1、變頻器并聯(lián)的結構及設計系統(tǒng)的結樹石亞根據(jù)攝統(tǒng)嚶求以及瑕統(tǒng)的性能宋設汁毎箱構部分都frit相應的功能.本章針對變頻器并聯(lián)供電同步電機調(diào)速系統(tǒng)的特雖，確定了變糊器結構和此井聯(lián)誥構.2A同步電機調(diào)速系統(tǒng)中變頻器的結構對同步電機調(diào)速系就而言'變頻是實現(xiàn)調(diào)u的at本手段.那么在同步比機調(diào)速系統(tǒng)屮選樣一個存適的變頻盟是必要的"首先木累統(tǒng)選樣的變頻器總拓撲是AC-DCAC構.即盤流逆變它的結構幡圖如圖2J所札三相電三相逆國空啞頻器ACDCAC結枸2-1.1三相不控整洼整流圧PJlil功半器件的開逋和無斯,將交流電變?yōu)榱⒘麟?盤流電路町分為下拎整流、丫控整流、全控整流.本實峻系統(tǒng)采用了三相橋

2、式不控整流，該整淹電路由6個二極管組成如圖2.2所示結構，利用二極管的單向導通持性實現(xiàn)AC/DC電能變換.圖中三相交流電匕、匕、嶺經(jīng)三相不控整流電路蜓流紂出肓流電匕。由于三相橋式不控整流可以輸出很高的立流電壓，容易濾波.因此在較大功率的場合三相橋式不控整流得到了廣泛的應用本文系統(tǒng)就是基于三相橋式不控整流的優(yōu)點以及它的簡巾1性，從而選擇它作為AC/DCH換環(huán)巧。但是三相橋式不控整流也存在-淀的缺點，如輸出貢流電壓的不可控,THD偏高，功率因數(shù)低等.逆變DC/AC環(huán)甘可以實現(xiàn)輸出不同頻率的交流電，足同步電機調(diào)速的關駝。對J同步電機的調(diào)速，是通過改變輸入電斥從啲改變輸入電流，達到變頻調(diào)速的II的所以

3、需要控制的是輸入電壓,故選擇的逆變環(huán)節(jié)是電壓型的。根據(jù)電機調(diào)速的性質,調(diào)速的最終手段是改變輸入電流，所以說選擇的電拆教逆變器實現(xiàn)了電流型逆變的功能圖2.3所示的是電壓型逆變器結構,直流輸出端并入個濾波大電容,6個可控功率器件組成三相橋式結構。2.2并聯(lián)變頻器的拓撲及控制上一節(jié)中提到了變頻器的結構,木系統(tǒng)是需耍把變壩器并聯(lián)給同步電機供電進行調(diào)速控制.所以耍仃介理并聯(lián)拓撲以及控制策略.因為在并聯(lián)系統(tǒng)中存在環(huán)流問題，環(huán)流的抑制能力直接影響并聯(lián)效果本實驗糸統(tǒng)設計了如圖2.4所示的并聯(lián)拓撲結構.圖2.4變頻器并聯(lián)拓撲結構圖2.4所示的并聯(lián)拓撲給構足針對并聯(lián)變頻器系統(tǒng)中的環(huán)流問題提出的,卜面就對選擇該抓撲

4、和控制策略做一簡單介紹.拓撲結構及控制對并聯(lián)系統(tǒng)環(huán)流的抑制在變頻器并聯(lián)系統(tǒng)中，由于族種原因會引起諧波、零序、基波以及直流環(huán)流，這歧成分囲耍相應的方法解決，以卜就對并壞流產(chǎn)生原因以及抑制方法做一敘述.對環(huán)流的抑制方案H接決定了并聯(lián)的"i撲結構和控制方案.(1) 諧波環(huán)流抑制在泮通的逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中.逆變器的輸出端接fjLC濾波器，該濾波器的存在對諧波的消除起到了很大的作用但是對于同步電機調(diào)速系統(tǒng)，針對電機的特性，因為電機定子三相繞組木身就是電感，所以在接入電機的變頻器端II無需接LC濾波.正由于這個原因，在變頻器并聯(lián)供電同步電機調(diào)速糸統(tǒng)中，貞接把兩變頻器并聯(lián),由丁變頻輸出未經(jīng)池波，其輸

5、出存在很人的諧波這樣兩變頻器何會仃很人的諧波環(huán)流。因此，兩變頻器礙耍通過并聯(lián)電感的接入，抑制諧波來實現(xiàn)并聯(lián)的II的。這就是在并聯(lián)拓撲結構有并聯(lián)電感的原因。(2) 零序環(huán)流抑制現(xiàn)有的文獻已經(jīng)論證了在三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中,存在著零序環(huán)流的流通路徑。瞬時零序分雖的農(nóng)達式為：(2-1)正常穩(wěn)定時.零序分址應該為零.但是運行的瞬時不平衡就會引起不為零的零序分址.如果兩三相逆變器并聯(lián)時共宜流母線.如圖25所示.零序分嚴將通過直流母線形成零序環(huán)流.其流通途徑由圖2.5表示出.圖2.5零序環(huán)流的產(chǎn)生W此根據(jù)零序壞流產(chǎn)生的原理.抑制零序環(huán)流最簡單.的方法就是不共字tri流母線端.這樣零序環(huán)流就沒有了回路.自然而

6、然就沒有了零序環(huán)流。因此本文并聯(lián)結構釆用了如圖2.4所示的獨立直流瑙拓撲結構.(3) 基波環(huán)流抑制兩個單相變頻器并聯(lián)如圖2.6示盤o圖2.6兩變頻器并聯(lián)示意圖中乙疋分別為兩變頻器輸出的電爪(經(jīng)過LC濾波)仟、8是電路等效電PH心、。分別是負裁和負戯端電斥假設/;=/;=/，、勺兩臺變頻器輸出的電爪幅值、相位等參數(shù)不一致時，會產(chǎn)生只流經(jīng)兩變頻器而不流經(jīng)負戲的環(huán)流。定義不加并聯(lián)電感時環(huán)流的人小為(2-2)曲為線路電阻，可知其阻值IF常小。從式(22)可以仟出X逆變器輸出的兩電壓歹、77；在幅值和相位I：存在不同.即使仃很小的電床差也會產(chǎn)很大的呈波壞流。這一環(huán)流人部分不經(jīng)過負戯Iflj1*(接(-兩

7、臺電源何流通，它對逆變器的功率器件和輸出變壓器均不利因此必須加以限制E。但是由于逆變電源輸出的是交流雖其福值、相位冊在隨時變化.丙此瞬時的電壓差是不可避免的，也就足說并聯(lián)基波環(huán)流是必存在的。為了限制這種大基波環(huán)流的出現(xiàn).需耍采用適十的電流控制策略。在同步控制簽略、統(tǒng)i控制策略、分別控制滾略這三種方法中.經(jīng)過對比它們的優(yōu)缺點。最終選擇了統(tǒng)一控制策略作為木次試驗系統(tǒng)的方案.統(tǒng)一控制策略的控制松圖如圖2.7所示.圖2.7統(tǒng)一控制策略工統(tǒng)電流控制策略對電動機的電流和環(huán)流同時進行控制,基波環(huán)流大大被抑制。而且每個逆變器的電流控制器相同.設計簡單、擴展方便、容易實現(xiàn)兀余。(4) 直流環(huán)流抑制開關管通態(tài)壓降

8、和開通時何不同以及控制們丐延遲時何不致.也會便逆變器輸出電壓產(chǎn)生直流分呈。并聯(lián)時，孑逆變器的直流分星不致就會產(chǎn)生直流環(huán)流.抑制fi流環(huán)流可通過在輸出端裝配變斥器來實現(xiàn)但這造成并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電斥的粘度和功率密度的降低還可以通過控制的方法來抑制肚流壞流，通過鎖件或軟件的方法檢測出直流分屋，與給定的直流得到的誤差進行pi調(diào)節(jié),實現(xiàn)脈寬補償,除去直流分址.但木次實驗系統(tǒng)考電到苴流壞流相對比絞小所以対丸流壞流先不做處理。23并聯(lián)電感的結構及設計壞流中的諧波成分是由十逆變器產(chǎn)生的PWM電斥不一致產(chǎn)生的.這包括幅值的不-致以及觸發(fā)時何的不-致，這些都是由電力電子器件性能璉并造成的，包括導通、關斷時間的不一致.

9、通態(tài)壓降不相等,還有死區(qū)時間不一樣而這些是不可避免的.所以在并聯(lián)系統(tǒng)中，環(huán)流成分必會仃諧波環(huán)流，對諧波環(huán)流的抑制是必須的，上節(jié)中拓撲結構中的并聯(lián)電感就充當了抑制諧波的角色.設計一個合適的電感式相當乘要的，它直接關系到并聯(lián)能會成功.逆變器輸出的FWM電壓不致上要農(nóng)現(xiàn)住兩個力面:(1)逆變器輸出的PWM電斥波形存在幅值差，這種幅值差是由于電力電子器件(IGBT)導通的管壓降不致或玄流瑙電壓不等造成的，如圖2.8所示U2圖2.8輸出PWM電壓存在幅值差(2)逆變器輸出的PWM電壓融發(fā)不同步.存在相位差.如圖2.9所示U1U2rAU-I|H-/-圖2.9電壓觸發(fā)不同步針對上述兩種PWM電斥不一致的惜況

10、.從動態(tài)性能上考慮。統(tǒng)一的電感性質公*(2-3)式可推出.力=丁力即,=yA/(2-4)其中是加在電感兩端的電壓,Z是電感fiLA/是電壓作用時間,，是引起的電流變化雖，也就是I：述的諧波環(huán)流。從公式也可以仟出，選擇的電感越大，對諧波壞流的抑制效果也就越好的.對抑制諧波的耍求以及系統(tǒng)中相關參數(shù)羅列如卜:諧波電流厶i<A,直流瑞電壓6/y=212T,系統(tǒng)開關頻率/=5K"r，即開關周期r=200“$分別根據(jù)上面PWM電壓差別的情形求出相應的電SS.(l)PWM電壓存在幅值差A/圖2.10PWM電壓存幅值差引起諧波環(huán)流圖2.10中，是PWM電壓幅值差,A/是由該電壓差產(chǎn)生的諧波電流

11、.取A6/=10r,作用時間為開關周期A/=200“八根據(jù)(24)得出A/=A/=x0.0002<l/lLL最終得到L>ImH(2)PWM電壓觸發(fā)不同步丄A/-A/-圖2.11PWM電壓相位差引起的諧波環(huán)流W2.11中，"/足亡流瑞電壓值，取作用時間/=#7=50“j,同理可得A/=乞A/=xO.OOOO5<MLL得L>10.6/;/根據(jù)上述計算得出的/應該是兩并聯(lián)電感的總和，所以單個電感等于一半.再考慮安全裕雖以及考慮制作電感的體積用終定Z20/ZZ,相當單個電感10,".上述的并聯(lián)電翎可以有效地抑制諧波環(huán)流,但同時在該電感上必然會有壓降,這就降低

12、了并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓精度。從I：述的分析來看，并聯(lián)電感值越丿、，抑制諧波環(huán)流的效果越好,但系統(tǒng)的穩(wěn)壓稱度就越差。為了解決抑制效果和穩(wěn)壓稱度上的才盾,采用了一個耦合電感來代替兩個普通電感.為了分析耦合電感的作用.取變頻器一相接入耦合電感如圖2.12所示.變頻器1#Z1:t1Th11|*L2:Z2I2變頻器2#*U2,I)2U1厶)1Uo<-Rl圖2.12變頻器并聯(lián)接入耦合電感圖中,厶和厶為電感£繞在一個鐵心柱上的兩個線圈。假設條件與電感不耦合時相同，且設沒仃漏感A/l2-A/2l-L，同理可以得到：-cZ/-7/gZ<-£；(2-5)2(2jaL+r)4jaL根據(jù)式(25)可看出，環(huán)流抑制電感耦合后的等效電感厶=2厶=2厶(2-6)這是由于當有環(huán)流從