抑制零序电流和共模电压的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零序电流和共模电压的三相开绕组交流电机驱动系统及方法，其中，电机驱动系统包括直流电源、直流母线电容、第一三相逆变器以及第二三相逆变器。针对传统开绕组电机由单个直流电源供电引起的零序电流问题和共模电压问题，本发明专利技术还提供了一种零序电流控制和共模电压抑制方法。由于本方法使逆变器输出的交流侧电流具有倍频效果，可以优化交流侧电流，降低电机的转矩脉动，同时还可以抑制逆变器输出到三相开绕组电机的共模电压，减小电机驱动系统产生的电磁干扰。本发明专利技术不需要增加任何的硬件成本，可以提高电机控制性能。

【技术实现步骤摘要】
抑制零序电流和共模电压的交流电机驱动系统及方法
本专利技术属于电机控制领域，更具体地，涉及一种抑制零序电流和共模电压的三相开绕组交流电机驱动系统及方法。
技术介绍
在三相交流电机中，定子开绕组结构相比星型结构具有更高的直流电压利用率。基于以上特点，三相开绕组交流电机广泛应用于电机反电势比直流电源电压高的场合。由于定子绕组中性点打开，使电机在单个直流电源供电的情况下存在零序电流的通路，一般的控制方法会在电机定子绕组中产生很大的零序电流，导致电机产生很大的转矩脉动，同时增加电机驱动系统的谐波损耗。传统的零序电流抑制通常采用两种方法，一种方法是采用两个独立的直流电源分别给两套逆变器供电，通过阻断零序电流路径实现零序电流抑制；另一种方法是采用单个直流电源结合主动控制的方法，通过消除零序电压实现零序电流抑制。前一种方法由于需要增加一个额外的供电电源，增加了系统的体积和成本；后一种方法应用场合更多，但是现有的主动控制方法由于牺牲了双逆变器拓扑的自由度，在抑制零序电压的同时，降低了电机控制效果，同时也没有考虑到逆变器的共模电压问题。
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零序电流和共模电压的三相开绕组交流电机驱动系统及方法，由此解决传统开绕组电机由单个直流电源供电引起的零序电流和共模电磁干扰问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种三相开绕组交流电机零序电流驱动系统，包括：直流电源、直流母线电容以及第一三相逆变器，所述系统还包括第二三相逆变器；所述第一三相逆变器包括第一桥臂、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；所述第二三相逆变器包括第四桥臂、第五桥臂以及第六桥臂，所述第四桥臂包括第七开关管与第八开关管，所述第五桥臂包括第九开关管与第十开关管，所述第六桥臂包括第十一开关管与第十二开关管；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，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端连接，所述第十一开关管的第二端与所述第十二开关管的第一端连接；所述直流母线电容的第一端、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、所述第七开关管的第一端、所述第九开关管的第一端以及所述第十一开关管的第一端均与所述直流电源的正极端连接；所述直流母线电容的第二端、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、所述第八开关管的第二端、所述第十开关管的第二端以及所述第十二开关管的第二端均与所述直流电源的负极端连接；在工作时，所述第一桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第一接线端连接，所述第二桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第二接线端连接，所述第三桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第三接线端连接，所述第四桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第四接线端连接，所述第五桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第五接线端连接，所述第六桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第六接线端连接。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述三相开绕组交流电机驱动系统的零序电流抑制方法，包括：将旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及零轴电流分别与d轴参考电流、q轴参考电流以及零轴参考电流进行比较，得到d轴误差电流、q轴误差电流以及零轴误差电流；通过所述d轴误差电流、所述q轴误差电流以及所述零轴误差电流，得到d轴参考电压、q轴参考电压以及零轴参考电压，并通过所述d轴参考电压、所述q轴参考电压、所述零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；由所述三相参考电压得到第一三相逆变器各相的参考电压以及第二三相逆变器各相的参考电压，通过将所述第一三相逆变器各相的参考电压以及所述第二三相逆变器各相的参考电压分别与三角载波进行幅值比较生成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，分别对各所述初始对称脉宽调制信号进行移相，以使所述第一三相逆变器以及所述第二三相逆变器输出相同的降低幅值的共模电压，得到目标脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5以及PWM6，其中，PWM1、PWM2以及PWM3用于控制所述第一三相逆变器的开关管动作，PWM4、PWM5以及PWM6用于控制所述第二三相逆变器的开关管动作，以抑制电机的零序电流和共模电压。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Ga1移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，PWM2的下降沿自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿自动与PWM5的上升沿对齐，其中，Ga1、Gb1以及Gc1为驱动所述第一三相逆变器上管的初始脉宽调制信号，Ga2、Gb2以及Gc2为驱动所述第二三相逆变器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Gc1移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM3，将Gc2移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM6下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，PWM2的下降沿自动与PWM4的下降沿对齐，PWM1的上升沿自动与PWM5的上升沿对齐，其中，Ga1、Gb1以及Gc1为驱动所述第一三相逆变器上管的初始脉宽调制信号，Ga2、Gb2以及Gc2为驱动所述第二三相逆变器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Gb1移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM2，将Gb2移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的下降沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM5下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc1使Gc1的上升沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，PWM3的下降沿自动与PWM4的下降沿对齐，PWM1的上升沿自动与PWM6的上升沿对齐，其中，Ga1、Gb1以及Gc1为驱动所述第一三相逆变器上管的初始脉宽调制信号，Ga2、Gb2以及Gc2为驱动所述第二三相逆变器上管的初始脉宽调制信号。优选地，若所述转子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制零序电流和共模电压的三相开绕组交流电机驱动系统，包括：直流电源(1)、直流母线电容(2)以及第一三相逆变器(3)，其特征在于，所述系统还包括第二三相逆变器(4)；所述第一三相逆变器(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；所述第二三相逆变器(4)包括第四桥臂、第五桥臂以及第六桥臂，所述第四桥臂包括第七开关管与第八开关管，所述第五桥臂包括第九开关管与第十开关管，所述第六桥臂包括第十一开关管与第十二开关管；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，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端连接，所述第十一开关管的第二端与所述第十二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、所述第七开关管的第一端、所述第九开关管的第一端以及所述第十一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、所述第八开关管的第二端、所述第十开关管的第二端以及所述第十二开关管的第二端均与所述直流电源(1)的负极端连接；在工作时，所述第一桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第一接线端连接，所述第二桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第二接线端连接，所述第三桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第三接线端连接，所述第四桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第四接线端连接，所述第五桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第五接线端连接，所述第六桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第六接线端连接。...

【技术特征摘要】
1.一种抑制零序电流和共模电压的三相开绕组交流电机驱动系统，包括：直流电源(1)、直流母线电容(2)以及第一三相逆变器(3)，其特征在于，所述系统还包括第二三相逆变器(4)；所述第一三相逆变器(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；所述第二三相逆变器(4)包括第四桥臂、第五桥臂以及第六桥臂，所述第四桥臂包括第七开关管与第八开关管，所述第五桥臂包括第九开关管与第十开关管，所述第六桥臂包括第十一开关管与第十二开关管；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，所述第九开关管的第二端与所述第十开关管的第一端连接，所述第十一开关管的第二端与所述第十二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、所述第七开关管的第一端、所述第九开关管的第一端以及所述第十一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、所述第八开关管的第二端、所述第十开关管的第二端以及所述第十二开关管的第二端均与所述直流电源(1)的负极端连接；在工作时，所述第一桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第一接线端连接，所述第二桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第二接线端连接，所述第三桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第三接线端连接，所述第四桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第四接线端连接，所述第五桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第五接线端连接，所述第六桥臂的中点与所述三相开绕组交流电机定子绕组的第六接线端连接。2.一种基于权利要求1所述的三相开绕组交流电机驱动系统的零序电流和共模电压抑制方法，其特征在于，包括：将旋转坐标系下的d轴电流、q轴电流以及零轴电流分别与d轴参考电流、q轴参考电流以及零轴参考电流进行比较，得到d轴误差电流、q轴误差电流以及零轴误差电流；通过所述d轴误差电流、所述q轴误差电流以及所述零轴误差电流，得到d轴参考电压、q轴参考电压以及零轴参考电压，并通过所述d轴参考电压、所述q轴参考电压、所述零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；由所述三相参考电压得到第一三相逆变器(3)各相的参考电压以及第二三相逆变器(4)各相的参考电压，通过将所述第一三相逆变器(3)各相的参考电压以及所述第二三相逆变器(4)各相的参考电压分别与三角载波进行幅值比较生成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，分别对各所述初始对称脉宽调制信号进行移相，以使所述第一三相逆变器(3)以及所述第二三相逆变器(4)输出相同的降低幅值的共模电压，得到目标脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5以及PWM6，其中，PWM1、PWM2以及PWM3用于控制所述第一三相逆变器(3)的开关管动作，PWM4、PWM5以及PWM6用于控制所述第二三相逆变器(4)的开关管动作，以抑制电机的零序电流和共模电压。3.根据权利要求2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。4.根据权利要求3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Ga1移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2移相半个开关周期得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，PWM2的下降沿自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿自动与PWM5的上升沿对齐，其中，Ga1、Gb1以及Gc1为驱动所述第一三相逆变器(3)上管的初始脉宽调制信号，Ga2、Gb2以及Gc2为驱动所述第二三相逆变器(4)上管的初始脉宽调制信号。5.根据权...

【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