PWM变频电机绝缘技术的研究进展

论文介绍了变频电机绝缘破坏的研究进展。根据我国对变频电机绝缘破坏研究的实际状况及条件 ,提出了在跟踪国外新近研究动态的基础上 。

PWM脉冲电压下电磁线绝缘老化机理分析

随着电力电子技术的发展,脉宽调制(PWM)电源得到了广泛应用。由于该电源输出电压是一系列脉冲电压,有可能导致变频电机绝缘过早破坏。目前,有关高压连续脉冲电压下绝缘材料失效机理各方观点尚未达成一致;过去的研究大多停留在宏观水平,主要是定性的实验研究,缺少微观定量分析的支持。针对上述问题,该文对变频电机定子绝缘的电磁线进行了老化实验。在此基础上,通过热刺激电流和脉冲下局部放电参数的关系,揭示了老化时间和陷阱参数(如峰值位置、陷阱能级)的联系。同时测量了局部放电参数(如起始放电电压、最大放电量、放电相位分布)随老化时间的变化。上述工作的开展,为更深入的脉冲电压下绝缘老化机理研究打下了坚实的基础。

计及PWM变换器传输线分布参数模型的宽频建模机理研究

多导体传输线是导致PWM变换器产生电压反射和加剧电磁干扰的关键因素,构建数值计算过程简化并准确表征传输特性的传输线等效模型是实现电压反射衰减以及电磁干扰预测的要点。基于Kirchhoff Law的集总参数模型高频时不能准确描述其自身固有属性,须兼顾参数的频率变化及其趋肤效应等引起的分布特性差异,并通过部分元等效电路法对多导体传输线TEM模式下的频变分布参数等效模型建模。为快速确定等效模型宽频寄生参数,通过Neumann公式与镜像构型理论,并计及导致共模传导干扰加重的接地回路对模型参数的影响,推导出传输线的部分电容参数计算公式。考虑到趋肤效应和邻近效应对导体电流分布密度的影响,利用基于RL梯形等效电路的矢量拟合算法对多导体传输线频域响应有理函数施加迭代计算,消除了最小二乘拟合残差及其收敛性问题,进而完成了估算模型准确逼近与稳定收敛,对PWM变换器系统的电磁兼容研究具有理论指导意义。最终,仿真与测试数据均验证了所提出的多导体传输线分布参数宽频建模机理的有效性和准确性。

基于高斜率PWM脉冲发生器的煤矿电机局部放电特性检测试验系统

局部放电严重损害煤矿电机运行,而高斜率(dv/dt)的脉宽调制(PWM)脉冲是造成电机绕组局部放电的最关键原因之一。随着电力电子技术的发展,电机驱动普遍采用变频器,而变频器驱动电机运行时会在电机绕组和变频器或电缆中产生高斜率PWM脉冲,高斜率的PWM脉冲电压相比工频交流电压更容易产生局部放电。在煤矿电机局部放电检测及特性测试中,为了模拟变频器在驱动煤矿电机时产生的高斜率PWM脉冲波进入煤矿电机绕组中而导致的绕组匝间局部放电,需要一种能产生高斜率的脉冲发生器模拟煤矿电机局部放电现象,现有的局部放电测试脉冲发生器无法产生具有微秒上升时间的超高dv/dt脉冲。针对这一问题,设计了一种新型具有超高dv/dt输出的脉冲宽度和频率可调的新型脉宽调制脉冲发生器和以该发生器为基础的煤矿局部放电特性试验系统。该脉冲发生器可以发出双极±1.2 kV上升速率为±50 kV/μs的脉冲,且单极性输出1.2 kV电压的上升速率可达250 kV/μs,发出的PWM脉冲的宽度和频率可以实现精确控制。并利用设计的检测装置进行模拟煤矿电机局部放电特性试验,验证了此脉冲发生器用于测量电机局部试验的可行性。通过模拟试验得出被测模拟电机绕组局部放电的特性为电流频率在1.2~1.9 GHz,中心频率为1.5 GHz,验证了设计的模拟试验装置和试验系统可以用于探究煤矿电机绕组局部放电的特性。

应用PWM-ZVS和同步整流技术的正激变换器

本文详细分析了一种PWM-ZVS变换技术构成的单端正激变换器的工作原理,给出了设计步骤和计算公式,并应用了同步整流技术,电源效率达到89%,进一步实现了电源的小型化。

三相三开关三电平AC-DC变换器局部调制策略的实现

考虑到功率等级和满足谐波电流限制标准,大功率家用和轻型商业变频空调的前级功率电路不再采用二极管整流器和无源滤波方式。在结合强迫整流和自然整流的基础上,提出一种采用局部PWM的三相三开关三电平AC-DC变换器的调制策略,在进行了理论分析和仿真分析后,设计了10kW实验样机,所得结果验证了所采用的三开关局部PWM算法具有电气应力较低、转换效率较高、功率因数较高、直流电压平均值较高等优点。经过对局部PWM规律进行优化,在各种负载下,网侧电流的谐波电流含量均满足IEC61000-3-2标准。中等负载以上时输入功率因数高达0.98,效率高达0.98。

变频电机绝缘失效机理及测试技术研究现状

以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带电力电子器件的使用将进一步提升未来电力电子装置的效率和功率密度,使电力转换更加灵活可控。电机驱动是电力电子应用最早和最成功的领域,变频器和交流电机组成的变频电机系统已成为当代电力驱动的主流。然而,未来宽禁带器件的使用,将使变频电机绝缘系统承受更高频率、更快变换速度、更高电压的高频脉冲电压冲击,给现有较多的成型绝缘系统带来严峻挑战,传统正弦和直流电压下的绝缘检测、评估及预测技术不再适用于变频电机绝缘系统。本文首先对变频电机绝缘失效机理进行了总结,着重阐述了PWM电压应力及环境参数对变频电机绝缘局部放电统计特性及耐电晕绝缘寿命的影响规律;然后,结合IEC相关标准讨论了国内外行业关注的低压散绕电机PDIV测试及耐电晕寿命评估技术;最后,针对未来电力电子技术对变频电机绝缘系统的挑战,对现行标准存在的问题进行反思,并展望了未来变频电机绝缘领域应关注的重点。

基于直流储能的15电平混合级联变换器调制策略比较

多电平级联变换器由H桥子模块串联而成。将3个H桥子模块级联而成的传统级联7电平变换器的直流储能供电电压之比从1:1:1改为4:2:1,可得到一种改进版基于直流储能的15电平混合级联变换器。针对此调制策略进行研究,提出了一种新的适用于由直流储能装置供电的多电平变换器开关角度的算法。基于Saber仿真软件,分别应用阶梯波调制、PWM以及部分PWM 3种不同的调制策略进行验证和比较。最终,基于不加任何滤波器的输出电压总谐波失真、低次谐波分量以及该变换器开关损耗方面的仿真结果进行了对比,并对相应的调制策略进行了探讨。

模块化移动机器人的无模型自适应控制研究

为研究无模型自适应(MFA)控制算法在机器人控制领域的应用,设计了差动驱动的模块化移动机器人。在考虑非完整约束、MIMO、饱和约束等特点基础上,建立了以差动驱动电机脉宽调制(PWM)信号为输入、以机器人方位角和线速度为输出的无模型自适应控制系统;为提高运算速度并减少运算量,使用最小二乘原理设计了新的伪偏导数和控制律在线估计算法。仿真结果表明,该方法具有鲁棒性强、响应速度快及控制精度高的特点,其性能优于传统的PID控制。

变频电机绝缘损坏机理分析

从过电压、热效应以及局部放电三个方面叙述了变频电机绝缘所承受的电动力、热应力等和普通电机的不同,分析了变频电机绝缘损坏的原因。

Partial sine wave tracking dual mode control topology for a single-phase transformerless photovoltaic system

A unique high efficiency photovoltaic(PV)system is presented. It uses partial sine wave tracking for a pulse-width modulation(PWM) boost converter as well as a full-bridge inverter. The boost converter and full-bridge inverter are connected via a compact intermediate film capacitor(i.e. non-smoothing DC link stage). PWM switching is activated by a dual mode control technique. In the proposed topology, simultaneous switching of both power conversion stages is avoided and therefore this increases the power conversion efficiency. The distinctive operating principles of these two power processing stages are discussed and analyzed with the experimental results for single-phase loading of the PV system.