一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统及方法，其中，该方法包括：根据三相交流电机的三相电流，利用空间电压矢量调制分别控制三相四桥臂逆变电路中四个桥臂的开关管开通或关断；当处于某一扇区内的某一有效空间电压矢量状态时，如果三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流都不等于0，关断第四桥臂的开关管，执行第一续流模式，产生第一续流；如果相应两相电流至少有一相等于0，开通第四桥臂的开关管，执行第二续流模式，产生第二续流；根据三相电流的实时状态，通过调节第四桥臂的开关管的开关状态控制执行第一或第二续流模式，在三相交流电机侧产生一个反向的零轴电压，降低零轴的平均电压，抑制零序电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机驱动控制领域，尤指一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统及方法。
技术介绍
现有的带中性线的三相交流电机的控制系统中，针对提高系统的性能主要是通过复杂的拓扑结构，这样的控制相对复杂，导致系统的鲁棒性受限。其中，控制系统主要采用方法有以下两种：1、增加电路元件：中性线引出线上加装隔离开关，以切断一些电机中性线上的谐波电流大小和分布情况。或者中性线引出线上加装电抗器，但将引起负荷中性点偏离，加大三相电压的不平衡度；2、复杂的电路结构与控制方法：通过选用结构复杂的电路和控制算法，实现抑制三相电机零线上的零序电流。对于方法1中存在的问题，是容易增加系统拓扑结构的复杂性和成本。而方法2中各种改进的闭环控制算法，由于算法复杂，降低了系统的鲁棒性；同时需要增加额外的检测、保护电路，从而带来额外的元器件成本。另外，中性线上的零序电流成份如果过大，容易影响电机的寿命和效率，严重时可能烧毁中性线，同时由于高次谐波电流作用于导线上，则使导线产生集肤效应，使导线载流量下降。由于制造上的原因，要从电机结构上完全克服零序电流是有困难的，因此必须从电机的运行方式及系统上采取措施限制零序电流。
技术实现思路
对于现有技术中存在的无法完全克服零序电流的问题，本专利技术针对带中性线的三相交流电机的新型四开关电路的控制，基于传统两电平空间电压矢量调制的方法，根据本系统电路的特点，构建出一种新型的空间电压矢量结构图和空间电压矢量调制方法；同时在各个扇区内灵活地配置新旧电压矢量，从而达到抑制零序电流，实现三相电机电流对称输出的目的。为达到上述目的，本专利技术提出了一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，包括：用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，包括：整流单元、直流母线电容、逆变单元、三相交流电机，其中，所述整流单元，用于接入外部交流电，并将其整流为直流电；所述直流母线电容，与整流单元并联连接；所述逆变单元连接整流单元及三相交流电机，包括：三相四桥臂逆变电路、逆变电路控制模块；其中，所述三相四桥臂逆变电路，用于将所述直流电逆变为交流电，驱动三相交流电机，包括四个桥臂，所述四个桥臂之间并联连接；第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥为二极管，下桥为开关管，这三个桥臂中的上桥和下桥之间的连接点分别连接三相交流电机的其中一相；第四桥臂的上桥为开关管，下桥为另一个二极管，所述第四桥臂中的上桥和下桥之间的连接点连接三相交流电机的中性端；所述逆变电路控制模块，用于根据所述三相交流电机的三相电流，利用空间电压矢量调制分别控制所述四个桥臂的开关管开通或关断；在所述空间电压矢量调制的某一扇区内，当处于某一有效空间电压矢量状态时，如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流都不等于0，关断第四桥臂的开关管，执行第一续流模式，产生第一续流；如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流至少有一相等于0，开通第四桥臂的开关管，执行第二续流模式，产生第二续流；根据所述三相交流电机的三相电流的实时状态，通过调节第四桥臂的开关管的开关状态控制执行第一续流模式或第二续流模式，在所述三相交流电机侧产生一个反向的零轴电压，降低零轴的平均电压，抑制零序电流。为达到上述目的，本专利技术提出了一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制方法，包括：根据所述三相交流电机的三相电流，利用空间电压矢量调制分别控制三相四桥臂逆变电路中四个桥臂的开关管开通或关断；在所述空间电压矢量调制的某一扇区内，当处于某一有效空间电压矢量状态时，如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流都不等于0，关断第四桥臂的开关管，执行第一续流模式，产生第一续流；如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流至少有一相等于0，开通第四桥臂的开关管，执行第二续流模式，产生第二续流；根据所述三相交流电机的三相电流的实时状态，通过调节第四桥臂的开关管的开关状态控制执行第一续流模式或第二续流模式，在所述三相交流电机侧产生一个反向的零轴电压，降低零轴的平均电压，抑制零序电流。本专利技术提出的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统及方法提供了驱动带中性线的三相交流电机驱动的电路方案，通过新型的空间电压矢量调制方法，有效地抑制了带中性线的三相交流电机系统中固有的零序电流，从而能大大降低传统带中性线的三相交流电机的驱动电路的成本，并且更有利于拓宽带中性线的三相交流电机的驱动电路拓扑的应用领域。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的限定。在附图中：图1为本专利技术一实施例的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统结构示意图。图2A及图2B为图1的控制系统的两种电路结构示意图。图3A为现有的三开关空间电压矢量调制示意图。图3B为本专利技术的四开关空间电压矢量调制示意图。图4A为本专利技术一具体实施例中第一续流模式和第二续流模式选择原则的示意图。图4B为本专利技术一具体实施例中第一续流模式下的续流走向示意图。图4C为本专利技术一具体实施例中第二续流模式下的续流走向示意图。图5A为一具体实施例中第I扇区的一个开关周期的电压矢量状态示意图。图5B为对应图5A中一个开关周期的零序电压示意图。具体实施方式以下配合图式及本专利技术的较佳实施例，进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段。图1为本专利技术一实施例的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统结构示意图。图2A及图2B为图1的控制系统电路结构示意图。结合图1、图2A及图2B所示，该控制系统包括：整流单元1、直流母线电容2、逆变单元3、三相交流电机4，其中，整流单元1，用于接入外部交流电5，并将其整流为直流电；直流母线电容2，与整流单元1并联连接，可采用大容值的电解电容，若系统有更长使用寿命和更高性能可靠性等的需求，可以采用小容值的薄膜电容；逆变单元3连接整流单元1及三相交流电机4，包括：三相四桥臂逆变电路31、逆变电路控制模块32；其中，三相四桥臂逆变电路31，用于将直流电逆变为交流电，驱动三相交流电机4，包括四个桥臂，四个桥臂之间并联连接；第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥为二极管(如图2A所示，分别为D1、D2、D3)，下桥为开关管(如图2A所示，开关管分别为Q1、Q2、Q3，分别内含一个反并联的二极管)，这三个桥臂中的上桥和下桥之间的连接点分别连接三相交流电机4的其中一相；第四桥臂的上桥为开关管Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特征在于，包括：整流单元、直流母线电容、逆变单元、三相交流电机，其中，所述整流单元，用于接入外部交流电，并将其整流为直流电；所述直流母线电容，与整流单元并联连接；所述逆变单元连接整流单元及三相交流电机，包括：三相四桥臂逆变电路、逆变电路控制模块；其中，所述三相四桥臂逆变电路，用于将所述直流电逆变为交流电，驱动三相交流电机，包括四个桥臂，所述四个桥臂之间并联连接；第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥为二极管，下桥为开关管，这三个桥臂中的上桥和下桥之间的连接点分别连接三相交流电机的其中一相；第四桥臂的上桥为开关管，下桥为另一个二极管，所述第四桥臂中的上桥和下桥之间的连接点连接三相交流电机的中性端；所述逆变电路控制模块，用于根据所述三相交流电机的三相电流，利用空间电压矢量调制分别控制所述四个桥臂的开关管开通或关断；在所述空间电压矢量调制的某一扇区内，当处于某一有效空间电压矢量状态时，如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流都不等于0，关断第四桥臂的开关管，执行第一续流模式，产生第一续流；如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流至少有一相等于0，开通第四桥臂的开关管，执行第二续流模式，产生第二续流；根据所述三相交流电机的三相电流的实时状态，通过调节第四桥臂的开关管的开关状态控制执行第一续流模式或第二续流模式，在所述三相交流电机侧产生一个反向的零轴电压，降低零轴的平均电压，抑制零序电流。...

【技术特征摘要】
1.一种用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特征在于，包括：整
流单元、直流母线电容、逆变单元、三相交流电机，其中，
所述整流单元，用于接入外部交流电，并将其整流为直流电；
所述直流母线电容，与整流单元并联连接；
所述逆变单元连接整流单元及三相交流电机，包括：三相四桥臂逆变电路、逆变
电路控制模块；其中，
所述三相四桥臂逆变电路，用于将所述直流电逆变为交流电，驱动三相交流电机，
包括四个桥臂，所述四个桥臂之间并联连接；
第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥为二极管，下桥为开关管，这三个桥臂中
的上桥和下桥之间的连接点分别连接三相交流电机的其中一相；
第四桥臂的上桥为开关管，下桥为另一个二极管，所述第四桥臂中的上桥和下桥
之间的连接点连接三相交流电机的中性端；
所述逆变电路控制模块，用于根据所述三相交流电机的三相电流，利用空间电压
矢量调制分别控制所述四个桥臂的开关管开通或关断；
在所述空间电压矢量调制的某一扇区内，当处于某一有效空间电压矢量状态时，
如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流都不等于0，关断第四桥
臂的开关管，执行第一续流模式，产生第一续流；
如果所述三相交流电机中矢量状态发生变化的相应两相电流至少有一相等于0，
开通第四桥臂的开关管，执行第二续流模式，产生第二续流；
根据所述三相交流电机的三相电流的实时状态，通过调节第四桥臂的开关管的开
关状态控制执行第一续流模式或第二续流模式，在所述三相交流电机侧产生一个反向
的零轴电压，降低零轴的平均电压，抑制零序电流。
2.根据权利要求1所述的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特
征在于，所述外部交流电包括：三相电源或者单相电源。
3.根据权利要求1所述的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特
征在于，所述整流单元包括：滤波电路、整流电路；其中，
所述整流电路为三相有源功率因数校正电路、单相有源功率因数校正电路，或三

\t相/单相无源整流电路。
4.根据权利要求1所述的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特
征在于，所述直流母线电容采用大容值的电解电容或小容值的薄膜电容。
5.根据权利要求1所述的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特
征在于，空间电压矢量调制包括6个扇区以及至少12个有效空间电压矢量状态。
6.根据权利要求5所述的用于三相交流电机的抑制零序电流的控制系统，其特
征在于，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂中开关管的开通或关断的情况，除了零
矢量之外，还包括6个有效空间电压矢量状态：...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗泠，
申请(专利权)人：乐金电子研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31