浅谈大功率同步电机三电平变频调速系统

设计，利于维护，使系统可靠性大大增强。

2.2谐波污染

由于晶闸管变流器采用相切控制方式调节直流电压或电流，使电网正弦波型受到切割，并由此产生谐波电流，致使电网电压波形畸变。危害是使设备发热，力矩不稳，甚至损坏。

而同步电机变频系统，采用了先进的SVPWM控制技术，抑制了谐波，系统谐波含量极小。满足国际和国内标准，不需要增加治理装置。

2.3功率因数

晶闸管装置基本上相对于一个感性负载，随着控制角的改变，其功率因数也发生变化。运行期间一般在0.02-0.7之间，即起动阶段功率因数很低，等速段功率因数较高，需要进行无功补偿。而且直流系统启动无功冲击大，引起电网电压发生波动，尤其对矿井提升机这类短时重复工作制的负荷，电压波动问题更加突出。

而采用全控整流变换器进行网侧接口的三电平交直交变换器 可实现功率因数为0.98以上，在轻载时还可对其他无功需求进行补偿，其网侧谐波含量可在不增加滤波器的前提下符合国际标准。

2.4调速性能

目前交流电机的调速技术已经非常成熟，同步机变频调试系统采用矢量控制技术，或称磁场定向控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能。

（1）同直流系统相比，同步机变频系统具有更好的转矩响应，直流系统功率器件是晶闸管，控制周期是3.3ms，而同步机变频系统使用的是IGBT，控制频率一般是2KHZ，根本不是一个数量级的。

（2）直流系统在低速时，不可避免的要受电流纹波的影响（3.3ms），低速精度会有影响；而同步机变频系统低速控制精度要好于直流电机，可实现零速时全负载。

（3）基于电机的原因，由于同步机没有换向火花对过载能力的限制，同步机变频系统过载能力也大于直流电控系统。电控系统的过载能力只与功率器件有关系。

2.5单、双绕组同步电机变频控制系统

单绕组和双绕组同步电机价格相当。对电控系统来说，双绕组电控系统价格要高于单绕组电控系统约30%，但是双绕组同步电机电控系统是每个绕组配置一台变频器，当一台变频器回路出现故障时（例如高压柜、变压器、变频器等），当可实现半速全载运行。

3.技术应用

三电平高压变频器中同时应用SVPWM和SHEPWM，即低频时采用异步SVPWM，高频时采用SHEPWM，避免了高频时SVPWM谐波特性变差和SHEPWM在低频时存储量大的缺点，充分发挥了二者的优点，使变频器在整个工作范围内都可以有效抑制低次谐波，得到较好的输出波形。混合调制的难点在于衔接问题，文中分析了影响二者之间平滑切换的原因并提出了具体的解决方法，保证了切换过程中电压和电流没有跳变。采用PSIM软件对三电平SVPWM和SHEPWM进行了仿真研究，并在实际三电平变频器控制平台上进行了实验。在电力系统、轧钢、造纸、煤炭等领域对设备可靠性、安全性要求很高的应用场合，采用三电平变频调速系统，不但能降低能耗，而且可以改善工艺水平，提高生产效率。此变频调速系统结构简单，体积小。与两电平相比，采用同样电压等级，器件可以实现2倍的电压输出。降低电机的共模电压，降低对电网的共模干扰。能方便实现能量的双向流动，电机的四象限运行。与两电平相比，输出du/dt减小一半，相电压输出电平数增加，输出谐波减小。

“三电平控制”，既继承了“二电平控制”的优点，又解决了原来“二电平控制”的缺点和不足，但是，三电平变频器涉及到一个中心点接地的问题，由于现在我们国家煤矿井下的供电系统，规定中心点不接地，为此目前所研发的三电平变频器能否应用到井下，便是一个急需解决的问题。

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