高压变频器共模电压仿真研究

式中  M和L_C为共模电抗器的互感和自感，且假设M≈L_C；Z_M为电机等效阻抗；V_M为加在电机上的共模电压；Z_d为直流线路不平衡阻抗，假设Z_d<< Z_M。忽略共模电抗器漏抗时，可得电路方程

    联立式(22)和式(23)，可得

    式(24)表明：加入共模电抗器后，可以明显抑制变频器所产生的共模电压，即V_M减小。

5.3  接地电阻确定
    根据10kV和13.8kV电力输电系统理论，一般均是将其中心点通过共模小电阻(R_N)和系统地联结^[10]。如果将图5中24脉波整流器、三电平逆变器、共模电抗器、输出滤波器与输入变压器一起看做供能装置，电机看做负载，可以将其看做电力输电系统。由4.2分析可知：箝位点“O”的电位增大或减小取决于所选择的电压矢量（开关状态）、负载电流和直流滤波电容。如果将它们通过小电阻强制接地，以抑制其电位的波动和偏移。由于在10kV电力输电系统中，要求R_N<4 W，以确保接地电流I_N小于30A；在13.8kV电力输电系统中，要求4 W <R_N<40W，以确保接地电流I_N介于200A和2000A之间。由于电机负载的线电压为6kV（>1kV），因此应该类比于13.8kV而非10kV的电力输电系统理论；并且R_N只影响零序电流，根据系统串联谐振理论有

式中 Z₀为该系统的特征阻抗，本文取过阻尼状态。
6  仿真研究
    本文设计了图5所示拓扑结构的逆变器，利用MATLAB软件进行了仿真研究^{[2, 6, 9, 11]}。所涉及到的仿真电路参数见表1。图8为利用图5进行仿真获得的电机相电流、线电压和逆变器输出共模电压的波形；图9为利用图5但未串接共模电抗器的仿真结果。
    在新型拓扑结构中接上最优参数的共模电抗器、输出滤波器和50m输出电缆后，共模电压有效值由图9中高达5kV降到图8中近1kv，降低了近5倍，并且图8中电机相电流、线电压波形平滑、波形畸变小。仿真研究还发现：①逆变器所产生的共模电压与电机速度（即正弦调制波频率）无关，基本上保持恒定不变，它取决于装置拓扑结构、三电平开关频率（即三角载波频率）和电缆长度等因素；②本文提出的拓扑结构，当电机速度较低时，相电流、线电压波形仍然比较平滑。

7  结论
    通过理论分析和仿真研究可知，为有效抑制逆变器所产生的共模电压，本文提出在24脉波整流器/三电平逆变器的拓扑结构中，设置共模电抗器、并将整流和直流滤波器中性点、直流侧中间点和三电平逆变器中性点相连，并通过小电阻和系统地相连，具有理论研究价值和实践指导意义。

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