[發明專利]一種基于電機驅動電路共模電壓的供電裝置

在審

• 申請號: 202111227683.0
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN113992051A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 劉自程;樊隆源;蔣棟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M1/32;H02M1/12;H02P27/08;H02P25/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發明公開了一種基于電機驅動電路共模電壓的供電裝置，基于利用共模電壓能量的思想，分析影響共模電壓帶載能力的因素，通過在電機中性點與負載之間串聯補償電容，該電容與回路中的等效電感實現阻抗匹配，發生串聯諧振，能夠有效提高共模電壓向負載側的功率傳輸能力。相比于傳統將共模電壓進行抑制的處理方式，更好的利用了開關次諧波在電機中性點處的能量，即中性點處共模電壓的能量。相比于直接利用共模電壓為編碼器供電的方式，提高了共模電壓的功率傳輸能力，解決了共模取電方案功率不足的問題，使利用共模電壓為大功率負載供電成為可能。

技術領域

本發明屬于電機與驅動控制領域，更具體地，涉及一種基于電機驅動電路共模電壓的供電裝置。

背景技術

在PWM逆變器驅動的單端式電機系統中，電機定子繞組的中性點上會產生以PWM開關頻次為主的共模電壓。從能量守恒的角度和傅里葉變換原理可知，電機自身的運轉利用的是調制波基波頻段的能量，而開關頻次的諧波則以共模電壓的形式呈現在定子繞組中性點上，無法被電機利用。高頻、高幅值的共模電壓反而給電機帶來了許多危害，會在電機軸承產生軸電流、漏電流損壞軸承，據此，許多學者致力于研究消除共模電壓的方法，對共模電壓的能量進行抑制或轉移。

對比于抑制共模電壓的思想，公開號為CN111865000A的中國專利公開了一種利用電機共模電壓能量為電機編碼器供電的方法，首先通過載波移相軟件控制的技術對共模電壓進行改善，再通過整流、DC-DC電路把共模電壓變到合適的電壓大小。此專利所提供的方法有效利用了共模電壓的能量，并產生了實際應用。但是，在共模供電回路中，存在著等效交流電阻和等效電感。共模電壓的頻率高達千赫茲，因此電機繞組的繞線會受到集膚效應的影響，呈現出高阻態，同時電路中的感抗與頻率成正比，高頻激勵導致電路中存在很大的感抗。當回路中有電流流過時，會在等效電阻和電感上產生很大的壓降，這限制了流向負載的功率，導致共模電壓帶載能力較低，使其應用受限。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于電機驅動電路共模電壓的供電裝置，由此解決共模電壓取電方案功率不足的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種基于電機驅動電路共模電壓的供電裝置，包括：PWM逆變器和電機，所述電機由PWM逆變器驅動，其特征在于，還包括：串聯于電機中性點與外部負載之間的補償電容，所述電容用于與電機繞組中的等效電感發生串聯諧振，電機中性點的共模電壓用于對外部負載進行供電。

優選地，電容的容值為

其中，ω為PWM變頻控制中載波的角頻率，L為共模等效電路中的電感。

優選地，所述電容為諧振電容。

優選地，電機繞組輸入端采用星形連接方式。

優選地，所述負載的一端與電機中性點之間串聯補償電容，另一端接地。

優選地，所述電機的相數n≥3。

優選地，所述電機中性點的共模電壓V_cm與第n相橋臂電壓V_n滿足以下關系式：

其中，n為電機的相數，n≥3。

按照本發明的第二方面，提供了一種供電方法，包括：通過串聯于電機中性點與外部負載之間的電容與電機繞組中的等效電感發生串聯諧振；利用電機中性點的共模電壓對所述外部負載進行供電。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：