一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统及方法，驱动系统包括直流电源、直流母线电容、三相逆变器、额外桥臂和额外电感；基于该控制系统，本发明专利技术还提供了一种共模噪声抑制方法，通过将传统SPWM调制算法下的脉宽调制信号进行实时的移相，同时加入额外桥臂的开关动作，实现抑制逆变器驱动电机时产生的共模电流和共模电磁干扰噪声，由此解决逆变器驱动三相交流电机的共模噪声的问题。本发明专利技术可以选择小容量低成本的开关管组成额外桥臂，能够取得降低共模电流和抑制共模噪声，实现保护电机绕组和轴承绝缘，提高系统可靠性的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统及方法
本专利技术属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统及方法。
技术介绍
随着现代电机与电力电子控制技术的发展，基于电力电子逆变器驱动的交流电机变频调速系统，已广泛应用于工业伺服和交通牵引领域。由于系统的变频调速功能一般由脉宽调制技术结合逆变器的高速开关特性实现，电机的绕组末端存在以高频脉冲序列为特征的共模电压。共模电压产生的共模电流沿电机绕组传导，通过电机绕组与机壳或者轴承之间的杂散电容传导到接地端，不但增加了系统的电磁干扰噪声，而且会对电机绝缘和轴承等部件形成持续的损害，进而缩短电机的使用寿命，是电机驱动中的主要问题之一。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统及方法，由此解决逆变器驱动三相交流电机存在的共模噪声问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，包括：直流电源1、直流母线电容2、三相逆变器3，所述系统还包括额外桥臂4和额外电感5；所述三相逆变器3包括第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，所述第一桥臂包括第一开关管与第二开关管，所述第二桥臂包括第三开关管与第四开关管，所述第三桥臂包括第五开关管与第六开关管，所述额外桥臂4包括第七开关管与第八开关管；所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接；所述直流母线电容2的第一端、所述第一开关管的第一端、所述第三开关管的第一端、所述第五开关管的第一端以及所述第七开关管的第一端均与所述直流电源1的正极端连接；所述直流母线电容2的第二端、所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第二端、所述第六开关管的第二端以及所述第八开关管的第二端均与所述直流电源1的负极端连接；所述额外电感5的第一端与所述额外桥臂4的中点连接；在工作时，所述第一桥臂的中点、所述第二桥臂的中点以及所述第三桥臂的中点分别与三相交流电机的定子绕组的三个接线端连接，所述额外电感5的第二端与所述三相交流电机的定子绕组中性点连接。优选地，所述额外电感5的电感值与所述三相交流电机的任一相电机绕组电感值相同。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述任意一项所述的三相交流电机驱动系统的共模噪声抑制方法，包括：将旋转坐标系下的d轴电流与q轴电流分别与d轴参考电流以及q轴参考电流进行比较，得到d轴误差电流以及q轴误差电流；通过所述d轴误差电流以及所述q轴误差电流，得到d轴参考电压以及q轴参考电压，并通过所述d轴参考电压以及所述q轴参考电压和转子位置角度，得到静止坐标系下的三相参考电压；通过将所述三相参考电压与三角载波进行幅值比较生成驱动三相逆变器3的初始脉宽调制信号，同时通过幅值恒为零的电压与所述三角载波进行幅值比较生成占空比恒为0.5的初始对称脉宽调制信号；根据所述转子位置角度所处的扇区，分别对所述初始脉宽调制信号以及所述初始对称脉宽调制信号进行移相，以保证共模电压状态不变，得到目标脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3以及PWM4，其中，PWM1、PWM2以及PWM3用于控制所述三相逆变器3的开关管动作，PWM4用于控制额外桥臂4的开关管动作，以实现共模噪声抑制。优选地，所述扇区的分区情况为：其中，θ表示所述转子位置角度。优选地，若所述转子位置角度处于第一扇区，则将Ga进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb使Gb的下降沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc使Gc的上升沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM2上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM3下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子位置角度处于第二扇区，则将Gc进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga使Ga的下降沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb使Gb的上升沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM1上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM2下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子位置角度处于第三扇区，则将Gb进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc使Gc的下降沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga使Ga的上升沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM3上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM1下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子位置角度处于第四扇区，则将Ga进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb使Gb的下降沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc使Gc的上升沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM2上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM3下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子位置角度处于第五扇区，则将Gc进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga使Ga的下降沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb使Gb的上升沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM1上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM2下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子位置角度处于第六扇区，则将Gb进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc使Gc的下降沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga使Ga的上升沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，所述额外桥臂4的目标脉宽调制信号PWM4的下降沿与PWM3上升沿对齐，而PWM4上升沿与PWM1下降沿对齐，其中，Ga、Gb以及Gc分别为驱动所述三相逆变器3上管的初始脉宽调制信号。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：由于增加了额外桥臂，使三相逆变器和额外桥臂组合的自由度更大，可以实现共模噪声的进一步抑制；另外额外并联桥臂流过的电流非常小，可以选择低容量的开关管，成本较低，能够降低共模电流和抑制共模噪声，保护电机绕组和轴承绝缘，提高系统可靠性。附图说明图1是按照本专利技术实现的三相逆变器组合额外桥臂驱动三相电机的拓扑结构图；图2是按照本专利技术实现的三相逆变器组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，包括：直流电源(1)、直流母线电容(2)、三相逆变器(3)，其特征在于，所述系统还包括额外桥臂(4)和额外电感(5)；所述三相逆变器(3)包括第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，所述第一桥臂包括第一开关管与第二开关管，所述第二桥臂包括第三开关管与第四开关管，所述第三桥臂包括第五开关管与第六开关管，所述额外桥臂(4)包括第七开关管与第八开关管；所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接；所述直流母线电容(2)的第一端、所述第一开关管的第一端、所述第三开关管的第一端、所述第五开关管的第一端以及所述第七开关管的第一端均与所述直流电源(1)的正极端连接；所述直流母线电容(2)的第二端、所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第二端、所述第六开关管的第二端以及所述第八开关管的第二端均与所述直流电源(1)的负极端连接；所述额外电感(5)的第一端与所述额外桥臂(4)的中点连接；在工作时，所述第一桥臂的中点、所述第二桥臂的中点以及所述第三桥臂的中点分别与三相交流电机的定子绕组的三个接线端连接，所述额外电感(5)的第二端与所述三相交流电机的定子绕组中性点连接。...

【技术特征摘要】
1.一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，包括：直流电源(1)、直流母线电容(2)、三相逆变器(3)，其特征在于，所述系统还包括额外桥臂(4)和额外电感(5)；所述三相逆变器(3)包括第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，所述第一桥臂包括第一开关管与第二开关管，所述第二桥臂包括第三开关管与第四开关管，所述第三桥臂包括第五开关管与第六开关管，所述额外桥臂(4)包括第七开关管与第八开关管；所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第一端连接；所述直流母线电容(2)的第一端、所述第一开关管的第一端、所述第三开关管的第一端、所述第五开关管的第一端以及所述第七开关管的第一端均与所述直流电源(1)的正极端连接；所述直流母线电容(2)的第二端、所述第二开关管的第二端、所述第四开关管的第二端、所述第六开关管的第二端以及所述第八开关管的第二端均与所述直流电源(1)的负极端连接；所述额外电感(5)的第一端与所述额外桥臂(4)的中点连接；在工作时，所述第一桥臂的中点、所述第二桥臂的中点以及所述第三桥臂的中点分别与三相交流电机的定子绕组的三个接线端连接，所述额外电感(5)的第二端与所述三相交流电机的定子绕组中性点连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述额外电感(5)的电感值与所述三相交流电机的任一相电机绕组电感值相同。3.一种基于权利要求1或2所述的三相交流电机驱动系统的共模噪声抑制方法，其特征在于，包括：将旋转坐标系下的d轴电流与q轴电流分别与d轴参考电流以及q轴参考电流进行比较，得到d轴误差电流以及q轴误差电流；通过所述d轴误差电流以及所述q轴误差电流，得到d轴参考电压以及q轴参考电压，并通过所述d轴参考电压以及所述q轴参考电压和转子位置角度，得到静止坐标系下的三相参考电压；通过将所述三相参考电压与三角载波进行幅值比较生成驱动三相逆变器(3)的初始脉宽调制信号，同时通过幅值恒为零的电压与所述三角载波进行幅值比较生成占空比恒为0.5的初始对称脉宽调制信号；根据所述转子位置角度所处的扇区，分别对所述初始脉宽调制信号以及所述初始对称脉宽调制信号进行移相，以保证共模电压状态不变，得到目标脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3以及PWM4，其中，PWM1、PWM2以及PWM3用于控制所述三相逆变器(3)的开关管动作，PWM4用于控制额外桥臂(4)的开关管动作，以实现共模噪声抑制。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扇区的分区情况为：其中，θ表示所述转子位置角度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述转子位置角度处于第一扇区，则将Ga进行半开关周期移相，从中间对齐改为两侧对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb使Gb的下降沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc使Gc的上升沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，所述额外桥臂(4)的目标脉宽调制信号PWM4的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋栋，沈泽微，陈嘉楠，曲荣海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42