大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计
宋 强,等: 大容量PWM电压源逆变器的LC滤波器设计347
电压幅值也不断增长。随着自激电流的增长,电机磁路发生饱和,机端电压也达到最高。随后转速逐渐下降,机端电压也随之下降到零。在自激过程中,如果自激电压过大,将会对功率开关器件和电机都造成损坏。滤波电容是线性器件,其电容电流和电容电压关系可以表示如下,
IC=
图3 逆变器、滤波器及电机的电压、电流矢量关系
3
2ΠfmCf.(9)
电机的励磁电流可以近似为
I0m=
有功分量的影响,定义电压降的比率为
=Ε
UM
=Ξ1Lf
2UM
1-cos2-
.(6)ΞC
2
32ΠfmLm
,(10)
根据式(6),在谐振频率ΞC一定时,较大的电
抗将带来较大的基波压降,所以电抗不能过大。
另外滤波器的加入会使逆变器的输出功率发生变化,这主要是无功功率的变化,因为滤波电抗消耗掉无功,而滤波电容则会提供无功。2.2 LC滤波器引起的谐波电流
PWM。其中励磁电抗Lm具有饱和特性。
图4
为电容特性曲线和电机的空载特性曲线。电容特性曲线与电机空载特性曲线的交点决定了自激电压最大值。电容量较小时电容特性曲线斜率将增大,自激电压将降低。下,,。
谐波电流将流入逆变器,,所以必须。较大的滤波电抗对于减小谐波电流是有利的,较大的电容会增大谐波电流。具体的谐波电流可以根据逆变器的在额定情况下PWM电压各次谐波分量和LC对于各次谐波分量所呈现的等效阻抗来计算。
LC滤波器对各次谐波所呈现出的阻抗为
2
2Zn=, n=1,2,3,…(7)
n2Πf1Cf可以用LC谐波电流系数来评估LC滤波器谐波电
流的大小,定义如下
∞
图4 滤波电容与电机励磁特性曲线
3 试验结果及分析
试验样机为一台6kV异步电机调速装置,主电路原理如图1。电机额定参数为6kV 320kW。NPC逆变器采用SHE2PWM控制。
图5a为逆变器输出电压频率为3Hz时的机端电压波形,图5b为相应的频谱。此时采用的是N=100的SHE2PWM,功率器件开关频率为300Hz。
har=
V
n
∑
I1
2
,(8)
为PWM线电压的n次谐波幅值,可以根据SHE2PWM开关角度得到。I1为额定基波电流幅值。
2.3 滤波电容与电机之间的自激
如果逆变器突然停止工作,而电机由于惯性继续旋转,滤波电容将为电机定子提供容性电流,使电机处于自励发电的状态,引起滤波电容与电机之间的自激。发生自激后自激电流幅值不断增长,电机端
图6a为逆变器输出电压频率为50Hz时的机端电
压波形,图6b为相应的频谱。此时采用的是N=9时的SHE2PWM,功率器件的开关频率为450Hz。从图5、图6的试验曲线可看出,经过LC滤波器后,机端电压得到了平滑,dv dt大为减小。并且由于采用了SHE2PWM优化控制,在较低的开关频率下达到了有效抑制LC谐振的目的。