[發明專利]具有共模電壓抑制能力的鋸齒載波PWM調制SC-SPWM方法

在審

• 申請號: 201711342717.4
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107994800A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 吳俊勇;劉自程;郝亮亮;王慶豐;李駿馳;熊飛;顧亞旗
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12;H02P27/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種用于非對稱六相兩電平變換器具有共模電壓抑制能力的鋸齒載波PWM調制(SC-SPWM)方法。

背景技術

多相驅動系統憑借其高可靠性，低轉矩脈動，低額定相電流等特點而受到越來越多的關注。非對稱六相電機(或雙三相電機)因其在輸出轉矩、降成本等方面優勢明顯，而且更易于從現有的三相系統演變，近年來，已成為應用最廣泛的多相電機類型，尤其在前景廣闊的電動汽車領域。

共模電壓(CMV)是脈寬調制(PWM)逆變器驅動系統典型的副作用之一。高幅值和高頻率的CMV不僅會導致電機軸承故障、繞組絕緣的擊穿，而且會帶來不良的電磁干擾(EMI)。CMV引起軸承損傷有兩種機理：一是dv/dt感生出的軸承電流，二是由電火花加工機制(EDM)放電電流導致的油膜介質擊穿。因此，CMV的頻率決定了EMI的程度和dv/dt感應放電的發生頻率；CMV的幅值則決定了軸承中是否會發生電火花加工機制(EDM)。

幾十年來，CMV的抑制方法大都從硬件和軟件兩方面入手。大多數硬件方法是將無源或有源CMV濾波器應用于逆變器中。然而，所有的硬件方法都不可避免地增加了系統的成本，特別是在多相系統應用中。相比之下，軟件解決方案則相對普及，主要集中在PWM方法的改進。為了抑制CMV，基于載波移相的調制方法和空間矢量脈寬調制方法都曾被提出過應用于多相逆變器，但很少有文獻關注不對稱六相的類型。實際上，在多相驅動的情況下，基于載波移相SPWM(SC-SPWM)與相數無關，這使得它比SVPWM更容易實現。此外，無論交流電機的類型和定子相數如何，用于多相系統的最常見的電壓源型逆變器(VSI)仍然是兩電平逆變器。因此本發明基于傳統的載波移相SPWM方法，針對非對稱六相兩電平逆變器提出了一種基于鋸齒波載波SPWM(SC-SPWM)的調制技術，不僅對CMV有顯著的降幅作用，而且在CMV降頻方面也有顯著的效果。

發明內容

本發明針對應用最廣泛的非對稱六相兩電平逆變器，提出了一種用于非對稱六相兩電平變換器具有共模電壓抑制能力的鋸齒載波PWM調制(SC-SPWM)方法，并經仿真和實驗，有效驗證了所提方法在CMV幅值、頻率方面優良的抑制效果。

為實現上述的發明目的，本發明提供一種用于非對稱六相兩電平變換器具有CMV抑制能力的鋸齒載波PWM調制(SC-SPWM)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)，計算第k相調制波u_0(k)；

步驟(2)，計算第k相載波u_c(k)；

步驟(3)，將步驟(1)和步驟(2)所得的第k相調制波u_0(k)和第k相載波u_c(k)進行PWM調制，得到第k相橋臂的PWM控制信號；

步驟(4)，將步驟(3)所得各相PWM控制信號轉化為對應功率開關管的驅動信號分別投入到兩電平逆變器對應相的功率開關管中，即可實現本發明的目的。

前述的用于非對稱六相兩電平變換器具有CMV抑制能力的鋸齒載波PWM調制(SC-SPWM)方法，其特征在于：在所述步驟(1)中，第k相調制波u_0(k)的計算方法為：

式中，M為調制度，可人為設定；

T_max為三角載波幅值，其計算方式如下：

其中f_count、f_switch分別對應為系統采樣頻率、系統開關頻率(載波頻率)；

u_k為第k相的調制信號，具體表達式為：

其中f₀為調制波頻率，t為系統當前運行時間，為第k相的調制信號相移角度，則非對稱六相的第k相調制信號相移角度表達式如式(4)所示：

前述的用于非對稱六相兩電平變換器具有CMV抑制能力的鋸齒載波PWM調制(SC-SPWM)方法，其特征在于：在所述步驟(2)中，計算各相鋸齒載波u_c，每組三相組的鋸齒形載波相同，而兩組的載波在一個載波周期內是鏡像對稱的。以第k相為例，首先設置第k相三角載波計數器初始值方法如下式：

系統運行時則按照式(5)方法為各相三角載波計數器賦初始值生成對應的鋸齒載波，以此實現對鋸齒載波的“移相”。