PWM驱动系统中电机端过电压现象分析及抑制

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PWM驱动系统不仅是交流变频调速系统的重要环节,而且已经成为工业生产的重要途径之一,带来了显著的节能效果和经济效益。但在工业应用中,PWM驱动系统会带来很多明显的负面影响。比如,PWM驱动系统中逆变器开关器件在快速导通与关断的瞬间,会产生很高的dv dt,过高的dv dt对PWM逆变器驱动电机产生很大的冲击;有时PWM驱动系统中逆变器与电机距离甚远,因此需要经过较长的电缆将PWM逆变器输出的电压脉冲信号传输到电机端,致使在传输线上出现电缆特性阻抗与电机特性阻抗存在不匹配的问题,造成电机端产生过电压以及高频阻尼振荡,情况严重时,还会造成电机或电缆绝缘击穿,甚至烧坏电机、爆裂电缆。因此,研究PWM驱动系统中电机端过电压现象的产生,及抑制其负面效应具有重要的理论和实际意义。本课题首先利用传输线理论,建立了PWM驱动系统的数学模型,利用该模型,得到了电机端线电压小于、等于或大于2倍的PWM脉冲电压幅值的数学描述,并利用这些描述分析脉冲上升时间、电缆特征(长度、电感、电容)、电机的特性阻抗、开关频率、脉冲占空比等因素对电机端过电压的影响,然后通过Matlab/Simulink仿真软件进行仿真验证。由于电机端过电压现象的存在,为避免电机使用寿命缩短,本课题首先讨论了几种常规抑制电机端过电压的措施,并通过仿真对采取抑制措施前后的效果进行对比,但由于这种常规的抑制方法大多都是采用试探法或实验法来确定滤波器参数的,并未给出明确的参数设置,因此本课题基于PWM驱动系统的数学模型,在综合考虑传输线上反射系数、电缆特性参数以及电机端特性阻抗的前提下,针对滤波器要达到的设计指标,研究二阶RLC逆变器输出端滤波器参数的设计方法,这种方法不仅可以抑制电机端常规过电压现象,同时对电机端产生超2倍幅值的过电压现象及高谐波振荡都有非常显著的抑制效果,并通过仿真验证了其可行性及有效性。
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