近年来，生产实践中频繁出现交流变频调速电机
过电压损坏，严重影响了变频调速系统的可靠运行。 研究表明，过电压是由于PWM(pulse    wiath modulation) 电压型变频器输出电压通过电缆传输时在电机端产生
的反射电压与入射电压叠加形成的⋯，通常抑制方法 有2大类：一类是在变频器端加入滤波器，另一类是
反射，从而造成入射波与反射波叠加而形成过电压。
在电机端，当脉冲电压开始从逆变器端传输到电 机端时，会产生一个大小为，U；的反射电压，其中以 为逆变器端电压，厂(0<F<I)为电机端电压反射系
数，可由式(1)表示：
F=筹7—，7
 
在电机端加入滤波器【2J。本文在建立逆变器、电缆、滤 波器和电机模型的基础上，在Matlab环境下进行了电 机端过电压的仿真分析，通过量化研究，达到抑制过

么x+么c
式中：Z。为反射端特性阻抗，即电机阻抗； 乙为电缆特性阻抗。
(1)
 
电压的目的。

1   过电压产生及抑制机理

1．1过电压的产生 高频PWM脉冲波在逆变器和电动机之间的传输可
看成行波在电缆上传播，由于电缆与电机特性阻抗不
匹配，当PWM脉冲通过电缆到达电机端时会造成电压
反射电压会沿相反的方向向逆变器端传输，这
时，电机端电压砜的大小为：“dl+nU，             (2)
7—7
而逆变器端电压反射系数为：厂。=号—_争，         (3)
式中：Z。为逆变器端电阻。
一般情况下，Zs一0，f一一l，因此当反射电压 到达逆变器端时，会再次反射，以八，i向电机端传输，
到达电机端时，仍会产生一个反射系数为厂的反射电
压，这时电机端的电压砜变为(1们配，由于o<八l，
所以，随着反射次数的增多，电机端电压会逐渐减小，
并趋近于阢。需要说明的是，一个周期内，在逆变器 端和电机端传输电压分别会发生2次反射，期间电机 端电压会产生一个(1+厂)U；的电压峰值。在通常情况 下，电动机的绕组电感很大，即Z，》zc，由式(1)可 知厂接近于1，这样入射波与反射波的叠加就会使电 机端电压近似于加倍，这就是所谓的过电压。
1．2   过电压的抑制 由上述可知，由于电缆与电机阻抗不匹配，引起
脉冲传播时的反射电压，从而造成电机端过电压。过 电压的抑制关键在于减小电机端电压反射系数厂，由式 (1)可知，如果在变频器端或电机端匹配一个合适的 阻抗，使得匹配后的阻抗R与电缆特性阻抗z，相等， 则f趋近于0，过电压可得到抑制，如式(4)所示为：
由式(7)可得到电机端电压与逆变器端电压、电
流的量化关系为：
甜(f'，)=i1 I(P硇+矿)“(f，o)+乙(P一一矿)f(，，o)I，(8)
式中：“(f，f)为电机端电压‰；u(t，O)为逆变器端电压U；
f(f，0)为逆变器端电流。
2．2滤波器模型 通常滤波补偿器的设计有2大类15】：一类是滤波
器接在电动机端，称为电动机端滤波；一类是在变频 器端接人滤波器，称为变频器输出滤波。
本文采用在变频器端加入LRC滤波器的方法进行 滤波，滤波器的参数与电缆的特性阻抗、电缆长度、以 及终端电压反射系数有关。图2为滤波器单相等效电 路图。

(4)

 
2   模型的建立与仿真

系统模型主要包括逆变器、电缆、滤波器和电机
4部分，系统模型结构图如图1所示。
逆变器

Fig．1   The chart of the model structure
圈2  滤波器的单相等效电路
Fig．2   The single-phase equivalent circuit of脚ter
下面具体介绍滤波器参数的计算。设电缆分布参 数为：R=20 rnO／m，L=I．2斗H『，m，C=0．03     nF／m。
由于滤波电容在高频时相当于短路，所以当电缆
与电机相连时，滤波的阻抗应当和电缆的特性阻抗相 等，起到分压的作用，则：
即zc=后；                    (9)
耶)=器=瓦R雨fCfs+l=
兀2和面。丽s+《’
 

2．1    电缆模型 电缆模型可由电报方程建立pq：
c掣攀：一弋bi(t一,z)，                            (5)
(10)
热阻尼州=每居；           (11)
截止角频率为％2了云1f贯f=2兀正。詈。    (12)
 
LOi(aFtf,—z)：下一掣’，
式中：u(t，2)、i(t，z)分别代表电缆的电压和电流； C、L分别为单位电缆长度的电容和电感值。
则电机端和逆变器端的电压电流关系为：
由式(12)一(15)可得滤波器具体的G、Lf值。
2．3    逆变器和电动机模型 逆变器采用SPWM(sinusoidalPWM)策略，该模
型中，PWM波的频率为50Hz，幅值为380V，载波频 率为3 kHz，如图3所示。

圈3  脉冲发生器产生的波形
Fig．3  The wave of pulse generator

三相异步电动机的电机模型可以采用绕组分布电 容与电机波阻抗串联再与电机低频参数并联的结构， 这是由于电机的波阻抗会随着频率而变化的特性所决 定的，该模型采用10   kW电机的模型参数，即：
％--=600 pF；Rz=100 fl；
Rf_1．76 Q；厶f=1lO¨H。 其中：C。。、R：分别为绕组分布电容与电机波阻抗；
R”厶，为电机低频参数。
2．4仿真分析
为了更加清楚地说明加入滤波器前后电压值大小
的变化，以及滤波器抑制过电压的效果，用图6表示 电机端线电压在加入滤波前后的对比。

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