大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计(2)

大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计

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清华大学学报(自然科学版)

∞

2003,43(3)

相滤波电抗Lf和三相滤波电容Cf构成。其中滤波电容中点与大地(机壳)相连,目的是使滤波器对逆变器产生的共模电压分量也起到滤波作用,以减小施加在电机端子上的共模电压。滤波器的性能主要由Lf和Cf之间的谐振频率决定,LC谐振频率为

(1)fC=2ΠLf

Cf

VAO(Ξt)=

∑[a

n=1

n

sin(nΞt)+bncos(nΞt)],(3)

N个开关角度(自变量)Α1,Α2,…,ΑN可以构成N个

独立的方程,通过求解这N个角度,可以在控制基波电压幅值的同时选择消除N-1个特定的谐波分量,一般是选择消除低次谐波分量[6]。由于波形的对称性,偶次谐波已自然消除,3的倍数次谐波也不会出现在线电压中,所以选择消除的谐波次数应为非3倍数的低奇次谐波。这样PWM线电压中所含有的最低次谐波频率为:

ff

har(min)har(min)

=3N+1,=3N+2,

N为偶数时;N为奇数时.

(4)

　　由于从基波频率f1到最低次谐波频率fhar(min)

之间的所有谐波含量都已经被消除为零,只需选择LC谐振频率为

图1　NPC逆变器及LC滤波器的基本结构

10f1<f

C

<f

har()

2(5)

　　为了使机端电压更接近正弦同时又不会引起谐振问题,谐振频率必须要远小于PWM电压中所含

有的最低次谐波频率,同时又要远大于基波频率采用传统PWM方案,[4],,,

(2)fCfS10,其中:f1,fS为PWM的载波频率。

根据式(1),如果以基波频率f1为50Hz计算,

目前的大功率开关器件,如fS需要达到5kHz以上。

GTO或IGCT,都无法在这么高的开关频率下工

LC谐振问题。fC,

har(min),最后根据式(4)选择PWM载波频率。当基波频率f

1

50Hz时,选择N≥9即可满足要求,每个开关器件只需工作在500Hz左右的开关频率,完全可以用大功率开关器件实现。在基波频率f1发生变化时,可以采用分段同步SHE2PWM调制,根据式(4),(5)在不同的基波频段内选择不同的N,以保证在

整个调速范围内都可以对LC谐振进行有效抑制。

作。在低压应用中阻尼电阻通常是抑制LC谐振的一个有效手段,但在高压应用中由于损耗的原因也使其实际上不可实现。所以本文将提出采用NPC逆变器的SHE2PWM技术来抑制LC谐振的方法。1.2　NPC逆变器的SHE-PWM技术

2　Lf,Cf的参数选取

LC谐振频率是由Lf和Cf的乘积决定的,在确

定谐振频率后,Lf和Cf的参数还需分别确定。具体参数设计除要考虑电抗器和电容器的体积与造价外,还要考虑它们对装置性能的影响,这主要包括滤LC滤波器对机端电压和逆变器输出电流影响、波电容与电机之间的自激电压等因素。2.1　电机机端电压

特定谐波消除PWM(SHE2PWM)的基本原理

是根据事先计算好的开关角度,控制各功率器件的开关时间,使NPC逆变器输出电压达到所期望的波形。图2为NPC逆变器的SHE2PWM相电压波形,每1 4周期(0～Π 2)的开关次数为N。这个相电压可以用Fourier级数表示为

逆变器输出的基波电流会在电抗器上产生基波电压降落,必须考虑对这个压降进行补偿。如果电抗器上的基波压降过大将增加逆变器的负担,所以在设计LC滤波器时必须将这个压降控制在一定的范围内。图3所示为逆变器的输出电压、电机机端电压及电机、滤波电容基波电流的矢量关系图。图3中UINV,UM为额定条件下逆变器输出线电压和机端线电压,SN和cosΥ分别为电机的额定

容量和功率因数。在计算时可以忽略电机定子电流图2　NPC逆变器SHE-PWM的输出波形

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