現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)負(fù)面效應(yīng)研究及其對策.pdf

1、隨著變頻器的小型化、多功能化、高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字化，使變頻器的靈活性和適應(yīng)性不斷增強。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的使用越來越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用PWM控制技術(shù)，它可以改善變頻器的輸出波形，與其它控制形式的變頻器相比，可降低電動機諧波損耗，減小轉(zhuǎn)矩脈動，簡化逆變器結(jié)構(gòu)，加快調(diào)節(jié)速度，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。 但在PWM變頻器的廣泛使用中，發(fā)現(xiàn)其帶來一些顯著的負(fù)面效應(yīng)。首先，在 PWM 變頻器與電動機之間需長線電

2、纜傳輸時在電動機端產(chǎn)生過電壓，加劇了電動機繞組絕緣壓力；其次，電壓源型PWM變頻器會產(chǎn)生高頻共模電壓，它會在電動機轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高的軸電壓，并形成軸承電流，使電動機的軸承在短期內(nèi)造成電氣原因的損壞，縮短電機使用壽命。再次，高速開關(guān)的電力電子器件產(chǎn)生強烈的電磁干擾(EMI)。傳導(dǎo)性EMI和輻射性EMI會干擾其他控制系統(tǒng)或電子設(shè)備的正常運行，甚至導(dǎo)致誤動作。上述PWM變頻所帶來的負(fù)面效應(yīng)使系統(tǒng)可靠性下降，故障率增加，但往往被變頻器的使用者忽視

3、，然而它所帶來的實際損失可能大大超過交流變頻調(diào)速系統(tǒng)本身的成本。因此，研究PWM變頻器產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)及其解決方法具有重要的理論意義和實用價值。 首先，利用傳輸線理論，研究了逆變器在長線傳輸時產(chǎn)生的過電壓問題，即把 PWM 變頻器輸出的 PWM 電壓脈沖信號看作是在長線電纜上傳輸?shù)男胁?，由于長線電纜的分布參數(shù)，使電壓行波在電動機端產(chǎn)生反射現(xiàn)象，反射波與入射波疊加，使電動機端電壓近似加倍，從而在電動機端產(chǎn)生過電壓、高頻阻尼振蕩等現(xiàn)象

4、，大大加劇了電動機繞組的絕緣壓力，使電動機絕緣過快損壞，降低了電機的使用壽命。理論分析、仿真和實驗研究表明，電動機端過電壓與PWM變頻器采用的開關(guān)器件上升時間和PWM變頻器與電動機之間的電纜長度密切相關(guān)，上升時間越短，電纜長度越長，電壓反射現(xiàn)象越顯著，過電壓也越高。研究了電壓源型PWM逆變器輸出產(chǎn)生的共模電壓及其負(fù)面效應(yīng)的本質(zhì)，揭示了共模電壓的本質(zhì)及其抑制方法，并得出共模電壓是逆變器輸出負(fù)面效應(yīng)的產(chǎn)生的根源的結(jié)論。為消除PWM變頻器長線

5、傳輸時在電動機端產(chǎn)生的過電壓等負(fù)面效應(yīng)，提出了一種以差模濾波為主，兼有抑制共模電壓作用的逆變器輸出無源濾波器。該濾波器是在基本RLC濾波器基礎(chǔ)上通過在濾波電感上增加附加繞組來實現(xiàn)的。其特點是將兩種濾波作用有機結(jié)合。仿真及試驗表明，在滿足差模濾波要求的同時，可減小共模電壓有效值約60％。文中示出了該濾波器的基本結(jié)構(gòu)及其差模和共模等效電路，分析了差模和共模電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，給出了濾波器參數(shù)的工程計算方法及部分試驗結(jié)果。 鑒于兩電平逆變器

6、的輸出共模電壓只能依靠外接濾波器進行消除，研究了共模電壓的三電平抑制技術(shù)。利用三電平逆變器的有效開關(guān)狀態(tài)，分析了三電平逆變器中產(chǎn)生共模電壓的原因，得出奇數(shù)電平逆變器可以通過軟件的方法來抑制共模電壓的結(jié)論。針對常用逆變器控制策略-SPWM 和 SVM，分別提出了降低和消除共模電壓的改進策略，并用仿真結(jié)果驗證了其正確性。并對不同的策略進行了對電機性能影響的比較，驗證了所提策略的可用性。 分析了矩陣變換器共模電壓產(chǎn)生的機理。對雙電壓控