变频调速中的共模电压分析

共模电压是由于变频调速中使用了PWM调制技术产生的。文章从电压型交－直－交逆变器的工作原理出发，详细分析了整流器和逆变器的共模电压，它的幅值大小，以及高压变频器产生共模电压的原理。同时还分析了系统接地方式对共模电流的影响，提出了抑制共模电压的基本方法，并给出了仿真结果。     

交流变频调速系统负载侧滤波器的研究

谐波是PWM变频器的突出问题 ,它引起电动机损耗增加和转矩脉动 ,并且影响变频器的安全运行。本文提出了采用负载侧滤波器消除变频器的输出谐波的方法 ,并应用计算机辅助分析手段进行了滤波器参数的优化设计和带滤波器变频调速系统的分析。试验表明该项措施在消除变频器输出谐波以及提高调速系统性能方面的效果是明显的     

两种常见电压源型高压变频器的比较

1.引言 随着电气传动技术,尤其是变频调速技术的发展,作为大容量传动的高压变频调速技术也得到了广泛的应用。近年来,各种高压变频器不断出现,电压源型高压变频器具有运行稳定、调速范围宽、输出波形好、输入电流谐波含量低、功率因数高和效率高等优点,应用较为广泛。本文对三电平PWM变频器和单元串联多电平PWM变频器二种应用较为普遍的电压源型高压变频器进行分析比较,指出各自优缺点。 2.三电平PWM电压源型变频器 在PWM电压源型变频器中,当输出电压较高时,为了避免器件串联引起的动态均压问题,同时降低输出谐波和dv/dt,逆变器部分可以采用三电平方式,也称中心点钳位(Neutral Point Clamped:NPC)方式,如图1。逆变部分功率器     

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.     

变频谐波对电机振动噪声特性的影响规律

变频电机的振动噪声是影响电驱动产品应用的重要因素.为更准确掌握变频电机振动噪声激励,设计低噪声变频电机,该文建立变频电机振动噪声特性的一种分析模型,从变频机理出发,推导正弦脉宽调制(SPWM)变频器的输出谐波,再根据麦克斯韦定律计算分析变频激励下电机气隙的电磁激励力特性,并基于有限元法建立电磁-固-声多场耦合仿真计算模型,最后通过对比实测电机的声功率总结出变频谐波对变频电机振动噪声特性的影响.分析结果表明,电机振动噪声在低频部分的谐波由电机的调制频率产生,而变频器引入的高频谐波会使电机在开关频率附近辐射大量的噪声,因此,低噪声变频电机的设计必须消除或者削弱这些谐波.     

变频电动机振动转矩特性测定的新方法

目前,变频调速系统仍然是用变频器驱动普通的异步电动机.而变频器输出的大量高次谐波产生的振动转矩已经影响到整个变频调速系统性能的提高.文章提出一种变频器电源供电下三相异步电动机振动转矩特性测定的新方法,并用实验证明此方法的正确性,对今后变频电机的设计有一定参考作用.     

基于小波分析的优化PWM逆变系统控制

主要研究了变频调速过程中电机谐波和发热的难点问题。为此提出了采用小波分析实现谐波电压和电流的在线反馈跟踪,以获得谐波分量最小的优化控制方式。通过优化组合PWM逆变控制技术,使逆变器在整个输出频率范围内,保持电机谐波和发热最小的最佳工作状态。这种依据小波变换原理对IPM逆变输出电压进行采样,用DSP芯片软件完成小波计算测试谐波,适时性强,分辩率高,基波幅值误差小(误差精度小于5%),因而成功地解决了变频调速过程中PWM控制的谐波和电机发热问题。经实验测试,电机发热减少了35%,节能效率高,技术新颖,实用性强,为最终消除谐波实现闭环的PWM在线控制提供了一种新的设计思想。     

基于级联H桥变频器的极相调制感应电机驱动系统

高压电机配用高压变频器具有较大的节能性和高效性,已有广泛应用。级联H桥多电平变频器采用模块化设计理念,通过多个相同的低压变换单元级联起来实现高压及大功率的功能,且变频器输出电流谐波较小。极相调制感应电机可以将传统三相电机的控制方法和极相调制模式结合起来,使电机转矩和转速范围得到扩展。为此介绍一种级联H桥多电平变频器拖动极相调制感应电机变频起动和调速,该电机的定子绕组可配置为9相4极和3相12极。通过仿真验证了级联H桥多电平变频器能够满足极相调制感应电机的变频调速性能和极相调制矢量控制性能,可为新能源发电、船舶推进、工业传动等高压大功率领域提供技术保障。     

电压型变频调速系统快速制动法

变频调速系统在调试中易损坏变频器，根据技改中在调试停车时损坏变频器的一个实例，对停车的动态过程进行了分析，另外还对电压型变频调速系统缩短停车时间的方法进行了探讨。     

变频调速系统对牵引电机谐波损耗影响的研究

变频调速系统输出的脉宽调制波含有丰富的谐波,谐波引起附加损耗,使交流牵引电机运行温升增加,导致绝缘加速老化,缩短其运行寿命.文章利用MATLAB软件建立了变频调速仿真系统,对影响变频牵引电机谐波损耗的逆变器参数进行了分析,并提出一种用谐波总损耗因数表征谐波损耗的方法.     

谐波影响下的三相感应电机效率研究

从输入电源谐波的影响角度分析,通过ANSYS软件对具有不同气隙宽度、相同输出容量的三相感应电机进行仿真,从而得出不同谐波种类下及谐波含量下的三相感应电机的转矩特性曲线和功率特性曲线。经过多元线性回归得出三相感应电机效率与气隙宽度、谐波种类、谐波含量和转矩变化之间的关系公式,适用于普遍的三相感应电机效率计算。     

Harmonic analysis of the output voltage of a third‐harmonic‐injected inverter for LSM drives

The superconducting magnetic leviation railway system (MAGLEV) under development in Japan uses pulse‐width‐modulation (PWM) inverter for driving a linear synchronous motor (LSM). The inverter output voltage contains nonnegligible harmonics which cause harmonic resonances in the LSM system, and therefore harmonics of the output voltage have been analyzed in order to control such harmonic resonances. This paper applies a third‐harmonic injection method to the inverter for the purpose of enhancing the output voltage without changing the circuit configuration. It performs harmonic analysis of the output voltage of the inverter based on the third‐harmonic injection. Validity of the harmonic analysis is verified by computer simulation. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 160(1): 71–78, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ).     

基于SVPWM的时间谐波对永磁电机损耗的影响

针对在变频器驱动永磁电机因时间谐波引起的附加谐波损耗大小及分布问题,对基于SVPWM变频器电路输出的电流波形,采用傅里叶计算方法,分析不同变频器参数下的各次电流时间谐波分布规律及波形畸变程度,与SPWM对比发现SVPWM优化谐波程度高,且直流母线电压利用率较优。以一台5kW、3000r/min表面式永磁同步电动机为例,运用场路耦合联合仿真方法,研究附加谐波损耗在永磁电机中的分布特性,计算电机定子铁心各区域的磁通密度变化情况,附加谐波损耗以永磁体涡流损耗为主,其次集中于定子齿顶。参考电机损耗计算的国家标准搭建样机试验平台,通过有限元计算与试验结果的对比分析,校核附加谐波损耗计算结果。     

逆变器供电的感应电动机谐波转矩分析与计算

电压型逆变器输出的电压和电流波形中含有大量谐波,导致异步电动机低速时的转矩脉动和转速波动。文章在分析高次时间谐波产生的谐波脉动转矩基础上,介绍了用虚位移原理计算感应电动机谐波脉动转矩的方法。编制了感应电动机转矩的计算机程序,并用一计算实例对电动机谐波转矩进行了分析和计算。     

论变频电源对小型变频变压异步电动机损耗的影响

由于变频电源的输出含有大量的高次谐波,这些谐波会产生相应的铜耗和铁耗,使电机固定损耗增加,电机温升增高,降低运行效率和功率因数,因此变频电源供电下电动机的谐波损耗是一个大问题。     

随机频率PWM逆变器的分析设计

应用随机PWM方法可以使逆变器的输出电压频谱呈连续分布而不影响基波分量,这样由逆变器供电的电动机的声学噪声和机械振动就会大大减小。然而,由于RPWM机理的分析和设计对于一般工程师来讲是比较繁琐的,这就限制了RPWM的应用。本文提出了一种用于驱动感应电机的随机频率PWM逆变器,并给出了可实现的设计程序。首先,直观分析了随机信号对逆变器输出电压频谱的影响,其次,进行了相关的量化设计,最后,采用SIMULINK仿真和实验的手段对整个系统进行了分析。仿真和实验结果表明本文提出的RFPWM设计方案中,逆变器输出电压的频谱是均匀随机分布的,而且声学噪声和机械振动都得到有效抑制。     

DIGITAL SIGNAL PROCESSOR BASED VOLTAGE FED INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR INVERTER DESIGN

ABSTRACT

A Digital Signal Processor (DSP) based voltage-fed Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) inverter that drives a three-phase induction motor is presented. The selected DSP, a TMS320C14 chip by Texas Instruments, controls the PWM operation of the inverter. A host IBM PC is connected to the DSP through an RS-232 serial interface for data communications to and from the DSP. IGBTs are used in the inverter because of their characteristically low conduction losses, small switching delays and simplified gate drive circuit. A harmonic elimination scheme is adopted as the PWM strategy to eliminate four low-order harmonics in the inverter output.

The inverter performance is tested using a 1 HP, three-phase induction motor. The output waveforms are recorded and the harmonic spectra are developed using a FLUKE 41 power harmonics analyzer and the results show decidedly suppressed low-order harmonics. The design also highlights the simplicity and cost effectiveness of the DSP based modulator and IGBT based inverter design.     

基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究

扭矩扳子自动化检定装置用低速永磁同步电机通常工作于300 r/min以下,由于电机本体气隙磁场畸变、逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素,电机在运行过程中会产生高次谐波,引起转矩脉动,导致加载过程中输出扭矩波动,影响检定过程。针对上述问题,提出了一种针对低速永磁电机的谐波抑制控制策略,建立了低速永磁电机的谐波数学模型,采用电压补偿的方法,根据谐波数学模型计算谐波电压补偿量,并采用PI控制,对电机运行过程中的相电流谐波进行抑制,从而减小扭矩扳子自动化检定装置的转矩脉动。通过仿真表明,该方法可以显著降低谐波,从而减小电机输出转矩脉动。     

Derating of induction motors due to waveform distortion

The detrimental effects of nonsinusoidal voltage on induction motor performance are described. The derating of induction motors due to harmonic distortion is discussed in detail. Derating of NEMA Design B induction motors of different output ratings and for two types of enclosures (drip-proof and totally enclosed) due to different cases of harmonic distortions are discussed. IEEE Standard 519 suggests that no derating of the motor would be necessary for a harmonic content of up to 5%. However, no limit is specified in regard to the individual harmonic content. The conclusion is that a restriction for the second harmonic should be included on the harmonic distortion limits established by the IEEE Guide for Harmonic Control and React Compensation of Static Pow Converters (ANSI/IEEE Standard 519, Apr. 1981), and derating in some cases should be considered for less than 5% harmonic distortion. Drip-proof machines are found to be less affected by harmonic distortion than totally enclosed machines. Efficiency plays an important role in the degree of derating. Less efficient machines would require a higher derating. It is also clear that smaller machines (less than 5 HP) are affected more by the harmonics than are larger machines     

逆变器死区时间对永磁同步电动机系统的影响

文章分析了逆变器死区效应产生的机理以及死区时间对永磁同步电机系统的影响。分析和仿真结果表明,死区时间引起逆变器输出基波电压的非线性,并且使输出电压中产生奇次谐波,死区效应使永磁同步电动机系统的输出力矩下降,并且使电机的相电流中含有谐波,引起了力矩波动。实验结果验证了分析的正确性。