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(5) 有源共模電壓消除器(ACCom)
Y.Q.Xiang提出了有源共模電壓補償器(ACCom)用于降低PWM VSI驅動感應電機系統中的軸電流，其結構如圖15所示[23]。有源共模電壓補償器由單相多電平半橋逆變器（SPMHI）和四繞組共模變壓器組成。由于共模電壓是四電平開關電壓，可采用一多電平逆變器去產生方向相反的四電平電壓用于補償共模電壓，通過共模變壓器將這個補償電壓疊加到系統中。Y接電阻網絡用于檢測逆變器輸出。ACCom能完全消除共模電壓，同時由于基于電力半導體器件的開關操作，可降低損耗，適于高電壓應用。 這種結構的濾波器的變壓器原邊由具有6個開關器件組成的四電平半橋逆變器驅動，元件的數量和驅動這些元件的電路非常復雜，串聯電容的電壓平衡問題沒有解決。變壓器的原邊產生反向共模電壓，具有線性放大器的作用，因此可以產生很高的功率損耗，還需要有較大的變壓器勵磁電感，使變壓器的體積很大。 (6) 其他方法 為了消除共模電流，文獻[24]指出A. Consoli等研究采用公共直流母線多驅動工業系統中的共模電流消除技術。他提出了一個廉價的允許在由兩個或多個逆變器組成的多驅動系統中補償共模電壓變化的技術。該技術基于在兩個逆變器之間的適當連接，采用新的PWM調制策略。這樣的調制策略在兩個逆變器中控制逆變器狀態序列使共模電壓同步變化。由于通過兩個RLC濾波器的連接，可以視為六線系統，在兩個驅動系統中就可以獲得一個理論上的零共模電壓。 用零電壓開關方法抑制dv/dt[25] ：目前的變頻器有采用硬開關電路，即功率開關器件在高電壓下導通，大電流下關斷，處于強迫開關過程。高電壓下導通是造成在功率器件導通瞬間產生高幅值dv/dt的直接原因。如果采用零電壓在導通，隨后輸出電壓平穩上升，那么就不會產生電壓突變，dv/dt問題就會迎刃而解了。諧振軟性開關逆變電路的提出，解決了硬開關電路所造成的高幅值dv/dt問題的有效途徑。在諧振軟性開關電路中，功率開關器件是在零電壓條件下導通的，因此就不存在硬開關電路在高壓下強迫導通時產生的電壓突變，因此也就不存在高幅值dv/dt的問題。目前，諧振軟性開關逆變電路已經用于低壓航空電源，在大功率范圍的實際應用上，還存在著一些需要解決的問題。但是軟開關逆變器整體來說不能比硬開關逆變器提供出更好的優勢，實驗表明軟開關逆變器產生的軸電壓等于或大于硬開關逆變器產生的軸電壓。軟開關逆變器產生的軸承電流與硬開關逆變器產生的軸承電流相當，即軟開關逆變器不能從本質上解決逆變器開關產生的軸承電流和軸電壓的問題。 4.4 軟件方法 上面的方法是在增加硬件的基礎上來降低共模電壓的，如采用四相逆變器、推挽射隨跟隨器、雙橋逆變器等。這些方法的缺點是逆變器的重量和體積增大了，控制系統復雜了，需要對所用的濾波器或變壓器參數進行再設計，這都降低了驅動系統的可靠性。近年來開始從控制策略上入手來研究這些問題。如文獻[26]在控制策略中采用PWM方式來降低共模電壓，但這種方法由于缺少零電壓分量容易產生較大的電流脈動，對調制比有很大的限制，從而限制了其在工業領域中的應用。還有如文獻[27]在PWM升壓整流/逆變器中采用空間矢量PWM同步控制的方法來降低共模電壓，使共模電壓的幅值降到母線電壓的2/3。這種方法一是不能用到使用更為普遍的二極管整流/逆變器驅動系統中，二是由于共模電壓脈沖的數量減少，使電機漏電流的尖峰數減少，漏電流的有效值降低了，但漏電流的峰值可能沒有變化。文獻[28]對文獻[27]的不足提出了改進的方法，這種方法可以在二極管整流/逆變器系統應用。由于共模電壓脈沖的數量減少，使電機漏電流的尖峰數減少，盡管漏電流的峰值可能沒有變化，漏電流的有效值降低了。文獻[29]采用空間矢量方法控制逆變器的開關器件的通斷，文中提出新的調制策略，在采用三種逆變器狀態以維持共模電壓保持不變。這種策略可以有效降低共模電流，但對電機定子電壓的影響很大。
5 同時抑制差模dv/dt和共模電壓負面效應的對策
針對上述濾波器結構的不同之處，本文提出一種新穎的濾波器結構如圖16所示。該濾波器具有兩個功能，即可以同時消除共模電壓和差模dv/dt，即LC構成差模濾波器用于濾除差模dv/dt，CRL1-L2構成共模濾波器消除共模電壓。由于這時變頻器和電容C之間存在差模電感，可以緩沖電容C在變頻器開關動作時產生尖峰電流對變頻器的沖擊作用，因此對電容C的數值選取不受限制，其取值以差模濾波為主。由圖16可見，電容C網絡有兩個功能：一個是與電感L一起組成差模dv/dt濾波器來降低差模dv/dt ；另一個是作為共模電壓檢測裝置并給共模變壓器提供驅動電流。 圖17(a)是電動機端差模電壓波形。由于存在100m長的電纜連接在逆變器和電動機中間，電動機端出現了電壓反射現象，電動機端的線電壓值幾乎加倍，這將使電動機的絕緣壽命縮短。當在電動機和逆變器之間加上濾波器后，如圖17(b)所示，電動機端線電壓波形被濾成正弦波，由于電動機端的差模dv/dt幾乎完全消除，電壓反射現象不存在了，使電動機和變頻器之間的電纜長度不受限制了。同時這個結果也說明，所提濾波器中的共模變壓器對差模電壓沒有影響。圖17(c)為沒加入任何濾波器時，共模電壓由于較高的dv/dt也產生了電壓反射現象，它將產生較大的軸電壓和軸承電流從而使電動機軸承過早損壞。圖17(d)中，采用本文提出的濾波器時，共模dv/dt被明顯降低了，由此其負面效應被有效抑制了。 因此，本文提出的濾波器結構的特點是：可以同時消除變頻器輸出產生的負面效應，而且還能適應載波頻率的變化，在不同的載波頻率下都可以得到滿意的諧波抑制效果，這些特點要比單獨抑制共模電壓或差模dv/dt的濾波器要好得多。 6 結論 本文首先分析了現代變頻器輸出產生的負面效應的本質，然后對抑制負面效應的各種對策進行了評價，在此基礎上，提出了一種新穎的可以同時消除共模電壓和差模dv/dt的新型濾波器，試驗結論驗證了這種濾波器的有效性。 參考文獻： [1] David Leggate, Jeff Pankau, et al. Reflected waves and their associated current [J]. IEEE Trans. Industry Applications vol.35, no.6. 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