CN107834947A - 一种抑制零序电流的三相开绕组交流电机驱动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制零序电流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，本发明还提供了一种零序电流控制方法。由于本方法使逆变器输出的交流侧和直流侧电流具有倍频效果，可以降低电机的转矩脉动，同时减小逆变器直流侧输出的电压脉动，进而降低逆变器对直流侧电容的需求。本发明仅通过改进软件算法就实现，不需要增加任何的硬件成本，可以提高电机控制性能和电机控制器功率密度。

Description

一种抑制零序电流的三相开绕组交流电机驱动系统及方法
技术领域
本发明属于电机控制领域，更具体地，涉及一种抑制零序电流的三相开绕组交流电机驱动系统及方法。
背景技术
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。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抑制零序电流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问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，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1、直流母线电容2以及第一三相逆变器3，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。
按照本发明的另一方面，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，以抑制零序电流。
优选地，所述扇区的分区情况为：
优选地，若所述转子位置角度处于第一扇区，则将Ga1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM4下降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。
优选地，若所述转子位置角度处于第二扇区，则将Gc1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM3，将Gc2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM6下降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。
优选地，若所述转子位置角度处于第三扇区，则将Gb1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM2，将Gb2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc1使Gc1的上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM5下降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。
优选地，若所述转子位置角度处于第四扇区，则将Ga1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc2使Gc2的下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb2使Gb2的上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc1使Gc1的上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Gb1使Gb1的下降沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，PWM3的下降沿自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2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。
优选地，若所述转子位置角度处于第五扇区，则将Gc1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM3，将Gc2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga2使Ga2的下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga1使Ga1的上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb1使Gb1的下降沿与PWM6下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，PWM1的下降沿自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2的上升沿自动与PWM4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。
优选地，若所述转子位置角度处于第六扇区，则将Gb1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM2，将Gb2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga2使Ga2的下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga1使Ga1的上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM5下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，PWM1的下降沿自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿自动与PWM4的上升沿对齐，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。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明控制方法不需要增加硬件，通用性强，在抑制零序电流的同时，能够降低交流侧电流谐波，减小直流侧电容需求。
附图说明
图1是按照本发明实现的由单个直流电源供电的三相开绕组交流电机拓扑结构图；
图2是按照本发明实现的三相开绕组交流电机控制框图；
图3是按照本发明实现的三相开绕组交流电机零序电流控制算法流程图；
图4是按照本发明实现的驱动两套三相逆变器的脉宽调制信号波形图；
图5是按照本发明实现的零序电流控制与无零序电流控制的零序电流对比图；
图6是按照本发明实现的相电流与一般零序电流主动控制方法的相电流对比图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-直流电源，2-直流母线电容，3-第一三相逆变器，4-第二三相逆变器，5-三相开绕组交流电机，6-三相交流电机接地。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种抑制零序电流的三相开绕组交流电机驱动系统及方法，其目的在于抑制由单个电源供电引起的零序电流，同时不牺牲拓扑的自由度，提高系统的控制效果。
如图1所示，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1、直流母线电容2、第一三相逆变器3以及第二三相逆变器4；
第一三相逆变器3包括第一桥臂、第二桥臂以及第三桥臂，第一桥臂包括第一开关管与第二开关管，第二桥臂包括第三开关管与第四开关管，第三桥臂包括第五开关管与第六开关管；
第二三相逆变器4包括第四桥臂、第五桥臂以及第六桥臂，第四桥臂包括第七开关管与第八开关管，第五桥臂包括第九开关管与第十开关管，第六桥臂包括第十一开关管与第十二开关管；
第一开关管的第二端与第二开关管的第一端连接，第三开关管的第二端与第四开关管的第一端连接，第五开关管的第二端与第六开关管的第一端连接；
第七开关管的第二端与第八开关管的第一端连接，第九开关管的第二端与第十开关管的第一端连接，第十一开关管的第二端与第十二开关管的第一端连接；
直流母线电容2的第一端、第一开关管的第一端、第三开关管的第一端、第五开关管的第一端、第七开关管的第一端、第九开关管的第一端以及第十一开关管的第一端均与直流电源1的正极端连接；
直流母线电容2的第二端、第二开关管的第二端、第四开关管的第二端、第六开关管的第二端、第八开关管的第二端、第十开关管的第二端以及第十二开关管的第二端均与直流电源1的负极端连接；
在工作时，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，第二桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第二接线端连接，第三桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第三接线端连接，第四桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第四接线端连接，第五桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第五接线端连接，第六桥臂的中点与三相开绕组交流电机定子绕组的第六接线端连接。
其中，直流电源1用于向系统提供直流电，第一三相逆变器3与第二三相逆变器4用于将直流电逆变为三相交流电流并输入到电机定子绕组中驱动电机工作，三相开绕组交流电机5用于将电能转化为机械能输出，直流母线电容2用于稳定直流侧电压，电机接地6用于防止电机因故障或者绝缘损坏而导致漏电对设备线路或者人身触电危险。
其中，三相开绕组交流电机5包括感应电机以及永磁同步电机。
本发明还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，主要思路是在传统单极倍频SPWM调制方法的基础上，在每个矢量合成的扇区进行适当的载波移相，使两套三相逆变器实时输出相同的共模电压，从而消除逆变器输入到三相开绕组交流电机中的零序电压，实现零序电流的抑制。
在电机控制方面，采用矢量控制方法，其基本思路是通过脉宽调制电路中设计的d轴，q轴和零轴电流控制器产生旋转坐标系下的参考电压矢量，然后通过坐标变换计算静止坐标系下的三相参考电压，再选择三角载波与三相参考电压指令作幅值比较，产生所需的脉宽调制信号用于控制逆变器的开关管动作。
如图2所示，三相交流电机采用矢量控制方法。控制系统由内环(电流环)与外环(速度环)组成。速度环通过速度控制器调节参考速度与反馈速度之差得到转矩电流分量的指令值iqref，同样d轴和零轴电流的指令值idref和i0ref也根据实际需要进行调节。参考电流在dq0坐标下与反馈电流比较，其中dq0坐标下的反馈电流为测量到的三相电流经过坐标变换得到，最后由d轴，q轴和零轴电流控制器进行调节，产生参考电压Vd，Vq和V0。Vd，Vq和V0再经过坐标变换产生静止坐标系下的三相参考电压Va，Vb和Vc，最后Va，Vb和Vc输入到零序电流控制算法模块，产生两套逆变器的PWM信号用于驱动其对应的开关管动作，实现对电机的电流和速度的控制。电机的转子位置用于坐标变换，电机的转速用于速度环反馈，其中转子位置和转速可以由位置传感器得到。具体地，包括以下步骤：
(1)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；
其中，由得到旋转坐标系下的d轴电流id、q轴电流iq以及零轴电流i0，ia、ib以及ic为静止坐标系下的三相电流，θ为转子位置角度。
其中，ia、ib以及ic通过采样反馈电路中电流传感器获取，θ由位置传感器获取，采样反馈电路输入端接三相开绕组交流电机5电流传感器和转子位置传感器的输出端，输出与驱动控制电路相连，用于采集三相开绕组交流电机定子绕组电流和转子位置信息并送入至驱动控制电路，驱动控制电路产生PWM信号用于控制第一三相逆变器3与第二三相逆变器4各开关管动作，输出指令电压，控制电机定子绕组中的电流。
(2)通过d轴误差电流、q轴误差电流以及零轴误差电流，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d轴参考电压、q轴参考电压、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；
其中，由得到d轴误差电流id_err、q轴误差电流iq_err以及零轴误差电流i0_err，idref、iqref以及i0ref分别为d轴、q轴和零轴的参考电流。
其中，Vd、Vq与V0分别为d轴、q轴和零轴电流控制器输出的参考电压指令。
其中，由得到静止坐标系下的三相参考电压Va、Vb以及Vc。
(3)由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；
(4)根据转子位置角度所处的扇区，分别对各初始对称脉宽调制信号进行移相，以使第一三相逆变器3以及第二三相逆变器4输出相同的共模电压，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用于控制第一三相逆变器3的开关管动作，PWM4、PWM5以及PWM6用于控制第二三相逆变器4的开关管动作，以抑制零序电流。
如图3所示，三相参考电压均分到两套三相逆变器中，两套逆变器各相获取的参考电压为：其中Va1，Vb1和Vc1为第一三相逆变器3的三相参考电压，Va2，Vb2和Vc2为第二三相逆变器4的三相参考电压。通过将两组三相电压指令同三角载波进行幅值比较生成对称的初始SPWM脉宽调制信号；另外加入转子位置角度，进行扇区判断，扇区分组情况为：
根据扇区情况在每个扇区选择对应的移相方案，最后生成目标SPWM脉宽调制信号用于驱动两套三相逆变器的开关管动作和参考电压输出。
如图4所示，左边图例为一般SPWM调制方法在扇区1～6中生成的初始对称脉宽调制信号，其中Ga1、Gb1、Gc1、Ga2、Gb2以及Gc2分别为驱动两套三相逆变器上管的初始脉宽调制信号波形，Vcm1与Vcm2分别为两套逆变器输出的共模电压。可以看出两套逆变器输出的共模电压不相同，会在三相开绕组电机中产生零序电流；右边图例为改进的SPWM调制方法生成的目标脉宽调制信号，通过对初始脉宽调制信号进行合适的移相，可以保证两套逆变器输出的共模电压在一个开关周期内保持相同，从而抑制零序电流。其中实现零序电流抑制效果的移相原理如下：
在第一扇区内，A相的两个初始脉宽调制信号，Ga1在六个脉宽调制信号占空比最大，而Ga2在六个脉宽调制信号占空比最小，此时维持A相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM1与目标脉宽调制信号PWM4，而B相和C相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Gb2向右移使其下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，而Gc2向左移使其上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，另外Gb1向右移使其上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，而Gc1向左移使其下降沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，而剩下的边沿位置PWM2的下降沿会自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿会自动与PWM5的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流；
在第二扇区内，C相的两个初始脉宽调制信号，Gc1在六个脉宽调制信号占空比最小，而Gc2在六个脉宽调制信号占空比最大，此时维持C相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM3与目标脉宽调制信号PWM6，而A相和B相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Gb2向左移使其下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，而Ga2向右移使其上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，另外Gb1向左移使其上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，而Ga1向右移使其下降沿与PWM6下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，而剩下的边沿位置PWM2的下降沿会自动与PWM4的下降沿对齐，PWM1的上升沿会自动与PWM5的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流；
在第三扇区内，B相的两个初始脉宽调制信号，Gb1在六个脉宽调制信号占空比最大，而Gb2在六个脉宽调制信号占空比最小，此时维持B相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM2与目标脉宽调制信号PWM5，而A相和C相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Gc2向右移使其下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，而Ga2向左移使其上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，另外Gc1向右移使其上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，而Ga1向左移使其下降沿与PWM5下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，而剩下的边沿位置PWM3的下降沿会自动与PWM4的下降沿对齐，PWM1的上升沿会自动与PWM6的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流；
在第四扇区内，A相的两个初始脉宽调制信号，Ga1在六个脉宽调制信号占空比最小，而Ga2在六个脉宽调制信号占空比最大，此时维持A相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM1与目标脉宽调制信号PWM4，而B相和C相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Gc2向左移使其下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，而Gb2向右移使其上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，另外Gc1向左移使其上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，而Gb1向右移使其下降沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，而剩下的边沿位置PWM3的下降沿会自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2的上升沿会自动与PWM6的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流；
在第五扇区内，C相的两个初始脉宽调制信号，Gc1在六个脉宽调制信号占空比最大，而Gc2在六个脉宽调制信号占空比最小，此时维持C相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM3与目标脉宽调制信号PWM6，而A相和B相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Ga2向右移使其下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，而Gb2向左移使其上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，另外Ga1向右移使其上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，而Gb1向左移使其下降沿与PWM6下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，而剩下的边沿位置PWM1的下降沿会自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2的上升沿会自动与PWM4的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流；
在第六扇区内，B相的两个初始脉宽调制信号，Gb1在六个脉宽调制信号占空比最小，而Gb2在六个脉宽调制信号占空比最大，此时维持B相的两个初始脉宽调制信号不变得到目标脉宽调制信号PWM2与目标脉宽调制信号PWM5，而A相和C相的初始脉宽调制信号需要进行移相控制，Ga2向左移使其下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，而Gc2向右移使其上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，另外Ga1向左移使其上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，而Gc1向右移使其下降沿与PWM5下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，而剩下的边沿位置PWM1的下降沿会自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿会自动与PWM4的上升沿对齐。采用上述移相方式后，可以保证两套逆变器在此扇区内共模电压保持一致，从而消除零序电压，抑制零序电流。
如图5所示，在相同工况下进行一般调制算法与零序电流抑制算法的零序电流对比。可以看出相比一般调制算法，采用零序电流抑制算法可以极大降低零序电流，提高电机控制的效果。
如图6所示，在相同工况下进行已有的零序电流抑制算法与提出的零序电流抑制算法的相电流对比。可以看出提出的零序电流抑制算法相比已有的零序电流抑制算法，其相电流的电流纹波和谐波含量更小，可以获得更好的电机控制效果。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抑制零序电流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，以抑制零序电流。
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保持不变得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM4下降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二扇区，则将Gc1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM3，将Gc2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb2使Gb2的下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb1使Gb1的上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM6下降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(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。
6.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三扇区，则将Gb1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM2，将Gb2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc2使Gc2的下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga2使Ga2的上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc1使Gc1的上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Ga1使Ga1的下降沿与PWM5下降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(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。
7.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四扇区，则将Ga1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM1，将Ga2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc2使Gc2的下降沿与PWM1下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Gb2使Gb2的上升沿与PWM1上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Gc1使Gc1的上升沿与PWM4上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，移动Gb1使Gb1的下降沿与PWM4下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，PWM3的下降沿自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2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(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。
8.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五扇区，则将Gc1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM3，将Gc2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga2使Ga2的下降沿与PWM3下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gb2使Gb2的上升沿与PWM3上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga1使Ga1的上升沿与PWM6上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gb1使Gb1的下降沿与PWM6下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM2，PWM1的下降沿自动与PWM5的下降沿对齐，PWM2的上升沿自动与PWM4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。
9.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六扇区，则将Gb1保持不变得到目标脉宽调制信号PWM2，将Gb2保持不变得到目标脉宽调制信号PWM5，移动Ga2使Ga2的下降沿与PWM2下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM4，移动Gc2使Gc2的上升沿与PWM2上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM6，移动Ga1使Ga1的上升沿与PWM5上升沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM1，移动Gc1使Gc1的下降沿与PWM5下降沿对齐得到目标脉宽调制信号PWM3，PWM1的下降沿自动与PWM6的下降沿对齐，PWM3的上升沿自动与PWM4的上升沿对齐，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。
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