仿真分析：方波工况下输入侧电流优化

下面针对逆变器输出50Hz交流电压向四台并联的三相交流异步电动机供电进行仿真。假定逆变器工作在方波工况下。图10-11a给出的是交流电动机的相电压u_A与相电流i_A波形，可以看出相电压呈现明显的方波，由于电流的波动导致电压也有稍许的波动；交流电动机的相电流中包含有明显的低频谐波成分。图10-11b给出的是逆变器直流侧电流i_d波形，可以看出该电流中除了含有直流成分以外，明显含有较高的6倍频谐波成分。图10-11c给出的是直流侧电流i_L波形，可以看出该电流中在直流成分中叠加了稍许的谐波电流。

图10-11 方波工况下u_A、i_A、i_d与i_L波形

图10-12是利用MATLAB仿真工具对电流i_L进行频谱分析的结果。从中可以看出：最明显的300Hz低频分量正好对应于逆变器输出基波电流频率的6倍，这与前面的理论分析相吻合。图10-12还表明直流侧电流中含有VSI输出基波电流的12倍频和18倍频等谐波成分，同时还存在25Hz滤波器谐振频率的分量。

图10-12 方波工况i_L频谱图

由于方波工况下交流电动机的相电压为方波，所以电动机的相电流中含有大量的低次谐波，电动机的仿真数据见表10-2，VSI直流侧的仿真数据见表10-3。

表10-2 一台交流电动机的仿真数据

表10-3 VSI直流侧的仿真数据(www.xing528.com)

在方波工况下，公式10-6中的m_k=2/（πk）（k=1、5、7......），根据公式10-9计算可得

a=3/2×0.6365×68×cos71°×4≈84

这表明直流电网的电流需求约为84A，该数值与仿真结果82A较为接近。表10-3还表明，系统除了从电网吸取直流电流，还会吸收谐波电流，其中的6次谐波（300Hz）约为180A。该谐波电流来源于交流电动机谐波电流。按照前面的公式10-9进行估算：电动机基波电流与谐波电压（5、7次）对应产生的300Hz电流分量为：

b=[-3/2I₁m₅cos（6ω₁t-71°）+3/2I₁m₇cos（6ω₁t+71°）]×4

电动机的基波电压与谐波电流（5、7次）产生的直流侧300Hz电流分量为

c=[-3/2m₁I₅cos（6ω₁t-88°）+3/2m₁I₇cos（6ω₁t-90°）]×4

故b+c≈168sin6ω₁t-10cos6ω₁t，交流电动机在逆变器直流侧产生的300Hz电流分量约为168A，这与表10-3中的仿真数据（180A）比较接近。