载波移相技术在高压变频器中的应用

载波移相技术在高压变频器中的应用

符健

（西北民族大学电气工程学院电气工程及其自动化专业甘肃省兰州市730124）

摘要：载波移相技术在高压变频器中具有非常突出的应用效果，基于此，文章对载波移相技术的原理和方法进行了详细分析，并对其在高压变频器中的应用展开了讨论，希望对有关部门提供一定帮助。

关键词：载波移相技术；高压变频器；应用

近年来，我国对变频器的应用非常重视，低压变频器已经成为了电气工作中不可缺少的一个电气设备，并在生活中逐渐普及，但是高压变频器的推广仍然存在一些问题。由于高压变频器的技术难度较大，成本较高，设备占地面积也比较多，所以用户很难接受。为了实现高压变频器的推广和使用，可以在高压变频器中应用载波移相技术，采取多单元串联的方案，该方案不仅输出电压波形较好，输入电流谐波成分也比较少，对于功率器件没有其他要求，只要做好隔离和抗干扰即可。载波移相技术是应用该方案最关键的一项技术，文章以此为基础，重点分析了载波移相技术的控制原理和方法，尤其是在高压变频器中的应用，促进了高压变频器的推广和使用。

一、载波移相技术的控制原理及方法

（一）载波移相技术的控制原理分析

三角载波移相是运用在级联式多电平变流器中的方案，其控制原理为：将一个正弦调制波信号与一个三角载波信号对比，所产生的SPWM波需要加在各个功率单元中，而且所用功率单元中的正弦调制波信号都相同，但是对于各个功率单位来说，其中的三角载波信号和与之相邻的功率单元三角载波信号之间存在一定角度的相移，在该相移作用下，各个功率单元所出现的SPWM脉冲会相继错开，进而导致功率单元输出SPWM波形中的等效开关频率比原来要高出很多倍，有效降低输出电压的谐波。通常情况下，级联式多电平变流器会采用H桥逆变器串联的方案，具体如图1所示。

（二）载波移相技术的控制方法分析

一般来说，三角载波移相方案是将一个正弦调制波信号和一个三角载波信号结合在一起所产生的信号加在第一个功率单位上，之后将SPWM脉冲信号按照顺序延迟三角载波周期的1/n的角度，最终再加在其他的功率单位上，促使各个功率单位中的输出脉冲电压波形互相错开，从而形成多电平SPWM电压波形。对于SPWM正弦调制法来说，一般包括二电平式和三电平式，其中二电平具体分为正电平和负电平两个电平，而三电平具体分为正电平、负电平以及零电平三个电平。因为使用三电平所产生的SPWM波其消除谐波特性比较强，所以基本上都选择三电平SPWM波为控制波形[1]。但是，SPWM三电平波形的控制方法有很多种，具体包括：

（1）相位参差法。该方法的具体应用为：将两个相位相反但是幅值相同的正弦调制波与一个三角载波对比，这时会得到两个SPWM波，将两个相减，最终会得到三电平SPWM波，具体如图2所示。

通过分析正弦波与三角波的输出情况，可以得出三角波脉冲数量整整增加了一倍，能够有效降低开关器件的工作效率，避免发生开关损耗，从而达到良好的输出波形效果。对于该种功率单元串联式逆变器而言，将输出的多电平SPWM波形基波与第一功率单元中的调制波进行对比，可以发现在相位上会存在一点滞后。

（2）载波反相控制法。该方法是将两个相位相反但是幅值相同的三角波与一个正弦波进行对比，从而能够得到三电平SPWM波。

（3）载波为半三角波调制法。该种方法的使用可以在调制波的正半周获得SPWM波的正脉冲，在负半周得到SPWM波的负脉冲，为三角载波方案的运行提供帮助。

（4）半调制波调制法。该方法的应用，调制波是半正弦波和三角载波正在进行混合调制，经调制后相互之间互补并加在H桥的T1、T3上面开展的半桥调制工作，互补后在H桥的T2、T4上面进行调制工作。进行互补处理时，要在调制半正弦波的过零点处预留一个载波周期时间，使H桥输出为零，最后就能得到三电平波形。

经过分析上述四种控制方法，后两种方法所取得的效果不如前两种，但是前三种方法在H桥中应用时，功率开关全部要进行SPWM调制工作。总之，这四种方法各有各的优势和缺点，在具体应用时一定要综合分析，确保取得良好的效果。

二、载波移相技术在高压变频器中的应用

（一）应用概述

下面以风光牌JD-BP37-630F型高压大功率的变频器为例，对载波移相技术的应用进行分析。在使用半调制波调制法进行载波调制时，不仅能够实现数字化，而且产生的损耗较小，输出波形也经得住检测，各项指标都能达到相应要求。通过在高压大功率变频器中应用载波移相技术，进行变频调速，能够得知运行状况非常良好，具有较强的节能效果，得到了广大用户的好评。

（二）运行情况

高压变频器的运行情况为：首先，电机、机组运行非常平稳，而且各项指标与工艺要求完全相符。通常情况下，高压变频器中的电机为三相普通异步电动机，其电压为6000v、电流为80A、功率为630kw、转数为580r/min，在整体的运行范围中，电机运行一直都非常平稳。另外，风机在启动时噪音和启动电流都比较小，不会出现噪音和异常振动现象。如果在正常调速范围内，轴瓦最高温升允许为65℃，实际测量为10℃[2]；其次，高压变频器的三相输出波形非常完美，与标准正弦波十分接近。经过测试可知，高压变频器的三相输出电压波形和电流波形都非常标准，这就说明高压变频器与普通电机可以结合使用。

（三）节电效果分析

运用载波移相技术的高压变频器在运行时，其生产周期大约在一个小时左右，通过分析其具体情况，电机的运行电流应该在60A左右。以变频器的上限运行频率为前提，可以计算出其节能效果非常显著，大约能够达到43%。

结束语

综上所述，通过分析上述运行情况，可以得出该高压变频器所使用的方案非常正确，且可行性较强，具有明显的节能效果，在改善工作人员工作环境的同时也减小了值班人员的工作力度，对电机起到了良好的保护作用，从而延长了电机的使用时间。

参考文献

[1]何美生.级联型高压变频器载波移相技术的探究[J].电子制作,2013,09:17.

[2]严伟.载波移相角度对级联型高压变频器影响的分析[J].电子制作,2013,10:45.

作者简介

符健（1994-），男，土家族，贵州省贵阳市人，在读本科生，研究方向：高压变频调速器中的技术研究。