相法。每當逆變側閘流體要換相時，設法使流入到逆變器的直流電流下降到零，使逆變側閘流體暫時關斷，然後給換向後應該導通的閘流體加上觸發脈衝。重新恢復直流電流時，電流將根據觸發順序流入新導通的閘流體，從而實現從一相到另一相的換相。
斷流的辦法很多，其中一種方法是在直流環節設定一直流電流旁路電路，當要關斷逆變側閘流體時，直流環節電流被此電路所旁路，而不會流過逆變側閘流體，閘流體自然關斷。當下一對閘流體需要導通時，再切斷旁路電路，恢復直流電流繼續流向逆變器。此輔助斷流電路要能承受全部直流環節電壓，並能通過全部直流電流，時間大約幾百微秒，以保證閘流體恢復阻斷。
高壓閘流體要求較高的阻斷電壓，帶來的負面影響是需要較長的關斷時間，因此，輔助斷流電路需要相當的容量。當然，輔助斷流電路不是設計成為連續執行的，只是在起動和低速時工作，使速度達到一定值，讓濾波電容能正常工作，變頻器要求能在兩種模式之間自動切換。另一種方法是封鎖電源，或讓電源側整流器進入逆變狀態，直流環節電流迅速衰減，以達到短時間內斷流的目的。
觸發新的閘流體時再讓電源恢復。直流迴路的平波電抗器對電流斷續換相是十分不利的，因此必須在電抗器兩端併聯乙個續流閘流體，當電流衰減時，觸發此閘流體使之導通，使電抗器的能量得以釋放，以便不影響逆變器的斷流(圖6-3)。
輸出濾波器換相式電流源型變頻器在一些調速範圍不大(比如60-100%)的場合還是應用比較成功的。
3.負載換相式電流源型變頻器（lci）
負載換相式電流源型變頻器(lci：load commutated inverter)，負載為同步電機，變頻器工作原理與輸出濾波器換相式電流源型變頻器有些類似。
閘流體的關斷主要靠同步電機定子交流反電勢自然完成，不需要強迫換相，逆變器閘流體的換流與整流橋閘流體的換流極其相似。變頻器的輸出頻率一般不是獨立調節的，而是依靠轉子位置檢測器得到的轉子位置訊號按一定順序周期性地觸發逆變器中相應的閘流體，lci這種「自控式」功能，保證變頻器的輸出頻率和電機轉速始終保持同步，不存在失步和振盪現象。同步電機在整個調速範圍內都必須提供超前的功率因數，以保證逆變器閘流體的正常換相。
電機必須有足夠的漏電感，以限制閘流體的di/dt，電機也要能夠承受變頻器輸出的諧波電流，除了需要特殊的同步電機之外，lci應用是較為成功的。尤其是在一些超大容量的傳動系統中，因為lci無須強迫換流電路，結構簡單，在大容量時只有閘流體能夠提供所需的電壓和電流耐量，從電機角度來說，同步電機在大容量時，相對非同步電機也有不少優勢。現在，隨著大容量自關斷器件的應用越來越廣泛，lci應用逐漸減少。
變頻器輸出電流波形和輸入電流波形極為相似，呈120°方波狀，輸出電流中含有豐富的諧波成分，諧波電流會產生電機的附加發熱，也會產生轉矩脈動。
在起動和低速時，電機反電勢很小，不足以保證安全換相，因此，一般也採取電流斷續換相法。
lci的乙個主要缺點就是轉矩過載能量不強。過載能力不強是因為換相造成的，為了保證利用反電勢換相的安全，要設定一定的換相提前角，比如空載換相提前角設為60°，這樣一來就導致平均轉矩下降且轉矩脈動增加。
4. gto－pwm式電流源型變頻器
gto-pwm式電流源型變頻器採用gto作為逆變部分功率器件。gto可以通過門極進行關斷，所以它不象閘流體那樣需要用於強迫關斷的換流電路，可使主電路結構簡化。對於額定電壓為交流6kv的變頻器，逆變器側可採用每三個6000v的gto串聯，作為乙個開關使用，一共由18個gto組成，gto串聯時，同樣存在穩態和動態均壓問題。
gto是在閘流體基礎上發展起來的全控型電力電子器件，目前的電壓電流等級可達6000v，6000a。gto開關速度較低，損耗大，需要龐大的緩衝電路和門極驅動電路，增加系統的複雜性和成本，使其應用受到限制。gto中數千隻獨立的開關單元做在乙個矽片上，由於開關不均勻，需要緩衝電路來維持工作，以限制器件承受的dv/dt，緩衝電路一般採用rcd型結構，二極體和電容必須有與gto相同的耐壓等級，二極體要求用快恢復二極體。
緩衝電路的損耗產生熱量，影響器件的可靠執行，並且影響變頻器的效率。為了降低損耗，也有採取能量回饋型緩衝電路的方案，通過dc/dc變換電路把緩衝電容中儲存的能量返回到中間直流環節，但增加了裝置的複雜性。gto的開關頻率較低，一般在幾百赫茲，比如300hz。
以6000v，3000a(最大可關斷陽極電流值)的gto為例，通態平均電流為1030a，通態壓降3.5v，門極開通觸發電流1a，通態陽極電流上公升率400a/μs(f=200hz條件下)，滯後時間2.5μs，上公升時間5μs，儲存時間25μs，下降時間3μs，最小通態維持時間100μs，最小斷態維持時間100μs，開通每脈衝能耗2.
5ws，關斷每脈衝能耗16ws。gto的門極驅動，除了需要閘流體一樣的導通觸發脈衝外，還需要提供相當大的的反向關斷電流，上述gto的門極峰值關斷電流就達900a，所以gto的門極驅動峰值功率非常大。
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