隔爆一体式电机共模电压及谐波抑制研究

【摘要】本文以教育部创新团队项目、辽宁省教育厅创新团队项目及抚顺煤矿电机制造有限责任公司项目为背景，以1140V/75kW隔爆一体式电机为研究对象，针对煤矿作业空间狭窄及变频调速系统与电机高度集成所带来的驱动系统电磁兼容性、体积及成本等问题，开展了隔爆一体式电机电磁兼容等问题研究。论文的主要研究内容包括以下几个方面：（1）隔爆一体式电机为调速系统与变频电机的集成系统，设计工作受到空间尺寸、电磁兼容性的制约。要使电力电子器件在有限的空间内安全、稳定运行，应着重考虑隔爆一体式电机的电磁兼容设计。本文首先研究一种改进的统一电压调制策略，取消零矢量的作用效果，减小隔爆一体式电机调速系统的共模电压，并且该调制算法无需判断扇区，易于实现，节约系统资源；同时，采用阻断IGBT与散热器之间的电磁耦合路径，减少调速系统的共模干扰；采用层叠母线技术代替传统母排的方法减小线路杂散电感，进而减少调速系统的电磁干扰；采用基于电力电子系统建模的方案，应用最大能量吸收法计算IGBT吸收电容值，对由IGBT开断过程中产生的尖峰电压进行抑制；提出一种4级电容拓扑结构，为高频谐波提供低阻抗回路，使其直接通过电容回到设备中，而不污染电网。（2）针对变频调速系统产生的空间谐波及时间谐波不利于电网及变频电机稳定运行问题。本文在输入端采用进线电抗器，滤除电网谐波电流，减少调速系统对电网谐波的干扰，提出一种基于电力电子系统建模的进线电抗器上限值计算方案，该方案与传统计算方案比较，可明显缩小进线电抗器体积；同时，考虑到隔爆一体式电机负载经常发生变化，导致谐波发生变化，本文研究一种在输出端采用变感式电抗器的谐波抑制技术，该方案可根据负载变化调节电抗器电感量，达到抑制谐波的目的。（3）为进一步抑制由整流带来的谐波，减少部分电子元器件的电磁辐射干扰，进一步缩小隔爆一体式电机的体积，提高系统稳定性。本文运用虚拟磁链电压重构技术，估计电网侧交流电压，替代交流电压传感器，增强系统可靠性；另一方面，隔爆一体式电机的PWM整流控制系统PI参数的整定一方面浪费大量的时间，同时若PI参数调节不当，将给系统带来不可估量的安全隐患。为此，本文提出基于蚁群算法的PI参数整定方案，该方案可节约实验过程中由PI参数调整浪费的时间，避免由PI参数调整带来的安全隐患。（4）变频调速感应电动机的设计较传统感应电动机的设计有很大不同。其设计方案不但需要考察电动机的效率、功率因数、最大转矩等性能参数在整个调速范围内的数值，还要兼顾到电动机的动态性能。本文从变频调速系统的角度出发，针对变频供电的谐波分析模型，综合考虑变频电机本身空间谐波及时间谐波的抑制技术进行电机优化设计，增强变频调速感应电动机的抗谐波能力。在此基础上，对隔爆一体式电机样机展开设计研究，研制1140V/75kW隔爆一体式电机一台，搭建了实验平台，验证采用本文所提出方案、设计的隔爆一体式电机的可行性。
【作者】王鑫博；
【导师】白保东；
【作者基本信息】沈阳工业大学，电机与电器，2014，博士
【关键词】隔爆一体式电机；电磁兼容；抑制；电网电压重构技术；蚁群算法；PI参数优化；

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