變頻器負(fù)面效應(yīng)分析與濾波器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著大功率開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步，變頻技術(shù)(VVVF，Variable Voltage and VarableFrequency)在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。變頻器在節(jié)能、改善人類生活環(huán)境、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、以及提高工業(yè)自動化等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。但與此同時(shí)，幾乎所有的變頻器都采用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM，Pulse Width Modulation)，其快速的脈沖上升時(shí)間以及大量的諧波，導(dǎo)致了變頻器在工業(yè)應(yīng)用中的一系列負(fù)面效應(yīng)，限制了

2、變頻器的進(jìn)一步發(fā)展。 電壓源PWM變頻器產(chǎn)生的高頻共模電壓，它會在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高幅值軸電壓，并形成軸承電流，使電動機(jī)的軸承在短期內(nèi)損壞，引起電機(jī)保護(hù)誤動作，縮短電動機(jī)的使用壽命：當(dāng)PWM變頻器與電動機(jī)之間不可避免的采用長線電纜連接時(shí)，在電動機(jī)端會產(chǎn)生過電壓，加劇了電動機(jī)繞組的絕緣壓力，使上述負(fù)面效應(yīng)進(jìn)一步加劇。上述負(fù)面效應(yīng)的存在使系統(tǒng)可靠性下降，故障率增加，嚴(yán)重地影響了變頻器的使用。 本文研究了通用電壓源型PWM變

3、頻器產(chǎn)生共模電壓以及過電壓的本質(zhì)，詳細(xì)計(jì)算了共模電壓的幅值大小，并對其特性進(jìn)行了深入的討論；利用傳輸線理論，解釋了在變頻器在使用長電纜驅(qū)動電機(jī)時(shí)，電機(jī)端出現(xiàn)的過電壓現(xiàn)象，并且找出了PWM脈沖上升時(shí)間與電纜長度的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種變頻器輸出dv/dt抑制濾波器。 針對變頻器出現(xiàn)的負(fù)面效應(yīng)，普遍的采用濾波器的方法。本文在傳統(tǒng)的低通RLC濾波器的基礎(chǔ)上，考慮變頻器輸出的諧波特性，在變頻器載波頻率上設(shè)計(jì)了一個(gè)帶阻濾波器，作為

4、RLC低通濾波器的前級，從而提高了濾波效果。而且考慮了共模電壓的高頻特性，將RLC低通濾波器的阻容電路中點(diǎn)與參考地相連，從而為共模電壓提供通路，抑制了高頻共模電壓對電機(jī)的影響。 在PSpice仿真環(huán)境下，建立了變頻器、長線電纜以及異步電機(jī)的仿真模型，通過仿真分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的有效性，加速了設(shè)計(jì)過程。最后搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。仿真和實(shí)驗(yàn)證明，該濾波器在滿足變頻器系統(tǒng)要求的情況下，可以將變頻器輸出電壓的THD