非PWM功率單元在完美無諧波高壓變頻器中的應(yīng)用
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隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，作為大容量傳動(dòng)的高壓變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。高壓電動(dòng)機(jī)利用高壓變頻器可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，既可滿足生產(chǎn)工藝過程對電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，又可節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本［1］。自1994年美國羅賓康公司推出第一代完美無諧波高壓變頻器以來，由于其性能好、可靠性高、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，在歐美、日本、中國等市場一直處于領(lǐng)先地位，完美無諧波高壓變頻器較之普通高壓變頻器，無論從變頻器控制性能、可靠性保證、制造工藝等方面都提高了很大的一個(gè)檔次［1］。但是，到目前為止，這種完美高壓變頻器的功率單元的整流部分采用單向二極管串聯(lián)，逆變器部分輸出采用多電平移相式pwm技術(shù)，每個(gè)功率單元脈沖控制都是采用pwm控制，逆變器的控制脈沖波形，由參考正弦波和三角波比較產(chǎn)生。為了進(jìn)一步改進(jìn)高壓變頻器的節(jié)能與降低電網(wǎng)污染及電磁干擾等現(xiàn)象，本文闡述了一種新型功率單元，即非pwm功率單元。非pwm并非真的不是pwm原理，只是把用于產(chǎn)生脈沖波形的三角載波，換成了頻率不變，幅值變化的矩形波。為了引出新型功率單元，我們先從簡單地對普通完美無諧波高壓變頻器進(jìn)行介紹入手。
2 完美無諧波高壓變頻器原理
完美無諧波高壓變頻器采用若干個(gè)變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、dv/dt及共模電壓等問題的特性，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)，包括國產(chǎn)電機(jī)。
2.1 功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)
如圖1所示，變頻器共有15個(gè)功率單元，從a1～a5、b1～b5、c1～c5。每個(gè)功率單元輸出電壓為690v，功率單元本身結(jié)構(gòu)完全相同［2］。6kv或10kv 電網(wǎng)電壓經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器給功率單元供電，功率單元為三相輸入、單相輸出的交-直-交pwm
電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動(dòng)機(jī)。以6kv輸出電壓等級為例，每相由5個(gè)額定電壓為690v的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓達(dá)3450v，線電壓達(dá)6kv左右，每個(gè)功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，實(shí)現(xiàn)多重化，以達(dá)到降低輸入諧波電流的目的［2］。對于6kv電壓等級的變頻器，就是36脈沖的整流電路結(jié)構(gòu)，輸入電流波形接近正弦波。由于輸入電流諧波失真很低，變頻器輸入的功率因數(shù)可達(dá)到0.95以上。
2.2 傳統(tǒng)pwm功率單元
傳統(tǒng)的pwm功率單元電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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