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【摘要】 对PWM高压变频器谐波成分形成机理做出分析，在变频器与长输出电缆连接过程中，会对电机产生影响，对此也做出了研究。以电机仿真对6 000 V/2 250 kW做出研究并发现，将共模电抗器设置在高压变频器中，该高压变频器为24脉波整流/三电平逆变的高压变频器，把直流侧中间点、整流器中性点等和三电平逆变器籍位点连接起来，同时通过该新型拓扑结构，该结构内包含小电阻与系统，可控制谐波电压对高压变频器造成的负面影响。
【关键词】 高压；变频器；谐波抑制
高压变频调速技术不断完善，许多企事业单位致力于研究压变频器技术，推动了高压变频器的技术水平的深入发展[1]。高压大功率电力电子器件产生以来，高压变频技术逐渐应用于水泵变频调速中，目的是为了获得较高的节能效果。电压源型变频调速系统拓扑结构的构成部分包括全波整流、传输电缆、PWM逆变器等。因为逆变器输出电压具有相对较大的跳变幅度，此外，高压电动机一定会存在寄生电容，一定会产生非常高的duldt，损坏了电机绝缘，此外，逆变器的共模电压比较高，直接添加至电机终端，穿透电机绝缘。处在大的容量情况下，由于开关损耗的因素，通常开关元件的开关频率不超过1000 Hz，为此，需要注意其电流谐波总畸变率。所以，一定要将小电机终端duldt减至较少，获得较高质量的逆变器输出，更长时间地使用电机。
1研究目的与意义
高功率变频器的选择，需要遵循两个最基本的技术指标：
①变频器能够承受较高的电压或电流；②逆变侧的总谐波畸变率要低，尽量确保各次谐波含量较少。对大电流做出的要求，是为了切合高功率的应用场合；而输入输出谐波畸变率较低，是为了将对负载的负面影响减至较低。为实现上述两个目标，许多研究者逐步升级变频器拓扑，使用新的调制方法。逆变电路的结构与特性很大决定了变频器逆变器侧输出谐波对其负载造成的影响，众多的输出谐波使得电动机过多发热，致使电动机的附加温变高；效率偏低；甚至瘫痪调速系统[2]。
其次，变频器输入谐波对电网构成污染，损害电网上其余用电设备，不利电力系统的常规运转，变频功率增大时，也会对电网产生一定影响；此外，谐波扰乱控制系统，甚至是中断通讯。我国制定了有关谐波控制标准，其中应用比较多的就是国标GB/TI4549一93《电能质量公用电网谐波》。变频器谐波产生了严重的问题，此外，不同控制谐波产生的影响有所不同，需要使用者结合各应用场景，选择相应的变频器。集中分析高压变频器输入和输出谐波作很有必要，为变频器的选择提供参考，这也是本次课题研究的目的及意义所在。
2特殊拓扑结构逆变器的共模电压分析
常规PWM逆变器产生比较大的共模电压，其影响是消极的，为规避这种消极影响，可使用多电平和级联型逆变器拓扑结构，尤其开关器件受技术限制状况下，获得高水平的输出电压质量，事实上，拓扑结构较为复杂。电力半导体技术迅速发展，可充分使用三电平非级联型逆变器，使高压大容量电机驱动起来，将共模电抗器串联在整流器与三电平逆变器间，在逆变器与电动机之间串联输出滤波器，连接其中的的点“S”、“O”，紧接着连接整流器中性点，利用小电阻连接系统地“N”。
2.1带有共模电抗器时共模电压分析
把共模电抗器连接后，调速系统的等效电路可以使用，
，将共模电抗器加入其中后，明显对变频器的共模电压起到抑制作用。
2.2带有输出滤波器时共模电压分析
当UON=0，则有
，有效选取RF、CF、LF，可将共模电压Ug降至较低；为使Ug较低，Rf越小越好，CF越大越好。事实上，因为功耗原因，RF不要过小，此外，结合传输电缆中波反射。
2.3接地电阻的确定
以13.8 kV与10 kV的电力输电系统理论为依据，通常借助小电阻RN，与系统地连接。把三电平逆变器和输人变压器等共同视作供能装置，将电机视作负载，可将其视作电力输电系统。选取的的电压矢量与直流滤波电容等影响箱位点“0”的电位增大或减小。当借助小电阻强制把和地连接起来，目的是阻止电位偏移。对10 kV电力输电系统，需要RN 小于4欧姆，维持接地电流在30A内；对13.8 kV电力输电系统，需要在4欧姆与40欧姆间，维持IN在200 A 与2000A间。因为电机负载的线电压在1000v以上，需要和13.8 kV电力输电系统理论进行类比，此外，RN只对零序电流产生影响，以系统串联谐振理论为依据：便有临界阻尼、过阻尼、欠阻尼，Zo是系统的特征阻抗，在这里选取了阻尼状态。
3接输出电缆的逆变器共模通路分析
因为逆变器具有较大的输出电压跳变幅度，此外，高压电动机必然存在寄生电容，所以，生成的duldt较高，因为逆变器生成的共模电压较高，直接添加至电机终端，均冲击电机绝缘。共模电压中有类似于开关频率的高频分量，利用分布电容和输出电缆，生成高频漏电流，漏电流借助绕组与转子间的轴承、机壳，紧接着至地，输出电缆连接了高压逆变器装置与电机负载，导致高频共模电流经过大地，生成了环路。较大的漏电流很大程度上影响轴承使用周期。电动机与变频器间电缆线长不断增加，于电动机接线端子上生成2倍左右的高频过电压，长期反复电压下，较早地损坏电动机绕组匝间绝缘。
4仿真研究
针对拓扑结构，使用了Matlab软件，做出仿真研究，在该新型拓扑结构中，将输出滤波器与最优参数的共模电抗器等连接起来，共模电压有效值从4 000 V减少1 000 V约，电机相电流与波形畸等不断减少。借助仿真研究还得出，逆变器生成了共模电压，其和电机速度是没有关系的，大致处在恒定状态，很大程度上受多种因素影响，如，装置拓扑结构与电缆长度等。文中提到的拓扑结构，电机速度较低时，相对而言，相电流与线电压波形是平滑的。
5结束语
对理论做出分析，同时研究了仿真，为将逆变器的共模电压控制在合理范围，将共模电抗器设置在了该拓扑结构中，把整流与直流侧中间点、直流滤波器中性点等连接在一起，小电阻与系统地相连，无论是理论研究价值，还是实践指导，均非常重要。
参考文献：
[1]兰冠鹏.矿用高压变频器的控制策略及其应用研究[D].河南科技大学,2011
[2]苏陈云.中高压变频器谐波分析[D].华南理工大学,2010
论文作者:郭瑾
论文发表刊物:《科技中国》2017年2期
论文发表时间:2017/5/3
标签：变频器论文; 逆变器论文; 谐波论文; 电压论文; 高压论文; 拓扑论文; 电机论文; 《科技中国》2017年2期论文;