CN110932533B - 共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法 - Google Patents

共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法。在本发明涉及的双逆变器驱动异步电机系统中，其中一台逆变器工作在低频六脉波状态，而另一台工作在高频调制状态。即通过在工作在高频调制状态的逆变器上加装共模滤波器，达到抑制高频共模电压的效果。具体内容包括，共中线开绕组电驱动拓扑的结构，共模滤波器的参数选取，电压矢量在两逆变器之间的分配。本方案相比于其他方案，本方案的高频共模电压抑制能力更强；且由于仅在其中一台逆变器上加装共模滤波器，成本较低。

Description

共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法
技术领域
本发明涉及开绕组电机驱动领域，具体地说是一种共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法。
背景技术
共中线开绕组电机拓扑受到共模电压的作用，对周边设备产生明显的电磁干扰。同时，共模电压将引发轴电流，这会降低电机的寿命。而在这两种影响中，高频共模电压或称共模电压的高频分量最为主要。为了减小这种干扰，应当对高频共模电压进行抑制。本方案采取两种相结合的方法，其一是将一台逆变器工作在六脉波方式避免了该逆变器高频PWM调制而产生高频共模电压，而另一台逆变器工作在高频PWM调制状态。其二是在高频PWM调制侧的逆变器上串入共模滤波器。并且共中线拓扑结构为共模滤波器的设计提供了零序共模通路。现有工程方案多为优化SVPWM法或在单逆变器驱动拓扑上加装共模滤波器。目前针对于共中线开绕组拓扑共模电压抑制的学术论文鲜有报道。
在其他开绕组拓扑上，抑制共模电压主要采用优化SVPWM法，使用含有共模电压较小的矢量组合。题为“Impact of reduced common mode voltage PWM and common modeinductor on EMI characteristics of an inverter-driven motor”(Liu Fang，LuTing，Zhao Zhengming，et al.2014XXXIth URSI General Assembly and ScientificSymposium)(刘芳，陆婷，赵争鸣等，减少共模电压的脉宽调制和共模电感对单逆变器驱动电机电磁干扰特性的影响，2014年第31届URSI全体会议及科学研讨会，2014)介绍了3D-AZSPWM方案，在软件层面抑制了共模电压的峰峰值。但该方案对共模电压的抑制效果十分有限，系统的高频共模电压输出依然较高。同时，该论文中方案并没有推广到双逆变器驱动电机的拓扑下。
题为“An integrated inverter output passive sinewave filter foreliminating both common and differential mode PWM motor drive problems”(T.Luu，T.Shudarek,2017IEEE Applied Power Electronics Conference andExposition，2017)(T.Luu，T.Shudarek,一种解决共模和差模两种脉宽调制电机驱动问题设置于逆变器输出的被动式正弦波滤波器，2017年IEEE电力电子会议及展览会)介绍了一种单逆变器驱动电机的拓扑下，共模滤波器的设计。但该论文并未将共模电压抑制方案推广到双逆变器驱动电机的拓扑下。
题为“Design and development of a single CM filter for bearing currentand ground current reduction in a dual two level inverter fed open endwinding induction motor drive”(J.Kalaiselvi,S.Srinivas,2016IEEE InternationalConference on Power Electronics,2016)(J.Kalaiselvi，S.Srinivas，两电平双逆变器开绕组感应电机中抑制轴电流和对地电流的单共模滤波器设计与研制，2016IEEE电力电子国际会议，2016)介绍了双逆变器驱动电机拓扑中，在其中一台逆变器上加装共模滤波器，对共模电压进行抑制。但该文采用的为双隔离电源双逆变器拓扑，且两台逆变器均产生高频共模电压，其中一台逆变器加装共模滤波器仅仅对高频共模电压的一部分起抑制作用。
综上所述，对于共中线开绕组拓扑共模电压抑制还极为少见；在单台逆变器工作在六脉波状态时，共中线开绕组电机拓扑的共模电压抑制策略未有报道。具体地说，存在以下问题：
1.软件层面抑制共模电压存在较大的局限性，在该方案下，系统高频共模电压的含量依然较大。
2.现有额外加装硬件以减少共模电压的方案，多局限于单逆变器驱动电机拓扑中，并未推广到上双逆变器驱动电机拓扑下。
3.在双逆变器驱动电机拓扑下双逆变器均工作在高频调制状态时，若仅在单逆变器上加装共模滤波器，共模滤波性能并不理想，系统仍然含有较高的共模电压；若两逆变器上均加装共模滤波器，将会使硬件成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，在共中线开绕组电机拓扑中，如何通过加装硬件法以及令单台逆变器工作在六脉波状态，从而实现共模电压的有效抑制；
本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法，本方法涉及的共中线开绕组电驱动系统拓扑结构包括第一直流源Udc1、第二直流源Udc2、第一逆变器VSI1、第二逆变器VSI2、三相定子绕组OEWIM、中线I和共模滤波器CMF；其中，第一逆变器VSI1工作在低频六脉波状态，第二逆变器VSI2工作在高频调制状态；
第一直流源Udc1由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I1，第二直流源Udc2由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I2，中线I连接点I1和点I2；设中线I的任意一点电位一致，且第一直流源Udc1和第二直流源Udc2之间的关系满足：Udc1＜Udc2；
第一逆变器VSI1包含六个开关管，分别记为开关管Sa11、开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sb12、开关管Sc11和开关管Sc12；VSI1的三相桥臂相互并联在第一直流源Udc1的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc11的集电极并联后连接第一直流源Udc1的直流正母线，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc12的发射极并联后连接第一直流源Udc1的直流负母线；在VSI1的三相桥臂中，开关管Sa11和开关管Sa12串联，其连接点记为点a1，开关管Sb11和开关管Sb12串联，其连接点记为点b1，开关管Sc11和开关管Sc12串联，其连接点记为点c1；
第二逆变器VSI2包含六个开关管，分别记为开关管Sa21、开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sb22、开关管Sc21和开关管Sc22；VSI2的三相桥臂相互并联在第二直流源Udc2的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21的集电极并联后连接第二直流源Udc2的直流正母线，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22的发射极并联后连接第二直流源Udc2的直流负母线；在VSI2的三相桥臂中，开关管Sa21和开关管Sa22串联，其连接点记为点a2，开关管Sb21和开关管Sb22串联，其连接点记为点b2，开关管Sc21和开关管Sc22串联，其连接点记为点c2；
共模滤波器包含共模电感Lc、共模电容Cc和共模电阻Rc；共模电感Lc一边的三个端点分别接于点a2,b2,c2，另一边的三个端点记为点a′2、点b′2和点c′2，点a′2、点b′2、点c′2与三相定子绕组右端口的三个端点连接；共模电容Cc一边的三个端点分别连接与点a′2、点b′2、点c′2连接，另一边三个端点连接在一起并记为点d，共模电阻Rc的一端连接在点d点，另一端连接于中线I；
所述三相定子绕组OEWIM包括三相绕组，A相绕组、B相绕组和C相绕组的左端口分别接点a1,b1,c1，右端口分别接点a′2、点b′2和点c′2；
本高频共模电压抑制方法包括以下步骤：
步骤1，选取共模电感Lc的数值；
设共模电感Lc的取值范围为10mH≤Lc≤100mH；
步骤2，设计共模电感Lc的漏感值Ld；
设共模电感Lc的漏感值Ld的取值范围为0.1mH≤Ld≤0.5mH；
步骤3，选取共模谐振频率fc，确定共模电容Cc；
若30fn≥fw/3，则取
Figure BDA0002306220040000054
若30fn＜fw/3，则取30fn＜fc＜fw/3
其中，fn为电机额定运行频率，fw为脉宽调制载波频率；
共模电容Cc的计算式为：
Figure BDA0002306220040000051
步骤4，选取共模电阻Rc，其计算式为：
Figure BDA0002306220040000052
步骤5，给定瞬时总体参考电压矢量；
给定瞬时总体参考电压矢量Us，其极坐标设置为|Us|∠θ，θ为瞬时总体参考电压矢量Us在极坐标系下的参考电压矢量角；
所述瞬时总体参考电压矢量Us满足：
Figure BDA0002306220040000053
步骤6，计算第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1；
将分配给第一逆变器VSI1的参考电压矢量记为第一参考电压矢量Us1，第一参考电压矢量Us1的极坐标设置为|Us1|∠θ1，θ1为第一参考电压矢量Us1在极坐标系下的参考电压矢量角；
第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1的计算如下：
当-30°≤θ≤30°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000061
且Ucm1＝-Udc1/6；
当30°＜θ≤90°时，开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000062
且Ucm1＝Udc1/6；
当90°＜θ≤150°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000063
且Ucm1＝-Udc1/6；
当150°＜θ≤210°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000064
且Ucm1＝Udc1/6；
当210°＜θ≤270°时，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000065
且Ucm1＝-Udc1/6；
当270°＜θ≤330°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000066
且Ucm1＝Udc1/6；
步骤7，计算第二逆变器VSI2工作时各个电压矢量的作用时间；
步骤7.1，将分配给第二逆变器VSI2的参考电压矢量记为第二参考电压矢量Us2，Us2＝Us1-Us，Us2的极坐标设置为|Us2|∠θ2，θ2为第二参考电压矢量Us2在极坐标系下的参考电压矢量角；
步骤7.2，根据开关管的工作状态，第二逆变器VSI2输出8种不同的电压矢量：
状态1，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V20，电压矢量V20在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t20；
状态2，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V21，电压矢量V21在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t21；
状态3，开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V22，电压矢量V22在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t22；
状态4，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V23，电压矢量V23在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t23；
状态5，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V24，电压矢量V24在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t24；
状态6，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V25，电压矢量V25在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t25；
状态7，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V26，电压矢量V26在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t26；
状态8，将开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V27，电压矢量V27在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t27；
步骤7.3，矢量作用时间t20、t21、t22、t23、t24、t25、t26、t27的计算如下：
当0°＜θ2≤60°时，电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000081
当60°＜θ2≤120°时，电压矢量V21、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000091
当120°＜θ2≤180°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000092
当180°＜θ2≤240°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000093
当240°＜θ2≤300°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24不作用，则：
Figure BDA0002306220040000101
当300°＜θ2≤360°时，电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25不作用，则：
Figure BDA0002306220040000102
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1.在双逆变器驱动电机拓扑中，其中一台逆变器工作在低频六脉波状态下，减小系统产生的高频共模电压，而另一台逆变器工作在高频调制状态。同时仅为工作在高频调制状态的逆变器加装共模滤波器，节省了硬件成本；
2.通过选取共模滤波器的共模谐振频率，设计共模滤波器参数；
3.通过电压矢量在两台逆变器之间的分配，实现两逆变器的协同工作；
附图说明
图1是带有共模滤波器的共中线开绕组电驱动拓扑结构；
图2是第一逆变器VSI1和第二逆变器VSI2各自所分配的电压矢量位置示例。
图3是无共模滤波器CMF时的共模电压仿真图。
图4是有共模滤波器CMF时的共模电压仿真图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明提出了具体地说是一种双逆变器驱动异步电机系统中，其中一台工作在低频六脉波状态，而另一台逆变器工作在高频调制状态时的共中线开绕组电驱动系统高频共模电压抑制方法。能在仅加装少量硬件的情况下，抑制电机高频共模电压。
图1是本发明涉及的共中线开绕组电驱动拓扑结构。由该图可见，本方法涉及的共中线开绕组电驱动系统拓扑结构包括第一直流源Udc1、第二直流源Udc2、第一逆变器VSI1、第二逆变器VSI2、三相定子绕组OEWIM、中线I和共模滤波器CMF。其中，第一逆变器VSI1工作在低频六脉波状态，第二逆变器VSI2工作在高频调制状态。
第一直流源Udc1由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I1，第二直流源Udc2由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I2，中线I连接点I1和点I2；设中线I的任意一点电位一致，且第一直流源Udc1和第二直流源Udc2之间的关系满足：Udc1＜Udc2。
第一逆变器VSI1包含六个开关管，分别记为开关管Sa11、开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sb12、开关管Sc11和开关管Sc12；VSI1的三相桥臂相互并联在第一直流源Udc1的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc11的集电极并联后连接第一直流源Udc1的直流正母线，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc12的发射极并联后连接第一直流源Udc1的直流负母线；在VSI1的三相桥臂中，开关管Sa11和开关管Sa12串联，其连接点记为点a1，开关管Sb11和开关管Sb12串联，其连接点记为点b1，开关管Sc11和开关管Sc12串联，其连接点记为点c1。
第二逆变器VSI2包含六个开关管，分别记为开关管Sa21、开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sb22、开关管Sc21和开关管Sc22；VSI2的三相桥臂相互并联在第二直流源Udc2的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21的集电极并联后连接第二直流源Udc2的直流正母线，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22的发射极并联后连接第二直流源Udc2的直流负母线；在VSI2的三相桥臂中，开关管Sa21和开关管Sa22串联，其连接点记为点a2，开关管Sb21和开关管Sb22串联，其连接点记为点b2，开关管Sc21和开关管Sc22串联，其连接点记为点c2。
共模滤波器包含共模电感Lc、共模电容Cc和共模电阻Rc；共模电感Lc一边的三个端点分别接于点a2,b2,c2，另一边的三个端点记为点a′2、点b′2和点c′2，点a′2、点b′2、点c′2与三相定子绕组右端口的三个端点连接；共模电容Cc一边的三个端点分别连接与点a′2、点b′2、点c′2连接，另一边三个端点连接在一起并记为点d，共模电阻Rc的一端连接在点d点，另一端连接于中线I。
所述三相定子绕组OEWIM包括三相绕组，A相绕组、B相绕组和C相绕组的左端口分别接点a1,b1,c1，右端口分别接点a′2、点b′2和点c′2。
在本实施例中，脉宽调制载波频率fw＝10KHz，电机额定运行频率fn＝50Hz。
本发明具体包括以下步骤：
步骤1，选取共模电感Lc的数值；
设共模电感Lc的取值范围为10mH≤Lc≤100mH。在本实施例中，根据工程实际需要以及成本限制选择Lc＝15mH，该数值为在脉宽调制载波频率fw下测得的。
步骤2，设计共模电感Lc的漏感值Ld；
设共模电感Lc的漏感值Ld的取值范围为0.1mH≤Ld≤0.5mH。在本实施例中，选择Ld＝0.1mH。
步骤3，选取共模谐振频率fc，确定共模电容Cc；
若30fn≥fw/3，则取
Figure BDA0002306220040000134
若30fn＜fw/3，则取30fn＜fc＜fw/3
其中，fn为电机额定运行频率，fw为脉宽调制载波频率。在本实施例中，30fn＜fw/3，选取fc＝2.1KHz。
共模电容Cc的计算式为：
Figure BDA0002306220040000131
步骤4，选取共模电阻Rc，其计算式为：
Figure BDA0002306220040000132
步骤5，给定瞬时总体参考电压矢量；
给定瞬时总体参考电压矢量Us，其极坐标设置为|Us|∠θ，θ为瞬时总体参考电压矢量Us在极坐标系下的参考电压矢量角。
所述瞬时总体参考电压矢量Us满足：
Figure BDA0002306220040000133
步骤6，计算第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1。
将分配给第一逆变器VSI1的参考电压矢量记为第一参考电压矢量Us1，第一参考电压矢量Us1的极坐标设置为|Us1|∠θ1，θ1为第一参考电压矢量Us1在极坐标系下的参考电压矢量角。
第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1的计算如下：
当-30°＜θ≤30°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000141
且Ucm1＝-Udc1/6；
当30°＜θ≤90°时，开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000142
且Ucm1＝Udc1/6；
当90°＜θ≤150°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure BDA0002306220040000143
且Ucm1＝-Udc1/6；
当150°＜θ≤210°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000144
且Ucm1＝Udc1/6；
当210°＜θ≤270°时，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000145
且Ucm1＝-Udc1/6；
当270°＜θ≤330°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure BDA0002306220040000146
且Ucm1＝Udc1/6。
步骤7，计算第二逆变器VSI2工作时各个电压矢量的作用时间；
步骤7.1，将分配给第二逆变器VSI2的参考电压矢量记为第二参考电压矢量Us2，Us2＝Us1-Us，Us2的极坐标设置为|Us2|∠θ2，θ2为第二参考电压矢量Us2在极坐标系下的参考电压矢量角。
步骤7.2，根据开关管的工作状态，第二逆变器VSI2输出8种不同的电压矢量：
状态1，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V20，电压矢量V20在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t20；
状态2，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V21，电压矢量V21在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t21；
状态3，开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V22，电压矢量V22在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t22；
状态4，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V23，电压矢量V23在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t23；
状态5，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V24，电压矢量V24在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t24；
状态6，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V25，电压矢量V25在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t25；
状态7，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V26，电压矢量V26在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t26；
状态8，将开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V27，电压矢量V27在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t27。
步骤7.3，矢量作用时间t20、t21、t22、t23、t24、t25、t26、t27的计算如下：
当0°＜θ2≤60°时，电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000161
当60°＜θ2≤120°时，电压矢量V21、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000171
当120°＜θ2≤180°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000172
当180°＜θ2≤240°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V26不作用，则：
Figure BDA0002306220040000173
当240°＜θ2≤300°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24不作用，则：
Figure BDA0002306220040000181
当300°＜θ2≤360°时，电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25不作用，则：
Figure BDA0002306220040000182
用仿真证明本发明对共中线开绕组电驱动拓扑高频共模电压抑制的有效性。仿真中开绕组异步电机模型的参数：磁极对数为2，定子电阻为1.366Ω，定子漏感为14mH，转子电阻为1.928Ω，转子漏感为6mH，电机互感为192.8mH，电机额定运行频率fn＝50Hz。第一直流源Udc1为300V，第二直流源Udc2为300V。图3是仿真得到的无共模滤波器CMF时的共模电压仿真图。图4是仿真得到的有共模滤波器CMF时的共模电压仿真图。由图3和图4可见，对比无共模滤波器CMF时的共模电压，存在共模滤波器CMF时，共模电压的高频分量得到了有效抑制。

Claims (1)

1.一种共中线开绕组电机控制变流器拓扑高频共模电压抑制方法，本方法涉及的共中线开绕组电机控制变流器拓扑包括第一直流源Udc1、第二直流源Udc2、第一逆变器VSI1、第二逆变器VSI2、三相定子绕组OEWIM、中线I和共模滤波器CMF；其中，第一逆变器VSI1工作在低频六脉波状态，第二逆变器VSI2工作在高频调制状态；
第一直流源Udc1由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I1，第二直流源Udc2由两个相同的电池串联而成，两个电池的连接点记为点I2，中线I连接点I1和点I2；设中线I的任意一点电位一致，且第一直流源Udc1和第二直流源Udc2之间的关系满足：Udc1＜Udc2；
第一逆变器VSI1包含六个开关管，分别记为开关管Sa11、开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sb12、开关管Sc11和开关管Sc12；VSI1的三相桥臂相互并联在第一直流源Udc1的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc11的集电极并联后连接第一直流源Udc1的直流正母线，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc12的发射极并联后连接第一直流源Udc1的直流负母线；在VSI1的三相桥臂中，开关管Sa11的发射极和开关管Sa12的集电极连接，其连接点记为点a1，开关管Sb11的发射极和开关管Sb12的集电极连接，其连接点记为点b1，开关管Sc11的发射极和开关管Sc12的集电极连接，其连接点记为点c1；
第二逆变器VSI2包含六个开关管，分别记为开关管Sa21、开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sb22、开关管Sc21和开关管Sc22；VSI2的三相桥臂相互并联在第二直流源Udc2的直流正母线与直流负母线之间，即开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21的集电极并联后连接第二直流源Udc2的直流正母线，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22的发射极并联后连接第二直流源Udc2的直流负母线；在VSI2的三相桥臂中，开关管Sa21的发射极和开关管Sa22的集电极连接，其连接点记为点a2，开关管Sb21的发射极和开关管Sb22的集电极连接，其连接点记为点b2，开关管Sc21的发射极和开关管Sc22的集电极连接，其连接点记为点c2；
共模滤波器CMF包含共模电感Lc、共模电容Cc和共模电阻Rc；共模电感Lc一边的三个端点分别接于点a2，b2，c2，另一边的三个端点记为点a′2、点b′2和点c′2，点a′2、点b′2、点c′2与三相定子绕组OEWIM右端口的三个端点连接；共模电容Cc一边的三个端点分别连接于点a′2、点b′2、点c′2，另一边三个端点连接在一起并记为点d，共模电阻Rc的一端连接在点d点，另一端连接于中线I；
所述三相定子绕组OEWIM包括三相绕组，A相绕组、B相绕组和C相绕组的左端口分别接点a1，b1，c1，右端口分别接点a′2、点b′2和点c′2；
其特征在于，本高频共模电压抑制方法包括以下步骤：
步骤1，选取共模电感Lc的数值；
设共模电感Lc的取值范围为10mH≤Lc≤100mH；
步骤2，设计共模电感Lc的漏感值Ld；
设共模电感Lc的漏感值Ld的取值范围为0.1mH≤Ld≤0.5mH；
步骤3，选取共模谐振频率fc，确定共模电容Cc；
若30fn≥fw/3，则取
Figure FDA0003025939430000021
若30fn＜fw/3，则取30fn＜fc＜fw/3
其中，fn为电机额定运行频率，fw为脉宽调制载波频率；
共模电容Cc的计算式为：
Figure FDA0003025939430000031
步骤4，选取共模电阻Rc，其计算式为：
Figure FDA0003025939430000032
步骤5，给定瞬时总体参考电压矢量；
给定瞬时总体参考电压矢量Us，其极坐标设置为|Us|∠θ，θ为瞬时总体参考电压矢量Us在极坐标系下的参考电压矢量角；
所述瞬时总体参考电压矢量Us满足：
Figure FDA0003025939430000033
步骤6，计算第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1；
将分配给第一逆变器VSI1的参考电压矢量记为第一参考电压矢量Us1，第一参考电压矢量Us1的极坐标设置为|Us1|∠θ1，θ1为第一参考电压矢量Us1在极坐标系下的参考电压矢量角；
第一逆变器VSI1产生的共模电压Ucm1的计算如下：
当-30°＜θ≤30°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11关断，
Figure FDA0003025939430000034
且Ucm1＝-Udc1/6；
当30°＜θ≤90°时，开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure FDA0003025939430000035
且Ucm1＝Udc1/6；
当90°＜θ≤150°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11关断，
Figure FDA0003025939430000041
且Ucm1＝-Udc1/6；
当150°＜θ≤210°时，开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc12关断，
Figure FDA0003025939430000042
且Ucm1＝Udc1/6；
当210°＜θ≤270°时，开关管Sa12、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa11、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure FDA0003025939430000043
且Ucm1＝-Udc1/6；
当270°＜θ≤330°时，开关管Sa11、开关管Sb12、开关管Sc11导通且开关管Sa12、开关管Sb11、开关管Sc12关断，
Figure FDA0003025939430000044
且Ucm1＝Udc1/6；
步骤7，计算第二逆变器VSI2工作时各个电压矢量的作用时间；
步骤7.1，将分配给第二逆变器VSI2的参考电压矢量记为第二参考电压矢量Us2，Us2＝Us1-Us，Us2的极坐标设置为|Us2|∠θ2，θ2为第二参考电压矢量Us2在极坐标系下的参考电压矢量角；
步骤7.2，根据开关管的工作状态，第二逆变器VSI2输出8种不同的电压矢量：
状态1，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V20，电压矢量V20在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t20；
状态2，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V21，电压矢量V21在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t21；
状态3，开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V22，电压矢量V22在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t22；
状态4，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V23，电压矢量V23在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t23；
状态5，开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V24，电压矢量V24在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t24；
状态6，开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V25，电压矢量V25在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t25；
状态7，开关管Sa21、开关管Sb22、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb21、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V26，电压矢量V26在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t26；
状态8，将开关管Sa21、开关管Sb21、开关管Sc21导通且开关管Sa22、开关管Sb22、开关管Sc22关断，此时第二逆变器VSI2输出的电压矢量记为电压矢量V27，电压矢量V27在一个载波周期ts中所占的矢量作用时间为t27；
步骤7.3，矢量作用时间t20、t21、t22、t23、t24、t25、t26、t27的计算如下：
当0°＜θ2≤60°时，电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure FDA0003025939430000061
当60°＜θ2≤120°时，电压矢量V21、电压矢量V24、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure FDA0003025939430000062
当120°＜θ2≤180°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V25、电压矢量V26不作用，则：
Figure FDA0003025939430000063
当180°＜θ2≤240°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V26不作用，则：
Figure FDA0003025939430000071
当240°＜θ2≤300°时，电压矢量V21、电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24不作用，则：
Figure FDA0003025939430000072
当300°＜θ2≤360°时，电压矢量V22、电压矢量V23、电压矢量V24、电压矢量V25不作用，则：
Figure FDA0003025939430000073
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