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綦江新型組合式三相變頻電源的研制

  傳統(或常規)三相逆變電源的主電路是由三個半橋組成,濾波后由三相綦江變壓器輸出,三相共用一個反饋調節回路。這種方式對于VVVF電源是適用的。因為在調速系統中,交流電動機的=相負載是平衡的,但對于CVCF電源就不合適,因為有些設備的三相負載可能不平衡。因此就要求電源能對不平衡負載供電而不影響電源輸出的對稱性(幅度和相位的對稱)軍用、航空及高科技電子設備對此要求極其嚴格,這就需要對常規的逆變電源加以改進。

  1常規逆變電源存在的問題(a)是一臺逆變電源的輸出電路示意圖,圖中虛線框內為輸出端交流濾波器。若每相輸出濾波器的串聯阻抗與逆變器的輸出阻抗合并且分別用ZAF,ZBF,ZCF表示,以A相為例其串聯等效阻抗可表達為其中iAF、分別為等效串聯電阻和電感,若各相負載不平衡,則各相的電流值不等。以感性負載為例,由此可得逆變電源輸出矢量圖如In(b)所示。

  (b)可以看出,盡管逆變器輸出電壓i/A,i/B1,i/cl對稱,而,在負載端就不再對稱。可見常規的逆變電源是無法克服這一弊端的。

  (c)的矢量圖中,盡管負載不平衡,a,仍為對稱的,而逆變器的輸出電壓Ou,以,卻是不對稱的。這就是說,在負載不對稱的情況下,可以采用在逆變器輸出端進行校正,以輸出不對稱換取負載端電源的對稱。而這在三相半橋結構中是不可能實現的。

  2主電路的改進m為了獲得分相控制的能力,要從兩個“解耦”上入手:一方面在電路上的“解尤”,另一方面從磁路上“解費'三相全橋結構可做到磁路上的解耦。

  2.1三相全橋逆變電路所示為一三相全橋結構的逆變電路。它由三個單相全橋逆變器組成。逆變器A的初相為0°,逆變器B為-120,逆變器C則為120,三個逆變器在直流側并聯。在輸出綦江變壓器的初級側,三個綦江變壓器完全相同并且獨立,綦江變壓器的次級側公共端聯在一起作為相輸出的中線。避免了=;相半橋逆變器共一個綦江變壓器在磁路上的互相耦合,即使調節一相也要影響其它兩相的弊病。

  2.2集成磁路技術⑵集成磁路技術早在上個世紀七八十年代國外的中討論得比較多,并且成功的在DC/DC變換器中加以應用,有效地減少了變換器中磁性器件的數目。例如將CUK變換器的輸入、輸出電感采用集成磁路以后,一體化為一個耦合電感,適當調節兩者之間的耦合可以使輸入、輸出的紋波特性得到很大的改善,理論上可以做到純正直流零紋波。集成磁路技術在三相組合式逆變電源中也進行了有益的嘗試。

  示出了傳統的逆變器輸出濾波電路。根據需要濾波電路可以置于綦江變壓器的初級或次級。無須留一定的間隙。由于諧波電流的存在及制作的工藝問題,這種分離的電感和綦江變壓器是主要的噪聲源,是一個非常棘手的問題。

  在工程實際中,一個即使設計精良的綦江變壓器,因為鐵磁材料的磁導率及初次級電感不可能為無限大,也存在著漏感。因此鐵芯綦江變壓器等效電路如(a)所示。可以看出漏感L及中的濾波電感它們均是和綦江變壓器的次級繞組串聯。是否可以“借用”,厶,i,2作為濾波電感i/呢,換句話說,是否可以將(b)中的電感"合并到綦江變壓器中呢,回答是肯定的。這種簡化的先決條件是電感和綦江變壓器繞組中要有相同的電流波形或成比例的電壓波形。無須證明(因4與次級串聯)這一條件是滿足的。設計合適的漏感量,在次級并聯合適的電容量(如所示),那么集成磁路電感和電容則起到了逆變輸出濾波器的功能。在中波頻率)。當/=1時,更低的一組諧波為。這就是該模式的倍頻特性。

  4研制結果逆變器主電路采用IPM功率模塊,已研制成功一臺8kVA組合式,型號為SFC-D型三相變頻電源。負載實驗表明,該設備可向任意三相不平衡度負載供電,也能保持良好的對稱性。在額定功率下也可以使用其中的一相或兩相(一相額定功率為2.7kVA)。采用上述磁路集成技術,而且主電路中還剔除了常規的50Hz整流后的濾波電感,使聽覺噪聲減少了20dB.主要技術指標如下:電壓:三相115V/200V,±10%可調節波形:正弦波,THDS3%,實測<2%電壓不平衡:空載及任意不平衡負載,相電壓之差不大于IV相位不平衡:空載及任意不平衡負載120.士電壓調整率:<1% 5結論使用證明,該三相組合電源輸出波形質量好,動態響應快,保護功能齊全,對負載的適應面更加拓寬,可以很方便的向大功率容量范圍擴展。現已批量投入生產,將獲得較好的社會效益和經濟效益。

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