[發(fā)明專利]一種具有減少共模干擾能力的電機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410337927.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104079227A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈建新;王宇翔;孫偉;金孟加
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P27/06
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有減少共模干擾能力的電機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，公知的電機(jī)控制器用以靈活多變地控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，其一般由整流和逆變兩部分組成，結(jié)合脈寬調(diào)制(Pulse?Width?Modulation，簡(jiǎn)稱PWM)技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定的運(yùn)行。脈寬調(diào)制技術(shù)作用于逆變部分，通過(guò)對(duì)直流電壓的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的靈活控制。由于脈寬調(diào)制技術(shù)在電機(jī)控制方面的優(yōu)越性，近年來(lái)逐步取代了調(diào)壓、變極等調(diào)速方法在電機(jī)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。

現(xiàn)有的脈寬調(diào)制技術(shù)雖然控制性能優(yōu)良，但是其高頻率開(kāi)關(guān)特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生高頻共模干擾，進(jìn)而引起電機(jī)端的過(guò)電壓、軸電壓、軸承電流等負(fù)面效應(yīng)，從而會(huì)造成電機(jī)損壞和環(huán)境電磁污染。

以三相為例，圖1所示為空間電壓矢量控制算法的電壓矢量圖，即用六個(gè)空間電壓矢量和兩個(gè)零電壓空間矢量對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，八個(gè)狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)逆變器六個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷，并將電機(jī)運(yùn)行過(guò)程分成了六個(gè)不同的扇區(qū)(圖中①至⑥)?；诳臻g電壓矢量控制算法的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，逆變電路的六個(gè)開(kāi)關(guān)管會(huì)根據(jù)電機(jī)所在扇區(qū)，選擇不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以對(duì)電機(jī)施加有效的電壓空間矢量。

然而，正是因?yàn)殡姍C(jī)的運(yùn)行過(guò)程需要在這八個(gè)狀態(tài)中來(lái)回切換，導(dǎo)致了電機(jī)共模電壓的跳變，進(jìn)而造成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共模干擾。假設(shè)直流母線供電電壓為，依據(jù)逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)的不同，電機(jī)共模電壓值會(huì)在之間變化。這個(gè)交變的共模電壓導(dǎo)致了電機(jī)系統(tǒng)的共模干擾。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種具有減少共模干擾能力的電機(jī)系統(tǒng)，能夠減少電機(jī)的共模干擾且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

一種具有減少共模干擾能力的電機(jī)系統(tǒng)，包括電機(jī)、直流電源、橋式逆變器、控制器以及1～2個(gè)斬波開(kāi)關(guān)；所述的橋式逆變器交流側(cè)與電機(jī)的定子繞組對(duì)應(yīng)連接，所述的控制器用于為橋式逆變器以及斬波開(kāi)關(guān)提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

若斬波開(kāi)關(guān)為一個(gè)，則直流電源的正極通過(guò)斬波開(kāi)關(guān)與橋式逆變器的正端相連，直流電源的負(fù)極直接與橋式逆變器的負(fù)端相連；或直流電源的正極直接與橋式逆變器的正端相連，直流電源的負(fù)極通過(guò)斬波開(kāi)關(guān)與橋式逆變器的負(fù)端相連；

若斬波開(kāi)關(guān)為兩個(gè)，則直流電源的正負(fù)兩極分別通過(guò)一個(gè)斬波開(kāi)關(guān)與逆變器的正負(fù)兩端對(duì)應(yīng)連接。

所述的直流電源為獨(dú)立的直流電壓源或前級(jí)交流電源經(jīng)整流后的直流輸出。

所述的斬波開(kāi)關(guān)采用帶有反并聯(lián)二極管的開(kāi)關(guān)管。

所述的開(kāi)關(guān)管為MOSFET(金屬-氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、IGCT(集成門(mén)極換流晶閘管)、IEGT(電子注入增強(qiáng)柵晶體管)、GTO(可關(guān)斷晶閘管)、三極管或晶閘管等。

所述的二極管為肖特基二極管、快速恢復(fù)二極管、硅管或碳化硅二極管等。

在控制器的控制下，僅當(dāng)橋式逆變器中所有上橋臂的開(kāi)關(guān)管(即開(kāi)關(guān)管上管)均閉合時(shí)，與直流電源正極連接的斬波開(kāi)關(guān)才關(guān)斷，其他情況該斬波開(kāi)關(guān)均閉合；僅當(dāng)橋式逆變器中所有下橋臂的開(kāi)關(guān)管(即開(kāi)關(guān)管下管)均閉合時(shí)，與直流電源負(fù)極連接的斬波開(kāi)關(guān)才關(guān)斷，其他情況該斬波開(kāi)關(guān)均閉合。

所述的電機(jī)和橋式逆變器可以為單相、兩相、三相或者多相。

本發(fā)明通過(guò)在逆變器直流側(cè)增設(shè)斬波開(kāi)關(guān)，降低了電機(jī)運(yùn)行時(shí)常見(jiàn)的共模干擾問(wèn)題，其有益技術(shù)效果如下：

(1)本發(fā)明同時(shí)控制兩個(gè)斬波開(kāi)關(guān)，可減小電機(jī)共模電壓的最大值和最小值，最大程度地減少共模電壓的變化，提高系統(tǒng)的電磁兼容性。

(2)本發(fā)明只選擇控制任意一個(gè)斬波開(kāi)關(guān)管時(shí)，能減小電機(jī)共模電壓的最大值或最小值，這樣在減小電機(jī)共模干擾的前提下，同時(shí)能縮減成本。

(3)本發(fā)明控制策略只需要在常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改即可實(shí)現(xiàn)，這有利于電機(jī)系統(tǒng)的快速應(yīng)用，迅速解決存在的共模干擾問(wèn)題，提高系統(tǒng)的電磁兼容性，因此，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1為電機(jī)控制的空間電壓矢量圖(以三相為例)。

圖2為本發(fā)明電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(以三相為例)。

圖3為常規(guī)電機(jī)系統(tǒng)的共模電壓波形示意圖。

圖4(a)為在第一控制策略下開(kāi)關(guān)管下管全通時(shí)斬波開(kāi)關(guān)的通斷示意圖。

圖4(b)為在第一控制策略下開(kāi)關(guān)管上管全通時(shí)斬波開(kāi)關(guān)的通斷示意圖。

圖4(c)為電機(jī)在第一控制策略下的共模電壓波形示意圖。

圖5(a)為在第二控制策略下開(kāi)關(guān)管上管全通時(shí)斬波開(kāi)關(guān)的通斷示意圖。