变频器供电电源对电动机绝缘强度的影响

1 引言作为变频器供电的电动机,由于变频器在换流的过程中,电动机释放电感贮能,引起电压突变,叠加在运行电压上,产生冲击电压,对电动机的对地绝缘形成威胁;高频陡削波前的脉冲电压加在电动机绕组上,在绕组内部产生高频振荡,在振荡过程中,绕组的首末端几匝产生最大的电位梯度,从而威胁绕组的匝间绝缘。由于极其频繁的换流次数和陡削波前电压冲击,导致绝缘反复冲击老化和电晕放电引起的腐蚀问题,使绝缘情况长期恶化,绝缘变质过程加快,因此在电机设计中要有一定的加强绝缘措施。变频器供电电源对电动机绝缘强度的影响与     

电压尖峰造成电动机故障实例分析

介绍了二电平变频器供电在电动机端产生电压尖峰现象,通过软件仿真和现场实测说明尖峰电压产生过程及其特点,实践证明变频器输出侧加装滤波器在很大程度上减小电机端子上的尖峰过电压峰值,但高频率电压冲击引起的介质损耗发热和du/dt造成的不均匀分布继续危害电机绕组绝缘。最后就改善变频供电电动机机端电压尖峰问题提出应对措施。     

变频器供电异步电动机绝缘系统概述

变频器供电异步电动机通常指变频调速电动机（以下简称电动机）。大多变频器输出PWM脉宽调制波形,含有大量谐波,将增加附加损耗。变频器输出电压的峰值较高,对电动机的绝缘造成严重的威胁,产生的高次谐波会导致电动机绝缘被击穿。由于变频电源的特殊性,以及系统对高速或低速运转、转速动态响应的需求,对作为动力主体的电动机,提出苛刻的要求,尤其是电动机绝缘系统。为更好地消除因变频器供电对电动机绝缘系统产生的不利影响,对电磁线槽绝缘、相间绝缘、浸渍漆、浸漆工艺予以概述。     

电机驱动用长电缆破坏机理分析及防护

采用长线电缆的电动机驱动系统频繁出现电缆绝缘损坏问题,严重影响了系统的可靠运行。在分析变频谐波和电压闪停对长线电缆绝缘影响的基础上,通过PSCAD/EMTDC软件建立了"变频器—长线电缆—异步电机"仿真计算模型,进行了变频谐波和电压闪停情况下长线电缆的过电压、过电流及相应频谱仿真分析。仿真结果表明:变频器输出脉冲波经长电缆传输时会在电缆接头处产生接近两倍的谐波过电压,同时产生谐波过电流导致电缆绝缘降低;电网电压发生闪停后,电机会发生能量倒送,产生短时大电流破坏电缆绝缘。基于仿真结果,设计了一种二阶RLC低通滤波器以抑制变频谐波的危害,并提出了降低电压闪停影响的保护措施,从而有效地保护电缆绝缘。     

改进式SHEPWM对三电平变频器系统的共模电压和轴电压的抑制作用

降低三电平中点钳位式变频器驱动电机的共模电压和轴电压,减小轴电流,对预防定子绕组绝缘击穿和延长轴承寿命以及减小电磁干扰等具有重要意义。使用改进型特定谐波消除脉宽调制技术,选择消除变频器输出共模电压中的低频分量,再使用共模滤波器滤除剩余的高频分量,在电机端得到了较低的共模电压和轴电压。并对有、无共模滤波器以及在工频电网供电下的共模实验数据进行了对比分析,结果证实该方法简单高效。     

用逆变器供电的三相鼠笼式感应电动机的可闻噪声分析

用逆变器供电的电动机中存在的主要问题是由谐波电压和电流分量产生的高级数的可闻噪声，可利用旋转磁场理论和麦克斯韦应力定理计算电动机空气隙的磁力场。这种分析得出的方法可用于预测由电动机产生的谱分量和用于阐述由非正弦电源引起的时间谐波的空气隙磁通密度分布。用这种方法计算由六级电压源逆变器和脉宽调制逆变器供电的小型三相鼠笼式感应电动机的空气隙磁通密度分布，并将理论上的结果与实验比较。     

电梯用VVVF电动机设计的一些体会

一、引言随着电子电力技术的发展 ,电梯的发展也由直流、交流双速、交流调速发展到现在的变频调速。由此 ,电梯专用的变频调速电动机 (即电梯用ＶＶＶＦ电动机 )也应运而生。它具有结构简单、维护方便、体积小、重量轻等优点。与专用变频器配套使用 ,能实现平滑调速、恒转矩运行、准确停靠等 ,从而大大提高电梯的舒适感。二、变频供电的特点在变频供电中 ,除基波外 ,还含有一系列( 6Ｋ±1 )的高次谐波和浪涌电压成份。谐波电流使电机的损耗增加 ,温升升高 ,效率降低 ,噪声、振动变大 ;浪涌电压则对电机的绝缘结构产生冲击 ,降低电机的可靠性…     

变频器供电永磁直线同步电动机谐波特性分析及计算

研究了变频器输出谐波电源对永磁直线同步电动机的磁势、电流、损耗、效率等的影响,分别计算了同台永磁直线同步电动机在传统正弦波电源与变频器输出非正弦电源下的效率、功率,分析了谐波问题的影响。给出了补偿变频器输出谐波的方案,采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq的谐波电流检测法对谐波进行检测,仿真结果为提高变频器供电电机的绝缘及永磁直线同步电动机的推广应用提供了依据。     

降低变频器输出电压变化率的LC滤波器的设计

在变频器供电的异步电动机控制中,电机绝缘上所受到的过大的应力会导致绝缘损坏。这主要是因为加在电机上的电压上升过快以及在电机足够长电缆端接上造成的过电压所致。本文提出一种变频器输出端LC滤波器加二极管桥式电路的设计和实现方案,可将电压变化率限制在每微秒几百伏,同时降低了长电缆电机端的峰值电压和电机中的共模噪声,并用附加电阻来清除谐振电路的能量。实验结果证明了上面的论述。     

降低变频器输出电压变化率的LC滤波器设计

变频器供电的异步电动机绝缘上受到过大应力会导致绝缘破坏，这主要是因为加在电机上的电压上升过快以及在电机长电缆端接上的过电压所致。提出一种变频器输出端LC滤波器加二极管桥式电路的设计方案。它可将电压变化率限制在每微秒几百伏，并用附加电阻来消除谐振电路的能量。通过实验对这一设计方案进行了验证。     

永磁同步电机谐波电压与电流的耦合模型及前馈控制

以一组正负序谐波电流对为研究对象,构建了多同步旋转坐标系下永磁同步电机的谐波电压模型,该模型揭示了正负序谐波电压与谐波电流之间的耦合关系。通过在传统矢量控制系统上增加参考谐波电流计算模块与前馈谐波电压计算模块,构建一种谐波电流注入控制系统,该系统中电流比例积分(PI)控制器只需完成基波电流对应直流量的跟踪,谐波电流的跟踪性能则由前馈的谐波电压保证。选取两种永磁同步电机作为谐波电流注入的试验对象,对比具有前馈谐波电压的系统与仅包含电流PI控制器的系统的谐波电流响应结果,台架试验结果表明前馈谐波电压能够有效地改善高频谐波电流注入的效果,另外从时域及频域分别对电机输出的转矩脉动信号进行对比和分析,结果表明:利用前馈谐波电压能更准确地完成谐波电流的注入,进而实现永磁同步电机转矩脉动的有效抑制。     

双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究

六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源,能够使预测电流控制变得更加精准,但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题,同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加,需要对其进行抑制。提出了一种改进的模型预测电流控制方法。利用最外围大矢量与次外围中矢量在z1z2子平面方向相反的特性,在一个控制周期内将两个矢量按照相应比例结合并作用于电机,可实现抑制谐波电流的目的。根据定子磁链所在扇区的位置确定出更小范围内的8个预测电压矢量,从而减少了系统运算量。同时以d,q轴电流误差项作为价值函数,消除z1z2子平面的电流误差项,如此可避免权重系数的整定。通过实验对所研究方法进行了验证,结果表明所提MPCC方法可以有效地降低谐波电流,并且具有良好的控制性能。     

载波幅值可调PWM技术及其在级联型多电平变流器中的应用

在详细分析直流电压脉动对输出电压影响机理的基础上,提出载波幅值可调PWM技术。根据直流侧电压脉动的实际情况及时调整载波幅值,可以有效地抑制直流侧电压脉动造成的输出电压畸变。载波幅值可调PWM技术原理简单、实现方便,还可以降低直流侧滤波电容,对提高系统品质和功率密度有重要意义。理论分析和仿真研究得到了实验验证。     

Universal field oriented controller based on air gap flux sensingvia third harmonic stator voltage

The universal field oriented (UFO) controller operating in the air gap flux reference frame is applied to a current regulated PWM induction motor drive. The air gap flux is measured by the stator third harmonic voltage component. It is shown in the paper that due to motor saturation, a third harmonic flux component is generated in the air gap. Since the third harmonic flux component is a function of the fundamental air gap flux and is always in phase with it for any load condition, it constitutes an accurate way to measure the fundamental air gap flux. This harmonic flux component induces a third harmonic in each one of the motor phase voltages, and the paper shows how this voltage is processed for the measurement of the air gap flux and consequent implementation of the UFO controller. Due to the robustness of the third harmonic sensing method and to the structure of the UFO controller, the resulting drive is not affected by detuning errors in steady state operation. In addition, the UFO drive has excellent dynamic performance even under strongly detuned conditions. To avoid any transition between the indirect universal field orientation (IUFO) (suitable controller structure for low speed) and the direct universal field orientation (DUFO) (suitable controller structure for high speed), a new type of UFO, i.e. a combination of the two methods is presented     

PT中性线断线的研究

对PT中性线断线产生的三次谐波电压及基波零序电压进行了理论分析和实验验证,并提出了实用判据。简述了对PT中性线断线研究的现状,从基本的磁滞回线入手,根据励磁电流、磁通、磁势之间的关系,对PT中性线断线时的三次谐波产生的机理进行了理论分析,对由不对称负载造成的零序基波电压进行了理论推导,又通过大量的实验进行验证,提出简单实用的判据,并分析了可能受到影响的保护。对PT中性线断线的判据研究提供了理论依据。     

Direct field orientation controller using the stator phase voltagethird harmonic

This paper presents the development and implementation of a direct field orientation controller (DFOC) for induction machines based on determination of the spatial position of the air gap flux from the third harmonic component of the stator phase voltages. The control utilizes spatial saturation harmonic components rotating at synchronous frequency that are generated in the air gap flux when the machine operates in a saturated condition. When the machine is wye connected, the sum of the three phase voltages results in a signal dominated by the third harmonic and a high frequency component due to the rotor slot ripple. It is shown that the third harmonic voltage component can be effectively used to estimate both amplitude and position of the air gap flux. Two methods for estimation of the air gap flux from the third harmonic voltage are discussed in the paper. A complete induction motor direct field orientation control is designed and implemented in the laboratory. Extensive experimental results showing the DFOC drive system performance are presented and discussed     

双三相永磁同步电机合成电压矢量直接转矩控制

针对传统多相电机的直接转矩控制算法在运行过程中存在转矩脉动和大量电流谐波的问题,提出了一种基于合成电压矢量的改进直接转矩控制算法。利用双三相永磁同步电机电压矢量丰富的特点,结合高阶滞环控制器的优点,在电机运行时减小转矩脉动。以电压矢量在谐波平面的电压分量等于零为约束条件,构造三组合成电压矢量。使用合成电压矢量替代传统电压矢量,达到降低电流谐波的效果。仿真结果表明,改进的直接转矩算法可以有效减小谐波电流和转矩脉动,具有良好的运行性能。     

畸变电源电压下的谐波检测方法与仿真研究

准确、快速、容易实现的谐波检测方法对于有源滤波器的控制十分重要.在总结现有谐波检测理论的基础上提出了一种谐波检测方法.该方法不受电源电压畸变的影响,通过对三相电源电压的预处理分离出电压正序分量,进而利用d-q变换实现了电流基波正序有功分量的准确检测;分析了电压电流的基波正序分量夹角对检测结果的影响;给出了一种缩短检测信号移相延时的策略.仿真结果表明该方法能够准确快速地进行谐波检测.     

注入3次谐波控制的共模电压分析

由于功率器件仅有2个开关状态,输出电压只能离散变化,造成中性点存在共模电压,对电机的运行产生负面效应。以传统两电平变频器和级联型高压变频器为例,分析了共模电压产生机理和3次谐波注入理论,在此基础上,分析注入3次谐波在提高直流电压利用率的同时,对输出共模电压造成的影响。经对比发现,共模电压新增加了3次谐波电压成分,当调制比取最大值时,共模电压中3次谐波电压幅值达到最大,加剧了共模电压对电机可靠运行的影响。通过Matlab仿真,验证了理论分析的正确性,并进一步说明了,对采用同相调制算法的变频器,注入3次谐波将导致共模电压增加。     

基于多电平随机脉宽调制技术的共模电压和谐波抑制方法

在PWM电机驱动系统中,多电平逆变技术可以降低系统中的共模电压和谐波含量,但是由于开关频率是固定的,在开关频率处的谐波仍很大。随机开关频率空间矢量调制技术可以通过对零矢量的控制,实现对共模电压的抑制,并且开关频率的随机化,使得开关频率处的幅值较大的谐波分散为一定带宽的幅值较小的谐波,降低了谐波的幅值。给出了混合型七电平逆变器的拓扑结构及控制方法,将高压单元的低频输出和低压单元的高频输出进行叠加,实现七电平的电压输出。分析了不同的开关状态对共模电压的影响,提出了用于共模电压抑制的矢量选择方法和用于降低谐波的开关频率随机化方法,仿真和实验结果显示,多电平逆变技术和随机脉宽调制技术的结合使用,大大降低了系统的共模电压和开关频率处的谐波分量。