CN110034667A - 一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑 - Google Patents

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张文韬
邹继斌
禹国栋
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Abstract

本发明公开了一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑，所述电路拓扑包含电压源逆变器VSI1和VSI2、强耦合双支路电机M、滤波电感L1~L6和滤波电容C1~C6，VSI1的输出端A1、B1、C1和L1~L3的一端相连，L1~L3的另一端和M中的输入端x1、y1、z1相连；VSI2的输出端A2、B2、C2和L4~L6的一端相连，L4~L6的另一端和强M中的输入端x2、y2、z2相连；C1~C3的一端与L1~L3的一端相连，另一端连在一起；C4~C6的一端与L4~L6相连，另一端连在一起。该电路拓扑能够抑制PWM频率的电磁振动，大幅降低电机的噪音。

Description

一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑
技术领域
本发明涉及一种电路拓扑，用于消除强耦合双支路电机PWM谐波。
背景技术
传统的电机驱动器或者电力逆变器通常采用SVPWM策略或者SPWM对母线电压进行调制，从而得到三相交流电压。但是调制得到的相电压和相电流中含有大量的谐波，其中高次谐波主要集中在PWM频率以及其整数倍频率附近。而电流会在电机上激发出PWM频率及其整数倍频率的振动与噪声。
现有的电机驱动器或者并网逆变器通常不具备抑制PWM噪声的能力，常见的方法是提高PWM开关频率。提高开关频率会增大驱动器的损耗，对于大功率和对发热要求高的场合不适用。而针对双支路强耦合电机，由于其由两套同相的定子绕组构成，两套绕组之间耦合电感很大，采用载波移相会带来很大的谐波电流，得不偿失。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑，通过在每套绕组加入LC滤波器，利用其低通效应滤除PWM频率谐波电流。该电路拓扑能够有效地抑制强耦合双支路电机由于PWM开关带来的谐波电流，从而抑制PWM频率的电磁振动，大幅降低电机的噪音。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑，包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2、强耦合双支路电机M、六个相同的滤波电感L1~L6和六个相同的滤波电容C1~C6，其中：
两个电压源逆变器VSI1和VSI2并联在同一母线DC_link上；
电压源逆变器VSI1的输出端A1和滤波电感L1的一端相连，滤波电感L1的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端x1相连；
电压源逆变器VSI1的输出端B1和滤波电感L2的一端相连，滤波电感L2的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端y1相连；
电压源逆变器VSI1的输出端C1和滤波电感L3的一端相连，滤波电感L3的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端z1相连；
电压源逆变器VSI2的输出端A2和滤波电感L4的一端相连，滤波电感L4的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端x2相连；
电压源逆变器VSI2的输出端B2和滤波电感L5的一端相连，滤波电感L5的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端y2相连；
电压源逆变器VSI2的输出端C2和滤波电感L6的一端相连，滤波电感L6的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端z2相连；
滤波电容C1位于滤波电感L1和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C1的一端与滤波电感L1的一端相连；
滤波电容C2位于滤波电感L2和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C2的一端与滤波电感L2的一端相连；
滤波电容C3位于滤波电感L3和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C3的一端与滤波电感L3的一端相连；
滤波电容C1、C2、C3的另一端连在一起；
滤波电容C4位于滤波电感L4和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C4的一端与滤波电感L4的一端相连；
滤波电容C5位于滤波电感L5和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C5的一端与滤波电感L5的一端相连；
滤波电容C6位于滤波电感L6和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C6的一端与滤波电感L6的一端相连；
滤波电容C4、C5、C6的另一端连在一起。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的新型拓扑虽然会提高系统的阶数，增加控制难度，但是能够有效地降低PWM频率的电流谐波，减小电机PWM频率的电磁振动，大幅降低电机的高频噪音，具有极高的应用价值与经济价值。
附图说明
图1为传统强耦合双支路电机驱动电路拓扑；
图2为本发明提出的强耦合双支路电机驱动电路拓扑；
图3为逆变器（VSI）拓扑；
图4为采用传统强耦合双支路电机驱动拓扑电机噪声；
图5为采用本发明强耦合双支路电机驱动拓扑的电机噪声。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，传统强耦合双支路电机驱动电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2以及强耦合双支路电机M，强耦合双支路电机M的两套绕组在电机中的空间位置相同，两条支路之间耦合电感很大。VSI的电路拓扑如图3所示。两个电压源逆变器VSI1和VSI2并联在同一母线DC_link上；电压源逆变器VSI1的输出端A1、B1、C1和强耦合双支路电机中的输入端x1、y1、z1相连；电压源逆变器VSI2的输出端A2、B2、C2和强耦合双支路电机中的输入端x2、y2、z2相连。
本发明在传统强耦合双支路电机驱动电路拓扑的基础上，提出了一种新型的强耦合双支路电机驱动拓扑，用以滤除输出电流中的PWM谐波。如图2所示，其电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2，强耦合双支路电机M和六个相同的滤波电感L1、L2、L3、L4、L5、L6以及六个相同的滤波电容C1、C2、C3、C4、C5、C6。VSI1和VSI2的电路拓扑如图3所示。两个电压源逆变器VSI1和VSI2并联在同一母线DC_link上。电压源逆变器VSI1的输出端A1和滤波电感L1的一端相连，输出端B1和滤波电感L2的一端相连，输出端C1和滤波电感L3的一端相连。电压源逆变器VSI2的输出端A2和滤波电感L4的一端相连，输出端B2和滤波电感L5的一端相连，输出端C2和滤波电感L6的一端相连。滤波电感L1的另一端和强耦合双支路电机中的输入端x1相连，滤波电感L2的另一端和强耦合双支路电机中的输入端y1相连，滤波电感L3的另一端和强耦合双支路电机中的输入端z1相连。滤波电感L4的另一端和强耦合双支路电机中的输入端x2相连，滤波电感L5的另一端和强耦合双支路电机中的输入端y2相连，滤波电感L6的另一端和强耦合双支路电机中的输入端z2相连。滤波电容C1位于滤波电感L1和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C1的一端与滤波电感L1的一端相连；滤波电容C2位于滤波电感L2和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C2的一端与滤波电感L2的一端相连；滤波电容C3位于滤波电感L3和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C3的一端与滤波电感L3的一端相连；滤波电容C1、C2、C3的另一端连在一起。滤波电容C4位于滤波电感L4和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C4的一端与滤波电感L4的一端相连；滤波电容C5位于滤波电感L5和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C5的一端与滤波电感L5的一端相连；滤波电容C6位于滤波电感L6和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C6的一端与滤波电感L6的一端相连；滤波电容C4、C5、C6的另一端连在一起。
当PWM频率为4.0 kHz时，采用传统拓扑的驱动器驱动的电机噪声如图4所示，采用本发明新型拓扑驱动器驱动的电机噪声如图5所示。对比可见，4.0 kHz及以上的高频噪声全部被LC滤波器滤除。本发明的新型拓扑能够有效地消除电机PWM的电磁振动，进而消除PWM技术产生的人耳可闻噪声。

Claims (1)

1.一种消除强耦合双支路电机高频噪声的电路拓扑，包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2、强耦合双支路电机M，其特征在于所述电路拓扑还包含六个相同的滤波电感L1~L6和六个相同的滤波电容C1~C6，其中：
两个电压源逆变器VSI1和VSI2并联在同一母线DC_link上；
电压源逆变器VSI1的输出端A1和滤波电感L1的一端相连，滤波电感L1的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端x1相连；
电压源逆变器VSI1的输出端B1和滤波电感L2的一端相连，滤波电感L2的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端y1相连；
电压源逆变器VSI1的输出端C1和滤波电感L3的一端相连，滤波电感L3的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端z1相连；
电压源逆变器VSI2的输出端A2和滤波电感L4的一端相连，滤波电感L4的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端x2相连；
电压源逆变器VSI2的输出端B2和滤波电感L5的一端相连，滤波电感L5的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端y2相连；
电压源逆变器VSI2的输出端C2和滤波电感L6的一端相连，滤波电感L6的另一端和强耦合双支路电机M中的输入端z2相连；
滤波电容C1位于滤波电感L1和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C1的一端与滤波电感L1的一端相连；
滤波电容C2位于滤波电感L2和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C2的一端与滤波电感L2的一端相连；
滤波电容C3位于滤波电感L3和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C3的一端与滤波电感L3的一端相连；
滤波电容C1、C2、C3的另一端连在一起；
滤波电容C4位于滤波电感L4和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C4的一端与滤波电感L4的一端相连；
滤波电容C5位于滤波电感L5和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C5的一端与滤波电感L5的一端相连；
滤波电容C6位于滤波电感L6和强耦合双支路电机M之间，滤波电容C6的一端与滤波电感L6的一端相连；
滤波电容C4、C5、C6的另一端连在一起。
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