高壓變頻器的諧波研究與分析

3.2 多脈動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，使其能夠實現12、18、24、30、36脈動整流電路的工作特性。按照參數面板中相關說明，選擇合適的變壓器接法，并輸入相移角度，即可實現相應脈動數的多重化整流仿真分析。多脈動整流輸入仿真電路的參數設置面板如圖1所示。

圖1 多脈動整流仿真電路參數設置對話框

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

圖2 12脈動整流波形及其頻譜 來源:輸配電設備網

結合IEEE-519中的標準，對各脈動數整流進行比較如表5所示，可見，在不增加其他濾波裝置的情況下，12脈動整流很能滿足IEEE-519中的要求，在各個范圍內諧波含量均超出標準。36脈動情況要好的多，35次以下諧波及THD都能滿足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，多脈動整流很好的解決了變頻器輸入端的諧波抑制問題，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，多脈動整流不能在各次諧波上都滿足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成熟、統一的技術，各種拓撲結構、控制方案都有其各自的優缺點。

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，其主要思想是通過變壓器將3個由高壓IGBT或IGCT構成的常規二電平三相逆變器的輸出疊加起來，實現高質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，對每個三相逆變器的利用率都接近100%，這些特點使它特別適合于對恒轉矩和變轉矩負載的驅動場合。并且這3個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個獨立的三相逆變器就可以產生中高壓輸出，在運行時每個逆變器都是平行的，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,有利于產生更高的輸出電壓,且能消除逆變器間的環流。

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 瀏覽更多信息