[實用新型]電壓尖峰濾波器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120173535.0
• 申請日: 2011-05-13
• 公開（公告）號: CN202042906U
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林賢聰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11279
• 代理人: 郭振興;王正茂

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種用于由變頻器驅(qū)動的電機或發(fā)電機的電壓尖峰濾波器，該電機或發(fā)電機通過長的傳輸電纜/母排連接到變頻器。

背景技術(shù)

在理想的傳輸電纜條件下，變頻器輸出的脈沖波形在經(jīng)過長電纜傳輸?shù)诫姍C或發(fā)電機之后，將維持其初始波形。但由于實際系統(tǒng)中感性元件和容性元件的存在，例如用于降低電壓變化率水平的輸出電抗器及相關(guān)的電容器，以及電纜和電機(或發(fā)電機)的電感及漏電容等，變頻器的輸出脈沖將發(fā)生振蕩，從而在電機或發(fā)電機的接線端子上產(chǎn)生過電壓尖峰；如果電纜的阻抗和電機/發(fā)電機的阻抗不匹配，由此產(chǎn)生的電壓尖峰會很高，從而損壞電機/發(fā)電機繞組的絕緣。

具體地，如圖2所示，當(dāng)變頻器的輸出脈沖Uph經(jīng)由圖1所示的電機電纜等效回路時，將產(chǎn)生如圖3所示的電壓波形畸變Ut；由于長電纜電壓反射現(xiàn)象的存在，如果電纜參數(shù)Lc、Rc、Cc與電機參數(shù)Lm、Rm、Cm存在很大的差異，例如185平方毫米線徑的100米電纜電感Lc約為0.023mH/km，而1.5MW電機的電感卻能達到1.5mH，該電壓畸變將被疊加，從而在電機端子上產(chǎn)生很高的過電壓尖峰，即為差模電壓尖峰。該過電壓尖峰在電機內(nèi)部等效RLC回路再次發(fā)生振蕩，從而在電機內(nèi)部漏電容上產(chǎn)生很高的電壓尖峰，嚴(yán)重威脅電機的絕緣安全。

圖4-5示出了共模電壓尖峰的示意圖，該電路沒有直接的閉合回路，但由于導(dǎo)線的電磁耦合效應(yīng)使得分布電容的作用非常突出，尤其是在PWM系統(tǒng)的調(diào)制方式下。

在變頻器輸出系統(tǒng)中，如圖1所示，Cc不僅可以表示相電纜之間的漏電容，同時也可以表示相電纜和地電纜之間的漏電容。因此共模電壓Ucom＝(Uu+Uv+Uw)/3，即共模電壓的大小等于變頻器輸出三相的電壓波形輸出的矢量和；如圖2所示，由于變頻器輸出脈沖發(fā)生畸變而產(chǎn)生了電壓尖峰，因而共模電壓也同樣會產(chǎn)生尖峰。

現(xiàn)有技術(shù)中，解決上述電壓尖峰的方案主要有：

1、在電機接線端子上加裝阻容濾波器(如圖6所示)：當(dāng)圖3所述的輸出脈沖到達U、V相電機端子時，差模電壓尖峰即開始給U、V相電容Cuv和Cvw充電，直至達到電壓平衡，充電過程截止；當(dāng)變頻器輸出電壓反向時，即圖3所示的電壓波形為負(fù)，則Cuv和Cvw需要先完全放電，然后才能反方向充電直到電壓平衡。為滿足快速充放電的需求，RC濾波器的參數(shù)都將選取較小的值，而較小的電阻Ruv、Rvw、Rwu將產(chǎn)生較大的充電電流，從而導(dǎo)致較大的濾波器功耗。

在圖6中，RC濾波器在濾除共模電壓尖峰時，只使用單相阻容參數(shù)組，如Cuv和Ruv；在濾除差模電壓尖峰時，則使用了兩相阻容參數(shù)組串聯(lián)，如Cuv和Ruv、Cvw和Rvw。因此該濾波器在削減峰值電壓對差模電壓和共模電壓的削減效果有較大的差別，削減后的差模電壓尖峰和共模電壓尖峰也會存在很大的不同。

圖6中的RC濾波器并入系統(tǒng)時，其阻容參數(shù)將改變變頻器輸出脈沖的振蕩頻率，在特定情況下，可能引發(fā)電機系統(tǒng)的諧振，從而導(dǎo)致電機系統(tǒng)的誤操作。

綜上所述，上述RC濾波器具有如下缺點：第一，當(dāng)阻容濾波器連接到電機/發(fā)電機端子時，傳動側(cè)的電機/發(fā)電機模型參數(shù)會發(fā)生改變，這意味著每當(dāng)阻容濾波器連接到系統(tǒng)或從系統(tǒng)中斷開時，變頻器都需要對電機/發(fā)電機參數(shù)進行辨識，否則電機的控制可能引發(fā)預(yù)期外的工作狀態(tài)，例如電磁振蕩；第二，阻容濾波器會導(dǎo)致高耗能，并且該種濾波器在削減差模電壓尖峰和共模電壓尖峰時的性能差異難以平衡。

2、使用RLC(電阻-電感-電容)濾波器來降低變頻器輸出的電壓變化率(如圖7所示)：將RLC濾波器串接到變頻器輸出與電機之間，當(dāng)電機容量較大時，例如兆瓦級電機，其驅(qū)動電流可達1000A以上，電感L上的等效電阻Ru、Rv、Rw上的功耗P正比于電流的平方值，因而功率越高，濾波器產(chǎn)生的功耗就越大。

實用新型內(nèi)容

本實用新型公開了一種電壓尖峰濾波器，以解決現(xiàn)有的由變頻器驅(qū)動的電機或發(fā)電機產(chǎn)生過電壓尖峰破壞電機或發(fā)電機絕緣的技術(shù)問題。

本實用新型所述的電壓尖峰濾波器，并聯(lián)在電機或發(fā)電機端子之上，包括三相整流橋、濾波電容和濾波電阻，三相整流橋的輸入端分別與三相電源的U端、V端、W端相連，濾波電容和濾波電阻分別以并聯(lián)的方式與三相整流橋的輸出端相連。

在上述技術(shù)方案中，電壓尖峰濾波器還可以包括由共模二極管組成的第四整流橋臂，第四整流橋臂與三相整流橋共同構(gòu)成四相整流橋，第四整流橋臂的輸入端與接地端Gnd相連，濾波電容和濾波電阻分別以并聯(lián)的方式與四相整流橋的輸出端相連。

在上述技術(shù)方案中，三相整流橋可以由多個整流二極管組成。