共模电压轴电压轴承电流.doc

《共模电压轴电压轴承电流.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、各种PWM控制方式下的电机共模电压比较研究摘要:研究了不同PWM控制方式下电机共模电压、轴电压和轴承电流的产生机理建立了脉宽调制逆变器驱动系统共模回路的等效电路并由此得到轴电压的计算公式.为研究不同PWM控制方式对电机共模电压的影响建立了电机共模电压仿真模型比较了在三种PWM控制方式下电机共模电压的仿真波形通过对仿真结果的对比分析得到了在SPWM控制方式下电机共模电压最小的结论为逆变器采用哪种控制方式会有最小的轴电压和轴承电流提供了一定依据.关键词:共模电压;轴电压;轴承电流;SPWM;CRS_PWM;S

2、VPWM;逆变器.在正弦波电源驱动下电机轴承电压和轴承电流的问题早在1924年就已经被人所认识[1].近年来以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为功率器件的脉宽调制(PWM)逆变器作为电机驱动电源时电机轴承电压和轴承电流问题更加严重且其产生机理与正弦波电源驱动时完全不同.研究表明[1_8]由于电机轴承的损坏而导致的电机损坏占损坏总数的40%而有25%的电机轴承损坏是由于PWM逆变器的dv/dt引起的而且这一数字正随着IGBT等高性能器件的广泛使用而以惊人的速度增加.此外具有高载波频率(f>12kHz)的IGBT

3、逆变器导致电机轴承比低载波频率的逆变器驱动时损坏更快[3].目前PWM技术的发展主要集中在4个方面:①如何提高逆变器直流侧电压利用率;②在输出基波电压不变前提下如何尽可能消除谐波;③改善控制性能;④改变谐波频谱分布以降低电机机械振动噪声.收稿日期:2005-01-11基金项目:铁道部专项基金资助项目(J99Z073)作者简介:刘建强(1981—)男江苏江都人博士生.email:dqliujq@master03.bjtu.edu.cn郑琼林(1964—)男浙江金华人教授博士生导师.第29卷第5期2005年1

4、0月北京交通大学学报JOURNALOFBEIJINGJIAOTONGUNIVERSITYVol.29No.5Oct.2005但是对于如何降低电机轴电压和轴承电流的研究目前就PWM技术方面并没有很大的发展.为了比较不同的PWM控制方式对电压型逆变器供电的电机共模电压、轴电压和轴承电流的影响本文作者建立了SPWM、CRS_PWM(关联指令分区脉宽调制)、SVPWM控制方式下的电机共模电压仿真模型通过仿真得到了在这三种控制方式下的共模电压波形并根据傅里叶分析结果计算了共模电压有效值的大小.仿真结果表明采用SPW

5、M控制方式可以有效减小共模电压、轴电压和轴承电流.1产生机理分析1.1共模电压研究认为[4]旋转电机轴电压的来源有3个方面:电磁感应;内部源的静电耦合;外部源的静电耦合.PWM逆变器对电机轴承的影响属于外部源的静电耦合.通常电机由正弦波电源驱动时人们一般重视磁路不平衡的影响但在逆变器供电的电机中轴电压主要由电压不平衡即电源电压的零序分量产生.由于连接线路、元器件和回路阻抗的不平衡电源将不可避免的产生零点漂移该电压将在系统中产生零序电流轴承则是电机零序回路的一部分.图1为逆变器与电机连接图图中va、vb、v

6、c分别为逆变器输出三相相电压;ia、ib、ic分别为电机三相相电流;vn为共模电压.图1PWM逆变器供电主电路Fig.1PWMinverse_fedmajorcircuit由电路分析可知:va+vb+vc-3vn=Rm+Lmddt()(ia+ib+ic)(1)对星形连接有:ia+ib+ic=0其共模电压可以表示为vn=va+vb+vc3(2)当交流电机在三相对称的正弦电压下运行时共模电压为零;由于实际的三相电压均有一定程度的不对称所以共模电压一般不为零.在PWM逆变器驱动电机时假设三相完全对称共模电压也不

7、为零这是由逆变器驱动电机的本质特性所决定的.在这种情况下vn的值取决于逆变器开关状态而且vn的变化周期与逆变器载波频率一致.由于逆变器的输出电压受到6个开关从(000)到(111)8种开关状态的限制因此共模电压的取值有以下的4种情况vn=Vsvn=-Vs/3vn=Vs/3vn=-Vs{状态(111)状态(001010100)状态(011101110)状态(000)(3)1.2轴电压事实上vn只是共模电压的一种表现形式由于静电耦合电机各部分间存在着大小不等的分布电容因此构成电机的零序回路根据传输线理论一个分

8、布参数电路可以用等效的具有相同输入输出关系的集总参数Π网络模型代替.因此电机分布参数电路可以用集总参数电路来等效形成轴电压的绕组_转子耦合部分电路[27].经简化等效后的单相电路模型如图2所示图中Vsg为共模电压耦合成的定子中点对地电压;Z1为电源中点对地电抗;Z2为旁路阻抗表示驱动回路中的共模电抗线圈、线路电抗器和长电缆等;R0和L0为定子的零序电阻和电感;Csf、Csr、Crf分别为电机定子对地、定子对转子和转子对地电容;