[發明專利]一種降低共模電壓的電機系統及其濾波器參數確定方法

在審

• 申請號: 202210987663.1
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115313963A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張曉晨;張靜;顧春陽;李靜;趙偉鐸;王志強
• 申請（專利權）人: 寧波諾丁漢大學
• 主分類號: H02P27/06
• 分類號: H02P27/06;H02M1/00;H02M1/12;H02M1/44;H02M7/48;H02P25/022;H02P25/16
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 高瑞霞

1.一種降低共模電壓的電機系統，包括系統本體，其特征在于：所述系統本體包括M相電壓源逆變器以及與M相電壓源逆變器連接的M相永磁同步電機，所述M相永磁同步電機的每一相中的繞組均被分為兩部分，其中一部分繞組作為濾波器支路，另外一部分繞組作為電機支路，即M相永磁同步電機包括M個濾波器支路以及M個電機支路，所述M個濾波器支路的輸入端分別對應與M相電壓源逆變器的每一相連接，M個濾波器支路的輸出端分別與其位于同一相繞組中的電機支路的輸入端連接，每個電機支路的輸出端相互連接在一起，所述M相永磁同步電機還包括M個無源支路，每個濾波器支路的輸出端與電機支路的輸入端的連接處均通過引出抽頭來連接一個無源支路的輸入端，M個無源支路的輸出端同時連接到M相逆變器的直流母線中點上，所述無源支路包括電阻R_f以及與電阻R_f串聯的電容C_f。

2.根據權利要求1所述的一種降低共模電壓的電機系統，其特征在于：所述M相電壓源逆變器為三相電壓源逆變器，M相永磁同步電機為三相永磁同步電機，所述三相永磁同步電機為十極十二槽永磁同步電機，所述三相永磁同步電機包括三個濾波器支路以及三個電機支路，所述系統本體包括三個無源支路。

3.一種權利要求2所述的永磁同步電機系統的濾波器參數確定方法，該方法包括下列步驟：

S1、三相永磁同步電機包括A相繞組、B相繞組以及C相繞組，采用測量的方式測出三相永磁同步電機中的每相繞組的電感值L和電阻值R，將永磁同步電機的A相繞組、B相繞組以及C相繞組均按照r₁：r₂的比例劃分成兩部分，其中一部分用于構成濾波器支路，其中另一部分用于構成電機支路，得到A相濾波器支路、B相濾波器支路以及C相濾波器支路，還得到A相電機支路、B相電機支路以及C相電機支路；

S2、根據所述的永磁同步電機系統來構建一個三相高頻等效電路，在所述三相高頻等效電路中，每相濾波器支路的等效阻抗Z₁＝sL×r₁+R×r₁，每相電機支路的等效阻抗Z₂＝sL×r₂+R×r₂，對應的無源支路的等效阻抗Z_f＝sC_f+R_f，其中，s表示頻域分析中的符號，C_f表示無源支路中電容C_f的電容值，R_f表示無源支路中電阻R_f的電阻值；

S3、針對步驟S2得到的三相高頻等效電路，計算出其電機中性點N到地之間的電壓差v_N1，其中，v_com1表示所述三相高頻等效電路的共模電壓值，v_N1＝v_fa-v_am＝v_fb-v_bm＝v_fc-v_cm，v_ma，v_mb，v_mc分別表示三相永磁同步電機的每一相電機支路繞組的電壓壓降，v_fa，v_fb，v_fc分別表示三個濾波器支路的輸出端的電壓；將所述三相高頻等效電路中的無源支路忽略，計算出忽略了無源支路后的三相高頻等電路中的電機中性點N到地之間的電壓差v_N2，其中，v_com2表示所述三相高頻等效電路忽略了無源支路后的共模電壓值，v_A，v_B，v_C分別表示忽略了無源支路后的三相永磁同步電機的每一相繞組的輸入端的線電壓；

S4、針對步驟S2得到的三相高頻等效電路，由三相電壓源逆變器包括A相電壓源、B相電壓源以及C相電壓源；設定只有A相電壓源在工作，B相電壓源和C相電壓源處于短路狀態，在這種情況下計算出v_fa在僅有A相電壓源供電時的電壓傳遞函數TF(1)；設定只有B相電壓源在工作，A相電壓源和C相電壓源處于短路狀態，在這種情況下計算出v_fa在僅有B相電壓源供電時的電壓傳遞函數TF(2)；設定只有C相電壓源在工作，A相電壓源和B相電壓源處于短路狀態，在這種情況下計算出v_fa在僅有C相電壓源供電時的電壓傳遞函數TF(3)；同理，分別計算出v_fb和v_fc的電壓傳遞函數；

S5、根據步驟S4得到的電壓傳遞函數，求出三相高頻等效電路中A相濾波器支路的輸出端的電壓v_fa為：v_fa＝v_fa1+v_fa2+v_fa3＝TF(1)×v_A+TF(2)×v_B+TF(3)×v_C；其中，v_fa1表示僅有A相電壓源供電時A相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fa2表示僅有B相電壓源供電時A相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fa3表示僅有C相電壓源供電時A相濾波器支路的輸出端的電壓；同理，求出三相高頻等效電路中B相濾波器支路的輸出端的電壓v_fb為：v_fb＝v_fb1+v_fb2+v_fb3＝TF(2)×v_A+TF(1)×v_B+TF(3)×v_C；其中，v_fb1表示僅有A相電壓源供電時B相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fb2表示僅有B相電壓源供電時B相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fb3表示僅有C相電壓源供電時B相濾波器支路的輸出端的電壓；同理，求出三相高頻等效電路中C相濾波器支路的輸出端的電壓v_fc為：v_fc＝v_fc1+v_fc2+v_fc3＝TF(2)×v_A+TF(3)×v_B+TF(1)×v_C；其中，v_fc1表示僅有A相電壓源供電時C相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fc2表示僅有B相電壓源供電時C相濾波器支路的輸出端的電壓，v_fc3表示僅有C相電壓源供電時C相濾波器支路的輸出端的電壓；

S6、根據得到的共模電壓值v_com1和共模電壓值v_com2，計算兩個共模電壓值之間的比值，即v_com1/v_com2，所述比值表示在不同頻率下的共模電壓相較于電機輸入端的輸入電壓的衰減，根據該比值得出在選定頻率下共模電壓的衰減與無源之路上的電阻R_f、電容C_f的選型關系，當v_com1/v_com2達到最小值時，無源之路上的電阻R_f和電容C_f的組合為最優解；其中，