高壓電壓源與電流源變頻器性能對比的討論

　　4 變頻器電網(wǎng)側(cè)的諧波電流

　　此諧波電流與逆變電路無關(guān)，只決定于變頻器前面輸入整流部分的電路與中間直流是用電容還是電感平波，下面不討論pwm整流，pwm整流有很好的性能，可四象限運(yùn)行，高cosφ，低諧波，但有高頻騷擾輸?shù)诫娋W(wǎng)（與調(diào)制頻率有關(guān)），主要問題是價格較高。這里只討論常用三相或多相整流裝置向電網(wǎng)輸出的諧波。

　　4.1 電壓源變頻器的諧波

　　中間直流環(huán)節(jié)用大電容平波，只能穩(wěn)定直流電壓，此大電容對變動的輸入?yún)s是低阻抗，因而輸入電流有很大的諧波成分，iec標(biāo)準(zhǔn)［5］對此諧波分量已有數(shù)據(jù)列成表格如附表所示。

　　從附表中可以看出下面幾個特點(diǎn)：

　?。?）諧波是特征諧波，只和整流脈動數(shù)有關(guān)，例如三相對稱橋整流，則為6脈動，最低諧波次數(shù)為5次，如果為18脈動，則最低諧波次數(shù)為17次（理論上沒有5、7、11、13等低次諧波），所以大功率整流多采用多相整流，即變壓器有多個付繞組，彼此的相角有移位，而且諧波次數(shù)愈高，諧波相對值愈小。

　?。?）各次諧波量的大小與變頻器輸入端的系統(tǒng)短路容量大小成正相關(guān)關(guān)系，短路容量愈小，諧波量愈小，所以在變頻器輸入端之前要求串入一臺相對電抗值x%為4%的輸入電抗器，對低壓變頻器而言，制造廠一般都成套提供。對高壓變頻器而言，這個道理是一樣的，附表的數(shù)值也是適用的。x%不能太大也不能太小。

　?。?） 和下面的電流型變頻器相比，電壓源變頻器在同等條件下的諧波電流要大很多，對這一點(diǎn)，下面第4.3節(jié)再作對比分析。

　　4.2 電流源變頻器的諧波

　　中間直流環(huán)節(jié)用大電感，對變動的電流而言，是一個很大的內(nèi)抗，因而變頻器輸入電流中的諧波成分相對較少，它有以下特性：

　?。?） ih/i1= 1/h

　　上式中：i1-基波電流，由負(fù)載大小決定；ih-特征諧波中的第h次的諧波電流。

　　可見，諧波次數(shù)h愈高，其電流愈小，與h成反比，例如5次諧波只有基波電流的20%。

　?。?） 同電壓型諧波源的第（1）點(diǎn)一樣，諧波也是 特征諧波，如果采用多相整流例如18脈動，最低諧波次數(shù)為17次，沒有13次以下的諧波。

　?。?） 變頻器輸入端短路容量減少時，諧波電流略有減少，但變化不大。

　　4.3 電壓源與電流源諧波的比較

　　從上面分析可知對普通整流而言，二者的諧波都是特征諧波，通過多相整流，可以消除低次的特征諧波，諧波的次數(shù)愈高，其數(shù)值愈小，但對同一次諧波而言，電壓源的諧波電流要大得多，以5次諧波為例，電流源的諧波相對值為1/5約為0.2，而電壓源的諧波電流值為0.3，而且這是有條件的：rsc=20，即在變頻器輸入端之前需要串有一個輸入電抗器，其相對電抗值加上電源系統(tǒng)的電抗（主要是變壓器電抗）要等于5%。電流源變頻器之前則并不需要為限制特征諧波而設(shè)置輸入電抗器。

　　5 變頻器輸出電流動態(tài)性能比較

　　某些意見認(rèn)為電流源變頻器輸出電流的快速性好，筆者不認(rèn)同此結(jié)論，它的快速性肯定不如電壓源變頻器，理由如下：如果要瞬時增加輸出電流：

　?。?） 改變逆變側(cè)pwm的調(diào)制規(guī)律，提高直流電壓利用率，如果輸出是方塊波，則已無能為力；

　?。?） 從輸入交流側(cè)提高中間的直流電壓值例如當(dāng)輸入側(cè)整流橋使用的是可控或半可控器件（晶閘管）時。

　　但即使這兩個措施同時采用，由于中間直流環(huán)節(jié)中有一個很大的電抗器，電流的上升速度就受到很大的抑制，電壓源變頻器則剛好相反，中間并聯(lián)的大電容是一個低阻抗，無論是接受電網(wǎng)來的能量，或輸出能量給逆變器和電機(jī)，它幾乎沒有阻礙作用，只要有控制措施，就能快速響應(yīng)。

　　基于這樣的分析，電流源變頻器不適宜于動態(tài)性能要求很高的機(jī)械，例如軋鋼機(jī)、提升機(jī)等，但電流上升率較低也有好處，就是萬一發(fā)生短路，電子式過流保護(hù)易于湊效，電流上升率低這一固有性能、可以充分恰當(dāng)?shù)丶右岳?。?/FONT>

　　6 綜合性能比較

　　當(dāng)前，電壓源變頻器在低壓產(chǎn)品方面是壓倒性的主流，在1kv以上高壓產(chǎn)品方面也是主流，這是不爭的事實，預(yù)計將來的局面也不會改變，這是因為電壓源變頻器的性能通用性強(qiáng)，適用于各種不同要求的負(fù)載，設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)也比較成熟，一般廠家都能掌握，但是高壓變頻器產(chǎn)品尚在發(fā)展中，當(dāng)前尚存的主要問題包括：高電壓大電流的全關(guān)斷電力電子器件有待發(fā)展，電動機(jī)耐受高dv/dt的能力有限，因而三電平或多電平電壓源高壓變頻器是一個現(xiàn)實的可行方案，為了得到既可靠又經(jīng)濟(jì)的三電平或多電平方案，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)尚在研發(fā)中。

　　電流源變頻器不適用于負(fù)荷快速度化的負(fù)載，他的優(yōu)點(diǎn)是兩電平方案有不危害電機(jī)的dv/dt輸出，如果將來高電壓大電流的全關(guān)斷器件能以不太高的價格大量出現(xiàn)，則他的發(fā)展勢頭有可能加大。

　　7 結(jié)束語

　　由上述分析可以看出，電壓源和電流源兩類高壓變頻器各有各的發(fā)展空間，當(dāng)前尚處在性價比的競爭態(tài)勢中，本文的目的只是對兩類高壓變頻器的技術(shù)性能作一些嘗試性的分析和比較探討，對深入理解可能有些幫助，歡迎批評和指正。