五电平变频器共模电压抑制策略的研究

摘要

随着变频器的小型化、多功能化和高性能化，尤其是控制手段的全数字化，变频器的灵活性和适应性不断增强。因此，在现代工业中，变频器的应用范围越来越广泛。目前几乎所有变频器到采用脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制技术。 但是，变频器在工农业、国防等领域做出重大贡献的同时，也出现了一些显著的负面效应。现代电力电子期间的飞速发展，功率开关器件的快速导通或关断的特性，将使电压源型PWM变频器产生高频共模电压，它会在电动机转轴上感应出高幅值轴电压，并形成轴承电流，使电动机的轴承在短期内损坏，缩短电动机的使用寿命：高速开关的电力电子器件在每次动作时都会对供电电源产生很强的电磁干扰EMI(Electro-Magnetic Interference)，传导型EMI和辐射型EMI会干扰其它控制系统或电子设备的正常运行，甚至导致误动作；当PWM变频器与电动机之间不可避免地采用长线电缆连接时，在电动机端会产生过电压，加剧了电动机绕组绝缘压力，使上述负面效应产生的影响进一步加剧。上述负面效应的存在使系统可靠性下降，故障率增加，但这些往往被变频器的使用者所忽略，而它带来的实际损失可能会超过交流变频调速系统自身的成本。因此，研究PWM变频器产生的负面效应及其解决方法具有重要的理论意义和实用价值。 为了抑制PWM变频器驱动交流调速系统的负面效应，提高系统的可靠性，本文对交流调速系统变频器输出共模电压及其相关抑制技术进行了深入研究。研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应的本质，揭示了共模电压产生的原因及其抑制方法。鉴于两电平变频器输出的共模电压只能依靠外接滤波器进行消除，研究了五电平PWM变频器中共模电压的抑制技术。分析了五电平PWM变频器工作原理，提出了适用于五电平变频器的SPWM控制技术，对其控制规则进行了描述，并用仿真结果验证了其正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3 PWM变频器驱动感应电动机系统中存在问题的本质

1.4多电平变频器的常用结构和调制策略

1.4.1常见的多电平拓扑结构

1.4.2多电平变频器的控制策略

1.5课题来源及本课题的主要研究内容

1.5.1课题来源

1.5.2课题研究的主要内容

第2章电压源PWM逆变器输出共模电压的研究

2.1引言

2.2共模电压的产生

2.3三相PWM变频器产生的共模电压分析

2.3.1共模电压定义

2.3.2共模电压大小

2.3.3共模电压波形

2.3.4共模电压的傅立叶分析

2.3.5共模电压的抑制方法

2.4共模电压——变频器驱动刚硬电动机系统负面效应的本质

2.5本章小结

第3章五电平变频器SPWM控制方法的分析

3.1引言

3.2多电平变频器输出中的共模电压

3.3五电平变频器的拓扑结构

3.4五电平逆变器工作原理

3.5五电平变频器SPWM控制技术

3.6仿真

3.7本章小结

第4章五电平变频器的共模电压抑制策略

4.1引言

4.2降低共模电压的五电平SPWM对共模电压的抑制作用

4.3消除共模电压的五电平SPWM对共模电压的抑制作用

4.3.1工作原理

4.3.2消除共模电压的SPWM方法

4.4几种SPWM对共模电压抑制效果比较

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢