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变频器输出端有源滤波器研究

王晓川  
【摘要】:二十世纪中期以来,变频电机轴承内部一直受到高频轴承电流的困扰,轴承内轨道的电气损伤导致电力拖动系统的持续运行时间大幅缩短。尤其是随着IGBT的大范围使用,共模电压、轴承电流等问题日渐突出,引起了人们的重视。在这种情况之下,有效抑制轴承电流的技术迫切需要研究。在现代电力拖动自动控制系统中,变频器输出端产生的高频共模电压,通过电机内部的寄生电容形成回路。当电机转子旋转时,轴承内部充满了绝缘的润滑油脂层,转子与机壳之间由此隔绝,形成了寄生电容,其在高频共模电压等效电路中的分压,即为轴承电压。轴承电压随着高频共模电压变化时持续对电容充电,当超过润滑油脂层的耐压阈值时就会在轴承内部产生放电,造成轴承电气损伤。为了抑制轴承电流,本文着眼于抑制轴承电压的源头—共模电压。其原理就是在变频器输出端安装有源滤波器,该有缘滤波器可以发出与共模电压幅值相同相位相反的补偿电压来消除共模电压的影响,从而抑制轴承电压和轴承电流。同时,为了证明所提出的有源滤波器能够抑制共模电压,文章从以下几方面来阐述。第一,通过与传统的电力有源滤波器对比,找出适合用在变频器输出端的有源滤波器方案;第二,通过仿真软件论证方案的可行性。第三,设计有源滤波器的硬件电路,解决了高幅值高频率的脉冲电压难以检测和IGBT关断情况下电压抖动等问题。第四,在实验中不断改进硬件的设计思路,优化了有源滤波器的结构,并且测量了安装有源滤波器前后的共模电压,轴承电压和轴承电流的情况。将实验前后的数据进行比较,验证共模电压,电压和轴电流的改善程度。最后,通过与其他方法的比较,可以看出本文提出的安装在变频器输出端抑制共模电压的有源滤波器是行之有效的。


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