高压变频器的仿真与分析

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1、摘要我国能源资源丰富多样，虽然总储量比较大，但是相对于我国的超大型人口规模，人均起来就不多了。近年来，由于电源建设滞后，在我国许多地区相继出现了电力短缺的问题，煤荒、油荒也在时隐时现，使我国的能源形势十分严峻。另一方面，我国的能源消费结构也不合理，能源效率低，能源的浪费比较普遍。能源紧张问题的解决是多方面的，重要的一点就是开源节流。一方面，加大对传统能源的勘察力度，加大对新能源的寻找力度：另一方面，在能源消费方面，提倡节约，用先进的技术改造传统落后的生产设备与工艺，降低能源消耗，提高能源效率，使我国产业结构向低消耗、

2、高产出的方向转变，以促进我国经济的可持续发展。目前，我国电动机的总装机容量已达4亿多kW，其用电量约占全国总用电量的60％。由于电动机选型时各种裕量考虑较大，选型容量普遍偏高，节能潜力巨大。在我国火力发电厂中，风机和水泵通常采用高压电动机驱动，风量的调节靠挡板，流量的调节靠阀门，电动机始终处于全速运行状态，这样不仅浪费了大量的电能，还会增加管道的压力损失。实践证明，对于风机、水泵等流体机械来说，如果改用交流电机变频调速装置来调节风量和流量。可节约电能20％--30％。另外，有统计资料表明，约有10％的电动机故障是由于

3、启动的大电流及对绕组的过大电磁力引起的。通过对交流电动机电源的变频改造可以改善启动性能，从而延长电动机的使用寿命，降低企业的生产成本。基于以上原因，本课题选择了对高压变频器的仿真与分析。本论文通过对比，选取PSpice仿真软件包以及MATLAB中的Simulink软件包对某公司新开发的2000kVA／6kV高压变频器进行仿真分析。具体内容有以下几项：(1)利用PSpice对IGCT进行仿真，得到了IGCT的开通与关断波形，仿真出了IGCT运行中出现的端部过电压，验证了试验中测到的IGCT端部过电压，也为以IGCT作为

4、开关器件的装置加装关断吸收回路提供了依据。(2)利用IGCT子电路模型对其逆变单元进行了仿真，详细分析了逆变器各处杂散电感对IGCT端部电压的影响，并强调了装置布局的重要性。(3)利用MATLAB中的Simulink软件包对36脉动整流电路进行了建模仿真。(4)在Pspice环境下，建立了SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation)调制的变频器宏模型以及SHE—PWM(SelectedHarmonicsEliminationPWM)调制的变频器．f．郑州大掌工学硕士论文宏模型，在此基础分别

5、仿真了阻性负载、感性负载及异步电动机三种情况下的输出情况，并采用傅立叶分析方法，计算了输出电压的各次谐波含有率及总谐波畸变率，经过对比，仿真结果与同等工况下实测结果基本吻合，从而验证了仿真模型的准确性。通过本课题的研究，可得出以下结论：(【)通过对仿真软件的应用，可以看出，PSpice中的元件库以器件(device)为主，在建立电力电子器件仿真时，能较好地仿真出电力电子器件的动态特征；MATLAB中Simulink元件库中，集成模块多，当对电力电子系统或者较复杂的电力电子装置进行输入输出特性进行分析时，利用该仿真工具

6、更为有效。(z)对于复杂系统进行分析时必须对系统进行层次分解，即根据研究的河题不同，建立相应的不同层次的模型。对电力电子系统而言，通常是将其分为器件(device)、装置(circuit)和系统(system)---级来进行分析。对于一个电力电子系统，器件仿真出的结果，可以用来建立系统级的功能性模型，即各个层次的仿真之间是相关的；(3)通过仿真，可以再现故障状态，并可以人为模拟故障状态，在电力电子产品的研发阶段，可找出有关的运行数据．为产品调试提供依据，同时还可以缩短研制周期，节约开发经费；(4)仿真是电力电子设计的

7、辅助手段，不能替代试验。在仿真中，杂散参数的不确定性，使得仿真结果与测试值之间总存在一定的差异。(5)IGCT不安装关断吸收电路，是有条件限制的，要求线路结构紧凑，杂散电感较小。当主换流杂散电感较大时，必须加装关断吸收回路。(6)在变频器的设计中，调制方法和LC滤波设计是关键，决定着其供电的质量。同时，变频器布线方式也是一个重要环节。电力电子装置的结构在满足电气及绝缘要求的基础上，应尽可能紧凑。(7)由于控制系统在电力电子装置中具有核心作用，且易受电磁干扰，再加上杂散参数的不确定性，在试验的过程中，试验现场应尽可能模

8、拟设备将来运行的环境及接线方式，从而尽可能减少将来投入实际运行时的“麻烦”。近年来，一个可喜的发展是现代控制理论方法在调速控制系统中的应用，最优控制和双位模拟调节器方法可以提高系统的动态性能，自适应控制能全面提高系统的性能。这些应用目前还基本停留在研究和试验阶段，相信不久的将来，会有相关的产品问世。变频器技术的提升空间巨大，市场前景十分广阔。关