收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于三相四桥臂逆变器的电机驱动系统EMC及可靠性研究

黄劲  
【摘要】: 随着电力电子技术的发展及其元器件生产成本的下降,由逆变器供电的电机调速系统在各领域中越来越广泛地使用。在很多场合让电机安全可靠地工作极其重要,如航空、航天、军事、矿井、医疗等,在这些场合要求电机系统即使出现某些故障也能不间断地正常运行。而在调速系统中,逆变器中的功率半导体器件是最容易发生故障的环节,开展预测并提高逆变器工作可靠性的研究十分必要。另外,目前几乎所有的调速系统都采用脉冲宽度调制(PWM)技术,该技术可以简化逆变器结构、提高调速系统的动态响应性能、降低电动机的谐波损耗、提高电能的利用效率。但它固有的脉冲特性造成了逆变器输出很高的dv/dt和不平衡的瞬时电压,产生很大的共模电压,并在电动机上耦合出很高的轴电压和轴电流,这不仅威胁到电机系统本身的安全可靠性,缩短其使用寿命,还会产生很强的电磁干扰(EMI),危及周围设备的可靠运行。本文研究采用三相四桥臂结构改善逆变器的电磁兼容性(EMC),提高电机调速系统的可靠性。主要进行了四个方面的工作:采用三相四桥臂结构降低逆变器输出的共模干扰,优化三相四桥臂逆变器输出的差模特性,三相逆变器可靠性的预测分析,基于三相四桥臂逆变的电机调速系统容错运行。 在逆变器的共模模型基础上,分析了三相三桥臂逆变器产生很大共模电压的原因是其输出电压的不平衡,指出三相四桥臂结构在前三个桥臂不出现零状态的情况下,可以用第四桥臂实现逆变器输出电压的平衡。本文提出了一种基于正弦PWM(SPWM)载波移相的跳变后移策略来控制三相四桥臂逆变器,突破了SPWM载波移相控制中调制指数必须小于0.666的限制,避免了直流电压利用率低下的缺陷。该策略能够在任意情况下避免零状态的出现,从而达到抑制逆变器输出共模电压和共模电流的效果。通过三桥臂和四桥臂几种常用的SPWM、空间矢量PWM(SVM)策略下逆变器输出的共模干扰的仿真和实验对比,证实了在SPWM跳变后移控制下的三相四桥臂逆变器具有最佳的共模输出特性。 虽然SPWM跳变后移策略会使三相四桥臂逆变器获得最佳的共模输出特性,但因它改变了脉冲局部与正弦波的伏秒等效关系,导致逆变器差模特性变差。在分析三相四桥臂逆变器的差模模型基础上,进行了对其策略优化的研究,分别提出了一种不增加开关次数的SPWM脉冲后移策略和具有最优差模特性的最短间隔状态交换策略。通过仿真和实验,证实这两种策略具有与SPWM跳变后移策略同样好的共模干扰抑制能力,同时又具有比跳变后移策略更优的差模特性,其中SPWM最短间隔状态交换策略下的三相四桥臂逆变器具有最优的EMC特性。 在介绍可靠性基本理论的基础上,详细地分析了逆变器主电路中所有元器件的失效率。本文建立了三相逆变器可靠性的预测模型,从可靠度和平均无故障时间这两个方面定量地对三桥臂和四桥臂逆变器主电路的可靠性作了对比预测研究,证明了四桥臂逆变器虽然增加了一些元件,但与三桥臂逆变器相比,其可靠性有了大幅度的提高。因此,三相四桥臂结构对逆变器可靠性的改善十分有效。 除了降低元器件本身的工作失效率以外,电机调速系统能容错运行是提高其可靠性的重要手段,而系统容错运行是由故障检测与诊断以及电路重构来实现。本文介绍了电机调速系统中逆变器常见的故障类型以及故障检测和诊断方法,详细分析了几种常见故障后逆变器输出电流的变化情况,提出了以三相电流的相对直流分量和工频分量作为特征向量,诊断上述故障的方法和步骤,并在高可靠性的原则下选择采用了简单隔离电路和双向晶闸管组成的切换电路来实现电路重构。通过三种常用控制策略的仿真验证了三相四桥臂逆变器能很好地实现电机调速系统的容错运行。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王志康,王烝祥;逆变器驱动时感应电动机的机械特性[J];机器人;1985年03期
2 C.E.Graf ,E.A.Skogsholm ,W.K.Volmann ,张正柟;设计逆变器装置的实际考虑[J];国外内燃机车;1977年03期
3 雷跃;谭永红;;工频小功率逆变器的设计与制作[J];电子制作;2010年04期
4 小玉贵志;吕景昆;;低噪声逆变器THYFREC-VT87SS[J];机电设备;1988年03期
5 代跃春;;UF系列逆变器驱动专用异步电动机[J];电机与控制应用;1992年01期
6 王志民;;变频运行的潜水电泵系统中的电压反射现象的探讨[J];黑龙江科技信息;2003年02期
7 王胜;;用卡尔曼滤波器处理PWM的波形[J];电工技术学报;1993年01期
8 马吉安;常洪欣;史胜营;张俊鹏;;UPS分类及故障分析[J];中国设备工程;2007年03期
9 韩树明;蔡志伟;;内燃机车交流辅助传动逆变器的研制[J];内燃机车;2007年08期
10 贺虎成;;谐振极逆变器驱动无刷直流电机的控制器设计[J];电力电子技术;2010年07期
11 张家元;;定转矩逆变器驱动专用三相电动机[J];电机与控制应用;1986年02期
12 王永俊;;后备式UPS电源的选型及维护[J];设备管理与维修;2006年02期
13 崔博文;任章;陈剑;陈心昭;;逆变器供电的电动机变频调速系统实时故障检测[J];电机与控制学报;2006年01期
14 幸善成;吴正国;;逆变器驱动感应电机系统中的电机轴承电流[J];电气传动;2006年12期
15 ;飞兆半导体推出业界最高集成度CCFL背光逆变器驱动IC[J];电子与电脑;2008年02期
16 万军;;三相感应电机电流模式定向控制与新逆变驱动[J];电力电子技术;2009年08期
17 江敬铫;;具有改进调制方法的脉宽调制逆变器[J];国外内燃机车;1977年05期
18 加我敦;马兆玉;;电气化铁道车辆的新空调系统[J];国外铁道车辆;1988年03期
19 崔博文;任章;;基于神经网络的电动机逆变驱动系统故障诊断[J];仪器仪表学报;2007年03期
20 许敏光;夏鹏;解云虹;蒋勇;;UPS的使用维护与故障对策[J];医疗卫生装备;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔博文;陈剑;任章;陈心昭;;基于卡尔曼滤波的电动机变频调速系统故障检测[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
2 高强;徐殿国;马洪飞;;压源逆变器驱动电机系统过电压滤波器设计[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
3 肖世雄;范忠胜;温志强;;蓄电池紧急牵引技术在地铁列车上的应用[A];2010城市轨道交通关键技术论坛论文集[C];2010年
4 黄旭东;吴定会;;基于dSPACE移动机器人控制器的设计[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
5 杨霞;杨波;杜继光;;永磁同步电动机矢量控制系统设计[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年
6 陈希有;颜斌;徐殿国;马洪飞;;考虑负载效应的逆变器输出滤波器的优化设计[A];全国电工理论与新技术学术年会(CTEE'2001)论文集[C];2001年
7 王鼎;;PWM变频调速技术在蓝疆吊机中的运用[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
8 刘健;尹项根;张哲;唐萍;熊卿;王存平;;高压大功率三电平逆变系统故障特性分析与保护原理研究[A];中国智能电网学术研讨会论文集[C];2011年
9 贾承军;;基于DSP双余度永磁无刷直流电机启动的设计与实现[A];教育部中南地区高等学校电子电气基础课教学研究会第二十届学术年会会议论文集(下册)[C];2010年
10 崔博文;;基于小波神经网络的逆变器功率管开路故障诊断[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 苏娜;光伏逆变器地电流分析与抑制[D];浙江大学;2012年
2 游江;基于解耦线性化的潜器推进感应电动机鲁棒控制研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 符晓;电励磁同步电机低开关频率控制技术研究[D];中国矿业大学;2011年
4 曹亮;高压高频脉冲电源及磁缓冲器研究[D];上海交通大学;2010年
5 郑黎明;并网风力发电机组的转矩控制研究[D];华南理工大学;2009年
6 王宏佳;微小型高性能永磁交流伺服系统研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王佳美;基于TMS320F28335的并网微型逆变器的研制[D];河北工业大学;2012年
2 殷继伟;SPWM逆变器驱动下异步电机的谐波分析[D];哈尔滨理工大学;2012年
3 郭群;风光互补逆变器串联发电系统功率平衡控制[D];兰州理工大学;2013年
4 郭艺丹;串联谐振逆变器谐振回路及负载匹配的研究[D];河南科技大学;2009年
5 张丰敏;矿井局部扇风机智能控制系统的研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
6 安树怀;双频逆变器驱动的感应电机直接转矩控制系统研究[D];重庆大学;2011年
7 蒋正阳;长电缆逆变器供电的异步电机瞬态过电压数学分析[D];湖南大学;2012年
8 吴韬;基于直接转矩控制的单逆变器多机驱动系统的设计与实现[D];华东理工大学;2012年
9 齐路路;PWM驱动系统中电机端过电压现象分析及抑制[D];哈尔滨理工大学;2012年
10 陈哲;氢能燃料电池逆变控制的研究[D];北京化工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 陈嵘;永磁同步电动机在化纤纺丝机变频调速中的应用[N];中国纺织报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978