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高压变频器和电子电力变压器共模电压研究

成建鹏  
【摘要】: 大功率电力电子技术在电力系统中的应用已越来越广泛。高压、大功率变频调速技术是解决传统驱动方式带来的能源浪费问题的最有效手段之一。电子电力变压器作为一种新型的电力变压器,具备满足未来电力系统诸多新要求的潜力。 变换器作为电机供电电源时,其产生的共模电压给电机带来了很多负面影响,导致电机寿命的减少以及相应工业成本的增加。研究共模电压特性以及抑制共模电压的措施具有十分重要的现实意义。 本文首先介绍了高压变频器的基本组成和工作原理,指出了通用型交-直-交变频器的优点,介绍了几种应用广泛的拓扑结构。分析了通用型交-直-交变频器两电平逆变器和三电平逆变器产生共模电压的机理。通过对共模电压回路的分析得出了变换器共模电压与电机共模电压的关系,从而将对电机共模电压的研究转变为对变换器共模电压的研究。在抑制共模电压措施方面主要从硬件和软件两个角度进行介绍,其中对硬件措施的介绍又从有源和无源两个方面进行,文中列举了几种典型的硬件措施结构,并简要说明了其工作原理。软件措施侧重于变换器本身共模电压的降低或消除策略,针对三电平变换器,分别从正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)策略和空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)策略两方面介绍共模电压的抑制措施。为研究基于三电平中性点箝位(neutral point clamped,NPC)逆变器的高压变频器采用SPWM策略时SPWM死区对共模电压的影响,推导得到逆变器不带吸收回路空载条件下不同方式设置死区后逆变器输出共模电压的表达式,并对其进行了分析。进一步研究了逆变器带感性负载以及开关器件带RC吸收回路条件下死区设置对逆变器输出电压以及输出共模电压的影响。最后,利用MATLAB对以上问题进行了仿真研究。 此外,本文还介绍了电子电力变压器的基本原理及其特点,给出了一种典型的电子电力变压器拓扑结构。在此结构基础上研究电子电力变压器的共模电压产生及消除策略,并指出所提策略的局限性以及存在的问题,同时对相关问题的后续工作进行了展望。


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