位于济宁市市中区的山东东山矿业有限公司王楼煤矿和中国矿业大学为了减少电动机接线端尖峰电压对电动机对地绝缘的影响，保证煤矿变频绞车安全稳定运行，基于均匀传输线过电压模型以及吸收电路原理，设计了1种绞车变频调速尖峰电压吸收装置。这种装置采用电容充放电原理，可以有效地降低电动机端的尖峰电压，防止电动机的绝缘被击穿。试验结果表明，绞车变频调速尖峰电压吸收装置减小了变频器输出电压变化率，降低了电动机接线端瞬时峰值，输出尖峰电压得到有效治理。
⑴传输线理论分析电动机端过电压
他们采用传输线理论分析电动机端产生尖峰电压的原理。在使用电缆或者架空线路来传输电能时，由于线路的“尺寸”与“波长”接近，只能采用分布参数电路作为分析的基础。研究人员采用均匀传输线模型（包含长电缆每单位长度具有的电阻、电感和每单位长度长电缆两线之间的电容、电导），分析PWM电压脉冲传输过程以及长线电缆对电动机端尖峰电压的影响。脉冲电压在长线电缆传输时，发生的波反射现象将使PWM脉冲电压波的入射波和反射波相互叠加，导致负载端电压加倍。
①PWM脉冲电压波在长线电缆的反射。他们根据均匀传输线模型，建立了基于Pspice软件建立的单相PWM脉冲电压反射仿真电路模型。仿真电路模型中的输入单相PWM脉冲电压幅值US=400V，频率f=50Hz，电缆长度l=900m，末端为电动机等效模型。对PWM脉冲电压波反射仿真电路进行分析计算后得到电压波形中，0～400V的矩形波为变频器输出的PWM电压脉冲波形，类三角线为电动机端电压波形。从中可以看出，在电动机端PWM脉冲电压的上升沿及下降沿处产生波反射过电压阻尼振荡，过电压幅值接近2US。
②电缆长度对电压波形反射过电压的影响。他们根据振荡周期T=4tp=4l（LOCO）1/2可知（其中，tp为脉冲电压波在电缆上的单程传输时间；LO为分布电感；CO为分布电容），在波速一定的情况下，电缆长度越长波在传输线上的传输时间越长，由此造成的高频阻尼振荡时间也越长。他们基于仿真软件Pspice建立仿真电路模型，仿真电路中脉冲频率F=50Hz，脉冲电压幅值US=1368V，PWM脉冲上升（下降）时间为500ns。从不同电缆长度对应电动机端电压仿真波形可以看出，在开关频率一定的前提下，电缆长度越长脉冲波在电缆上的叠加相应增加，这电动机端过电压就越厉害。但是，电缆的长度受到现场安装条件的限制，不能够自由选择电缆的长度，只能在设计时考虑电缆的影响。他们根据实际经验，在电缆长度小于100m的情况下，电缆对于尖峰电压的影响并不是特别明显。在开关频率及电缆长度一定的前提下，PWM脉冲电压上升时间越长，负载端电压的幅值就越小。除此之外，电缆分布电容、分布电感以及PWM占空比、负载阻抗也会对尖峰电压产生影响。
⑵尖峰电压吸收装置
他们设计尖峰电压吸收装置主电路结构的基本思想来源于电力电子器件吸收电路，均匀传输线过电压模型为此装置提供了依据。吸收电路具备抑制和吸收的功能，实际上总共有3种基本结构。
①RLCD吸收电路。串联电感用于抑制电流变化率di/dt，并联电容通过二极管充电，吸收电力电子器件上的尖峰电压能量。但是，由于电容电压不能突变，限制了电压变化率du/dt,电容能量只能通过电阻释放。为了提高效率，可以将RLCD吸收电路转换为RCD吸收电路。
②RCD吸收电路。目前，这种由RCD网络构成的吸收电路以及广泛应用于IGBT、电力MOSFET等电力电子器件的保护。
③单电容电路。可以应用于IGBT桥臂的保护。
他们根据以上3种吸收电路的原理，将整个变频器作为保护对象，设计出了尖峰电压吸收装置主电路。尖峰电压吸收装置主要由3个部分组成：三相整流部分的作用是将尖峰电压从交流变为直流，引入吸收装置；吸收电容部分的作用是在尖峰电压引入时储存能量，尖峰电压消失时释放能量，其中的稳压管利用内部电压降使电容放电时保有一定余量；耗能电阻部分的作用是为吸收电容部分提供放电回路，保证电容正常工作。
⑶试验结果
为了验证绞车变频调速尖峰电压吸收装置的控制性能，他们在煤矿现场对其进行了现场试验。绞车采用2JKB-3×1.7/31.5E单绳缠绕式双滚筒防爆绞车，配备YBBP450M-10 280kW防爆变频电动机，电压为1140V。变频调速系统由电源柜、变频柜、制动电阻柜、操作台4各部分组成。在现场的变频器与电动机之间增加1套他们自主研发的绞车变频调速尖峰电压吸收装置。此尖峰电压吸收装置置于符合防爆要求隔爆外壳内。6kV供电经变压器变为1140V为绞车供电和660V为辅助供电。1140V经低压馈电开关接入变频器系统，输出接拖动电动机。信号系统及司机操作台信号进入PLC，由PLC判断后给出控制指令发送到变频器，速度反馈信号由轴编码器获得。
从实测的峰值电压波形可以看出，使用并联式尖峰电压吸收装置后的电动机端瞬时峰值电压为2330V，未加峰值电压吸收装置前的电动机端瞬时电压峰值达到2820V。由此可见，这种吸收装置对于改善电动机两端的过冲电压效果明显。
