对三电平变频器驱动电机的共模电压抑制的研究

降低和消除共模电压及共模干扰,在高压大功率电力电子变换器中具有重要意义。本文以一个三电平NPC变频器驱动的交流电机系统为研究对象,使用消除三次谐波式的特定谐波消除脉宽调制即SHEPWM(Selected Harmonics Elimination PWM)技术,从源头上消除变频器输出共模电压中的低频分量。而对所剩的高频部分共模谐波,使用共模滤波器进行滤除。定性和定量分析了差模滤波器参数不对称对共模电压的影响。实验证实了本文方案实用高效。     

一种消除PWM逆变器驱动系统中电动机端轴电压和轴承电流的前馈有源滤波器

为抑制由PWM逆变器输出的共模电压而导致电机轴承的损坏，提出了前馈有源滤波器。滤波器包括无源共模电压检测网络，推挽电路以及四绕组共模变压器。滤波器输出与共模电压幅值相同极性相反的补偿电压，将其叠加到逆变器输出上，从而达到消除共模电压进而消除轴电压和轴承电流的目的。文中还给出了部分滤波器参数的确定方法。仿真和实验结果验证了该滤波器可以显著地抑制电机端共模电压，从而减小了变频器输出的负面影响如轴电压，轴承电流等。延长了轴承的寿命，提高了PWM驱动系统的可靠性。     

一种消除PWM逆变器输出共模电压的前馈有源滤波器

提出了一种消除PWM逆变器输出共模电压的前馈有源滤波器，包括无源共模电压检测网络，推挽电路以及四绕组共模变压器。滤波器输出与共模电压幅值相同极性相反的补偿电压，将其叠加到逆变器输出上，从而达到消除共模电压的目的。给出了部分滤波器参数的确定方法。结果表明，该滤波器可以显著地抑制电机端共模电压，从而减小了变频器输出的负面影响。     

PWM电机驱动系统中共模电压和轴电压的抑制

为了抑制PWM驱动电机系统中的高频共模电压和轴电压.提出一种无源滤波器拓扑结构.通过对传导干扰传播途径的分析,设计滤波器拓扑结构及其参数.该滤波器包括了一个共模滤波器和一个差模滤波器,连接在PWM逆变器的输出侧及整流器的输入侧,共模滤波器分别消除逆变器输出侧与电机之间的共模电压及整流器交流侧的共模电压,差模滤波器消除三相线和线之间的高频差模电压及衰减电机终端出现的过电压.实验结果表明本文提出的方法有效地抑制了共模电压和轴电压,并且使系统的传导干扰发射在整个频段内均不超标,验证了所提出无源滤波器拓扑结构的正确性及参数选择的有效性.     

高压变频器共模电压仿真研究

该文分析了PWM高压变频器中输出电缆对电机影响、共模电压和三电平逆变器箝位点电位不平衡机理。为有效抑制共模电压对变频器的不良影响，提出了新型拓扑结构：在24脉波整流/三电平逆变的高压变频器中，设置共模电抗器，并将整流器中性点、直流侧中间点、输出滤波器中性点和三电平逆变器箝位点相连，并通过小电阻和系统地相连。基于该拓扑结构对6kV／2250kW的电机所进行的仿真结果表明，该拓扑结构可以减小高压变频器的共模电压，提高变频器运行的可靠性。     

PWM驱动系统中的共模电压及抑制

针对PWM逆变器在工作时产生的共模电压可能损坏电机轴承,产生电磁干扰等降低系统可靠性的问题,对共模电压的特性及其负面影响进行了理论分析和实验验证,并得出共模电压的抑制方法.提出一种由一个单相逆变器和一个五绕组变压器组成的逆变器输出有源滤波器结构来消除共模电压.该滤波器可以构建一个与PWM逆变器输出的共模电压大小相等、相位相反的共模电压,通过五绕组变压器叠加到电机端,从而消除电机端的共模电压.由统一的控制单元同时输出PWM逆变器和单相逆变器的控制信号,给出滤波器的相关控制策略及设计方法.实验验证了所提出的滤波器消除共模电压及其负面效应的有效性.     

一种抑制共模电压的方法及差模滤波器设计

PWM逆变器在直接驱动电机时会产生较高的共模电压,并且逆变器的输出电压中含有大量的差模电压谐波分量。这对于电机系统来说是负面效应。首先介绍了一种新的脉宽调制方法(NSPWM),该方法可以抑制共模电压。其次,在逆变器的输出端提出一种LC滤波器的拓扑结构。该方法可以有效地滤除相电压的高次谐波,从而消除了差模电压的谐波分量,并且在很大程度上抑制了共模电压。     

PWM变频器输出共模电压及其抑制技术的研究

PWM逆变器在应用中产生的共模电压将影响系统的可靠运行。文中研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应产生机理，揭示了共模电压产生的原因及其抑制方法，并得出共模电压是变频器输出负面效应产生的主要根源的结论，为滤波器的设计提供理论依据。根据共模电压是由一系列高频谐波组成这一特性，提出了一种新颖的逆变器输出前馈有源滤波器结构，可有效地消除了变频器输出共模电压的负面效应，实验验证了这种结构的有效性。     

多电平SPWM变频器中共模电压抑制技术的研究

鉴于两电平变频器输出的共模电压只能依靠外接滤波器进行消除，研究了三电平PWM变频器中共模电压的抑制技术。利用三电平变频器的有效开关状态，分析了三电平变频器中产生共模电压的原因，得出奇数电平变频器可以通过软件的方法来抑制共模电压的结论。针对常用的变频器控制策略一SPWM，提出了降低和消除共模电压的改进策略，并用仿真结果验证了其正确性。文中还给出了不同的调制策略对电动机性能影响的比较，验证了所提策略的可用性。     

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。     

多电平逆变器共模电压的抑制

大多数脉宽调制的多电平逆变器会产生共模电压,导致很大的电机轴承电流和电磁干扰,直接影响电机轴承的使用寿命和电子设备正常工作.为此,针对多电平逆变器电压空间矢量的特点和规律进行了分析,并对各个电压空间矢量以及各种冗余开关状态进行研究,发现了冗余开关状态与共模电压的内在联系,同时提出了一种抑制多电平逆变器共模电压的空间矢量方法.仿真与实验结果证明了该理论分析以及所提出的抑制共模电压方法的正确性.     

Voltage Clamping Circuits for CSI/IM Drives

One of the limitations of conventional autosequentially commutated inverter (ASCI) for high-power induction motor drives is the high voltage that is produced in the commutation capacitors during the current commutation from one phase to another. Since the capacitor voltage appears directly on the semiconductor components, it increases their required voltage ratings. Also, the high-voltage spikes generated at the motor terminals may cause damage to the motor insulation. A brief review of the literature on limiting the capacitor voltage and clamping the voltage spikes is given. Two circuits suitable for high-power applications are proposed. The analysis and the results of digital computer simulation of the proposed circuits are presented.     

CLC型PWM逆变器端无源滤波器的设计

由于PWM逆变器输出电压中含有较多的高频分量,所以逆变器输出端必须加入低通滤波器来减小谐波含量.借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器来消除逆变器输出端共模电压的方法,通过分析共模变压器带有漏感时的等效电路,提出了一种新型的CLC型逆变器端无源滤波器.利用共模变压器产生的漏感代替差模电感来抑制差模电压dv/dt,同...     

PWM驱动系统中感应电动机轴电压轴电流研究

由于PWM变频技术的应用，在电动机轴承端产生的轴电压和轴电流会导致电动机轴承的过早损坏，影响电动机系统的运行。为了研究轴电压、轴电流的机理，建立了电动机内部耦合参数的共模模型。在该模型的基础上，对轴电压和轴电流进行分析，确定了轴电流的流通路径，并提出了抑制轴电流的措施。仿真和实验结果证实了模型的正确性。该模型为研究正确消除和降低轴电压、轴电流的方法提供了有效的分析手段和仿真手段。     

Voltage source inverter

A design optimization tool is developed for a three-phase voltage source inverter (VSI) with diode frontend rectifier. The insulated gate bipolar transistor (IGBT)-based pulsewidth modulation (PWM) voltage source inverter with diode front-end rectifier has become the converter of choice for three-phase ac-fed general-purpose industrial motor drives. The converter power stage, which mainly consists of the front-end rectifier, the inverter, the dc link capacitor, the harmonic and electromagnetic interference (EMI) filter, and the thermal management system, as shown in Figure 1 with a motor load, is the primary contributor to the overall converter cost and size. Since there are interdependencies and tradeoffs among components or subsystems in the power converter, it is very desirable to have a systematic methodology and tool for achieving a cost-optimized or size-optimized converter design while meeting the system performance requirement. A design tool will also reduce the development cycle and effort.     

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器

为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行,必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而,较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法,结合软开关技术的优点和脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制的特点,提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器,通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作,同时,辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式,并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究,结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。     

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。     

高低电压穿越能力测试用电压暂升暂降发生装置

国家电网公司近期发布了《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术规范(征求意见稿)》,提出了变频器高低电压穿越能力要求,但却缺少相应的检测设备。本文研制了一种10k W低压辅机变频器高低电压穿越能力测试用电压暂升暂降发生装置,系统主拓扑为背靠背式三相PWM变换器,可实现各种平衡或不平衡电压暂升暂降,幅值变化范围为0~130%UN。样机测试证明,该装置能准确快速地输出目标电压,满足对火电厂一类低压辅机变频器进行高低电压穿越能力测试的要求。     

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.     

电压型逆变器驱动的多套Y绕组电动机空间矢量电压研究

研究了电压型逆变器(VSI)驱动的多套Y绕组结构电动机的空间矢量电压(SVV).根据SVV和磁链矢量之间存在着近似的积分关系,提出用该量替代磁场量进行谐波分析,以用于评估多相交流电动机运行性能;根据伏秒平衡原理,求取了中点不相连的多套Y绕组合成SVV;总结了各Y绕组之间的空间相移与绕组电压相移的一般性规律;以4Y(十二相)绕组结构为例,理论分析了当一组三相逆变桥故障时绕组的空间矢量电压谐波,并通过仿真对分析结果进行了验证.