多单元高压变频器中点漂移法分析.docx

《多单元高压变频器中点漂移法分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多单元高压变频器中点漂移法分析.docx（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、多单元高压变频器中点漂移法分析摘要：本文介绍了级联多单元高压变频器使用中点漂移法解决单元故障时进步输出电压的方法。分析了不同故障形式下的处理措施和该方法的优缺点。比照分析了对称切除方式的差异。关键词：高压变频驱动中点漂移算法随着国内高压变频器的普及，级连多单元多电平变频器依靠灵敏的模块化构造，十分是低压IGBT器件的价格优势，其应用越来越广泛。例如基于580V标准单元的模块化构造，通过改变级连的单元数量，从3单元、6单元到10单元可以完全知足国内3kV、6kV和10kV电机的驱动需要。实际应用中发现，在多单元变频器运行时，因为装置所含半导体元器件数量诸多，偶发的单元故障会带来停机或者降容运行的

2、结果。怎样在一个或者少数几个模块故障时，维持电机不停机运行，等待检修时机，是广阔变频器厂商和用户极为关心的问题。模块化变频器自身提供冗余的方法很多，如级连单元时，采用模块冗余法就是一种。该方法是建立在单元内部的所有零部件在故障形式下没有引起火灾、电气短路等恶性事故的前提下，依靠单元内部的旁路系统，提供故障单元的功能切除，同时将处于热备份状态的单元功能充分利用，保证系统的全额输出。该方法备份单元无显性定位，靠变频器系统的总输出才能表达。例如6kV系统，使用8个580V单元，冗余两个模块，可靠性进步到原来的2.6倍。假如没有冗余模块，可以利用中点漂移的方法，到达在局部单元故障状态下，进步系统输出电

3、压。其它还有进步模块直流电压、注入零序分量法等。当前市场上使用的变频器，出于本钱因素，无论用户还是制造厂大都不选择模块冗余方式，进而中点漂移法成为局部单元故障时进步装置输出电压的首选方法。本文对此进展分析和比拟。2中点漂移法根本原理1998年度，国外某变频器公司提出了基于中点漂移的PWM控制算法，其根本思路可用图1表示。图1中点漂移法根本原理变频器作为一个柔性变换的三相沟通电源，以无中线的方式与电机连接，故而只要电机端的线电压为对称三相即可。如图1中，三相线电压构成一个等边三角形。级连多单元多电平变频器采用星型连接，各相电压如图1中的abc三条线段。假如它们彼此相等，那么中点位于该等边三角形的

4、中心、重心和垂心三个重合的点处。假如某些个单元发生了损坏，使得三个线段不再可以相等，那么可以采用漂移中点的方法，改变PWM控制的相电压参考信号之间的夹角，到达输出线电压对称的目的。只有对称的线电压，才能在电机内形成圆形旋转磁场，进而减少逆序等引起的转矩脉动和电机径向磁拉力带来的振动。由于变频器一般都使用计算才能相对较弱的微控制器来进展控制，因此在线计算不同单元故障时的中点漂移策略相对困难，离线计算的数据用查表法来生成故障时的调制方案是一个简单的解决思路。角度计算主要根据简单的几何关系，如余弦定理：其中a0,NA，b0,NB，c0,NC，NA，NB，NC是各相剩余的完好单元数，不妨设NA，NB，

5、NC按降序排列。不难看出，舍弃A、B相多于C相的单元，以NC来考虑对称输出，是最简单的方法，称为对称切除。但是逆变器最大输出电压降低到原来的NC/N100%，影响了可用最大输出电压。公式1中的变量有7个，mc,a,b,c,，方程有4个，限定条件可以增加变量均为非负实数，寻优的目的是等效相电压mc最大。为了简化分析，可以将a、b、c固定为NA、NB、NC，去掉3个未知数，那么方程可解。第一步去掉变量mc，得到:令x=cosa，y=cosb，考虑到a,b,g的取值范围均在0,1800以内，余弦值单调，正弦值非负，故有：进一步化简为：简化到对最后一个一元非线性方程的求解问题，且可用的变量范围为x-1

6、,1，但是未必一定有解。如NA,NB,NC=6,5,0时，除非选择a,b,c=5,5,0。在以上的分析中，假设了浮动后的中点在三角形以内，以知足等效相电压最大的要求。不失一般性，浮动后的中点可以能在三角形以外，如图2所示。图2中点远近漂移比照图2中，设b、c相剩余单元数量一样，A相最多，那么图中的P点为漂移后的中点，以Nb或者Nc为半径画圆，AP的长度等于Na，A点固定，以A点为端点作与AP夹角为30的两条射线，分别与先前的圆有两个、一个或没有交点。有两个交点时，可得到三角形ABC和ABC，那么对于三角形ABC而言，中点漂移到了三角形以外。假设设b=c，等效的相电压为m，那么根据余弦定理有：显

7、然，2ba有实根，a=2b时只有一个根，前述圆成为两条射线的内切圆，b即内切的圆的半径。按a和b的大小关系分类情况如下：如图2所示，在第三种情况下，输出可有两种，二者相差很大，浮动后的中点不在三角形内部，产生的输出幅值小，其中有功功率会在不同相发生交换，只具有纯数学价值。当三相剩余的完好单元数均不相等的时候，除可按照式1式5进展计算外，还可以按照下述方法。不妨设abc，合成后等效为m，那么浮动中点P位于以A、B、C为顶点的3个半径为a、b、c的圆的交点上，如图3所示。图3三相剩余单元均不相等时的漂移以图中坐标，设Px,y，那么有：3个方程，3个未知数，化简为：求解时，只要使y在0,b内即可，使

8、用牛顿法可以快速计算出结果。但是解不唯一。以单元剩余654时为例，可得到两种结果，如图4所示。公式8的第三个方程关于y有两次过零，得到大小迥异的两种漂移结果。中点在三角形内部得到的输出电压较大，在外部得到的输出电压很小，且存在变频器相间功率交换，一般舍弃不用。图4以6、5、4单元数漂移得到的两种结果3中点漂移计算结果应用上述公式，以6单元系统为例，不同剩余单元数需要的角度和等效结果如附表所示。符号见图1。有效组合共有7+6+5+4+3+2+1=28种可能，扣除ab+c的12种情况，剩余16种组合有23个结果，其中多出来的7个存在中点浮动到了三角形之外的情况，予以舍弃。对于更多的如10单元系统，

9、参照上述公式，不难计算，此处不再赘述。4比照分析与上述方法相比拟，目前大局部制造厂都在使用对称切除法，即某个单元故障以后，切除另外两相的对应单元，这样就会有功能良好的单元被浪费，进而减少了输出电压。以6,6,5剩余为例，比拟两种方法得到的线电压如图5所示。图5中点漂移与对称切除ABC为单元全好时，面积最大；ABC为中点漂移法，面积次大；ABC对称切除法，面积最小。图中可以看到，中点漂移法很大程度的发挥了剩余单元的作用，是一个有效的方法。中点漂移后的电压角度如附表所示，其中不再相差120的电角度，都具有很不规那么的数据。假如在进展PWM调制处理时，不能有效去除该因素带来的影响，反而会在输出电压中产生因为不对称造成的逆序，危害电机的正常运行。一般讲，故障切除的单元总数不应超过总单元数的20%，如6单元变频器，4个以上的单元损坏应立即停机或降容使用。5完毕语本文通过对中点漂移法的根本原理进展分析，得到了详细漂移的角度和需要注意的问题，经过验证，数据是准确的，对级连多单元多电平变频器的性能进步有一定指导作用。0