采用电压源型变频器和电流源型变频器的中压大功率传动系统都可能有的一个缺点,就是存在共模电压,如果不设法加以消除,将造成电动机绝缘过早损坏。虽然通过引入隔离变压器或者移相变压器可以解决这个问题,但同时会带来制造成本的增加(变压器可占总成本的20% -25%)、体积增大、重量增加以及由于变压器损耗的存在使运行成本提高等缺点。使用增加绝缘强度的定制电动机是另外一种解决方法,然而这种解决方法不适用于对原有常规电动机进行改造的工程项目。
图示为无变压器电流源型逆变器的拓扑结构,它采用了由一个铁心和四个线圈组成的一体化直流电抗器。该电抗器包括两个电感:电流源型变频器所必需的差模电感Ld和可阻断共模电压的共模电感 Lcm。一体化直流电抗器替代了隔离变压器,减小了制造和运行成本。为保证电动机不受任何共模电压的影响,两组滤波电容的中性点可直接或通过低电阻电感的 RL电路连在一起。

抑制共模电压的基本原理是:在设计空间矢量调制方法的时候,不使用产生高共模电压的开关状态。同时由于取消了特定的开关状态,调制因数ma的范围会受到影响。由此,产生了两种共模电压抑制方法:
1)方案1:RCM1,维持调制因数在0≤ma≤1的范围内。
2)方案2:RCM2,尽量降低共模电压,最小可能到 0,同时调制因数的范围会减小到0≤ma<0.962。
为了实现无隔离变压器的多电平VSC(voltage source converter,VSC)中压传动,有3种方法可供选择:
1)采用RCM2消除共模电压;
2)采用共模滤波器抑制共模电压;
3)采用共模滤波器与RCM1/RCM2相结合的方法。
采用RCM2可以完全消除奇电平VSC中的共模电压,此时中压传动系统中将不需要隔离变压器或共模滤波器来抑制共模电压。其中整流器和逆变器都是奇电平VSC。为了满足电网要求,需要在电网侧安装差模滤波器来滤除由整流器产生的开关谐波。电动机侧是否安装差模滤波器,取决于逆变器输出电压的等级和电动机对电压畸变率的要求。此外,定子和转子绕组的漏感也有助于降低电动机侧的畸变率。
在中压传动系统中取消隔离变压器可以降低制造成本、体积和运行费用,但这种方法也有局限和缺陷:
1)不适用于偶数电平的变换器,如四电平或六电平变频器。
2)整流器输入电流和逆变器输出电压的畸变率增大,因此网侧需要大尺寸差模滤波器来达到电网要求。
3)RCM2的最大调制因数仅为0.866,因此整流器需要将直流母线电压提高15.5%。这是由于整流器可以被当作一个升压变换器考虑,通过降低其调制因数可以抬高整流器输出的直流母线电压。因此,包括直流电容和半导体开关器件在内,传动系统所有元件的额定电压都会提高,增加了传动系统的制造成本。
采用共模滤波器,共模电感可以放在传动系统的电网侧、直流母线上或电动机侧。在共模电流的路径上增加了共模电阻,其作用是提供一个阻尼电阻来抑制可能发生的LC震荡,但其阻值相对于共模电感很小,因此不能用于减小共模电压。
与VSC 类似,由于存在半导体功率器件开关动作,电流源整流器(CSR)和电流源逆变器(CSI)世也会产生共模电压。如果不采取措施抑制共模电压,共模电压会委加在电动机相电压上,从而增加电动机绕组的电压应力,导致绕组绝缘的过早失效。
CSI 中压传动系统共模电压的传统解决方案是引入隔离变压器,电动机绕组对地寄生电容远大于变压器绕组对地电容。因此,整抗器和逆变器产生的共模电压主要出
现在变压器上,此时共模电压便不会损害电动机。
另外,可以将电动机侧滤波电容的中点接地。在三相对称系统中,定子绕组中点的电位和电容中点的电位是相等的,因此将电容中点接地就等同于将定子绕组接地。其结果是所有的共模电压都被转移到变压器上,因此电动机不再承受共模电压。
然而,如前所述,使用隔离变压器不仅增加了传动系统的制造成本和物理尺寸,同时由于变压器的损耗,也增加了传动系统的运行成本。