現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)負面效應研究及其對策.rar
現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)負面效應研究及其對策,摘要隨著變頻器的小型化、多功能化、高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字化，使變頻器的靈活性和適應性不斷增強。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的使用越來越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用pwm控制技術(shù)，它可以改善變頻器的輸出波形，與其它控制形式的變頻器相比，可降低電動機諧波損耗，減小轉(zhuǎn)矩脈動，簡化逆變器結(jié)構(gòu)，加快調(diào)節(jié)速度，提高系統(tǒng)的...
該文檔為壓縮文件,包含的文件列表如下:
內(nèi)容介紹
原文檔由會員 白癡學東西 發(fā)布
摘要
隨著變頻器的小型化、多功能化、高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字
化，使變頻器的靈活性和適應性不斷增強。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的
使用越來越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用PWM控制技術(shù)，它可以改善變
頻器的輸出波形，與其它控制形式的變頻器相比，可降低電動機諧波損耗，
減小轉(zhuǎn)矩脈動，簡化逆變器結(jié)構(gòu)，加快調(diào)節(jié)速度，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。
但在PWM變頻器的廣泛使用中，發(fā)現(xiàn)其帶來一些顯著的負面效應。首先，
在PWM變頻器與電動機之間需長線電纜傳輸時在電動機端產(chǎn)生過電壓，加劇
了電動機繞組絕緣壓力;其次，電壓源型PWM變頻器會產(chǎn)生高頻共模電壓，
它會在電動機轉(zhuǎn)軸上感應出高的軸電壓，并形成軸承電流，使電動機的軸承
在短期內(nèi)造成電氣原因的損壞，縮短電機使用壽命。再次，高速開關(guān)的電力
電子器件產(chǎn)生強烈的電磁干擾(EMl)。傳導性EMI和輻射性EMI會干擾其他
控制系統(tǒng)或電子設備的正常運行，甚至導致誤動作。上述PWM變頻所帶來的
負面效應使系統(tǒng)可靠性下降，故障率增加，但往往被變頻器的使用者忽視，
然而它所帶來的實際損失可能大大超過交流變頻調(diào)速系統(tǒng)本身的成本。因此，
研究PWM變頻器產(chǎn)生的負面效應及其解決方法具有重要的理論意義和實用
價值。
首先，利用傳輸線理論，研究了逆變器在長線傳輸時產(chǎn)生的過電壓問題，
即把PWM變頻器輸出的PWM電壓脈沖信號看作是在長線電纜上傳輸?shù)男?br>波，由于長線電纜的分布參數(shù)，使電壓行波在電動機端產(chǎn)生反射現(xiàn)象，反射
波與入射波疊加，使電動機端電壓近似加倍，從而在電動機端產(chǎn)生過電壓、
高頻阻尼振蕩等現(xiàn)象，大大加劇了電動機繞組的絕緣壓力，使電動機絕緣過
快損壞，降低了電機的使用壽命。理論分析、仿真和實驗研究表明，電動機
端過電壓與PWM變頻器采用的開關(guān)器件上升時間和PWM變頻器與電動機之
間的電纜長度密切相關(guān)，上升時間越短，電纜長度越長，電壓反射現(xiàn)象越顯
著，過電壓也越高。研究了電壓源型PWM逆變器輸出產(chǎn)生的共模電壓及其負
面效應的本質(zhì)，揭示了共模電壓的本質(zhì)及其抑制方法，并得出共模電壓是逆
變器輸出負面效應的產(chǎn)生的根源的結(jié)論。為消除PWM變頻器長線傳輸時在電
動機端產(chǎn)生的過電壓等負面效應，提出了一種以差模濾波為主，兼有抑制共
模電壓作用的逆變器輸出無源濾波器。該濾波器是在基本RLC濾波器基礎(chǔ)上
通過在濾波電感上增加附加繞組來實現(xiàn)的。其特點是將兩種濾波作用有機結(jié)
合。仿真及試驗表明，在滿足差模濾波要求的同時，可減小共模電壓有效值
約60%。文中示出了該濾波器的基本結(jié)構(gòu)及其差模和共模等效電路，分析了
差模和共模電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，給出了濾波器參數(shù)的工程計算方法及部分試驗結(jié)
果。
一I一
哈爾濱理工大學博士后研究工作報告
鑒于兩電平逆變器的輸出共模電壓只能依靠外接濾波器進行消除，研究
了共模電壓的三電平抑制技術(shù)。利用三電平逆變器的有效開關(guān)狀態(tài)，分析了
三電平逆變器中產(chǎn)生共模電壓的原因，得出奇數(shù)電平逆變器可以通過軟件的
方法來抑制共模電壓的結(jié)論。針對常用逆變器控制策略一sPWM和SVM，分
別提出了降低和消除共模電壓的改進策略，并用仿真結(jié)果驗證了其正確性。
并對不同的策略進行了對電機性能影響的比較，驗證了所提策略的可用性。
分析了矩陣變換器共模電壓產(chǎn)生的機理。對雙電壓控制策略下矩陣變換
器共模電壓的局部平均值和瞬時值進行了理論分析，采用了兩種改變零輸出
狀態(tài)開關(guān)位置的方法來減小共模電壓的瞬時值，分別使共模電壓的最大瞬時
值減少到原來的86.67%和57.73%。并分析了改變零輸出狀態(tài)開關(guān)位置對輸出
電壓，輸入電流和開關(guān)損耗的影響。提出了一種矩陣變換器的零電壓換相策
略，該策略的最大電壓增益可達到理論上的最大值，輸出三相線電壓局部平
均值為對稱正弦量，共模電壓最大瞬時值為輸入相電壓幅值的一半。
關(guān)鍵詞PWM變頻器;過電壓;共模電壓;逆變器輸出濾波器;多電平變頻
器;矩陣變換器
摘要········，·························································································
Abstract···························································································
第1章緒論
1，1課題背景及研究意義··························································
1.2交流變頻調(diào)速系統(tǒng)負面效應產(chǎn)生機理······························
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀·······························································……
1.3.1電動機側(cè)·······································································
1.3.2變頻器側(cè)·······································································
1.4本文主要研究內(nèi)容·············，················································
第2章變頻器輸出諧波分析及抑制策略····································
2.1弓}言··········································································，···········
2.2過電壓分析··········································································
2.2.1電壓反射現(xiàn)象分析..
隨著變頻器的小型化、多功能化、高性能化，尤其是控制手段的全數(shù)字
化，使變頻器的靈活性和適應性不斷增強。因此，在現(xiàn)代工業(yè)中，變頻器的
使用越來越廣泛。目前幾乎所有變頻器都采用PWM控制技術(shù)，它可以改善變
頻器的輸出波形，與其它控制形式的變頻器相比，可降低電動機諧波損耗，
減小轉(zhuǎn)矩脈動，簡化逆變器結(jié)構(gòu)，加快調(diào)節(jié)速度，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。
但在PWM變頻器的廣泛使用中，發(fā)現(xiàn)其帶來一些顯著的負面效應。首先，
在PWM變頻器與電動機之間需長線電纜傳輸時在電動機端產(chǎn)生過電壓，加劇
了電動機繞組絕緣壓力;其次，電壓源型PWM變頻器會產(chǎn)生高頻共模電壓，
它會在電動機轉(zhuǎn)軸上感應出高的軸電壓，并形成軸承電流，使電動機的軸承
在短期內(nèi)造成電氣原因的損壞，縮短電機使用壽命。再次，高速開關(guān)的電力
電子器件產(chǎn)生強烈的電磁干擾(EMl)。傳導性EMI和輻射性EMI會干擾其他
控制系統(tǒng)或電子設備的正常運行，甚至導致誤動作。上述PWM變頻所帶來的
負面效應使系統(tǒng)可靠性下降，故障率增加，但往往被變頻器的使用者忽視，
然而它所帶來的實際損失可能大大超過交流變頻調(diào)速系統(tǒng)本身的成本。因此，
研究PWM變頻器產(chǎn)生的負面效應及其解決方法具有重要的理論意義和實用
價值。
首先，利用傳輸線理論，研究了逆變器在長線傳輸時產(chǎn)生的過電壓問題，
即把PWM變頻器輸出的PWM電壓脈沖信號看作是在長線電纜上傳輸?shù)男?br>波，由于長線電纜的分布參數(shù)，使電壓行波在電動機端產(chǎn)生反射現(xiàn)象，反射
波與入射波疊加，使電動機端電壓近似加倍，從而在電動機端產(chǎn)生過電壓、
高頻阻尼振蕩等現(xiàn)象，大大加劇了電動機繞組的絕緣壓力，使電動機絕緣過
快損壞，降低了電機的使用壽命。理論分析、仿真和實驗研究表明，電動機
端過電壓與PWM變頻器采用的開關(guān)器件上升時間和PWM變頻器與電動機之
間的電纜長度密切相關(guān)，上升時間越短，電纜長度越長，電壓反射現(xiàn)象越顯
著，過電壓也越高。研究了電壓源型PWM逆變器輸出產(chǎn)生的共模電壓及其負
面效應的本質(zhì)，揭示了共模電壓的本質(zhì)及其抑制方法，并得出共模電壓是逆
變器輸出負面效應的產(chǎn)生的根源的結(jié)論。為消除PWM變頻器長線傳輸時在電
動機端產(chǎn)生的過電壓等負面效應，提出了一種以差模濾波為主，兼有抑制共
模電壓作用的逆變器輸出無源濾波器。該濾波器是在基本RLC濾波器基礎(chǔ)上
通過在濾波電感上增加附加繞組來實現(xiàn)的。其特點是將兩種濾波作用有機結(jié)
合。仿真及試驗表明，在滿足差模濾波要求的同時，可減小共模電壓有效值
約60%。文中示出了該濾波器的基本結(jié)構(gòu)及其差模和共模等效電路，分析了
差模和共模電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)，給出了濾波器參數(shù)的工程計算方法及部分試驗結(jié)
果。
一I一
哈爾濱理工大學博士后研究工作報告
鑒于兩電平逆變器的輸出共模電壓只能依靠外接濾波器進行消除，研究
了共模電壓的三電平抑制技術(shù)。利用三電平逆變器的有效開關(guān)狀態(tài)，分析了
三電平逆變器中產(chǎn)生共模電壓的原因，得出奇數(shù)電平逆變器可以通過軟件的
方法來抑制共模電壓的結(jié)論。針對常用逆變器控制策略一sPWM和SVM，分
別提出了降低和消除共模電壓的改進策略，并用仿真結(jié)果驗證了其正確性。
并對不同的策略進行了對電機性能影響的比較，驗證了所提策略的可用性。
分析了矩陣變換器共模電壓產(chǎn)生的機理。對雙電壓控制策略下矩陣變換
器共模電壓的局部平均值和瞬時值進行了理論分析，采用了兩種改變零輸出
狀態(tài)開關(guān)位置的方法來減小共模電壓的瞬時值，分別使共模電壓的最大瞬時
值減少到原來的86.67%和57.73%。并分析了改變零輸出狀態(tài)開關(guān)位置對輸出
電壓，輸入電流和開關(guān)損耗的影響。提出了一種矩陣變換器的零電壓換相策
略，該策略的最大電壓增益可達到理論上的最大值，輸出三相線電壓局部平
均值為對稱正弦量，共模電壓最大瞬時值為輸入相電壓幅值的一半。
關(guān)鍵詞PWM變頻器;過電壓;共模電壓;逆變器輸出濾波器;多電平變頻
器;矩陣變換器
摘要········，·························································································
Abstract···························································································
第1章緒論
1，1課題背景及研究意義··························································
1.2交流變頻調(diào)速系統(tǒng)負面效應產(chǎn)生機理······························
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀·······························································……
1.3.1電動機側(cè)·······································································
1.3.2變頻器側(cè)·······································································
1.4本文主要研究內(nèi)容·············，················································
第2章變頻器輸出諧波分析及抑制策略····································
2.1弓}言··········································································，···········
2.2過電壓分析··········································································
2.2.1電壓反射現(xiàn)象分析..
