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美國Fairchild仙童變頻器過電壓保護(hù)與控制
電力電子技術(shù)向著高電壓、大功率方向的發(fā)展使得中性點箝位三電平高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢越來越受到人們的重視,相關(guān)研究與應(yīng)用也越來越多、越來越廣。

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變頻器有理想的調(diào)速性能和明顯的節(jié)能作用,其中級聯(lián)型高壓變頻器憑借優(yōu)良的技術(shù)和高可靠性,得到了廣泛的應(yīng)用,并朝著大容量、高性能、冗余設(shè)計可靠性等方面快速發(fā)展。 然而,受半導(dǎo)體材料的影響,電力電子器件的耐壓始終有限,這不但限制了高壓變頻器過電壓的承受能力,還增加了過電壓保護(hù)設(shè)計的難度。針對該問題,本論文圍繞高壓變頻器過電壓保護(hù)和控制展開了研究。過電壓產(chǎn)生原因的不同,其在高壓變頻器中的作用機(jī)理和表現(xiàn)形式也存在一定的差異。對各種過電壓情況的具體分析,可以更清楚的了解到它們對高壓變頻器的影響,為高壓變頻器過電壓保護(hù)設(shè)計提供良好的理論支持。結(jié)合廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)的氧化鋅壓敏電阻的特點,本論文認(rèn)為它能作為中性點箝位三電平高壓變頻器過電壓保護(hù)裝置。為了解決單個電力電子器件耐壓低和氧化鋅壓敏電阻殘壓高的問題,結(jié)合各種過電壓的表現(xiàn)形式,本論文提出對高壓變頻器中zui重要的逆變部分進(jìn)行整體過電壓保護(hù)的思想,通過對整個逆變部分的過電壓保護(hù),實現(xiàn)對高壓變頻器的過電壓保護(hù)。根據(jù)三電平變頻器開關(guān)狀態(tài),詳細(xì)分析了逆變部分耐壓情況,結(jié)合實際中性點箝位三電平高壓變頻器系統(tǒng)參數(shù),進(jìn)行了氧化鋅壓敏電阻選型計算。實驗結(jié)果證明了選取的氧化鋅壓敏電阻滿足理論分析參數(shù)要求,仿真結(jié)果證明了氧化鋅壓敏電阻能對中性點箝位三電平高壓變頻器過電壓進(jìn)行有效的保護(hù)。變頻器是理想的電動機(jī)軟啟動裝置,為了使電動機(jī)在順利啟動的同時過電流盡可能小,本論文對變頻器的啟動頻率進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)計算。結(jié)合實際電動機(jī)參數(shù)的仿真結(jié)果證明了變頻器啟動頻率計算的正確性。多相電動機(jī)可以實現(xiàn)低壓大功率輸出,為了對多相電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn),本論文提出了一種無輸入變壓器多相電動機(jī)高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該多相電動機(jī)高壓變頻器無需移相變壓器,減小了系統(tǒng)體積和成本,同時,由于結(jié)構(gòu)的特點,大幅降低了電力電子器件耐壓和功率要求。此外結(jié)合獨立定子繞組九相電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點,進(jìn)行了詳細(xì)的諧波磁勢分析,推導(dǎo)出諧波磁勢的詳細(xì)表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上,對考慮空間諧波磁勢影響的諧波電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析,推導(dǎo)出其詳細(xì)表達(dá)式。為多相電動機(jī)設(shè)計和多相變頻器控制優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

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對于傳統(tǒng)多相電動機(jī)高壓變頻器而言,高壓變頻器更容易實現(xiàn)模塊化設(shè)計,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可移植性,易于實現(xiàn)系統(tǒng)冗余。為了配合該多相變頻器,還提出了獨立定子繞組多相電動機(jī)結(jié)構(gòu)，仿真結(jié)果和低壓九相電動機(jī)樣機(jī)實驗都證明了無輸入變壓器多相電動機(jī)高壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和獨立定子繞組多相電動機(jī)結(jié)構(gòu)的正確性和可行性。