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    重庆时时彩复试计数器: 一种变频器的共模电压测量方法.pdf

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    一种 变频器 电压 测量方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510151762.6

    申请日:

    2015.04.01

    公开号:

    CN104714079A

    公开日:

    2015.06.17

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):H02M 1/12申请公布日:20150617|||著录事项变更IPC(主分类):G01R 19/00变更事项:发明人变更前:陈恒林 严云帆 王涛 谭瑞明变更后:陈恒林 严云帆 王涛 谭瑞民|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/00申请日:20150401|||公开
    IPC分类号: G01R19/00 主分类号: G01R19/00
    申请人: 浙江大学; 浙江海利普电子科技有限公司
    发明人: 陈恒林; 严云帆; 王涛; 谭瑞明
    地址: 310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号
    优先权:
    专利代理机构: 杭州天勤知识产权代理有限公司33224 代理人: 胡红娟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510151762.6

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2018.10.09|||2016.03.02|||2015.07.15|||2015.06.17

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种变频器的共模电压测量方法,其根据变频器共模电压的定义,提出了以变频器输入侧中心点为参考点进行共模电压测试,相较于传统的以变频器直流侧中点和以系统接地点作为参考点的测试方法,本发明方法测量更加简便且易于实现。同时本发明通过搭建变频传动系统电路,实验分析了参考点为系统接地点、变频器直流侧中点和变频器输入侧中心点三种情况下,变频器共模电压的波形,指出以变频器输入侧中心点为参考点的共模电压测试方法除了更加易于实现以外,更能精确的反映整个变频器的共模电压,对抑制变频器共模电压有着非常良好的指导意义。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种变频器的共模电压测量方法,包括如下步骤:
    (1)在变频器的电机侧以Y型连接方式安装三相电容;
    (2)在变频器的电网侧以Y型连接方式安装三相电容;
    (3)利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电压,并对该电压信号进行频谱分析以得到其频谱,取其中1kHz以上高频段的频谱即作为变频器共模电压的频域波形。

    2.  根据权利要求1所述的共模电压测量方法,其特征在于:所述的电机侧三相电容的容值满足以下关系式:
    C1<1100ω12L1]]>
    其中:ω1=2πf1,f1为变频器逆变单元中开关器件的开关频率,L1为电机定子绕组的寄生电感,C1为电机侧三相电容的容值。

    3.  根据权利要求1所述的共模电压测量方法,其特征在于:所述的电网侧三相电容的容值满足以下关系式:
    C2<iin1002]]>C2&NotEqual;1L2ω22]]>
    其中:ω2=2πf2,f2为电网电压的频率,U为电网相电压,L2为变频器整流单元进线电缆的寄生电感,iin为变频器整流单元的三相进线电流,C2为电网侧三相电容的容值。

    4.  根据权利要求1所述的共模电压测量方法,其特征在于:所述的步骤(3)中利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电压,将该电压信号导入Matlab中对其进行FFT分析或将该电压信号直接输入到频谱分析仪中,即得到该电压信号的频谱。

    说明书

    说明书一种变频器的共模电压测量方法
    技术领域
    本发明属于电力电子电磁兼容测试技术领域,具体涉及一种变频器的共模电压测量方法。
    背景技术
    变频器具有良好的运行特性,能够带来显著的节能效果,因此,近年来,变频传动系统在电力、机械、冶金、交通运输等领域都得到了广泛地应用,并产生了明显的经济效益。然而由于其高速开关的功率开关器件,也带来了不能忽视的电磁干扰(EMI)问题,这不但严重地威胁着系统自身的安全、稳定运行,而且还对周边其它电气系统构成了较大的威胁。
    以现在变频器中大量使用的IGBT为例,当开关频率为2~20kHz时,di/dt可高达2kA/μs,如果杂散电感为30nH就能产生60V的干扰电压,当变频器产生的高频共模电压作用在电动机上,由于电动机内部存在高频寄生电容耦合作用,在电动机转轴上会耦合出轴电压,并对此轴承电容进行充电,导致电容电压升高。当电容电压远大于绝缘阀值时,将产生电容放电性电流(轴承电流),最终在轴承上产生凹槽,增大了机械磨损,降低其机械寿命。另一方面,共模电压激励了系统中的杂散电容和寄生耦合电容,产生很大的共模漏电流,通过定子绕组和接地机壳间的静电耦合流入地形成漏电流,这个电流将通过接地导体流回电网中从而产生足够大的共模电磁干扰。
    随着PWM载波频率的不断升高,由于高频特性和电压的快速上升,其产生的共模电压对电机驱动系统产生的危害会更加大,如何消除这些影响是当前学术界和工业界的研究热点。因此,了解并研究变频传动系统电机侧共模电压的测量方法,对消除其对系统的负面影响有着重要的意义。
    目前,变频传动系统共模电压测量的研究主要在变频器输入侧,即变频器对电网共模干扰的测量。在这方面,IEC(国际电工委员会标准)、CISPR(国际 无线电干扰特别委员会标准)以及我国的国标(GB/T 17626)和军标(GJB 151A)都有详细的说明,即采用人工电源网络(AMN)或线性阻抗稳定网络(Line)作为测试设备,将电网传来的骚扰信号与接收机隔离,并将待测设备(EUT)发出的干扰信号尽量无损耗地传送到测量接收机,对数据处理后得到变频器对电网的共模电压。然而,这只是针对变频器输入侧,无法衡量电机侧共模电压的大小,不具备通用性。如图1所示,P点为共模电压测量点,O'和O"为传统共模电压测量参考点,由于O'为系统接地点,通常是三相电源中性点接地,位于电网内侧,而O"位于变频器内部,如果需要得到参考点,必须把变频器拆开,这明显提高了测试难度;另一方面,在系统运行过程中,电机外壳通常需要接地,如果以系统接地点O'为参考点,那么电机外壳产生的感应电压必定会干扰系统接地点,从而给测量得到的共模电压带来误差。
    姜保军在标题为PWM电机驱动系统传导共模EMI抑制方法研究的博士论文(哈尔滨工业大学,2007)中提到三相PWM功率变换器电机侧共模电压的定义,即感应电机绕组中性点相对于系统接地点的电压,并用理论计算得到电机侧整流桥和逆变桥分别产生的共模电压。然而,该方法中并没有提到共模电压的具体测试方案,而且现在很多大功率电机都是Δ绕法,无法获得其中性点电位;系统接地点一般位于电网侧,其获得也很困难。
    姜艳姝等人在标题为PWM变频器输出共模电压及其抑制技术研究(中国电机工程学报,2005.09:第47-53页)的文献中提出了用三个1Meg/0.25w的电阻采用星接方式,星接点用来测量对地共模电压,其他三点接到逆变器输出端上,参考点为变频器直流侧中心点或是系统接地点。然而,该方法中并没有给出参考点的引出方案,而且目前大多数的变频器都是整体封装的,没有直流侧中心点的接线端子,如果需要得到参考点,必须把变频器拆开,这明显提高了测试难度,不具备实际可操作性。
    发明内容
    针对现有技术所存在的上述技术问题,本发明提供了一种变频器的共模电压测量方法,即以变频器输入侧中心点为参考点进行共模电压测试,该方法测量更加简便且易于实现。
    一种变频器的共模电压测量方法,包括如下步骤:
    (1)在变频器的电机侧以Y型连接方式安装三相电容;
    (2)在变频器的电网侧以Y型连接方式安装三相电容;
    (3)利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电压,并对该电压信号进行频谱分析以得到其频谱,取其中1kHz以上高频段的频谱即作为变频器共模电压的频域波形。
    所述的电机侧三相电容的容值满足以下关系式:
    C1<1100ω12L1]]>
    其中:ω1=2πf1,f1为变频器逆变单元中开关器件的开关频率,L1为电机定子绕组的寄生电感,C1为电机侧三相电容的容值。
    所述的电网侧三相电容的容值满足以下关系式:
    C2<iin100Uω2]]>C2&NotEqual;1L2ω22]]>
    其中:ω2=2πf2,f2为电网电压的频率,U为电网相电压,L2为变频器整流单元进线电缆的寄生电感,iin为变频器整流单元的三相进线电流,C2为电网侧三相电容的容值。
    所述的步骤(3)中利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电压,将该电压信号导入Matlab中对其进行FFT分析或将该电压信号直接输入到频谱分析仪中,即得到该电压信号的频谱。
    相较于传统的以变频器直流侧中点和以系统接地点作为参考点的测试方法,而本发明通过在变频器输入侧同样搭建三个等值的星接电容,模拟出电网侧的虚拟接地点O作为共模电压测量参考点进行共模电压测试方法,测量易于实现且更能精确的反映变频器的共模电压。
    附图说明
    图1为本发明变频传动系统共模电压的测量示意图。
    图2为变频器电机侧的阻抗比较示意图。
    图3为变频器电网侧的阻抗比较示意图。
    图4为变频器共模电压测量平台的搭建示意图。
    图5为变频器共模电压的时域波形图。
    图6(a)为图1中以PO为参考点变频器共模电压的频域波形图。
    图6(b)为图1中以PO'为参考点变频器共模电压的频域波形图。
    图6(c)为图1中以PO"为参考点变频器共模电压的频域波形图。
    具体实施方式
    为了更为具体地描述本发明,下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
    如图1所示,本发明变频器共模电压的测量方法,包括如下步骤:
    (1)变频器电机侧电容C1的选择;
    测试电容C1需要满足以下两点要求:
    首先,C1容值不能太大,否则与电机阻抗ZL1并联后,会改变整个变频器的输出阻抗,如图2所示;
    根据测试条件,需要ZC1>>ZL,一般当il>100iC1时,则认为C1的插入对系统没有影响,也即:
    ZC1>100ZL1&DoubleLeftRightArrow;C1<1100ω22L1]]>(ω1=2πf1,f1为开关频率)
    以3kW感应电机为例,其单相定子绕组L1约为4mH,f1=2kHz,所以C1<15.8nF。
    其次,要避免C1与电机的寄生电感L1发生谐振,也即变频器的开关频率需避开谐振频率:
    f1&NotEqual;12πL1C1&DoubleLeftRightArrow;C1&NotEqual;1L1ω12]]>
    综上所述,变频器电机侧电容且由于所以变频器电机侧电容只需满足即可。
    (2)变频器电网侧电容C2的选择;
    同理,C2的容值也应满足以上两个要求:首先,如图3所示,流过C2的电流iC2<<iin,一般当iin>100iC2时,则认为C2的插入对系统没有影响,也即:
    iin>100UAω2C2&DoubleLeftRightArrow;C2<iin100UAω2]]>(ω2=2πf2,f2为输入电压频率)
    以4kW变频器为例,iin=10A,UA=380V,f2=50Hz,所以C1<0.83μF。同时通过大量的系统仿真也可以得到,当参考电容C2>2uF时,所得到的共模电压会有明显畸变。
    其次,也要避免C2与电网和线缆中的寄生电感L2发生谐振,也即电网电压的频率需避开谐振频率:
    f2&NotEqual;12πL2C2&DoubleLeftRightArrow;C2&NotEqual;1L2ω22]]>
    综上所述,变频器电网侧电容且
    (3)变频器共模电压时域波形的测量;
    搭建如图4所示共模电压测量平台,三相电源通过变频器对三相异步电机供电,电机轴承连接直流发电机,发出的直流电通过可调电阻消耗掉。
    按照本发明提供的变频器共模电压测试方法,用电压探头测量电机输入端测试电容中性点P和变频器输入端参考电容中性点O的共模电压,在示波器上显示其时域波形。根据测试步骤,选择变频器电网侧电容C1=3nF,变频器电机侧电容C2=3nF,图5为测量所得到的共模电压时域波形。
    如图1所示,共模电压UPO=UPO″+UO″O;
    UOO=UON+UNO=12ULN+UNO=12(ULO+UON)+UNO=12(ULO+UNO);]]>
    其傅立叶级数展开为:UOO=328πUABsin(3ωt)+3280πUABsin(9ωt)+...]]>
    其中:UAB为输入线电压,如果取UAB=380V,9倍基波频率的幅值约为6V,其 后的频率可忽略不计。
    所以以O为参考点测量得到的共模电压,除了原有的UPO”外,还还需叠加一个变频器输入基波3倍频率的电压UO”O,因此共模电压有3倍输入基波频的包络线,但这并不影响共模电压高频段的幅频特性。
    (4)变频器共模电压的频域分析;
    最后,将示波器得到的时域波形导入Matlab中,对其进行FFT分析,得到如图6(a)所示的共模电压PO的幅频特性,通过和系统接地点O'和直流侧中点O"为参考点得到的共模电压PO'(如图6(b)所示)和PO"(如图6(c)所示)进行比较,三者共模电压的幅频特性基本重合,所以本发明以变频器输入侧中心点为参考点的共模电压测试方法能够反映变频器的共模电压。
    上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于上述实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的?;し段е?。

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