3.2 输出少谐波的混合调制高压变频器由于变换功率大,开关频率一般比较小,因而输出谐波比较大。采用常规的正弦pwm(spwm)和空间矢量pwm(svpwm)都难以解决输出谐波大的问题。特定消谐pwm(shepwm)属于优化pwm,通过优化开关时刻,可以用较少的开关次数得到较好的谐波特性。一体成型电感制作其主要优点是:在同样的开关次数下,输出波形质量高,转矩和电流脉动小;降低了对滤波器的要求,可以减小滤波器体积;在同样的波形质量下,开关次数低,损耗小,尤其适合采用gto和igct等对开关频率有限制的高压大功率电感场合;直流母线电压利用率高。缺点是开关角度固定,需要离线计算,难以在线实现,控制不够灵活,尤其是低频时由于开关角度较多,对存储量要求较高。
本系统采用混合pwm方法,即低频时采用异步svpwm,高频时采用shepwm,避免了高频时svpwm谐波特性变差和shepwm在低频时存储量大的缺点,充分发挥了二者的优点,使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波,得到较好的输出波形。实现的难点在于衔接问题,需要确保二者间的平滑过渡以保证混合调制的适用性。为了解决这个问题,采用固定角度切换的方法。假定切换时刻的运行频率为45hz,对于svpwm,开关频率为600hz,在参考矢量频率为45hz时,在一个周期内参考矢量在360°空间内采样600/45=13.33次,其中必定有一次落入0~28°区间,仅当参考矢量落入这个区间内时才由svpwm切换至shepwm。而从shepwm切换至svpwm时,也仅当a相的相位落入某一固定角度区间时才切换至svpwm。由于切换位置固定,其现象和行为是可重复的,在理论分析的基础上,通过实验对其进行微调,可以得到满意的结果。试验结果如图7所示,其中上面的为变频器输出线电压,下面的为变频器输出相电流。
图7 svpwm和shepwm在45hz切换时的逆变器输出电压和电流
3.3 集成式滤波升压系统设计
高压大容量变频调速系统的可靠应用目前更多的受限于半导体器件的制作和组装工艺。本系统采用高压三电平npc变频器中的igct器件耐压等级为4.5kv,这样的结构最大输出线电压只能为3.3kv。
除了输出升压至6kv是一个难题外,由于开关功率电感厂家频率低,系统输出的电压、电流波形中存在着大量的谐波成分也是一个主要问题。这些谐波成分引入电机会带来严重的热效应;同时,pwm波形中较陡的上升(下降)沿带来了较大的dv/dt,将直接威胁到电机绝缘,并通过线路中的耦合电容产生轴电流和电磁干扰,电压等级越高越严重。因此,需要引入滤波装置加以滤波,常见的如rlc滤波器。
如何将3.3kv/1250kw交流变频调速系统直接应用于6kv输出的系统,除了有效升压外,还要尽量平滑输出电压波形,减小电压thd。为此采用了升压变压器的原副边等效漏电感进行滤波的新型结构,并通过在大、小容量样机中的试验对比验证此种设计方案的有效性。原理结构如图8所示一体电感生产商。
图8 高压大容量中的滤波升压装置
仿真滤波效果如图9所示。
由图9可见,输出谐波被大大减小。
图9 高压大容量lc滤波效果仿真评估