變頻器慣性輸出技術(shù)

1 引言

在實際運行中如果變頻器的主控制器死機或者復(fù)位將引起變頻器停止輸出，使負(fù)荷電動機停機，這將給電廠造成巨大的損失。針對目前使用最廣泛的級聯(lián)多電平變頻器，本文采用基于fpga的變頻器慣性輸出技術(shù)，即fpga在檢測到主控制器異常時，根據(jù)記憶值維持變頻器的輸出直至控制器恢復(fù)正常，將大大提高變頻器的穩(wěn)定可靠性。

　　2 級聯(lián)多電平變頻器工作原理

　　級聯(lián)多電平變頻器又稱單元串聯(lián)多電平變頻器或完美無諧波變頻器，通過串聯(lián)若干低壓功率單元的方式來實現(xiàn)高壓輸出，電壓電流的諧波含量低，對電網(wǎng)諧波污染較小，輸入功率因數(shù)較高，并且不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)變換器，在實際中應(yīng)用較為廣泛[1]。以6kv變頻器為例，每相由6個額定電壓為577v的功率單元串聯(lián)，三相共有18個功率單元，分別由輸入隔離變壓器的18個二次繞組供電，18個二次繞組分3組，每組之間存在20°相位差，形成相當(dāng)于18脈沖整流。使得電壓總畸變率只有3%，電流總畸變率小于4%。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1 級聯(lián)式6kv變頻器結(jié)構(gòu)圖

　　功率單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，三相交流電整流后經(jīng)濾波電容濾波形成直流母線電壓，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，在輸出端得到變壓變頻的交流輸出，輸出電壓為單相交流0～577v，頻率為0～50hz。旁路功能是一種當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后斷開故障點而使設(shè)備繼續(xù)正常運行功能。當(dāng)需要旁路時，通過晶閘管v導(dǎo)通，旁路該功率單元輸出，平常正常工作時，晶閘管v處于關(guān)斷狀態(tài)。

　　圖2 級聯(lián)式變頻器功率單元結(jié)構(gòu)圖

　　3 基于fpga的相位移載波spwm調(diào)制方法

　　相位移載波技術(shù)的基本原理是使用幾個1.2khz三角載波信號和一個正弦參考信號(每相) 比較，產(chǎn)生spwm信號。將三角載波進(jìn)行合適的移相，可以消除特定次數(shù)的諧波。以a相為例，正弦調(diào)制波和三角載波如圖3所示。六級功率單元使用的正弦調(diào)制波的幅值和相位相同，而每級功率單元的三角載波形狀相同相位不同，各載波間相角依次移動2π/6即60°，這樣就可以有效抑制輸出電壓和電流變化率。h橋單元左右橋臂的調(diào)制波相位相反，有助于提高整個系統(tǒng)的等效載波比。試驗已證明n級單元串聯(lián)時的等效載波頻率為三角載波的頻率的2n倍，并且在該種方式控制下的直流電壓利用率高。

　　圖3 相位移載波調(diào)制原理圖