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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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轴承电流的建模与仿真分析两级和多级逆变感应电动机驱动

Sharana Reddy1Basavaraja.B博士2
  1. 副教授,EEE称,Ballari理工学院管理,卡纳塔克邦,印度
  2. GITAM大学教授、副校长印度海德拉巴的校园
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文摘

调速驱动器(asd)正越来越多地用于商业和工业应用,因为许多优势控制和效率。但asd使用高速开关PWM逆变器等设备绝缘栅双极型晶体管(igbt) 0.1μsec上升时间。,生成快速切换瞬变(高dv / dt)约6000 v / 400 v系统μSec和共模电压。这种共模电压导致不必要的轴电压和轴承电流。寄生电容耦合创建一个路径放电电流在转子和轴承导致轴承过早衰竭。主要有两种类型的轴承电流如电火花加工(EDM)轴承电流和高频率循环轴承电流。各种减排技术目前轴承提出了在文献中每个技术有一定的局限性。先进的减排技术包括双桥逆变器和多电平逆变器。介绍了建模、仿真和分析的轴承使用正弦脉宽调制(SPWM)二极管电流夹多电平逆变器感应电动机驱动。使用MATLAB / Simulink仿真进行软件的三个阶段,3 H。P (2.2 kw)感应电动机和变频器切换2 kHz的频率。



关键字
轴承电流、共模电压,感应电动机驱动,多电平逆变器,变频调速。

介绍
在感应电动机轴承电流的现象已经知道了几十年。据报道,阿尔杰[1]在1920年的一个¢€Ÿ年代这些水流的基本原因是内流量分布不对称的汽车。这问题已经有效地解决现代汽车设计和制造实践。然而,出人意料地返回的问题由于电力电子设备越来越常见的调速驱动器(asd)。PWM逆变器的IGBT工作在开关频率2到20 kHz和上升时间0.1μsec电压6000 v / 400 v系统μsec崛起。高dv / dt有不利影响轴承造成的损害轴承电流由于共模电压[3],[6]。
轴承电流故障是最频繁的在PWM美联储asd,近30%根据IEEE电动机可靠性研究。1 - 6个月内轴承电流造成轴承过早失效的安装。为了保护ASD投资、预见性维护高度推荐的早期检测和可调度替换有缺陷的轴承,以避免停机时间和丢失的产品所涉及的隐性成本。
主要有两种类型的逆变器诱导轴承电流:
我)电火花加工(EDM)轴承电流:一个电绝缘润滑膜厚度通常从2 - 3微米,轴承电压Vb反映了共模电压威科姆公司在定子终端通过电容分压器。e轴承的电压比(BVR)。球和比赛之间的电加载油膜分解当电影的阈值电压超过绝缘强度的润滑油about15Vpk /μm (approx.5-30V),从而导致轴承过早EDM电流脉冲和结果失败[2]。
(二)高频循环轴承电流:高dv / dt在电机定子绕组的终端原因主要是因为帧电容(Csf)的一部分额外的高频共模电流Ib = Csf dVcom / dt。周围地面电流激发一个圆形磁通电机的传动轴(循环轴承电流)。如果轴电压足以击穿轴承的润滑膜,破坏其绝缘性能,它会导致一个循环中轴承电流回路„定子frame-non-drive end-shaft-drive endA¢€Ÿ。峰值振幅的变化取决于电机的大小[2]。
(二)高频循环轴承电流:高dv / dt在电机定子绕组的终端原因主要是因为帧电容(Csf)的一部分额外的高频共模电流Ib = Csf dVcom / dt。周围地面电流激发一个圆形磁通电机的传动轴(循环轴承电流)。如果轴电压足以击穿轴承的润滑膜,破坏其绝缘性能,它会导致一个循环中轴承电流回路„定子frame-non-drive end-shaft-drive endA¢€Ÿ。峰值振幅的变化取决于电机的大小[2]。
本文的组织结构如下:部分我给介绍轴承电流,其原因、类型和各种减排技术。第二部分处理共模电压和多级逆变器有助于理解相关工作和仿真软件建模的背景。第三部分解释了仿真软件建模的逆变器,高频感应电动机和共模等效电路。第四部分展示了仿真结果.Section V包括关于论文的结论和紧随其后的是引用和参考书目。

共模电压和多电平逆变器
答:共模电压
在PWM逆变器输出,瞬时求和的三相电压不为零,平均电压中性点w.r。t地面创建所谓的共模电压。
图像
范,Vbn和Vcn相电压PWM逆变器产生的。共模电压是一个楼梯情况下函数的振幅等于直流总线电压和频率等于逆变器开关频率。共模电压的波形示意图见图2。
轴电压相同形状的共模电压,因为轴电压形成的共模电压和电容分压器电路。的共模电压源逆变器的输出电压的原因出现在轴上,由于电机内的寄生参数的分布。这些创建一个内部电容分压器和BVR可以表示为在[3][4]。
图像
,轴电压太小,企业社会责任是定子绕组和转子之间的电容,Crf是定子和转子气隙帧之间的电容电容器(Cg)、C b是轴承电容,比例太小/威科姆公司通常是在1:10因为Cg的价值远远大于企业社会责任。Csr值很小,相比与其他的功放由于定子和转子之间的距离和小面积相对较大。但是它有重大影响的价值BVR .Fig。3。显示了共模等效电路与各种寄生电流之间的交流电动机成为相关时,电动机是由PWM电压源逆变器[3][4]。
c多电平逆变器
几种多电平逆变器的拓扑结构和调制技术已经开发和应用于高功率和高电压系统。多电平逆变器拓扑结构的主要优点是减少半导体器件上的电压应力用于逆变桥和生成高质量的输出电压。他们产生的共模较小(CM)电压,从而降低电机轴承的压力。此外,使用复杂的调制方法,CM电压可以消除[8]。目前有三种多级逆变器:(1)中性点夹逆变器(NPC)(2)飞电容逆变器与(3)级联逆变器。介绍了建模与仿真分析中性点夹多电平逆变器美联储感应电动机驱动采用变频调速技术。

仿真软件建模
介绍了建模与仿真的2级和二极管夹多电平逆变器感应电动机驱动器使用垫实验室/ Simulink仿真软件。逆变器的输出电压谐波内容记录和分析。使用高频PWM信号产生三角波,称为载波,相比一个正弦信号表示所需的输出,称为参考波。每当载波小于参考,比较器产生一个高输出信号,将在一条腿上开关关掉逆变器的低。在其他情况下,比较器集发射信号低,这将降低开关和上关掉[10]。仿真软件模型还包括与轴承共模等效电路模型轴电压和轴承电流的测量。
答:高频感应电动机的建模和共模等效电路。
本文中使用的感应电动机是一个2.2千瓦(3 hp),美联储从三相PWM逆变器使用V / Hz控制电动机转速。感应电动机等效电路参数是由两个wattmeterA¢€Ÿ年代方法即空载和闭锁转子测试。这些测试是在50赫兹的频率执行[7]。感应电动机规格:额定功率:3 hp (2.2 kw),额定电压:440 v / 50 hz(Δ),极数:4,额定电流:5、额定转速:1500 rpm。
逆变器规格:2.2 kw,开关频率:2 kHz,输出频率:50 hz,三角正弦PWM调制技术。表我显示了空载和阻止转子测试结果。等效电路参数确定(每阶段),在表2中给出。视图。展示了每个阶段中使用等效电路模拟。
感应电动机的寄生参数的值从图7所示的曲线。电动机的电容变化函数H。P评级和从显示的电容特性方程[4][5].表明这些寄生虫各只依赖的物理和建设性的特点根据Fig.8电动机。
电路大大简化,因为它可以看到阻抗之间的定子绕组和转子Zsr频率在200千赫之间的电容行为和阻抗定子绕组和定子框架Zsf串联RC电路。逆变器开关频率下电机寄生阻抗只有纯电容性特点,因此高频感应电动机电机等效电路得到简化图五所示[7]。
b仿真软件模型
图7显示了完整的仿真软件模型的2级SPWM逆变器美联储感应电动机驱动的方法,使用MATLAB / Simulink实现。同样对二极管夹多级逆变器(3、5 and7level)美联储实现感应电动机驱动。逆变器开关频率是2 kHz和输出的频率是50赫兹。

仿真结果

结论
本文的建模与仿真分析轴电压和轴承电流SPWM 2级和二极管夹美联储感应电动机提出了多级逆变器。一个简化的高频感应电动机的建模和模等效电路。从仿真结果观察,共模电压、轴电压、轴承电流和%减少3、5和7级逆变器美联储感应电动机相比,2级逆变感应电动机。因此减少共模电压、轴电压、轴承电流和谐波增加汽车的生活以及降低汽车更多的隐藏的问题。

表乍一看
表的图标 表的图标 表的图标
表1 表2 表3

数据乍一看
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图1 图2 图3 图4
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图5 图6 图7 图8
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图9 图10 图11 图12

引用










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