高壓變頻器基礎(chǔ)教程-資料下載頁(yè)
2025-06-16 20:05本頁(yè)面
【正文】 中心點(diǎn)圖8 三電平基本結(jié)構(gòu)對(duì)于每相橋臂通過控制功率器件V1V4的開通，關(guān)斷，在橋臂輸出點(diǎn)可獲得三種不同電平+Ed，0，Ed，見表1?！ ?由表1看出，功率開關(guān)V1和V3狀態(tài)是互反的，V2與V4也是互反。同時(shí)規(guī)定，輸出電壓只能是+Ed到0，0到Ed，或相反地變化，不允許在+Ed和Ed之間直接變化。所以不存在二個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷，也就不存在動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}。對(duì)于由三個(gè)橋臂組成的三相逆變器，根據(jù)三相橋臂U，V，W的不同開關(guān)組合，最終可得到三電平變頻器的33=27種開關(guān)模式，見表2。采用中心點(diǎn)箝位方式使輸出增加了一個(gè)電平，輸出電壓的臺(tái)階降低了一半，而且很重要的一點(diǎn)是增加了輸出PWM控制的自由度，使輸出波形質(zhì)量在同等開關(guān)頻率條件下有較大的提高。圖9為一三電平變頻器主電路結(jié)構(gòu)圖。圖9 三電平變頻器 整流電路采用12脈沖二極管整流結(jié)構(gòu)。逆變部分功率器件可以采用IGCT，反并聯(lián)續(xù)流二極管集成在IGCT中。由于受到器件開關(guān)損耗，尤其是關(guān)斷損耗的限制，IGCT的開關(guān)頻率為600HZ左右。直流環(huán)節(jié)用二組電容分壓，得到中心點(diǎn)。直流環(huán)節(jié)還有di/dt限制電路，共模電抗器，保護(hù)用IGCT等。di/dt限制電路主要由di/dt限制電抗器，與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管和電阻組成，因?yàn)镮GCT器件本身不能控制di/dt，所以必須通過外加di/dt限制電路，使逆變器IGCT反并聯(lián)續(xù)流二極管的反向恢復(fù)控制在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，同時(shí)該電路也用于限制短路時(shí)的電流上升率。共模電抗器一般在變壓器與變頻器分開安置，且變壓器副邊和整流橋輸入之間電纜較長(zhǎng)時(shí)采用，當(dāng)變壓器和變頻器一起放置時(shí)，可以省去。其作用主要是承擔(dān)共模電壓和限制高頻漏電流，因?yàn)楫?dāng)輸出設(shè)置濾波器時(shí)，由于濾波電容的低阻抗，電機(jī)承受的共模電壓極小，共模電壓由輸入變壓器和逆變器共同承擔(dān)，當(dāng)變壓器與變頻器之間電纜較長(zhǎng)，線路分布電容較大，容抗下降，導(dǎo)致變壓器承受的共模電壓下降，逆變器必須承受較高的共模電壓，影響功率器件安全，共模電抗器就是設(shè)計(jì)用來承受共模電壓的。另外高頻的共模電壓還會(huì)通過輸出濾波電容，變壓器分布電容，電纜分布電容形成通路，產(chǎn)生高頻漏電流，影響器件安全，共模電抗器也起到抑制高頻漏電流的作用。保護(hù)用IGCT的作用是當(dāng)逆變器發(fā)生短路等故障時(shí)，切斷短路電流，起到相當(dāng)于快熔的作用。由于逆變電路采用IGCT作為功率器件，而IGCT本身不象IGBT那樣存在過電流退飽和效應(yīng)，可以通過檢測(cè)集電極電壓上升來進(jìn)行短路檢測(cè)，并通過門極關(guān)斷進(jìn)行保護(hù)，所以必須通過霍爾電流傳感器，檢測(cè)到過電流，然后通過串聯(lián)在上下直流母線的二個(gè)保護(hù)用IGCT進(jìn)行關(guān)斷。由于直流環(huán)節(jié)存在共模電抗器和di/dt限制電抗器，導(dǎo)致整流橋輸出和濾波電容之間存在較大阻抗，這樣電網(wǎng)的浪涌電壓要通過整流橋形成浪涌電流，再通過濾波電容吸收的效果大大降低，為了保護(hù)整流二極管免受浪涌電壓的影響，在整流橋輸出并聯(lián)了阻容吸收電路。箝位二極管保證了橋臂中最外側(cè)的兩個(gè)IGCT承受的電壓不會(huì)超過一半的直流母線電壓，確切地說，應(yīng)該是對(duì)應(yīng)側(cè)濾波電容的電壓，所以最外側(cè)的兩個(gè)IGCT不存在過壓?jiǎn)栴}。內(nèi)側(cè)的兩個(gè)器件仍要并聯(lián)電阻，以防止產(chǎn)生過壓。因?yàn)樵谕瑐?cè)二個(gè)器件同時(shí)處于阻斷狀態(tài)時(shí)，內(nèi)側(cè)的器件承受的電壓可能超過一半的直流母線電壓，具體電壓取決于同側(cè)二個(gè)器件的漏電流匹配關(guān)系?！ ?如果不加輸出濾波器，三電平變頻器輸出時(shí)電機(jī)電流總諧波失真可以達(dá)到17%左右，會(huì)引起電機(jī)諧波發(fā)熱，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。輸出電壓跳變臺(tái)階為一半直流母線電壓，dv/dt也較大，會(huì)影響電機(jī)絕緣，所以一般需配特殊電機(jī)。若要使用普通電機(jī)，必須附加輸出濾波器。輸出濾波器有dv/dt濾波器和正弦波濾波器二種，dv/dt濾波器容量較小，只對(duì)電壓變化率起抑制作用，使電機(jī)絕緣不受dv/dt的影響，對(duì)電機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)性能的影響較小，如果系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求較高時(shí)，適合采用，而且成本較低。正弦波濾波器容量較大，輸出電壓波形可大大改善，接近正弦波，由于濾波器的阻抗較低，而且濾波器中點(diǎn)接地，使電機(jī)承受的共模電壓很小，電機(jī)絕緣不受影響。正弦波濾波器的滯后作用會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)，同時(shí)由于濾波器對(duì)輸出電壓的衰減作用，也會(huì)限制變頻器的最低運(yùn)行頻率。由于濾波器采取低通設(shè)計(jì)，還限制了變頻器的輸出上限頻率。%左右。圖10為三電平變頻器輸出電壓和經(jīng)濾波器后輸出至電機(jī)的電壓波形。圖11a和11b分別顯示了未經(jīng)濾波和經(jīng)濾波后電壓的諧波分布圖。濾波前，輸出總電壓諧波失真為29%，經(jīng)過濾波后，可降低到4%左右，電機(jī)的電流諧波失真可從17%降低到2%左右。圖10 三電平變頻器輸出電壓和濾波后電壓圖11 三電平變頻器輸出電壓諧波和濾波后電壓諧波 a) 變頻器輸出電壓諧波 b) 濾波后電壓諧波
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