逆变器共模电压:影响及降低方法

2022年2月25日

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逆变器中电源与负载中性点之间的电压差称为共模电压。
共模电压的影响包括电机故障、轴承过早失效、开关设备意外跳闸和控制设备故障。
采用隔离变压器、共模扼流圈或有源和无源滤波器可以降低逆变器中的共模电压。

变频驱动器使用逆变器来控制输出波形的幅度和频率

变频驱动器(vfd)是用于控制电动机的速度和扭矩的电力电子设备。vfd广泛应用于许多制造业。他们使用逆变器来控制输出波形的振幅和频率。逆变器将直流电源转换为特定幅度和频率的交流电源。输出相位的数量和输出电压的电平数量可以由所使用的逆变器类型决定。

双电平逆变器用两个振幅电平将直流转换为交流。当两级逆变器将直流转换为交流时，它会产生总谐波失真(THD)和共模电压。逆变器中的共模电压对电机，尤其是轴承有很大的危害。依赖大型电机的工业采用共模电压降低方法来防止机器故障。在本文中，我们将探讨共模电压，它的影响，以及一些推荐的降低方法。

逆变器中的共模电压

逆变器通常用于大功率工业应用，如中断电源，交流电机驱动，感应加热等。通常，逆变器是脉宽调制(PWM)用于工业应用。最常用的PWM类型是正弦脉冲宽度调制(SPWM)，由于其坚固的控制方案和简单。脉冲宽度的控制方式是通过降低谐波含量来获得所需的输出电压。

当逆变器将直流电源转换为交流电源时，电源与负载中性点之间存在电压差。这逆变器电压差称为共模电压。

共模电压的一个例子

考虑一个由单一直流电源供电的三相逆变器，并连接到三相负载。在三相逆变器中，可以测量负载中性点到一般地之间的共模电压。它可以表示为在各自相位测量的三个输出电压相对于公共接地的平均值。

在感应电机驱动中，共模电压出现在感应电机的起始点和地面之间。它导致共模电流流过电机轴承，这对机器的寿命是有害的。在下一节中，让我们来看看逆变器中共模模电压引起的其他一些影响。

逆变器共模电压的影响

共模电压在依赖大型电机，特别是感应电机的工业中被认为是至关重要的。当vfd使用逆变器时，会产生高共模电压。根据脉宽调制，所产生的共模电压将具有高频率和高幅值。这种共模电压在电机的转子侧诱导轴电压。如果电机轴中感应的电压超过轴承中润滑剂的击穿电压，则会在轴承中引起电流流动。这对电机不好，最终导致电机故障或故障。除了影响电机轴承外，轴承中的电流流动还会对输出端子和连接到电机的电子元件造成损坏。

逆变器中由共模电压引起的共模电流对工业中的电气系统是有害的。共模电压的影响包括电机故障、轴承过早失效、开关柜意外跳闸、控制设备故障等。当逆变系统中存在共模阻抗路径时，共模电压在每次电压变化时允许共模电流流过。通过产生大的共模电流，逆变器中的共模电压恶化电磁干扰(EMI)。基于储能系统的逆变器中的共模电压能够引起泄漏电流和检测单元的故障激活。

由于逆变器中的共模电压会造成如此大的损坏，因此有必要采用共模电压降低技术来延长机械的运行时间。