高壓變頻器
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圖17 高速時(shí)空間電壓矢量合成
定義電壓利用率m 為輸出線電壓峰值與直流母線電壓比值
d
m
E
m U
2
3 = ( 0.5 < m < 1)
所以ri m d V U 3mE
2
= 3 =
ρ
當(dāng)m=1時(shí)，合成空間矢量幅值達(dá)到最大值，為3Ed，輸出相電壓峰值為
2 3 d E ，輸出線電壓峰值為d 2E 。
作FE平行OD，在ΔOFE中， 用正弦定律可得：
sin sin1500 sin(300 )
ri
ri
ri
FE V OF
θ −θ
= =
→ ρ →
則d ri FE = 2 3mE sinθ
→
2 3 sin(300 )
d ri OF = mE −θ
→
→
FE 是2 V
ρ
(PCN)在T 時(shí)間間隔內(nèi)作用2 T 時(shí)間段形成的， d V 3E 2 =
ρ
所以d E
T
V T
T
FE T 2 3
2
= 2 =
→ ρ
可解得2 V
ρ
的作用時(shí)間ri T 2mT sinθ 2 =
→
OF 是1 V
ρ
(PNN)與3 V
ρ
(CNN 或PCC)和零矢量共同作用的結(jié)果。
d V 2E 1 =
ρ
， d V = E 3
ρ
當(dāng)3 OF V
ρ
<
→
即2 3 sin(300 − ) < 1 ri m θ 時(shí)，
→
OF 可以由3 V
ρ
(選PCC)與零矢量合成，即
d E
T
V T
T
OF T 3
3
= 3 =
→ ρ
，解得3 V
ρ
矢量作用時(shí)間2 3 sin(300 )
3 ri T = mT −θ
零矢量(選CCC)作用時(shí)間[1 2 sin(600 )]
0 2 3 ri T = T −T − T = T − m −θ
當(dāng)3 OF V
ρ
>
→
即2 3 sin(300 − ) > 1 ri m θ 時(shí)，
→
OF 可由1 V
ρ
與零矢量合成，也可由1 V
ρ
與3 V
ρ
合成，但相比之下，后者的開關(guān)次數(shù)更
少，所以選擇1 V
ρ
與3 V
ρ
合成。
d d E
T
T
E
T
V T
T
T
V
T
OF T 1 3
3
3
1
= 1 + = 2 +
→ ρ ρ
又(1 2 sin ) 1 3 2 ri T + T = T − T = T − m θ
解得1 V
ρ
矢量作用時(shí)間[2 sin(600 ) 1]
1 = − − ri T T m θ
3 V
ρ
矢量作用時(shí)間2 [1 sin( 600 )]
3 = − + ri T T m θ
綜合得，
當(dāng)2 3 sin(300 − ) < 1 ri m θ ，空間矢量由2 V
ρ
， 3 V
ρ
和零矢量合成，
2 V
ρ
(PCN)作用時(shí)間ri T 2mT sinθ 2 =
3 V
ρ
(PCC)作用時(shí)間2 3 sin(300 )
3 ri T = mT −θ
零矢量(選CCC)作用時(shí)間[1 2 sin(600 )]
0 ri T = T − m −θ
當(dāng)2 3 sin(300 − ) > 1 ri m θ ，空間矢量由2 V
ρ
， 1 V
ρ
和3 V
ρ
合成，
2 V
ρ
(PCN)作用時(shí)間ri T 2mT sinθ 2 =
1 V
ρ
(PNN)作用時(shí)間 [2 sin(600 ) 1]
1 = − − ri T T m θ
3 V
ρ
(PCC 或CNN)作用時(shí)間 2 [1 sin( 600 )]
3 = − + ri T T m θ
三電平變頻器的中點(diǎn)電位是通過(guò)兩組容量較大且相等的濾波電容分壓得到的，在
實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，兩組電容電壓很難保證絕對(duì)相等，導(dǎo)致中心點(diǎn)電位偏移，這樣會(huì)影
響輸出電壓的對(duì)稱性，且提高對(duì)功率器件耐壓的要求。為此，在控制時(shí)要采取措施抑
制中心點(diǎn)電位的偏移，在此由于篇幅所限，不再贅述。
2.3 PWM 整流器
目前，大多數(shù)PWM 電壓源型變頻器都采用二極管整流電路，存在較大的輸入諧波
電流，除非采用多重化(比如12 脈沖以上)，否則必須采取諧波濾波器等措施。如果整
流部分也采用由全控型電力電子器件構(gòu)成PWM 型整流電路，其結(jié)構(gòu)與逆變電路基本對(duì)
稱，如圖18 所示，這樣整流器輸出直流電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流
諧波失真低，電流波形接近正弦波，輸入功率因數(shù)可調(diào)，也可等于1，且能量可雙向
流動(dòng)。但相對(duì)于二極管整流電路而言，這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，而且效率也低
于普通二極管整流電路，所以一般只用在軋機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)等要求四象限運(yùn)行和較高動(dòng)態(tài)
性能等二極管整流結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合，取代傳統(tǒng)的交交變頻器。對(duì)風(fēng)機(jī)，水泵等普
通負(fù)載，還是適合采用多重化的二極管整流電路。
圖18 三電平PWM 整流器
能量可以回饋電網(wǎng)，則系統(tǒng)可以四象限運(yùn)行。輸入諧波低，可不必使用外加諧波
吸收裝置。功率因數(shù)可調(diào)，可以調(diào)節(jié)到1，節(jié)省無(wú)功補(bǔ)償電路，也可調(diào)節(jié)成超前的功
率因數(shù)，對(duì)電網(wǎng)起到部分無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br />
功率因數(shù)cosϕ =ν cosα ，其中ν 為基波因數(shù)，是基波電流有效值和總電流有效值
之比，cosα 為位移因數(shù)，或基波功率因數(shù)，取決于基波電流相對(duì)于基波電壓的相移。
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