[发明专利]尖峰过电压消除装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种消除由PWM引起的过电压装置，尤其是一种尖峰过电压消除装置。

背景技术

由于显著的节能效果和优异的调速特性，变频器被广泛应用在交流电动机驱动上。但实际使用中发现，普通电动机由变频器驱动时，电动机寿命大幅度缩短，表现为绕组的绝缘损坏和轴承损坏。理论和实验研究表明，造成这种现象的主要原因是变频器采用PWM电压驱动电动机。当电动机中驱动电缆超过一定长度且电压波形含有断续且高的电压变化率du/dt值时，电压波形畸变率很高，变压器升压输出后，其输出电压波形上叠加尖峰过电压。进一步研究表明，PWM电压在电动机的输入端产生尖峰过电压的幅度会达到变频器额定工作电压的3～4倍以上，这种尖峰过电压每秒对电动机定子冲击上千次(具体数量取决于变频器的载波频率)，很快就会导致定子绝缘损坏，使电动机寿命大幅度缩短，绕组损坏。另外，PWM尖峰过电压中还含有丰富的高频谐波电压成份，这些高频电压进入电动机的定子绕组后，会通过电动机轴承的杂散电容形成通路，形成轴承电流。轴承中长时间流过轴承电流会造成轴承寿命缩短，具体表现为轴承表面凹凸不平，旋转摩擦力增大，导致电动机发热甚至轴承烧毁。

由此可见，变频器电动机系统的尖峰过电压对电动机的危害为：

(1)尖峰过电压引起电动机发热，导致电动机温升增加，还会引起电动机转矩脉动和噪音增加；

(2)尖峰过电压使电动机绝缘反复承受电应力，损坏绝缘；

(3)尖峰过电压的高频电压分量通过绕组和转子间的分布电容，经过轴承到机壳，再到地，形成轴承电流，降低电动机轴承的寿命；

(4)行波反射引起电动机端电压叠加，使电动机绝缘破坏，甚至可能引起电缆爆裂。

针对变频器电动机系统尖峰过电压问题，现有技术的一种解决方案是在变频器的输出端安装电压变化率滤波器，其机理是通过降低电压变化率以减小长驱动电缆在电动机端导致的过冲电压。通常，电压变化率滤波器安装在变频器的输出端，以延长电动机寿命，减小电磁干扰。现有技术的另一种解决方案是采用正弦波滤波器，将变频器输出的PWM电压波形转换为准正弦波电压波形，以达到消除过冲电压和电磁干扰的目的。

实际应用表明，虽然现有技术的解决方案能够对电动机提供有效的保护，但存在功耗大、体积大、重量大、价格高等缺陷，尤其对于大功率电动机，这些问题更加突出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种尖峰过电压消除装置，在有效消除尖峰过电压的同时，具有功耗低、体积小、重量轻、成本低等优点。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种尖峰过电压消除装置，包括：

存储器，用于暂存系统电源的尖峰过电压能量；

充电器，与所述存储器连接，用于将系统电源的尖峰过电压能量暂存入存储器；

放电器，与所述存储器连接，用于将暂存在所述存储器内的尖峰过电压能量释放；

控制器，分别与所述充电器和放电器连接，用于在系统电源处于一个半周时控制所述充电器将尖峰过电压能量暂存入存储器，在系统电源处于后一个半周时控制所述放电器将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放。

进一步地，所述充电器包括：

第一测量单元，与系统电源连接，用于获得系统电源测量电压；

第一基准单元，用于提供基准电压；

第一比较单元，分别与所述第一测量单元和第一基准单元连接，用于根据所述系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号；

第一开关单元，分别与所述第一比较单元、控制器和存储器连接，用于根据充电控制信号和控制器的指令将系统电源的尖峰过电压暂存入存储器。

进一步地，所述放电器包括：

第二测量单元，与所述存储器连接，用于获得存储测量电压；

第二基准单元，用于提供基准电压；

第二比较单元，分别与所述第二测量单元和第二基准单元连接，用于根据所述存储测量电压和基准电压的比较结果发送放电控制信号；

第二开关单元，分别与所述第二比较单元、控制器和存储器连接，用于根据放电控制信号和控制器的指令将暂存在存储器内的尖峰过电压能量释放。

进一步地，所述第一测量单元包括串接的两个分压电阻和设置在两个分压电阻之间的系统电源测量端，所述两个分压电阻设置在系统电源之间，所述系统电源测量端用于输出系统电源测量电压；所述第一基准单元为基准电压输出端，用于提供基准电压；所述第一比较单元为第一比较器，第一比较器的一个输入端与所述系统电源测量端连接，另一个输入端与所述基准电压输出端连接，所述第一比较器根据所述系统电源测量电压和基准电压的比较结果发送充电控制信号。