一种变频器的共模电压测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子电磁兼容测试技术领域，具体涉及一种变频器的共模电压测 量方法。
【背景技术】
[0002] 变频器具有良好的运行特性，能够带来显著的节能效果，因此，近年来，变频传动 系统在电力、机械、冶金、交通运输等领域都得到了广泛地应用，并产生了明显的经济效益。 然而由于其高速开关的功率开关器件，也带来了不能忽视的电磁干扰（EMI)问题，这不但 严重地威胁着系统自身的安全、稳定运行，而且还对周边其它电气系统构成了较大的威胁。
[0003] 以现在变频器中大量使用的IGBT为例，当开关频率为2~20kHz时，di/dt可高 达2kA/ys，如果杂散电感为30nH就能产生60V的干扰电压，当变频器产生的高频共模电压 作用在电动机上，由于电动机内部存在高频寄生电容耦合作用，在电动机转轴上会耦合出 轴电压，并对此轴承电容进行充电，导致电容电压升高。当电容电压远大于绝缘阀值时，将 产生电容放电性电流（轴承电流），最终在轴承上产生凹槽，增大了机械磨损，降低其机械 寿命。另一方面，共模电压激励了系统中的杂散电容和寄生耦合电容，产生很大的共模漏电 流，通过定子绕组和接地机壳间的静电耦合流入地形成漏电流，这个电流将通过接地导体 流回电网中从而产生足够大的共模电磁干扰。
[0004] 随着PWM载波频率的不断升高，由于高频特性和电压的快速上升，其产生的共模 电压对电机驱动系统产生的危害会更加大，如何消除这些影响是当前学术界和工业界的研 宄热点。因此，了解并研宄变频传动系统电机侧共模电压的测量方法，对消除其对系统的负 面影响有着重要的意义。
[0005] 目前，变频传动系统共模电压测量的研宄主要在变频器输入侧，即变频器对电网 共模干扰的测量。在这方面，IEC(国际电工委员会标准）、CISPR(国际无线电干扰特别委 员会标准）以及我国的国标（GB/T17626)和军标（GJB151A)都有详细的说明，即采用人 工电源网络（AMN)或线性阻抗稳定网络（Line)作为测试设备，将电网传来的骚扰信号与接 收机隔离，并将待测设备（EUT)发出的干扰信号尽量无损耗地传送到测量接收机，对数据 处理后得到变频器对电网的共模电压。然而，这只是针对变频器输入侧，无法衡量电机侧共 模电压的大小，不具备通用性。如图1所示，P点为共模电压测量点，〇'和〇"为传统共模电 压测量参考点，由于0'为系统接地点，通常是三相电源中性点接地，位于电网内侧，而0"位 于变频器内部，如果需要得到参考点，必须把变频器拆开，这明显提高了测试难度；另一方 面，在系统运行过程中，电机外壳通常需要接地，如果以系统接地点0'为参考点，那么电机 外壳产生的感应电压必定会干扰系统接地点，从而给测量得到的共模电压带来误差。
[0006] 姜保军在标题为PWM电机驱动系统传导共模EMI抑制方法研宄的博士论文（哈尔 滨工业大学，2007)中提到三相PWM功率变换器电机侧共模电压的定义，即感应电机绕组中 性点相对于系统接地点的电压，并用理论计算得到电机侧整流桥和逆变桥分别产生的共模 电压。然而，该方法中并没有提到共模电压的具体测试方案，而且现在很多大功率电机都是 A绕法，无法获得其中性点电位；系统接地点一般位于电网侧，其获得也很困难。
[0007] 姜艳姝等人在标题为PWM变频器输出共模电压及其抑制技术研宄（中国电机工程 学报，2005. 09:第47-53页）的文献中提出了用三个IMeg/O. 25w的电阻采用星接方式，星 接点用来测量对地共模电压，其他三点接到逆变器输出端上，参考点为变频器直流侧中心 点或是系统接地点。然而，该方法中并没有给出参考点的引出方案，而且目前大多数的变频 器都是整体封装的，没有直流侧中心点的接线端子，如果需要得到参考点，必须把变频器拆 开，这明显提高了测试难度，不具备实际可操作性。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种变频器的共模电压测量 方法，即以变频器输入侧中心点为参考点进行共模电压测试，该方法测量更加简便且易于 实现。
[0009] 一种变频器的共模电压测量方法，包括如下步骤：
[0010] (1)在变频器的电机侧以Y型连接方式安装三相电容；
[0011] (2)在变频器的电网侧以Y型连接方式安装三相电容；
[0012] (3)利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间 的电压，并对该电压信号进行频谱分析以得到其频谱，取其中1kHz以上高频段的频谱即作 为变频器共模电压的频域波形。
[0013] 所述的电机侧三相电容的容值满足以下关系式：
[0014]
【主权项】
1. 一种变频器的共模电压测量方法，包括如下步骤： (1) 在变频器的电机侧以Y型连接方式安装三相电容； (2) 在变频器的电网侧以Y型连接方式安装三相电容； (3) 利用电压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电 压，并对该电压信号进行频谱分析以得到其频谱，取其中IkHz以上高频段的频谱即作为变 频器共模电压的频域波形。
2. 根据权利要求1所述的共模电压测量方法，其特征在于：所述的电机侧三相电容的 容值满足以下关系式：
其中：u1= 2J1fi，fi为变频器逆变单元中开关器件的开关频率，Li为电机定子绕组的 寄生电感，C1为电机侧三相电容的容值。
3. 根据权利要求1所述的共模电压测量方法，其特征在于：所述的电网侧三相电容的 容值满足以下关系式：
其中：O2= 23If2,f2为电网电压的频率，U为电网相电压，1^2为变频器整流单元进线 电缆的寄生电感，iin为变频器整流单元的三相进线电流，C2为电网侧三相电容的容值。
4. 根据权利要求1所述的共模电压测量方法，其特征在于：所述的步骤⑶中利用电 压探头测量电机侧三相电容的中性点与电网侧三相电容的中性点之间的电压，将该电压信 号导入Matlab中对其进行FFT分析或将该电压信号直接输入到频谱分析仪中，即得到该电 压信号的频谱。
【专利摘要】本发明公开了一种变频器的共模电压测量方法，其根据变频器共模电压的定义，提出了以变频器输入侧中心点为参考点进行共模电压测试，相较于传统的以变频器直流侧中点和以系统接地点作为参考点的测试方法，本发明方法测量更加简便且易于实现。同时本发明通过搭建变频传动系统电路，实验分析了参考点为系统接地点、变频器直流侧中点和变频器输入侧中心点三种情况下，变频器共模电压的波形，指出以变频器输入侧中心点为参考点的共模电压测试方法除了更加易于实现以外，更能精确的反映整个变频器的共模电压，对抑制变频器共模电压有着非常良好的指导意义。
【IPC分类】G01R19-00
【公开号】CN104714079
【申请号】CN201510151762
【发明人】陈恒林, 严云帆, 王涛, 谭瑞明
【申请人】浙江大学, 浙江海利普电子科技有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月1日