高壓變頻器的諧波研究與分析

3.2 多脈動(dòng)整流輸入諧波的仿真分析

利用Matlab中的Simulink/Power System工具箱對多脈動(dòng)整流仿真研究。本文構建了多重化整流的統一分析模塊，設置參數后，使其能夠實(shí)現12、18、24、30、36脈動(dòng)整流電路的工作特性。按照參數面板中相關(guān)說(shuō)明，選擇合適的變壓器接法，并輸入相移角度，即可實(shí)現相應脈動(dòng)數的多重化整流仿真分析。多脈動(dòng)整流輸入仿真電路的參數設置面板如圖1所示。

圖1 多脈動(dòng)整流仿真電路參數設置對話(huà)框

以12脈動(dòng)的仿真為例，波形及頻譜如圖2所示，可以看出12脈動(dòng)時(shí)主要諧波為12k±1次，和理論分析相符合。

圖2 12脈動(dòng)整流波形及其頻譜 來(lái)源:輸配電設備網(wǎng)

結合IEEE-519中的標準，對各脈動(dòng)數整流進(jìn)行比較如表5所示，可見(jiàn)，在不增加其他濾波裝置的情況下，12脈動(dòng)整流很能滿(mǎn)足IEEE-519中的要求，在各個(gè)范圍內諧波含量均超出標準。36脈動(dòng)情況要好的多，35次以下諧波及THD都能滿(mǎn)足IEEE-519的要求，但仍然含有較大的35、37等次的諧波。

由分析可以看出，多脈動(dòng)整流很好的解決了變頻器輸入端的諧波抑制問(wèn)題，尤其對低次諧波的抑制效果明顯，且輸入波形近似為正弦，很好地滿(mǎn)足了要求。但是，同IEEE-519中的標準相比較，在不增加其他濾波裝置的情況下，多脈動(dòng)整流不能在各次諧波上都滿(mǎn)足IEEE-519中的要求，高次諧波的影響仍然很明顯，需要與其它濾波器配合使用。

4 高壓變頻器輸出諧波分析

作為高壓大功率變頻器的輸出環(huán)節，高性能的逆變器是其性能的保證。但高壓大功率變頻器并不像低壓變頻器一樣有著(zhù)成熟、統一的技術(shù)，各種拓撲結構、控制方案都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

4.1 變壓器耦合輸出型逆變器輸出諧波分析

1999年，由Cengelci E等人提出該拓撲，其主要思想是通過(guò)變壓器將3個(gè)由高壓IGBT或IGCT構成的常規二電平三相逆變器的輸出疊加起來(lái)，實(shí)現高質(zhì)量的三相高電壓輸出、低dv/dt的PWM波，而且很好地保證了平衡運行，對每個(gè)三相逆變器的利用率都接近100%，這些特點(diǎn)使它特別適合于對恒轉矩和變轉矩負載的驅動(dòng)場(chǎng)合。并且這3個(gè)常規逆變器可采用普通低壓變頻器的控制方法，使得變頻器的電路結構及控制方法都大大簡(jiǎn)化。此結構如圖3所示。

圖3 變壓器耦合輸出型逆變器拓撲

變壓器耦合輸出型逆變器只需3個(gè)獨立的三相逆變器就可以產(chǎn)生中高壓輸出，在運行時(shí)每個(gè)逆變器都是平行的，各提供1/3的輸出功率，因此為高壓系統使用低壓IGBT器件提供了方便，這種平衡運行狀態(tài)也使得直流側電容不需要儲存太多的能量。輸出變壓器的存在,有利于產(chǎn)生更高的輸出電壓,且能消除逆變器間的環(huán)流。

該結構在Matlab中的仿真波形及其頻譜如圖4、5所示。

圖4 變壓器耦合輸出型變頻器輸出電壓及頻譜

圖5 變壓器耦合輸出型變頻器輸出電流及頻譜 請登陸:輸配電設備網(wǎng) 瀏覽更多信息