变频调速系统应用中共模干扰问题及其分析模型

讨论了交流变频调速系统中普遍存在的共模干扰问题,包括电机轴承损坏、局部绕组绝缘击穿和电磁干扰(EMI).通过对双PWM变频调速系统共模干扰机理的研究,建立了变频调速器、传输电缆及交流电机的共模等效电路,分别用于对轴电压和轴电流的研究及仿真.提出了通过控制整流器和逆变器的PWM开关相位,有效降低变频调速系统共模电压的方法.     

静电屏蔽法抑制轴电流效能的分析

在PWM变频驱动系统中,逆变器产生的共模电压在电机耦合电容作用下,在轴承上产生轴电压和轴电流,影响电机轴承的寿命。研究轴电流的抑制方法,对PWM变频驱动系统的安全运行具有重要意义。首先分析了变频供电下交流电机轴电压形成机理,指出电机定转子间耦合电容Cwr对轴电流有重要影响,并针对定子完全屏蔽、部分屏蔽以及槽表面屏蔽这三种屏蔽措施的电机耦合电容进行了电磁场数值计算,分析了静电屏蔽导体的涡流损耗。对三种方法抑制轴电压和轴电流的效果进行了仿真分析。仿真结果表明,部分屏蔽方法的抑制效果与完全屏蔽的抑制效果相当,且其涡流损耗要小于完全屏蔽法,是一种较好的抑制方法。     

变频电机轴电蚀产生机理及预防

脉冲宽度调制(PWM)以其控制简单、灵活和动态响应好的优点大大改善了电机的调速性能,但PWM变频器共模电压时刻不为零,会对电机产生轴电压分量.本文简要阐述了变频驱动电机轴电压产生原因,轴电蚀的形成机理.并提出了几类直流电机轴电蚀预防办法,延长电机的使用寿命,提高产品品质.     

交流电机轴承电容的计算与测量

变频驱动技术使得电机获得良好的调速和运行性能,日益得到广泛应用。但由于变频器输出存在共模电压,导致产生轴电压及轴电流,引起轴承早期失效,严重危害交流电机的安全、可靠运行。电机轴承的电容参数是分析和预测轴电流问题的一个关键参数。但目前轴承电容的几种计算方法所得结果与实际值相差较大。该文针对轴承电容参数的计算和测量展开研究,提出一种基于电磁场的轴承电容计算方法。根据弹性流体动力润滑理论计算出轴承油膜中心厚度,根据实际轴承结构在ANSYS Maxwell中建立有限元分析模型,计算出等效电容。设计了相关实验测量轴承等效电容,实验数据表明轴承电容的测量结果与计算结果相近。     

电机轴电流问题中轴承等效电容和电阻的计算模型

在PWM逆变器供电交流电动机运行中,轴电流问题影响着系统安全。预测轴电压和轴电流需要确定轴承的等效电容和电阻。该文通过分析轴承受到应力作用发生的弹性形变推导了轴承滚球与滚道之间的赫兹接触面积与油膜厚度的计算公式,继而得出轴承电容的计算公式。通过该模型分析了轴承电容与电机轴承温度、电机转速和轴承受力之间的关系。推导了轴承等效击穿电阻的计算公式,指出该等效电阻会随着油膜击穿点数的增大而减小。对一台变频供电2.2 kW感应电机进行轴电压和共模电压测量,结果表明所提出的计算模型是合理的。     

基于PWM逆变器供电轴电流问题的交流电机耦合电容的计算与测量

PWM变频供电驱动系统中在交流电机定、转子寄生电容耦合作用下轴上感应电压,继而产生轴电流,可使轴承失效。电机内部耦合电容参数的准确计算和测量对预测轴电压和轴电流有重要作用。本文根据电机几何尺寸,给出了耦合电容的解析计算公式,分析了电机容量对耦合电容和轴电压分压比的影响。采用有限元法对异步电机进行多导体系统耦合电容分析计算,提出了定子绕组电磁散线建模方法,大大减小了定子绕组和定子机壳之间电容Cwf的计算误差;三维有限元计算结果表明绕组端部对定子绕组与转子之间电容Cwr有较大影响。最后介绍了一种适用于中小容量电机的耦合电容测量方法。     

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。     

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。     

PWM脉冲作用下电机轴电流产生机理分析

在分析电机内部分布参数的基础上，建立脉宽调制（PWM）逆变器驱动系统共模回路的等效电路，由此得到以共模电压形式存在的轴电压的计算公式。为研究轴承电流产生机理及存在形式，建立模拟轴承内部接触和轴承油层击穿的轴承模型。通过仿真分析轴承电流与脉冲电压上升时间、电机内部分布电容之间的关系。最后给出抑制电机轴电压与轴承电流的方法，并通过对比分析验证其有效性。     

PWM脉冲作用下电机轴电流产生机理分析

在分析电机内部分布参数的基础上，建立脉宽调制(PWM)逆变器驱动系统共模回路的等效电路，由此得到以共模电压形式存在的轴电压的计算公式。为研究轴承电流产生机理及存在形式，建立模拟轴承内部接触和轴承油层击穿的轴承模型。通过仿真分析轴承电流与脉冲电压上升时间、电机内部分布电容之间的关系。最后给出抑制电机轴电压与轴承电流的方法，并通过对比分析验证其有效性。     

NEUTRAL-TO-GROUND VOLTAGE MINIMIZATION IN A PWM-RECTIFIER / INVERTER CONFIGURATION

ABSTRACT

High frequency common mode voltage produced by power converters are a major cause of conducted EMI, creating motor ground currents, bearing currents and other harmful by-products. In this paper a control algorithm for an induction motor fed by a fully controlled rectifier and inverter is developed to reduce the common mode neutral-to-ground voltage of the induction motor. A bearing current model is used to evaluate the effects on the bearing currents of the double bridge modulation scheme when the new algorithm and conventional algorithms are used. Simulation results are shown to demonstrate the benefits of the new PWM approach.     

多相多重复合型PWM DC-DC变流器分析

分析了单相、两相,四相ＰＷＭ ＤＣ－ＤＣ变流器的电路工作特性,并对这几种变流器的输出电压和电流波形及交流分量进行了仿真分析和比较,分析和实验证明,多相多重ＰＷＭ ＤＣ－ＤＣ变流器具有工作效率高,电流纹波小,电磁兼容性好,输出功率大等一系列优点。     

PWM逆变器高频脉冲输出对电机的负面效应及其对策

基于传输线理论，讨论了PWM脉冲对过电压的影响。在利用有限元分析法获得电机绕组分布参数值的基础上，得到绕组电压分布不均的根本原因是输入脉冲的dv/dt太大。由于分布电容的存在，定子绕组和轴承形成电压耦合回路，PWM脉冲输入时，电机轴承电流存在dv/dt电流和EDM电流两种基本形式，导致电机轴承过早损坏。文中就此进行了理论和仿真分析，设计了一种滤波器用于抑制过高的电压上升率dv/dt。     

An evaluation of the electrostatic shielded induction motor: asolution for rotor shaft voltage buildup and bearing current

This paper evaluates a new induction motor, the electrostatic shielded induction motor (ESIM). An ESIM reduces rotor shaft voltages to levels below the bearing lubricant's electric field intensity breakdown level and offers one solution to accelerated bearing wear caused by fluting induced by pulsewidth modulated (PWM) inverters. The paper begins by reviewing shaft voltages and the resulting bearing currents when operated on PWM voltage source inverters. An example of bearing fluting is shown, and system models are presented and discussed. The construction details and test results for several ESIMs are presented. Experimental results show the ESIM solves the electrostatically induced rotor shaft voltage and bearing problem without degrading the electromagnetic performance of the motor     

Multilevel inverter modulation schemes to eliminate common-mode voltages

It is well known that conventional two-level pulsewidth modulated (PWM) inverters generate high-frequency common-mode voltages with high dv/dt. Similarly, commonly used multilevel inverter modulation schemes generate common-mode voltages. Common-mode voltages may cause motor shaft voltages and bearing currents and conducted electromagnetic interference (EMI). Premature motor bearing failures and electronic equipment malfunctions have been reported to be directly related to bearing currents and EMI. In this paper, approaches to eliminating common-mode voltage when using multilevel PWM inverters are presented. It is shown that inverters, which have an odd number of levels, will generate zero common-mode voltage by switching among certain states. Therefore, motor bearing currents will be eliminated and conducted EMI will be reduced. Both sinusoidal PWM and space-vector modulation (SVM) schemes are discussed and detailed comparative simulation results between conventional and novel modulation schemes are provided. The value of the proposed technique is demonstrated experimentally by applying the novel SVM approach to a conventional multilevel inverter.     

Effect of PWM inverters on AC motor bearing currents and shaftvoltages

This paper investigates AC induction motor shaft voltage problems, current flow through motor bearings and electric discharge current problems within bearings when operated under both pure sinewave and pulse width modulated (PWM) inverter sources. Experience suggests that PWM voltage sources with steep wavefronts especially increase the magnitude of the above electrical problems, leading to motor bearing material erosion and early mechanical failure. Previous literature suggests that shaft voltage-bearing current problems under 60 Hz sinewave operation are predominantly electromagnetically induced. It is proposed that under PWM operation these same problems are now predominantly an electrostatic phenomenon. A system model to describe this phenomenon is characterized and developed. Construction and test of a new electrostatic shielded induction motor (ESIM) verifies this model and is also a possible solution to the bearing current problem under PWM operation     

基于三状态马尔柯夫链的随机周期调制PWM技术研究

应用PWM调制技术的电力电子功率变换器中的全控型器件工作在很高的开关频率状态下，高速的开关动作会产生很高的dv/dt、di/dt，导致严重的电磁干扰。随机调制技术是一种直接控制干扰源，减小系统传导EMI、改善系统电磁兼容性的有效方法，但随机调制技术的应用会引起变换器输出电压纹波峰-峰值增加和精度降低。该文将一个优化了的三状态Markov链引入到随机周期调制技术中，通过对其原理的分析和对Boost变换器的系统仿真和实验分析，结果均表明，在随机调制技术中引入这种Markov链，同样可以降低系统产生的EMI，使功率频谱特性连续分布，在保证随机调制技术优点的同时，能够有效地降低功率变换器输出电压纹波峰-峰值，提高其电压输出精度。     

基于三状态马尔柯夫链的随机周期调制PWM技术研究

应用PWM调制技术的电力电子功率变换器中的全控型器件工作在很高的开关频率状态下，高速的开关动作会产生很高的dv/dt、di/dt，导致严重的电磁干扰。随机调制技术是一种直接控制干扰源，减小系统传导EMI、改善系统电磁兼容性的有效方法，但随机调制技术的应用会引起变换器输出电压纹波峰-峰值增加和精度降低。该文将一个优化了的三状态Markov链引入到随机周期调制技术中，通过对其原理的分析和对Boost变换器的系统仿真和实验分析，结果均表明，在随机调制技术中引入这种Markov链，同样可以降低系统产生的EMI，使功率频谱特性连续分布，在保证随机调制技术优点的同时，能够有效地降低功率变换器输出电压纹波峰-峰值，提高其电压输出精度。