發(fā)布時間：2018-06-17 06:52

  本文選題：高壓變頻器 + 共模電壓　； 參考：《西南交通大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：電能的廣泛使用,促進(jìn)了現(xiàn)代社會工業(yè)化、信息化的高速發(fā)展。電機(jī)系統(tǒng)效率的提高,有助于節(jié)約電能,與此同時也帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電機(jī)主要依靠變頻技術(shù)來提高電機(jī)效率,實現(xiàn)節(jié)能。在實際應(yīng)用中,變頻器存在不可忽視的負(fù)面效應(yīng),主要是變頻器產(chǎn)生的共模電壓和電機(jī)端出現(xiàn)的過電壓。目前,變頻器主要采用IGBT,這種大功率開關(guān)器件上升時間非常短,在如此短的上升時間期間,脈沖電壓瞬間從零上升到最高電壓或者從最高電壓下降到零,由于電機(jī)內(nèi)部高頻寄生電容的存在,高頻的快速變化的dv/dt作用在電機(jī)端時,在電機(jī)軸承上會感應(yīng)出軸電壓。當(dāng)軸電壓不斷上升,軸承潤滑油膜將被擊穿,此時會產(chǎn)生放電電流,導(dǎo)致在短時間內(nèi)電機(jī)軸承溫度升高,最終損壞,從而破壞整個系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中存在著雜散電容,高頻的共模電壓與電容相互作用,通過電動機(jī)機(jī)殼、大地和變頻器形成共模電流,產(chǎn)生電磁干擾。在石油開采、造紙、采礦業(yè)等特殊領(lǐng)域,電動機(jī)和變頻器由于相距較遠(yuǎn),不可避免需在兩者之間使用電纜,PWM信號通過電纜輸送給電動機(jī),由于PWM高的電壓變換率,而且當(dāng)電纜達(dá)到一定長度時,PWM信號可以看成是在電纜上傳輸?shù)男胁?由于電纜的阻抗和電機(jī)阻抗不匹配,PWM行波會在電機(jī)端發(fā)生反射,正向行波和反相行波相互疊加,在電機(jī)端出現(xiàn)過電壓,此過電壓包括加倍的差模電壓和共模電壓。共模電壓的加倍會使電機(jī)的負(fù)效益成倍增加,差模電壓的加倍使得電機(jī)的絕緣更容易被破壞。因此,研究變頻調(diào)速系統(tǒng)在長線電纜傳輸時所帶來的負(fù)面效應(yīng)及對策顯得尤為重要。本文首先研究了高壓變頻驅(qū)動系統(tǒng)的理論、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器,著重分析了高壓變頻器中的脈波整流器和移相變壓器的原理。其次,研究了變頻器共模電壓產(chǎn)生的機(jī)理,得出了逆變器共模電壓的產(chǎn)生與其開關(guān)狀態(tài)有關(guān),在此基礎(chǔ)上著重研究調(diào)制策略對三電平逆變器的共模電壓的抑制,研究了三電平逆變器的傳統(tǒng)的SPWM、降低共模電壓的SPWM和消除共模電壓的SPWM,對傳統(tǒng)的SVPWM對共模電壓的作用進(jìn)行了研究,提出了消除共模電壓改進(jìn)的策略,并通過仿真驗證其正確性。再次,利用傳輸線理論分析PWM脈沖波在長線電纜上傳輸?shù)奶攸c,以此分析電機(jī)端產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象的原因,并分析了電纜的分布參數(shù)對電機(jī)端過電壓的影響。最后,研究電機(jī)端過電壓的抑制措施,研究無源濾波器的設(shè)計方法。提出了SHEPWM調(diào)制技術(shù)和LC濾波器相結(jié)合的方法對電機(jī)端的過電壓進(jìn)行抑制。研究了SHEPWM的原理、初值的選取、角度的計算。再此基礎(chǔ)上利用數(shù)學(xué)軟件MATLAB探討抑制策略的可行性。
[Abstract]:The wide use of electric energy has promoted the rapid development of modern society industrialization and information technology. The improvement of the efficiency of the motor system helps to save electric energy, and at the same time, it also brings about remarkable economic benefits. The motor mainly depends on the frequency conversion technology to improve the efficiency of the motor and achieve energy saving. In the practical application, the inverter has the negative effect which can not be ignored, mainly the common-mode voltage produced by the inverter and the overvoltage at the motor end. At present, the frequency converter mainly uses IGBT, this kind of high power switch device rise time is very short, in such a short rise time, the pulse voltage instantaneous rise from zero to the maximum voltage, or from the highest voltage to zero, Because of the existence of the high frequency parasitic capacitance in the motor, the high frequency and fast changing dv/dt will induce the shaft voltage on the motor bearing when it acts on the motor end. When the shaft voltage is rising the film of lubricating oil will be broken down and the discharge current will be generated which will cause the motor bearing temperature to rise in a short period of time and eventually damage the whole system. Because of the existence of stray capacitance and the interaction of high frequency common-mode voltage and capacitance, the common-mode current is formed by the motor housing, the earth and the inverter, and the electromagnetic interference is produced. In the special fields of petroleum exploitation, paper making, mining and so on, because of the distance between motor and frequency converter, it is inevitable to use cable PWM signal to transmit to motor through cable between them. Because of the high voltage conversion rate of PWM, Moreover, when the cable reaches a certain length, the PWM signal can be regarded as a traveling wave transmitted on the cable. Because the impedance of the cable does not match the impedance of the motor, the PWM traveling wave will be reflected at the motor end, and the forward traveling wave and the inverse traveling wave will superpose each other. Overvoltage occurs at the motor end, which includes double differential mode voltage and common mode voltage. The double of common-mode voltage will increase the negative benefit of the motor, and the double of the differential mode voltage will make the insulation of the motor more easily destroyed. Therefore, it is very important to study the negative effects and countermeasures of variable-frequency speed control system in long-term cable transmission. In this paper, the theory and topology of high voltage frequency conversion drive system are studied firstly, including rectifier, middle DC link and inverter. The principle of pulse rectifier and phase shift transformer in high voltage converter is analyzed emphatically. Secondly, the mechanism of common-mode voltage generation of inverter is studied, and it is concluded that the common-mode voltage of inverter is related to its switching state. On the basis of this, the suppression of common-mode voltage of three-level inverter by modulation strategy is studied emphatically. The traditional SPWM of three-level inverter, the SPWM of reducing the common-mode voltage and the SPWM of eliminating the common-mode voltage are studied. The effect of the traditional SVPWM on the common-mode voltage is studied, and the strategy of eliminating the improvement of the common-mode voltage is put forward, and its correctness is verified by simulation. Thirdly, the characteristics of PWM pulse wave transmission on long cable are analyzed by using transmission line theory, and the cause of overvoltage at motor end is analyzed, and the influence of cable distribution parameters on over-voltage of motor terminal is analyzed. Finally, the suppression measures of motor overvoltage and the design method of passive filter are studied. A method of combining ShePWM modulation technique with LC filter is proposed to suppress the overvoltage at the motor end. The principle of ShePWM, the selection of initial value and the calculation of angle are studied. On the basis of this, the feasibility of the suppression strategy is discussed by using the mathematical software MATLAB.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM921.51

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本文編號：2030140