交流電機驅動用SPWM逆變器并聯系統環流分析劉建寶u，林樺、李曉靜3（1.華中科技大學電氣與電子工程學院，武漢430074；2.海軍工程大學電氣工程學院，武漢430033，3，91917部隊，北京摘針對交流電動機驅動用SPWM逆變器并聯系統中的環流問題，根據環流產生機理，提出了一種環流請波分析方法。首先，基于瞬態電壓方程，建立了逆變器并聯系統驅動電流模型和環流電流模型；然后，在三角我波存在相位差的情況下，應用調制方程分析了環流電流的特性；比較后，利用雙傅立葉變換對環流電流進行了諧波分析，得到了直流環流分量、基波環流分量及諧波環流分量與三角調制波相位差的關系，為逆變器并聯系垅中的環流電波控制提供了理論依據。仿真結果驗證了該理論分析的正確性。

　　關鍵謂：環流逆變器并聯；交流電動機驅動：諳波分析I雙傅立葉變換理論在大電流的交流電動機驅動系統中，多采用逆變器并聯結構。對于逆變器并聯結構驅動系統，環流電流控制是關鍵。作為電源的逆變器并聯系統，因為有濾波電容的存在，當各逆變器輸出電壓具有相同的頻率、相位和幅值時，并聯系統不存在環流；用于電動機驅動的逆變器并聯系統，使用均流電抗器進行濾波，因此只有在逆變器輸出瞬時電壓相等時，并聯系統內部才不存在環流。但是，由于功率器件本身存在觸發延時差異以及死區控制w等因素，要實現各逆變器輸出瞬時電壓嚴格一致十分困難。而且，為了獲得更好的輸出電壓波形，在逆變器并聯系統中，常常運用同步相移技術將不同逆變器調制信號使用的三角載波相位相差一定的角度，導致各逆變器輸出瞬時電壓存在差異。因此，在實際應用中，逆變器并聯系統中的環流電流是普遍存在的，載波相位不一致可以改善輸出電壓的品質，但對于環流電流的影響有待深人的研究文中以分散邏輯式控制結構的逆變器并聯系統為研究對象，對采用相同的同步電壓和具有一定相位差的三角載波的逆變器并聯系統，進行環流電流的建模和分析。

　　逆變器并聯驅動系統模型兩個逆變器并聯組成的交流電動機驅動系統主電路模型如所示。用矢量形式表示的三相電壓、電流和電動勢如下所示：則逆變器1、逆變器2和負載的電壓矢量方程為根據環流電流的定義M，環流電流可表示為整理式（1）、（2），得到環流電壓方程式為其等效電路如（a）所示。由圖可以看出，環流電流是由逆變器輸出電壓不一致引起的，均流電抗L.起到限制環流的作用。

　　將式（1）與式（2）相加，并將式（3）代入，整理得到的驅動電壓方程為其等效電路如（b）所示。

　　逆變器并聯驅動系統等效電路環流分析2.1栽波相位差與逆變器輸出電壓差關系兩個三角載波交點距橫軸距離D隨著載波相位差0的變化而變化。D與0的關系為此時，正弦調制波幅值小于D，稱為“較小相位差”情況。

　　根據式（5）可知，逆變器輸出電壓不一致是環流電流產生的根源，而逆變器輸出PWM電壓是三角波丨上升段與調制波，相交時刻；②~為三角載波上升段與調制波“，相交時刻；③6為三角載波叫下降段與調制波相交時刻；④為三角載波”2下降段與調制波相交時刻。

　　當正弦調制波電壓小于D時，在第是個調制區間，輸出電壓差的一半（、）/2由負脈沖和正脈沖兩部分組成，負脈沖起始于k時刻，終止于0時刻；正脈沖起始于時刻，終止于t時刻。在載波相位差較小時，電壓（V2）/2均滿足以上規律。

　　2.2環流分析壓差正脈沖寬度和負脈沖寬度不相等，導致環流電流在兩條正弦包絡線。（<）和。（范圍內波動（見（a））。下正弦包絡線iul（f）滿足。⑴=環流電流i.可表示為下正弦包絡線。和梯形環流之和，即其中，梯形環流。特性如（b）所示。

　　（a）環流電流“環流特性為了方便諧波分析，進行近似處理，如所示（LTd為逆變器直流側電壓），將梯形環流等效為虛形對應的寬度即在區間應用雙傅立葉變換理論，對進行諧波分析，因此，第2項為i'ep/1'基波成分，大小與環流電流的下正弦包絡線。相等，方向相反。因此，環流電流i.的基波分量不存在。第3項為廣p/'ep諧波分量，記為H.根據Bessel公式，有下面就rz為奇數和為偶數兩種情況，對式（19）作進一步分析。

　　=0，因此2）當通過以上分析，SPWM逆變器并聯系統中，因載波相位差的存在而產生的環流電流的各次諧波成分有以下規律：①直流分量幅值基波環流；③諧波成分（叫士“）的振幅Mh（Mmr/2），與逆變器直流側電壓和載波相位差成正比。

　　為了進一步驗證理論分析的正確性，應用Mat丨ab/SimuHnk進行了仿真研究，仿真電路如所示。為了簡化分析，將電動機負載用阻感負載代替，系統參數如下：正弦調制波頻率兌為50 Hz，調制波初始相位P為rad，三角載波頻率為2000Hz，調制比M為。

　　8，逆變器直流側電壓為200V，均流電抗L.為1mH，負載電抗L為2mH.為環流電流的頻譜，其譜線分布在頻率（叫士是叫）處，分布規律與分析一致。在不同載波相位差的情況下，對環流電流的直流成分、基波成分和諧波成分進行了仿真和計算分析。

　　給出了仿真數據與分析數據的對比圖。由圖可以看出，本文提出的分析方法具有較好的準確性。

　　fAHz實測頻譜仿真分析4結束語針對交流電動機驅動用SPWM逆變器并聯系統，建立了驅動電流模型和環流電流模型，探討了環流電流產生的機理，研究了基于雙傅立葉變換理論的環流電流的諧波分析方法，得到了環流電流各次諧波幅值的解析表達式，仿真分析驗證了該理論分析方法的正確性。該理論為逆變器并聯系統中的環流電流控制提供了理論依據。

　　孟慶云，馬偉明，孫馳，等。H撟NPC三電平逆變器的輸出電壓諧波分析。海軍工程大學學報，2011，23（4）：1-6.MENGQing-yun，MAWei-ming，余勇，劉正之。基于相移多重化的大功率電流型并聯逆變電源。電力電子技術，2005，39（2）：10-12.孔雪娟，王荊江，彭力，等。采用SVPWM的三相逆變電源的分散邏輯并聯運行。中國電機工程學報，2003，23（6）：81-86.