波形分析交-交变频输出电压中的谐波主要是因晶闸管的切换造成，以6脉波交-交变频器为例，其结构见（a），（b）为采用余弦交点法控制的6脉波交-交变频输出电压波形的片段，其中的t1、t2、t3分别表示3个晶闸管依次导通的起始时间，从中可看出，交-交变频在每一个晶闸管导通的时间段内输出的电压波形uo都可看成是由理想输出电压u和一个近似于锯齿波的uΔ构成，以t1至t2时间段内的变频器输出电压波形为例，等效后的波形见1（c）。如果将各个晶闸管导通时间段内的理想输出电压u的片段看作是“基波”
那么近似锯齿波uΔ就是相应的“谐波分量”，如果能将各时间段内的“谐波分量”
uΔ分别消除，输出电压就成理想输出电压u。
以（b）近似锯齿波uΔ（t1，t2）为例进行谐波分析，可得：uΔ（t1，t2）=6nk=1UΔksin（2πt2-t1-θΔk），n=1，2，3…
；（1）式中UΔk为第k次谐波的幅值，θΔk为第k次谐波的相位角，根据式（1），可推导出任意时间段tm至tm+1内的近似锯齿波uΔ（tm，tm+1）的表达式：uΔ（tm，tm+1）=6nk=1UΔksin（2πkttm+1-tm-θΔk），n=1，2，3…。（2）
基本原理以上分析可知如果在电路中增加一个与变频器串联的谐波电源，t1时刻令该谐波电源输出电压等于-uΔ（t1，t2），则在t1～t2段内负载上的电压即为理想电压u。同理，在t2时刻谐波电源输出电压等于-uΔ（t2，t3）……随着晶闸管的不断切换，该谐波电源的输出电压也随之相应地改变，最终可有效地消除由晶闸管切换带来的高次谐波的影响，使负载上的电压近似为理想电压u。
以6脉波交-交变频器为例，具体控制方法如下：①使用余弦交点法计算出晶闸管1、2的导通时刻t1、t2，将t1作为计数初值赋给计数器1，同时将t1、t2的值送至谐波电源的中央处理器进行相关的运算和处理，计算出每一次谐波的频率、幅值和相位；②第一个同步中断信号到来时，计数器1开始计数，同时计算晶闸管2、3的导通时刻t2、t3，将t2作为计数初值赋给计数器2，且将t2、t3的值送至谐波电源的处理器；③计数器1在计数完成后，生成一个触发脉冲信号，晶闸管1被触发导通，同时谐波电源的输出变为-uΔ（t1，t2）；④重复以上步骤，控制晶闸管的导通和谐波电源的输出。该控制法谐波电源输出的谐波补偿信号和变频器产生的谐波同步生成，仅相位相差180°，故称为谐波同步消除法。
算法简化谐波电源的中央处理器需要利用变频器传送来的数据tm、tm+1计算出各次谐波的频率、幅值和相位，运算量很大。为简化算法，谐波同步消除法可进一步简化。利用仿真分析，对变频器不同输出频率、幅值电压波形中的近似锯齿波uΔ进行分析，给出了具有普遍代表性的几组数据。uΔf为输出频率5Hz时，理想输出电压波峰处对应的一个近似锯齿波，uΔl为过零点处对应的一个近似锯齿波，uΔ0为输出频率0Hz时电压波形中任意选取的一个近似锯齿波。
1的数据可看出，无论变频器输出电压的幅值、频率、相位如何变化，处于不同时刻、不同频率、幅值和相位的输出电压波形中的近似倨齿波uΔ所含的谐波成份基本相同，且同一次谐波的相位和幅值百分比也基本相等。当为交-交变频器提供输出电源的变压器，其输出电压幅值能够满足变频器变频调节的需要，且具有一定的裕度时，变频器输出电压中一系列近似锯齿波uΔ的幅值相差大致相等。
所以谐波电源的中央处理器在利用式（2）计算时，任意一次谐波的幅值和相位都可用常数代替，只需计算出谐波次数后利用查表等方法直接获取，极大地简化了运算程序。式（2）中的变量n在计算过程中不可能取无穷大，但是取值过小又会产生大的误差。可根据对滤波效果的要求来确定n大小，本文仿真n取值为10.
仿真分析仿真采用的变频器为6脉波交-交变频器，与其串联的谐波电源输出的各次谐波均为理想的标准正弦波，交-交变频器采用余弦交点法控制，同时使用谐波同步消除法控制谐波电源的输出电压波形。
f=5Hz时，滤波前后的电压、电流仿真波形。为滤波前后的电压波形的谐波比较。
从给出的波形比较中可看出，采用谐波同步消除法滤波后，交-交变频器的输出电压波形得到了明显的改善。因在仿真过程中，为了简化谐波电源的控制，其输出的最高次谐波次数为10（即n=10），故滤波后的电压波形中只有3kHz以下的谐波得到了明显的消除和抑制。b中的电压波形存在很多“毛刺”，从b可看出这些“毛刺”主要是因谐波补偿信号中的10次谐波造成的，只要在谐波电源的控制过程中加大n的取值，就可减小或消除“毛刺”。、5分别为变频器输出频率f=1Hz时，滤波前后的电压、电流波形，以及滤波前后的电压谐波分析结果。
4b给出的滤波后的电压波形，在电压正半周“毛刺”的幅值较大，在电压负半周幅值相对较小，这主要是因在谐波电源的控制过程中，简化算法的各次谐波幅值和相位的取值是以变频器的输出频率为5Hz时的数据计算得出，故在变频器的输出频率变为1Hz时，谐波电源输出的各次谐波补偿信号的幅值和相位的误差变大，导致“毛刺”的幅值和宽度发生变化，电压波形中的频率约3kHz的谐波含量有所增加，体现在b的谐波分析中。6是变频器直流输出时，滤波前后的电压、电流波形比较。以往的有源滤波方法，因算法的限制，在直流输出的情况下，无法实现对输出电压的滤波。
本文关键字：暂无联系方式应用案例，变频技术 - 应用案例
上一篇：新型窑炉带动扼制暨 不断电技艺
