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          濾波器對PWM變頻調(diào)速電動機端子上電壓波形的影響

          作者: 時間:2011-02-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/162441.htm

          隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在交流系統(tǒng)中的應(yīng)用,變頻器(或逆變器)的性能也得到飛躍性的提高,并越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常工作的許多領(lǐng)域之中。但是,變頻器輸出的具有陡上升沿或下降沿的脈沖卻在接線及繞組上產(chǎn)生了過,造成繞組絕緣的過早破壞。試驗研究表明,很高的上升率(dv/dt)在繞組上產(chǎn)生極不均勻的電壓分布,且隨著變頻器與電動機之間電纜(線)長度的增加,在電動機接線上產(chǎn)生高頻振蕩的過電壓,當電纜長度超過某一臨界值后,電動機上過電壓的幅值達到變頻器輸出電壓的2倍,長時間重復性的電壓應(yīng)力的作用將導致電動機繞組匝間絕緣的過早破壞。

          為了降低電動機端子上高頻振蕩的過電壓,最適宜的方法之一是在電動機端子上安裝特殊設(shè)計的的參數(shù)與變頻器特性及電纜參數(shù)有關(guān),然而變頻器、電纜及電機一般都不是同一制造商或銷售商提供,變頻器的開關(guān)特性、電纜參數(shù)及長度的不確定性,使得的參數(shù)選擇具有不固定性。關(guān)于濾波器的參數(shù)與電機端電壓或電流特性的關(guān)系,目前還未有系統(tǒng)研究的報道。本文主要研究在不同電纜長度下,濾波器的參數(shù)對電機端電壓特性的,確定電纜長度、濾波器的電阻和電容與電機端子過電壓幅值及脈沖上升沿時間的關(guān)系,找出濾波器參數(shù)的選擇范圍,為驅(qū)動系統(tǒng)的制造和使用提供試驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

          2試驗研究及分析

          驅(qū)動系統(tǒng)中,造成電機端子產(chǎn)生高頻振蕩過電壓的原因,用傳輸線理論可以很好地解釋,并且通過試驗研究也進一步得到證實,它是造成電機絕緣過早破壞的原因之一,因此為了延長電機壽命,除了提高電機自身的絕緣水平外,還必須盡最大可能抑制過電壓的浪涌沖擊。

          21濾波器與驅(qū)動系統(tǒng)的等值電路

          在電動機端子上安裝阻抗匹配器可以很大程度地消弱過電壓,最簡單的是并聯(lián)一個與電纜的波阻抗接近的電阻,但由于電纜(線)的波阻抗很小,一般為10Ω~500Ω,故并聯(lián)電阻上的功耗很大,達到數(shù)百至數(shù)千瓦,因此一般不采用純電阻匹配器,通常都采用一階RC低通濾波器。

          無源低通一階阻尼濾波器是電阻和電容串聯(lián)后并接在電機接線端子相—相上,根據(jù)傳輸線一次波過程的彼得遜(Petersen)規(guī)則,濾波器與變頻器、電纜和電機組成了如圖1所示的等值電路,其中2US為等值電源電壓,US即為變頻器輸出電壓,Z0為等值電纜波阻抗,Zm為電機繞組波阻抗,Rf為濾波器電阻,Cf為濾波器電容。

          圖1一次波過程的等值電路

          圖2電動機端子上電壓上升沿與濾波器電容Cf和電阻Rf的關(guān)系

          (a)Cf=0.08μF(b)Cf=0.02μF

          (c)Cf=0.005μF(d)Cf=0.001μF

           

          以前研究中已經(jīng)證實,在通用驅(qū)動變頻器的載波頻率(600Hz~15kHz)下,平均脈沖寬度在數(shù)十微秒以上,而由波過程產(chǎn)生的高頻振蕩過程一般約需十幾微秒,因此在分析變頻器輸出的連續(xù)脈沖波的波過程時,可用一個階躍波的波過程來表示。

          電纜的波阻抗Zc可通過測量單位長度的電容C0和電感L0來求得。本文采用低壓三相PVC絕緣護套電纜線,測得相—相間C0約為76×10-11F/m,L0約為65×10-7H/m,從而根據(jù)Zc=(L0/C0)1/2求得Zc約為92Ω。這里考慮電源有很小的內(nèi)阻抗,因此對圖1中的等值電纜波阻抗Z0可近似取為100Ω。電動機由于是電感性負載,其波阻抗Zm遠大于電纜的波阻抗。

          電動機相關(guān)文章:電動機工作原理設(shè)計



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