[發明專利]電機拖動系統中長線傳播濾波器的設計方法

無效

• 申請號: 201310539105.X
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103595334A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 朱淼;王鵬
• 申請（專利權）人: 朱淼;王鵬
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02P21/00;H02M1/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電力電子領域，具體地，涉及一種電機拖動系統中長線傳播濾波器的設計方法，適用于電機拖動控制系統等應用。

背景技術

現代電機控制普遍采用磁鏈定向的矢量控制技術，基于三相電壓源型PWM逆變器（VSI）的拓撲結構來實現高性能的電機拖動控制。但是在很多情況下，逆變器輸出需要通過長線電纜來驅動電機，由于電纜阻抗與電機阻抗以及電纜阻抗與逆變器的輸出阻抗存在嚴重的不匹配現象，會導致電壓波在傳播過程中發生反射，從而使電壓波在達到電機端時產生過電壓現象，嚴重的情況下會出現2倍V_dc甚至更高的過電壓現象，這將對電機絕緣帶來嚴重的影響；不僅如此，由于開關電壓的上升時間很短，過高的dv/dt對電機絕緣帶來更嚴重的考驗。因此，需要設計長線傳播濾波器來限制電機端的電壓變化率，以降低過電壓現象對電機絕緣的影響。

經檢索發現，在中文核心期刊《電機與控制學報》發表的名稱為“一種新穎的用于減小電機終端共模dv/dt的逆變輸出濾波器”的文章，提出了一種新穎的用于脈沖寬度調制(PWM)驅動系統的逆變器輸出濾波器。此濾波器由可調電感和電容組成,可以有效抑制電機終端的共模dv/dt。這個濾波器的優點是電感的數值可以根據載波頻率的大小自動進行調節,從而確保濾波效果不受載波頻率變化的影響,同時可以減小不同載波頻率下電感上的電壓降。這種濾波器的使用將有助于延長軸承壽命,增強PWM驅動系統的可靠性。通過理論分析和仿真結果證明了這種濾波器的有效性。該文提出了一種限制電機共模dv/dt的濾波器設計方案，采用變參數的LC濾波器結構；該方法雖然具有降低損耗，適應載波頻率變化的特點，但是這種濾波器結構較為復雜并且不具備產業化的可行性。

在中文核心期刊《電工技術學報》發表的名稱為“PWM逆變器輸出端共模與差模電壓dv/dt濾波器設計”的文章，文中提出PWM逆變器直接驅動電機時會產生較高dv/dt的共模電壓,并由此產生軸承電流和共模漏電流以及嚴重的電磁干擾(EMI)，特別是當逆變器通過長線電纜與電機連接時,由于電纜中分布參數的影響,會在電機端產生電壓反射現象,從而在電機端會產生2倍以上的過電壓,導致線圈絕緣失敗；文中通過對PWM逆變器驅動電機系統產生的共模以及差模電壓分析,提出了一種改進型的逆變器端無源濾波器,并給出了參數的設計方法。與傳統的濾波器相比,該濾波器可對共模及差模電壓dv/dt同時起到抑制作用,從而減小了由此產生的負面效應，實驗結果驗證了該濾波器的有效性；該文也提供了一種抑制過電壓現象的濾波器結構，但是需要將各相濾波器的中性點與電容參考0電位相連，因為實際系統中直流電壓的中性點并不能檢測與連接，因此該方法只是一種理論上可行的方案。

在期刊《自動化技術與應用》上，名稱：“長線傳輸感應電機系統過電壓濾波器的研究”的文章，提出基于反射理論分析了長線電纜傳輸感應電機系統過電壓的原因,通過電纜模型得出了RC濾波器的基本設計方法,然后建立了從PWM逆變電源、電纜到電機的傳動系統模型；仿真和實驗驗證了理論分析的正確性。該文采用在電機側加裝RC濾波器的方法來實現長線傳播時的過電壓限制，但是在電機端加裝濾波器并不方便，具有一定的局限性。

公開號為CN202435036U，申請號為201120570185.1的中國實用新型專利“風力發電機組機側濾波裝置”，該實用新型公開了一種風力發電機組機側濾波裝置，其包括：LCR濾波器和RC濾波器，其中，LCR濾波器連接在變頻器側，RC濾波器連接在發電機轉子側，LCR濾波器與RC濾波器串聯；LCR濾波器包括電抗、第一電容和第一電阻，電抗串聯在變頻器側，第一電容和第一電阻串聯之后再與電抗并聯；RC濾波器包括串聯的第二電容和第二電阻。但是該專利沒有涉及LCR濾波器具體參數的設計過程，缺乏實際指導意義。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種電機拖動系統中長線傳播濾波器的設計方法，該方法在逆變器側采用LCR型濾波器結構，降低了到達電機端電壓的幅值以及相應的dv/dt，以滿足電機絕緣的要求。

為實現以上目的，本發明提供一種電機拖動系統中長線傳播濾波器的設計方法，該方法是在逆變器側采用LCR型的二階濾波器來實現過電壓限制以及電壓上升率的限制，包括如下步驟：

步驟1、確定輸出電感L的大小

輸出電感L一方面減少電流上升率，一方面跟濾波電容C構成二階系統來延長電壓脈沖上升沿的上升時間，輸出電感L的大小按照線路阻抗的0.2p.u.進行選擇，公式如下：