整机带阻感负载实验：验证系统设计正确性

在进行了功率单元实验后，还需进行整机实验以验证系统设计的正确性。

1.整机带阻感负载实验

整机带电动机实验之前需先进行阻感负载实验，实验中的样机参数为

移相变压器：380V/140V；

母线电压给定值：230V；

输入电抗器电感值：2.55mH；

母线电容值：2200μF；

PWM整流器开关频率：2kHz；

H桥逆变器开关频率：2kHz；

阻感负载：R=1.5Ω，L=110mH。

图7-47和图7-48分别为输出频率10Hz、50Hz时，母线电压U_dc、网侧线电压e_AB与网侧A相电流i_a实验波形。可见，母线电压维持在230V并存在波动，这是由于负载电感较大，无功较多；移相变压器一次线电压超前相电流30°，即网侧相电压与相电流同相。对比两幅图可以看出，随着输出频率的增加，母线电压波动幅度和频率增加，并且波动频率为输出频率的两倍频，与前面的理论推导相符；网侧电流波形随着输出频率的增加正弦度也逐渐变好。

图7-47 整机带阻感负载实验波形（输出频率10Hz）

2.整机带电动机负载实验

在实际应用中，变频器负载是电动机，并且能量回馈时的能量也是由电动机产生的，为了进一步验证所采用控制算法的合理性，需进行整机带电动机实验。

负载电动机参数为三相，电压690V，极数为4极，功率为11kW。

图7-48 整机带阻感负载实验波形（输出频率50Hz）

1）电动机电动状态

图7-49为变频器空载起动时A相3单元母线电压与A相第一个功率单元的输入电流波形。可以看出，母线电压较快达到给定值，PWM整流器由不控到可控电流没有出现冲击。(www.xing528.com)

图7-49 变频器空载起动母线电压与电流实验波形

图7-50为变频器带电动机空载稳态时A相3单元母线电压与A相第一个功率单元的输入电流波形。由实验波形可见，母线电压维持在给定值230V恒定；电动机由于空载，功率单元的输入电流比较小，变频器接近于空载状态。

图7-51为电动机电动状态时，母线电压U_dc、网侧线电压e_AB、网侧A相电流i_a和A相第一个功率单元a相输入电流i_A1a实验波形。由实验波形可见，母线电压维持在给定值230V恒定；移相变压器一次电流接近于正弦波，电压与电流同相；由于电动机空载，A相第一个功率单元a相输入电流i_A1a的波形接近于功率单元空载时电流波形。

图7-50 变频器空载母线电压与电流实验波形

图7-51 整机带电动机负载实验波形（输出频率50Hz）

图7-52为整机带电动机负载不控整流实验波形，与图7-51对比，可以看出可控整流状态下网侧电流波形正弦度明显好于不控整流的电流波形。

2）电动机回馈状态

图7-53、图7-54分别为电动机在1s内由50Hz至5Hz骤减速时能量回馈的过程，母线电压U_dc、网侧线电压e_AB和网侧A相电流i_A实验波形。

图7-52 整机带电动机负载实验不控整流实验波形（输出频率50Hz）

图7-53 电动机1s内由50Hz至5Hz骤减速实验波形

图7-54 图7-53的放大波形

由以上两个实验波形可见，在电动机骤减速时出现能量回馈的过程，母线电压会有一个小突起，然后在调节器的作用下迅速达到给定值230V；网侧相电流与电压反相。然而，传统的两象限级联型高压变频器在电动机回馈状态时，母线电压泵升，由于这部分能量不能流向网侧，会引起过电压故障，从而使变频器停机运行。

通过整机实验，进一步验证了实验系统及控制方法的可行性。