Evaluation and Solution for the impact of Source Voltage Sag and 三相不平衡与电压降对可调速驱动装置之影响与解决策略研究.ppt

三相不平衡與電壓降對可調速驅動裝置之影響與解決策略研究指導教授 : 蔡明村 博士研 究 生 : 游政瀚 SPEAKER: 游政瀚 Outline 前言 輸入側之理論分析 電壓降與不平衡補償策略 實驗結果 結論 可調速驅動裝置 一般簡稱為變頻器，以頻率之變化來控制馬達轉速。廣泛使用在 商業與工業生產上，提供馬達不同的電壓、電流及頻率形式，滿 足各種場合的需要。在效率、程序控制、與生產力上都大大的改 進了舊有馬達驅動器所能達到的性能，因此利用電力電子元件與 技術的可調速驅動裝置產品目前被廣泛應用在各式馬達驅動系統 上，在馬達響應特性與能源節約上有不錯的貢獻。（圖1） 前言 影響可調速驅動裝置穩定運轉之因素 對於可調速驅動裝置的穩定運轉最嚴重的威脅莫過於電源干擾， 包括不可預期的電壓變動及電源中斷等。即使現今科技進步，仍 然存在許多電源品質的問題，條例如下： １．諧波失真　　　　　　　６．電壓擾動 ２．頻率變動　　　　　　　７．電壓驟降 ３．雜訊干擾 ４．電壓突波 ５．系統中斷 電壓驟降定義 電壓降到正常值的85%至90%準位，且持續約一週期時間。其影 響如同斷電一般，其差別只是在於斷電時負載會與供電系統完全 切離，而電壓驟降發生時負載仍與電源連接（圖2） 。而電壓驟 降發生時負載仍與電源連接。對工業用戶而言，兩者均造成設備 當機，故其所產生的結果是相同的，但是電壓不平衡與電壓驟降 發生的機率遠高於斷電發生的機率。 （圖3）為典型ASD 在三相平衡時之正常電壓與電流波形， 當電壓不平衡情況發生時，ASD 就可能很容易轉換成單相運轉情況（圖4），甚至一個很小的不平衡電壓就會使ASD 轉換成單相運轉[１]。 在電壓降過程中，各相振幅與相位失去平衡，此條件下，ASD 即進入單相運轉的形態。此時除造成三相輸入之相電流不平衡外，DC 側電壓的漣波也會產生較低階的成分 (對60HZ電源而言，為120Hz 與240Hz)，此低階成分除會使直流電容易過熱損壞，也會降低其濾波效果，同時也會使馬達側承受低頻的漣波轉矩。 輸入側理論分析 在輸入側進入單相運轉模式後(圖５)，輸入側電流是呈現不連續導通模式，此時三相整流器電路可轉換成單相電路來分析，如（圖6）所示 。 圖５　不平衡模式下的三相系統之單相等效電路 將PWM 換流器等效為一阻抗負載。依二極體導通順序進一步解 析後可將其分成（圖６）；電路依據此循環（a）-（b）-（c）- （d）-（a）…，將三相輸入電壓改變為一單相輸入之全波整流 電壓；輸入線電流與DC 側電壓會依據三相輸入側電壓作出改變 ，特別是模式（a）與模式（c）下，ASD 系統管理輸入電源、 負載、電感、電容間之能量的轉換，模式（b）與模式（d）則 是ASD 將儲存於電容中的能量釋放給負載。 再假設　　　 ，依Kirchhoff’s Laws整理可得下列方程式，可 協助了解DC側電壓與電流情形，此方程式亦可協助估算DC側電 容壽命與馬達側之低頻漣波情形。 系統架構圖 電壓降與不平衡補償策略 圖７　利用返馳式轉換器在電壓降與不平衡時補償可調速驅動　　　　　　　 裝置之能量 本文提出使用返馳式轉換器（圖７）補償電壓降與中斷時所需之 能量，提升可調速驅動裝置在電壓降與中斷時Ride ? through 的能力；以市電經三相整流後電壓80% 為基準（Vdt = 140V ） ，可調速驅動裝置在市電正常供電時，返馳式轉換器模組不動作 ，能量由三相電源供給給負載；當市電發生三相不平衡或電壓降 時，偵側電路偵側到直流側電壓低於基準值或中斷時，返馳式轉 換器功率晶體Q1 導通，將輔助電源E 升壓至基準值，不足能量 改由返遲式轉換器提供。 針對三相不平衡與電壓降之補償策略，設定可調速驅動裝置之規 格（表１）與返馳式轉換器規格（表２）。 實驗結果 圖８　三相平衡時電壓降直流側波形 圖９　三相不平衡時電壓降直流側波形 圖１０　三相平衡時電壓降投入返馳式轉換器直流側補償波形與開關訊號 圖１１　三相不平衡時電壓降投入返馳式轉換器直流側補償波形與開關訊號 圖１２　三相電壓短路期間電力中斷直流側波形與開關訊號 圖１３　三相電壓短路期間電力中斷直流側補償波形與開關訊號 本文提出一種解決策略，補償三相不平衡與電壓降時可調速驅 動裝置所不足之能量，增加系統的能力，因此可降低可調速驅動 裝置直流電容值，減小當三相不平衡時，系統進入單相運轉，產 生低階漣波成份(對60HZ電源言，為120Hz 與240Hz)的機會， 也大大減少了成本；補償電路應用返馳式轉換器，除了