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对异步电动机调速,发展前境是更加智能化.

随着我国电力技术和科技的快速发展，电力变频器广泛的应用于工业生产以及人类日常生活中。这是我为大家整理的变频器应用技术论文参考 范文 ，仅供参考! 变频器应用技术论文参考范文篇一：《变频器节能技术应用与研究》 【摘 要】本文根据水泵、风机轴功率与转速的平方成正比的特点，阐述变频调速节能原理，提出泵与风机应采用变频技术，已降低成本，延长设备使用寿命，提高经济效益。 【关键词】变频器;节能;水泵;风机 0 引言 锅炉是比较常见的用于集中供热设备，通常情况下，由于气温和负荷的变化，需对锅炉燃烧情况进行调节，传统的调节方式其原理是依靠增加系统的阻力，水泵采用调节阀门来控制流量，风机采用调节风门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀门、挡板的方式，不论供热需求大小，水泵、风机都要满负荷运转，拖动水泵、风机的电动机的轴功率并不会改变，电动机消耗的能量也并没有减少，而实际生产所需要的流量一般都比设计的最大流量小很多，因而普遍存在着“大马拉小车”现象。锅炉这样的运行方式不仅损失了能量，而且增大了设备损耗，导致设备使用寿命缩短，维护、维修费用高。把变频调速技术应用于水泵(或风机)的控制，代替阀门(或挡板)控制就能在控制过程中不增加管路阻力，提高系统的效率。变频调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速或减速，实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精度高，是电动机最理想的调速方式。如果将水泵、风机的非调速电动机改造为变频调速电动机，其耗电量就能随负荷变化，从而节约大量电能。 1 变频器应用在水泵、风机的节能原理 图1为水泵(风机)的H-Q关系曲线。图1中，曲线R2为水泵(风机)在给定转速下满负荷时，阀门(挡板)全开运行时阻力特征曲线;曲线 R1为部分负荷时，阀门(挡板)部分开启时的阻力特性曲线;曲线H(n1)和H(n2)表示不同转速时的Q=f(H)曲线。采用阀门(挡板)控制时，流(风)量从Q2减小到Q1，阻力曲线从R2移到R1，扬程(风压)从HA移到HB。采用调速控制时，H(n2)移到H(n1)，流(风)量从Q2减小到Q1，扬程(风压)从HA移到HC。 图1 水泵(风机)的H-Q关系曲线 图2为水泵(风机)的P-Q的关系曲线。由图2可以看出，流(风)量Q1时，采用阀门(挡板)控制的功率为PB。采用变频调速控制的功率为 PC。ΔP=PB-PC就是节省的功率。 图2 为水泵(风机)的P-Q的关系曲线 如果不计风机的效率η，则采用阀门(挡板)时的功率消耗在图中由面积OHBBQ1所代表，而采用调速控制时的功率消耗由面积OHCCQ1所代表，后者较前者面积相差为HCHBBC，即采用调速控制流(风)量比采用阀门(挡板)控制可节约能量。 2 水泵、风机的节能计算和分析 通常转速n与频率f成正比，若将电动机的运行频率由原来的50Hz降至40Hz时，其实际转速则降为额定转速的80%，即实际转速nsn和额定转速nn：nsn=(■)nn=。设K为电机过载系数，则电动机额定功率Pn=Kn■■。因此电动机运行在40Hz时，实际功率为： Psn=Kn■■=K()3=■■= 节能率 =■=■=■= 表1 电动机节能率 供热公司胜利锅炉房将电动机改为变频调速，其中： 表2 补水泵电动机在定速和变速不同情况下测出的数据 根据表2的数据，一个采暖期按190天计算，工业电费单价为元/kWh。加装变频器后补水泵电动机节约电费： ()×24×190×元 表3 鼓风机电动机在定速和变速不同情况下测出的数据 根据表3的数据，胜利车间有5台鼓风机电动机。一个采暖期按190天计算，工业电费单价为元/kWh。加装变频器后鼓风机电动机节约电费： ()×24×190××5=元 表4 引风机电动机在定速和变速不同情况下测出的数据 根据表4的数据，胜利车间有5台鼓风机电动机。一个采暖期按190天计算，工业电费单价为元/kWh。加装变频器后引风机电动机节约电费： ()×24×190××5=元 综上所述，胜利车间安装变频后，一个保温期合计节约电费： 元 节能效果明显。 通过上述分析和实际应用，锅炉水泵、风机采用变频调速后具有以下优点。 (1)水泵、风机的电动机工作电流下降，温升明显下降，同时减少了机械磨损，维修工作量大大减少。 (2)保护功能可靠，消除了电动机因过载或单相运行而烧坏的现象，延长了使用寿命，能长期稳定运行。 (3)电动机实现软起动，实现平滑地无级调速，精度高，调速范围宽(0-100%)。频率变化范围大(O-50Hz)。效率可高达(90%-95%)以上。减小了对电网的冲击。 (4)安装容易，调试方便，操作简便，维护量小。 (5)节能省电，燃煤效率提高。 (6)变频器可采用软件与计算机可编程控制器联机控制的功能，容易实现生产过程的自动控制。 3 结束语 引进变频器可以实现能源的有效利用，避免过多的能源消耗。使用变频器节能主要是通过改变电动机的转速实现流量和压力的控制，来降低管道阻力，减少了阀门半开的能源损失。其次变频状态下的水泵(风机)运行转速明显低于工频电源之下，这样能尽量减少由于摩擦带来的电力损耗。最后变频技术是一种先进的现代自动化技术，自动化的运行能增加电力运行的可靠性，节省人力投入，从而实现了成本的节约。 【参考文献】 [1]赵斌，莫桂强.变频调速器在锅炉风机节能改造中的应用[J].广西电力. [2]吴民强.泵与风机节能技术问答[M].北京：中国电力出版社，1998. [3]梁学造，蔡泽发.异步电动机的降损节能 方法 [Z].湖南省电力工业局. 变频器应用技术论文参考范文篇二：《变频器技术改造实践与应用》 【摘要】介绍了锅炉风机电机以及补水泵、循环泵电机等设备变频器技术改造实例及应用，并对变频器调速改造中应注意的一些技术问题进行了论述。 【关键词】自动化控制;变频器;技术改造 1 锅炉风机电机应用变频器调速控制 以Ⅱ热水锅炉为例，每台锅炉配置引风机和鼓风机各六台，各电机主要技术参数如下： 型号 容量(KW) 电压(V) 额定电流(A) 引风机 Y280S4 75 380 鼓风机 Y200L4 30 380 57 在进行变频器改造以前，各风机在正常情况下的运行数据统计如下： 平均电流 最大电流 最小电流 引风机 142 145 139 鼓风机 59 63 57 首先选择在1#5#炉的鼓、引风机上进行改造尝试，并考虑到风机电机功率设计时配置，选择相匹配功率的变频器来控制电机，变频器的型号为ABB ACS51001157A4(引风机)、ZXBP30(鼓风机)，电压等级为380V，通过一段时间的运行测试，引风机工频电流由原来的平均140(A)下降到现在的平均95―110(A)，鼓风机工频电流由原来的平均57(A)下降到现在的平均30(A)节能效果相当显著，并且变频器技术性能完全满足锅炉运行工艺的要求(主要是风压、风量、加减风的速率等)，电机在启动、运行调节、控制操作等方面都得到极大的改善。变频调速由安装在锅炉操作台上的启动、停机、转速调整开关进行远程控制，并可同DCS系统接口，通过DCS实现变频器的调速控制，变频调速装置还提供报警指示、故障指示、待机状态、运行状态、连锁保护等保护信息以及转速给定值和风机实际转速值等必要指示，以便操作人员进行操作控制。 2 补水泵、循环泵电机应用变频器进行调节控制 以2台补水泵、4台循环泵实际应用为例，其电动机的技术参数分别为： 序号 型号 功率 额定电流 流量 补水泵 1#泵 Y180M4 25 2#泵 Y180M4 25 循环泵 1#泵 Y315M14 132 237 630 2#泵 Y315M14 132 237 630 3#泵 Y315M14 132 237 630 4#泵 Y2315M4 132 630 正常补水时泵出力太大，紧急补水时一台泵又不能满足耗水需要，同时启动时出力又太大，连续供水补水效率高，效果也好。补水泵改用变频器调节补水，不仅仅在于考虑它对电机的节能效益，更重要的是从生产设备运行安全角度考虑，变频器选用富士FRN132P11S―4CX，电压等级为380V。 为充分利用变频器，采用1台变频器来实现两台电机的调速控制;2台补水泵均可实现变速、定速两种方式运行，变频器在同一时间只能作一台电机的变频电源，所以每台电机启动、停止必须相互闭锁，用逻辑电路控制，保证可靠切换，出口采用双投闸刀切换;2台补水泵工作时，其中一台由工频供电作定速运行，另一台由变频器供电作变速运行，同一台电机的变速、定速运行由交流接触器相互闭锁，即在变速运行时，定速合不上，如下图中，1C1与1C2及2C1与2C2不允许同时合上;为确保工艺控制安全、可靠，变频器及两台电机的控制、保护、测量单元全部集中在就地控制柜内，控制调节通过屏蔽信号电缆引接到控制室; 图1 补水泵电机变频器接线，虚框内为改造增加部分3 变频器调速改造中应注意的一些技术问题 锅炉的安全运行是全队动力的根本保证，虽然变频调速装置是可靠的，但一旦出现问题，必须确保锅炉安全供热，所以，必须实现工频――变频运行的切换系统(旁路系统)，在生产过程中，采用手工切换如能满足设备运行工艺要求，建议尽量不要选用自动旁路，对一般的小功率电机，采用双投闸刀方式作为手动、自动切换手段也是比较理想的方法。 对于大惯量负荷的电机(如锅炉引风机)，在变频改造后，要注意风机可能存在扭曲共振现象，运行中，一旦发生共振，将严重损坏风机和拖动电机。所以，必须计算或测量风机――电机连接轴系扭振临界转速以及采取相应的技术 措施 (如设置频率跳跃功能避开共振点、软连接及机座加震动吸收橡胶等)。 采用变频调速控制后，如果变频器长时间运行在1/2工频以下，随着电机转速的下降，电机散热能力也下降，同时电机发热量也随之减少。所以电机的本身温度其实是下降的，仍旧能够正常运行而不至温度过高。 变频器不能由输出口反向送电，在电气回路设计中必须注意，如在补水泵和循环泵变频器改造接线图中，要求1C1与1C2及2C1与2C2不允许同时合上，不仅要求在电气二次回路中实现电气的连锁，同时要求在机械上实现机构互锁，以确保变频器的运行安全。 低压变频器，由于体积较小，在改造中的安装地点选择比较容易些。选择变频器室位置，既要考虑离电机设备不能太远，又要考虑周围环境对变频器运行可能造成的影响。变频器的安装和运行环境要求较高，为了使变频器能长期稳定和可靠运行，对安装变频器室的室内环境温度要求最好控制在0-40℃之间，如果温度超过允许值，应考虑配备相应的空调设备。同时，室内不应有较大灰尘、腐蚀或爆炸性气体、导电粉尘等。 要保证变频器柜体和厂房大地的可靠连接，保证人员和设备安全。为防止信号干扰，控制系统最好埋设独立的接地系统，对接地电阻的要求不大于4Ω。到变频器的信号线，必须采用屏蔽电缆，屏蔽线的一端要求可靠接地。 随着电力电子技术的发展，变频器的各项技术性能也得到拓宽和提高，在热电行业中，风机水泵类负荷较多，充分应用变频器进行节能改造已经逐渐被大家所接受。对于目前低压变频器，投资较低、效益高，一年左右就可以收回投资而被广泛应用。随着目前国产变频器的迅速发展，使得变频器的性能价格比大大提高，为利用变频器进行节能技术改造提供了更加广阔的前景。 参考文献： [1]王占奎.变频调速应用百例.北京：科学出版社出版， [2]吴忠智，吴加林.变频器应用手册.北京：机械工业出版社， 变频器应用技术论文参考范文篇三：《浅议变频调速技术的应用》 摘要：调速和起制动性能、高效率、高功率因数的节电效果、适用范围广等优点,而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺,变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合,并取得了显著的经济效益。近年来高电压、大电流的SCR,GTO,IGBT,IG-GT以及智能模块IPM(IntelligentPowerModule)等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用,使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 关键词：变频器，控制技术，应用 电力电子技术诞生至今已近50年,他对人类的文明起了巨大的作用.近10年来,随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电气传动技术面临着一场历史革命,即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其有益的 调速和起制动性能、高效率、高功率因数的节电效果、适用范围广等优点,而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 1.变频调速技术的现状 电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成。电气传动可分为调速和不调速两大类,调速又分为交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电。但是,随着电力电子技术的发展,原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能,改善产品质量,提高产量。以我国为例,60%的发电量是通过电动机消耗的。因此,调速传动有着巨大的节能潜力,变频调速是交流调速的基础和主干内容,变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。近年来。变频调速技术已成为交流调速中最活跃、发展最快的技术。 国外现状 采用变频的方法,实现对电机转速的控制,大约已有40年的历史,但变频调速技术的高速发展,则是近十年的事情,主要是由下面几个因素决定: 市场有大量需求 随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺,变频器越来越广泛地应用在冶金、机械、石油、化工、纺织、造纸、食品等各个行业以及风机、水泵等节能场合,并取得了显著的经济效益。 功率器件发展迅速 变频调速技术是建立在电力电子技术基础之上的。近年来高电压、大电流的SCR,GTO,IGBT,IG-GT以及智能模块IPM(Intelligent Power Module)等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用,使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。在大功率交—交变频(循环交流器)调速技术方面,法国阿尔斯通已能提供单机容量达30000kW的电器传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面,意大利ABB公司提供了单机容量为60000kW的设备用于抽水蓄能电站;在中功率变频调速技术方面,德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10-2600kVA和Simovert PGTOPWM变频调速设备单机容量为100-900kVA,其控制系统已实现全数字化,用于电机风车,风机,水泵传动;在小功率变频调速技术方面,日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA,IGBT变频器已形成系列产品,其控制系统也已实现全数字化。 IPM投入应用比IGBT约晚二年,由于IPM包含了1GBT芯片及外围的驱动和保护电路,有的甚至还把光耦也集成于一体,是一种更为适用的集成型功率器件。目前,在模块额定电流10-600A范围内,通用变频器均有采用IPM的趋向。IPM除了在工业变频器中被大量采用之外,经济型的IPM在近年内也开始在一些民用品,如家用空调变频器,冰箱变频器,洗衣机变频器中得到应用。IPM也在向更高的水平发展,日本三菱电机最近开发的专用智能模块ASIPM将不需要外接光耦,通过内部自举电路可单电源供电,并采用了低电感的封装技术,在实现系统小型化、专用化、高性能、低成本方面又推近了一步。 控制理论和微电子技术的支持 在现代自动化控制领域中,以现代控制论为基础,融入模糊控制、专家控制、神经控制等新的控制理论,为高性能变频调速提供了理论基础;16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展,则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手段。 国内现状 从整体上看我国电气传动系统制造技术水平较国际先进水平差距10-15年。在大功率交-交,无换向器电动机等变频技术方面,国内只有少数科研单位有能力制造,但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬机方面有很大需求。在中小频率技术方面,国内学者做了大量变频理论的基础研究。早在80年代,已成功引入矢量控制的理论,针对交流电机具有多变量、强耦合、非线性的特点,采用了线性解耦和非线性解耦的方法,探讨交流电机变频调速的控制策略。 进入90年代,随着高性能单片机和数字信号处理的使用,国内学者紧跟国外最新控制策略,针对交流电机感应特点,采用高次谐波注入SPWM和空间磁通矢量PWM等方法,控制算法采用模糊控制,神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测,在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了有益的基础研究。在新型电力电子器件应用方面,由于GTR,GTO,IGBT,IPM等全控制器件的使用,使得中小功率的变流主电路大大简化,大功率SCR,GTO,IG-BT,IGCT等器件的并联、串联技术应用,使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。在控制器件方面,实现了从16位单片机到32位DSP的应用。国内学者一直致力于变频调速新型控制策略的研究,但由于半导体功率器件和DSP等器件依赖进口,使得变频器的制造成本较高,无法形成产业化,与国外的知名品牌相抗衡。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制,仅有少量的样机采用矢量控制,品种与质量还不能满足市场需要,每年需大量进口高性能的变频器。 因此,国内交流变频调速技术产业状况表现如下:(1)变频器控制策略的基础研究与国外差距不大。(2)变频器的整机技术落后,国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力,但由于力量分散,并没形成一定的技术和生产规模。(3)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。(4)相关配套产业及行业落后。(5)产销量少,可靠性及工艺水平不高。 2.变频调速技术未来发展的方向 变频调速技术主要向着两个方向发展:一是实现高功率因数、高效率、无谐波干扰,研制具有良好电磁兼容性能的“绿色电器”;二是向变频器应用的深度和广度发展。随着变流器应用领域深度和广度的不断开拓,变频调速技术将越来越清楚地展示它在一个国家国民经济中的重要性。可以预料,现代控制理论和人工智能技术在变频调速技术的应用和推广,将赋予它更强的生命力和更高的技术含量。其发展方向具有如下几项:(1)实现高水平的控制;(2)开发清洁电能的变流器;(3)缩小装置的尺寸;(4)高速度的数字控制;(5)模拟与计算机辅助设计(CAD)技术。论文检测。 3变频调速技术的应用 纵观我国变频调速技术的应用,总的说来走的是一个由试验到实用,由零星到大范围,由辅助系统到生产装置,由单纯考虑节能到全面改善工艺水平,由手动控制到自动控制,由低压中小容量到高压大容量,一句话,由低级到高级的过程。论文检测。我国是一个能耗大国,60%的发电量被电动机消耗掉,据有关资料统计,我国大约有风机、水泵、空气压缩机4200万台,装机容量约亿万千瓦,然而实际工作效率只有40%-60%,损耗电能占总发电量的40%,已有 经验 表明,应用变频调速技术,节电率一般可达10%-30%,有的甚至高达40%,节能潜力巨大。 有关资料表明,我国火力发电厂有八种泵与风机配套电动机的总容量为12829MW,年总用电量为450。2亿千瓦小时。还有总容量约为3913MW的泵与风机需要进行节能改造,完成改造后,估计年节电量可达25。论文检测。69亿千瓦小时;冶金企业也是我国的能耗大户,单位产品能耗高出日本3倍,法国4。9倍,印度1。9倍,冶金企业使用的风机泵类非常多,实施变频改造,不仅可以大幅度节约电能,还可改善产品质量。 参考文献 [1]何庆华,陈道兵. 变频器常见故障的处理及日常维护[J]. 变频器世界, 2009, (04) . [2]龙卓珉,罗雪莲. 矩阵式变频调速系统抗干扰设计[J]. 变频器世界, 2009, (04) . 猜你喜欢： 1. 电气类科技论文 2. 电子应用技术论文 3. 电气控制与plc应用技术论文 4. 变频器应用技术论文 5. 变电运行技术论文 6. 光伏应用技术论文

一种新颖的用于消除PWM逆变器输出共模电压的有源滤波器题目是这个意思，原文在哪里啊找到了貌似是这个，是个论文PWM逆变器在应用中会产生共模电压, 共模电压在IGBT的高速开关期间产生充放电电流。此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰，还会使电机轴承过早毁坏，从而影响系统运行的可靠性。文中提出了一种新颖的可以有效消除脉冲宽度调制（PWM）逆变器产生的共模电压的有源滤波器。这个有源滤波器由一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器组成，可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等，相位相反的共模电压，通过五绕组共模变压器叠加到逆变器输出中，从而有效消除感应电机端的共模电压。这种有源滤波器结构简单，控制容易。文中通过理论分析，仿真和实验结果证明了这种结构的有效性。关键词：PWM逆变器；输出有源滤波器; 共模电压; 五绕组变压器引言：高速电力半导体器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的发展使电压源型脉宽调制逆变器的载波频率大大提高（如20 kHz），高开关频率以及零开关损耗方案可显著提高PWM变频器的性能。但在PWM变频器的应用中，出现了一些负面问题。 例如，传统的IGBT的控制策略使PWM逆变器输出产生了共模电压。共模电压使IGBT在高速开关期间，产生充放电电流。电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流，漏电流过大将引起电机保护电路的误动作；频率从100 kHz到几兆范围变化的漏电流经地线流回系统的三相电源中，产生电磁干扰(EMI) ，影响电网上的其他设备的正常运行；轴电压和轴承电流过大使电机轴承过早毁坏[1,2] 。
为抑制逆变器输出的共模电压，提高系统的可靠性，传统的方法是采用转轴接地，轴承绝缘，具有传导性的润滑剂等来降低轴电流，保护电机轴承，但是电机端共模电压仍然存在。电机负载运行时，共模电压仍会通过负载轴承产生具有破坏性的电流。为此开始采用由无源器件组成的滤波器[3,4]，这类方法对消除过电压的影响非常有效，但载波频率发生变化时，对降低逆变器输出中的谐波成分的作用非常有限。因此，近年来开始尝试用有源器件来消除这些负面影响。Alexander Julian等提出了四相逆变器来消除共模电压[5]，这种方法会产生严重的开关损耗和谐波失真。Annette Jouanne提出双桥逆变器(DBI)用于消除电机共模电压和由此产生的轴承漏电流[6]，这种方法增加了一个三相逆变器及相应的驱动设备，所采用电机的定子必须有两套绕组，从而限制了这种方法的应用范围。日本学者Satoshi Ogasawara等人提出了一种有源共模噪声消除器(ACC)方案用于消除共模电压[7]，效果非常理想，但是这种方法需要射极跟随器，限制了其在高电压中应用。 提出了有源共模电压补偿器(ACCom)用于降低PWM VSI驱动感应电机系统中的轴电流[8]，这种结构的滤波器的变压器原边由具有6个开关器件组成的四电平半桥逆变器驱动，由于元件的数量很多并且驱动这些元件的电路非常复杂，因此串联电容的电压平衡问题没有解决，此文仅给出了仿真结果。
本文提出了一种新颖的逆变器输出有源滤波器来消除共模电压，从理论上分析了这种结构的滤波器的工作原理，最后通过仿真和实验证明了这种方案的有效性。
2 有源共模电压消除器
概述
共模电压的定义公式为

当电机的定子绕组接三相对称电源时，（Vao+Vbo+Vco）为零，电机端不存在共模电压；当电机的定子绕组接三相两电平逆变器时，由于逆变器在任意给定时刻都有三个开关动作，组成8种开关状态，使逆变器输出电压（Vao+Vbo+Vco）的总和通常不为零，为±Vdc/2（所有上三个开关或下三个开关导通）或±Vdc/6（两上一下或两下一上开关导通）(Vdc为逆变器直流母线电压)。电机端共模电压非常高，而且随着逆变器的调制频率的增加和电机零序阻抗的降低，共模电压可以产生非常大的共模电流，产生电磁干扰（EMI）等问题，破坏系统或电机，因此需要抑制。
三相逆变器输出产生的共模电压是一个四电平电压，如图1所示。电压参考点为直流母线电压中性点。< 有源滤波器结构 为消除三相逆变器输出产生的共模电压，本文采用一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器，其原理结构如图2所示。三相和单相逆变器由控制单元（DSP）控制。这种软件控制方法可以省掉硬件电路如共模电压检测电路等，简化单相逆变器的控制电路。五绕组共模变压器结构如图3所示。采用两个环型铁心，每一个铁心上套一个原绕组，匝数N1=3/2N；三个副绕组同时绕在两个铁心上，匝数均为N。两个原绕组中1b端和2a端相连且接到直流母线上两个电容C的中性点0上，1a端接到单相逆变器中IGBT7和8的中点c上，2b端接到IGBT9和10的中点d上，三个副绕组的a端接到三相逆变器的输出端上，b端接到电机的三相出线端上。由于单相逆变器中IGBT9、10桥臂工作时实际上是处于三电平的工作状态，在其输出点d与0点之间串入一电阻R，使IGBT9、10关断时，其输出点d电位迅速回落到0点电位。



由于流入感应电机的共模电流非常小（理论上为零），单相逆变器中的IGBT和二极管的额定电流非常小，其额定电压与逆变器中的IGBT相同。共模变压器的两个原绕组的额定电流也非常小，其副绕组由于要通过驱动系统的额定电流，要求绕组导线直径较大。共模变压器的铁心要用高频铁磁材料制作，由于PWM脉冲的频率非常高，故所需铁心的截面积不大。 控制原理：为消除三相逆变器输出的共模电压，必须要求本文提出的有源滤波器能够产生四电平的输出电压。为此，根据本文所提结构，单相逆变器的四个IGBT的控制规律如表1所示。表中ON表示该IGBT处于导通状态，OFF表示该IGBT处于关断状态。输出表示经五绕组共模变压器叠加到三相逆变器输出端的电压。输出计算举例：假设IGBT7和IGBT9导通，其它关断（第二种情况），这时，单相逆变器的c点和d点均输出+1/2Vdc，加到五绕组变压器的原边上。根据同名端和绕组的匝数比及绕组原边的接线，三个副绕组上均感应电压：（+1/2Vdc）-2/3%26acute;（+1/2Vdc）= +1/6Vdc。由于通过共模变压器叠加到三相逆变器输出端的电压与三相逆变器输出的共模电压反向，从而达到消除共模电压的目的。由于三相逆变器的输出相电压波形与其相应相的上桥臂IGBT的控制信号波形相同，仅幅值不同，而共模电压是逆变器输出相电压对参考地的三相和的1/3，因此逆变器输出的共模电压可以通过IGBT的控制信号计算出来。而单相逆变器又是根据共模电压进行工作的，单相逆变器的控制信号也可以根据三相逆变器的三个上桥臂IGBT的控制信号得出。因此用一个控制单元（DSP）即可实现三相逆变器和单相逆变器的控制工作。
图4为逆变器采用正弦波PWM（SPWM）控制时根据IGBT的控制信号计算出的任一个PWM脉冲周期的共模电压波形及单相逆变器的控制信号波形。图4(a)为三相参考正弦波Va，Vb，Vc及载波Rec波形；参考正弦波与载波相比较，得出PWM脉冲，图4(b)~(d)为三相逆变器中上三个桥臂中IGBT的控制信号，下三个桥臂控制信号与之相反；图4(e)为计算出的共模电压波形，可见，共模电压为四电平电压；图4(f)~(i)为单相逆变器中4个IGBT(7~10)的控制信号，其控制规则满足表1的要求。当将这4个控制信号与共模电压相比较，同时考虑共模变压器变比的作用，可以看出，其输出规律与共模电压完全相同。因此，这种结构的滤波器可以做到完全消除三相逆变器输出的共模电压。3 仿真分析 采用仿真软件为Matlab ，三相电源电压为380 V，50 Hz；二极管整流，直流母线电压为537 V；PWM-IGBT逆变器，载波频率为2 kHz；3 kW感应电机。电容C的值为5 mF，为防止由于实际电容在充放电过程中可能出现的电压不相等而导致参考点电位出现波动的情况，在电容C上又分别并联了一个10 kW的均压电阻。在仿真时未出现电压不相等的情况。
图5为采用图2所示结构进行仿真一个PWM周期的结果，由图5(a)可知除幅值不同外，其波形形状与计算出的图4(e)相同；通过图5(a)和(c)比较可以看出，加入本文提出的逆变器输出有源滤波器，可以将三相逆变器输出的共模电压幅值几乎完全降为零，从而消除了共模电压对感应电机产生的不良影响。图5(c)中的两个毛刺脉冲产生的原因是共模电压从-1/6Vdc向-1/2Vdc变化或+1/6Vdc向+1/2Vdc变化时，相应的要求单相逆变器中的IGBT9或10关断（IGBT7或8仍然导通），而实际上d点输出电位不能迅速回到0点电位，使滤波器输出电压小于三相逆变器的输出共模电压，从而产生了毛刺脉冲。可以通过改变电阻R的阻值达到降低毛刺脉冲幅值的目的。4 改进方案图2所提方案虽然可以很大程度的消除电机端的共模电压，但是从图5(a)中的波形可以明显看出，一个PWM周期中逆变器输出的共模电压有6次变化，而图5(c)中消除了共模电压的4次变化，还有2次变化虽然在幅值上基本消除了逆变器输出的共模电压，但是对共模电压的dV/dt沿无明显影响。为此，对图2进行改进，改进的目的是当共模电压从-1/6Vdc向-1/2Vdc变化或从+1/6Vdc向+1/2Vdc变化时，使d点电位迅速回落到0点电位。图6为改进后的滤波器结构。与图2相比，在电阻R的两端反向并联了两个IGBT（11和12）。当IGBT9关断而IGBT7继续导通时（即需要滤波器输出+1/2Vdc时），IGBT11导通，使d点和0点电位差迅速降至IGBT的导通压降，而IGBT的导通压降为2～3 V，远远小于1/2Vdc，可以近似为0，使滤波器输出的电压迅速达到了三相逆变器输出的共模电压，从而起到消除共模电压的目的。



图7为IGBT7~IGBT12的控制信号波形。IGBT11和IGBT12的控制规律为当IGBT7或IGBT8导通期间，如果IGBT9或IGBT10关断（即需要滤波器输出+1/2Vdc或-1/2Vdc）时，IGBT11或IGBT12导通，其它时间关断。图8为采用改进后的滤波器时三相逆变器输出的共模电压(a)，滤波器输出共模电压(b)和电机端共模电压波形(c)。比较图8(c)和图5(c)，可以看出，加入IGBT11和IGBT12以后，毛刺脉冲的幅值减小了3/4。
5 实验分析
实验时采用自行研制的变频器。整流桥采用FUJI 6R130G-120；直流母线电容为HGC 450V 3300 mF，逆变器采用IPM 智能功率模块，载波频率为

参考文献[1] 俞大光. 电工基础(修订本)上册[M]. 北京:高等教育出版社，1964.[2] (日)安川电机.インバ─タドライブ技术(第2版)[M]. 日刊工业新闻社,1997.[3] (日)久保岛毅监修.インバ─タ导入実践ガイド[M].电气书院,1995.[4] (日)Hitachi inverter TECHNICAL GUIDE BOOK[Z]. HitachiLtd,1995.[5] Andrzej M. Trzynadlowski著,李鹤轩,李杨译.异步电动机的控制[M]. 北京:机械工业出版社,2003.作者简介张燕宾(1937-) 男 高级工程师 退休前在宜昌市自动化研究所工作,曾任自动化研究所副所长、宜昌市科委驻深圳联络处主任; 宜昌市自动化学会理事长、湖北省自动化学会常务理事。著作:SPWM变频调速应用技术(编著，机械工业出版社1997年12月初版; 2002年4月第二版); 变频调速应用实践(主编，机械工业出版社2001年1月出版); 变频器应用基础(副主编，机械工业出版社2003年1月出版)。