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pwm共模电压与轴承电流的产生 1 机缘破坏作用 众所周知，由于补偿输出电压的较大波动，绝缘体的双重波形装置（igdt）的开关速度可以达到0.1s，输出电压的高转换率可以是db/d。较大的dv/dt会对电机的绝缘产生很强的冲击, 致使电机绝缘产生破坏作用。同时由于逆变器输出电压在电机终端还可以产生的较高的共模电压, 共模电压直接加到电机上, 会引起绝缘击穿, 影响电机的使用寿命。共模电压中还含有与开关频率相对应的高频分量, 高频电压分量分通过输出电缆和电机的分布电容产生高频漏电流, 漏电流通过绕组和转子间的分布电容, 轴承, 机壳, 然后到地, 漏电流过大必然会影响轴承的寿命。因此综上所述, 为提高PWM的逆变器的可靠性和通用性, 必须在逆变器输出端加上滤波器, 以减小或消除电机终端dv/dt和共模电压, 提高逆变器的可靠性, 延长电机使用寿命。 2 变压器输出电压nvcm 逆变器在进行工作时, 可同时产生平衡的三相正序 (差模) 电压和零序 (共模) 电压。三相正序电压加在感应电机三相绕组上, 供电机正常工作。零序 (共模) 电压表达式为 Vcm=Va0+Vb0+Vc0)3+VonVcm=Va0+Vb0+Vc0)3+Von 式中: Vcm为电机终端共模电压; Va0、Vb0、Vc0为逆变器输出相电压; Von为直流母线电容中点至地电压。 在三相逆变器在任意给定时刻都有六个开关动作, 可以组成27个开关状态。逆变器输出电压Va0+Vb0+Vc0的总和通常不为零, 为±3Vd/2 (所有上三个开关或下三个开关导通) 或±Vd/2 (两上一下或两下一上开关导通) (Vd为逆变器直流侧母线电压) 。直流侧中点电压Von由于整流电路在同一时刻只有二相同时导通, 导致整流电路输出的直流中点电压不等于供电电源的中点电压, 即Von≠0。所以, 通常的逆变器的共模电压非常高。通过以下的仿真可以看出共模电压对系统的影响。 2.1 功率开关器件 仿真软件:Pspice9.0 demo; 逆变器的功率开关器件:IGBT; 开关频率:2kHz; 基波频率:50Hz。 图1为未接滤波器时逆变器驱动电机系统结构图。 2.2 轴电压和轴承电流 图2—4为利用图1结构进行仿真的结果。图2为逆变器输出的共模电压, 由于逆变器输出直接与电机相连, 因而加在电机端的共模电压波形与图2相同。 从以上仿真曲线可以看出, PWM逆变器未接滤波器时, 其轴电压和轴承电流很高, 超过轴承耐压值, 直接影响电机轴承的寿命。从图2, 3可以看出, 电机轴电压与逆变器输出的共模电压的波形相似, 所以轴电压由共模电压产生。从图3可知, PWM控制的IGBT每次动作时, 都会瞬时在转轴上产生很高的电压。从图3, 4可以看出, 轴电压在逆变器每次开关时发生变化, 数值很高, 导致电机轴承的润滑剂被击穿, 使轴承套和滚珠之间短路, 产生轴承电流, 从而在轴承上产生凹槽, 影响轴承寿命。所以必须减小或消除共模电压。 2.3 滤波器的改进 消除共模电压的方法通常有两大类, 一是采用无源滤波器, 一是采用有源滤波器。为简化系统结构, 降低系统成本, 本文采用无源滤波器结构。 本文对滤波器的结构进行了改进, 如图5所示。电感值是随频率的变化而自动变化的。这种滤波器既保持了常K型滤波器的优点, 又增强了滤波器适应变化的能力。本文提出的这种滤波器结构可以减小电机终端差模和共模电压。 2.4 仿真结果分析 图8—10及图2—4相比较可见, 采用本文提出的滤波器以后, 电机轴电压和轴承电流被大幅降低了, 确保了电机轴承的使用安全性。 通过本文仿真分析可知, 由于滤波器L-C网络的使用, 减小了PWM线电压的dv/dt, 差模就减小了;通过正确选择滤波器L-C参数值, 电机终端的共模dv/dt迅速减小, 从而使电机对地漏电流和感应轴电压可以大幅减小。 3 共模电压耦合耦合 本论文进行了PWM VSI驱动系统的电机轴电压和轴电流的仿真分析。分析表明在这种类型的系统中, 由于逆变器产生共模电压, 通过电容耦合到电机转轴上, 产生较高的轴电压, 导致轴承绝缘破坏和轴承电流。控制共模电压, 采用本文提出的滤波器, 并将滤波器中性点接到逆变器直流侧中性点上, 是控制中压系统中的轴电压和轴电流的一个有效方法。