[發明專利]基于并聯驅動器拓撲結構的共模電壓消除方法

有效

• 申請號: 202011609628.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112803818B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 譚博;代佳偉;陳超波;倪志浩
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/12;H02M1/088
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞

本發明公開了一種基于并聯驅動器拓撲結構的共模電壓消除方法，解決在高低頻率下有效消除共模電壓的問題。實現步驟是：依并聯驅動器建立消除共模電壓拓撲結構；繪制拓撲電壓矢量圖；提出共模電壓消除的假設條件；對給定電壓不同扇區進行矢量分解，得到不同扇區的作用時間；對所有的作用時間進行重新分布，繪制波形圖，調制得到開關時間；完成并聯驅動器共模電壓消除。本發明提出假設條件在并聯驅動器拓撲結構中產生大小相等、方向相反的電壓，讓給定電壓在每個扇區內矢量分解；對得到的作用時間重新分配調制，消除共模電壓。本發明拓撲結構簡單，易搭建，方便理解；無需特定環境能有效消除共模電壓。用于汽車電子、醫療器械和航空航天領域。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，主要涉及共模電壓消除，具體是一種基于并聯驅動器拓撲結構的共模電壓消除方法，本發明無需特定的環境并且能完全消除共模電壓，在汽車電子、醫療器械和航空航天領域都有較為廣泛的應用。

背景技術

無刷直流電機具有結構簡單、輸出轉矩大的特點。理論上，消除共模電壓的模型為兩個驅動器進行并聯，每個驅動器都有三個橋臂，每個橋臂都由二極管和三極管組成。兩個驅動器產生的電壓大小相等，方向相反，可以將共模電壓進行消除。

共模電壓會在電動機轉軸上感應出高幅值軸電壓，形成軸承電流，使電動機的軸承在短周期內損壞，縮短電動機的使用壽命。并且還會在線路阻抗上形成諧波壓降，產生有功和無功損耗，影響供電電網電能質量，對其他電子設備的正常運行也會產生影響。

“空間矢量調制技術”是利用矢量狀態的不同組合會對功率變換器輸出共模電壓產生影響的特點，采用兩個相反方向矢量“回掃”的方法取代零矢量的作用，以此降低系統共模電壓，實現抑制傳導共模電壓的目的，但是該方法會增加功率變換器輸出電壓的諧波。“流側與逆變側開關同步變化的空間矢量調制方法”，它能夠避免產生與直流母線電壓大小相同的共模電壓脈沖，但其它共模電壓脈沖仍然存在，所以該方法并沒有真正地消除共模電壓，只是起著限制電機側共模電流的作用。“采用隔離變壓器”斬波策略不僅沒有完全消除共模電壓，還有能耗大、效率低、功率因數低、啟動沖擊大、隔離效果差等缺點。

廣西工學院的文家燕提出的共模電壓消除方法中，通過優化開關序列的組合，能有效的將三電平并網逆變器共模電壓抑制在一定范圍，但是不能將共模電壓進行消除；哈爾濱工業大學的姜艷姝提出的通過增加前饋有源濾波器對共模電壓進行消除，可以抑制共模電壓的產生，但是結構復雜、需要增加額外的設備、增加了系統成本和復雜度。

現有技術消除共模電壓有通過增加前饋有源濾波器進行消除，也有通過改變調制策略消除共模電壓，但是這些方法都沒辦法將共模電壓消除，并且可能要增加額外設備，增加成本和復雜度。

發明內容

為了解決消除共模電壓的問題，本發明提供了一種開關損耗小、隔離效果好、效率高的基于并聯驅動器拓撲結構的共模電壓消除方法。

本發明是一種基于并聯驅動器拓撲結構的共模電壓消除方法，其特征在于，包括有以下步驟：

步驟1：建立拓撲結構：所述拓撲結構源于并聯組成的兩個驅動器，兩個驅動器產生的電壓大小相等，方向相反；每個驅動器都順序并接有三個橋臂A、B、C，橋臂按A、B、C順序相互并聯在1/2U和-1/2U電路端間；每個橋臂包括有MOSFET N型開關管、二極管、扼流圈、電容器和電感器，由MOSFET N型開關管和二極管并聯組成的開關單元，兩個開關單元以串聯形式接在每個橋臂上，在兩個驅動器各自橋臂A、B的兩個開關單元之間均依次串接有扼流圈、電容器，并分別接在電路第1、2節點；在兩個驅動器各自橋臂C的兩個開關單元之間均依次串接有電容器，并接在電路第3節點；在電路第1、2、3節點上均又并分別接有相同電感量的電感，形成各自的支路，共同連接到電路第4節點，電路第4節點為共模電壓接地點；總體形成消除并聯驅動器共模電壓的拓撲結構；