大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计
清华大学学报(自然科学版)2003年第43卷第3期
CN1122223 N.43,No.3JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2003,Vol16 38
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大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计
宋 强, 刘文华, 严干贵, 陈远华
(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)
摘 要:针对大容量变频调速装置中LC滤波器设计困难的问题,提出了特定消谐脉冲宽度调制(SHE2PWM)的逆变器优化控制方案。以三电平中点箝位(NPC)逆变器为研究对象,采用分段同步SHE2PWM保证整个调速范围内LC滤波器的谐振抑制问题,并给出了LC谐振频率的设计方法。采用此方法可以使大容量开关器件工作在较低的开关频率下。分析了LC滤波器对逆变器输出电流和机端电压的影响及滤波电容与电机之间的自激等问题,并据此提出了电抗参数和电容参数的具体设计原则和方法。在一台基于三电平
NPC逆变器的6kV题。一方面PWM电压的dv dt很大,研究表明较高
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的dv dt将给电机绝缘造成较大压力。同时三相PWM电压的共模分量可能导致电机轴承电流问题,影响电机使用寿命甚至损坏电机[3]。在逆变器的输出侧与电机之间加入LC滤波器是解决这些问题的有效手段[4]。但是LC些新的问题LC的谐振,(GTO)或IGCT等,开关频率一般只允许在1kHz以下,同时由于损耗原因阻尼电阻在大容量装置中也是不现实的,所以必须通过对逆变器的优化控制和滤波器参数的优化设计来得到良好LC滤波器性能。另外LC滤波器的加入还会影响逆变器输出电流和机端
提方法的有效性。
关键词:LC滤波器;中图分类号:文章编号:1000()030345204
:A
LCfilterdesignforhigh-powerPWMvoltagesourceinverter
SONGQiang,LIUWenhua,YANGangui,CHENYuanhua
(DepartmentofElectricalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)
Abstract:Formediumvoltagedrivesbasedonpulsewidthmodulation(PWM)voltagesourceinverters,theLCfilterdesignisdifficultduetotheLCresonance.AnewoptimalLCfilterdesignmethodwasdevelopedbasedonathree2levelneutralpointclamped(NPC)inverterandselectedharmoniceliminatedPWM.Theexcitationoftheresonanceisactivelydampedthroughoutthewholeoperatingfrequencyrangeforlowswitchingfrequencies.TheeffectsoftheLCfilteronthemotorvoltageandinverteroutputcurrentwereanalyzed.Aparameterdesignmethodwasdevelopedfortheinductorandcapacitordesigns.Theproposedmethodwasconfirmedbyexperimentalresultsona6kVNPC2VSIbasedmediumvoltagedrive.
Keywords:LCfilters;ACdrives;selectedharmoniceliminated
电压情况,如设计不当将给逆变器带来额外负担。
本文以基于三电平中点嵌位(NPC)逆变器[5]的大容量调速装置为研究对象,结合谐波特定消除
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PWM(SHE2PWM)技术,提出LC滤波器的优化设计方案,并深入研究LC器参数的设计原则及方法。最后给出在一台6kV异步电机调速装置上的试验结果。
1 LC滤波器的基本设计方法
1.1 NPC逆变器与LC滤波器
图1为带有LC滤波器的NPC逆变器变频调速装置原理图。NPC逆变器的每个开关器件开关频率只是PWM载波频率的1 2,可以在较低的开关频率下得到较高的PWM载波频率,对于降低PWM电压的谐波含量十分有利。LC滤波器由三
收稿日期:2002203208
目前,采用脉冲宽度调制(PWM)技术的电压源逆变器广泛应用于大容量变频调速装置中[1],但高压PWM逆变器直接驱动交流电机存在着一些问
作者简介:宋强(19752),男(汉),吉林,博士研究生。通讯联系人:刘文华,副研究员,
E2mail:liuwenh@