CN116633237B - 一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法 - Google Patents

一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，根据电机的转速和转矩，将整个电机运行区域划分为四个区间，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，将电机的低速和低转矩运动状态划分为Ⅰ区，将电机的中低速运行状态划分为Ⅱ区，将电机的中高速运行状态划分为Ⅲ区，将电机的高速运行状态划分为Ⅳ区，对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区采用不同的PWM模式来控制电机，对Ⅳ区采用六阶梯波模式控制电机。本发明是完全基于软件实现，便于开发和升级，还可以在任意转速和转矩情况下，实现共模电压最小化，从而使得轴电流得到有效抑制，也可以改善系统效率和动态响应特性，将直流母线电压利用率最大化，电机的设计能力可以得到充分应用。

Description

一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法
技术领域
本发明涉及交流电机技术领域，具体为一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法。
背景技术
鉴于功率半导体开关器件性能的提高，逆变器驱动交流电机以其精确的转矩控制在新能源汽车领域获得了广泛的应用。然而，随着电驱动系统的高压化及新一代功率半导体技术应用，由逆变器供电引起的轴电流对电机轴承造成的电磁损伤问题变得越来严重；针对电驱动系统的统计结果表明，由轴承损坏导致的电机损坏占比约为40%，而轴承损坏的25%是由轴电流引起的，而电机轴电流是由共模电压引起的，会危及电机及电驱动系统的可靠性。为了抑制轴电流，目前常用的策略有：
1、消除共模电压：采用“双桥逆变器”，即在原有的三相六个开关上，再加上三相六个开关次序与之相反的开关，以形成两个逆变器分别驱动双绕组电机的两个绕组, 用同一驱动信号经过反相去驱动另一逆变器的开关，从而达到消除共模电压的目的，其缺点是硬件系统改造成本过高，同时系统变得过于复杂，可靠性降低。
2、消除电机内部耦合: 在电机气隙中加入一个法拉第屏蔽线圈，对轴电压和轴承电流的有较好的抑制作用，也可以消除EDM电流，但实现比较复杂，还停留在实验室阶段，尚未实用。
3、消除或减小轴电压: 该方法主要是在轴和地之间提供一条低阻抗的通路，如轴接地电刷，从而将原本可能在轴承上积聚的电荷通过该通路释放掉，这种方法需要定期更换电刷，维修成本高，可靠性差。
4、消除减小轴电流: 这种方法主要是将轴承绝缘，使得它两端的电压无法在轴承中形成电流，但绝缘轴承的价格要远远大于普通轴承，使得电机的制造成本大大的提高。
以上这些方法均基于硬件完成的，普遍存在成本高，开发周期长，可靠性差等问题，难以在新能源汽车领域应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，是完全基于软件实现，便于开发和升级，还可以在任意转速和转矩情况下，实现共模电压最小化，从而使得轴电流得到有效抑制，也可以改善系统效率和动态响应特性，将直流母线电压利用率最大化，电机的设计能力可以得到充分应用，还可以避免电压矢量切换期间由功率器件死区补偿产生的瞬态零电压矢量现象。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，包括电机由三相逆变器供电，三相逆变器每个桥臂上功率开关管和下功率开关管的门极控制信号呈互补状态，互补的门极控制信号共有八种组合，每个组合对应于一个定子电压矢量，八个定子电压矢量分别为、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，其中/>和/>是零电压矢量，/>、/>、/>、/>、/>、/>是非零电压矢量，其中，PWM模式的一个PWM周期为/>，分别赋予两个非零电压矢量的时间段为/>和/>，零电压矢量的时间段为/>；其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，根据电机的转速和转矩，将整个电机运行区域被划分为四个区间，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，将电机的低速和低转矩运动状态划分为Ⅰ区，将电机的中低速运行状态划分为Ⅱ区，将电机的中高速运行状态划分为Ⅲ区，将电机的高速运行状态划分为Ⅳ区，对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区采用不同的PWM模式来控制电机，对Ⅳ区采用六阶梯波模式控制电机；
步骤S11，对于Ⅰ区，采用六电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅰ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>进行分割，将所分割的时间段从左到右依次施加、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量；
步骤S12，对于Ⅱ区，采用四个非零电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅱ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、、/>、/>、/>、/>进行分割，参考电压矢量处于扇区Ⅰ时，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量；
步骤S13，对于Ⅲ区，采用两个电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅲ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、进行分割，参考电压矢量处于扇区Ⅰ时，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、的非零电压矢量；
步骤S14，对于Ⅳ区，采用六阶梯波模式控制电机；
具体为：在Ⅳ区中，当电机正方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；
当电机反方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；
步骤S2，通过步骤S11-步骤S14将电机的共模电压控制在一定合理范围内。
优选的，在步骤S1中，将整个电机运行区域进行划分时，首先，根据整个电机运行过程中的转速和转矩，并以转速为横坐标、转矩为纵坐标，绘制电机转速转矩四象限运行图，然后根据电机的低速和低转矩运动状态、中低速运行状态、中高速运行状态、高速运行状态，将电机转速转矩四象限运行图划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区。
优选的，在步骤S11中，电机在Ⅰ区内运行时，>/>+/>。
优选的，在步骤S13中，电机在Ⅲ区内运行时，。
优选的，步骤S14中，每个非零电压矢量的作用时间段的计算公式为：/>；
其中，为电机的转速，P是电机转子极对数。
优选的，对于Ⅲ区，施加的两个电压矢量为相邻非零电压矢量。
优选的，零电压矢量的时间段的计算公式为：/>。
优选的，与/>和/>的计算公式为，/>；
其中，代表由电机控制策略产生的参考定子电压矢量。
优选的，与/>的计算公式为：/>；其中，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量。
优选的，与/>的计算公式为：/>；其中，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 本发明的方法完全基于软件实现，便于开发和升级，并且并未对硬件进行改进，适合于众多机型，且成本低，可以大范围推广使用。
2. 采用本发明的方法，根据整个电机运行过程中的转速和转矩，并以转速为横坐标、转矩为纵坐标，绘制电机转速转矩四象限运行图，然后根据电机的低速和低转矩运动状态、中低速运行状态、中高速运行状态、高速运行状态，将电机转速转矩四象限运行图划分四个区域，然后针对每个区域的特性施加不同的电机控制方法，使得电机在任意转速和转矩情况下，其产生的共模电压可以最小化，从而使得轴电流得到有效抑制。
3. 本发明对于Ⅰ区，采用六电压矢量施加法抑制电流，可以将电机的共模电压被限制在最小值，由于六个非零电压矢量在前后半个PWM周期内被对称施加，可以进一步优化谐波电流；与此同时，由于电压矢量严格按顺序施加，可以避免电压矢量切换期间由功率器件死区补偿产生的瞬态零电压矢量现象。
4. 本发明对于Ⅱ区，采用四个非零电压矢量施加法抑制电流，将四个相邻有效（非零）电压矢量、/>、/>、/>在前后半个PWM周期内被依次施加，不仅电机的共模电压被控制在最小值，同时也消除了电压矢量切换期间由功率器件死区补偿引起的瞬态零电压矢量现象；另外，PWM前后半个周期的对称性可以优化电机的谐波电流。
5、本发明对于Ⅲ区，采用两个电压矢量施加法抑制电流，并引入过调制策略，采用在前后半个PWM周期内被对称施加两个相邻的有效（非零）电压矢量，可以使电机共模电压被限制在其最小值，从而可以有效地抑制电机的轴电流。另外，因为相邻的两个有效（非零）电压矢量被采用，它们之间切换时，在功率器件的死区补偿期间不会出现瞬态零电压矢量现象。另外，过调制的引入将提高母线电压的利用率，改善电机的的静态响应特性。
6、本发明对于Ⅳ区，采用六阶梯波模式控制电机，在六阶梯波控制模式下，由于仅非零电压矢量被应用，电机的共模电压可以最小化，从而在高速运行期间电机的轴电流可以达到有效的控制；与此同时，由于非零电压矢量按规定的顺序施加，能有效避免功率器件死区补偿期间的瞬态零电压矢量现象，从而解决与死区补偿相关的问题；另外，在六阶梯波激励下，电机定子电压的基波分量达到最大值，因此可以最大化母线电压的利用率，使得电机的设计能力得到充分发挥。
7. 采用本发明的方法，可以将由PWM引起的电机谐波电流在全工况范围内得到有效控制，改善系统效率和动态响应特性；
8. 采用本发明的方法，提高逆变器功率器件的非线性特性，如死区补偿和导通压降，对轴电流不会产生影响。
9. 采用本发明的方法，可以使直流母线电压利用率最大化，电机的设计能力可以得到充分应用。
10. 采用本发明的方法可以降低电机的谐波电流，提高系统性能和效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为典型的新能源汽车电驱动系统主回路架构示意图；
图2为一个PWM周期内门极控制信号与对应定子电压矢量状态六边形对应示意图；
图3为一个PWM周期内在不同定子电压矢量下的共模电压示意图；
图4为常见PWM控制电机的方法示意图；
图5为本发明的流程图；
图6为本发明的电机转速转矩四象限运行图以及Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区划分示意图；
图7为本发明对Ⅰ区采用六电压矢量施加法的PWM控制电机的方法示意图；
图8为本发明对Ⅱ区采用四个非零电压矢量施加法的PWM控制电机的方法示意图；
图9为本发明对于Ⅲ区所采用的PWM过调制策略示意图；
图10为本发明对于Ⅲ区采用的两个电压矢量施加法的PWM控制电机的方法示意图；
图11为本发明对于Ⅳ区采用的六阶梯波模式控制正方向旋转电机的方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为典型的新能源汽车电驱动系统主回路架构示意图，从图1中可以看出三相交流电机由三相逆变器供电，电机轴电流的根源在于电机输入侧的共模电压，其公式为：，（1）。
其中，、/>、/>分别代表电机三相绕组端电压，其参考电位是逆变器输入测电池的中点G。逆变器由六个功率开关管（M1、M2、M3、M4、M5、M6）组成，其中M1和M4、M3和M6、M5和M2形成三个桥臂，它们的中点分别连接到电机的三相绕组输入端（A、B、C）。
如图1所示，逆变器每个桥臂上、下功率开关管的门极控制信号呈互补状态，分别被标记为、/>、/>、/>、/>、/>，其中，/>为与A端连接桥臂的上功率开关管的门极控制信号，为与A端连接桥臂的下功率开关管的门极控制信号，/>为与B端连接桥臂的上功率开关管的门极控制信号，/>为与B端连接桥臂的下功率开关管的门极控制信号，/>为与C端连接桥臂的上功率开关管的门极控制信号，/>为与C端连接桥臂的下功率开关管的门极控制信号；门极控制信号取数字量0或1，分别对应于功率开关管的关断和导通状态。如表一所示，门极控制信号共有，八种组合（000，001，010，011，100，101，110，111）；表一列出了在不同电压矢量下的端电压和共模电压计算结果。
表一
由于电机轴电流是由共模电压引起的，会危及电机及电驱动系统的可靠性，为抑制轴电流，目前常用的抑制方法均基于硬件完成的，普遍存在成本高，开发周期长，可靠性差等问题，难以在新能源汽车领域应用。
基于此，本发明进行深度分析研究，得到图2和图3：
如图2所示，目前常规的方法是将八种组合（000，001，010，011，100，101，110，111）分别与定子电压矢量（、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>）对应，即每个组合对应一个定子电压矢量，并将绘制成一个PWM周期内门极控制信号与对应定子电压矢量状态六边形（虚线）对应示意图，如图2所示；其中/>和/>是零电压矢量，/>、/>、/>、/>、/>、/>是非零电压矢量。/>代表由电机控制策略产生的参考定子电压矢量，它可以由两个相邻的有效（非零）电压矢量/>和/>基于伏•秒守恒原理来实现，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量，如下式：
，（2）；
，（3）；
，（4）；
，（5）；
，（6）；
即在一个PWM周期内，分别赋予两个有效电压矢量的时间段为/>和/>，即在/>时间段内施加有效（非零）电压矢量/>，在/>时间段内施加有效（非零）电压矢量/>。在图2中，当参考定子电压矢量/>处于六边形（虚线）以内时，/>和/>之和小于/>，由公式（6）可以得出，此时>0；为了完成整个PWM周期，在/>时间段内施加一个电压矢量组合，其约束条件是：，（7）。
通过上述公式计算分析得到，在时间段内，仅零电压矢量/>和/>被选择；另外，为了减小谐波电流，本发明可以在左右半周期内对称施加零电压和有效（非零）电压矢量。
从图3可以看出，在零电压矢量（和/>）情况下，共模电压为/>，而在非零电压矢量/>、/>、/>、/>、/>、/>情况下，共模电压为/>；显然，零电压矢量产生的共模电压远远大于有效（非零）电压矢量产生的共模电压，因此，如果能避免使用零电压矢量，电机的共模电压可以控制在可以接受的较低水平，从而可以有效地抑制电机的轴电流。由于这种轴电流抑制方法不需要额外的硬件需求，实现比较方便，开发成本较低，可靠性较高，适合新能源汽车领域的应用，本发明的原理就是基于此。
由图4可以看出，在时间段内，零电压矢量将产生较大的共模电压，所以本发明是基于有效（非零）电压矢量组合的策略，可以把共模电压限制在允许的范围内。但是在公式（7）的约束下，检索到相关策略存在这样或那样的问题，难以在高性能驱动系统里应用，主要包括：1. 可实现PWM范围较小，直流母线电压得不到充分应用；2. 功率器件死区补偿会产生瞬态高共模电压；3. 电机的谐波电流成分高，导致系统性能和效率变差。本发明将根据电机运行工况采用不同的PWM模式来解决这些问题，可以将共模电压限制在合理的范围内，使得轴电流得到有效的抑制。
基于此，本发明提供一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，如图5所示，包括以下步骤：
步骤S1，根据电机的转速和转矩，将整个电机运行区域被划分为四个区间，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，将电机的低速和低转矩运动状态划分为Ⅰ区，将电机的中低速运行状态划分为Ⅱ区，将电机的中高速运行状态划分为Ⅲ区，将电机的高速运行状态划分为Ⅳ区，对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区采用不同的PWM模式来控制电机，对Ⅳ区采用六阶梯波模式控制电机，采用这种控制方式达到在各种工况下共模电压和谐波电流最小化的目的，同时避免功率器件死区补偿产生的瞬态高共模电压。
具体为：电机的工况由其转速和转矩来确定，如图6所示，将整个电机运行区域进行划分时，首先，根据整个电机运行过程中的转速和转矩，并以转速为横坐标、转矩为纵坐标，绘制电机转速转矩四象限运行图，图6中电机的转速-转矩外包络轮廓定义了电机的运行范围，然后根据电机的低速和低转矩运动状态、中低速运行状态、中高速运行状态、高速运行状态，将电机转速转矩四象限运行图划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区。
步骤S11，对于Ⅰ区，采用六电压矢量施加法抑制电流；
Ⅰ区对应电机的低速和低转矩状态，电机运行在该Ⅰ区间时，远远大于/>，由于电机低速运行时的反电势比较小，有效（非零）电压矢量在较短的时间内会导致较大的电流变化，即电机的谐波电流将增加，将恶化电机的动静态控制性能。为此，在该Ⅰ区运行区间内，本发明将采用六电压矢量法达到抑制电流的变化的目的；如图2所示，因参考电压矢量处于扇区Ⅰ，所以/>和/>用于在/>时间段内合成/>，为减少电流变化，将依次施加六个有效（非零）电压矢量；图7示意了采用六电压矢量法的PWM的生成过程。
具体为：在Ⅰ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>进行分割，将所分割的时间段从左到右依次施加、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量。
显然，这种控制方法使得电机的共模电压被限制在最小值，由于六个有效（非零）电压矢量在前后半个PWM周期内被对称施加，可以进一步优化谐波电流；与此同时，由于电压矢量严格按顺序施加，可以避免电压矢量切换期间由功率器件死区补偿产生的瞬态零电压矢量现象。
步骤S12，对于Ⅱ区，采用四个非零电压矢量施加法抑制电流；
该Ⅱ区与电机的中低速运行状态相对应，代表电机的大部分运行区间。如图2所示，参考电压矢量处于六边形内，仍由相邻的两个有效（非零）电压矢量在/>时间段内实现；为避免由零电压矢量引起的高共模电压，在/>时间段内将选择两个完全对称的有效（非零）电压矢量，即（/>、/>）或（/>、/>）或（/>、/>），分别施加半个/> 时间段，保证在/> 时间段内的总伏•秒为零。为避免电压矢量切换期间出现的瞬态零电压矢量现象，本发明选择四个相邻的有效（非零）电压矢量，并按顺序依次施加。如图2所示，参考电压矢量/> 处于扇区Ⅰ，因此/> 和/> 用于在/> 和/> 时间段内合成/>，与此同时在/> 时间段内施加/> 和/>。
图8示意了采用四个非零电压矢量施加法的PWM产生过程，四个相邻有效（非零）电压矢量、/>、/>、/>在前后半个PWM周期内被依次施加，也可以采用如图8所示顺序依次施加，不仅电机的共模电压被控制在最小值，同时也消除了电压矢量切换期间由功率器件死区补偿引起的瞬态零电压矢量现象；另外，PWM前后半个周期的对称性可以优化电机的谐波电流。
采用如图8所示顺序依次施加具体为：在Ⅱ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>进行分割，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量；
步骤S13，对于Ⅲ区，采用两个电压矢量施加法抑制电流；
该Ⅲ区代表电机的中高速运行状态，由于电机的反电势比较高，PWM通常处于过调制模式，即参考电压矢量 常常处于六边形以外（图2），其在物理上是无法实现的；为此，本发明引入了过调制策略，把/> 改造成物理上可以实现的参考电压矢量/>，如图9所示。通常处于六边形边界上，可以证明，对任意处于六边形边界上的电压矢量，/>，因此，/>可以仅由两个相邻的有效（非零）电压矢量来实现。
如图八和图九所示，当参考电压矢量处于扇区Ⅰ时，有效（非零）电压矢量 和/>用于生成PWM，为减小谐波电流，/>和/>在前后半个PWM周期内被对称施加。
具体为：在Ⅲ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、进行分割，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>的非零电压矢量。
显然，采用该方法电机共模电压被限制在其最小值，从而可以有效地抑制电机的轴电流。另外，因为相邻的两个有效（非零）电压矢量被采用，它们之间切换时，在功率器件的死区补偿期间不会出现瞬态零电压矢量现象。另外，过调制的引入将提高母线电压的利用率，改善电机的的静态响应特性。
步骤S14，对于Ⅳ区，采用六阶梯波模式控制电机；
该IV区是电机运行的高速区，在该Ⅳ区里基于PWM的电流控制方法会伴随稳定性问题，使得电机转矩得不到有效控制；为此，在该Ⅳ区运行区间里，本发明将基于六阶梯波的功角控制方法，实现对转矩的准确控制。
具体为：如图11所示，在Ⅳ区中，当电机正方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；
当电机反方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>、的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；/>；其中，/>为电机的转速，P是电机转子极对数。
由图11可以看出，在六阶梯波控制模式下，由于仅有效（非零）电压矢量被应用，电机的共模电压可以最小化，从而在高速运行期间电机的轴电流可以达到有效的控制；与此同时，由于有效（非零）电压矢量按规定的顺序施加，能有效避免功率器件死区补偿期间的瞬态零电压矢量现象，从而解决与死区补偿相关的问题；另外，在六阶梯波激励下，电机定子电压的基波分量达到最大值，因此可以最大化母线电压的利用率，使得电机的设计能力得到充分发挥。
步骤S2，通过步骤S11-步骤S14将电机的共模电压控制在一定合理范围内。
本发明还包括以下优点：
1.本发明的方法完全基于软件实现，便于开发和升级；
2.采用本发明的方法，在任意转速和转矩情况下，共模电压可以最小化，从而使得轴电流得到有效抑制；
3.采用本发明的方法，可以将由PWM引起的电机谐波电流在全工况范围内得到有效控制，改善系统效率和动态响应特性；
4.采用本发明的方法，可以提高逆变器功率器件的非线性特性，如死区补偿和导通压降，对轴电流不会产生影响；
5.采用本发明的方法，可以将直流母线电压利用率最大化，电机的设计能力可以得到充分应用。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其中电机由三相逆变器供电，三相逆变器每个桥臂上功率开关管和下功率开关管的门极控制信号呈互补状态，互补的门极控制信号共有八种组合，每个组合对应于一个定子电压矢量，八个定子电压矢量分别为 、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>，其中/>和/>是零电压矢量，/>、/>、/>、/>、/>、/>是非零电压矢量，其中，PWM模式的一个PWM周期为/>，分别赋予两个非零电压矢量的时间段为/>和/> ，零电压矢量的时间段为/>；其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，根据电机的转速和转矩，将整个电机运行区域划分为四个区间，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区，将电机的低速和低转矩运动状态划分为Ⅰ区，将电机的中低速运行状态划分为Ⅱ区，将电机的中高速运行状态划分为Ⅲ区，将电机的高速运行状态划分为Ⅳ区，对Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区采用不同的PWM模式来控制电机，对Ⅳ区采用六阶梯波模式控制电机；
步骤S11，对于Ⅰ区，采用六电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅰ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>进行分割，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量；
步骤S12，对于Ⅱ区，采用四个非零电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅱ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、/>、、/>、/>、/>进行分割，参考电压矢量处于扇区Ⅰ时，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>的非零电压矢量；
步骤S13，对于Ⅲ区，采用两个电压矢量施加法抑制电流；
具体为：在Ⅲ区中运行的一个PWM周期内，将/>从左到右依次按照/>、/>、/>、/>进行分割，参考电压矢量处于扇区Ⅰ时，将所分割的时间段从左到右依次施加/>、/>、/>、/>的非零电压矢量，电机在Ⅲ区内运行时，/>；
步骤S14，对于Ⅳ区，采用六阶梯波模式控制电机；
具体为：在Ⅳ区中，当电机正方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；
当电机反方向旋转时，按照、/>、/>、/>、/>、/>的从左到右的顺序依次施加，然后往复循环，其中，每个非零电压矢量的作用时间段/>相同；
步骤S2，通过步骤S11-步骤S14将电机的共模电压控制在一定合理范围内。
2.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：在步骤S1中，将整个电机运行区域进行划分时，首先，根据整个电机运行过程中的转速和转矩，并以转速为横坐标、转矩为纵坐标，绘制电机转速转矩四象限运行图，然后根据电机的低速和低转矩运动状态、中低速运行状态、中高速运行状态、高速运行状态，将电机转速转矩四象限运行图划分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区。
3.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：在步骤S11中，电机在Ⅰ区内运行时，>/>+/>。
4.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：步骤S14中，每个非零电压矢量的作用时间段的计算公式为：/>；
其中，为电机的转速，P是电机转子极对数。
5.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：对于Ⅲ区，施加的两个电压矢量为相邻非零电压矢量。
6.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：零电压矢量的时间段的计算公式为：/>。
7.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：与和/>的计算公式为，/>；
其中，代表由电机控制策略产生的参考定子电压矢量。
8.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：与的计算公式为：/>；其中，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量。
9.根据权利要求1所述的基于工况跟随的交流电机轴电流抑制方法，其特征在于：与的计算公式为：/>；其中，/>代表与/>对应的参考定子电压矢量。
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