PWM逆变器输出dvdt抑制技术的仿真研究

哈尔滨理工大学学士学位论文-I-PWM逆变器输出dv/dt抑制技术的仿真研究摘要高变化频率(2-20KHZ)在现代的能量高于500KW的双极性绝缘晶体管技术中是很平常的现象，然而，高变速和高级的脉宽调制逆变系统有效地提高了脉宽调制逆变器对电动机的供给情况，小于0.1μs时间内的0～650V的高电压时间升高频率对发动机绝缘体起到了不利的影响，这些剧烈上升和下降的脉冲导致电动机电压的分布不均匀，尤其在开关变化的过程中，这导致绝缘物质的退化以至电动机的失灵，而且dv/dt会导致轴承电流的破坏和电磁干扰。有两种主要的降低由电动机终端过电压引起的电动机绝缘体压力的方法：1、过滤技术2、增加磁线的绝缘能力，以抵制较高的dv/dt。一种特殊设计的放置在电动机终端的分流滤波器已经被证明能够有效的抑制过电压现象。然而，在许多应用中，电动机的终端很难达到，例如，驱动潜水泵时，几乎找不到方便的放置整流器终端滤波器的地方为了解决这些涉及到的问题，我们将研究逆变器输出滤波器在设计方面的问题。对于逆变器输出滤波器，如何降低滤波器的输出脉冲的dv/dt，使其低于限定的临界值是最重要的问题，这一问题解决了，电动机的终端就不会发生过电压的现象。同时，滤波器的大小﹑成本﹑重量﹑老化等也要尽可能的完善，滤波器在逆变器全部v/f范围内的操作一通过仿真和实验得到证实，逆变器输出滤波器将与安置在电动机终端的分流滤波器相比较。关键词PWM逆变器；长线电缆；反射；上升时间ResearchonPWMinverteroutputdv/dtfilterAbstractHighswitchingfrequencies(2–20kHz)arecommonwiththepresent-dayinsulatedgatebipolartransistor(IGBT)technologyforpowerlevelsover500kW.WhilethehighswitchingspeedsandadvancedPWMschemessignificantlyimprovetheperformanceofthePWM-inverter-fedinductionmotors,thehighrateofvoltageriseof0–650Vinlessthan0.1shasadverseeffectsonthemotorinsulation.Thesesteeprisingandfallingpulsesleadtoanunevendistributionofvoltageswithinthemotor,especiallyduringswitchingtransitions.Thiscontributestoinsulationdeteriorationandsubsequentfailureofthemotor.Inaddition,thecontributestodamagingbearingcurrentsandelectromagneticinterference(EMI).Therearetwoprimarymeansofreducingthemotorinsulationstressesduetomotorterminalover-voltages:1filteringtechniques2increasingtheinsulationstrengthofthemagnetwiretowithstandahigh.Aspeciallydesignedshuntfilterinstalledatthemotorterminalshasbeenshowntoeffectivelydampenthevoltageovershoot.However,inmanyapplications,themotorterminalsmaynotbeaccessible,asindrivesforsubmersiblepumps,whereitmaybemoreconvenienttoinstallafilterattheinverterterminals.Inresponsetotheseconcerns,thispaperexaminesthedesignaspectsofaninverteroutputfilter.Theprimaryroleoftheinverteroutputfilteristoreducetheoftheinverteroutputpulsesbelowadeterminedcriticalvalue,suchthat哈尔滨理工大学学士学位论文-II-overvoltagesdonotoccuratthemotorterminals.Thefiltersize,cost,weight,andlossesareoptimized.Thefilteroperationfortheentirerangeoftheinverterisverifiedthroughsimulationsandexperimentalresults.Theproposedinverteroutputfilteristhencomparedtoashuntfilterinstalledatthemotorterminals.KeywordsPWMinverter;Longmotorleads;Reflection;Risetime不要删除行尾的分节符，此行不会被打印哈尔滨理工大学学士学位论文-III-目录摘要……IAbstractII第1章绪论11.1题目研究的目的和意义11.2国内外发展状况31.3本文研究的内容5第2章过电压理论62.1引言62.2传输线理论分析62.2.1典型传输线理论62.2.2传输线模型及其方程72.3过电压分析102.3.1电压反射过程的分析102.3.2PWM上升时间的影响112.4本章小结13第3章PWM变频器调速系统仿真模型的研究143.1PWM变频器的仿真模型的建立143.1.1整流部分143.1.2直流母线部分143.1.3逆变部分153.1.4变频器的仿真波形分析173.2长线传输时电压反射造成的电动机端过电压193.2.1仿真分析193.2.2影响过电压的因素213.3本章小结23第4章PWM逆变器输出dv/dt抑制技术的仿真研究244.1引言244.2滤波器的建立254.3差模dv/dt抑制作用分析264.4参数设计274.5仿真314.6本章小结33结论35致谢36参考文献37附录A外文文献原文39附录B中文翻译50哈尔滨理工大学学士学位论文-IV-附录C滤波前后的仿真电路图54附录DS函数源程序及注释56千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行哈尔滨理工大学学士学位论文-1-绪论题目研究的目的和意义变频调速是一项效益高、性能好、应用广泛的交流传动控制技术。作为实现变频调速的控制装置——变频器已经被广泛应用于工业、农业及国防等各个领域，在未来世界中将会扮演越来越重要的角色。然而，变频器在节能、改善人类生活环境、将降低生产成本、提高产品质量以及提高工业自动化程度方面做出巨大贡献的同时也产生了一些显著的负面效应。由于现代电力电子器件的飞速发展，功率开关器件(如绝缘栅双极晶体管IGBT)开关频率可达几十千赫兹，其快速导通或者关断的特性导致逆变器的输出产生很高的dv/dt。dv/dt过高将对变频器驱动系统产生一系列危害，可以总结为如下图1-1所示：ACDriveACDriveACDriveACDriveCommonModeCommonModeCommonModeCommonModeCurrentPathCurrentPathCurrentPathCurrentPathPEPEPEPEEARTHEARTHEARTHEARTHGROUNDGROUNDGROUNDGROUNDPotential#3Potential#3Potential#3Potential#3Potential#1Potential#1Potential#1Potential#1MotorMotorMotorMotorPotential#2Potential#2Potential#2Potential#2XXXXOOOORRRRUUUUVVVV((((----))))(+)(+)(+)(+)LogicLogicLogicLogicTrueEarthGround(TE)TrueEarthGround(TE)TrueEarthGround(TE)TrueEarthGround(TE)InterfaceElectronicsInterfaceElectronicsInterfaceElectronicsInterfaceElectronics0000----10V,communication,10V,communication,10V,communication,10V,communication,4444----20ma,sensorinterface,etc20ma,sensorinterface,etc20ma,sensorinterface,etc20ma,sensorinterface,etcPotential#4Potential#4Potential#4Potential#4TachTachTachTachInputTransformerInputTransformerInputTransformerInputTransformerVngVngVngVngACDriveACDriveACDriveACDriveCommonModeCommonModeCommonModeCommonModeCurrentPathCurrentPathCurrentPathCurrentPathPEPEPEPEEARTHEARTHEARTHEARTHGROUNDGROUNDGROUNDGROUNDPotential#3Potential#3Potential#3Potential#3Potential#1Potential#1Potential#1Potential#1MotorMotorMotorMotorPotential#2Potential#2Potential#2Potential#2XXXXOOOORRRRUUUUVVVV((((----))))(+)(+)(+)(+)LogicLogicLogicLogicLogicLogicLogicLogicTrueEarthGround(TE)TrueEarthGround(TE)TrueEarthGroun