CN113676069A - 一种级联式高压变频器并联环流抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，主变频器将调制波发送给从变频器，定期同步主变频器与从变频器的载波，并通过相同的载波移相方式，使主变频器和从变频器中逆变单元的载波完全同步；主变频器、从变频器利用调制波与载波比较生成PWM信号，逆变单元利用PWM信号驱动逆变模块工作，使主变频器、从变频器输出的电压完全一致。本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，主变频器周期性地下发调制波，并定期同步载波，保证了主变频器、从变频器输出的电压完全一致。通过在两变频器输出端连接三个均流电抗器上，起到了环流的进一步抑制作用，还解决了现有利用电抗器时所形成的电压损失。

Description

一种级联式高压变频器并联环流抑制方法

技术领域

本发明涉及一种级联式高压变频器并联环流抑制方法，更具体的说，尤其涉及一种的级联式高压变频器并联环流抑制方法。

背景技术

用变频器对电机调速的应用越来越广泛；部分场合电机功率非常大，而变频器受功率器件、制造工艺、生产成本等因素很难做到大功率；于是人们考虑采用变频器并联的方式，来增大输出功率。

目前国内高压变频器拓扑大部分都是采用多单元级联式，直流母线不能直接并联，于是采用了整机并联的方式；变频器作为电压源输出，直接并联会产生较大的环流，于是部分设计在整机输出增加电抗器来抑制两台变频器之间的环流；变频器输出的电压是PWM波形，通过单纯的增加电抗器来抑制环流，很难从根本上消除环流，另外，电抗器在工作时产生一定的电压压降，造成变频器输出电压损失。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种级联式高压变频器并联环流抑制方法。

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，包括两台高压变频器，高压变频器中设置有将直流逆变为交流信号的逆变单元，每个逆变单元中设置有逆变模块；两台高压变频器分别定义为主变频器和从变频器，主变频器与从变频器经通讯线相连接；其特征在于，级联式高压变频器并联环流抑制方法为：主变频器将调制波发送给从变频器，定期同步主变频器与从变频器的载波，并通过相同的载波移相方式，使主变频器和从变频器中逆变单元的载波完全同步；主变频器、从变频器利用调制波与载波比较生成PWM信号，并通过定时通讯将PWM信号发送给各自的逆变单元，逆变单元利用PWM信号驱动逆变模块工作，使主变频器、从变频器相同位置上的逆变单元输出的PWM波形完全一致，进而保证主、从变频器输出的PWM波形完全一致，即主变频器、从变频器输出的电压完全一致。

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，设主变频器和从变频器中向逆变单元下发PWM信号的周期为T，称为单元通讯周期；级联式高压变频器并联环流抑制方法具体通过以下步骤来实现：

a).下发载波，主变频器将计算出来的调制波以单元通讯周期的整数倍n*T为周期下发给从变频器，并同时加载调制波，n*T为主变频器与变频器的通讯周期，n为≥2的正整数；

b).生成PWM信号，主变频器和从变频器将调制波与载波进行比较，生成PWM信号，并以周期T将PWM信号发送给各自的逆变单元，控制每个逆变单元的输出；

c).下发同步信号，主变频器以主变频器与从变频器通讯周期的整数倍m*n*T为周期下发载波相位同步信号，并计算通讯延时，m为≥2的正整数；

d).同步载波，从变频器接收到载波相位同步信号后进行载波同步，主变频器通过计算通讯延时以保证与从变频器同一时刻进行载波同步；

载波同步方法为：首先计算出第一个逆变单元的移相角度数值，并根据载波频率和逆变模块的数量，计算出剩余逆变单元相对于第一个逆变模块的移相角度；在第一个逆变模块的载波过零点时，强制将每个逆变单元的载波赋值到计算出来的移相角度数值上，从而达到主变频器与从变频器相同位置上的逆变单元载波的相位同步，保证调制波与载波比较后输出的PWM信号一致。

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，所述主变频器和从变频器连接有三个均流电抗器，主变频器的三相输出为U1、V1、W1，从变频器的三相输出为U2、V2、W2，U1和U2、V1和V2、W1和W2分别接到同一个均流电抗器输入侧的两端上，三个均流电抗器的输出侧形成三相输出信号U、V、W。

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，为了防止主变频器与从变频器的时钟差异造成载波相位偏移，载波同步在每个载波周期都同步一次；载波的周期为主变频器与从变频器通讯周期的整数倍。

本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，所述主变频器的控制系统直接采集自身运行时的电压和电流数据，经通讯的方式获取从变频器的电压和电流数据，并根据获取的电压和电流数据计算出所需要的调制波。

本发明的有益效果是：本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，主变频器与从变频器经通讯线相连接，主变频器周期性地将调制波下发至从变频器，并定期下发载波同步信号，以实现主、从变频器的载波同步，这样就保证了主、从变频器相同位置上的逆变单元输出的PWM波形完全一致，也保证了主变频器、从变频器输出的电压完全一致。

进一步地，通过将主变频器与从变频器的输出端接到三个均流电抗器上，不仅实现了当主、从变频器输出有电压差时时起到环流抑制作用，而且还解决了现有利用电抗器时所形成的电压损失。

附图说明

图1为本发明的级联式高压变频器的原理示意图；

图2为本发明中各逆变单元的载波波形图；

图3为本发明中级联式高压变频器输出的波形图；

图4为现有没有环流抑制时的两台变频器和系统输出的电流波形图；

图5为采用本发明环流抑制方法时两台变频和系统输出的电流波形图。

图中：1主变频器，2从变频器，3均流电抗器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的级联式高压变频器的原理示意图，包括两台高压变频器，分别为主变频器1和从变频器2组成，主变频器1与从变频器2之间通过通讯连接；主变频器1的控制系统采集自身变频器的运行电流和电压数据，并通过通讯等方式采集从变频器2的电流和电压数据，计算出需要输出的调制波，一是用于自身变频器的功率单元PWM信号的生成，二是用于另一台变频器功率单元PWM信号的生成。

主变频器1将计算出来的调制波发送给从变频器2，并同时加载调制波，定期同步两台变频器的载波，通过相同的载波移相方式，使每个单元的载波完全同步；调制波与载波比较生成PWM信号，控制系统通过定时通讯将PWM信号发送给逆变单元，逆变单元按照PWM信号驱动逆变模块；两台变频器相同位置的逆变单元输出PWM波形完全一致，进而保证两台整机输出的PWM波形完全一致，输出电压一致。如图3所示，给出了本发明中级联式高压变频器输出的波形图。

主变频器1定时发送数据到从变频器2，包括调制波和载波同步信号；主变频器1计算通讯数据的传输时间，与从变频器2同时更新调制波和同步信号；调制波每个通讯周期都会更新，载波同步信号是多个周期发送一次。

设主变频器和从变频器中向逆变单元下发PWM信号的周期为T，称为单元通讯周期。主变频器将计算出来的调制波以单元通讯周期的整数倍n*T为周期下发给从变频器，并同时加载调制波，n*T为主变频器与变频器的通讯周期，n为≥2的正整数。主变频器以主变频器与从变频器通讯周期的整数倍m*n*T为周期下发载波相位同步信号，并计算通讯延时，m为≥2的正整数。

从变频器2接收到同步信号后，将载波强制赋值到一固定时，同时主变频器1计算从变频器2的通讯数据接收延时，同一时刻将载波强制赋值到同一固定值；这时就能保证主变频器1和从变频器2之间的载波同步；为了防止主从变频器2控制系统的时钟差异造成的载波相位偏移，该同步方式在每个载波周期都同步一次；因此载波的周期必须为通讯周期的整数倍。

主变频器1与从变频器2之间的同步只是同步的第一个逆变单元的载波，其他逆变单元的载波根据载波频率和逆变单元个数，可以计算出来相对第一个逆变单元的相移，在第一个逆变单元载波的过零点，进行强制赋值到移相角度数值上，这样就可以达到主变频器1与从变频器2所有逆变单元的载波同步。如图2所示，给出了本发明中各逆变单元的载波波形图。

调制波与载波比较生成PWM信号，定时发送到功率逆变单元中，逆变单元按照PWM信号驱动逆变模块，输出相应的PWM波形；为保证主变频器1与从变频器2输出波形相位一致，规定在载波的过零点开始给逆变单元定时发送PWM信号，这样就可以保证逆变单元接收到PWM信号延时时间一致；这样就要求主控系统到逆变单元的通讯频率是载波频率的整数倍。

由于器件的差异性，并不能完全保证主变频器1与从变频器2的输出波形完全一致；因此为了防止环流产生必须增加限流措施；主变频器1与从变频器2三相输出分别通过均流电抗器并联，均流电抗器包括铁心和两个匝数相同并且绕向相反的线圈，通过铁心的磁耦合，当变频器输出的两个支路电流一致时，两个线圈产生的磁场相互抵消；当变频器输出的两个支路电流不一致时，两个线圈分别在对方线圈上各产生一个反电动势， 该反电动势使得两个支路间的电势差几乎为零，从而起到抑制环流的效果。因此均流电抗器即解决了环流的问题，正常情况下又不会对变频器输出电压造成损失；

如图4所示，给出了现有没有环流抑制时的两台变频器和系统输出的电流波形图，图5给出了采用本发明环流抑制方法时两台变频和系统输出的电流波形图，上面的两个波形图分为主变频器1和从变频器2输出的电流波形图，下方的为均流电抗器3二次侧输出的电压波形图，可见，本发明的级联式高压变频器并联环流抑制方法，对级联式高压变频器有很好的环流抑制作用。

Claims (5)

1.一种级联式高压变频器并联环流抑制方法，包括两台高压变频器，高压变频器中设置有将直流逆变为交流信号的逆变单元，每个逆变单元中设置有逆变模块；两台高压变频器分别定义为主变频器（1）和从变频器（2），主变频器与从变频器经通讯线相连接；其特征在于，级联式高压变频器并联环流抑制方法为：主变频器将调制波发送给从变频器，定期同步主变频器与从变频器的载波，并通过相同的载波移相方式，使主变频器和从变频器中逆变单元的载波完全同步；主变频器、从变频器利用调制波与载波比较生成PWM信号，并通过定时通讯将PWM信号发送给各自的逆变单元，逆变单元利用PWM信号驱动逆变模块工作，使主变频器、从变频器相同位置上的逆变单元输出的PWM波形完全一致，进而保证主、从变频器输出的PWM波形完全一致，即主变频器、从变频器输出的电压完全一致。

2.根据权利要求1所述的级联式高压变频器并联环流抑制方法，其特征在于，设主变频器和从变频器中向逆变单元下发PWM信号的周期为T，称为单元通讯周期；级联式高压变频器并联环流抑制方法具体通过以下步骤来实现：

a).下发载波，主变频器将计算出来的调制波以单元通讯周期的整数倍n*T为周期下发给从变频器，并同时加载调制波，n*T为主变频器与变频器的通讯周期，n为≥2的正整数；

b).生成PWM信号，主变频器和从变频器将调制波与载波进行比较，生成PWM信号，并以周期T将PWM信号发送给各自的逆变单元，控制每个逆变单元的输出；

c).下发同步信号，主变频器以主变频器与从变频器通讯周期的整数倍m*n*T为周期下发载波相位同步信号，并计算通讯延时，m为≥2的正整数；

d).同步载波，从变频器接收到载波相位同步信号后进行载波同步，主变频器通过计算通讯延时以保证与从变频器同一时刻进行载波同步；

载波同步方法为：首先计算出第一个逆变单元的移相角度数值，并根据载波频率和逆变模块的数量，计算出剩余逆变单元相对于第一个逆变模块的移相角度；在第一个逆变模块的载波过零点时，强制将每个逆变单元的载波赋值到计算出来的移相角度数值上，从而达到主变频器与从变频器相同位置上的逆变单元载波的相位同步，保证调制波与载波比较后输出的PWM信号一致。

3.根据权利要求1或2所述的级联式高压变频器并联环流抑制方法，其特征在于：所述主变频器和从变频器连接有三个均流电抗器（3），主变频器的三相输出为U1、V1、W1，从变频器的三相输出为U2、V2、W2，U1和U2、V1和V2、W1和W2分别接到同一个均流电抗器输入侧的两端上，三个均流电抗器的输出侧形成三相输出信号U、V、W。

4.根据权利要求2所述的级联式高压变频器并联环流抑制方法，其特征在于：为了防止主变频器与从变频器的时钟差异造成载波相位偏移，载波同步在每个载波周期都同步一次；载波的周期为主变频器与从变频器通讯周期的整数倍。

5.根据权利要求1或2所述的级联式高压变频器并联环流抑制方法，其特征在于：所述主变频器的控制系统直接采集自身运行时的电压和电流数据，经通讯的方式获取从变频器的电压和电流数据，并根据获取的电压和电流数据计算出所需要的调制波。

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