单元串联多电平PWM电压源型逆变器供电的异步电机调速系统

单元串联多电平PWM电压源型逆变器具有实现简单、应用范围广、 易于改造等特点，广泛应用于高压变频调速领域。美国罗宾康公司率 先引入多重化移相变压器和多电平移相式PWM等概念，于1994年推 出了全球第一台单元串联式多电平高压变频器。
单元串联多电平变频器主电路
输出电压叠加
单元的电压等级和串联数量决定了变频器输出电 压，单元的额定电流决定变频器输出电流。
风机、水泵节能原理
结论：当输出轴的转速下降20%时，输 出轴的功率下降49%。
风机水泵的Q-H特性曲线
各种调节方式下能效对比
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单元串联多电平Байду номын сангаасWM电压源型逆变器 供电的异步电机调速系统
报告人：
选题意义
2020年全社会用电量分布
第一产业 第二产业 第三产业 居民生活用电 1%
15%
16%
68%
从全国范围来看，工业用电占比约2/3左 右，高压电机在国内应用极为广泛，主 要拖动风机、泵类、压缩机及其他大型 机械，是工矿企业的主要动力。如果这 些大型机械采用变频调速技术，可以大 大节能减排。
双极性CPS-SPWM
单极性CPS-SPWM
单极倍频CPS-SPWM
异步电机调速原理
n (1 s)60 f / p
s —— 转差率 f —— 电机运行频率 p —— 电机极对数
结论：如果平滑地改变加到异步电机定子绕组的交流电频率f,就 可以调节异步电机的转速
V/f 调速方式
异步电机每相绕组感应电动势
单相级联H桥九电平电路
三相级联H桥九电平电路
载波移相SPWM技术
载波移相SPWM (CPS-SPWM)调制技术是由阶梯波合成技术和SPWM 调制技术组合而成，该调制 技术能很好的反应正弦调制波，降低谐波含量。该技术的基本思想是：在多重化为N的组合装置中使 用共同的调制波(周期为2π)，将各变流器单元的三角载波的相位错开2π/NKC(NKC为载波比)，利用 SPWM技术中的波形生成方式和多重化技术中的波形叠加结构产生载波移相波形。
移相变压器
移相变压器的作用有三个： 一、实现了高压到低压的降压，低压器件可直接 逆变； 二、实现了高低压以及功率单元间的绝缘，因此 不必考虑短路和环流问题的存在，各低压单元的 输出能够直接相串联； 三、经过低压绕组移相之后，减少了电流谐波。
H桥功率单元工作原理
单个H桥单元的输出电压与四个开关S1、S2、S3、S4的工作状态有关，开关器件处于 不同工作状态时，输出电压等级有E,0,-E。
V/f控制方式
恒压频比控制结构简单、成本低、控制方便。
升降速时间设定用来限制电动机的升频速 度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲 击，相当于软起动控制的作用。
V/F曲线用于根据频率确定相应的电压， 以保持压频比不变,并在低频时进行适当的电 压补偿。
SPWM环节将根据频率和电压要求产生按正 弦脉宽调制的驱动信号,并控制逆器,以实现电 动机的变压变频调速
E1 4.44 f1N1KN1m
E1 ——每相绕组感应电动势 f1——定子电源频率（Hz） N1——定子每相绕组每相串联匝数 K ? —基波绕组系数
N1
m ——每极气隙磁通
E1 const f1
多用于风机、 水泵等要求不高的场合
异步电动机调速时，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁 电机。而磁通减少，将使电机输出转矩下降，在负载转矩维持不变的情况下，势必导致定转子的 过电流，也要产生过热，故而希望保持磁通恒定。