pwm变频器带来的新问题及其解决措施

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1、《电力传动与控制》PWM变频器带来的新问题及其解决措施学院：电子与控制工程学院专业：控制理论与控制工程名：魏文学号：2011132065指导教师：王飓完成时间：2012年5月10日0背景变频器驱动界步电动机实现対生产机械的速度控制，在工业牛产领域和民用牛活领域都得到了广泛的应用，保证了调节精度，减轻了劳动强度，提高了经济效益，受到了各行各业的广泛欢迎。然而在对变频器的一片赞誉声中，其负面影响却常常被人们所忽视。变频器是以开关方式工作的，具有非线性特性，运行时产生丰富的谐波，使输入电源电压和电流波形

2、畸变，造成电网谐波污染，干扰周I韦I设备的正常运行。同时变频器输出的电压和电流也含有丰富的谐波，它对电动机的运行性能产生显著的影响，会使电动机的损耗增加、效率降低、温升升高，甚至影响到电动机的运行稳定性。PWM及其高频化技术用于变频器的控制，可以明显改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，消除机械与电磁噪声，同时还简化了变频器的结构，提高了变频器的动态稳定性能。然而，PWM变频器的功率器件在开关过程中输出的陡直高频脉冲前沿和后沿尖峰引起的强大的传导型电磁干扰，对自身控制电路和附近的电子设备形成

3、电磁干扰，甚至可能影响到附近操作人员的安全，尤其是对交流电动机的绝缘有相当大的负面影响，严重缩减绝缘寿命。面对这些危害，研究变频器带来的危害显得尤为重要。本文主要介绍了PWM变频器产生谐波的机理、危害及其抑制措施。1谐波产生机理1.1不控整流式PWM变频器整流单元谐波产生机理变频器的输入电路是三相交流电源经全波整流后向滤波电容充电的电路，其结构框图如图所示。假如不加交流进线电抗器ACL和直流电抗器DCL,只有当电源的瞬时线电压61大于电容器两端的直流电压5时，整流二极管才导通，输入电流i总是出现在

4、线电压的峰值附近，呈驼峰形状，这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗很小的情况下，英波形为尖窄驼峰形。反Z,当电源阻抗比较大吋，英波形为低矮宽厚驼峰形。这图I变频器结构框图1.2PWM变频器逆变单元谐波产生机理变频器大多采用SPWM控制方式，目的在于使其输出电流波形接近正弦波。SPWM原理如图所示。SPWM逆变器中作为换流器件的电力半导体器件始终工作于开关状态，逆变器产生的电流和电圧波形均非正弦波形，其输出电压和输出电流总是含有谐波分量。变频器中的开关器件以载波频率高速通断，造成电

5、压急剧变化，在变频器的导电部分和以人地为基准的散热片和框体之间存在着分散电容，高频噪声电流在高速开关中传播，通过变频器、电缆和电动机的杂散电容流入大地。噪声电流与杂散电容和开关管的开关速度有关，而且由于每次开关器件开关都有噪声电流流过，故其述与载波频率有关。这个高频电流乂通过变频器的输入端和电源线传播至电源，成为传导噪声。另外逆变器开关器件的高速切换将造成变频器主电路和电动机中的电流突变，而这种电流突变又将产生高电压，并将高频电磁波辐射到空中，通过空中的电磁波和磁场直接传播，对变频器附近的无线电接

6、收装置带来不良影响。d)O—Udo—/"AB»一-Ud图2SPWM原理2谐波的危害由电力电子器件构成的PWM变频器既有结构紧凑、体积小、动态响应快、功率损耗小等优点，然而，PWM变频器的输出电压为等幅不等宽的脉冲序列，该脉冲序列可分解为基波和一系列谐波分量。基波产生恒定的电磁转矩，而谐波分量则带来一些负面效应。2.1转矩脉动为减少谐波并简化控制，一般使PWM波正负半波镜对称和1/4周期対称，则三相对称的电压PWM波可用傅氏级数表示为wc(0-》Ug$in(RftV+l-BC式中，ukni为k次谐波

7、电压幅值，5基波角频率。当谐波次数k是3的整数倍时，谐波电压为零序分量，不产生该次谐波电流。因此，三相电流可表示为其中，谐波阻抗zk-J/?2+(kco』)彳，谐波功率因数角(pk=arctanka)^L,k=6/c*±1,F为非负整数，取“+”时，为正序分量，产生正向旋转磁场，如7、13次谐波；取“-”时，为负序分量，产生逆向旋转磁场，如5、11次谐波。考虑到告辞高次谐波的阻抗比较大，故高次谐波电压主要降落在谐波阻抗上，因此，三相感应电动势近似为正弦波，忽略基波阻抗压降，其幅值约等于基波电压幅值

8、U,由单相等效电路图得皿)"畑-Clwsin(7、11、13谐波电流产生的电磁转矩为5-ra)x--；UJfcos(6^r©)Ad5cos(12