隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，PWM變頻器的開關性能不斷提高，PWM變頻器驅動電機的動靜態(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)嚴重。例如，共模電壓會在電機轉軸上感應出高幅值軸電壓，并形成軸承電流，導致電機軸承損壞，縮短電機使用壽命。

此外，由于電機系統(tǒng)存在大量對地分布電容，共模電壓在變頻器開關跳變期間會產生較大的du/dt，進而對電機系統(tǒng)分布電容進行充放電形成共模電流，也就是正常漏電流。當電機系統(tǒng)對地分布電容數(shù)值較大時，正常漏電流也會隨之增大，可能導致電機不能正常運轉。

同時，正常漏電流的存在會造成系統(tǒng)漏電保護裝置誤動作，使電機不能安全、可靠運行。此外，共模電流產生的傳導共模電磁干擾（Electro- magnetic Interference, EMI）會影響其他電子設備正常運行。

為了深入了解這些問題，國內外學者對PWM電機系統(tǒng)正常漏電流進行了大量研究。由于電機系統(tǒng)的構成較復雜，部分學者從等效模型著手。比如，裴雪軍簡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建立高頻等效電機模型，簡化了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。

在對共模電流分析的效率逐漸提高的情況下，對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別不同傳播路徑的EMI。N. Mutoh和M. Ogata對電機系統(tǒng)中不同位置和不同流通路徑下的EMI噪聲進行了詳細對比分析，對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)化硬件拓撲結構和改進軟件控制方法兩方面著手，如圖1所示。其中優(yōu)化硬件拓撲結構以在電機系統(tǒng)中添加濾波器為主，主要包括添加有源、無源濾波器等。還有部分學者對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的共模電流問題進行了研究。雖然優(yōu)化硬件拓撲結構能有效抑制共模電流，但存在結構復雜和成本較高等問題，因此多數(shù)學者傾向于通過改進軟件控制方法來抑制共模電流。

通過改進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[14]提出一種基于布爾函數(shù)邏輯運算的新型載波調制策略。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，國內外研究學者對PWM電機系統(tǒng)的等效模型和正常漏電流的特征與流通路徑進行了大量研究并對正常漏電流的抑制取得了有指導意義的研究成果。但是對PWM電機系統(tǒng)漏電流的特性尚需進行深入分析研究。

因此，本文對PWM電機系統(tǒng)正常運行時存在的正常漏電流和發(fā)生漏電故障時產生的故障漏電流進行詳細的測試和分析，為正常漏電流的有效抑制和故障漏電流的準確檢測提供了理論依據(jù)。

圖2 PWM電機系統(tǒng)典型拓撲結構示意圖

圖6 試驗平臺結構示意圖

圖7 試驗平臺實物圖

結論

本文對PWM電機系統(tǒng)漏電流相關特性進行了研究。首先建立了正常漏電流計算模型，并對其流通路徑進行了分析。然后對電機系統(tǒng)的漏電故障點及相應故障后的漏電流波形進行了分析。最后通過試驗測試對電機系統(tǒng)故障發(fā)生前后的正常/混合漏電流時頻特性進行了分析和研究，具體結論如下：

1）PWM電機系統(tǒng)電機輸入側正常漏電流的有效值與對地分布電容的容值呈正比例關系，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頻率及其倍頻分量。

2）PWM電機系統(tǒng)電機輸入側存在漏電故障時，混合漏電流有效值相應增大。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)。

上述結論能夠為正常漏電流的有效抑制和故障漏電流的準確檢測提供理論指導。