CN107332434A - 一种电机驱动系统共模电流抑制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，提供一种电机驱动系统共模电流抑制电路，用以解决可控整流与逆变器产生的高频干扰对电机驱动系统以及其周围设备的干扰；本发明包括3个LC滤波电路、传动装置及微控制单元；3个LC滤波电路分别串联于逆变器输出端与电机输入端之间，每个LC滤波电路均由可调电感与无极性电容串联构成；微控制单元根据逆变器输出的调制波信号频率控制传动装置，所述传动装置通过滑动片单独控制每个LC滤波电路中可调电感的电感值使电机的驱动电流在该LC滤波电路中达到谐振。本发明从共模电流总的传导路径上进行有效抑制，实现电机驱动系统共模电流抑制；同时，保证不会衰减电机的驱动信号。

Description

一种电机驱动系统共模电流抑制电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种电机驱动系统共模电流抑制电路。
背景技术
随着现代社会的发展，对电机的转速要求越来越高，电机驱动系统中开关器件的开关频率越来越高，由于高频的du/dt以及寄生电容的存在会为高频信号提供阻抗较小的回路，这些高频的电流信号会对电机驱动系统产生严重的电磁干扰(EMI)。例如，高频共模电流形成高频的电磁辐射导致周围设备以及系统自身的闭合回路中产生一定的感应电流。因此，为满足电机在高速运转的情况下系统能正常工作，必须对电机驱动系统中的共模电流进行抑制。
目前，常用的共模电流抑制电路如图2所示，在逆变器输出端与电机输入端之间并联三个电容接地，提供高频回路使得共模电流可以从该电容流走，但是由于电机机壳与接地回路之间原本就存在寄生电容，如果采用并联电容接地的方式来抑制共模电流就会出现多个高频电流回路，此时，共模电流的抑制效果就会降低；同时，该电路相当于是在原来的共模电流回路上并联了一个较小的阻抗回路，实际上会增大整个系统中的共模电流，可能使得系统中的电磁干扰情况变得更加明显。
电机驱动系统中共模信号产生的原因主要是3部分，一部分是供电系统引入的谐波信号；一部分是整流器的整流功能引入的谐波信号；另外就是逆变器中IGBT的开关动作引入的谐波信号。供电系统引入的谐波信号一般较小；而不可控整流器引入的谐波信号一般是基波的奇数倍频信号，频率较低，可控整流器引入的谐波信号主要是载波的倍频信号；逆变器中IGBT的开关动作引入的谐波信号主要是谐波的倍频信号。而一般可控整流与逆变器引入的谐波信号的频率在数量级都在几十kHz到几百kHz左右，这个频段的信号才是共模电流产生的原因，因此，本发明主要针对该频段进行抑制。
发明内容
本发明目的在于提供一种电机驱动系统共模电流抑制电路，在从传导路径上抑制共模电流而不影响驱动信号，解决了可控整流与逆变器产生的高频干扰对电机驱动系统以及其周围设备的干扰，同时不会衰减电机的驱动信号。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电机驱动系统共模电流抑制电路，包括3个LC滤波电路、传动装置及微控制单元(MCU)；其特征在于，所述3个LC滤波电路分别串联于逆变器输出端与电机输入端之间，每个LC滤波电路均由可调电感与无极性电容串联构成；所述微控制单元(MCU)根据逆变器输出的调制波信号频率控制传动装置，所述传动装置通过滑动片单独控制每个LC滤波电路中可调电感的电感值，使其满足如下关系式：
其中，f为调制波信号频率，C为无极性电容容值，L为可调电感的电感值。
本发明中，3个LC滤波电路分别连接在逆变器的U、V、W端及其对应的电机输入端之间；所述可调电感可由多个可调电感串联组成，所述无极性电容可由多个无极性电容串联组成。
电感由线圈绕制而成，采用磁导率较高的材料绕成的电感能够增大电感的值，数学关系式如下：
其中，N为线圈的匝数，Ac为磁芯的截面积，u为磁芯的磁导率，lc为磁路的平均长度。
传动装置通过多组滑动片可以独立调节每个LC滤波电路中电感接入电路的位置(线圈匝数)，即调节接入电路的电感值；电容为无极性电容，其容值根据实际应用需求设定；MCU接收控制信号中的调制波频谱，根据调制波频率控制传动装置调节电感值使电机的驱动电流在该LC滤波电路中达到谐振，此时，LC滤波电路形成的阻抗值对于谐波信号的阻抗很大，而对于控制电机旋转的调制波信号基本没影响。例如，电机驱动电流的频率为100Hz，此时，选择20个10mH的电感串联调节其电感值，组成一个25.3mH的电感，再将10个10uF的无极性电容并联组成一个100uF的无极性电容，则组成的LC滤波电路对100Hz信号的阻抗为0，而对10kHz～100kHz信号的阻抗可达到1MΩ以上。
本发明的有益效果在于：
提供电机驱动系统共模电流抑制电路，增加了共模电流的回路阻抗，从共模电流总的传导路径上进行有效抑制，使得整个电机驱动系统内部总体的共模电流减小，即实现电机驱动系统共模电流抑制；同时，保证不会衰减电机的驱动信号。
附图说明
图1为本发明共模电流抑制电路结构框图。
图2为现有共模电流抑制电路结构框图。
图3为本发明共模电流抑制电路仿真框图
图4为仿真框图中的供电电路仿真框图。
图5为仿真框图中的整流器电路仿真框图。
图6为仿真框图中的逆变电路以及电机的仿真框图。
图7为无抑制时的相电流时域波形及其频谱。
图8为无抑制时的共模电流时域波形及其频谱。
图9为加抑制后的相电流时域波形及其频谱。
图10为加抑制后的共模电流时域波形及其频谱。
具体实施方式
以下结合具体实施例与附图，对本发明做进一步的详细说明。
本实施例中提供电机驱动系统共模电流抑制电路，其电路结构如图1所示，在逆变器输出与电机输入之间分别串联由可调的电感L与无极性电容C组成的LC滤波电路，其中，电容C的值固定为100uF，电感L的感值根据MCU控制传动装置调节。
仿真框图如图3所示，其中，供电电路、整流器电路、逆变电路以及电机的仿真框图分别如图4、图5、图6所示；仿真中逆变器控制电路载波为20kHz的锯齿波，调制波为50Hz的正弦信号，共模电流抑制电路电感L为101.3mH，电容C为100uF。
无抑制时相电流如图7所示，50Hz的驱动电流幅值为3.8A，20kHz及其倍频谐波电流为0.02A左右；加上本发明抑制电路后，相电流如图9所示，50Hz的驱动电流幅值为3.8A，20kHz及其倍频谐波电流都在0.008A以下，高频谐波电流被抑制了一半以上。
无抑制时共模电流如图8所示，20kHz谐波电流为0.08A左右；加上本发明抑制电路后，共模电流如图10所示，20kHz谐波电流都在0.028A，高频谐波电流被抑制了一半以上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (1)

1.一种电机驱动系统共模电流抑制电路，包括3个LC滤波电路、传动装置及微控制单元(MCU)；其特征在于，所述3个LC滤波电路分别串联于逆变器输出端与电机输入端之间，每个LC滤波电路均由可调电感与无极性电容串联构成；所述微控制单元(MCU)根据逆变器输出的调制波信号频率控制传动装置，所述传动装置通过滑动片单独控制每个LC滤波电路中可调电感的电感值，使其满足如下关系式：
<mrow> <mi>L</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mi>C</mi> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，f为调制波信号频率，C为无极性电容容值，L为可调电感的电感值。
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