变频供电交流电机轴电流问题的分析与抑制

摘要

随着电力电子技术及器件不断发展，变频驱动被广泛应用于新能源发电、高速列车牵引传动和许多交直流传动系统中。由于变频器的输出电压存在高频的共模电压，在电机杂散电容的耦合作用下，在电机轴上感应出轴电压，继而引发轴电流，造成轴承的电腐蚀，严重危害变频驱动系统的安全运行。因此，研究变频供电系统中的轴电流产生机理，提出有效地抑制方法，对提高系统运行的可靠性具有重要的意义。
　　本文首先分析了轴电流的产生机理，介绍了轴电流的分类，测试方法以及抑制方案的研究现状，指出在目前分析中存在的问题。
　　然后针对变频驱动系统共模电压的产生以及影响因素展开研究。建立了SVPWM变频驱动系统共模电压分析模型，采用MATLAB仿真分析了不同的IGBT死区时间、IGBT和二极管的管压降、IGBT下降沿时间对共模电压的影响。分析结果表明IGBT死区时间对共模电压的峰值和有效值影响不大，但是随着死区时间的增加，共模电压在载波频率处的分量幅值不断增加。IGBT和二极管的管压降、IGBT下降沿时间对共模电压则影响较小。
　　针对变频驱动系统交流电机的共模电压、轴电压和轴电流进行了实验测试。考察了不同的死区时间、载波频率、调制波频率下共模电压的变化，实验结果与仿真结果一致。变频器的上述参数对轴电压和轴电流的影响也较小。
　　研究分析了基于共模变压器的低通滤波器，给出RLC网络和共模变压器各元件的定值计算方法。利用变频器实验平台，证明低通滤波器对共模电压、轴电压的抑制作用。
　　最后搭建了变频器-异步电机实验平台，介绍了变频器的硬件和软件设计。给出了共模电压、轴电压和轴电流的测量方案。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 变频供电共模电压的生成机理

1．1．2 轴电流的生成机理

1．2 国内外研究现状

1．2．1 轴电压和轴电流的测量方法研究

1．2．2 轴电流抑制方法的研究

1．2．3 目前研究中存在的问题

1．3 本文的主要内容

2 变频驱动系统共模电压仿真分析

2．1 空间矢量调制的原理

2．2 变频供电系统的建模

2．3 共模电压的仿真分析

2．3．1 IGBT死区时间对共模电压的影响

2．3．2 管压降对共模电压的影响

2．3．3 IGBT下降沿对共模电压的影响

本章小结

3 共模电压、轴电压和轴电流的实验分析

3．1 共模电压的实验分析

3．1．1 载波频率对共模电压的影响

3．1．2 死区时间对共模电压的影响

3．1．3 调制波频率对共模电压的影响

3．2 轴电压和轴电流的实验分析

本章小结

4 基于滤波器的轴电流抑制方法

4．1 传统RLC低通滤波器

4．2 新型低通滤波器的理论分析

4．3 滤波器的定值计算

4．4 滤波器抑制效果分析

4．4．1 滤波器性能测试

本章小结

5 变频驱动系统和轴电流测试平台的搭建

5．1 变频驱动系统的组成

5．2 变频器硬件设计

5．3 变频器软件设计

5．3．1 DSP程序设计

5．4 共模电压轴电压和轴电流测试平台测量方法

5．4．1 共模电压的测量

5．4．2 轴电压的测量

5．4．2 轴电流的测量

本章小结

6 总结及展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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