电压型变频器的间谐波建模及特性分析

电压型变频器的间谐波建模及特性分析

发表时间：2017-10-26T12:43:53.833Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：何乐婷

[导读] 摘要：越来越多的电压型变频器开始广泛的应用，使得变频器对电网的电能质量影响引起了重视，因变频器连接的电机频率与电网不同，使得有大量的间谐波反注入电网，为了研究它的特性，本文使用开关函数的傅里叶变化和电机的反电动势，建造了一个精确的间谐波模型。

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摘要：越来越多的电压型变频器开始广泛的应用，使得变频器对电网的电能质量影响引起了重视，因变频器连接的电机频率与电网不同，使得有大量的间谐波反注入电网，为了研究它的特性，本文使用开关函数的傅里叶变化和电机的反电动势，建造了一个精确的间谐波模型。通过模型的构造，可精确的算出主要频率的间谐波的大小，且通过对各参数对间谐波的影响，分析出什么因素（如电容、系统阻抗、转差率）对间谐波的产生影响。

关键词：间谐波电压源型变频器间谐波特性

中图分类号 TM7 文献标识码 A

随着电力电子技术的广泛应用，越来越多的电压源型的变频器开始投入使用，如在中央空调系统中的冷冻泵设备，背靠背式的双馈风力发动机。电压源型的变频器会因为其调制频率、所带电机频率与系统侧频率不同，反而向系统侧注入间谐波，这些间谐波会导致：（1）灯泡的闪变[1]；（2）与系统侧补偿电容的谐振；（3）负载过热等问题。因此对它的模型建造和特性研究很有必要。

国内外对这方面的研究关注不多，大多为对电流源型的间谐波分析和建模[2, 3]，在而在对电压源型变频器的分析时，也主要是为谐波的仿真计算，对间谐波总的畸变率进行分析，没有用精确的模型对间谐波进行计算。

本文通过对电压源型的变频器的间谐波模型进行更精确的构造，对系统侧进行不同容量变压器阻抗的计算，电机侧使用反电动势的模型构造，通过仿真和计算，分析出了影响系统侧间谐波的主要因素，找出间谐波的特性。

1 模型的构造

间谐波的由来主要是因为逆变电路，通过调制的方式把电动机频率的纹波传递到了电容侧，再通过电容侧和整流的调制传递到了系统侧。所以要求得电机侧的纹波传递到系统侧的大小和频率，需要首先分析电机侧纹波的等效电路，即用开关函数来表示其调制的效果，建立系统侧、电容侧和电机侧的直流等效电路，再通过直流和交流的转换，最后算得系统交流侧的间谐波大小。

因为主要影响频率因素的为电动机的转速，所以这里把频率的公式和转速相联系后得到间谐波频率和转速的关系，见式（1）。

图3为matlab仿真的系统侧电流波形图，从图中可以看出，系统侧电流是有间谐波存在的。

六步换向时，间谐波频率满足式（1）的推导，即当机侧频率为40hz。转速为1200时，系统侧间谐波的频率为即f间为190hz、290hz、10hz、490hz、110hz、590hz。

因为不同变压器容量所等效的系统阻抗不同，所以需要对系统阻抗变化时，间谐波电流电压的大小作分析。

图4 六步换向190hz间谐波与阻抗值的关系图

通过图4中可以看出，计算和仿真的值是基本吻合的。且在系统阻抗较大时，在电源处接一个电容器，间谐波的电压值也不变，证明在系统阻抗较大时，间谐波电压呈电压源的形式。

5 结论

本文对电压源变频器进行了精确的模型构造，并通过开关函数和交流侧，直流侧的关系，构造出了间谐波的直流等效电路。通过建造的模型，可以计算出变压器容量变化时间谐波电流电压的大小。通过模型的分析，可以得到，在系统阻抗较大的情况下，间谐波都可简化为横压源。

参考文献

[1]Virulkar V B,Aware M V. Modeling and simulation of flicker due to interharmonics[C]. Power Electronics (IICPE), 2010 India International Conference on, 2011, 1-5.

[2]吕照瑞, 夏立,吴正国. Ac-Dc-Ac变换器的迭代谐波分析方法[J].武汉理工大学学报, 2009, (24): 87-90.

[3]余涛, 史军,任震. 交直流并联输电系统的间谐波研究[J].中国电机工程学报, 2008, (22): 118-123.