VSI输出滤波器在供电系统中的应用

当负载需要变频电源时，VSI采用PWM控制以产生期望的VVVF电源。当负载需要恒压恒频电源时，也可以采用PWM控制技术使VSI输出CVCF电源，而不受输入直流电压小幅度波动的影响。

前面已经指出，PWM控制的VSI输出电压中含有众多的谐波。对于VVVF调速系统，负载期望的是变频交流电源，因此在不同的负载期望下，VSI的输出电压谐波会在很大范围内变化，这种系统一般不会在VSI的输出侧加装滤波器。

当负载期望的是恒压恒频交流电源时，例如地铁列车的照明、空调等车载辅助电气设备需要220V/380V、50Hz工频交流电源，它们对电源质量（包括电压幅值、电压畸变率等）的要求较高。此时，VSI输出的脉冲型电压波形是远不能满足其需求的，因此往往会在VSI的输出侧加装LC滤波器以改善电压质量。图10-13给出了一种典型的地铁列车辅助电气系统。

图10-13 地铁列车典型的辅助电气系统(www.xing528.com)

图10-14 滤波器前后的电压波形

辅助电气系统的输入电源是通过受电弓从接触网得到的标称DC 1500V的直流电压（允许的波动范围是DC 1000～1800V）。高压直流电经过输入滤波器（6.5mH电感与900μF电容构成的LC二阶滤波器）后向高压IPM逆变器供电，过电压保护支路中采用了800A/3300V的高压IGBT和约2Ω的制动电阻。输出低通滤波器由三相电感器（1.1mH）与三相电容器（310μF）构成，该滤波器将逆变器输出的脉冲电压滤波成近似正弦电压，图10-14可以清楚地看到这一点。滤波器后面三相工频变压器的作用是：进行电压变换（一次侧与二次侧电压分别为715V与400V），输出三相AC 400V供电给交流负载；将用电设备与高压DC 1500V进行隔离；向负载提供了一个中性点N。在列车的辅助电气系统中，该逆变器通常称为辅助逆变器。上海地铁三号线列车的辅助逆变器额定容量为120kVA，功率因数为0.85，输出电压总谐波畸变率＜10%。从图10-13中可以看出，在变压器输出的三相工频交流电中有一路分支，经过不控整流器和带有高频变压器的隔离型DC/DC变换器后，提供了标称110V的直流电。该电源一方面向车载110V蓄电池进行浮充，另一方面对电气系统的各控制电路供电。