CN110380662B - 消除双支路电机pwm噪声的拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除双支路电机PWM噪声的拓扑，所述拓扑包含四个电压源逆变器、三个耦合电感，其中：所述四个电压源逆变器并联在同一母线DC_link上；所述三个耦合电感的结构相同，每个耦合电感的同一铁芯上同相缠绕有四个匝数相同的线圈；每个电压源逆变器的同相输出与耦合电感相连，耦合电感的两端与双支路电机相连。本发明的拓扑不仅保持了传统电路拓扑动态响应快的优点，还能够有效地降低PWM频率的电压、电流谐波，消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小电力逆变器的输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。

Description

消除双支路电机PWM噪声的拓扑
技术领域
本发明涉及一种电路拓扑，用于消除电机驱动器或者电力逆变器给双支路电机带来的PWM噪声。
背景技术
传统的电机驱动器或者电力逆变器一般采用SVPWM策略对母线电压进行调制，从而得到三相交流电压。其产生的相电压中含有大量的谐波，其中的谐波主要集中在PWM频率以及其整数倍频率附近。相电压输入电机会产生相应的谐波电流，电流会在电机上激发出对应频率的振动与噪声。
在传统并联逆变器拓扑的基础上，保持双支路电机容错能力的前提下，如果想要消除载波频率谐波到3倍的载波频率谐波，那需要4个电压源型逆变器。通过载波移相和耦合电感的阻抗作用，使得载波频率到3倍的载波频率谐波在逆变器与耦合电感之间环流。这样会使得逆变器体积巨大，且无法充分发挥双支路电机的优势。
另一种方法是利用正弦波滤波器，但是正弦波滤波器如LC滤波器会通过基波，这样为了防止滤波器电感饱和，需要设计较大体积的滤波器，而且滤波器的引入会增加系统阶数，带来控制难度。
目前优化的空间矢量算法，例如随机频率调制，无法实现载波频率到3倍的载波频率谐波的消除，因此在开关频率受限制的场合中，需要进一步消除电机振动噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除双支路电机PWM噪声的拓扑，通过载波移相，可以消除电机驱动器驱动电机带来的PWM谐波。本发明能够有效地消除电机PWM倍频率的电磁振动及噪声，大幅度减小电力逆变器输出滤波器的体积。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种消除双支路电机PWM噪声的拓扑，包含四个电压源逆变器、三个耦合电感，其中：
所述四个电压源逆变器并联在同一母线DC_link上；
所述三个耦合电感的结构相同，每个耦合电感的同一铁芯上同相缠绕有四个匝数相同的线圈，其中：
第一个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂A-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂A-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂A-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂A-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端A1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端A2；
第二个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂B-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂B-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂B-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂B-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端B1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端B2；
第三个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂C-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂C-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂C-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂C-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端C1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端C2。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的拓扑不仅保持了传统电路拓扑动态响应快的优点，还能够有效地降低PWM频率的电压、电流谐波，消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小电力逆变器的输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。
附图说明
图1为传统双支路电机驱动电路拓扑；
图2为本发明提出的双支路电机驱动电路拓扑；
图3为耦合电感示意图；
图4为采用传统双支路电机驱动拓扑电机噪声；
图5为采用本发明双支路电机驱动拓扑的电机噪声；
图6为4个电压源逆变器并联拓扑的载波相位。
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，传统的抑制载波频率到3倍载波频率的双支路电机电路拓扑包含两个电压源逆变器以及双支路电机M。两个电压源逆变器并联在同一母线DC_link上；一个电压源逆变器的输出端A-1、B-1和C-1和双支路电机中的输入端A1、B1、C1相连；另外一个电压源逆变器的输出端A-2、B-2和C-2和双支路电机中的输入端A2、B2、C2相连。这种常规方法载波没有移相，且没有PWM倍频率高频谐波的抑制效果。
如图2所示，本发明提出的双支路电机驱动拓扑包含四个电压源逆变器和三个耦合电感，每个电压源逆变器的同相输出与改进的耦合电感相连，耦合电感的两端与双支路电机相连。其中，三个耦合电感的结构相同，每个耦合电感的结构如图3所示，在同一铁芯上缠绕四个匝数相同的线圈，铁芯可以有气隙也可以没有气隙，铁芯也不限于图中的形状，缠绕方式不限于图中的方式，但是必须同相缠绕。
第一个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂A-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂A-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂A-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂A-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端A1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端A2；
第二个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂B-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂B-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂B-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂B-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端B1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端B2；
第三个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂C-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂C-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂C-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂C-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端C1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端C2。
本发明拓扑中双支路电机不局限于同齿缠绕的强耦合双支路电机，两套绕组耦合很小的双模块或者双单元电机同样适用。
当PWM频率为4.0kHz时，采用传统拓扑的驱动器驱动的输出的相电压频谱如图4所示，采用本发明拓扑驱动器驱动的相电压频谱如图5所示。对比可见，4.0kHz的PWM谐波与3倍PWM频率谐波几乎被完全抑制，2次PWM谐波降低12.9dBV。本发明的拓扑略能够有效地消除PWM技术产生的电流谐波，进而有效地消除电机PWM的电磁振动及噪声。
改变四个逆变器的载波相位，使得同相相位相差0.5π，以A相为例，如图6所示，可以实现抑制载波频率到3倍载波频率谐波的效果。

Claims (1)

1.一种消除双支路电机PWM噪声的拓扑，其特征在于所述拓扑包含四个电压源逆变器、三个耦合电感，其中：
所述四个电压源逆变器并联在同一母线DC_link上；
所述三个耦合电感的结构相同，每个耦合电感的同一铁芯上同相缠绕有四个匝数相同的线圈，其中：
第一个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂A-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂A-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂A-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂A-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端A1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端A2；
第二个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂B-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂B-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂B-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂B-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端B1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端B2；
第三个耦合电感的线圈输入端①接第一个电压源逆变器的桥臂C-1的输出端，线圈输入端②接第二个电压源逆变器的桥臂C-2的输出端，线圈输入端③接第三个电压源逆变器的桥臂C-3的输出端，线圈输入端④接第四个电压源逆变器的桥臂C-4的输出端，线圈输出端⑤、线圈输出端⑥连接在一起，输出给双支路电机的输入端C1，线圈输出端⑦、线圈输出端⑧连接在一起，输出给双支路电机的输入端C2。
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