隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PWM變頻器的開關(guān)性能不斷提高，PWM變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)靜態(tài)控制性能也有了明顯的提升。但是隨著PWM變頻器開關(guān)頻率越來越高，變頻器輸出的共模電壓所帶來的問題愈發(fā)嚴(yán)重。例如，共模電壓會(huì)在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上感應(yīng)出高幅值軸電壓，并形成軸承電流，導(dǎo)致電機(jī)軸承損壞，縮短電機(jī)使用壽命。

此外，由于電機(jī)系統(tǒng)存在大量對(duì)地分布電容，共模電壓在變頻器開關(guān)跳變期間會(huì)產(chǎn)生較大的du/dt，進(jìn)而對(duì)電機(jī)系統(tǒng)分布電容進(jìn)行充放電形成共模電流，也就是正常漏電流。當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)對(duì)地分布電容數(shù)值較大時(shí)，正常漏電流也會(huì)隨之增大，可能導(dǎo)致電機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

同時(shí)，正常漏電流的存在會(huì)造成系統(tǒng)漏電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，使電機(jī)不能安全、可靠運(yùn)行。此外，共模電流產(chǎn)生的傳導(dǎo)共模電磁干擾（Electro- magnetic Interference, EMI）會(huì)影響其他電子設(shè)備正常運(yùn)行。

為了深入了解這些問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PWM電機(jī)系統(tǒng)正常漏電流進(jìn)行了大量研究。由于電機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成較復(fù)雜，部分學(xué)者從等效模型著手。比如，裴雪軍簡(jiǎn)化了逆變器的共模等效模型，以便研究共模電流的振幅和頻率特性。O. Magdun和A. Binder建立高頻等效電機(jī)模型，簡(jiǎn)化了EMI的仿真過程。S. Ogasawara和H. Akagi建立LCR串聯(lián)諧振等效電路，降低了分析共模電流的難度。

在對(duì)共模電流分析的效率逐漸提高的情況下，對(duì)共模電流特性方面的研究也越來越方便，J. S. Lai發(fā)現(xiàn)，如果建立精確的寄生參數(shù)模型，則可以在頻域分析和識(shí)別不同傳播路徑的EMI。N. Mutoh和M. Ogata對(duì)電機(jī)系統(tǒng)中不同位置和不同流通路徑下的EMI噪聲進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析，對(duì)EMI噪聲的特性有了較全面的了解。

此外，漏電流抑制方法主要從優(yōu)化硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和改進(jìn)軟件控制方法兩方面著手，如圖1所示。其中優(yōu)化硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以在電機(jī)系統(tǒng)中添加濾波器為主，主要包括添加有源、無源濾波器等。還有部分學(xué)者對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的共模電流問題進(jìn)行了研究。雖然優(yōu)化硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能有效抑制共模電流，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本較高等問題，因此多數(shù)學(xué)者傾向于通過改進(jìn)軟件控制方法來抑制共模電流。

通過改進(jìn)軟件控制方法抑制共模電流以采用無零矢量控制方法為主，主要包括RSPWM、AZSPWM、NSPWM]等方法。此外，文獻(xiàn)[14]提出一種基于布爾函數(shù)邏輯運(yùn)算的新型載波調(diào)制策略。該方法可以保持共模電壓恒定，從而能夠有效抑制共模電流。

圖1 漏電流抑制方法

綜上所述，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)PWM電機(jī)系統(tǒng)的等效模型和正常漏電流的特征與流通路徑進(jìn)行了大量研究并對(duì)正常漏電流的抑制取得了有指導(dǎo)意義的研究成果。但是對(duì)PWM電機(jī)系統(tǒng)漏電流的特性尚需進(jìn)行深入分析研究。

因此，本文對(duì)PWM電機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)存在的正常漏電流和發(fā)生漏電故障時(shí)產(chǎn)生的故障漏電流進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試和分析，為正常漏電流的有效抑制和故障漏電流的準(zhǔn)確檢測(cè)提供了理論依據(jù)。

圖2 PWM電機(jī)系統(tǒng)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

圖6 試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

結(jié)論

本文對(duì)PWM電機(jī)系統(tǒng)漏電流相關(guān)特性進(jìn)行了研究。首先建立了正常漏電流計(jì)算模型，并對(duì)其流通路徑進(jìn)行了分析。然后對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的漏電故障點(diǎn)及相應(yīng)故障后的漏電流波形進(jìn)行了分析。最后通過試驗(yàn)測(cè)試對(duì)電機(jī)系統(tǒng)故障發(fā)生前后的正常/混合漏電流時(shí)頻特性進(jìn)行了分析和研究，具體結(jié)論如下：

1）PWM電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)輸入側(cè)正常漏電流的有效值與對(duì)地分布電容的容值呈正比例關(guān)系，正常漏電流主要包含直流分量和高頻分量，其中高頻分量主要為逆變器開關(guān)頻率及其倍頻分量。

2）PWM電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)輸入側(cè)存在漏電故障時(shí)，混合漏電流有效值相應(yīng)增大。其中，低頻分量的幅值變化可作為是否發(fā)生漏電故障的判斷依據(jù)。

上述結(jié)論能夠?yàn)檎Ｂ╇娏鞯挠行б种坪凸收下╇娏鞯臏?zhǔn)確檢測(cè)提供理論指導(dǎo)。