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三电平有源电力滤波器技能详解
发布时间:2022-08-04 08:21:31 来源:乐鱼体育直播视频

  二极管箝位三电平拓扑由日本学者Nabae. A 等人在1980 年提出,通过近30年的开展,广泛使用于电力电子技能的各个范畴。二极管箝位三电平拓扑的优势在于,各个开关管接受的反向电压为直流母线电压的一半,能够用较低电压等级的开关管,组成较高电压等级的变流器。这个技能现在现已广泛的使用于中压大功率沟通传动体系中。选用6500V等级的IGBT或IGCT的三电平中压变频器,现已广泛使用于4.2kV电动机传动体系。一般三电平技能一般使用于电压较高、功率较大的体系中,正是由功率器材耐压有限与变流器体系需求电压较高的对立实际决议的。可是咱们应该看到二极管箝位三电平拓扑自身固有的一些优势。

  (1) 用电压等级较低的开关管构成电压等级较高的变流器,跟着功率器材技能的不断开展,市场上现已有6500V的IGBT出售,可是耐压越高的IGBT其开关损耗越高,最高开关频率也变得比较低。3300V以上的IGBT开关频率最高不会超越5kHz,1200V的IGBT的开关损耗远大于600V的IGBT。选用低压IGBT的三电平变流器的开关损耗远低于相同电压等级选用高压IGBT的两电平变流器,一起前者能够到达的开关频率也高于后者。

  (2) 能够输出三种电平。二极管箝位三电平变流器能够输出正母线电压、负母线电压以及零电压(简称P、N、O),一般情况下输出电压在P-O、O-N之间跳变,特别情况下会呈现P-N跳变,而两电平变流器只能在P-N之间跳变。也便是说三电平的电压跳变起伏为直流母线电压的一半,而两电平的为直流母线电压。高的电压跳变起伏对并网逆变器或有源电力滤波器带来的是较高的纹波电流,为了按捺纹波电流,需求较大的输出电感和滤波电容,由此带来了较高的纹波电流损耗。一起因为输出滤波电感电容也下降了电流呼应速度,或对输出电流的才能发生了必定的约束。关于变频器带来的则是对电机的冲击以及较大的轴电流,严峻影响着电机的寿数。别的,较高的电压跳变起伏也会发生严峻的电磁搅扰,对周边电子设备发生也重损害。而三电平以其固有的优势,在很大程度上处理了上述问题。

  跟着技能的不断开展,三电平技能被越来越多的人所注重,一起也将其从中压大功率范畴,引进到400V的低压小功率使用之中,各个世界闻名功率器材厂家推出了许多适应于400V体系使用的集成二极管箝位三电平功率模块,并有逐步替代传统两电平变流器的趋势。使用于400V范畴的成功的三电平产品如下:

  (1)2008年日本安川电机推出了Varispeed G7系列通用矢量变频器,其400V产品选用三菱的三电平功率模块,并在使用中取得了巨大成功。

  (2)2009年德州和能工业自动化有限公司在自主开发的三电平变流器操控技能的基础上,推出了HEINV系列三电平光伏并网逆变器,前端选用对称BOOST进行最大功率点盯梢,逆变器选用二极管箝位三电平拓扑,两者彼此配合,选用Semikron的三电平功率模块,各项目标均优于同类两电平产品。

  (3)2009年德州和能工业自动化有限公司推出了业界第一个三电平有源电力滤波器HESINE系列产品,并取得了巨大的成功。本文将对此系列产品做一个较为具体的阐明。

  将二极管箝位三电平技能使用于有源电力滤波器范畴,国内外许多文献都有触及,国内外许多专家学者对此都进行了比较深化的研讨,也提出了许多新的算法。可是,三电平有源电力滤波器一直没有从实验室走向市场。究其原因,有或许是技能不行老练,操控算法过于杂乱,使用本钱高,也或许是企业界对此不行注重,没有认识到该技能的优势。德州和能工业自动化有限公司通过对三电平技能的深化研讨以及对市场趋势的正确掌握,在业界首要推出了三电平有源电力滤波器产品。

  纹波电流和电流呼应速度是对立的两个目标。作为有源电力滤波器,其基本原理是检测负载谐波,注入反相谐波,以谐波的彼此抵消到达滤波的意图。一般的有源电力滤波器是一个电流形式操控的电压源逆变器。输出电流是通过逆变器输出的电压作用在输出电感上发生的。逆变器选用脉冲宽度调制,依据电工的基本原理,纹波电流决议于开关频率、直流母线电压、输出电感的巨细,与电流环的操控无关。开关频率越高纹波电流越小、直流母线电压越高,纹波电流越大;输出电感越大,纹波电流越小。而逆变器希望的输出电流是由电流环所操控。有源电力滤波器输出谐波电流,假如按基波50Hz,补偿50次谐波核算,最高谐波频率将到达2.5kHz。有源电力滤波器对电流呼应速度有很高的要求。电流呼应速度与直流母线电压和输出电感巨细有关。直流母线电压越高,电流呼应越快;输出电感越大,电流呼应越慢。咱们希望输出纹波电流越小越好,电流呼应速度越快越好,这是一对对立。从上述剖析能够看出,两电平有源电力滤波器处理这个对立的方法只能是进步开关频率。现在某些厂家的两电平有源电力滤波器产品的开关频率现已到达20kHz。可是,开关频率的进步带来的是更高的开关损耗以及驱动损耗,有源电力滤波器的单机容量会受到约束,而关于更高电压等级的有源电力滤波器,高压的IGBT底子就不答应那么高的开关频率。可是,三电平有源电力滤波器从原理上便是一个处理上述问题的计划。三电平逆变器能够输出正、负、零三种电压,在核算纹波电流时,只需按直流母线电压的一半核算。由此,在相同开关频率、相同直流母线电压、相同纹波电流要求的前提下,三电平的输出电感为两电平的一半,一起器材的开关损耗和电感上的纹波损耗也会下降。在核算电流呼应速度时,起作用的将是悉数直流母线电压,而输出电感的折半,将加速电流的呼应速度,增强滤波作用,进步单机容量。

  一般国内低压电网为400V,可是关于某些职业,其低压电网会比较高,例如石油钻机传动选用的是600V,矿山用电或许是690V或1140V,而某些职业的电压等级或许愈加多样,但一般都是500V以上。怎么处理这些职业谐波管理需求,是一个问题。一般为了进步电流呼应速度、确保补偿作用,处理谐波的有源电力滤波器比处理基波的变频器或并网逆变器需求更高的直流母线电压。一般两电平逆变器的直流母线电压是沟通电网电压有效值的2倍。关于380V使用,直流母线V,直流母线V。许多企业的做法是加一个变压器,将其他等级的电压变为400V。通过谐波的变压器是通过特别规划的,价格比较高,体积也比较大,变压的损耗也会比较大。而选用三电平技能,能够用耐压较低的管子组成耐压较高的变流器体系,能够直接连接到电压较高的电网上,一起确保较好滤波作用和单机容量。

  正是根据上述长处,德州和能工业自动化有限公司在本公司三电平变流器操控技能的基础上,严密盯梢职业开展趋势,推出三电平有源电力滤波器产品。



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