高壓變頻器
發(fā)布時間：2009-09-22 來源：揚子工具集團 瀏覽次數(shù):31304該電路的其它特性如下：
輸入電流有效值 d I 2.351I 1 =
輸入電流總畸變率 THDi = 0.1011
位移因數(shù)cosϕ cosα 1 =
基波因數(shù) ( 2) 0.9949 1 1 ν = A I =
功率因數(shù) λ ν cosϕ 0.9949cosα 1 = =
所以，通過兩個相角差30°的變壓器繞組分別供電的兩個三相整流電路可構(gòu)成12
脈沖整流電路珊拼，其網(wǎng)側(cè)電流僅含12k ±1次諧波食呻，類似地，通過依次相差20°的三個變
壓器繞組分別供電給三個三相整流橋就可獲得18 脈沖整流電路澎现，其網(wǎng)側(cè)電流僅含
18k ±1次諧波仅胞；通過依次相差15°的四個變壓器繞組分別供電給四個三相整流橋就可
獲得24脈沖整流電路，其網(wǎng)側(cè)電流僅含24k ±1次諧波剑辫；通過依次相差12°的五個變壓
器繞組分別供電給五個三相整流橋就可獲得30 脈沖整流電路干旧，其網(wǎng)側(cè)電流僅含
30k ±1次諧波。
作為一般規(guī)律妹蔽，以m個相位依次相差π 3m的變壓器繞組分別供電給m個三相整
流橋就可獲得6m脈沖整流電路椎眯，其網(wǎng)側(cè)電流僅含6mk ±1次諧波，而且各次諧波的有
效值與其諧波次數(shù)成反比绎疟，而與基波有效值的比值是諧波次數(shù)的倒數(shù)咒舰。另外蘸暮，其位移
功率因數(shù)均為cosα ，不隨整流脈沖數(shù)的增加而提高埂帜，但基波因數(shù)隨著整流脈沖數(shù)的提
高而提高懊据，所以總體輸入功率因數(shù)也跟著提高。對于二極管不可控整流電路而言跑科，相
電流相對于相電壓的滯后角α 一般小于15°接纽，對應的位移功率因數(shù)大于0.966，所以采
用多重化(18 脈沖以上)的二極管整流電路贝渣，輸入功率因數(shù)基本上保持在0.95 以上阶铝。
3.3 多電平移相式PWM 控制
功率單元結(jié)構(gòu)如圖22c 所示，變壓器二次繞組經(jīng)過熔斷器确告，到三相二極管
整流橋的輸入側(cè)惊也，整流后經(jīng)濾波電容濾波形成直流母線電壓，由于輸入變壓器阻抗設
計較大咆下，所以直流環(huán)節(jié)不必設置低壓變頻器那樣的預充電限流電阻。當功率單元額定
電壓為690V 時虽另，直流母線電壓為900V 左右暂刘。逆變器由4 個耐壓為1700V 的IGBT 模塊
組成H 橋式單相逆變電路，通過PWM 控制捂刺，在T1 和T2 兩端得到變壓變頻的交流輸
出谣拣，輸出電壓為單相交流0-690V，頻率0-50HZ(根據(jù)電機的額定頻率族展，可以相應調(diào)
整森缠，最高達120HZ)。對于額定電壓為480V 的功率單元仪缸，直流母線電壓為600V 左右贵涵，
可采用1200V 的IGBT 模塊。對于額定電壓為1275V 的功率單元恰画，直流母線電壓為
1800V 左右宾茂，可采用3300V 的IGBT 模塊。
根據(jù)功率單元逆變電路結(jié)構(gòu)可知拴还，每個功率單元存在4 種不同的開關組合：Q1 和
Q4 同時導通跨晴，T1，T2 之間輸出正的直流母線電壓症影，Q2 和Q3 同時導通曹是，輸出負的直流
母線電壓，Q1 和Q3 同時導通垦亲，或者Q2 和Q4 同時導通房睁，輸出電壓為0。所以，4 種不
同的開關狀態(tài)栗雳，輸出3 種不同的電平凉危，分別為+VDC，0 和-VDC是临。實際上粮森，為了防止同
一橋臂上下管子同時導通，必須設定互鎖延時兆又，即存在一定的死區(qū)時間拢宛，在死區(qū)時間
內(nèi)，上下橋臂IGBT 均處于截止狀態(tài)陈莽，輸出電壓由輸出電流的方向決定(電流方向決定
電流流經(jīng)哪個續(xù)流二極管渤昌，從而決定輸出電壓極性)，嚴格來說走搁，此時輸出電壓處于不
可控狀態(tài)独柑，當然也不外乎上述三種電平。由于單元內(nèi)PWM 的載波頻率較低私植，所以死區(qū)
電壓引起的誤差占的比例很小忌栅，可以忽略不計，不必采用象低壓變頻器那樣的死區(qū)電
壓誤差補償電路曲稼。
對于2300V 電壓等級的變頻器索绪，每相由三個功率單元串聯(lián)而成，串聯(lián)而成的相電
壓共有7 個不同的電平：0贫悄，±VDC瑞驱，±2VDC，±3VDC窄坦。對于6KV 電壓等級的變頻器唤反，則
有0，±VDC鸭津，±2VDC昆颇，±3VDC，±4VDC忠帝，±5VDC 共11 種電平侣赘，而對應的線電壓則有21 個
電平，如圖29 所示涝猩。而一般的三電平變頻器輸出相電壓僅有3 種電平频澜。輸出電壓電平
數(shù)越多，輸出電壓波形越接近正弦波期司。
圖29 6KV 單元串聯(lián)多電平變頻器輸出線電壓電平
在PWM 調(diào)制時试授，采取移相式PWM伶肚，同一相中各串聯(lián)功率單元的載波信號錯開一定
的電角度，使得迭加以后輸出電壓的等效開關頻率大大增加辈畜。對于6KV 的變頻器侄含，當
每個單元的PWM 載波頻率為600HZ 時，輸出相電壓的等效開關頻率為6KHZ洽腊，輸出波形
等效開關頻率的提高褒醒，有助于改善輸出電壓波形，降低電流諧波池摧。由圖24 所示的輸出
電壓和電流波形可知焦除，電流波形的正弦度非常高。輸出電壓的諧波分量中作彤，低次諧波
含量很小膘魄，諧波主要集中在與輸出等效開關頻率對應的高頻范圍。圖30 顯示了6KV 變
頻器在滿載時的輸出電壓頻譜竭讳，諧波主要集中在6KHZ 左右范圍內(nèi)创葡，且都在-25DB 以
下。從基波到4500HZ 的頻率范圍內(nèi)绢慢，諧波幅值都在-45DB 以下灿渴。電機繞組電感的感抗
與頻率成正比，所以高次諧波電壓很難形成諧波電流呐芥，電感本身起到了很好的低通濾
波作用逻杖，輸出總諧波電流失真基本在1%以內(nèi)奋岁。
圖30 單元串聯(lián)多電平變頻器輸出電壓頻譜
下面以2300V 電壓等級的變頻器為例思瘟，分析多電平PWM 控制原理。
由于每相由3 個功率單元串聯(lián)而成槽邮，根據(jù)圖31耻胖，采用3 對(每對含正反相信號)依
次相移為120°的三角載波和參考波進行調(diào)制，參考波由主控系統(tǒng)給出调捍。RU 表示U 相的
參考波形肌顾，載波頻率為600HZ，當輸出參考波頻率為60HZ 時吃它，每個參考波周期內(nèi)剛好
有10 個載波波形冕盅。L1 為RU 與第一個載波(無相移)比較結(jié)果，當RU 大于載波時驼凌，L1
為高電平宇颊，RU 小于載波時，L1 為低電平唾姊。L1 用來控制U 相第一功率單元中左橋臂
IGBT Q1传悍，Q2 的通斷梦柬，L1 為高電平時，Q1 導通幻狈，Q2 截止磺送，T1 為正直流母線電位，L1
為低電平時灿意，Q1 截止估灿，Q2 導通，T1 為負直流母線電位脾歧。RU 和第一個載波的反向信號
比較產(chǎn)生的R1 用于控制Q3甲捏，Q4 的通斷，當RU 大于反向載波時鞭执，R1 為低電平司顿，反
之，R1 為高電平兄纺。R1 為高電平時大溜，Q3 導通，Q4 關斷估脆，反之亦然钦奋。由此可決定輸出電
壓波形，實際上疙赠，L1 與R1 之差付材，就代表了輸出端T1 與T2 之間的電壓波形，也即U
相第一單元的輸出電壓uU1鼠废。uU1具 有0帜焰，+VDC 和-VDC 三種電平。根據(jù)同樣道理络蜘，uU2和
uU3 分別表示U 相的第二和第三功率單元的輸出電壓波形味爷，它們是用移相120°和240°的
兩對載波分別和U 相參考波RU 比較的結(jié)果。 uU1, uU2 和 uU3 串聯(lián)相加与沪，即得到U 相的
相電壓輸出波形 uUN嫩属， uUN 有7 個不同的電平。
圖31 U 相電壓形成
V 相和W 相的調(diào)制采用同樣的原理陨柴，只是參考波RV瞄惑，RW 依次相移120°。 uUN與
uVN 之差苞番，形成電機線電壓uUV漓楣。應該注意的是uUV是U 相對單元串接后形成的中心點N
的電壓，而不是對電機中心點的電機相電壓垃散。
圖32 UV 線電壓形成
改變參考波的幅值和頻率豌熄，即可實現(xiàn)變壓變頻的高壓輸出授嘀。實際上，為了提高電
壓利用率锣险，參考波并非嚴格的正弦波蹄皱，而且是注入一定的諧波(比如三次諧波)，成為
“馬鞍形”的波形(圖33)芯肤，以降低參考波峰值巷折，而三次諧波電壓是共模電壓，電機內(nèi)
部不會產(chǎn)生電流崖咨，所以不會影響電機的運行锻拘。
圖33 馬鞍形參考電壓
對于3300V 電壓等級的變頻器，每相由4 個功率單元串聯(lián)而成击蹲，采用4 對依次相
移為90°的三角載波和參考波進行調(diào)制署拟。對于電壓等級為4160，6KV 和10KV 的變頻
器歌豺，則采用5 對依次相移為72°的三角載波推穷。
功率單元旁路技術，是在每個功率單元輸出端T1宁路，T2 之間并聯(lián)一個雙向SCR(或
反并聯(lián)2 個SCR)酵抚，當功率單元發(fā)生故障時，封鎖對應功率單元IGBT 的觸發(fā)信號猩肪，然
后讓SCR 導通遣睦，保證電機電流能流過，仍形成通路旷糟。當然芜醉，為了保證三相輸出電壓對
稱，在旁路故障功率單元的同時狸岁，另外二相對應的二個功率單元也同時旁路饿婴。對于
6KV 的變頻器而言卒割，每相由5 個功率單元串聯(lián)而成泛滔，當每相1 個單元被旁路后，每相
剩下4 個功率單元堂憔，輸出最高電壓為額定電壓的80%寡花，輸出電流仍可達到100%，這
樣奥猎，輸出功率仍可達80%左右昼钻，對于風機，水泵等平方轉(zhuǎn)矩負載而言封寞，轉(zhuǎn)速仍可達92%
以上然评，基本能維持生產(chǎn)要求仅财，大大提高系統(tǒng)運行的可靠性。然后可以在生產(chǎn)允許的條
件下碗淌，有準備地停止變頻器盏求，更換新的功率單元或?qū)卧M行維修。如果負載十分重
要亿眠，還可以進行冗余設計碎罚，安裝備用功率單元。例如纳像，對6KV 的變頻器荆烈，本來每相由
5 個功率單元串聯(lián)而成，現(xiàn)可以設計成每相6 個功率單元串聯(lián)竟趾，正常工作時憔购，每個單
元輸出電壓僅為原來的5/6，如果出現(xiàn)功率單元故障回象，一組單元(每相各一個)被旁路
后王菲，單元的輸出電壓恢復正常，總的輸出電壓仍可達到100%蔼邓，變頻器還能滿載運行羽矮。
在高性能控制策略方面，國際先進廠家已采用無速度傳感器矢量控制和速度閉
環(huán)矢量控制侨懈。能驅(qū)動同步電動機和多繞組電動機痪蚤。能實現(xiàn)變頻驅(qū)動和電網(wǎng)直接驅(qū)動
的無擾切換（同步切換）。國內(nèi)目前大部分產(chǎn)品為V/F 控制凄系。上海艾帕電力電子有
限公司已在國內(nèi)率先開發(fā)成功無速度傳感器矢量控制高壓變頻器穴肄，可達到的技術指
標為：調(diào)速范圍100:1，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速精度0.5%量票，轉(zhuǎn)矩線性度7%人度，轉(zhuǎn)矩響應
750rad/s，轉(zhuǎn)速響應30rad/s来讯。綜合性能指標達到國際先進水平拉氧。
4 高壓變頻器對電網(wǎng)及電機的影響
4.1 高壓變頻器對電網(wǎng)的影響
本節(jié)主要從使用高壓變頻器后對電網(wǎng)的諧波污染，功率因數(shù)的影響等方面討論高
壓變頻器對電網(wǎng)的影響舶得。變頻器對電網(wǎng)的影響主要取決于變頻器整流電路的結(jié)構(gòu)和特
性掰烟。
4.1.1 高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染
近年來，高壓變頻器的應用越來越廣泛沐批，由于高壓變頻器容量一般較大纫骑，占整個
電網(wǎng)的比重較為顯著，所以高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染問題已經(jīng)不容忽視九孩。許多場
合由于采用了輸入諧波電流較高的變頻器先馆，產(chǎn)生了嚴重的諧波污染問題发框。從本質(zhì)上而
言，任何高壓變頻器或多或少會產(chǎn)生諧波污染煤墙，只是程度不同而已缤底。解決諧波污染的
辦法有二種：一是采取諧波濾波器，對高壓變頻器產(chǎn)生的諧波進行治理番捂，以達到供電
部門的要求个唧，也即通常所說的“先污染，后治理”的辦法设预，二是采用產(chǎn)生諧波電流較
小的變頻器徙歼，變頻器本身基本上不對電網(wǎng)造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子
產(chǎn)品焦忌，從本質(zhì)上解決諧波污染問題捆牍。國際上對電網(wǎng)諧波污染控制的標準中，應用較為
普遍的是IEEE519 -1992绳粮，我國也有相應的諧波控制標準跃躯，應用較為廣泛的是國標
GB/T14549-93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》。
圖34 為電流源型變頻器中常用的6 脈沖晶閘管電流源型整流電路結(jié)構(gòu)需天。圖35 為
該電路典型的輸入波形唯久，輸入電流中含有很高的諧波分量，輸入電流的5 次諧波可達
20%猩禀，7 次諧波可達12%(圖38)吕罩。由于晶閘管的快速換相，還會產(chǎn)生一定的高次諧波
(相對二極管整流電路而言)躯橡，可達35 次以上等跳，高次諧波會對電話等通信線路產(chǎn)生一定
的干擾。整流電路總的諧波電流失真約為30%廉屑，所以一般要設置輸入諧波濾波器萌狂。濾
波器體積龐大，且影響系統(tǒng)的效率怀泊，額外增加投資茫藏，濾波器的設計與電網(wǎng)參數(shù)和負載
工況都有關系，一旦參數(shù)和工況發(fā)生變化包个，濾波器又得重新調(diào)整刷允，十分不便冤留，且影響
濾波效果碧囊。
圖34 6 脈沖晶閘管整流電路
圖35 6 脈沖晶閘管整流電路輸入波形
在圖36 中，整流器由二組晶閘管整流橋串聯(lián)而成纤怒，分別由輸入變壓器的二組副
邊(星型和三角形糯而，互差30°電角度)供電天通。如變壓器的二次側(cè)交流電壓為2000V 時，
每組整流橋能產(chǎn)生最高2800V 左右的直流電壓熄驼，二組整流橋串聯(lián)后直流電壓約為
5600V像寒。在每組整流橋中可以采用單個額定電壓為5KV 的晶閘管，避免了器件的直接串
聯(lián)瓜贾，這是12 脈沖整流電路帶來的一大優(yōu)點会贝。這種整流電路的另一優(yōu)點是把整流電路的
脈沖數(shù)由6 提高到12，從而大大改善了輸入電流波形(圖37)誊殊，降低了輸入諧波電流跺鬼，
總諧波電流失真約為10%左右(圖38)。雖然12 脈沖整流電路的諧波電流比6 脈沖結(jié)構(gòu)
大大下降鱼练，但還不能達到IEEE519-1992 標準規(guī)定的在電網(wǎng)短路電流小于20 倍負載電
流時總諧波電流失真小于5%的要求墩沸。因此，一般也要安裝諧波濾波裝置响攘。12 脈沖結(jié)構(gòu)
時采用的輸入變壓器還可起到承受變頻器產(chǎn)生的絕大部分共模電壓的作用址嘴，使電機絕
緣不受影響。當然千有，變壓器在設計時也要考慮能夠承受原邊和副邊的諧波電流蚀弹。
圖36 12 脈沖晶閘管整流電路
圖37 12 脈沖晶閘管整流電路輸入波形
圖38 晶閘管整流電路的輸入諧波電流
在電流源型變頻器中，一般利用電流環(huán)通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角胶向，進一步調(diào)節(jié)直
流整流電壓來實現(xiàn)對直流環(huán)節(jié)電流的閉環(huán)控制挚性，當濾波電抗器較小時，電流脈動增
加砂沛，電流環(huán)的控制作用會惡化烫扼，各個晶閘管的導通時間會不一致，這種情況下還會產(chǎn)
生不規(guī)則的諧波分量碍庵。
圖39 顯示了另一種整流電路結(jié)構(gòu)映企，整流電路由2 組6 脈沖的二極管整流橋
串聯(lián)而成，采用大電容進行濾波静浴，形成電壓源型整流電路結(jié)構(gòu)堰氓。
二極管目前工業(yè)應用最高電壓為6000 左右，二極管的正向壓降很低苹享，6000V双絮，
3700A 的二極管，正向壓降可低到1.7V得问。電網(wǎng)電壓較高時囤攀，可采用二極管串聯(lián)。也可
采用圖39 所示的整流橋串聯(lián)，在實現(xiàn)多重化同時焚挠，避免器件直接串聯(lián)膏萧。
在整流橋輸出和濾波電容之間可以串入直流電抗器，這樣可以減少輸入電流的諧
波分量挖毅，然而也會帶來弊端尤稍，影響濾波電容對變壓器輸入浪涌電壓的吸收效果。由于
整流后直流電壓基本保持恒定倡搞，所以輸出側(cè)逆變器必須采用PWM 控制弓匪。二極管整流電
路的輸入諧波電流取決于電網(wǎng)側(cè)阻抗和直流電抗器的大小。由于采用二極管不可控整
流哥峡，換流在對應線電壓最小時發(fā)生跟努，導致di/dt 非常小，尤其當電源側(cè)阻抗較大時住建，
換流更加緩慢垛撬，使高次諧波電流相對于晶閘管整流電路大大降低。圖40 顯示了12 脈
沖二極管整流電路典型的輸入波形逆辐。圖41 顯示了在5%阻抗源的情況下达快，6 脈沖和12
脈沖二極管整流電路的輸入諧波電流。為了滿足IEEE519-1992 對應的5%的諧波電流
失真的要求唧尊，6 脈沖結(jié)構(gòu)需要設置諧波濾波器甸胃。由于二極管整流電路的諧波分量隨著
諧波次數(shù)的增加急劇下降，所以采用12 脈沖整流結(jié)構(gòu)后跪另，二極管整流電路的諧波失真
會大大降低拧抖，可接近7%左右。
圖39 12 脈沖二極管整流電路
圖40 12 脈沖二極管整流電路輸入波形
圖41 二極管整流電路輸入諧波電流
晶閘管整流電路和二極管整流電路除了6 脈沖結(jié)構(gòu)和12 脈沖結(jié)構(gòu)外免绿，還可以采
取更高脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)唧席，如18 脈沖，24 脈沖嘲驾，輸入諧波也會隨著降低淌哟，但會導致系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)復雜，成本增加辽故。
大多數(shù)PWM 電壓源型變頻器都采用二極管整流電路徒仓，如果整流電路也采用PWM 控
制，則可以做到輸入電流基本為正弦波誊垢，諧波電流很低掉弛。當然系統(tǒng)的復雜和成本也大
大增加了。
單元串聯(lián)多電平變頻器采用多重化結(jié)構(gòu)喂走，輸入脈沖數(shù)很高殃饿。比如6KV 電壓等級的
變頻器谋作，輸入為30 脈沖整流結(jié)構(gòu)，總的諧波電流失真可低于1%乒萝，不加任何濾波器就
可以滿足電網(wǎng)對諧波失真的要求捶益。
4.1.2 高壓變頻器的輸入功率因數(shù)
在晶閘管電流源型整流電路中司箫，中間直流環(huán)節(jié)的電壓正比于電機線電壓額定值乘
以運行點電機實際的功率因數(shù)想预，再乘以轉(zhuǎn)速百分比。所以直流環(huán)節(jié)電壓會隨著轉(zhuǎn)速的
下降而很快降低绕众，整流電路晶閘管的觸發(fā)角必須后移瞪卜，這樣導致輸入功率因數(shù)很快下
降。另一個解釋是姆已，由于電流源型變頻器的整流器電流和逆變器電流一般相等畴文，負載
所需的無功電流會直接“反射”到電網(wǎng)，導致輸入功率因數(shù)較低急响。
也可以從能量轉(zhuǎn)換角度來分析這個問題删猿。
根據(jù)變頻器輸入，輸出功率關系嘱悄，有in in in out out out U I cosϕ η =U I cosϕ ,
對電流源型變頻器隅本，一般in out I = I ,所以
in out in out nom out cosϕ =U /U η cosϕ = f / f η cosϕ
可見普通電流源型變頻器的輸入功率因數(shù)較低，且會隨著轉(zhuǎn)速的下降而跟著線性
下降兼呵，為了解決輸入功率因數(shù)較低的問題兔辅，往往需要設置功率因數(shù)補償裝置，同時也
起到消除部分諧波電流的作用击喂。功率因數(shù)補償裝置既增加成本和體積维苔，又降低了系統(tǒng)
的效率和可靠性。在使用電流源型變頻器的場合懂昂，由于存在諧波介时，在一定的參數(shù)配合
下，功率因數(shù)補償電容可能引起并聯(lián)諧振現(xiàn)象凌彬，危及電容器本身和附近電氣設備的安
全潮尝，因此，并聯(lián)電容組的設計中必須考慮諧波放大問題饿序，通趁闶В可采取避開諧振點的方
法，即無論是集中補償和分散就地補償?shù)碾娙萜鹘M均要串聯(lián)適當?shù)碾娍蛊鳌?br />
二極管整流電路在整個運行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)原探，基波功率因數(shù)一般可保
持在0.96 以上(這是指位移因數(shù)乱凿，或稱基波功率因數(shù)，實際功率因數(shù)由于諧波的存
在芯妇，還必須再乘以基波因數(shù)帝璃，會有所下降)圈蛹，一般也不必設置功率因數(shù)補償裝置。由于
直流環(huán)節(jié)濾波電容的存在茎陪，負載所需的無功電流可以在逆變器功率器件的開關周期內(nèi)
通過續(xù)流二極管瞬時由濾波電容提供奇茫，所以一般不會反映到整流器輸入側(cè)，導致輸入
功率因數(shù)較高烫王。由于輸入功率因數(shù)較高上绅，輸入變壓器和整流器所需處理的電流下降，
有利于提高系統(tǒng)的整體效率靠鸦。
采用全控型電力電子器件構(gòu)成的PWM 型整流電路岛宵，其功率因數(shù)可調(diào)，可以做到接
近為1苔巍，根據(jù)要求滚吱，也可做成超前的功率因數(shù)，對電網(wǎng)起到部分無功補償?shù)淖饔谩?br />
單元串聯(lián)多電平PWM 變頻器功率因數(shù)較高避归，實際功率因數(shù)在整個調(diào)速范圍內(nèi)可達
到0.95 以上荣月。
總之，采用晶閘管整流的電流源型變頻器(包括6 脈沖結(jié)構(gòu)和12 脈沖結(jié)構(gòu))有較
大的輸入諧波電流梳毙，一般要設置輸入諧波濾波器以滿足電網(wǎng)諧波失真的要求哺窄，或者采
取更高輸入脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)。其輸入功率因較低顿天，且會隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低堂氯，一般都
要設置功率因數(shù)補償裝置。二極管整流的電壓源型變頻器在6 脈沖輸入結(jié)構(gòu)時牌废，輸入
諧波電流較大咽白，需要采取濾波措施，12 脈沖結(jié)構(gòu)時鸟缕，諧波電流失真接近標準要求晶框，在
要求不是很高的場合可以直接使用。其輸入功率因數(shù)較高懂从，一般不必采用功率因數(shù)補
償裝置授段。采用全控型電力電子器件的PWM 型整流電路，輸入諧波很低番甩，功率因數(shù)可
調(diào)悄函，不必采取諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置，屬于“綠色”電力電子產(chǎn)品磅芬，但由于
其成本相對較高山顶，應用受到限制。單元串聯(lián)多電平PWM 變頻器輸入諧波電流很低着癞，功
率因數(shù)較高好员，也屬于“綠色”電力電子產(chǎn)品芽刨，具有較大的應用前景。
4.2 高壓變頻器對電機的影響
本節(jié)主要從高壓變頻器輸出諧波引起諧波發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動略尘，輸出dv/dt瘩浆，共模電
壓，噪聲等方面討論高壓變頻器對電機的影響及解決辦法怯漾，以及變頻專用電機的設計
要點胡炼。高壓變頻器輸出對電機的影響主要取決于逆變電路的結(jié)構(gòu)和特性。美國的NEMA
標準 MGI-1993 中對電機諧波發(fā)熱都癣，dv/dt 和共模電壓等方面有相應的規(guī)定谐歪。
4.2.1 輸出諧波對電機的影響
輸出諧波對電機的影響主要有：諧波引起電機附加發(fā)熱敦间，導致電機的額外溫升瓶逃，
電機往往要降額使用。由于輸出波形失真廓块，增加電機的重復峰值電壓厢绝，影響電機絕
緣，諧波還會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動带猴，噪音增加昔汉。
高次諧波引起的損耗增加主要表現(xiàn)在定子銅耗，轉(zhuǎn)子銅耗拴清，鐵耗及附加損耗的增
加靶病。其中影響最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，因為電機轉(zhuǎn)子是以接近基波頻率旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)
的口予，因此對于高次諧波電壓來說娄周，轉(zhuǎn)子總是在轉(zhuǎn)差率接近1 的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子銅
耗較大沪停，而且在這種狀態(tài)下煤辨，除了直流電阻引起的銅耗外，還必須考慮由于集膚效應
所產(chǎn)生的實際阻抗增加而引起的銅耗盒止。
普通的電流源型變頻器輸出電流波形和輸入電流波形極為相似侥锨，都是120°的方
波，含有豐富的諧波成分扑跌，總諧波電流失真可達到30%左右扇殃。為了降低輸出諧波，也
有采用輸出12 脈沖方案或設置輸出濾波器创皿，輸出波形會有較大改善投戴，但系統(tǒng)的成本和
復雜性也會大大增加。輸出濾波器換相式電流源型變頻器固有的濾波器可以起到一定
的濾波作用讲侵，所以速度較高時蚪录，電機電流波形有所改善呜款。GTO-PWM 電流源型變頻器輸
出電流質(zhì)量的提高主要通過GTO 采用諧波消除的電流PWM 開關模式來實現(xiàn)，但受到
GTO 開關頻率上限的限制粤街。
三電平變頻器與普通的二電平PWM 變頻器相比剩症，由于輸出相電壓電平數(shù)增加，每
個電平幅值相對下降职颜，提高了輸出電壓諧波消除算法的自由度胞饭，在相同開關頻率的前
提下，可使輸出波形質(zhì)量比二電平PWM 變頻器有較大的提高吨艇，但輸出電壓諧波失真仍
達29%躬它，電機電流諧波失真達17%，必須采取專用電機东涡，如要采用普通電機冯吓，必須設置
輸出濾波器。
對于單元串聯(lián)多電平變頻器疮跑，當輸出電壓為6KV 等級時组贺，典型的輸出電壓總諧波
失真小于7%，大大低于普通的電流源型變頻器和三電平變頻器祖娘，而且失尖，由于采用了多
電平移相式PWM 控制，輸出諧波的頻率主要集中在4.5-7.5KHZ 范圍內(nèi)渐苏，且都低于
5%掀潮。對于一般的異步電機，工頻時阻抗為16%左右琼富，所以對于5KHZ 的諧波而言仪吧，其阻
抗約為1600%，所以產(chǎn)生的各次諧波電流均小于0.3%勒蜘，符合MGI-1993 小于1%的要
求悄锈，電機基本不會產(chǎn)生附加的諧波發(fā)熱，噪音和轉(zhuǎn)矩脈動炊惊，所以不必設置輸出濾波
器菌渐，可以直接使用普通的異步電機。
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