
逆变器共模电压产生原因
逆变器共模电压产生原因、输出滤波电容的不对称性。
1、电源的负载不均匀:逆变器中的电源单元和控制单元都会造成负载不均匀的问题,这就会导致逆变器输出的电流、电压不平衡,进而产生共模电压。
2、输出滤波电容的不对称性:在逆变器输出端的LC滤波电路中,电感器和电容器是对称放置的,但在实际运用中由于生产工艺、选材等原因,电容的阻抗往往存在一定的不对称性,会产生共模电压。
高频变压器为什么要测共模电压
一.产生机理
逆变器输出电压可分解为正序、负序以及零序。正序电压和负序电压为差模电压,将会产生电机的磁通和转矩,而零序电压为共模电压将会产生转矩波动和噪声。较大的差模(即线电压,包括正序和负序)dv/dt会导致长线传输时电机端电压及电缆内电压的加倍升高,对电机绝缘和电缆绝缘构成严重威胁;较大的共模(即零序电压)dv/dt,通过定子和转子间的电容耦合产生较大的电机轴承电流或对地电流,导致电机因轴承电流过大而损坏或对邻近电气设备构成干扰。高频共模电压作用于电机上,电机高频寄生电容会在转轴上耦合出轴电压,轴电压将作用在轴承上,产生轴承电流,这将影响轴承润滑剂绝缘。定子绕组和接地机壳间的耦合电容将会在共模电压下产生漏电流,漏电流将通过接地导体流回电网。
图1为由逆变器产生的共模与差模电压及对地漏电流路径
逆变器不同的开关状态,导致逆变器每个时刻三相输出的相电压不平衡,同时死区时间、开关管压降、驱动脉冲延时对共模电压影响不大,如果死区增大,会增大共模电压。
差模电压存在于逆变器两相输出之间,而共模电压则存在于逆变器输出与参考地之间。任何电压源 PWM 逆变器驱动系统中都存在共模电压,而共模电流的大小取决于系统、电路结构、控制策略和接地器的共模阻抗。由于寄生电容的存在,由共模电压引发的共模电流还会流过负载。
三相两电平系统PWM逆变器输出的共模电压的值定义为 , ,一般认为 可忽略不计,故三相逆变器的共模电压可表示为:
其中Va、Vb、Vc为电机定子三相绕组对参考点的相电压。
也可理解为:共模电压是逆变器输出侧三相星形负载中性点对参考地点的电位差。
两电平三相逆变器的共模电压为:
从表可以看出,UNg的幅值存在Ed/6和Ed/2两种状态,且零矢量状态的共模电压幅值为Ed/2,其它矢量状态的共模电压幅值为Ed/6。因此三相交流伺服系统的共模电压是随着开关状态的不断变化,在正负Ed/6和Ed/2两种状态下不断的跳变的。
对于变频器系统,Vcm_inv、Vcm_rec分别表示功率变换器整流器侧和逆变器侧产生的共模电压; Cp1、Cp分别表示功率变换器整流桥和逆变器与散热器之间的寄生电容。可将传播途径描述为:回路①: 逆变器→电缆→电机→寄生电容→电机地线→系统地线→主电源→整流器→逆变器; 回路②:逆变器→电缆→电机寄生电容→电机地线→散热片地线→散热片→器件寄生电容→逆变器; 回路③: 逆变器→器件寄生电容→散热片→散热片地线→系统地线→主电源→整流器→逆变器。
电机中性点对地电压为共模电压,通常电机中性点没有引出,用电机相对地电压,或电机三相对地电压之和/3表示对共模电压,严格来讲是对直流中性点的电压为共模电压。
由于网侧调制以及网侧变压器中性点接地,导致网侧相对地的电压决定了机侧相对地的电压??
机侧三相电流和与机侧地线电流存在差异的问题经分析是由如下问题造成的:
下图是风机变流器整机系统图:
如上图所示,变流器机侧三相电流和(即机侧三相对地共模电流)中有部分电流通过发电机对外壳和底座存在的寄生电容到发电机底座再到机舱平台和塔筒回到大地,从而导致机侧地线上返回大地的共模电流减少。
二.抑制硬件方案
抑制CMV硬件方案通常是增加滤波器,常见的有RLC滤波器和共模抑制器。
RLC滤波器常能用来抑制差模干扰,虽然对共模电压幅值和高频干扰也有一定的抑制作用,但抑制效果方面不明显,但将电容中性点与直流中性点连接在一起,对共模电压的 dv/dt 起到抑制作用,消除共模电压的尖峰,消除电机端的过电压。也有机侧采用DUDT滤波器,网侧交流输出端接磁环,磁环对共模电压几乎无影响,但会减小共模电流。
共模滤波器一般是采用共模电感+电容,并且电容中点应该是接到直流中点的。在逆变器和电动机之间安装共模变压器,共模变压器(Common mode transformer,CMT)是在共模扼流圈的基础上,加入一个次级线圈,并将该线圈通过一个电阻短接。由于共模变压器的四个线圈共用一个环形铁心,因此体积较小。加入共模变压器后可以有效地抑制共模电流.
三.抑制软件方案
通过调整逆变器的开关控制信号或调制算法来实现,有对空间矢量调制策略(SVPWM)的改进型,对基于载波调制策略(CBPWM)的改进型,对谐波消除调制策略(SHEPWM)的改进型等。
无零矢量的调制算法,可以降低CMV主要有NSPWM、AZSPWM,RSPWM、VSVM、相邻四矢量等。
四.测量方式
1.三相输出电压对地
2.三相输出电压之和对地
3. RC滤波电容中性点对地
4.直流电压中性点作为参考地
5.电机中性点对地电压。
如图:
PWM逆变器是什么?
参考PWM技术的基本原理随着电子技术的发展,出现了多种PWM技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。PWM技术的具体应用
PWM软件法控制充电电流
本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口,在不改变PWM方波周期的前提下,通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比,从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件,另外ADC的位数尽量高,单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前,单片机先快速读取充电电流的大小,然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较,若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM 的占空比;若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰,合理采用算术平均法等数字滤波技术。软件PWM法具有以下优缺点。优点:简化了PWM的硬件电路,降低了硬件的成本。利用软件PWM不用外部的硬件PWM和电压比较器,只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件,大大简化了外围电路。可控制涓流大小。在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小,并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较,以决定PWM占空比的调整方向。电池唤醒充电。单片机利用ADC端口与PWM的寄存器可以任意设定充电电流的大小,所以,对于电池电压比较低的电池,在上电后,可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒,并且在小电流的情况下可以近似认为恒流,对电池的冲击破坏也较小。
缺点:电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的,采样电阻上的压降传到单片机的ADC输入端口,单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为Rsample(单位为Ω),采样电阻的压降为Vsample(单位为mV), 10位ADC的参考电压为5.0V。则ADC的1 LSB对应的电压值为 5000mV/1024≈5mV。一个5mV的数值转换成电流值就是50mA,所以软件PWM电流控制精度最大为50mA。若想增加软件PWM的电流控制精度,可以设法降低ADC的参考电压或采用10位以上ADC的单片机。PWM采用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中,充电从停止到重新启动的过程中,由于磁芯上的反电动势的存在,所以在重新充电时必须降低PWM的有效占空比,以克服由于软件调整PWM的速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。充电效率不是很高。在快速充电时,因为采用了充电软启动,再加上单片机的PWM调整速度比较慢,所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大的。为了克服2和3缺点带来的充电效率低的问题,我们可以采用充电时间比较长,而停止充电时间比较短的充电方式,例如充2s停50ms,再加上软启动时的电流慢速启动折合成的停止充电时间,设定为50ms,则实际充电效率为(2000ms-100ms)/2000ms=95%,这样也可以保证充电效率在90%以上。纯硬件PWM法控制充电电流由于单片机的工作频率一般都在4MHz左右,由单片机产生的PWM的工作频率是很低的,再加上单片机用ADC方式读取充电电流需要的时间,因此用软件PWM的方式调整充电电流的频率是比较低的,为了克服以上的缺陷,可以采用外部高速PWM的方法来控制充电电流。现在智能充电器中采用的PWM控制芯片主要有TL494等,本PWM控制芯片的工作频率可以达到300kHz以上,外加阻容元件就可以实现对电池充电过程中的恒流限压作用,单片机只须用一个普通的I/O端口控制TL494使能即可。另外也可以采用电压比较器替代TL494,如LM393和LM358等。采用纯硬件PWM具有以下优缺点。优点:电流精度高。充电电流的控制精度只与电流采样电阻的精度有关,与单片机没有关系。不受软件PWM的调整速度和ADC的精度限制。充电效率高。不存在软件PWM的慢启动问题,所以在相同的恒流充电和相同的充电时间内,充到电池中的能量高。对电池损害小。由于充电时的电流比较稳定,波动幅度很小,所以对电池的冲击很小,另外TL494还具有限压作用,可以很好地保护电池。缺点:硬件的价格比较贵。TL494的使用在带来以上优点的同时,增加了产品的成本,可以采用LM358或LM393的方式进行克服。涓流控制简单,并且是脉动的。电池充电结束后,一般采用涓流充电的方式对电池维护充电,以克服电池的自放电效应带来的容量损耗。单片机的普通I/O控制端口无法实现PWM端口的功能,即使可以用软件模拟的方法实现简单的PWM功能,但由于单片机工作的实时性要求,其软件模拟的PWM频率也比较低,所以最终采用的还是脉冲充电的方式,例如在10%的时间是充电的,在另外90%时间内不进行充电。这样对充满电的电池的冲击较小。
单片机 PWM控制端口与硬件PWM融合对于单纯硬件PWM的涓流充电的脉动问题,可以采用具有PWM端口的单片机,再结合外部PWM芯片即可解决涓流的脉动性。在充电过程中可以这样控制充电电流:采用恒流大电流快速充电时,可以把单片机的PWM输出全部为高电平(PWM控制芯片高电平使能)或低电平(PWM控制芯片低电平使能);当进行涓流充电时,可以把单片机的PWM控制端口输出PWM信号,然后通过测试电流采样电阻上的压降来调整PWM的占空比,直到符合要求为止。
三相逆变器的共模电压怎么用示波器探头测量?
你问的是线电压吧,用高压探头测试
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