1 引言
随着高压大功率电力电子器件如IGBT、IGCT相继问世，高压变频技术也逐渐被推广应用到高压大容量风机、水泵的变频调速中，以改善调速性能和提高节能效果[1]。图1就是一种典型的电压源型变频调速系统拓扑结构，它包括：三相输入电压、全波整流、电容滤波、PWM逆变器、输出滤波器和传输电缆共6部分。由于PWM逆变器输出电压跳变幅度较大，且高压电动机(3kV以上)不可避免地存在寄生电容，因而必然会产生很高的dv/dt，它不仅会对电机绝缘产生破坏作用，而且由于逆变器产生的较高共模电压，将直接加到电机终端，引起电机的绝缘击穿。共模电压中由于含有与开关频率相同的高频分量，它将通过输出电缆与分布电容产生高频漏电流，漏电流通过绕组和转子间的分布电容、轴承、机壳，然后到地，图2示意了PWM变频器共模电流和差模电流通路。在高电压、大容量场合，受开关损耗的影响，开关元件的开关频率一般限制在1kHz内，因此它的电流谐波总畸变率(THD)不容忽略[2]。
2 长传输电缆对电机的负面影响
由于逆变器产生的高频脉冲在输出电缆中传输时，与传输线上的行波情况类似。根据文献[2-5]可得电机负载端电压反射系数ΓM为
式中 ZM、ZC分别为电机负载阻抗和输出电缆特征阻抗（或者称为波阻抗）。逆变器端电压反射系数Γinv为
式中 Zinv为逆变器起始端阻抗，一般Zinv=0。
逆变器输出的高频脉冲在输出电缆中传输时的速度v为
式中 LC、CC为输出电缆的分布参数。
假设输出电缆的长度l，高频脉冲由逆变器第一次传输到电机端至少需要时间tinv
tinv=l/v (5)
当时间t>tinv时，由逆变器第一次传输到电机端的高频脉冲被反射，产生反向行波，向逆变器方向传输。假设逆变器输出的高频脉冲的上升时间为trise，可以得到有关高频脉冲在电缆中传输的幅值为
基于式(6)，输出电缆最小长度lmin为
本文涉及的输出电缆分布参数列于表1。根据式(9)和式(10)，作出电机线电压峰值的归一化电压VLN与高频脉冲的上升时间trise、输出电缆的长度l的关系如图3所示。在高电压、大容量变频驱动系统中，由于电力电子开关器件（如IGCT）受开关损耗的限制，其开关频率一般限制在1kHz内[1,2]。
由图3可知：在PWM高压变频器中，随着变频器与电动机之间电缆线长度的增加电机线电压峰值的名义电压值会介于2.0~2.5倍之间。原因在于：为有效抑制PWM逆变器产生的共模电压而采用多电平和级联结构时，高频脉冲的上升时间trise会因多电平的采样方法（如规则采样、自然采样和低次谐波消除法）不同而不同[6,7]。因此高频脉冲的上升时间trise一般较小（<1.0ms，取决于IGCT型号）。但是由于trise要受PWM调制方法中最小脉宽和最小脉冲间歇的制约，而最小脉宽和最小脉冲间歇分别受IGCT器件的导通时间、关断时间和开关损耗的限制，因此trise不会太小。
当电缆长度l >lmin时，高频脉冲的上升时间trise与反射电压无关，即高频脉冲在电缆中传输的幅值由式(7)决定。所以电机线电压峰值VLpeak为
3 PWM逆变器共模电压分析
3.1 常规滤波器的逆变器参数
图1给出了常规PWM变频调速系统“交-直-交”拓扑结构。其中，点“O”表示直流中心箝位点，点“N”表示系统地。LSP (P=A, B, C)为三相输入电源的漏抗；VSP为输入电压；VP、Vdc为整流器输入、输出电压；VMt、iMt (t=1, 2, 3)为电缆输出电压、电流；V si
(i=a, b, c)为电动机感应电动势；ig，vg为共模电流、电压；CM、CN分别为交流输入、电机终端对地电容；C1、C2为直流滤波电容；LF、CF、RF为输出滤波器参数。
3.2 分析电位VON
由拓扑图1，假设输入平衡，可得VON为[2,6]
式中 VAO表示A点对箝位点“O”的电位；VBO、VCO类推。
分析VON的恒定值：在整流回路中，当上面
本文关键字：变频器 电工技术，电工技术 - 电工技术
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