一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法技术

本发明专利技术公开了一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法，该方法能完全消除总共模电压，且能使线电压的五次、七次等低次谐波为零，避免了电机轴承因共模电压而被点蚀损坏，提高了电机系统的可靠性。该方法步骤：(1)从64个电压矢量中选择20个特殊电压矢量，这些电压矢量产生的总共模电压为零；(2)将基波平面划分成12个扇区；(3)判断指令电压V

【技术实现步骤摘要】
一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法


[0001]本专利技术属于空间脉冲宽度调制(SVPWM)领域，涉及一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法。

技术介绍

[0002]电机驱动系统常用于供暖、通风和升降机等场合。近些年来，越来越多地应用于电动汽车，即交通电气化。国际能源署(IEA)的一项研究表明电机驱动系统消耗约占全球电力供应的43％，其中70％属于工业应用，并预测电机能耗稳步增长，且全球电动机市场在未来几年将会继续增长。因此，电机驱动系统的可靠性极为重要。
[0003]研究表明，电机故障中有40％至70％是由轴承损坏引起
[1]。轴承损坏不仅会导致驱动系统效率持续下降，还会导致高昂的维修成本，降低了系统的可靠性。在基于PWM逆变器驱动电机中，轴承损坏通常是由PWM产生的共模电压造成。轴承各个部件之间都存在寄生电容，当轴承滚珠的润滑油膜未损坏时，可看成一个绝缘体，在轴承中形成一个寄生电容。由于定子绕组和转子之间的寄生电容、转子和定子间的寄生电容和轴承内部的电容形成了电容分压器。高频共模电压在轴承上产生电压，从而产生了容性电流。通常，容性电流的幅值并不大，约为5mA至0.2A
[2]。当高频共模电压在轴承上产生的感应电压超过轴承润滑剂的介电强度后，油膜被击穿，轴承相当于导体，转子轴和定子机壳之间发生放电，产生放电电流。导致轴承出现点蚀、凹槽等。电机接线处的电压变化会引起电流，该电流在定子机壳、轴承和转子轴之间循环。如果这个电流足够大，破坏了轴承润滑油膜的绝缘性，则形成了循环电流
[3]。如果转子通过负载接地，总接地电流的一部分可以通过转子和轴承接地，形成转子对地电流。如果电机的尺寸较大，则转子对地的电流就会较大，轴承的寿命会明显减少。另外，共模电压还会引起电磁干扰(EMI)和损坏导线的绝缘层。由于电机各个部件之间存在内在的寄生阻抗，在逆变器生成的高频共模电压作用下，会产生传导和辐射EMI
[4]。从而对驱动系统的其他子系统造成影响。为降低EMI的影响，通常可采用低阻抗电缆和相同长度的双绞线连接电缆
[5]。如果能消除共模电压，则从根源上解决这一问题。由于共模电压的dv/dt数值很大，导致绕组导线的绝缘层承受很大的电流应力
[6]。如果逆变器和电机之间距离较远，用较长的导线连接，则导线绝缘层更容易被损坏。
[0004]近些年，非对称六相电机的SVPWM技术得到了快速发展
[7]。对于共模电压的抑制或者消除，既可以通过改变调制策略实现，也可以通过改变硬件实现(如改变逆变器拓扑)。然而，改变硬件通常会增加成本，且使系统更加复杂。本专利技术是通过改变调制策略实现总共模电压完全消除。文献[8]提出了一种相移SPWM(PS
‑
SPWM
‑
1)的共模电压抑制策略。该策略使用六个三角形载波，这六个载波相互偏移1/6个载波周期。文献[9]提出了PS
‑
SPWM
‑
2和基于锯齿载波的SPWM(SC
‑
SPWM)策略。策略PS
‑
SPWM
‑
2使用两个相反的三角形作为载波，一个三角形载波用作一套三相绕组的载波，另一个三角形载波用作另一套三相绕组的载波。策略SC
‑
SPWM采用两种锯齿波作为载波，与PS
‑
SPWM
‑
2类似，一个锯齿波用作一套三相绕组的载波，另一个锯齿波用作另一套绕组的载波。这三种策略的调制波均为正弦波。对于PS
‑
SPWM
‑
Elimination for Dual Two
‑
Level Inverter
‑
Fed Asymmetrical Six
‑
Phase PMSM.IEEE Trans.Power Electron.2020,35,3828
–
3840.
[0017][11]Yang Huang,et al.A Novel Zero/Reduced Common
‑
Mode Voltage Modulation Scheme for a Dual Three
‑
Phase Motor Drive System in Full Modulation Span.IEEE Trans.Power Electron.,2022,37(6),6765
‑
6779.

技术实现思路

[0018]本专利技术中提到的非对称六相电机是指六相电机绕组为星形连接，两套三相绕组相互偏移30
°
，两套三相绕组形成的两个中性点相互隔离，且针对的驱动系统为两电平六相逆变器驱动非对称六相电机。本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法，该方法理论上能完全消除总共模电压，且能使五次、七次等低次谐波电压为零。从而避免电机轴承因共模电压而被点蚀损坏，延长电机轴承寿命，提高电机系统的可靠性。另外，所提方法还具有计算量小，便于DSP实施等优点。
[0019]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0020]对于电机绕组为星型连接的逆变器驱动系统，共模电压通常是指参考接地点和电机绕组中性点之间的电压。非对称六相电机的共模电压可以分为子共模电压和总共模电压。直流母线中点O通常选为接地点，六相电机两套绕组的中性点分别为点N和N
’
，O点与这两个中性点之间的电压V
ON
和V
ON
’
称为子共模电压。
[0021]两个子共模电压V
ON
和V
ON
’
的定义可以表示为：
[0022][0023][0024]其中，V
ao
、V
bo
、V
co
、V
uo
、V
vo
和V
wo
是逆变器六条支路的桥臂电压；S
j
＝1(j＝a,b...w)表示j相上支路的导通，S
j
＝0(j＝a,b...w)表示j相上支路的关断。一般来说，总共模电压V
cm
可以定义为
[0025][0026]由上式可知，每套三相绕组产生的子共模电压的所有可能值为
±
U
dc
/6和
±
U
dc
/2，六相绕组产生的总共模电压的所有可能值是
±
U
dc
/2、
±
U
dc
/3、
±
U
dc
/6和0。
[0027]非对称六相电机共有64个电压矢量，其中有20个电压矢量形成的两个子共模电压数值相反，大小相等，因此产生的总共模电压V
cm
为零。例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)从64个电压矢量中选择20个特殊电压矢量，这些电压矢量产生的总共模电压为零；(2)将基波平面划分成12个扇区；(3)判断指令电压V
r
的调制度是否小于或等于0.913；若小于或者等于，则进行第(4)步；若大于，则程序结束；(4)计算各电压矢量的作用时间；(5)生成各相的开关PWM信号，以驱动功率板；(6)在下一个离散时刻，重复步骤(3)至(5)。2.如权利要求1所述的一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法，其特征在于，步骤(1)中，从64个电压矢量中选择20个特殊电压矢量，这些电压矢量产生的总共模电压为零，具体过程如下：非对称六相电机的共模电压包含两个子共模电压(V
ON
和V
ON
’
)和一个总共模电压(V
cm
)，经过矢量空间解耦变换后，64个电压矢量中，有20个电压矢量的两个子共模电压数值相反，从而形成的总共模电压数值为零，这20个电压矢量如表1所示。表1总共模电压为零的电压矢量3.如权利要求1所述的一种非对称六相电机的零共模电压SVPWM调制方法，其特征在于，步骤(2)中，将基波平面划分成12个扇区，具体过程如下：在静止坐标系的基波平面上，指令电压V
r
的相位θ在(
‑
15
°
,15
°
)之间时，该区域属于第Ⅰ扇区；将该区域逆时针旋转30
°
，形成第Ⅱ扇区，依次类推，直到第
Ⅻ
扇区，如表2所示。表2每个扇区对应的角度范围4.如权利要求1所述的一种非对称六相...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵礼，黄守道，郑剑，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：