PWM逆变器输出dvdt抑制技术的仿真研究.pdf

哈尔滨理工大学学士学位论文 - i - pwmpwmpwmpwm 逆变器输出逆变器输出 dv/dtdv/dtdv/dtdv/dt 抑制技术的仿真研究抑制技术的仿真研究 摘要摘要 近来，能量转换装置的进步使高频转换操作得以实现，同时提高了脉宽调 制整流器在可调速驱动中的性能。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 0.1s 时间内的 0650v 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 较高会导致轴承 电流的破坏和电磁干扰。如果用一段长电缆连接逆变器和电动机，将会引起过 电压现象和高频阻尼振荡，在电动机终端产生过高的电压，最终破坏电动机的 绝缘系统，使电动机绝缘老化。同时，由缠绕的电感决定的电动机的阻抗将在 长线电缆的终端产生高频的开环电路，此时，在电缆的末端将产生两倍量值的 附加电压。 文中首先分析了长线电缆传输时由于长线电缆的分布参数所产生的电压反 射现象及其所造成的过电压等负面效应，分析表明电动机端产生的过电压与逆 变器输出 pwm 脉冲上升时间和电缆长度有关，pwm 脉冲上升时间愈短，电缆 愈长，反射现象愈明显，采用低成本无源滤波技术可消除这种负面效应。在许 多场合，如潜水电泵等，电动机的端子无法接近，也就无法在电动机端进行滤 波。此时在逆变器的输出端进行滤波更为方便，因此有必要研究逆变器输出滤 波器，逆变器输出滤波器的安装位置在逆变器输出侧。本设计结合长线传输理 论及电动机端过电压现象，采用无源滤波技术，在逆变器输出端加入无源器件 进行滤波。该滤波器可有效地减小电动机端过电压等负荷效应，从而提高系统 的可靠性。 关键词逆变器；长线电缆；反射；滤波器 哈尔滨理工大学学士学位论文 - ii - researchresearchresearchresearch onononon pwmpwmpwmpwm inverterinverterinverterinverter outputoutputoutputoutput dv/dtdv/dtdv/dtdv/dt filterfilterfilterfilter abstractabstractabstractabstract recent advancements in power electronic switching devices have enabled high- frequency switching operation and has improved the performance of pulse width modulated (pwm) inverters in adjustable-speed drives. high switching frequencies (220 khz) are common with the present-day insulated gate bipolar transistors choplogic for power levels over 500 kw. while the high switching speeds and advanced pwm schemes significantly improve the performance of the pwm-inverter- fed induction motors, the high rate of voltage rise of 0650 v in less than 0.1s has adverse effects on the motor insulation. if a long cable is employed between the inverter and the motor, damped high frequency ringing at the motor terminals occurs resulting in excessive over voltage that further stresses the motor insulation. also, the motor impedance, which is dominated by the winding inductance, presents an effective open circuit at high frequencies at the end of the long cable. this produces a reflected voltage at the end of the cable approximately equal in magnitude and with the same sign, resulting in twice the magnitude of the incident voltage at the motor terminals. this is an adverse effect on pwm inverter-fed induction motor due to ling motor leads. in this paper, voltage reflection due to distribution parameters is analyzed, which indicates that over-voltage at motor terminals depends on the more apparent reflection phenomenon. the adverse effect can be solved by low cost passive filtering techniques. in many occasions, such as diving pump etc, long motor terminals unable close, so it cant filter. thus, at the filter terminal filtering is so easy, then we need study the filter of inverter, it was put at the output of inverter. this design use passive filtering techniques unite long motor leads theory and over-voltage at motor , and put the passive techniques at the output of the filter terminal .it show that the filter can effectively reduce the over-voltage at the motor terminals and improve reliability of the whole system. keywordskeywordskeywordskeywordsinverter;long motor leads;reflection; 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iii - 目录目录目录目录 摘要.i abstractii 第 1 章 绪论1 1.1 题目研究的目的和意义.1 1.2 国内外发展状况.2 1.3 本文研究的内容.4 第 2 章 过电压理论5 2.1 引言.5 2.2 传输线理论分析.5 2.2.1 典型传输线理论5 2.2.2 传输线模型及其方程6 2.3 过电压分析.8 2.3.1 电压反射过程的分析8 2.3.2 pwm 上升时间的影响.10 2.4 本章小结.12 第 3 章 pwm 变频器调速系统仿真模型的研究13 3.1 pwm 变频器的仿真模型的建立13 3.1.1 整流部分13 3.1.2 直流母线部分13 3.1.3 逆变部分14 3.1.4 变频器的仿真波形分析16 3.2 长线传输时电压反射造成的电动机端过电压.18 3.2.1 仿真分析18 3.2.2 影响过电压的因素19 3.3 本章小结.21 第 4 章 pwm 逆变器输出 dv/dt 抑制技术的仿真研究.22 4.1 引言.22 4.2 滤波器的建立.22 4.3 差模 dv/dt 抑制作用分析.24 4.4 参数设计.25 4.5 仿真.28 4.6 本章小结.30 结论31 致谢32 参考文献33 哈尔滨理工大学学士学位论文 - iv - 附录 1外文文献原文.34 附录 2外文文献翻译.42 附录 3滤波前后的仿真电路图.53 附录 4s 函数源程序及注释55 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第第第第 1 1 1 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 题目研究的目的和意义题目研究的目的和意义题目研究的目的和意义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。 在功率开关器件的高速通断期间，高频的 dv/dt 会在电机铁芯叠加片中激励 涡流引起热损耗，还会使电机的铜线绕组通过集肤效应消耗更多的能量，加剧 电机的热损耗，导致电流功率损耗增大，效率降低，从而影响电动机性能。当 变频器产生的高频电磁振荡的频率与电机的零部件的固有振荡频率相近时，会 诱使其发生机械共振和噪声。 由于高频时电源线路存在分布电容以及电动机内部存在寄生电容 c，将产 生充放电电流 lg i(称为漏电流，该电流正比于 cdv/dt)，流入地线，漏电流过大 将引起电机保护电路的误动作；图 1-1 为漏电流路径。 m 共 模 路 径 差 模 路 径 漏 电 流 通 路 图 1-1 共模和差模漏电流路径 高载波频率的电压型 pwm 变频器驱动电动机时，当高频的 dv/dt 作用在电 机内部寄生电容上时，不仅会产生充放电电流，而且还会由于电容的累积作用 使得转子轴电压升高。这两者都会引起润滑油膜击穿，产生电火花加工作用， 从而导致电机轴承过早损坏，增加电机的维修费用，影响系统的正常运行。 igbt 的高速开关特性在电机端产生高共模和差模 dv/dt；尤其是当当电机和逆 变器之间不可避免地采用长线传输电缆时，如在石油开采、造纸，采矿业等领 域，由于长线电缆存在分布电感和分布电容，将产生反射波现象，使电机端 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - dv/dt 加倍。共模 dv/dt 加倍可以使上述危害加重；差模 dv/dt 加倍引起电机端出 现过电压，加剧绕组绝缘老化过程，造成电机绝缘损伤，甚至绝缘击穿，缩短 了电机使用寿命，严重时会使电动机烧毁、电缆爆裂。上述问题的存在，严重 影响了变频器驱动系统的可靠运行，制约了变频技术的进一步推广使用。为解 决这些问题，消除逆变器带来的负面效应，提高系统的可靠性，有必要进行系 统深入的研究。不仅有利于改进变频器设计，完善各种防护措施，而且对研 究、设计非正弦供电下的电动机也具有一定的现实指导意义。 在现代工业中，变频器的应用范围越来越广泛。但在 pwm 变频器的广泛 应用中，发现其存在一些显著的负面效应。电压源 pwm 变频器产生高频电 压，他它会在电动机转轴上感应出高幅值的轴电压，并形成轴承电流，使电动 机的轴承在短期内损坏，缩短电动机使用寿命；高速开关的电力电子器件在每 次动作都会对供电电源产生很强的电磁干扰，传导型和辐射型的会干扰其他控 制系统或电力设备的正常运行，甚至导致错误动作；当 pwm 变频器与电动机 之间不可避免地采用长线电缆连接时，在电动机端会产生过电压，加剧了电动 机绕组绝缘压力，使上述负面效应产生的影响进一步显著。上述负面效应的存 在使系统可靠性下降，故障率增加，但这些往往被变频器的使用者忽视，而它 带来的实际损失可能会超过交流变频调速系统本身的成本，因此，研究 pwm 变频器产生的负面效应及其解决方法具有重要的理论意义和实用价值有两种 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)滤波技 术；2)增加磁导线的绝缘能力，以抵制较高的 dv/dt。安装在电机终端的一种设 计好的特殊导轨过滤器已经显示出了其在减少过电压方面的有效性。然而，在 很多器件上，安在电机终端并非是可行的方法，如潜水式水泵，把过滤器安置 在变频器终端会便利可行。 1.21.21.21.2 国内外发展状况国内外发展状况国内外发展状况国内外发展状况 国外科技界以及工程领域已经认识到上述问题所产生的严重危害，开展了 较为广泛研究。许多大公司，如 abb，艾默生，罗克韦尔自动化，西门子等都 在开展这方面的研究工作。很多著名学者，如 thomas a. gary,annette von 等都 相继做过或正在开展这方面的研究工作。 我国在此方向上的研究相对落后，成果较少。只有西安交通大学开始研究 pwm 逆变器驱动交流电动机端的过电压问题，哈尔滨工业大学对电动机端的过 电压问题研究的较为深入，并已拥有专利。 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) 滤波技术；2)增加磁导线的绝缘能力，以抵制较高的 dv/dt。本文主要研究滤波 技术，为了消除 pwm 逆变器驱动交流电动机采用长线电缆传输时所产生负面 效应，可采用无源滤波技术来解决。这种滤波器有的接在电动机端，可称为电 动机端滤波器，该类方法是在变频器输出端设置交流电抗器，可以十分有效地 抑制逆变输出端产生的高次谐波电流，最大限度地保留电机原有的电气寿命。 采用无源技术的滤波器在很多文献被提出，其中最常用的有以下几种： 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 1)二阶 rlc 低通逆变器输出滤波器 一种二阶低通逆变器输出滤波器，其拓扑结构如图 1-2(a)所示。其滤波方案 有两种：一种是设法加长逆变器输出 pwm 脉冲的上升时间使其超过临界值， 即把很高的 dv/dt 减小，称为 dv/dt 抑制逆变器输出滤波器；另一种是把逆变器 输出的 pwm 信号滤成近似的正弦波，称为正弦波逆变器输出滤波器。 dv/dt 抑制输出滤波器可减小逆变器输出线电压的 dv/dt(即差模 dv/dt)，从而 消除电压反射现象，减轻电动机绕组的绝缘压力，但对共模电压没有影响。正 弦波输出滤波器为使线电压接近正弦， f l和 f c的取值会很大，因此体积较 大，但这种正弦波输出滤波器允许在逆变器和电动机之间使用很长的电缆线。 目前这种二阶低通逆变器输出滤波器已有产品投放市场，有的产品无阻尼电阻 f r。 2)改进型二阶 rlc 低通逆变器输出滤波器 一种改进型二阶 rlc 低通的逆变器输出滤波器，其拓扑结构如图 1-2(b)所 示，其参数确定方法与前一种 dv/dt 输出滤波器基本相同，一点重要的区别就是 把星形连接阻容电路的中性点与逆变器直流母线中点“o”接在一起。这种逆变器 输出滤波器结构有很多优点，其在每个开关瞬时都可对称地减小逆变器输出的 dv/dt，而且一种滤波器结构可同时减小电动机端的差模和共模 dv/dt。通过合理 的参数设计，可使 f r、 f l和 f c的值很小，因而该滤波器可与逆变器安装在同 一机壳内，并允许在逆变器和电动机之间使用长线电缆。采用该滤波器可使电 动机端的过电压、对地漏电流以及感应的轴电压显著减小。由于一个滤波器可 同时解决共模和差模 dv/dt 问题，所以该滤波器的尺寸、损耗以及成本都较低。 逆 变 器 电 动 机 长线 电缆 rf cf lf cf rf lf 长线 电缆 电 动 机 逆 变 器 o 接逆变器直流 母线电压中点 (a)传统型(b)改进型 图 1-2 二阶低通滤波器 这类方法的效果明显，但是其缺点是需要调节无源元件参数以确保电机端 的随载波频率变化的共模电压能够有效消除，实现较困难。 3)共模变压器 这种方法是从消除电机端漏电流的角度进行设计，其结构如图 1-3 所示， 在共模扼流圈的基础上再在同一铁芯上缠绕一个绕组，其终端连接一个阻尼电 阻。共模变压器给共模电压和电流提供了一个阻尼电阻，以抑制漏电流的振 荡，将其振荡能量消耗在电阻上，但消除的不彻底。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 图 1-3 共模变压器 4)无源共模抑制器 图 1-4 无源共模抑制器 无源共模抑制器的结构如图 1-4 所示。这种滤波器的设计思想是采用三个 星接电感检测出逆变器输出的共模电压后再通过四绕组共模变压器反向叠加到 电机端，使逆变器输出的共模电压和滤波器输出的共模电压在电机端互相抵 消，从而消除共模电压在电机端的负面效应，但是从相关文献中给出的实验波 形可以看出这种方法抑制漏电流效果还可以，但对共模电压的抑制效果不明 显，只能降低共模 dv/dt。 1.31.31.31.3 本文研究的内容本文研究的内容本文研究的内容本文研究的内容 对于这些问题，本文首先研究的过电压的问题，从理论上研究的过电压的 出现及其危害，然后提出一种变频输出滤波器。这个滤波器的主要作用在于消 除电机终端过电压。最后用仿真手段验证了所提滤波器的有效性。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 第第第第 2 2 2 2 章章章章 过电压理论过电压理论过电压理论过电压理论 2.12.12.12.1 引言引言引言引言 如果用一段长电缆连接逆变器和电动机，将会引起过电压现象和高频阻尼 振荡，在电动机终端产生过高的电压，最终破坏电动机的绝缘系统，使电动机 绝缘老化。同时，由缠绕的电感决定的电动机的阻抗将在长线电缆的终端产生 高频的开环电路，此时，在电缆的末端将产生两倍量值的附加电压。 2.22.22.22.2 传输线理论分析传输线理论分析传输线理论分析传输线理论分析 2.2.12.2.12.2.12.2.1 典型传输线理论典型传输线理论典型传输线理论典型传输线理论 最典型的传输线是由在均匀媒质中放置的两根平行直导线构成的，电流在 导线的电阻中引起沿线的电压降，并在导线的周围产生磁场，即沿线有电感的 存在，变动的电流沿线产生电感电压降。所以，导线间的电压是连续变化的。 另一方面，由于两导体构成电容，因此在线间存在电容电流；导体间还有漏电 导，故还有电导电流。这样，沿线不同的地方，导线中的电流也是不同的。为 了分析沿线电压与电流的变化，必须认为导线的每一元段(无限小长度的一段) 上，在线上具有无限小的电阻和电感；在导线间则有电容和电导。这就是传输 线的分布参数模型，它是集总参数元件构成的极限情况。由于电阻、电感、电 容和电导这些参数是分布在线上的，因此必须用长度单位上传输线具有的参数 表示，即： r0 两根导线每单位长度具有的电阻。其单位为/m(或/km) l0 两根导线每单位长度具有的电感，其单位为 h/m(或 h/km)。 c0 每单位长度导线之间的电容，其单位为 f/m(或 f/km)。 g0 每单位长度导线之间的电导，其单位为 s/m(或 s/km)。 r0,l0,c0,g0称为传输线的原参数，如果沿线原参数到处相等，则称为均匀 传输线。当然实际的传输线不可能是均匀的。例如两条架空线在有支架处和没 有支架处是不一样的，因而漏电的情况不尽相同。在架空线的每一跨度之间， 由于导线的自重引起的下垂情况也改变了传输线对大地的电容的分布均匀性。 但是，为了分析起见，通常忽略所有造成不均匀性的因素而把实际的传输线当 作均匀的传输线。 图 2-1 表示一均匀传输线，传输线的左方与电源连接，称为始端；传输线 的右方与负载相连，称为终端。两根导线中，一根称为来线，一根称为回线， 来线是指电流参考方向从始端指向终端的传输线，回线则指电流参考方向从终 端指向始端的传输线。设来线和回线的长度都为 l，从线的始端到所讨论长度元 的距离为 x。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - xdx l 图 2-1 均匀传输线 2.2.22.2.22.2.22.2.2 传输线模型及其方程传输线模型及其方程传输线模型及其方程传输线模型及其方程 上面已经提到，设想均匀传输线是由一系列集总元件构成的，也就是设想 它是由许多无穷小的长度元 dx 组成的，每一长度元 dx 具有电阻 r0dx 和电感 l0dx，而两导线间具有电容 c0dx 和电导 g0dx。这样构成了图 2-2 所示电路模 型。设在 dx 左端的电压和电流为 u 和 i 在 dx 右端的电压和电流为 u+dx 和 i+dx，根据 klc，对于结点 b 有： 00 ()()() iuu iidxg udx dxcudx dx xxxx +=+ 对于回路 abcda 应用 kvl，则有 00 () ui uudxr idxldx xt +=+ 略去二阶无穷小量并约去 dx 后，得下列方程 00 00 ui r il xt iu g uc xt =+ =+ (2-1) 这就是均匀传输线方程，它是一组偏微分方程。根据边界条件(即开始端和 终端的情况)和初始条件(即时间起始时的条件)求出方程(2-1)的解就可以得到电 压 u 和电流 i，它们将是 x 和 t 的函数，可见电压和电流不仅随时间变化，同时 也随距离变化。 图 2-2 均匀传输线的电路模型 如果传输线的电阻 r0和导线间的漏电导 g0等于零这种传输线就称为无损 耗传输线。 负载电源 来线 回线 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 在无线电工程中由工作频率较高，因此l0r0，c0g0，如将损耗略去 不 记 ， 即 令 r0=0 和 g0=0 ， 不 致 引 起 较 大 误 差 。 在 这 种 情 况 下 = 000000 ()()z yj lj cjl c=故 =0, 而 00 l c=， 特 性 阻 抗 00 00 c zl z yc =，可见无损耗线的特性阻抗是一个纯电阻且与频率无关。 当变频器和电动机之间采用长线电缆传输变频器发出的 pwm 脉冲电压 时，在长线电缆上，电压 u 和电流 i 作为被传输的行波必然满足波动方程，对 于均匀传输线，前面已经导出了它的偏微分方程(2-1)为简化起见，忽略传输线 的损耗，即认为 r0=0 和 g0=0，如图 2-2 所示的电缆传输线简化模型，波动方 程可写为 0 0 ui l xt iu c xt = = (2-2) c0x l0x i(x,t) u(x,t) i(x+x,t) u(x+x,t) x x+x 图 2-3 长度为x 的单相双线无损传输线模型 由于讨论的是均匀传输线，因此 l0和 c0为常数且与 x 无关。上述偏微分 方程的通解具有以下形式 12 0 12 0 ( , )()() ( , )()() u x tf xvtfxvtuu c i x tf xvtfxvtii l + + =+=+ =+= (2-3) 其中，v 为波的传输速度 00 1 cl v=(2-4) 而函数 f1和 f2均为待定，要根据具体的边界条件和初始条件确定。 为了理解通解的每一项表示的意义，首先对式子(2-3)中的电压分量 u+进行 讨论。设在 t = t0时，电压分量()() 010 ,ux tfxvt + =，电压入射波沿线的分布如 下图： 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - u+() 0 ,ux t + () 0 ,ux tt + + v 0xx 图 2-4电压入射波沿线的分布 设此时电压沿线的分布图如图 2-4 中的实线所示。在经过时间t 后此电压 分量 u+将为()()() 01010 ,ux ttfxv tvtfxxvt + += = ，式中xv t = 。比 较上两式可以看出，() 0 ,ux tt + +和() 0 ,ux t + 沿线的分布规律是相同的只不过前 者比后者向 x 增加的方向移动了一个距离xv t = 。所以(),ux t + 是向前(即从始 端向终端)运动的行波分量，也即入射波，其波速显然就是 00 1dx v dtl c =。为 了便于描述波的传播过程，引进“波前”的概念。对应于离始端为 f x的点，如果 当 f xx时，0u+=，而 f xx=时0u+，则称该点为入射波的波前。 同理，用同样的方法分析电压分量u，不难看出它是一个以相同波速v向 x减少的方向运动的行波，也即反射波。 从式(2-3)可以得出沿线任一点电压分量 () uu + 和电流分量 ( ) ii + 的比值为 0 0 c luu z iic + + = c z就是无损耗线的特性阻抗或者波阻抗。因此，u+和i+都是从始端向终端 传播的入射波；而u和i和都是向相反方向传播的反射波。这样，在任何瞬 间，沿线的电压和电流都可以看作是入射波和反射波的叠加。 2.32.32.32.3 过电压分析过电压分析过电压分析过电压分析 在我们分析的系统中，过电压是个重要的问题，我们有必要在此先分析一 下过电压的情况，有助于下面的分析。 2.3.12.3.12.3.12.3.1 电压反射过程的分析电压反射过程的分析电压反射过程的分析电压反射过程的分析 采用长线电缆时，逆变器和电动机之间传输的 pwm 脉冲与传输线上行波 的情况类似。pwm 脉冲，作为正向行波(入射波)，由逆变器传向电动机，在电 动机端反射后产生反向行波(反射波)传向逆变器。下面将用图示来详细分析一下 电压反射的过程： 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - u + u i a)开路b)入射波 u i 2u 0 u i 2u 0 c)第一个反射波d)第二个入射波 u i 0 0 e)第二个反射波 图 2-5电压反射波原理图 为了更好地理解变频器与电动机之间采用长线电缆时的行波重复反射现 象，这里首先讨论 pwm 脉冲的一个反射过程。假定 pwm 脉冲的 du/dt 无穷 大。pwm 变频器在传输线起始端当高频时电动机阻抗很大，可认为开路。 当开关器件接通后入射波电压向右传输，如图所示，入射波电压向右传输 的同时电流波也有相同的波形和不同的振幅。当入射波到达传输线终端后将产 生反射，如图所示，任何时候开环电流都为零，因此电流反射的幅值相同，只 是方向相反。入射电压会形成一个正电压的反射波，向左传输至起始端(虚线所 示)。反射波与入射波相加，使电动机端电压加倍(实线所示)。 在反射波到达起始端之前，传输线的电压为 2e。但在起始端变频器的输出 电压为 e，则应有一个电压为e 的负反射波，由变频器向电动机传输，如图 2- 5(e)所示。电压反射的同时还伴随一个电流波，由于它以一定的速率传输，电流 也会有与电压相同的信号i。 这个负反射波作为第二个入射波很快到达终端，如图所示，并且也被反 射。由于电流在开路时为零，第二个入射电流为负值，而且反射电流为+i。电 流向左传输时伴随一个负电压，第三个入射波的情况与第一个入射波相同，无 须继续研究。 其反射机理可看成是一面镜子对正向行波 + u反射产生一个反射波 u， u 作为 + u的镜像，等于 + u乘以电压反射系数。终端和起始端的反射系数为 1 n和 2 n，表示成： 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - cl cl zz zz n + = 2 (2-5) 式中 l z为负载(电动机)阻抗， c z为电缆特性阻抗(或波阻抗)，表示为： 0 0 c l zc=(2-6) 式中 0 l、 0 c为电缆参数。而起始电压反射系数定义为： cs cs zz zz n + = 1 (2-7) 式中 zs为起始端阻抗。 在变频器输出端，反射后得到的正向行波与传输来的反向行波波形相同， 但幅值减小为反向行波的 n1倍。由电感的绕线决定了电动机的阻抗是电动机与 逆变器之间电缆阻抗的 10100 倍。而入射波被反射后得到的反射波传向变频 器，定义出反射系数，而电压的幅值在电动机端近似加倍。 2.3.22.3.22.3.22.3.2 pwmpwmpwmpwm 上升时间的影响上升时间的影响上升时间的影响上升时间的影响 这节将讨论逆变器上升时间的影响。根据行波传输理论以及对电压反射现 象的分析，可以得到电动机端的线电压峰值。变频器的输出脉冲由变频器传输 到电动机所需要的时间 tt为 v l tt=(2-8) 式中 v 为脉冲传输速度，表示为 ccc l v 1 =(2-9) 式中 l 为电缆长度； c l为电缆单位长度电感； c c为电缆单位长度电容； t t为脉冲在电缆上传输 1 次所需的时间。 经过时间 t t后，正向传输的变频器输出脉冲在电动机端被反射，结果产生 反向行波，向变频器方向行进，当 t t小于变频器输出 pwm 电压上升时间 r t时， 其中幅值为： ( ) r dct tt t nut tu 2 =(2-10) 当 rt tt时，其中幅值为 2 )(nutu dctt =(2-11) 其中， dc u为直流母线电压。 t t为终端反射系数(电动机少于 20hp 时为 0.9)； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - r t为逆变器输出脉冲上升时间(对于 igbt 为 0.1s)。 当 rt tt时，上升时间不再与反射电压有关如式子(2-11)，而且在脉冲沿电 缆传输一次后电动机电压达到峰值，当电缆长度小于 15m 时， rt tt时，以线对线(l-l)电压方程为 例，上升时间(或 dv/dt)的已不再是一个参数。 表一显示了最低电缆长度和上升时间，其中的虚拟电压增倍发生在电机 端。注意临界电缆长度变短与更快的逆变器输出脉冲上升时间。 111111111111。 被动浪涌阻抗滤波器终止被动浪涌阻抗滤波器终止 由于主导绕组电感，特性阻抗较小的汽车(50 hp)的马达阻抗显着降低(降低阻抗错配问题，在电机端)和电压反射现 象，可能并非如某些突出。 图 2.所提出的第二次序滤波器 a a a a. . . .并联电阻端并联电阻端 曾有人建议，以提供电压过冲阻尼对配电系统终止该电缆与并联电阻等于 浪涌电阻。分流电阻，可选定为在(6)，而电缆参数( c l和 c c)，并给出了附录 a。 =190 oc c c t z c l r(6) 然而，功率损耗通过波阻抗电阻器，具有重要意义，因此，这种方法很少 使用5。举例来说，460 伏安的 l-l 系统的整流器/逆变器驱动交