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1、2003年10月电工技术学报Vol118№5第18卷第5期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYOct12003PWM逆变器-交流电机过电压抑制滤波器的功率损耗分析与参数选择1112曹海翔吕川姜建国玉井伸三(11清华大学电机工程与应用电子技术系北京10008421日本三菱电气公司)摘要在PWM逆变器-交流电机系统中接入滤波器是减小电机过电压的有效方法。本文研究了逆变器输出脉冲的不同上升(下降)时间、脉宽与接入的RC滤波器功率损耗的关系;在实测半个基波周期内逆变器输出电压波形的基础上,分析估计出半周期内每个脉冲的
2、上升和下降时间,从而得出滤波器功率损耗的仿真计算方法,并用温度等效法试验进行了验证;讨论了RC滤波器的参数对过电压大小的影响。关键词:滤波器过电压交流电机PWM逆变器中图分类号:TM48LossAnalysisandParameterSelectionofFilterforSuppressingOverVoltageinPWMInverter2MotorSystem1112CaoHaixiangLüChuanJiangJianguoTamaiShinzo(11TsinghuaUniversityBeijing100084China21MissubishiE
3、lectricCo.Japan)AbstractIntheACelectricalmachinesystemfedbyPWMinverter,aneffectivemethodtore2straintheovervoltageistoconnectthefiltertothesystem.Inthispaper,theruleonwhichpowerlossesofthefilterchangewiththepulses’risingtime,fallingtimeandpulsewidthisanalyzed.Basedonmeasuringthewav
4、eformsoftheinverteroutputvoltageinhalfperiodofthefundamentalcomponent,themethodofcomputingpowerlossofthefilterisconcluded.Thisisprovedbythee2quivalenttemperaturemethod.TheeffectofparameterselectionoftheRCfilteronovervoltageam2plitudeisalsodiscussed.Keywords:Filter,overvoltage,ACel
5、ectricalmachine,PWMinverter器,输出脉冲的上升时间最快可达011μs左右,其1引言相应的临界电缆长度不过十几m,这是一个在工业PWM逆变器-交流电机调速系统具有许多优现场通常都会超过的电缆长度。因此,在逆变器-[3～5]点,应用十分广泛。但逆变器也给由它供电的交流交流电机系统中,过电压是经常会产生的。电机带来了一些新的危害,比较突出的问题是会在如此快速跳变沿的脉冲电压作用在定子绕组上,电定子绕组上形成较高的脉冲型过电压,以及电机轴机定子绕组的匝间的电压分布会非常不均匀,各相[1,2]的头几匝线圈所承受的电压比传统的正弦波供电时承电
6、流的明显增加。由于逆变器与电机间连接电缆的特性阻抗与电机绕组阻抗不匹配,PWM脉的电压要高出许多倍,因此,匝间绝缘成为电机定冲在超过临界长度的电缆上传播,会在电机定子绕子绕组绝缘中最薄弱的部分。电机定子端的过电压组端反射形成过电压。例如常用的低压IGBT逆变成为电机的定子绕组绝缘和电机的轴承损坏的重要[4]因素,如何对其进行抑制也就成了一个必须解收稿日期2002-11-12改稿日期2003-04-28决的问题。第18卷第5期曹海翔等PWM逆变器2交流电机过电压抑制滤波器的功率损耗分析与参数选择75使用多电平逆变器可以减少电机绕组的过电慢有关。可以采用数字仿
7、真的方法来研究单相RC压,在电缆的逆变器端或电机端接入滤波器也可减滤波器的功耗与电压脉冲跳变快慢的关系。这里假少在电机端的过电压。但以在电机端接入RC滤波定脉冲为梯形脉冲,其结果如图2所示。器最为简单,如图1所示。采用文献[3]提出的方法选择RC滤波器的参数,则该滤波器可有效地减少电机绕组过电压和电机轴承电流。由于此种滤波器是工作在脉冲电压状态下,在一个基波周期内PWM逆变器的脉冲的上升、下降沿的时间和脉宽都是变化的,它们对滤波器的功耗有何影响,RC滤波器本身的功耗有多大,这些问题并不清楚,国[6]内外文献对此问题也少有讨论。图2滤波器功耗随脉冲上升时间不
8、同的变化趋势R=100ΩC=11nFFig12Powerlossv
