2+2MW电机试验电源系统变流器的电磁兼容分析与研究

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大功率电机需要做大量出厂试验和型式试验。传统的同步发电机组试验电源系统噪声大、耗能高、操作不方便且频率调节范围窄,成为制约电机行业发展的瓶颈。本课题中大功率电机试验电源系统就是专门为大功率风力发电机试验而开发的,由于电源系统变流器采用了电力电子变流技术,不可避免的会引入电磁兼容问题,且随着功率级别的增大而变得更加严重。   本文以2+2MW电机试验电源系统用双PWM交直交变流器为研究对象,通过对试验电源系统变流器总体方案介绍,详细分析了变流器的主要电磁干扰源及干扰耦合路径,对变流器的电磁兼容性进行了分析和研究。首先分析了网侧变流器输入端电源线干扰和电机侧变流器输出端共模传导干扰产生的机理、传播路径及对系统的危害,详细的论述网侧变流器输入端电源线干扰和电机侧变流器输出端共模传导干扰的解决办法,设计了主电路网侧整流器输入端LCL滤波器和电机侧逆变器输出端LC滤波器,并通过仿真验证了滤波器设计的有效性。详细分析了变流器控制系统的主要干扰源,从硬件和软件两个方面分别对控制系统进行了抗干扰设计。论述了控制电路的PCB设计,分析了高速PCB存在的主要问题;给出了双DSP核心板结构设计,并阐述了本系统PCB元器件摆放和布线过程中应该遵循的原则;给出了接口板的PCB设计。最后从整体布局方面分析了变流器系统的电磁兼容性问题。以电磁场理论为基础,推导了主电路典型连接回路的线路电感,并比较分析了其空间的电磁干扰,通过分析可知采用叠层功率母线技术可以大幅减小线路寄生电感,减小空间电磁场的辐射;然后给出了基于叠层母线连接技术的变流器主电路布局。探讨了基于电磁屏蔽技术的控制系统屏蔽体设计,并应用ANSYS电磁仿真软件对各种屏蔽体结构屏蔽效能进行仿真,最终确定了本系统的控制柜结构形式。
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