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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(bǔ)償器(ACCom)用于降低PWM VSI驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)中的軸電流，其結(jié)構(gòu)如圖15所示[23]。有源共模電壓補(bǔ)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(guān)電壓，可采用一多電平逆變器去產(chǎn)生方向相反的四電平電壓用于補(bǔ)償共模電壓，通過共模變壓器將這個(gè)補(bǔ)償電壓疊加到系統(tǒng)中。Y接電阻網(wǎng)絡(luò)用于檢測(cè)逆變器輸出。ACCom能完全消除共模電壓，同時(shí)由于基于電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)操作，可降低損耗，適于高電壓應(yīng)用。 這種結(jié)構(gòu)的濾波器的變壓器原邊由具有6個(gè)開關(guān)器件組成的四電平半橋逆變器驅(qū)動(dòng)，元件的數(shù)量和驅(qū)動(dòng)這些元件的電路非常復(fù)雜，串聯(lián)電容的電壓平衡問題沒有解決。變壓器的原邊產(chǎn)生反向共模電壓，具有線性放大器的作用，因此可以產(chǎn)生很高的功率損耗，還需要有較大的變壓器勵(lì)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(xiàn)[24]指出A. Consoli等研究采用公共直流母線多驅(qū)動(dòng)工業(yè)系統(tǒng)中的共模電流消除技術(shù)。他提出了一個(gè)廉價(jià)的允許在由兩個(gè)或多個(gè)逆變器組成的多驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中補(bǔ)償共模電壓變化的技術(shù)。該技術(shù)基于在兩個(gè)逆變器之間的適當(dāng)連接，采用新的PWM調(diào)制策略。這樣的調(diào)制策略在兩個(gè)逆變器中控制逆變器狀態(tài)序列使共模電壓同步變化。由于通過兩個(gè)RLC濾波器的連接，可以視為六線系統(tǒng)，在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中就可以獲得一個(gè)理論上的零共模電壓。 用零電壓開關(guān)方法抑制dv/dt[25] ：目前的變頻器有采用硬開關(guān)電路，即功率開關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，處于強(qiáng)迫開關(guān)過程。高電壓下導(dǎo)通是造成在功率器件導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生高幅值dv/dt的直接原因。如果采用零電壓在導(dǎo)通，隨后輸出電壓平穩(wěn)上升，那么就不會(huì)產(chǎn)生電壓突變，dv/dt問題就會(huì)迎刃而解了。諧振軟性開關(guān)逆變電路的提出，解決了硬開關(guān)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(guān)電路中，功率開關(guān)器件是在零電壓條件下導(dǎo)通的，因此就不存在硬開關(guān)電路在高壓下強(qiáng)迫導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)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(guān)逆變電路已經(jīng)用于低壓航空電源，在大功率范圍的實(shí)際應(yīng)用上，還存在著一些需要解決的問題。但是軟開關(guān)逆變器整體來說不能比硬開關(guān)逆變器提供出更好的優(yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)表明軟開關(guān)逆變器產(chǎn)生的軸電壓等于或大于硬開關(guān)逆變器產(chǎn)生的軸電壓。軟開關(guān)逆變器產(chǎn)生的軸承電流與硬開關(guān)逆變器產(chǎn)生的軸承電流相當(dāng)，即軟開關(guān)逆變器不能從本質(zhì)上解決逆變器開關(guān)產(chǎn)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(chǔ)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(diǎn)是逆變器的重量和體積增大了，控制系統(tǒng)復(fù)雜了，需要對(duì)所用的濾波器或變壓器參數(shù)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，這都降低了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(xiàn)[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(chǎn)生較大的電流脈動(dòng)，對(duì)調(diào)制比有很大的限制，從而限制了其在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。還有如文獻(xiàn)[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(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，二是由于共模電壓脈沖的數(shù)量減少，使電機(jī)漏電流的尖峰數(shù)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(xiàn)[28]對(duì)文獻(xiàn)[27]的不足提出了改進(jìn)的方法，這種方法可以在二極管整流/逆變器系統(tǒng)應(yīng)用。由于共模電壓脈沖的數(shù)量減少，使電機(jī)漏電流的尖峰數(shù)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(xiàn)[29]采用空間矢量方法控制逆變器的開關(guān)器件的通斷，文中提出新的調(diào)制策略，在采用三種逆變器狀態(tài)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(duì)電機(jī)定子電壓的影響很大。
5 同時(shí)抑制差模dv/dt和共模電壓負(fù)面效應(yīng)的對(duì)策
針對(duì)上述濾波器結(jié)構(gòu)的不同之處，本文提出一種新穎的濾波器結(jié)構(gòu)如圖16所示。該濾波器具有兩個(gè)功能，即可以同時(shí)消除共模電壓和差模dv/dt，即LC構(gòu)成差模濾波器用于濾除差模dv/dt，CRL1-L2構(gòu)成共模濾波器消除共模電壓。由于這時(shí)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(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生尖峰電流對(duì)變頻器的沖擊作用，因此對(duì)電容C的數(shù)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(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)功能：一個(gè)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(gè)是作為共模電壓檢測(cè)裝置并給共模變壓器提供驅(qū)動(dòng)電流。 圖17(a)是電動(dòng)機(jī)端差模電壓波形。由于存在100m長(zhǎng)的電纜連接在逆變器和電動(dòng)機(jī)中間，電動(dòng)機(jī)端出現(xiàn)了電壓反射現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)端的線電壓值幾乎加倍，這將使電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命縮短。當(dāng)在電動(dòng)機(jī)和逆變器之間加上濾波器后，如圖17(b)所示，電動(dòng)機(jī)端線電壓波形被濾成正弦波，由于電動(dòng)機(jī)端的差模dv/dt幾乎完全消除，電壓反射現(xiàn)象不存在了，使電動(dòng)機(jī)和變頻器之間的電纜長(zhǎng)度不受限制了。同時(shí)這個(gè)結(jié)果也說明，所提濾波器中的共模變壓器對(duì)差模電壓沒有影響。圖17(c)為沒加入任何濾波器時(shí)，共模電壓由于較高的dv/dt也產(chǎn)生了電壓反射現(xiàn)象，它將產(chǎn)生較大的軸電壓和軸承電流從而使電動(dòng)機(jī)軸承過早損壞。圖17(d)中，采用本文提出的濾波器時(shí)，共模dv/dt被明顯降低了，由此其負(fù)面效應(yīng)被有效抑制了。 因此，本文提出的濾波器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：可以同時(shí)消除變頻器輸出產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)，而且還能適應(yīng)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(diǎn)要比單獨(dú)抑制共模電壓或差模dv/dt的濾波器要好得多。 6 結(jié)論 本文首先分析了現(xiàn)代變頻器輸出產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)的本質(zhì)，然后對(duì)抑制負(fù)面效應(yīng)的各種對(duì)策進(jìn)行了評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新穎的可以同時(shí)消除共模電壓和差模dv/dt的新型濾波器，試驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)證了這種濾波器的有效性。 參考文獻(xiàn)： [1] David Leggate, Jeff Pankau, et al. 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