基于共模耦合效应的电机绕组过电压研究

高du/dt的PWM电压将会在电机内部产生共模耦合效应,并在电机内部的共模耦合回路形成共模耦合电流,共模耦合电流流过电机绕组时,将引起电机绕组电压的畸变,并产生电压过冲。与电机端子的过电压一样,影响电机绕组的绝缘。该文从电机内部共模耦合效应的角度分析和计算了电机绕组的过电压,建立高频情况下电机内部的共模等效电路集总参数模型,给出共模耦合电流和电机绕组电压的计算方法,分析了共模耦合电流对电机绕组电压的影响,并通过仿真和实验进行了验证。     

基于预测控制技术的逆变-电机系统共模干扰抑制

共模电压幅值大小是衡量电磁干扰强弱的重要指标,较大的共模电压会对电机绕组间绝缘和电机轴承产生严重的危害。通过电压源逆变器驱动的三相电机共模电压的建模控制与分析,发现模型预测控制可以有效减小共模电压,比传统的屏蔽滤波技术有减少成本与体积等优势,但会带来输出电流波形的畸变。在传统的三相感应电机电流预测控制基础上,引入共模电压幅值的影响,通过调节代价函数相应影响因子的权重,达到低输出电流畸变与低共模电压的平衡。通过仿真分析验证了此控制策略的有效性与可行性。     

变频传动系统感应电机的共模阻抗模型

在变频传动系统中,脉冲宽度调制技术带来了严重的共模干扰问题,因此在进行变频传动系统设计时,有必要对系统的共模干扰进行预测和分析。为此,提出了两种用以分析变频传动系统共模干扰的感应电机共模阻抗模型,并研究了模型参数的提取方法。在分析电机内部结构的基础上,建立了基于阻抗测量的电机共模模型,通过阻抗分析仪提取了相关参数。针对只关注电机共模外特性的场合,提出了基于共模电压和电流测量的电机共模模型,考虑到频率失真和频率泄露,使用共模电压和共模电流的包络线计算模型参数。模型仿真结果与测试结果相符,验证了模型及建模方法的有效性。     

逆变器驱动电机系统中不同接地情况下的共模耦合电流路径

分析了逆变器驱动电机系统中的共模电压、高频情况下电机内部的共模耦合通道以及共模电压在这些通道中产生的共模电流。详细分析了系统在不同接地情况下的共模电流的流向及其防护。电机双端轴承绝缘并且电机轴碳刷接地，可构成对轴承电流的最佳防护。     

逆变器驱动电机系统中不同接地情况下的共模耦合电流路径

分析了逆变器驱动电机系统中的共模电压、高频情况下电机内部的共模耦合通道以及共模电压在这些通道中产生的共模电流。详细分析了系统在不同接地情况下的共模电流的流向及其防护。电机双端轴承绝缘并且电机轴碳刷接地,可构成对轴承电流的最佳防护。     

逆变器驱动电机系统中的耦合电流

针对由于逆变器驱动电机系统中的PWM电压具有高频和高dv／dt的特性,在电机内部产生共模耦合效应,并产生共模耦合电流流过电机内部的寄生电容这一特点,通过建立的分布参数电路模型和等效的集总参数电路模型,研究了电机内部高频情况下的共模耦合效应,分析了共模耦合电流的基本特性,给出了共模耦合电流的计算方法,对三相系统中的耦合电流进行了试验研究,并讨论了耦合电流对系统性能的影响。结果表明,耦合电流伴随电压的跳变而产生。呈双频振荡,引起电压和电流的畸变,并将引起电机绕组的过电压。     

逆变器驱动感应电机系统中的电机轴承电流

逆变器输出的高频PWM电压作用在电机绕组上,在电机内部产生共模耦合效应,形成共模耦合电流,其中流过电机轴承的共模耦合电流会造成电机轴承的损坏。分析了电机内部的共模耦合效应和轴承电流产生的机理,讨论不同情况下轴承电流表现的不同特性以及轴承电流的测量方法,为轴承电流的深入研究打下基础。     

光伏水泵系统PWM输出滤波方法及影响分析

针对光伏水泵系统的逆变器PWM电压输出导致的共模电压、电流等现象常引起水泵电机故障的问题,在分析了PWM 逆变器驱动电机系统产生共模电压、电流机理的基础上,采用滤波电容公共点接回到光伏母线侧负端的LC滤波器,使共模电压与电流得到抑制。LC滤波器使电机侧的输入状态发生改变,通过分析PWM输出LC滤波方法对感应电机控制系统的影响,对滤除参数的选取进行了优化。并对以上研究进行了实验,结果表明参数选取方法的正确及有效性。     

一种新颖的用于消除PWM逆变器输出共模电压的有源滤波器

PWM逆变器在应用中会产生共模电压，共模电压在IGBT的高速开关期间产生充放电电流，此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰。还会使电机轴承过早毁坏，从而影响系统运行的可靠性。文中提出了一种新颖的可以有效消除脉冲宽度调制（PWM）逆变器产生的共模电压的有源滤波器。这个有源滤波器由一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器组成，可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等，相位相反的共模电压，通过五绕组共模变压器组成，可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等，相位相反的共模电压，通过五绕组共模变压器叠加到逆变器输出中，从而有效消感应电机端的共模电压。这种有源滤波器结构简单，控制容易。文中通过理论,仿真和实验结果证明了这种结构的有效性。     

交流电机在高频下的分布电容特性

变频供电下产生的高频谐波电压会与分布电容产生共模电流,对电机的运行产生干扰。而影响共模电流大小的主要因素有电机的分布电容,因此通过不同频率下的电机分布电容的频率响应试验,分析分布电容随频率变化的原因,为通过降低分布电容来改善高频谐波电压对电机干扰提供参考。     

Active cancellation of the common-mode voltage produced by a voltage-source PWM inverter

This paper proposes an “active common-mode noise canceler” that is capable of eliminating the common-mode voltage produced by a voltage source PWM (pulsewidth modulated) inverter. It generates a compensating voltage which has the same amplitude as, but the opposite phase to, the common-mode voltage produced by the PWM inverter. The compensating voltage is superimposed on the inverter output by a common-mode transformer. As a result, the common-mode voltage applied to the load is canceled completely. The design method of the active common-mode noise canceler is also presented in detail. A prototype has been constructed and tested to verify the effectiveness for an induction motor drive system of 3.7 kW using an IGBT (insulated gate bipolar transistor) inverter. Some experimental results show that the proposed active common-mode noise canceler makes a significant contribution to eliminating the common-mode current or the ground current, and it prevents an electric shock from being received by anyone handling it.     

无零矢量作用的逆变器结构仿真研究

文章在原有三相两电平的逆变器结构的直流母线上增加了两个开关管,使得共模电压在零矢量作用时得到了消减。同时在MATLAB/Simulink中搭建三相永磁同步电机（PMSM）矢量控制的仿真模型,基于此模型研究了无零序矢量脉宽控制（NZPWM）减少共模电压幅值的控制策略。通过不改变传统空间矢量脉宽调制（SVM）策略,构建了一种逆变器的拓扑结构使得零序矢量作用时无共模电压产生。结合理论与仿真分析,并与SVM比较,结果表明,NZPWM能够有效抑制共模电压幅值,但是线电压的谐波含量有所增加,定子电流、转矩、转速出现大的波动,改变逆变器拓扑的方式比NZPWM更好的抑制共模电压幅值,输出线电压的谐波含量也未增加且电机的电流、转矩、转速特性也未发生改变,研究表明这种结构能有效抑制共模电压且保持原有输出性能不变。     

PWM逆变器输出端共模与差模电压 dv/dt滤波器设计

PWM逆变器直接驱动电机时会产生较高dv/dt的共模电压,并由此产生轴承电流和共模漏电流以及严重的电磁干扰(EMI).特别是当逆变器通过长线电缆与电机连接时,由于电缆中分布参数的影响,会在电机端产生电压反射现象,从而在电机端会产生2倍以上的过电压,导致线圈绝缘失败.本文通过对PWM逆变器驱动电机系统产生的共模以及差模电压分析,提出了一种改进型的逆变器端无源滤波器,并给出了参数的设计方法.与传统的滤波器相比,该滤波器可对共模及差模电压dv/dt同时起到抑制作用,从而减小了由此产生的负面效应.实验结果验证了该滤波器的有效性.     

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。     

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逆变器输出对异步电动机的不利影响及其抑制分析

文章通过分析,揭示了PWM逆变器驱动的异步电机调速系统时的三个主要的不利影响,即PWM逆变器输出产生的异步电动机端部绕组过电压、谐波电流、以及共模电压。并结合过电压、谐波电流、以及共模电压的特点与产生的机理,分析了仿真研究所需的电缆与异步电动机的数学模型建立的思路与方法,并阐述了不同结构和安置地点的滤波器的设计思想,指出滤波器设计时,应综合考虑的几个重要因素。     

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。     

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。     

一种新颖的逆变器输出无源滤波器的研究

提出了一种新颖的可以同时降低差模dv／dt和共模电压的逆变器输出无源滤波器。该滤波器由一LC低通滤波器和一共模变压器构成。其主要特色是将两种结构的滤波器集合在一起，简化了滤波器的结构和设计。通过理论分析，仿真和实验方法验证了该滤波器在满足降低差模dv／dt使差模电压正弦化的同时可以最大程度的消除共模电压，从而有效延长电机的电气寿命。详细地分析了滤波器的共模等效电路，然后给出了滤波器的设计方法。进行了传统的LRC滤波器的相关实验，与所提滤波器进行了效果对比，验证了所提滤波器的有效性。