级联型多电平高压变频器的建模与仿真

阐述了级联型多电平高压变频器的工作原理,介绍了其仿真建模过程,仿真结果表明该级联型多电平高压变频器谐波污染小,输入功率因数高,输出波形好,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置。对高压变频器的开发和研究有一定的参考价值。     

级联型多电平高压变频器的建模与仿真

阐述了级联型多电平高压变频器的工作原理,介绍了其仿真建模过程,仿真结果表明该级联型多电平高压变频器谐波污染小,输入功率因数高,输出波形好,不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置.对高压变频器的开发和研究有一定的参考价值.     

两种常见电压源型高压变频器的比较

1.引言 随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,作为大容量传动的高压变频调速技术也得到了广泛的应用。近年来,各种高压变频器不断出现,电压源型高压变频器具有运行稳定、调速范围宽、输出波形好、输入电流谐波含量低、功率因数高和效率高等优点,应用较为广泛。本文对三电平PWM变频器和单元串联多电平PWM变频器二种应用较为普遍的电压源型高压变频器进行分析比较,指出各自优缺点。 2.三电平PWM电压源型变频器 在PWM电压源型变频器中,当输出电压较高时,为了避免器件串联引起的动态均压问题,同时降低输出谐波和dv/dt,逆变器部分可以采用三电平方式,也称中心点钳位(Neutral Point Clamped:NPC)方式,如图1。逆变部分功率器     

单相PWM逆变器输出滤波器优化设计

在研究中发现用传统设计采用的LC滤波器去滤除PWM波中含有的谐波,当负载稍变动时,LC滤波器输出的波形会发生较大的变动.为了滤除PWM波中所含有的谐波,且有良好的输出波形,在本设计采用了2个串联的LC滤波器对PWM波进行滤波处理.前级LC滤波器让PWM波全部通过,形成含有大量谐波的正弦波,后级LC滤波器对前级LC滤波器输出的波形进行谐波滤除.通过实验证明,采用该方法进行设计的滤波器,在负载变化时,输出电压波形稳定、质量较高,且设计中所得参数几乎不用调整.     

大功率级联变频器中多路SPWM发生器的实现

采用载波相移SPWM技术原理,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路PWM脉冲发生器.该脉冲发生器应用于一个电压级联型变频器,可提供96路PWM脉冲输出,解决了级联变频器多路脉冲同步触发的问题.通过实验证明,FPGA输出的PWM脉冲送入级联变频器模块,输出的电压波形正弦度好,电平阶数符合设计,且修改参数简单,有效...     

高压变频器谐波抑制措施的仿真研究

分析了PWM高压变频器谐波成分产生的机理和当变频器接上长输出电缆时对电机的影响。对6000V/2250kW电机的仿真研究发现,在24脉波整流/三电平逆变的高压变频器中,设置共模电抗器,并将整流器中性点、直流侧中间点、输出滤波器中性点和三电平逆变器箝位点相连,再通过小电阻和系统地连接的这一新型拓扑结构,可以有效地抑制谐波电压对高压变频器的不良影响。     

基于多电平控制的高压大功率变频器研究

分析了一种基于多电平控制的高压变频器拓扑结构,通过采用带中间抽头的输出变压器,完成三电平逆变模块的串、并联连接,从而实现变频器高压、大电流的多电平输出。同时,采用优化输出电压波形的控制方法,有效抑制了输出电压的特定谐波,因此该结构的变频器适用于对变频器输出谐波敏感的大功率负载。     

高压变频器输出电缆影响仿真研究

介绍脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)电压源型高压变频器接输出电缆的共模通路、漏电流通路的简化电路模型，详细地分析了输出电缆的电压反射机理和对电机的容性效应。为有效减少共模电压和输出电缆对高压变频器的不良影响，提出了一种LRC滤波器拓扑结构，给出了滤波器各个参数选取原则。并利用Matlab软件，在24脉波整流／三电平逆变的高压变频器驱动6kV／2250kW电机的拓扑结构中，对不同长度的输出电缆和该滤波器拓扑结构进行了仿真研究，给出了相应的仿真波形。     

变频电动机效率的测试方法

通用变频器的波形都是斩波波形,PWM波形是最常见的波形,这使变频器的输入和输出含有高次谐波,在低频情况下,导致无法准确的测量出变频器的输出功率.本文介绍了如何通过变频器的模拟量输出来测量变频器的输出功率,进而计算出变频电动机效率的方法.     

基于DSP单相PWM控制的五电平逆变器

多电平逆变器以其输出谐波小,功率容量大,电磁兼容性好等特性而倍受重视.提出了单相五电平逆变器拓扑结构和控制策略,利用DSP TMS320LF2407的硬件资源,实现了SPWM规则采样,采用三角载波POD消谐波PWM调制策略得到五电平脉冲输出波形.结果证明,基于DSP单相PWM控制的五电平逆变器有效减少了谐波含量,改善了输出波形的动态性能和稳态性能,提高了输出电能质量.     

一种混合9电平电压源逆变器及其变频脉宽调制

介绍了一种应用于中高压变频调速装置的9电平输出电压源逆变器，逆变器的主电路由2种不同拓扑结构的逆变电路组成，分别使用不同参数的开关器件实现，可以综合利用阻断电压高的器件和开关速度快的器件的优点。分析了逆变器主电路的拓扑结构及特点，研究了主电路的开关模式后提出了一种基于载波调制的适合于任意电平数目混合逆变器的PWM(脉宽调制)算法，最后仿真研究了混合9电平逆变器在变速驱动场合中的应用，并验证了算法的有效性。对线电压的频谱分析表明，混合9电平逆变器有很好的输出波形，输出谐波含量少，在高频段输出线电压的总谐波畸变率小于5％，输出电压的dv／dt小，可用于驱动大容量的中高压异步电动机。     

Theoretical Analysis of Harmonics in PWM Output Waveform of Multilevel Inverters

Multilevel inverters have very attractive features, such as lower harmonics in the output, lower EMI, and reduction of the required voltage rating of power semiconductor devices. Among them, lower harmonics in the output can reduce the volume of the output harmonic filter and additional losses caused by the harmonics. Therefore, multilevel inverters are expected to realize higher power density and higher efficiency. In this paper, as a basis of the quantitative investigation of these features, the harmonics in the PWM output voltage of multilevel inverters are analyzed theoretically. As an application of the theoretical results, the usefulness of the theoretical results is verified by the prediction of the harmonic contents of the load current.     

Source current harmonic analysis of adjustable speed drives under input voltage unbalance and sag conditions

Adjustable Speed Drives (ASDs) have become the primary choice for most new and retrofit precision motor-control applications, offering major improvements in system efficiency. The significant increase in the use of ASDs makes it important to understand the compatibility issues between ASDs and their electrical environment in order to appropriately design the electrical systems. Even though there have been numerous studies addressing ASD effects on power systems, models for predicting the effect of the source voltage sags or unbalance have been limited. This paper is devoted to the analysis of utility-side input current harmonics under input voltage unbalance and sag conditions and the effects of these harmonics on the distribution transformer K-factor for practical ASD systems. The relationships between the unbalanced input voltages, the resulting input current harmonics, the input inductance, and the required transformer K-factor are explored for 5 hp, 100 hp, and 600 hp power distribution systems with ASDs. The results can be used as a design guide for power distribution system design with ASDs. Theoretical derivations are accompanied by both simulations and experimental results to provide verification of key conclusions.     

配电系统级联多电平有源电力滤波器仿真研究

笔者研究了将级联多电平拓扑应用于有源电力滤波器(APF)的方法.在调制方法上采用载波移相的调制技术,在控制上采用简单的PI控制方法.仿真结果表明,这种基于级联多电平拓扑的有源电力滤波器能很好地跟踪补偿电网谐波,具有很好的动态响应和较高的检测精度,并且快速准确地实现各个变流器单元直流侧电容的均压控制,这对拓展有源电力滤波...     

Characteristics comparison of high‐frequency multilevel inverter connected with filter inverters

This paper presents a characteristics comparison of a high‐frequency multilevel inverter connected with small‐ capacity filter inverters. In general, PWM inverters require a low‐pass filter in order to reduce switching harmonics. However, in the high‐frequency systems such as class D power amplifiers, the cutoff frequency of the low‐pass filter must be set at high frequency. Thus, harmonic distortion of the output voltage is enlarged to a harmful level. Increasing the number of output voltage levels is effective in reducing the harmonic distortion of the output voltage and the low‐pass filter size. The proposed systems consist of a five‐level inverter and several cascade‐connected low‐voltage full bridge inverters without any external DC power sources for filtering the output voltage. The five‐level inverter generates a stepwise waveform with five‐level voltage, and the low‐voltage filter inverter superimposes harmonic components to compensate for the voltage waveform distortion. Therefore, the proposed system can reduce its total switching loss and can increase the number of the output voltage levels. In this paper, the effectiveness of the proposed systems is verified through several experiments. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 161(3): 58–65, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20373     

能馈型高压变频器整流部分的研究

传统的级联型高压变频器只能电动运行,是电网污染的主要来源之一,为克服此不足,这里提出了一种应用三相PWM整流技术的级联型高压变频器.该变频器采用双闭环控制策略,具有输出电压恒定、单位功率因数运行等特点,可实现电能回馈电网,解决了电网的污染问题.通过实际应用显示,该变频器在降低谐波,抑制直流侧电容两端电压波动等方面有很大...     

高压变频器共模电压仿真研究

该文分析了PWM高压变频器中输出电缆对电机影响、共模电压和三电平逆变器箝位点电位不平衡机理。为有效抑制共模电压对变频器的不良影响，提出了新型拓扑结构：在24脉波整流/三电平逆变的高压变频器中，设置共模电抗器，并将整流器中性点、直流侧中间点、输出滤波器中性点和三电平逆变器箝位点相连，并通过小电阻和系统地相连。基于该拓扑结构对6kV／2250kW的电机所进行的仿真结果表明，该拓扑结构可以减小高压变频器的共模电压，提高变频器运行的可靠性。     

有源滤波器中逆变器的死区效应与补偿方法

为解决死区存在造成逆变器输出波形失真的问题,研究了有源滤波器中逆变器的死区效应及其补偿方法。因PWM控制技术产生谐波效率较高,幅值较小,波形接近正弦波,故被广泛采用在有源滤波器(APF)的控制中,但实际应用时,因死区存在使逆变器输出的补偿电流波形在幅值和相位上产生偏差。故提出了电流反馈型死区补偿方法,它有效地解决了死区给有源滤波系统带来的补偿效果降低问题。仿真证明了该方法的有效性。     

基于滑模变结构控制的多电平高效D类功率放大器

介绍了一种新颖的基于级联型多电平拓扑结构的开关型功率放大器，采用相移PWM技术，其开关频率是单个单元开关频率的2N倍，总的输出电压波纹很小，只需要一个较小的滤波器来抑制开关谐波。文中对多电平PWM输出信号的谐波进行分析，重点研究采用滑模电流电压双闭环控制的设计要点并推导其参数，之后研制一台2 kW级联型多电平滑模控制的电流电压双闭环D类功率放大器。试验研究结果表明：采用滑模电流电压双闭环控制的级联型多电平D类功率放大器，明显提高了系统带宽，使系统不仅对阻性负载而且对桥式整流负载都具有良好的快速性和跟踪性能，很好的瞬时响应和稳定性，较高的效率和低的输出信号谐波总畸变率值。     

三电平有源滤波器直流侧电压控制方法

建立了三电平有源滤波器数学模型并提出了其直流侧电压的闭环控制策略。在电压外环中采用PI控制维持直流侧电压恒定。在电流内环中,从空间矢量PWM调制方法的角度出发,对中点平衡问题进行了仔细研究,总结了各种空间矢量对中点电压平衡的影响。然后针对三电平APF,提出了一种简单的中点电压平衡控制策略。该方法只需检测各相电流和中点电压波动的方向,对小矢量进行取舍实现中点电压平衡控制。同时,并没有增加系统的开关损耗和输出电压的du/dt。仿真结果证明了这种控制策略的正确性。