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基于共模耦合效应的电机绕组过电压研究

时间:2017-11-17 16:41:00   来源:本网   添加人:admin

  电力电子技术的飞速发展使逆变器驱动电机的调速系统得到广泛应用,电机的驱动电压也由原来的工频正弦波电压变为高频脉宽调制波电压,而高频和高dM/dt的脉宽调制波电压将会在系统中产生诸多负面效应,如电磁干扰问题、电机的轴承电流问题、电机端子的过电压问题等,流过电机轴承的电流会对电机的轴承造成损坏,而电机端子的过电压则会破坏电机绕组绝缘,这些都将影响电机的使用寿命。

  高频、高dM/dt的脉宽调制电压还将在电机内部产生共模耦合效应,并在电机内部的寄生耦合回路中产生共模耦合电流。共模耦合电流流过电机绕组时将引起电机绕组电压畸变,并产生电压过冲,影响电机绕组的绝缘,并有可能使电机绕组的绝缘损坏。本文从电机内部共模耦合效应的角度分析和计算了电机绕组的过电压,建立了高频情况下电机内部的共模等效电路集总参数模型,给出了共模耦合电流和电机绕组电压的计算方法,分析了共模耦合电流对电机绕组电压的影响。

  1电机内部共模耦合电路模型电机内部存在两种途径的共模耦合,即绕组到定子的共模耦合和绕组到转子的共模耦合。相比较而言,由于电机绕组到定子的距离要大大小于绕组到转子的距离,因此,电机绕组到定子的耦合比到转子的耦合要大得多,电机绕组到定子的共模耦合电流对电机绕组电压的影响起着决定性作用。

  因此在分析共模耦合电流对电机绕组电压的影响时,不考虑电机绕组到转子的耦合,单从电机绕组到定子的共模耦合角度来分析。

  为包含从电机绕组到定子铁心寄生耦合电容的电机定子绕组的分布参数电路模型,电机三相绕组采用星型连接,N为中点,连接到地,Zg为地阻抗,Z为每相绕组单位长度的阻抗,Zw为单位长度电机绕组到定子的耦合阻抗,主要是寄生耦合电容。R为从输入端a到地的共模电压,内部共模阻抗为Zm.当用逆变器驱动电机时,共模电压为高频PWM脉冲,在高频范围,趋肤效应、线圈之间寄生电容的耦合、铁心损耗和渗透性的降低都会对阻抗产生影响,因此,阻抗Z、Zw不同于正弦波驱动电机时的阻抗。

  单相定子绕组寄生耦合的集总参数电路裴雪军,张凯,康勇,等。PWM逆变器共模干扰电流的衰减和抑制。中国电机工程学报,2004,24(11):80-84.陈斌,姜建国,孙旭东。PWM逆变器一感应电机驱动系统中接地电流EMI问题的分析。中国电机工程学报,2003,23(2):P裴雪军,张凯,康勇,等。PWM逆变器共模干扰电流的衰减和抑制。中国电机工程学报,2004,24(11):80-84.咸哲龙,钟玉林,孙旭东,等。用于传导电磁干扰分析的接地回路模型与参数。中国电机工程学报,2005,25(7):156-161.姜艳姝,徐殿国,陈希有,等。一种新颖的用于消除PWM逆变器输出共模电压的有源滤波器。中国电机工程学报,2002,幸善成(1971―),男,博士研究生,主要研究方向为电力系统电磁吴正国(1964―),男,教授,博士生导师,研究方向为电力系统电能质量管理,数字信号处理技术等。

  (编辑王剑乔)