变频长距离供电波反射问题的研究

论文摘要

随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展,功率器件的开关频率大大提高,使得变频器输出脉冲电压的上升时间大大缩短,发现其带来一些显著的负面影响。在实际应用中,变频器和电动机的安装位置往往不同,这就需要长线电缆将变频器输出的PWM脉冲电压信号传输到电动机端,然而在变频器经长线电缆供电电动机时,由于电缆和电动机特性阻抗不匹配,将在电动机端发生脉冲电压波反射,产生过电压、高频阻尼振荡,加剧了电动机绕组绝缘压力。此外,当PWM变频器输出PWM脉冲电压的脉宽很小时,将在传输线上发生双脉冲效应和极性反转现象,使电动机端产生更为严重的过电压,缩短了电动机的使用寿命。因此,研究PWM变频器产生的负面效应及解决方法具有重要的理论意义和实用价值。本文基于电磁波传输线理论,分析了PWM脉冲电压波在传输线上的波传输反射过程,研究了电动机端过电压的产生机理。通过仿真和实验分析,总结出PWM脉冲电压在电动机端产生常规近似两倍幅值过电压的因素,验证了电动机端超两倍幅值过电压的存在性。针对以上存在的过电压现象,文中分析研究了几种无源滤波器抑制过电压的效果,提出采用变频器端加装输出电抗器来抑制过电压,并通过理论、仿真及实验验证其抑制过电压的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 课题的研究现状及发展
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 传输线理论及波反射过电压的产生机理
• 2.1 传输线理论
• 2.2 PWM脉冲电压波反射现象的研究
• 2.2.1 PWM脉冲电压波在电缆上传输波反射过程
• 2.2.2 PWM脉冲上升时间对电压波反射过电压的影响
• 2.2.3 电缆长度对电压波反射过电压的影响
• 2.2.4 电缆分布电感对电压波反射过电压的影响
• 2.2.5 电缆分布电容对电压波反射过电压的影响
• 2.2.6 负载特性阻抗对电压波反射过电压的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 超两倍幅值过电压波反射现象的研究
• 3.1 概述
• 3.2 PWM脉冲电压波发生双脉冲效应现象分析
• 3.2.1 开关频率对双脉冲效应的影响
• 3.2.2 脉冲占空比对双脉冲效应的影响
• 3.3 PWM脉冲电压波反射发生极性反转现象分析
• 3.4 PWM脉冲电压波在负载端引起电压无穷大趋势现象分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 PWM脉冲电压波反射过电压实验研究
• 4.1 PWM脉冲电压波反射过电压的实验研究
• 4.1.1 PWM脉冲上升时间影响过电压的实验研究
• 4.1.2 电缆长度影响过电压的实验研究
• 4.1.3 电缆分布电感影响过电压的实验研究
• 4.1.4 电缆分布电容影响过电压的实验研究
• 4.1.5 负载特性阻抗影响过电压的实验研究
• 4.2 超两倍幅值过电压波反射实验研究
• 4.2.1 开关频率影响双脉冲效应的实验研究
• 4.2.2 脉冲占空比影响双脉冲效应的实验研究
• 4.2.3 脉冲占空比影响极性反转的实验研究
• 4.2.4 脉冲周期影响负载电压无穷大趋势的实验研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 PWM脉冲电压波反射过电压的抑制对策
• 5.1 常规波反射过电压的抑制方法
• 5.1.1 电动机端滤波器
• 5.1.2 变频器输出端滤波器
• 5.2 变频器输出电抗抑制波反射过电压措施的研究
• 5.2.1 变频器输出电抗器原理
• 5.2.2 加装输出电抗器对常规过电压抑制仿真及实验分析
• 5.2.3 加装输出电抗器对超两倍幅值过电压抑制仿真及实验分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢