[發明專利]抑制變頻調速系統共模電壓的電流反饋有源濾波器

有效

• 申請號: 201410026716.9
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103731015B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 王敏;嚴偉;劉飛
• 申請（專利權）人: 江蘇優控新能源科技有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02P27/08;H02P21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及抑制變頻調速系統共模電壓的電流反饋有源濾波器,由共模電流傳感器，電流放大和處理電路，功率放大電路、電阻R₁、電容C₁和四繞組共模變壓器構成。共模電流傳感器的測量信號經過電流放大和處理電路處理，然后由雙極性NPN型功率晶體管T₁和雙極性PNP型功率晶體管T₂組成的功率放大電路放大，驅動四繞組共模變壓的主邊電感，電阻R₁和電容C₁組成的串聯支路，該支路在共模電壓頻率下表現為純阻性。四繞組共模變壓器主邊的電壓變化通過互感耦合到串聯在變頻器輸出回路上的三個副邊上，抑制共模電壓的影響。該濾波器解決了變頻器輸出電壓通過電壓檢測網絡影響濾波器性能的問題，同時消除了功率放大電路的相位延遲。

技術領域

本發明涉及抑制變頻調速系統共模電壓的電流反饋有源濾波器，屬于變頻器應用技術領域。

背景技術

目前在變頻調速領域使用較為廣泛的是三相兩電平PWM（Pulse WidthModulation, 脈寬調制）變頻器。它的基本原理是脈寬調制原理，即利用變頻器三相橋臂共六個開關的一定順序和時間間隔的動作使得輸出電壓作用于電機定子繞組的效果和三相正弦波相同。開關動作的策略稱為脈寬調制方法。典型的三相兩電平PWM變頻調速系統如圖1所示，其中1為三相兩電平PWM變頻器，2為三相輸出變壓器，3為交流電機，4為直流側電壓U_dc，5為共模電流i_c，L₂為三相輸出變壓器電感值，L₃為交流電機定子繞組電感值, 13為交流電機定子繞組中性點和地之間的耦合電容C_g。O點為電機外殼接地點，F點為變頻器接地點。

三相兩電平PWM變頻器常采用正弦脈寬調制方法（Sinusoidal Pulse WidthModulation, SPWM）或空間矢量脈寬調制方法(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)。這兩種方法均會使交流電機定子繞組中性點和地平面之間存在固有的共模電壓。共模電壓的大小可通過三相兩電平PWM變頻器的八個基本開關狀態得到，這八個基本開關狀態對應四個共模電平，即±U_dc/2和±U_dc/6。典型的共模電壓波形如圖2所示。

共模電壓施加于交流電機定子繞組中性點和電機外殼接地點之間。交流電機定子繞組中性點和電機外殼接地點之間可等效為存在耦合電容C_g。變頻器開關頻率較大時，共模電壓的電壓轉換速率會比較大。由于耦合電容C_g的存在，共模電壓會在變頻器和電機的地平面之間引起較大的瞬時電流，如圖1中5所示。典型的三相兩電平PWM變頻調速系統(圖1所示)的共模等效電路如圖3所示。其中6為共模電壓。圖中其余部件含義同圖1。

這種瞬時電流會造成電機軸承的損壞，使用壽命的降低；其次，它也會引起變頻器接地點和電機接地點之間的電壓差，從而造成對控制系統的控制電壓的干擾；最后，它的高頻部分在某些情況下會通過天線進行電磁發射，對系統的薄弱環節形成干擾，影響系統的正常運行。

為了提高變頻調速系統的壽命和可靠性，必須對系統的共模電壓進行抑制。現有的抑制共模電壓的方法可分為兩類。

一類方法是通過改變脈寬調制策略減小共模電壓，這種方法的主要出發點是在目標調制電壓上疊加一個共模電壓以抵消固有共模電壓的影響。例如公開號為CN101359881的發明專利就屬于此類：該發明專利申請公開了一種基于瞬時最小共模電壓疊加的脈寬調制方法,它對傳統的空間矢量脈寬調制方法的進行了改進，通過對相電壓的目標值疊加一個最小共模電壓，使得系統的共模電壓降低。公開號為CN101860319A的發明專利提出了另一種脈寬調制方法來抑制共模電壓，通過疊加直流分量提高直流電壓利用率，再在疊加直流分量的基礎上構造出一種新型的調制信號，抑制了大功率逆變器的共模電壓。