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基于共模耦合效應的電機繞組過電壓研究
電力電子技術的飛速發(fā)展使逆變器驅(qū)動電機的調(diào)速系統(tǒng)得到廣泛應用，電機的驅(qū)動電壓也由原來的工頻正弦波電壓變?yōu)楦哳l脈寬調(diào)制波電壓，而高頻和高dM/dt的脈寬調(diào)制波電壓將會在系統(tǒng)中產(chǎn)生諸多負面效應，如電磁干擾問題、電機的軸承電流問題、電機端子的過電壓問題等，流過電機軸承的電流會對電機的軸承造成損壞，而電機端子的過電壓則會破壞電機繞組絕緣，這些都將影響電機的使用壽命。
高頻、高dM/dt的脈寬調(diào)制電壓還將在電機內(nèi)部產(chǎn)生共模耦合效應，并在電機內(nèi)部的寄生耦合回路中產(chǎn)生共模耦合電流。共模耦合電流流過電機繞組時將引起電機繞組電壓畸變，并產(chǎn)生電壓過沖，影響電機繞組的絕緣，并有可能使電機繞組的絕緣損壞。本文從電機內(nèi)部共模耦合效應的角度分析和計算了電機繞組的過電壓，建立了高頻情況下電機內(nèi)部的共模等效電路集總參數(shù)模型，給出了共模耦合電流和電機繞組電壓的計算方法，分析了共模耦合電流對電機繞組電壓的影響。
1電機內(nèi)部共模耦合電路模型電機內(nèi)部存在兩種途徑的共模耦合，即繞組到定子的共模耦合和繞組到轉(zhuǎn)子的共模耦合。相比較而言，由于電機繞組到定子的距離要大大小于繞組到轉(zhuǎn)子的距離，因此，電機繞組到定子的耦合比到轉(zhuǎn)子的耦合要大得多，電機繞組到定子的共模耦合電流對電機繞組電壓的影響起著決定性作用。
因此在分析共模耦合電流對電機繞組電壓的影響時，不考慮電機繞組到轉(zhuǎn)子的耦合，單從電機繞組到定子的共模耦合角度來分析。
為包含從電機繞組到定子鐵心寄生耦合電容的電機定子繞組的分布參數(shù)電路模型，電機三相繞組采用星型連接，N為中點，連接到地，Zg為地阻抗，Z為每相繞組單位長度的阻抗，Zw為單位長度電機繞組到定子的耦合阻抗，主要是寄生耦合電容。R為從輸入端a到地的共模電壓，內(nèi)部共模阻抗為Zm.當用逆變器驅(qū)動電機時，共模電壓為高頻PWM脈沖，在高頻范圍，趨膚效應、線圈之間寄生電容的耦合、鐵心損耗和滲透性的降低都會對阻抗產(chǎn)生影響，因此，阻抗Z、Zw不同于正弦波驅(qū)動電機時的阻抗。
單相定子繞組寄生耦合的集總參數(shù)電路裴雪軍，張凱，康勇，等。PWM逆變器共模干擾電流的衰減和抑制。中國電機工程學報，2004，24（11）：80-84.陳斌，姜建國，孫旭東。PWM逆變器一感應電機驅(qū)動系統(tǒng)中接地電流EMI問題的分析。中國電機工程學報，2003，23（2）：P裴雪軍，張凱，康勇，等。PWM逆變器共模干擾電流的衰減和抑制。中國電機工程學報，2004，24（11）：80-84.咸哲龍，鐘玉林，孫旭東，等。用于傳導電磁干擾分析的接地回路模型與參數(shù)。中國電機工程學報，2005，25（7）：156-161.姜艷姝，徐殿國，陳希有，等。一種新穎的用于消除PWM逆變器輸出共模電壓的有源濾波器。中國電機工程學報，2002，幸善成（1971―），男，博士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)電磁吳正國（1964―），男，教授，博士生導師，研究方向為電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理，數(shù)字信號處理技術等。
高頻、高dM/dt的脈寬調(diào)制電壓還將在電機內(nèi)部產(chǎn)生共模耦合效應，并在電機內(nèi)部的寄生耦合回路中產(chǎn)生共模耦合電流。共模耦合電流流過電機繞組時將引起電機繞組電壓畸變，并產(chǎn)生電壓過沖，影響電機繞組的絕緣，并有可能使電機繞組的絕緣損壞。本文從電機內(nèi)部共模耦合效應的角度分析和計算了電機繞組的過電壓，建立了高頻情況下電機內(nèi)部的共模等效電路集總參數(shù)模型，給出了共模耦合電流和電機繞組電壓的計算方法，分析了共模耦合電流對電機繞組電壓的影響。
1電機內(nèi)部共模耦合電路模型電機內(nèi)部存在兩種途徑的共模耦合，即繞組到定子的共模耦合和繞組到轉(zhuǎn)子的共模耦合。相比較而言，由于電機繞組到定子的距離要大大小于繞組到轉(zhuǎn)子的距離，因此，電機繞組到定子的耦合比到轉(zhuǎn)子的耦合要大得多，電機繞組到定子的共模耦合電流對電機繞組電壓的影響起著決定性作用。
因此在分析共模耦合電流對電機繞組電壓的影響時，不考慮電機繞組到轉(zhuǎn)子的耦合，單從電機繞組到定子的共模耦合角度來分析。
為包含從電機繞組到定子鐵心寄生耦合電容的電機定子繞組的分布參數(shù)電路模型，電機三相繞組采用星型連接，N為中點，連接到地，Zg為地阻抗，Z為每相繞組單位長度的阻抗，Zw為單位長度電機繞組到定子的耦合阻抗，主要是寄生耦合電容。R為從輸入端a到地的共模電壓，內(nèi)部共模阻抗為Zm.當用逆變器驅(qū)動電機時，共模電壓為高頻PWM脈沖，在高頻范圍，趨膚效應、線圈之間寄生電容的耦合、鐵心損耗和滲透性的降低都會對阻抗產(chǎn)生影響，因此，阻抗Z、Zw不同于正弦波驅(qū)動電機時的阻抗。
單相定子繞組寄生耦合的集總參數(shù)電路裴雪軍，張凱，康勇，等。PWM逆變器共模干擾電流的衰減和抑制。中國電機工程學報，2004，24（11）：80-84.陳斌，姜建國，孫旭東。PWM逆變器一感應電機驅(qū)動系統(tǒng)中接地電流EMI問題的分析。中國電機工程學報，2003，23（2）：P裴雪軍，張凱，康勇，等。PWM逆變器共模干擾電流的衰減和抑制。中國電機工程學報，2004，24（11）：80-84.咸哲龍，鐘玉林，孫旭東，等。用于傳導電磁干擾分析的接地回路模型與參數(shù)。中國電機工程學報，2005，25（7）：156-161.姜艷姝，徐殿國，陳希有，等。一種新穎的用于消除PWM逆變器輸出共模電壓的有源濾波器。中國電機工程學報，2002，幸善成（1971―），男，博士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)電磁吳正國（1964―），男，教授，博士生導師，研究方向為電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理，數(shù)字信號處理技術等。