电压源逆变器（vsi）电压输出类型及相关对策

国内的低压变频器多半是电压源型的，这种低压变频器的中间直流是用电容平波，直流电压比较稳定，而所使用的逆变器输出的电压波形决定于逆变器的控制和调制方式，分为两类电压波形，一是矩形波电压输出，二是pwm调制波电压输出。

电压源逆变器（vsi）电压输出

图1：逆变器的示意图

1、矩形波电压输出

如果输出是双重的，也可以是“凸”字形电压波，总之离正弦形相去较远，也就是说电压波形中除了基波外，还有许多谐波电压，至于在这种电压波形下产生的电流则决定于电动机（还串有一段支线电缆）的阻抗（基波阻抗和谐波阻抗），输出的基波电压分量/基波阻抗可得到基波电流，输出的谐波电压分量/谐波阻抗可得到谐波电流，电动机的基波阻抗是感性的，因而其谐波感抗xh为基波感抗x1的h倍（h为各次谐波的谐波次数），矩形波电压的谐波电压分量为基波分量的1/h。

因此，输出矩形波电压，得到的各次谐波电流为，以5次谐波电流为例约为基波电流的1/25=4%，7次为1/49≈2%，虽然谐波电流成分不大，但对电机仍有一定的负作用。

变频器输出的谐波成分以谐波电压危害严重，表现为电压峰值和电压上升率dv/dt，它威胁着电机的相间绝缘、对地绝缘和匝间绝缘，主要是电机进线处的头几匝，对高压电动机这个问题更为突出，这在文献中已有论述。

矩形波或“凸”字形波电压输出的变频器现已少见。

2、pwm调制波电压输出

这是现今最大量变频器（无论是低压或高压变频器）的输出电压波形，由于采用了正弦调制spwm，或其他更好的调制方式，使输出电压波形接近正弦波，这是指调制波的包络线而言的，但每单个调制波的dv/dt更大了，这是因为调制频率达到上千hz，为减少电力电子器件的损耗和发热，采用的是高速通断器件。

不但每次的dv/dt更大，而且是反复加上dv/dt。由于行波现象，加到电机端上的电压峰值也更高（不超过直流中间电压的2倍）。至于输出的电流波形和上一节输出的矩形波电流相比，则谐波电流分量更小，电流波形相对更接近正弦波，这也就是为什么要采用pwm调制的理由。但du/dt和电压峰值的威胁仍然存在，还更严重。此外还有许多对电机不利的影响如轴电流等。

3、对策

为了减少变频器输出中含有的浪涌的严重程度，在一定的条件下，可采取对策（连同其效果）如下：（详见iec标准）

（1） 改变电动机电缆的长度和将电缆接地，这将改变电动机端上的浪涌幅值，虽然此措施常常是困难的或不实际的。

（2）采用有较高介质损耗的电缆（例如丁基橡胶或油纸绝缘）。采用铁材屏蔽的特种电缆也行。这些办法将减少振荡并改善电磁兼容（emc）性能。

（3） 如果相—地之间出现问题，可对接地配置加以改变。

（4） 装设输出电抗器，可增加峰值上升时间，它和电缆电容的联合作用将减少行波峰值电压。此时要考虑增加了电抗上的电压降。

（5） 装设输出dv/dt滤波器，可显着增加峰值上升时间。采用此措施可增加电缆长度。

（6）装设输出正弦波滤波器，可增加峰值上升时间。采用此方案的可能性决定于对象所要求的特性，特别是调速范围与动态性能，它有两种类型，类型i能同时减少相—相间和相—地间的电压应力；而类型ⅱ只能减少相—相间电压应力。此外这种滤波器可减少emc干扰和电动机的附加损耗和噪音，而且用了类型i滤波器后就可以采用标准的非屏蔽电缆。

（7） 在电动机端附近装设终端单元可抑制电动机端口的过电压。

（8） 降低每步脉冲的电压幅度，例如采用三电平或多电平变流器。