高压变频器共模电压仿真研究

3个或下面3个整流管同时导通时，V_ON=±3V_dc/2；当上面两个和下面一个或下面两个和上面一个整流管同时导通时，V_ON=±V_dc/2。由此可见，整流输出的直流中间点对系统地的电位不为零，即V_ON≠0。
3.3  分析两电平逆变器中共模电压V_g
    当逆变器与电动机之间存在长电缆线时，逆变器所产生的共模电压V_g为

式中  V_aO表示a点对箝位点“O”的电位，其它类推（见图1）。为抑制逆变器产生的过高电压上升率（dv/dt）会在电动机绕组上产生极不均匀的电压分布的不良影响，必须装上输出滤波器，有

    图4 给出了常规逆变器的输出的相电压和共模电压波形相对V_dc的归一化值。式(16)和图4均表明：两电平逆变器所产生的共模电压是非常高的。

4  三电平逆变器共模电压
4.1  三电平逆变器产生的共模电压
    三电平逆变器，其结构如图5所示，每一个功率开关器件所承受的关断电压仅为直流侧电压的一半，于是在同等情况下，功率器件的相同直流母线电压就可以提高1倍，容量也就可以提高1倍，所以它比较适用于高电压、大容量变频驱动系统中^{[6, 7]}，相对5、7电平而言，控制方式更加简单。

    由于三电平逆变器所产生的共模电压为

式中S_i (i=a, b, c)表示三电平逆变器开关状态函数，其状态分别为“1”，“0”和“-1”。可以将其分为4种，即：大、中等、小和零4种开关状态。分析得出三电平逆变器产生的最大共模电压为V_dc/2（见表2所示），小于两电平逆变器所产生的共模电压。

4.2  三电平逆变器箝位点电压不平衡性分析
    图6为开关状态与箝位点电压关系示意图。

       图中(100)表示(V_dc/2,0,0)；(0-1-1)表示(0,-V_dc/2, -V_dc/2)。箝位点电压V_O和电流i_O为

式中  i_i为电机相电流；C为直流滤波电容。

    式中S_a和S_b为dq坐标下的开关矢量。研究表明：三电平逆变器箝位点电压随着开关矢量的变化而波动，其波动状况与开关矢量的关系如表2所示，大和零开关状态不影响箝位点电压，但是中等和小开关状态要影响箝位点电压，两者区别在于：小开关状态对箝位点电压的影响呈对称性^[8]：如(100)使得V_O增大，见图6(a)所示；(0 -1 -1)使得V_O减小，见图6(b)所示，其它5对小开关状态的影响可类推。
5  特殊拓扑结构逆变器的共模电压分析
5.1  带有输出滤波器时共模电压分析
    为有效抑制常规PWM逆变器所产生的较大共模电压的不良影响，文献指出^[6,7]可采取包括多电平（如5、7电平）和级联型逆变器拓扑结构（特别是当驱动高压大容量电机且开关器件受到技术限制时（如IGCT出现前）），提高输出电压质量，降低开关损耗，当然其控制方式和拓扑结构均比较复杂。随着电力半导体技术迅猛发展，完全可以用三电平非级联型逆变器来驱动高压大容量电机。
    本文提出在三电平逆变器中串联共模电抗器和输出滤波器，并将图1中的“S”、“O”点连接起来，再与整流器中性点和系统地“N”相连（见图5所示）。

式(21)表明：① 合理选择R_F，C_F，L_F可减小共模电压V_g；② 为确保V_g要小，可见R_F要小，C_F要大，但是考虑到功耗，R_F不可太小，且考虑传输电缆的波反射。
    有关输出滤波器的参数优选、动态特性的研究详见文[2]、[6]、[9]、[11]本文不作论述。
5.2  带有共模电抗器时共模电压分析
    接上共模电抗器后，调速系统的等效电路可用图7表示，列写电路方程^[6]

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