长电缆对高压变频器输出影响的研究
变频器三相输出不平衡的原因分析及处理
变频器三相输出不平衡的原因分析及处理
1. 电源不稳定：当电源电压不稳定时，可能会导致变频器输出的三相电压不平衡，
特别是在工业用电环境中，电网负载大，会导致电压波动较大，造成变频器输出不平衡。
2. 变频器内部故障：变频器内部元件故障或损坏也会导致三相输出不平衡，例如变
频器内部的电容、电阻等元件出现故障，都会影响到输出的三相电压平衡。
3. 电机故障：如果驱动的电机本身存在故障，例如电机内部绕组短路或接地故障，
也会导致变频器输出的三相电压不平衡。
4. 电缆故障：电缆连接不良或者电缆内部损坏，会导致电压的损失或者波动，从而
导致变频器输出的三相电压不平衡。
5. 参数设置错误：在变频器参数设置过程中，如果参数设置错误，例如输出相序设
置不正确，也会导致输出不平衡的现象。
二、处理方法推荐
1. 检查电源稳定性：首先要保证电源的稳定性，可以通过安装电压稳定器或者使用
大容量的电容滤波器来稳定电源的波动。
2. 检查变频器内部故障：定期对变频器进行维护检查，检查各种元件的工作情况，
及时更换损坏的元件，确保变频器内部的稳定性。
3. 定期检查电机：定期对驱动的电机进行维护和检查，排除电机内部的故障，保证
电机的正常工作，避免电机的故障影响到变频器的输出。
4. 检查电缆连接：定期检查电缆连接情况，确保连接良好，如果发现有损坏的电缆，及时更换，以保证电压的稳定输出。
6. 定期维护保养：定期进行维护保养工作，对变频器及相关设备进行全面的检查和
维护，确保设备的正常运行和输出稳定。
变频器与电机距离过长有哪些影响-
变频器与电机距离过长有哪些影响?由于变频器的输出电压是高压脉冲系列，其频率等于载波频率，峰值等于直流回路电压（513V），当变频器和电动机之间的连接线很长时，导线的分布电感和线间分布电容的作用将不行忽视。
当电动机和变频器之间的距离较远时，线间的分布电容和电动机的漏磁电感之间有可能因接近于谐振点而导致电动机的输入电压偏高，从而使电动机简单损坏，或运行时发生振动。
在使用现场，变频器与电机安装的距离可以分为三种状况：远距离、中距离和近距离。
100m 以上为远距离，20~100m为中距离，20m以内为近距离。
变频器在运行中，其输出端电压波形中含有大量谐波成分。
如前所述，这些谐波将产生极大的负作用，影响变频器系统的功能，适当地设计变频器的安装位置及变频器与电机的连接距离，可减小谐波的影响。
远距离的连接会在电机的绕组两端产生浪涌电压，叠加的浪涌电压会使电机的绕组电流增大，电机的温度上升，绕组绝缘损坏。
因此，盼望变频器尽量安装在被控电机的四周，但是在实际生产现场，变频器和电机之间总会有肯定的距离，可以直接将电机与变频器连接；假如变频器和电机之问的距离在20~100m之间，则需要调整变频器的载波频率来减小谐波和下扰；而当变频器和电机之间的距离在100m以上时，不但要适度降低载波频率，还要加装浪涌电压抑制器或输出用沟通电抗器。
不同型号的变频器在这方面的性能有所不同。
在集散掌握系统中，由于变频器的高频开关信号的电磁辐射对电子掌握信号会产生一些干扰，因此，经常把大型变频器放到中心掌握室内。
而大多数中、小容量的变频器则安装在生产现场，这时可采纳RS-485串行通信方式来连接。
若还要加长距离，可以利用通信中继器，这时可达1km 的距离。
假如采纳光纤连接器，可以达到23km之远。
采纳通信电缆连接，可以很便利地构成多级驱动掌握系统，实现主/从和同步掌握等要求。
当前，较为流行的是现场总线掌握技术，比较典型的现场总线有Profibus、LonWonks、FF等。
浅析高压变频器故障情况分析
发展 高压大功率 变 频调速技 术 ， 将是时代 赋予我们的一 项神圣使命， 而这 电缆绝缘 电阻测量、 耐压等试 验。 部 分 电厂要求厂家 在现场对高压变 频 使命也 将具有深远 的意义。 本文就对某集团公 司 下属企业高压变频器在 装 置进行 了 少部 分的试验 ， 如控制 回路双电源切 换试验 、 连续 运行试 验 使用中出现的故障情况分析 了 原因并对运行维护进行了 探讨。 （ ７ ２ ｈ 试 运） ， 其余一些 重要试 验如温 升试 验、 频率 分辨率试 验、 效率 试 【 关键词 ｌ变频器； 故障； 运行维护 验、 谐波测量 、 系统调 试优化等 均未 进行。 在检 修阶段 ， 对变频 器柜内的 功率单 元板块 以及 整流 系统 的检 修 某 集 团公 司变 频器 现 状 和预 试工作 目 前各 电厂均 较少介入， 变 频器厂 家也 未对产品进行持 续的 目前某 集团 公司下属企业 高压变 频器主 要运用在 凝结 水泵 、 一次 跟踪 与维 护。 变频 器过了质保期后广 家的维护 是有偿方式 ， 而各 电厂却 风机 、 引／ 送 风机 和增压 风机等变 频调速 系统中， 个别企 业还在循 环水 在年度计 划当中忽 略了该项 目。 这 是一个很值得提醒 的重要 问题 。 泵、 灰渣 泵上使用了变频调速 系统 。 目前变频装 置均采用的是 电压源 型 ３ ． 对 变频 器运 维 的建 议 ３ ． １ 各电厂应加 强对变频设 备运行 环境的 关注。 由于发 电厂现场 环 功率单元 串联 多电平型高压变频 器， 一 般均具有 工频手 动或 自 动旁路 结 构。 实践证 明通 过应 用变频调速 系统 ， 厂用系统可以在机 组负荷 变化情 境 本身非 常恶 劣， 高温 、 高湿度 、 灰 尘大是 造成设备 电子元件老化 的罪 况下， 优化 调节各风 机和水泵的 出力， 节能效 果非常显著， 给各个发电厂 魁祸 首。 可 以考虑将 变频 器单元 密闭循 环冷 却， 增加 除 湿设备 ， 将 精密 带来可观 的经济效益 。 控制 模块和整流 单元与移相变 压器、 开关等 一次设备分离 布置 ， 改善变 １ ． 变频器故障情况调查 频 系统 运行环境 。 ２ ０ １ ３ ￣ Ｔ － ３ 月， 某集 团公司对１ ４ 家分子 公司６ ８ 家火 电企业高压 变频器 ３ ． ２ 对 于新 投 产变 频 系统应 加 强设 备性 能检 测 ， 如温 升考 核 、 效 谐波 测量、 启动试运 行调试 等。 变频 系统应针对不 同的对象 进行现 故障情 况进行 了汇总分析 。 统计期 内共计发生 故障 ５ ４ ４ 次， 其 中功率 单 率 、 在移交运行前应达 到其最优 参数运行状 态。 元引发 故障２ ４ ６ 次， 主板 （ 含工控机） 引发故 障１ ８ ７ 次， 参数设 置不合适 引 场 联合调试 ， 发故障 ２ ６ 次， 环 境影 响引发故障 ２ １ 次， 冷却风 机损坏 引发故 障 ｌ ８ 次， 自 ３ ． ３ 对 于 电厂关键 设备， 如风 机 ， 电泵等如 采用变 频系统 应设 计交 流自 动 切换旁 路开 关并定 期进行 切换试 验操 作 ， 确保变频 系统故 障 时 带Ｕ Ｐ Ｓ 损坏 引发故障 ｌ ６ 次， 传 感器 （ 互感 器） 损坏引发故 障ｌ Ｏ 次。 １ ． １ 变频设备厂家总体情况 可以迅速切换 至交流供 电状 态， 保证机组安全 运行。 ３ ． ４ 加 强变频 器的定期维 护与测试 工作。 加 强变频 器维护人 员的培 某集 团公司所属 企业 选配 的变频 器厂 家比较 广泛 ， 统计 范 围内共 计有２ Ｏ 家企 业。 国内品牌 以北京利 德华福 、 广 东明阳 、 北京合康亿盛 居 训 力度， 做好 变频 器安装调试 的全过 程跟 踪故障 ， 保证变频 器维 护人员 必 要时组织到厂 家进行业务 培训 。 多， 国外 （ 含合资 ） 品牌主要为东 方 日 立、 罗宾康、 东方凯奇和 东芝 三菱 能够全面 掌握变频器的维护 常识 ， 为主 。 较早投 运的变频 设备为２ ０ ０ １ 年， 品牌主要为美国罗宾康 和北京 利 ３ ． ５ 高度关注变频 器元件老化造成 的故障 频发 问题 。 变 频器中的控 制 单元 中的电子元件寿命基本在 １ Ｏ 年左右 ， 超 期后将造成 变频 器的故障 德华 福两家企 业。 发 生率大 幅升 高。 要做 好变频器的寿 命评估 ， 对 于因元件老化导 致故障 １ ． ２ 故障原因简单分析 从各厂故障 统计情况 来看， 高压变频器故障 类型主要包括 ： 功率单 频 发的 变频设备 ， 应考虑升级 改造 ， 可以将移 相变压 器、 旁路单元 等保 元损坏 、 主板 （ 工控机 ） 故障 、 Ｕ Ｐ Ｓ 电源故障 ， 霍 尔传感 器故 障 、 软件参 留， 节 省资金 。 数设 置与实际不符 故障等。 从统计 的故 障原 因分类的统计 结果看， 最 主 ３ ． ６ 同一 电厂尽量选 择同一 品牌产品 。 在 变频 器品牌确定 时， 尽量 便于备件储备和维 护质量 的提高。 要的 问题是功 率单元 损坏 ， 占４ ７ ％。 造 成这一故 障的 主要原 因为 ： 一个 选择同一品牌设备， 方面是元件 的质量问题 ， 同时 由于设备 长期在 高温高负荷下运行 ， 其 电
浅析高压变频器及其常见故障处理
浅析高压变频器及其常见故障处理摘要：在实际工业生产应用中，高压变频器经常会出现一些故障。
为了使变频器能够安全稳定运行，有必要采取相应的防范措施。
本文分析了高压变频器的基本工作原理，结合实际应用对常见故障处理与防范措施进行探讨，以期达到更优的经济效益。
关键词：高压变频器原理故障分析防范措施1.高压变频器介绍高压变频器是近几年发展起来的一种应用广泛的变频器，它和过去传统的采用液力耦合或者串级调速方式是一样的，只是采用改变电机运行电源频率实现对电机调速的目的。
目前，高压变频器内部的结构都是相通的，主要包括三个部分：一是主电路接线端，包括接工频电网的输入端(R、S、T)，接电动机的频率、电压连续可调的输出端(U、V、W)；二是控制端子，包括外部信号控制端子、变频器工作状态指示端子、变频器与微机或其他变频器的通信接口；三是操作面板，包括液晶显示屏和键盘。
2.高压变频器基本工作原理高压变频器一般采用目前国际电源系列多级技术，系统采用高高结构。
高压直接输入逆变器不需要升压变压器等组件，因为在对逆变器的内部电源进行整流和逆变后直接向电机输出高压。
每个电源均为三相输入，单相输出脉宽调制低压变频器，技术可靠，结构和性能相同，大大提高了高压变频器的可靠性和可维护性。
变频器一般由制动单元、微处理单元、滤波回路、整流回路、检测单元和驱动单元组成。
它可以根据电机的具体需求提供必要的供电电压，从而实现调速和节能。
另外，大多数逆变器具有各种保护功能，如过载保护、过压保护和过流保护。
3.高压变频器的优点3.1 节能效果显著为有效地确保生产过程中的可靠性，各类用于生产的机械设备（风机、水泵）在设计配套动力驱动装置时，一般都会预留出一定的富余量。
如电机未在满负荷的条件下运行，除提供给动力驱动装置所需的动力外，部分多余的力矩会造成有功功率消耗的增加，导致电能浪费。
传统的调速方法，即通过对出入口位置挡板或阀门开度进行调节，来控制风量和供水量，不仅输入的功率较大，而且还有很大部分的能源消耗在挡板及阀门的截流过程中。
浅析IGBT高压变频器的高压变频控制
高压变频器的主要形式包括电压源型与电流源型高压变频器。单元串联多重化变频器属于电压源型，其虽然能提高功率器件IGBT的耐压性能，但其体积很大，重量较大，且接线较多，故障点也变得非常多。此外，单元串联多重化变频器在使用过程中会由于电流电压不平衡而使谐波增大，进而容易造成电动机损坏。中性点钳位三电平PWM变器的缺点是会产生很大的谐波分量，进而会给电动机的使用寿命、工作效率造成一定影响。多电平+多重化高压变频器的研发初衷是为了提高IGBT功率器件的耐压性能，但其缺点却在于使整个系统变得更加复杂，且其性能本身也不如三电平变频器和多重化变频器。电流源型高压变频器虽然结构简单，便于对电流进行控制，但其本身并不能解决串联问题，而且会对电肉系统带来严重污染，功率因数相对较低，它与电压型变频器相比，在经济方面和技术方面都有所不如。
浅析IGBT高压变频器的高压变频控制
摘要：本文通过对传统高压变频器的主要形式及缺点进行分析，重点研究了IGBT功率器件的直接串联高压变频控制技术，分析了保护动态箝压技术、抗共模电压技术及正弦波解决技术等IGBT功率器件直接串联核心技术的应用。
关键词：IGBT；高压变频器；高压变频控制
引言
近些年来，我国在低压变频调速方面取得了很大突破，变频控制技术也越来越成熟。但在高压变频控制中，由于IGBT变频器件的耐压能力有所不足，致使现有高压变频器的高压变频控制技术与低压变频控制技术存在较大差距，由IGBT功率器件所组成的高压变频器的耐压能力不能长期满足高压变频控制的要求。因此，对于提高高压变频器中IGBT功率器件的耐压能力，已经成为急需解决的技术难题。本文便对传统高压变频器的主要形式及存在缺点进行分析，以此探索IGBT功率器件直接串联的相关核心技术。
高压变频器对电动机的影响探讨
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Ｓｃｅ ｃ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆ１ ｒ ｔｏ ｅ ａｄ ｉｎ ｅ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｉ ０ ａ ｉｎ Ｈ ｒ ｌ ｌ ｆ
工 业 技 术
高压变频器对 电动机 的影响探 讨
成 军
（ 四川双流 机场登机桥 服务部 四川成都 ６ ２ ２ １ ０ ） ０ 摘 要 ：本文对 高压 变频器对 电动机的 影响作 了较 为完整 的分析 ， 讨论 高压 变频 器对 电动机 的影 响及 解决 办法。 关键 词 ：高压 变频器 输 出谐波 输 出ｄ ／ ｔ 电动机 ｕｄ 中圈分类 号 ： Ｎ ７ Ｔ ７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ － ９ Ｘ ２ ０ ） ｌｂ －Ｏ ７ － １ ６ ４ ０ ８ （０ ８１ （） ０ ６ ０ 随 着 用 电容 量 的 不 断 增 加 ， 了 减 少 为 线 路损 耗 ， 国以 及 欧 美 发达 国 家 ， 将 配 我 都 电 电压 等 级 向 更 高 方 向 发 展 ， 内 将 会 逐 国 步 形成 ｌｋ Ｏ Ｖ主 配 电回 路 并相 应 配 置 １ ｋ ＯＶ 等 级 的 高 压 交 流 电机 的 主 流 趋 势 。 目前 ， 高 压 变 频 器 没 有 统 一 的 电路 拓 扑 结 构 ， 由 于 变 频 器对 电动 机 的影 响主 要 取 决 于 变 频 器 逆 变 电路 的 结 构 和 特 性 。 因 而 ， 同 电 不
不同的 。
的使 用 ， 变频 器 输 出 电压 变化 率 ｄ ／ ｔ 对 ｕｄ 电动机绝缘产生的影响越来越严 重。ｄ ／ ｕ ｄ 取 决于 两 个方面 ：一是 电压跳 变台 阶 的 ｔ 幅 值 ， 与 变 频 器 的 电 压 等 级 和 主 电路 结 它 构 有 密 切 的 关 系 ；二 是逆 变器 功 率 器件 的 开 关速 度 ， 关速 度越 高 ， ｕ ｄ 越 大 。普 开 ｄ／ ｔ 通 的二 电平 和三 电平 Ｐ Ｍ 电压源 型 变频 Ｗ 器 由于 输 出 电 压 跳 变 台 阶 较 大 ， 电压 的 相
级联H_桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究
第47卷第4期燕山大学学报Vol.47No.42023年7月Journal of Yanshan UniversityJuly 2023㊀㊀文章编号:1007-791X (2023)04-0319-10级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究骆志伟1,张㊀敏2,李㊀昕2,孙孝峰2,∗(1.北京航天发射技术研究所,北京100076;2.燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004)㊀㊀收稿日期:2022-04-15㊀㊀㊀责任编辑:温茂森基金项目:河北省自然科学基金重点项目(E2021203162);河北省重点研究发展计划资助项目(19214405D)㊀㊀作者简介:骆志伟(1980-),男,河北保定人,硕士,研究员,主要研究方向是电动车辆驱动系统设计㊁能源管理及电气控制;∗通信作者:孙孝峰(1970-),男,黑龙江肇东人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为功率因数校正与有源滤波技术㊁新能源变换与组网技术,Email:sxf@㊂摘㊀要:用于中高压电机驱动的级联H 桥变频器具有输出波形谐波含量低㊁器件电压应力小以及效率高等优势㊂然而与传统的两电平变频器一样,当其经长电缆驱动电机时存在电机端过电压的问题㊂为此,本文对级联H 桥变频器的结构进行了改进,将一个辅助双向开关放入每一相的某一子单元中,使该子单元能够产生ʃV dc /2电平,即在总输出电压的每个上升和下降沿中插入一个短暂的固定时间的中间电平㊂此举可将上升/下降沿分为两段,并且两者之间存在两倍于电压波在电缆上传播时间的延迟㊂由于延迟的存在,第二段正好可以抵消第一段的反射波,所以电机端由反射现象导致的过电压会被明显抑制㊂最后,仿真及实验均验证了所提出方案的有效性㊂关键词:电机;多电平;变频器;传输线;过电压中图分类号:TM464㊀㊀文献标识码:A㊀㊀DOI :10.3969/j.issn.1007-791X.2023.04.0050㊀引言变频器作为工业生产中的重要设备之一,具有十分广泛的应用场景㊂但是当变频器用于油田钻井㊁海洋勘测和采矿等场景时,变频器与电机往往安装在不同位置,需要用较长的电缆进行连接㊂此时,变频器产生的高频脉冲波经电缆到达电机端会发生反射现象,使电机端产生过电压和高频阻尼振荡,从而加快电机和电缆的绝缘老化,严重时甚至会出现绝缘击穿,导致电机烧毁㊂此外,电机端的高频振荡还可能导致电机机械部件的损坏以及干扰其他电气设备[1-3]㊂对于过电压产生机理的分析,很早便有较为成熟的研究[2,4],而之后的工作大都集中在抑制方案上㊂在变频器输出端加装RLC 滤波器可以显著降低输出电压变化率或者说可以滤除输出电压中的高频成分,从而减轻甚至消除过电压现象[5-6]㊂而在电机端安装无源滤波器则可以改变电缆末端的阻抗特性,根据传输线理论,当电缆末端的等效阻抗与电缆的特征阻抗相等时,电缆上不会发生反射现象,所以电机端也不会产生过电压[7-8]㊂此外,还有一种低损耗的 RL-plus-C 滤波器分别安装在变频器输出端和电机端,具有结构简单㊁成本低㊁鲁棒性好的优点[9]㊂无源抑制方案虽然原理简单,抑制效果良好,但存在体积巨大㊁损耗高的缺陷㊂而有源抑制方案则可以弥补这些缺陷,文献[10]提出了输出LC 电路的有源控制可以有效降低输出电压的变化率,相比于无源滤波器,电感值显著减小了㊂文献[11-12]提出了一种低损耗的电机末端有源滤波器,该滤波器不仅可以抑制过电压,还可以回收电机的制动能量㊂文献[13]将三相两电平逆变器改造成T 型逆变器,虽然抑制了过电压,但增加了6个功率器件,损耗也增加了㊂文献[14-15]通过耦合电感将一种 反射波消除器 串联入变频器输出端,对变频器输出电压进行 整形 ,达到消除反射波的目的,但是增加了成320㊀燕山大学学报2023本㊂文献[16]提出一种新颖的调制方案以应对过电压问题,无需任何额外的硬件,但只适用于单相H桥电机驱动㊂文献[17]提出一种新颖的软开关逆变器拓扑用于过电压抑制,还可以改善EMI性能㊂文献[18]提出一种基于自适应控制的过电压抑制策略,无需硬件上的改变,但却增加了控制的复杂性㊂随着工业生产中电机的功率越来越大,对电机驱动的电压等级提出了更高的要求,中高压电机驱动开始走上舞台㊂级联H桥和模块化多电平变换器作为优秀的多电平拓扑,在中高压电机驱动中均得到了应用[19-22]㊂但两者具有不同的特点,由于桥臂电感的存在,模块化多电平变换器输出电压的变化率较级联H桥要低,所以过电压问题并不是很严重㊂而星型连接的级联H桥变频器由于没有环流问题,所以相桥臂上一般不安装电抗器,导致其输出电压的变化率很高[23]㊂并且随着碳化硅器件的应用,功率器件的开关速度变得更快,相应的,过电压问题也会更严重[24-25]㊂为了解决级联H桥变频器经长电缆驱动电机时存在的电机端过电压问题,本文根据中间电平插入的抑制原理,提出了一种改进型级联H桥变频器及其控制方法,只需在每相的某一个子单元中加入一对辅助双向开关管,便能够有效抑制电机端过电压㊂1㊀基于传输线理论的过电压现象分析1.1㊀电机端电压数学模型为了分析电机端过电压产生的机理,以及影响过电压峰值的因素,本文将变频器,长线电缆和电机作为整体统一进行考虑㊂假设变频器直流侧电压是恒定无波动的,所以可等效为理想脉冲电压源与其输出阻抗Z s串联,电缆可被当作理想均匀传输线,而电机则可以等效为阻抗Z m㊂图1所示为变频器经长电缆驱动电机的系统模型,电缆长度为l,V(0,s)和V(l,s)分别为变频器输出端电压和电机端电压的拉氏变换,V+(x,s)和V-(x,s)分别为电缆上正向行波(入射波)和反向行波(反射波)的拉氏变换㊂为了方便分析,假设电缆为无损传输线,则其特征阻抗为Z0=L C,(1)式中,L和C分别为单位长度电缆的分布电感和分布电容㊂根据均匀传输线理论[26],从变频器输出端向电机方向看去的输入阻抗Z in为Z in=Z0Z m+Z0tanh(jωl LC)Z0+Z m tanh(jωl LC)=Z01+Γm e-2τs1-Γm e-2τs,(2)式中,τ为电压波在电缆上的传播时间,Γm为电机端的反射系数,分别定义为τ=l LC,(3)Γm=Z m-Z0Z m+Z0㊂(4)图1㊀变频器经长电缆驱动电机的系统模型Fig.1㊀System model of a inverter driving motor via long cable ㊀㊀变频器输出端即电缆首端的电压表达式为V(0,s)=Z inZ in+Z s V(s),(5)将式(2)代入式(5),并定义变频器端反射系数Γs=(Z s-Z0)/(Z s+Z0),可得V(0,s)=1-Γs21+Γm e-2τs1-ΓmΓs e-2τs V(s)㊂(6)电缆上任意一点的电压均可以看成是正向行波V+(x,s)和反向行波V-(x,s)相叠加,而在电机端,根据反射系数的物理意义,入射波和反射波满足V-(l,s)=Γm V+(l,s),所以电机端电压为V(l, s)=(1+Γm)V+(l,s)㊂由于电缆首末端存在传输延迟,利用位移定理,可得变频器输出电压为V(0,s)=V+(0,s)+V-(0,s)=V+(l,s)eτs+V-(l,s)e-τs=(1+Γm e-2τs)V+(l,s)eτs,(7)联立式(6)和式(7),可得电机端电压的复数域表达式为第4期骆志伟等㊀级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究321㊀V (l ,s )=(1-Γs )(1+Γm )2㊃e -τs1-Γm Γs e -2τsV (s ),(8)在通常情况下,变频器的输出阻抗要远小于电缆的特征阻抗,而电机的等效阻抗又远大于电缆的特征阻抗,即Γs ʈ-1,Γm ʈ1㊂此时,式(8)可变换为V (l ,s )=e -τs1+e -2τs2V (s )㊂(9)由式(9)可知,电机端可产生最大2倍于变频器输出的电压,假设Γs =-0.95,Γm =0.95,τ=0.2μs,由式(8)可以画出当V (s )为方波信号时,电机端电压V (l ,s )的时域响应波形,如图2所示㊂可以看到电机端电压与变频器输出电压之间存在一个时间为τ的延迟,此为电压波在电缆上的传播时间㊂图2㊀变频器输出电压与电机端电压时域响应波形Fig.2㊀Time domain response waveforms of inverteroutput voltage and motor terminal voltage1.2㊀PWM 波上升时间对过电压峰值的影响第一小节推导出了电机端电压的复数域表达式,并画出其时域响应波形㊂但是在实际应用中,变频器产生的并不是理想的阶跃电压波,从一个电平到另一个电平需要一定的上升和下降时间㊂本节主要讨论PWM 波上升时间t r 和电机端反射系数Γm 对电机端过电压峰值V m 的影响㊂根据图3中电压波在电缆上的传递过程可知,在第三次传播过程中即图3中虚线部分,由于变频器端反射系数Γs 一般为负值,所以该正向行波与V (s )的极性相反,当其到达电缆末端即电机端时,电机端电压会降低,而在此之前正反向行波的极性均与V (s )相同㊂因此,过电压的峰值会出现在t =3τ这一时刻,图2(b)中电机端电压的放大波形也验证了这一点㊂图3㊀电压波在电缆上的传播过程示意图Fig.3㊀Schematic diagram of the voltage wave propagationprocess on the cable㊀㊀根据上述分析,当变频器输出的PWM 波在t =3τ之前上升到最大电压时,电机端过电压峰值只受电机端反射系数Γm 约束而与上升时间t r 没有关系㊂反之,如果PWM 波在t =3τ之后还在继续上升的话,传播时间τ和上升时间t r 均会影响过电压峰值㊂电机端过电压峰值的归一化表达式如下[7]V mV (s )=Γm +1㊀㊀t r ɤ3τ3τt r Γm +1t r >3τìîíïïïï㊂(10)根据式(10)可绘制出电机端过电压峰值与上升时间和电机端反射系数之间的关系图,如图4所示㊂由图4可知,当电缆的长度非常短或者变频器输出电压上升非常缓慢的话,电机端过电压峰值并不严重,这就是为什么限制变频器输出电压变化率能够达到抑制电机端过电压的目的㊂322㊀燕山大学学报2023图4㊀过电压峰值与脉冲上升时间和电机端反射系数的关系Fig.4㊀Relationship between overvoltage peak value,pulse rise time and motor terminal reflection coefficient2㊀基于中间电平插入的过电压抑制原理分析与实现2.1㊀中间电平插入理论为了解决变频器经长电缆驱动电机时存在的过电压问题,本文使用了中间电平插入的思想㊂即在变频器输出电压的每个上升和下降沿插入一个持续时间极短的中间电平㊂当在V (s )的上升沿中插入一个大小为V (s )/n ,持续时间为t m 的中间电平时,式(8)可变换为V (l ,s )=(1-Γs )(1+Γm )2e -τs1-Γm Γs e -2τs㊃V (s )n +(n -1)V (s )n e -t m s éëêêùûúú,(10)为了便于分析,假设在极端情况下,即Γs =-1,Γm =1㊂式(10)可简化为㊀V (l ,s )=2e -τs 1+e -2τs V (s )n +(n-1)V (s )n e -t m s éëêêùûúú,(11)而当n =2,t m =2τ时,式(11)又可进一步简化为V (l ,s )=V (s )e -τs ,(12)式(12)的时域表达为V (l ,t )=V (t -τ),(13)由(13)可知,当插入中间电平后电机端电压与变频器输出电压相比,只会有一个微小的延迟,而不会产生过电压㊂假设Γs =-0.95,Γm =0.95,τ=0.2μs,电机端电压的时域响应波形如图5所示,对于V (t )可以看作是V 1(t )和V 2(t )的组合,两者均是幅值为0.5的阶跃信号,但是阶跃时间相差2τ㊂而波在电缆上传播一个来回所需时间正好是2τ,例如在t =3τ这一时刻,V 1(t )的负极性正向行波和V 2(t )的正极性正向行波正好同时抵达电机端,两者相互抵消,之后的时刻同样如此,相当于V (t )在电机端基本不发生反射,所以过电压的峰值明显衰减了㊂由图5可知,插入中间电平后,电机端的过电压得到了明显的抑制,其峰值出现在t =5τ这一时刻㊂并且根据图3中波的传播过程,易知插入中间电平后电机端过电压峰值的归一化表达式为V mV (s )=Γs Γ2m+Γs Γm +Γm +12+Γm +12=㊀Γm +1+Γs Γm (Γm +1)2㊂(14)第4期骆志伟等㊀级联H桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究323㊀图5㊀插入中间电平后变频器输出电压与电机端电压的时域响应波形Fig.5㊀Time domain response waveforms of inverteroutput voltage and motor terminal voltage after theintermediate level is inserted㊀㊀根据式(14)可以绘制出插入中间电平后,电机端过电压峰值与Γs和Γm之间的关系曲线,如图6所示㊂由于变频器的输出阻抗一般比较小,所以Γs只取了较小的值,可以看到,抑制后的过电压峰值一般不会超过25%㊂2.2㊀改进型级联H桥变频器中间电平插入实现针对广泛用于中高压电机驱动领域的级联H 桥变频器,并结合上一节所分析中间电平插入的过电压抑制原理,本文提出了一种可以有效解决电机端过电压问题的改进型级联H桥变频器拓扑结构,如图7所示㊂当变频器没有通过长电缆连接电机即不存在过电压问题时,所提出变频器中的辅助双向开关不动作,此时与传统的级联H桥变频器并无差异㊂而当变频器通过长电缆连接电机时,加入辅助双向开关的H桥子单元则负责产生ʃV dc/2电压,用来在变频器输出电压的上升和下降沿中插入中间电平㊂图6㊀插入中间电平后过电压峰值与电机端和变频器端反射系数之间的关系Fig.6㊀Relationship between peak overvoltage andreflection coefficients at motor and inverterterminal after intermediate levelinsertion图7㊀改进型级联H桥变频器拓扑结构Fig.7㊀Topology of improved cascaded H-bridge inverter324㊀燕山大学学报2023㊀㊀假设所提出改进型级联H 桥变频器含有3个子单元,则各子单元输出电压V o1,V o2,V o3及总输出电压V 总的波形如图8所示,加入辅助双向开关的H 桥子单元主要负责在变频器输出电压中插入中间电平㊂图8㊀改进型级联H 桥变频器各子单元及总输出电压波形Fig.8㊀The sub-units and total output voltage waveformof the improved cascaded H-bridge inverter㊀㊀其中H 桥子单元的驱动脉冲的产生方法与传统的级联H 桥变频器一致,本文不再赘述㊂而对于加入辅助双向开关的H 桥子单元开关管的驱动脉冲则需要根据其他子单元输出电压的上升和下降沿确定㊂首先,加入辅助双向开关的H 桥子单元具有4种工作状态,如图9所示㊂工作在状态1和2可分别输出+V dc /2和-V dc /2电平,工作在状态3和4则子单元输出电压为0,状态3和4之间的切换需要根据变频器的输出电流方向确定㊂图9㊀加入辅助双向开关的H 桥子单元工作状态Fig.9㊀Operation stages of H-bridge subunit withauxiliary bidirectional switch㊀㊀对图9中的工作状态进行分析,可以很容易得到开关管Q 1~Q 6的驱动脉冲生成方法,具体如图10所示㊂图中驱动脉冲的上标表示第几个子第4期骆志伟等㊀级联H 桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究325㊀单元,i o 为变频器输出电流,假设在第n 个子单元中加入了辅助双向开关㊂首先需通过单稳态触发器检测出变频器输出电压的所有边沿,然后再进行一些逻辑变换即可得到开关管的驱动脉冲,这在可编程逻辑器件中是容易实现的㊂图10㊀加入辅助双向开关的H 桥子单元控制方法Fig.10㊀Control scheme of H-bridge subunitwith auxiliary bidirectional switch3㊀仿真及实验验证3.1㊀仿真验证为了验证所提出改进型级联H 桥变频器及其控制方法对于电机端过电压抑制的有效性,在PLECS 中搭建了仿真模型,仿真参数如表1所示,其中电缆参数参考了文献[20]㊂仿真波形如图11所示,由图可知,使用本文所提出的方案可以将过电压从68.2%降低至10.8%,抑制效果十分显著㊂表1㊀仿真参数表Tab.1㊀Table of simulation parameters仿真参数数值子单元直流侧电压/V1000单元数6调制波频率/Hz 50开关频率/Hz 1000电缆分布电阻Ω/km 0.5电缆分布电感μH /km 390电缆分布电容nF /km254电缆长度/m50图11㊀变频器输出及电机端线电压仿真波形Fig.11㊀Simulation waveforms of inverteroutput and motor terminal line voltage3.2㊀实验结果为了验证所提出方案在工程实践中的可行326㊀燕山大学学报2023性,搭建了2个子单元的级联H 桥变频器样机驱动三相异步电动机,变频器样机与电动机的照片如图12所示㊂需要说明的是,实验中使用了一段单位分布参数电路来模拟长电缆㊂图12㊀实验平台照片Fig.12㊀Photograph of experimental platform㊀㊀实验系统的参数如表2所示,根据表中单位长度电缆的分布电感和电容,可以计算出中间电平的最优持续时间为9.6μs㊂表2㊀实验参数表Tab.2㊀Table of experimental parameters实验参数数值子单元直流侧电压/V100单元数2调制波频率/Hz 50单位长度电缆分布电感/μH 23单位长度电缆分布电容/μF1开关频率/Hz 1000开关管XNF20N60T 控制器TMS320F28379D㊀㊀过电压抑制前后电缆末端即电机端电压和电机电流的实验波形分别如图13和14所示㊂可以看到,抑制之前,电机端的过电压峰值可达到70%,使用本文所提出方案后,过电压峰值大大降低,只有10%左右,实验结果充分说明了上述理论分析的正确性和所提出方案的有效性㊂值得注意的是,由于电机绕组电感的存在,电机端电压中的高频阻尼振荡并不会影响电机电流,抑制前后电机电流均比较光滑㊂图13㊀过电压抑制前实验波形Fig.13㊀Experimental waveform before overvoltage suppression第4期骆志伟等㊀级联H桥变频调速系统电机端过电压抑制方案研究327㊀图14㊀过电压抑制后实验波形Fig.14㊀Experimental waveform after overvoltage suppression 4 结论本文针对中高压电机驱动领域,分析了电机端过电压现象发生的原因及其影响因素,并提出了一种改进型级联H桥变频器结构和控制方法,能够有效解决电机端过电压问题,得到了以下结论:1)电机端过电压发生的根本原因是变频器输出的脉冲电压在电缆上发生了反射㊂2)过电压峰值理论上最大为2pu,主要影响因素为电机端反射系数Γs和PWM波的上升时间㊂3)在变频器输出电压的上升和下降沿中插入中间电平可有效抑制过电压,并且中间电平持续时间的最优值为电压波在电缆上传播时间的二倍㊂参考文献1DE LIMA A C S DOMMEL H W STEPHAN R M.Modeling adjustable-speed drives with long feeders J .IEEE Transactions on Industrial Electronics 2000 47 3 549-556.2万健如林志强禹华军.高频PWM脉冲波传输引起电机端子过电压的研究 J .中国电机工程学报2001 2111 43-47.WANG J R LIN Z Q YU H J.Research on motor terminal over-voltage caused by high-frequency PWM pulse J .Proceedings of the CSEE 2001 21 11 43-47.3李金泉王鹏吴琦等.重复脉冲过电压对变频电机绝缘局部放电起始电压及熄灭电压的影响研究 J .中国电机工程学报2019 39 15 4541-4550.LI J Q WANG P WU Q et al.The influence of overvoltage from repetitive impulsive voltages on PDIV and PDEV of inverter-fed motor insulation J .Proceedings of the CSEE 2019 3915 4541-4550.4马洪飞徐殿国陈希有等.PWM逆变器驱动异步电动机采用长线电缆时电压反射现象的研究 J .中国电机工程学报2001 21 11 110-114.MA H F XU D G CHEN X Y et al.Research of voltage reflection of PWM inverter-fed induction motor with long motor leads J .Proceedings of the CSEE 2001 21 11 110-114. 5高强徐殿国.PWM逆变器输出端共模与差模电压d v/d t滤波器设计 J .电工技术学报2007 22 1 79-84. 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291 110-120.下转第336页336㊀燕山大学学报2023 Research on speed optimization control of power transmission-lineconsidering battery SOCMA Liqun1LIU Zhe2GONG Zitao3FAN Xuejun3AHMAD Waseem4ZHANG Chunjiang41.Handan Xinhe Power Construction Co.Ltd.Handan Hebei056004 China2.State Grid Hebei Electric Power Co.Ltd.Shijiazhuang Hebei050021 China3.Handan Power Supply Branch of State Grid Hebei Electric Power Co.Ltd.Handan Hebei056004 China4.School of Electrical Engineering Yanshan University Qinhuangdao Hebei066004 ChinaAbstract Transmission-line blocking robot can effectively improve security.It is a practical problem to be solved that how to prolong the working time of the blocking robot powered by the battery according to the actual working conditions.In the paper it is studied how to reasonably control the operation speed of the blocking robot according to the battery SOC and the actual work needs so as to improve the endurance of the blocking robot.Firstly the relationship between the robot s DC motor speed and the output power is analyzed.Changing the motor speed can change the motor output power thus controlling the change degree of battery SOC.Consequently an optimal speed control strategy of transmission line blocking robot considering battery SOC is proposed and four speed adjustment coefficients are designed.According to the real-time value of SOC the output power of robot motor is dynamically adjusted to improve the utilization efficiency of battery power.The simulation results show that battery SOC nearly doubled by conservative speed regulation compared with full speed regulation which verifies the effectiveness of the proposed control strategy.According to the real-time value of SOC the output power of the device is dynamically adjusted to improve the utilization efficiency of battery power.Keywords transmission-line blocking robot rechargeable battery DC motor control SOC(上接第328页)Research on suppression scheme of overvoltage at motor terminal of cascaded H-bridge variable frequency speed regulation systemLUO Zhiwei1,ZHANG Min2,LI Xin2,SUN Xiaofeng2(1.Beijing Institute of Space Launch Technology,Beijing100076,China;2.School of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei066004,China)Abstract:The cascaded H-bridge inverter used for medium and high voltage motor drive has the advantages of low output waveform harmonic content,small device voltage stress,and high efficiency.Like the traditional two-level inverter,when it drives the motor through a long cable,there is also the problem of overvoltage at the motor terminal.For this reason,the structure of the cascaded H-bridge inverter is improved in this paper,and an auxiliary bidirectional switch is placed in a subunit of each phase,so that it can generateʃV dc/2level,that is,a short fixed time intermediate level is inserted into each rising and falling edge of the total output voltage.The intermediate level can divide the rising/falling edge into two sections,and there is a delay between the two that is twice the propagation time of the voltage wave on the cable.Due to the existence of delay,the second section can just cancel the reflected wave of the first section,and the overvoltage caused by the reflection phenomenon at the motor terminal will be significantly suppressed.Finally,the effectiveness of the proposed scheme is verified by simulation and experiment. Keywords:motor;multilevel;inverter;transmission line;overvoltageCopyright©博看网. All Rights Reserved.。
10kV变频器技术规格书-B 3.3
1）隔离移相变压器柜； 2）变频器柜（功率单元柜）； 3）控制柜； 4）10kV变频器配套的所有附件； 5）预装10kV变频器的集装箱，及箱体内配套的照明、通风空调等设施； 6）两年运行使用的备品备件； 7）10kV变频器操作维修所需的专用工具； 8）现场服务（现场调试、试运投产及现场技术培训）。 供货商认为需要配套提供的其他附属设备和零件，供货商有义务加以说明，以供业主选 择。 2.3 交接界限 2.3.1 电气系统 1）供货商提供的10kV变频器应为一体化设计，包括干式移相变压器和变频器所有部件 及内部连线，买方只须连接高压输入、高压输出、低压控制电源和控制信号线。供货商与买 方的电气交接面为10kV变频器输入、输出电缆接线端子及控制信号电缆接线端子。 2）预装10kV变频器的集装箱箱体内的照明、通风、空调、感烟探头等设施应由供货商 整体完成，并在适当位置设置配电箱和接线盒以供买方外部连接。 3）接地连接应由供货商整体完成，并设置接地母排，所有设备都须有各自的接地终端并 与接地母排相连，集装箱底座还应设置不少于两处的接地板供买方进一步连接至外部接地网， 供货商与买方的接地交接面为接地母排和底座接地端子板。 2.3.2 基础 供货商应提供整个10kV变频器（集装箱体）的基础安装资料。 3 设计基础数据 3.1 电源 本工程电源引自自备燃气发电站，发电容量 3500kW，供电电压 10kV（±10%），50Hz （±2%），3Ph。 3.2 电机参数
顺北区块放空气回收项目
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10kV 变频器（38 单元） 技术规格书