IGBT PWM逆变器供电异步电动机定子绕组中电压应力的分析.pdfVIP

8 变流技术与电力牵引 4/2004 设计·研究 IGBT PWM逆变器供电异步电动机 定子绕组中电压应力的分析 DON-HA HWANG等 （韩国） 【摘要】使用IGBT PWM逆变器供电时，逆变器和电动机之间阻抗不匹配和高频开关而引起的高电压上升 率 （dv/dt）会造成定子绕组绝缘击穿和电压分布不均匀。 本文研究了IGBT PWM逆变器驱动的异步电动机定子绕组中电压分布。为了分析定子绕组的不均匀电压，使 用有限元法 （FEM）计算高频参数。从这些参数得到了由分布电容、电感和电阻构成的等效电路。然后使用该等 效电路仿真以预测线匝和线圈中的电压分布。还介绍了逆变器上升时间和电缆长度变化对电压分布的影响。为了 试验，制造了一台带有一相分接头的37kW异步电动机和开关浪涌发生器来分析电压分布。 关键词：PWM逆变器；异步电动机；定子绕组；电压分布 + 中图分类号：TM346.2 文献标识码：A 文章编号：1671-8410(2004)04-0008-05 Abstract: to high rate of voltage rise(dv/dt Key words: 定子绕组每匝中的电压分布。为了计算参数，即定子 1 引言 绕组匝间电阻、电感和电容，提出了逆变器-电缆-电 动机的高频等效电路模型，并用二维电磁场分析软件 绝缘栅双极晶体管 （IGBT）器件进行高频开关，不 进行分析。根据频率变化，还计算了电阻、电感和电容， 仅提高了效率和改善了高载流子频率产生的电流波形， 以此分析高频开关对定子绕组电压分布的影响。此外， 而且降低了噪声。但逆变器和电动机之间由于阻抗不 使用电磁程序 （EMTP）模拟了PWM逆变器驱动的异步 匹配和高频开关引起的高电压上升率 （dv/dt）会造成 电动机定子绕组整个系统。运用了通过开关浪涌发生 定子绕组绝缘击穿和电压分布不均匀，定子绕组中的 器具有不同上升时间的各种脉幅和各种长度电缆。 这些陡脉冲和不均匀电压将导致局部放电，最后过早 最后，为了测量电压分布，构建和分析了作为脉 击穿。 冲电压源的开关浪涌发生器和一相5匝线圈分接的异 本文研究了IGBT PWM逆变器驱动的异步电动机 步电动机。 变流技术与电力牵引 4/2004IGBT 逆变器供电异步电动机定子绕组中电压应力的分析 PWM 9 高的过电压。此外，由于电缆漏感和耦合电容（L-C）的 2 IGBT PWM逆变器供电的异步电动机系统 分布特性，长电缆有助于破坏电动机端子上的高频阻 2.1定子绕组的绝缘系统 尼振荡，导致过电压和更大的电动机绝缘应力。 异步电动机定子绕组的绝缘系统主要由主绝缘、相 间绝缘和匝间绝缘构成。主绝缘或称槽绝缘将绕组与定 子铁心隔离，相绝缘使各相有不同的电位。线圈内相邻 各匝间的匝绝缘由漆包线和浸渍树脂或清漆组成 （图1）。 图3 IGBT PWM逆变器供电的驱动系统的电压波形 3 高频区异步电动机参数计算 本文采用37kW三相鼠笼异步电动机。为了计算电 图1 定子绕组绝缘系统 动机分布的高频参数，使用ANSOFT软件包分析电磁场。 由于低压异步电动机散绕绕组和大型电机