VSI直流输入侧电流谐波源优化方法

在PWM技术控制作用下，逆变器输出的交流侧电压中除了交流电动机运行所需的基波电压，还含有大量的谐波电压成分。所以，交流电动机从逆变器吸取的电流中除了基波电流成分以外，还含有大量的谐波电流成分。由于交流电动机是电感类负载，所以尽管谐波电压成分在某些情况下会比较明显，但是谐波电流相对较小（方波工况除外）。

逆变器的输出端存在大量的谐波电流，它们在逆变器输入侧电流i_d中也有所体现。

采用PWM调制技术时，逆变器的开关状态可以用开关函数s_x（t）描述（x=0、1、2分别表示A、B、C三相）。根据PWM调制技术特点和逆变器输出电压的需求，开关函数s_x（t）可以表示为

上式中，调制比m₁满足0＜m₁≤1，它体现了PWM技术对逆变器输出基波电压幅值的控制；m_k（谐波次数k=5、7…）表示逆变器输出k次谐波电压成分——不同的调制技术对应有不同的谐波成分；ω₁为三相逆变器输出交流基波电压的电气角频率。

在开关函数s_x（t）的作用下，变压变频的交流电压施加在交流电动机定子端以后，会产生相应的定子电流成分i_x（t），见式10-7。

上式中I₁为逆变器输出给交流电动机相电流基波分量的幅值，g为谐波次数，I_g为电动机相电流中g次谐波电流幅值，ϕ_g为g次谐波电流与相应谐波电压的滞后相位角。三相逆变器直流侧的输入电流（图10-9中i_d）可以表示为

(www.xing528.com)

图10-9 主电路系统等效电路示意图

将公式（10-6）和（10-7）代入（10-8），推导出i_d如下：

从公式（10-9）可以看出i_d由四项构成，分别记为a、b、c、d，将它们化简后可以得到：

上面几项中，a在稳态情况下为一恒定值，它对应着直流侧提供的有功功率——当交流电动机处于电动工况运行时，电动机基波电流滞后基波电压的相位角度ϕ₁在0°～90°之间，此时a为正值；当交流电动机处于电制动工况运行时，相位角ϕ₁在90°～180°内，此时a为负值，表明能量从交流电动机反馈给直流侧。b中的奇数k有三种情况：k=6n+1、k=6n+3及k=6n+5。当k=6n+1时，b中的第二项将会为非零值，此时对应的角频率为6nω₁；当k=6n+5时，b中的第一项将会为非零值，此时对应的角频率为（6n+6）ω₁；其他情况下，b项为零。因此，可以看出b项的最终结果将会为一个6倍基波频率分量的非零值，这一部分谐波电流与直流电压在一起就会相应产生谐波功率成分。c项与d项的最终结果类似于b。上述分析中的k与具体的PWM调制技术有关。

综上，可以看出当逆变器输出VVVF交流电压供给交流电动机时，在逆变器的输入侧会产生不同频率的谐波电流，其中有直流电流成分和大量的6倍频基波频率的谐波电流成分。当逆变器输入端没有电路滤波器进行滤波时，众多谐波电流都会流经馈电的整条电路，那么在电路杂散电感和杂散电容作用下，一方面可能会造成高频电压振荡现象，另一方面会产生较强的电磁干扰现象，所以在实际应用中，逆变器输入端都会加入LC电路低通滤波器。