變頻電源輸出分析管理論文

1、變頻電源輸出分析管理論文摘要：分析了各種負載（包括純阻性負載，感性負載，容性負載，非線性負載）下，大功率變頻電源的輸出特性。實驗結(jié)果表明該變頻電源在各種不同性質(zhì)的負載下輸出電壓及頻率都很穩(wěn)定。 關鍵詞：變頻器；輸出特性；波形分析 引言 眾所周知，我們所使用的市電頻率是50Hz，但是，在實際生活中，有時需要的電源頻率不是50Hz，這就需要變頻電源。對一個電源來說，用戶期望它在各種性質(zhì)的負載下，都能輸出穩(wěn)定的電壓，變頻電源也不例外。因此，有必要研究變頻電源在各種性質(zhì)的負載（純阻性，感性，容性，非線性）下的輸出特性。 1實驗方案 本實驗的接線框圖如圖1所示。 50Hz的三相電網(wǎng)電壓經(jīng)變頻器整流逆變后

2、，輸出頻率可變（用戶可自行調(diào)節(jié)輸出頻率）的正弦波，經(jīng)LC濾波后，再經(jīng)過升壓變壓器（作用是升壓和隔離）加到三相負載上。三相負載可以是純阻性，感性，容性和非線性。 本實驗期望得到的結(jié)果是，當變頻器的輸出電壓和輸出頻率設定為固定值時，此變頻電源裝置能在各種性質(zhì)的負載下，輸出穩(wěn)定的電壓和頻率。 2參數(shù)選擇 21變頻器 本實驗用的變頻器是SIEMENS公司的MIDIMASTERVECTOR（MDV），它的輸出功率是7.5kW，額定輸入電壓380V，輸出電壓可調(diào)，輸入頻率50Hz，輸出頻率可調(diào)。 22變壓器及濾波參數(shù) 由于變頻器輸入額定電壓是380V，輸出電壓在0380V范圍內(nèi)可調(diào)，本實驗設定變頻器輸出電

3、壓最高為300V，因此，就需要一個升壓變壓器，變比為300/380，使加在負載兩端的電壓為380V。 由于采用的濾波電路為LC濾波，其濾波電感和電容須滿足式（1） 1/2（根號LC）根號f1fs（1） 式中：fs為變頻器的開關頻率，fs=4kHz； f1取為fs。 所以根號f1fs=根號（8004000）=1789Hz 如果取L=7mH，C=1.5F，則=1/2(根號LC） 1553Hz滿足式（1）。 23負載參數(shù) 在純阻性負載實驗中，每相均采用5個250，額定功率200W的電阻串聯(lián)；在感性負載實驗中，每相均采用3個250/200W的電阻并聯(lián)，然后再跟62mH的電感串聯(lián)組成感性負載；在容性負載

4、實驗中，每相用3個10/250W的電阻串聯(lián)，再跟70F的電容串聯(lián)組成容性負載，另外，每相用5個250/200W的電阻并聯(lián)，再跟70F的電容并聯(lián)也組成容性負載；在非線性負載實驗中，采用額定電壓為800V，額定電流為20A的整流橋作為非線性負載。 3實驗過程及分析 按圖1接線，其中三相濾波電感L均為7mH，三相濾波電容均為1.5F，變壓器采用/Y接法，變比是300/380，變頻器輸出頻率設定為60Hz，然后接不同性質(zhì)的負載進行實驗。 31純阻性負載實驗及分析 三相負載均采用五個250/200W的陶瓷電阻串聯(lián)，輸出電壓為300V，當確認一切接線都沒有問題時，開始實驗，測得波形如圖2所示。分析及說明如

5、下： 1）由于變頻器輸出電壓為300V，則變壓器輸入電壓接近300V，而變壓器變比是300/380，所以，理論上變壓器輸出電壓為380V，其峰值為537V； 2）實驗中，通過觀察圖2中的波形，得到變壓器輸出電壓峰值的實驗值為540V，接近理論值； 3）用頻譜分析儀觀察諧波分布，看到4kHz的諧波與60Hz基波相差最大，有30dB，即諧波約占基波的3.16。 32感性負載實驗及分析 把圖1中的負載換成感性，其中每相均用3個250/200W電阻并聯(lián)，再跟63mH的電感串聯(lián)，三相負載接成星形，輸出電壓為300V，當確認一切接線均沒有問題后，開始實驗，測得波形如圖3所示。分析及說明如下： 1）用頻譜分

6、析儀觀察諧波分布，發(fā)現(xiàn)此種情況下300Hz以內(nèi)諧波及4kHz，8kHz諧波與60Hz的基波相差30dB左右，即諧波成分約占基波的3.16，其余次數(shù)的諧波含量更低，表明濾波效果良好； 2）為了進一步改善波形，嘗試把每相濾波電感由7mH換為10mH，再觀察諧波分布，發(fā)現(xiàn)高次諧波（4kHz，8kHz）與基波相差33.6dB，波形有所改善，如圖4所示； 3）由于本次實驗所用電感的漆包線比較細，不能承受很大的電流，因此，把變頻器輸出電壓調(diào)節(jié)為230V，此時理論上變壓器輸出電壓峰值應為412V，觀察圖3波形,發(fā)現(xiàn)實驗值為420V，基本接近理論值。 33容性負載實驗及分析 331電阻與電容串聯(lián) 把圖1的負載

7、換成三相容性負載,每相均由3個10/250W的電阻串聯(lián)，再與70F的電容串聯(lián)，變頻器輸出電壓為298.4V，測得波形如圖5所示。分析與說明如下： 用頻譜分析儀觀察諧波分布狀況，發(fā)現(xiàn)最高次諧波為高次諧波（4kHz，8kHz），其倍頻與基波相差35dB，即諧波成分占基波的1.8，濾波效果非常好，有高次諧波，是因為變頻器的開關頻率為4kHz。 332電阻與電容并聯(lián) 再把負載換成每相均由5個250/200W的電阻并聯(lián)，再與70F的電容并聯(lián)，變頻器輸出電壓為303V，測得波形如圖6所示。 34非線性負載實驗及分析 把圖1的負載換成額定電壓為800V，額定電流為20A的整流橋作為非線性負載，變頻器輸出電壓

8、為300V，檢查一切接線均無問題后，開始實驗，實驗情況如下： 1）整流橋輸出電壓波形，如圖7所示，其理論值為515V，觀察波形，實驗值為520V，相差不大，實驗效果還可以； 2）變壓器輸出電壓波形，如圖8所示。用頻譜分析儀觀察諧波分布，發(fā)現(xiàn)諧波比較厲害，其中300Hz的諧波最厲害，與60Hz基波相差20.6dB;120Hz，240Hz，1.2kHz，4kHz，8kHz諧波也較厲害，其中4kHz的諧波與基波相差28.8dB，8kHz的諧波與基波相差34dB； 3）嘗試把濾波電容由15F變?yōu)?F，發(fā)現(xiàn)高頻部分諧波有所減小，波形更接近正弦波； 4）再把濾波電感由7mH變?yōu)?0mH，發(fā)現(xiàn)諧波分布無明顯

9、變化。 35實驗結(jié)果總結(jié) 在綜合分析了上述實驗波形及數(shù)據(jù)后，總結(jié)如下： 1）當變頻器輸出頻率設定為60Hz時，變頻電源在各種性質(zhì)的負載下輸出頻率也為60Hz，波動很小，符合設計要求； 2）在純阻性負載情況下，變頻器輸出電壓設定為300V，變頻電源輸出電壓峰值為540V，在510V564V的范圍內(nèi)（理論值的波動在5范圍內(nèi)）； 3）在感性負載情況下，由于所用電感的漆包線比較細，承受電流比較小，最多3A，因此，把變頻器輸出電壓調(diào)節(jié)為230V，此時變頻電源輸出電壓峰值為420V，照此推論，如果變頻器輸出電壓為300V，則變頻電源輸出電壓峰值為549V，也在510V564V的范圍內(nèi)，滿足要求； 4）在容

10、性負載情況下，當電阻與電容串聯(lián)時，變頻器輸出電壓為298.4V，變頻電源輸出電壓峰值為530V；當電阻與電容并聯(lián)時，變頻器輸出電壓為303V，變頻電源輸出電壓峰值為540V； 5）在非線性負載情況下，變頻器輸出電壓仍然設定為300V，此時變頻電源輸出電壓峰值為530V，也在510V564V的范圍內(nèi)，同樣滿足要求。 4結(jié)語 本次實驗的目的是想做一個大功率變頻電源,它應該能在各種性質(zhì)的負載下，輸出穩(wěn)定的電壓和頻率，電壓波動在5之內(nèi)，即如果設定變頻器輸出線電壓為300V，變壓器輸出線電壓峰值應該在510V564V的范圍內(nèi)變化。由于實驗設備及元器件的局限性，本次實驗并沒有完全達到理想的效果，各種負載下的功率并沒有達