变频器驱动系统滤波器设计研究

由于PWM逆变器输出的脉冲电压在电机接线端子及绕组上产生了差模电压和共模电压;特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端形成很大的过电压,危害电气设备的安全运行。通过对PWM逆变器驱动电机系统产生差模和共模电压机理分析的研究,在变频器输出端抑制电机端差模电压的RLC滤波器的基础上,提出一种改进型变频器输出端无源滤波器的方案,并给出了参数的设计方法。该滤波器可对共模及差模电压同时起到抑制作用,仿真结果验证了该滤波器设计方案的有效性,为变频器驱动系统滤波器设计研究提供理论依据。     

并联逆变器—交流电机的过电压抑制方法研究

在PWM逆变器供电的交流电机调速系统中,当逆变器与电机之间的电缆超过一定长度后,在电机端可能出现2倍于逆变器直流母线电压的过电压,过电压可能会导致电机绝缘失效.这一现象同样存在于多逆变器并联供电的交流电机调速系统中.提出了一种多逆变器并联供电的交流电机过电压抑制方法,在不使用任何滤波器的情况下,通过对各逆变器PWM脉冲宽度进行调整,达到抑制电机端过电压的目的.通过对2个和3个逆变器并联供电情况的分析给出了奇数和偶数逆变器供电的交流电机过电压抑制方法.实验结果证明了按照该方法能够很好地抑制电机过电压.     

高频PWM脉冲波传输引起电机端子过电压的研究

基于传输线理论,在分析高频PWM脉冲波在电缆上的传输及反射过程基础上,分析电机端子过电压产生机理;建立高频下适于仿真电机端电压的系统仿真模型,讨论反射波振荡频率对电缆和电机参数的影响,通过仿真建立反射波峰值电压与电缆长度,载频等参数的关系,提出在电机端并联阻抗匹配网络的方法抑制过电压。     

基于二端口网络的电机端子过电压研究

提出用二端口网络的方法来分析电机端子的过电压问题，建立了逆变器驱动电机系统中连接电缆的二端口网络模型，给出了电机端子电压的表达式，并通过仿真和实验验证了该方法的可行性。     

PWM逆变器端过电压滤波器设计

PWM逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆分布参数的影响会在电机端产生2倍的过电压,从而使电机承受的应力大为增加.本文在对电压脉冲上升时间与电缆长度关系分析的基础上,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器.通过对滤波器传递函数特性分析,给出了具体的参数选取原则与设计方法.采用本文提出的滤波器可以使电机端的过电压得到对称的抑制,通过在380 V/3 KW电机系统的实验,验证了该滤波器的有效性,取得了良好的效果.     

基于改进的虚拟合成矢量法异步电机三电平矢量控制仿真研究

三电平逆变器中直流侧中点电容电压平衡和过高的电压跳变问题直接影响着逆变器及其电机调速系统的可靠性。在分析合成矢量法的基础上,提出了一种改进的虚拟合成矢量脉宽调制控制方法,不但能够有效抑制输出电压的跳变、减少转矩脉动,而且能有效地实时控制三电平逆变器的中点电压。该方法实现简单,经仿真验证能够较好地解决电压跳变以及转矩脉动问题,同时中点电压亦得到很好的实时控制。     

PWM逆变器驱动异步电动机采用长线电缆时电压反射现象的研究

PWM逆变器驱动的异步电动机,在逆变器和电动机之间采用长线电缆传输时,会产生电压反射现象,导致在电动机端产生过电压,高频阻尼振荡,使电动机绝缘老化,造成电动机在短期内绝缘击穿等事故,这是PWM逆变器驱动异步电动机采用长线电缆所产生的负面效 应,文中首先分析了长线电缆传输时由于长线电缆的分布参数所产生的电压反射现象及其所造成的过电压等负面效应,分析表明电动机端产生的过电压与逆变器输出PWM脉冲上升时间和电缆长度有关。PWM脉冲上升时间愈短,电缆愈长,反射现象愈明显。采用低成本无源滤波技术可消除这种负面效应,文中分析和设计了一种一阶RC电动机端滤波器,用于接在异步电动机的接线端上,实验结果表明该滤波器可有效地减少电动机端过电压等负荷效应,从而提高系统的可靠性。     

电缆长度对PWM逆变器驱动电机端电压的影响

在建立PWM逆变器－电缆－电机高频模型基础上，通过仿真电机端子上的PWM脉冲反射波瞬间电压，建立了反射波峰值电压与电缆长度之间的关系，并给出了不同电缆长度情况下电机端电压的仿真及实验波形。     

柔性励磁系统输出过电压分析

针对柔性励磁系统中斩波变换器输出高频方波经电缆后在发电机励磁绕组上产生的输出过电压。首先,利用传输线理论,以所述高频电压方波在电缆上的传输反射过程为理论基础,分析过电压产生机理。然后,搭建电缆和发电机励磁绕组的等效参数模型,根据实际工程数据确定模型参数。最后,通过仿真分析输出过电压与电缆长度和电压波脉冲上升时间的关系,提出励磁系统连接电缆临界长度概念和基于阻抗匹配的过电压抑制方法。     

三相八开关逆变器的容错控制策略

针对中性点箝位型（NPC）三电平逆变器的容错拓扑及其控制问题,考虑逆变器发生功率器件断路故障情况以及故障前后空间矢量的变化,当故障发生时,将输出端子连接到直流链路的中性点,建立可容错三电平逆变器模型,实现开路故障下的容错控制。同时考虑逆变器直流侧中点性电压平衡问题,采用零序电压注入法,抑制了中性点电位的波动。仿真结果证明了该容错控制策略的可行性和有效性。     

长电缆连接的PWM驱动系统电机端过电压模型

变频器的大量使用,对电机绝缘产生较大影响,尤其是通过长电缆连接的PWM驱动系统在电机端会产生一个明显高于变频器输出的过电压,严重危害电机绝缘。本文基于等效开路电压和短路电流,构建了电机端过电压的数学模型,并通过仿真结果与理论分析比较验证了此方法分可行性。最后,通过构建的模型,分析了此系统中一些因素对电机端电压的影响。     

Estimation and Reduction of Motor Input Surge Voltage Using Frequency Response Analysis

This paper presents a plain method of calculating the voltage waveform at motor input terminals from the inverter output terminal voltage and also a method of reducing the voltage. The voltage waveform at the motor input terminals is obtained by a frequency domain calculation using the transfer function of the cable and the frequency characteristics of the voltage waveform at the inverter output terminals. The analysis using this method clarifies the mechanism of the rise of the maximum voltage at the motor input terminals, that is, ringing at the motor input terminals, which occurs at specific frequencies at which the transfer gain increases, causing the rise of the maximum voltage. Therefore, to decrease the maximum voltage at the motor input terminals, it is effective to shorten the cable length or cancel the ringing voltage by preswitching. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 186(4): 11–19, 2014; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.22482     

新型PWM逆变器输出无源滤波器的研究

研究了变频器在长线传输时产生的过电压问题，理论分析表明，电动机端过电压与PWM变频器采用的开关器件上升时间和PWM变频器与电动机之间的电缆长度密切相关：上升时间越短，电缆长度越长，电压反射现象越显著，过电压也越高。为消除PWM变频器长线传输时在电动机端产生的过电压等负面效应，提出了一种逆变器输出无源滤波器。实验研究验证了该滤波器能够将变频器输出的PWM电压滤成近似正弦波，从而有效地抑制电动机端的过电压。这种滤波器还可以有效降低共模电压。文中分析了这种滤波器的共模结构及其可以降低共模电压的原因，实验验证了设计思想的正确性。同一种结构的滤波器能够同时消除差模dv／dt和共模电压，减小了滤波器的体积和成本，结构简单，是一种消除逆变器输出负面效应的有效手段。     

一种混合级联型多电平逆变器拓扑结构

在交流电动机调速领域,大容量多电平变换器的应用越来越广泛,为了改善系统性能,各种各样的多电平拓扑结构被提出.本文提出了一种新颖的混合级联式多电平拓扑结构,该结构将传统的H桥逆变器(主逆变器)和二极管钳位型三电平逆变器(从逆变器)结合起来,串联为电动机供电,而这其中仅仅只有主逆变器需要电压源.这种新型的拓扑结构由于增加了从逆变器作为辅助单元用于能量存储,可以提高系统的效率,一定程度上实现电动机的四象限运行.相比传统的H桥逆变器,该拓扑可以减少输入电压源的数目;当电动机以稳定速度运行时,从逆变器可以为负载提供无功能量.该拓扑结构在电力机车和大型舰船推进系统等领域有着广泛的应用前景.     

A New Current Source GTO Inverter with Sinusoidal Output Voltage and Current

A new current source inverter with sinusoidal output voltage and current is presented. Gate turn-off thyristors (GTO's) and pulsewidth modulation (PWM) control techniques are used in the current source inverter to produce the sinusoidal output voltage and current. Three capacitors are connected to the ac output terminals to absorb overvoltages which occur when the GTO current is cut off and to provide a filter function for reducing harmonics in the output current. Voltage spikes, which have been a serious problem in the practical application of this inverter, are suppressed by adding gate pulses which force the inverter into a state of shoot-through. Moreover, this inverter permits the capacitance of an ac output terminal capacitor for absorbing overvoltages to be reduced to one-tenth or less of that of a commutating capacitor in a conventional thyristor type current source inverter. A 3.7-kW induction motor is driven by the inverter. The motor efficiency and noise level are measured and compared with those obtained when the motor is driven by a conventional voltage source PWM inverter. An operating efficiency five or six percent higher and noise level 10 dB lower are obtained for the former. Therefore, this current source GTO inverter is very suitable for ac motor variable speed drives.     

Improved current source GTO inverter-fed induction motor driveswith PWM-controlled thyristor converter

An improved current-source GTO (gate turn-off) inverter system for driving an induction motor at high frequency was developed. This system is composed of an inverter using GTOs and a PWM (pulsewidth-modulated)-controlled thyristor rectifier. The energy rebound circuit in the inverter is used to turn off the thyristors in the rectifier and to apply PWM control techniques. This circuit plays an important role in the treatment of reactive power in a load. The capacitors connected to the AC input terminal to improve PWM control also function as a filter. Thus, the waveforms of the input voltage and current become almost sinusoidal. Principles and circuit operations of the rectifier section are described in detail. The current-source GTO inverter is used to drive a 5.5 kW induction motor. The experimental waveform and characteristics for the tested motor drives are given. It is shown that the harmonic components of the input voltage and current are eliminated or reduced by using the PWM control technique without spoiling the inherent characteristics of the current-source GTO inverter     

PWM逆变器供电异步电机端部过电压的分析和仿真

PWM逆变器供电时电机的端电压出现幅值增高和振荡现象,对电机的匝间绝缘造成很大的威胁,本文提出了一种可以判断PWM逆变器供电异步电机端部过电压波形的实用仿真方法,该方法根据PWM逆变器供电电机系统的特征建立系统的仿真模型,将电机用实测的等效的阻抗频率特性来替代,将三相电缆等效成一个二端口网络,通过傅立叶分析计算电机端部的暂态过电压。与实测波形的对比,证明这种方法的仿真结果可以与实际情况良好地吻合。     

带储能单元的新型多电平逆变器及其控制算法

为了提高高压大容量变频器的性能,各式新型多电平变换器拓扑结构纷纷被提出。本文将传统的二极管钳位型三电平结构(从逆变器)与H桥级联型结构(主逆变器)相结合,提出了一种带储能单元的新型混合多电平逆变器拓扑结构。在该拓扑中,只有主逆变器是需要电源供电的,而从逆变器则不需要电源供电,其母线直接连接在悬浮的超级电容上。从逆变器可以作为能量存储装置,实现电机制动能量的存储再利用,提高系统的效率;在动态过程中,悬浮电容的电压可以通过一定的控制算法始终保持稳定。本文通过仿真和初步的实验验证了该拓扑及其控制算法的可行性。该拓扑结构有着广泛的应用前景,尤其是在电力机车和舰船推进等需要频繁启制动的独立电源系统中。     

基于载波相移THI-PWM技术的多电平逆变器研究

针对传统的电压型多电平逆变器直流电压利用率低的问题,在对载波相移SPWM调制技术进行数学分析的基础上,将三次谐波注入(Third Harmonic Injection,THI)的思想引入到载波相移技术中,提出了一种适用于多电平逆变器的载波相移THI-PWM调制技术,使得系统的波形系数从1.732上升到2,直流电压利用率提升15%左右。在Matlab/Simulink中搭建了三相五电平逆变器模型进行仿真验证,结果证明了该方法理论的正确性和可行性。