Rogowski线圈在高压变频器共模电流测量中的应用
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朱 俊 杰 ， 鸣 忠 ，张 晓 锋 ，沈 乔 浙
（ 军工 程 大学 电气 与信 息工程 学 院 ，武汉 ４ ０ ３ ） 海 ３ ０ ３
～～～ 一一一 ｍｌ曲 一～ ～一 ∞一 ～ ～Ｅ 一ｌ 一～ ｕ
摘 要 ：针对 霍 尔 电流 传 感 器 与 传 统 电 流 互 感 器 检 测 共 模 电流 存 在 缺 陷 情 况 ， 出 一 种 新 型 的 基 于 Ｒ ｇ ｗｓｉ 提 ｏｏ ｋ 线 圈 测 量 共 模 电 流 的 方 法 。 以 五 相 Ｈ 桥 型 三 电平 逆 变 系 统 共 模 通 路 为 例 ， 真 得 到 共 模 电 流 属 于 高 频 脉 冲 仿 电流 。建 立 Ｒ ｇ ｗｓｉ 圈 传 感 头 等 效 回 路 模 型 ， 论 上 验 证 了 测 量 方 法 的 可 行 性 。对 电 机 端 单 线 圈 、 波 ｏｏ ｋ线 理 滤 器 端 双 线 圈 、 波 器 端 单 线 圈 三 种 共 模 电 流 测 量 方 案 进 行 比较 分 析 ， 真 和 实 验 结 果 证 明 了滤 波 器 端 单 线 圈 滤 仿
虑将 两者 结合 。 文 对 五相 Ｈ 桥 型 三 电平 逆 变 系 本 统加 以分 析 ， 拓扑 结 构 如 图 １所示 。 逆 变器 包 其 该
含 以下几个 重 要组成 部分 ： 相 输入 电压 、２脉 波 三 １ 整流、 支撑 电容 滤波 、 直流斩 波制 动 、 变部分 。 逆
方案的可行性和正确性 。
关 键 词 ： 模 电 流 ； ｏ ｏ ｓ ｉ 圈 ； 相 Ｈ 桥 型 三 电 平 逆 变 系 统 ；可 靠 性 共 Ｒ ｇｗ ｋ 线 五
中图分类号 ： ＴＭ４ ２ ５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３８ ３ （０ ０ ０ —０ ９０ １ ０ — ９ ０ ２ １ ）４ ０ １ — ５
ＺＨＵ ｕ －ｉ ，ＱＩ Ｊ ｎｊｅ ＡＯ ｉ ｇ ｚ ｏ ｇ，Ｚ Ｍ ｎ —ｈ ｎ ＨＡＮＧ ａ —ｅ ｇ，ＳＨＥＮ ｈ Ｘｉｏ ｆｎ Ｚｅ
（ ｌ ｇ ｆＥｌ ｃ ｒｃ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｖ ｌＵｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｅ ｔ ｉ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｎａ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ ｈ ｎ ４ ０ ３ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
第 ２ ２卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒ ｃ ｅ ｎｇｓｏｆｔ ｏ ｅ ｄｉ ｈｅＣＳＵ — ＥＰＳＡ
Ｖ０ ｏ Ｌ ２２ Ｎ ．４
Ａ ｕｇ ． ２ ０ ０１
Ｒ ｇｗｓ ｉ 圈在 高压 变 频器 共模 电流 测 量 中的应 用 ｏｏ ｋ 线
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｒｏ ｏ ｋｉＣｏ ｌｉ ｍ ｍ ｏ — ｏ ｅ Ｃｕ ｒ ｎｔ ｌｃ ｔｏ ｓ ｏ ｇ ｗｓ ｉ ｎ Ｃｏ ｎ ｍ ｄ ｒｅ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｆ Ｈ ｉ ｈ Ｖｏ ｔ ｇ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｎｔｏ ｇ ｌ ａ ｅ Ｉ ｖ ｒ ｅ
克 服 由 共 模 电 流 中 高 频 脉 冲 成 分 引 起 的 饱 和
问题 Ｅ 。 州
Ｒ ｇ ｗｓ ｉ 圈具有 抗 电磁 干扰 、 ｏｏ ｋ线 不饱 和 、 带 频
宽 、 量 范 围大 、 确度 高等 特 点口 ， 测 准 ］ 可有效 克服 传
统测 量方 法 的缺 陷 。 文 通 过对 Ｈ 桥 型 三 电 基金 委 员会 创 新研 究 群体 科 学基 金 项 目（ ０２ ０ ３ ５７１６）
・
２ ・ Ｏ
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
第 ２ 卷 ２
利 用仿真 和实验 加 以验证 。
时 ， 障部分 对其他 单元不 产生 影响 ， 故 功率损 失小 ，
器 提 供 恒 流 源 ， 加 检 测 成 本 ； 者 必 须 采 取 措 施 增 后
电压 即零序 电压 ＿ ， １ 由于 含有 与开 关频 率相 同的 高 ］ 频 分量 ， 在 电动机 转 轴 上 感 应 出共 模 电 流 ， 电 会 使 动机 的轴 承在短 期 内损 坏 ， 重 时会 引起 中性 点 电 严 压 偏移 ， 坏 电机绝 缘 ． 。 破 ３ ＿
器 的共 模 电 流 ， 该 测 量 方 法 可 行 性 予 以 分 析 ， 对 并
传感 方 法 的研究 较 少 。 原 理 上 讲 ， 从 可利 用 霍 尔 电
流传感 器或 传统 电流互感 器 检测共 模 电 流 。 而两 然
收稿 日期 ：０ ９０ — ４ 修 回 日期 ：０ ９ １— ５ ２０ — ８０ ； ２ ０ —０ １
目前 ， 对变 频调 速 系统共 模 电流产 生 机理 及抑
制措 施 的研 究 已经深 入展 开 ＿ ， ４ 但对 测 量共模 电流 ］
变器 共模 通路 及 Ｒ ｇ ｗ ｋ 线 圈传感 头 的工作 特性 ｏｏ ｓｉ
研 究 ， 出利 用 Ｒ ｇ ｗｓ ｉ 圈直 接测 量 高 压变 频 提 ｏｏ ｋ线
并 可 以实现 电机 的缺 相运行 。
ｌ 五 相 Ｈ桥 型 三 电平 共 模 通 路分 析
１ １ 五 相 Ｈ 桥 型 三 电 平 逆 变 系 统 ．
二 极管 钳 位 型三 电平 结 构 可获 得 多 电平输 出
电压 ， Ｈ 桥 型结构便 于 电机 的独立 控制 ， 而 因此 考
Ｈ 桥 型逆变器 结构具 有 以下优 势 引：
～ 一 一 ｄ 一 孚 ＝ ㈣ ＿ ～ 一 啪 － 鼍 一 ～ 圳
一 ～ 一 一 一 础 一 一 一～岫 一
在 现代 工业 和船 舶 电力 推 进 系 统 中 ， 压 变 高
频 器 的 应 用 越 来 越 广 泛 。 而 ， 频 器 产 生 的 共 模 然 变
者 的缺点 显 而易 见 ： 者需 要设 置专 门的隔离 变压 前
（ 军工 程 大学 电气 与信 息工程 学 院 ，武汉 ４ ０ ３ ） 海 ３ ０ ３
～～～ 一一一 ｍｌ曲 一～ ～一 ∞一 ～ ～Ｅ 一ｌ 一～ ｕ
摘 要 ：针对 霍 尔 电流 传 感 器 与 传 统 电 流 互 感 器 检 测 共 模 电流 存 在 缺 陷 情 况 ， 出 一 种 新 型 的 基 于 Ｒ ｇ ｗｓｉ 提 ｏｏ ｋ 线 圈 测 量 共 模 电 流 的 方 法 。 以 五 相 Ｈ 桥 型 三 电平 逆 变 系 统 共 模 通 路 为 例 ， 真 得 到 共 模 电 流 属 于 高 频 脉 冲 仿 电流 。建 立 Ｒ ｇ ｗｓｉ 圈 传 感 头 等 效 回 路 模 型 ， 论 上 验 证 了 测 量 方 法 的 可 行 性 。对 电 机 端 单 线 圈 、 波 ｏｏ ｋ线 理 滤 器 端 双 线 圈 、 波 器 端 单 线 圈 三 种 共 模 电 流 测 量 方 案 进 行 比较 分 析 ， 真 和 实 验 结 果 证 明 了滤 波 器 端 单 线 圈 滤 仿
虑将 两者 结合 。 文 对 五相 Ｈ 桥 型 三 电平 逆 变 系 本 统加 以分 析 ， 拓扑 结 构 如 图 １所示 。 逆 变器 包 其 该
含 以下几个 重 要组成 部分 ： 相 输入 电压 、２脉 波 三 １ 整流、 支撑 电容 滤波 、 直流斩 波制 动 、 变部分 。 逆
方案的可行性和正确性 。
关 键 词 ： 模 电 流 ； ｏ ｏ ｓ ｉ 圈 ； 相 Ｈ 桥 型 三 电 平 逆 变 系 统 ；可 靠 性 共 Ｒ ｇｗ ｋ 线 五
中图分类号 ： ＴＭ４ ２ ５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３８ ３ （０ ０ ０ —０ ９０ １ ０ — ９ ０ ２ １ ）４ ０ １ — ５
ＺＨＵ ｕ －ｉ ，ＱＩ Ｊ ｎｊｅ ＡＯ ｉ ｇ ｚ ｏ ｇ，Ｚ Ｍ ｎ —ｈ ｎ ＨＡＮＧ ａ —ｅ ｇ，ＳＨＥＮ ｈ Ｘｉｏ ｆｎ Ｚｅ
（ ｌ ｇ ｆＥｌ ｃ ｒｃ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔｏ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ， ｖ ｌＵｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｅ ｔ ｉ ｎ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｎａ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ ｈ ｎ ４ ０ ３ ，Ｃｈ ｎ ） ｉａ
第 ２ ２卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒ ｃ ｅ ｎｇｓｏｆｔ ｏ ｅ ｄｉ ｈｅＣＳＵ — ＥＰＳＡ
Ｖ０ ｏ Ｌ ２２ Ｎ ．４
Ａ ｕｇ ． ２ ０ ０１
Ｒ ｇｗｓ ｉ 圈在 高压 变 频器 共模 电流 测 量 中的应 用 ｏｏ ｋ 线
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ Ｒｏ ｏ ｋｉＣｏ ｌｉ ｍ ｍ ｏ — ｏ ｅ Ｃｕ ｒ ｎｔ ｌｃ ｔｏ ｓ ｏ ｇ ｗｓ ｉ ｎ Ｃｏ ｎ ｍ ｄ ｒｅ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｆ Ｈ ｉ ｈ Ｖｏ ｔ ｇ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｎｔｏ ｇ ｌ ａ ｅ Ｉ ｖ ｒ ｅ
克 服 由 共 模 电 流 中 高 频 脉 冲 成 分 引 起 的 饱 和
问题 Ｅ 。 州
Ｒ ｇ ｗｓ ｉ 圈具有 抗 电磁 干扰 、 ｏｏ ｋ线 不饱 和 、 带 频
宽 、 量 范 围大 、 确度 高等 特 点口 ， 测 准 ］ 可有效 克服 传
统测 量方 法 的缺 陷 。 文 通 过对 Ｈ 桥 型 三 电 基金 委 员会 创 新研 究 群体 科 学基 金 项 目（ ０２ ０ ３ ５７１６）
・
２ ・ Ｏ
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
第 ２ 卷 ２
利 用仿真 和实验 加 以验证 。
时 ， 障部分 对其他 单元不 产生 影响 ， 故 功率损 失小 ，
器 提 供 恒 流 源 ， 加 检 测 成 本 ； 者 必 须 采 取 措 施 增 后
电压 即零序 电压 ＿ ， １ 由于 含有 与开 关频 率相 同的 高 ］ 频 分量 ， 在 电动机 转 轴 上 感 应 出共 模 电 流 ， 电 会 使 动机 的轴 承在短 期 内损 坏 ， 重 时会 引起 中性 点 电 严 压 偏移 ， 坏 电机绝 缘 ． 。 破 ３ ＿
器 的共 模 电 流 ， 该 测 量 方 法 可 行 性 予 以 分 析 ， 对 并
传感 方 法 的研究 较 少 。 原 理 上 讲 ， 从 可利 用 霍 尔 电
流传感 器或 传统 电流互感 器 检测共 模 电 流 。 而两 然
收稿 日期 ：０ ９０ — ４ 修 回 日期 ：０ ９ １— ５ ２０ — ８０ ； ２ ０ —０ １
目前 ， 对变 频调 速 系统共 模 电流产 生 机理 及抑
制措 施 的研 究 已经深 入展 开 ＿ ， ４ 但对 测 量共模 电流 ］
变器 共模 通路 及 Ｒ ｇ ｗ ｋ 线 圈传感 头 的工作 特性 ｏｏ ｓｉ
研 究 ， 出利 用 Ｒ ｇ ｗｓ ｉ 圈直 接测 量 高 压变 频 提 ｏｏ ｋ线
并 可 以实现 电机 的缺 相运行 。
ｌ 五 相 Ｈ桥 型 三 电平 共 模 通 路分 析
１ １ 五 相 Ｈ 桥 型 三 电 平 逆 变 系 统 ．
二 极管 钳 位 型三 电平 结 构 可获 得 多 电平输 出
电压 ， Ｈ 桥 型结构便 于 电机 的独立 控制 ， 而 因此 考
Ｈ 桥 型逆变器 结构具 有 以下优 势 引：
～ 一 一 ｄ 一 孚 ＝ ㈣ ＿ ～ 一 啪 － 鼍 一 ～ 圳
一 ～ 一 一 一 础 一 一 一～岫 一
在 现代 工业 和船 舶 电力 推 进 系 统 中 ， 压 变 高
频 器 的 应 用 越 来 越 广 泛 。 而 ， 频 器 产 生 的 共 模 然 变
者 的缺点 显 而易 见 ： 者需 要设 置专 门的隔离 变压 前