一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置，基于利用共模电压能量的思想，分析影响共模电压带载能力的因素，通过在电机中性点与负载之间串联补偿电容，该电容与回路中的等效电感实现阻抗匹配，发生串联谐振，能够有效提高共模电压向负载侧的功率传输能力。相比于传统将共模电压进行抑制的处理方式，更好的利用了开关次谐波在电机中性点处的能量，即中性点处共模电压的能量。相比于直接利用共模电压为编码器供电的方式，提高了共模电压的功率传输能力，解决了共模取电方案功率不足的问题，使利用共模电压为大功率负载供电成为可能。成为可能。成为可能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置


[0001]本专利技术属于电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置。

技术介绍

[0002]在PWM逆变器驱动的单端式电机系统中，电机定子绕组的中性点上会产生以PWM开关频次为主的共模电压。从能量守恒的角度和傅里叶变换原理可知，电机自身的运转利用的是调制波基波频段的能量，而开关频次的谐波则以共模电压的形式呈现在定子绕组中性点上，无法被电机利用。高频、高幅值的共模电压反而给电机带来了许多危害，会在电机轴承产生轴电流、漏电流损坏轴承，据此，许多学者致力于研究消除共模电压的方法，对共模电压的能量进行抑制或转移。
[0003]对比于抑制共模电压的思想，公开号为CN111865000A的中国专利公开了一种利用电机共模电压能量为电机编码器供电的方法，首先通过载波移相软件控制的技术对共模电压进行改善，再通过整流、DC
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DC电路把共模电压变到合适的电压大小。此专利所提供的方法有效利用了共模电压的能量，并产生了实际应用。但是，在共模供电回路中，存在着等效交流电阻和等效电感。共模电压的频率高达千赫兹，因此电机绕组的绕线会受到集肤效应的影响，呈现出高阻态，同时电路中的感抗与频率成正比，高频激励导致电路中存在很大的感抗。当回路中有电流流过时，会在等效电阻和电感上产生很大的压降，这限制了流向负载的功率，导致共模电压带载能力较低，使其应用受限。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置，由此解决共模电压取电方案功率不足的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置，包括：PWM逆变器和电机，所述电机由PWM逆变器驱动，其特征在于，还包括：串联于电机中性点与外部负载之间的补偿电容，所述电容用于与电机绕组中的等效电感发生串联谐振，电机中性点的共模电压用于对外部负载进行供电。
[0006]优选地，电容的容值为
[0007]其中，ω为PWM变频控制中载波的角频率，L为共模等效电路中的电感。
[0008]优选地，所述电容为谐振电容。
[0009]优选地，电机绕组输入端采用星形连接方式。
[0010]优选地，所述负载的一端与电机中性点之间串联补偿电容，另一端接地。
[0011]优选地，所述电机的相数n≥3。
[0012]优选地，所述电机中性点的共模电压V
cm
与第n相桥臂电压V
n
满足以下关系式：
[0013][0014]其中，n为电机的相数，n≥3。
[0015]按照本专利技术的第二方面，提供了一种供电方法，包括：通过串联于电机中性点与外部负载之间的电容与电机绕组中的等效电感发生串联谐振；利用电机中性点的共模电压对所述外部负载进行供电。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0017]1、本专利技术提供的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，基于利用共模电压能量的思想，分析影响共模电压带载能力的因素，通过在电机中性点与负载之间串联补偿电容，该电容与回路中的等效电感实现阻抗匹配，发生串联谐振，补偿了电感中的无功功率，即补偿了供电回路中的无功功率，从而提高共模电压功率传输能力，即能够有效提高共模电压向负载侧的功率传输能力。相比于传统将共模电压进行抑制的处理方式，更好的利用了开关次谐波在电机中性点处的能量，即中性点处共模电压的能量。
[0018]2、本专利技术提供的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，相比于直接利用共模电压为编码器供电的方式，提高了共模电压的功率传输能力，解决了共模取电方案功率不足的问题，使利用共模电压为大功率负载供电成为可能。
[0019]3、本专利技术提供的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，结构简单，易于推广，无需更改电机结构和控制策略，串联的电容降低了功率传输中对电机绕组参数的依赖，能够用于提高不同型号参数电机的共模电压带载能力，具有较强的推广性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术提供的基于电机驱动电路共模电压的供电装置结构示意图；
[0021]图2为本专利技术提供的逆变器驱动三相电机系统中性点共模电压波形图；
[0022]图3为本专利技术提供的共模回路戴维南等效电路；
[0023]图4为本专利技术提供的实验参数示意图；
[0024]图5为不串联电容时的实验波形图；
[0025]图6为串联电容的实验波形图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]本专利技术实施例提供一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置，如图1所示，包括：PWM逆变器和电机，所述电机由PWM逆变器驱动；还包括：串联于电机中性点与外部负载之间的补偿电容，所述电容用于与电机绕组中的等效电感发生串联谐振，电机中性点的共模电压用于对外部负载进行供电。
[0028]进一步地，所述负载的一端与电机中性点之间串联补偿电容，另一端接地。
[0029]具体地，负载的一端与电机中性点之间串联补偿电容，所述电容与电机绕组中的等效电感发生串联谐振；负载的另一端接地。
[0030]所述补偿电容用于与电机绕组中的等效电感发生串联谐振以补偿供电回路中的无功功率，从而提高共模电压功率传输能力；电机中性点的共模电压对外部负载进行供电。通过在电机中性点与负载之间串联补偿电容，并调整其容值大小，使之与电机绕组中的等效电感发生串联谐振，从而提高负载两端的输出电压。也即，该电容与回路中的等效电感实现阻抗匹配，发生串联谐振，提高了共模电压向负载侧的功率传输能力。
[0031]进一步地，所述电容为谐振电容。
[0032]具体地，串联的电容为谐振电容，其高频特性好，耐压值高，从而能够与电机绕组中的等效电感发生串联谐振。
[0033]进一步地，电机绕组输入端采用星形连接方式。
[0034]进一步地，所述电机的相数n≥3。
[0035]进一步地，所述电机中性点的共模电压V
cm
与第n相桥臂电压满足以下关系式：
[0036][0037]其中，n为电机的相数，n≥3。
[0038]进一步地，电容的容值为
[0039]其中，ω为PWM变频控制中载波的角频率，L为共模等效电路中的电感。
[0040]进一步地，L的大小为电机每相电感的n分之一，n为电机相数。
[0041]具体地，当电容的容值为时，电路可实现共模电压最大功率传输。
[0042]以图1三相电压源PWM变频器驱动系统为例，定子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电机驱动电路共模电压的供电装置，包括：PWM逆变器和电机，所述电机由PWM逆变器驱动，其特征在于，还包括：串联于电机中性点与外部负载之间的补偿电容，所述补偿电容用于与电机绕组中的等效电感发生串联谐振；电机中性点的共模电压用于对外部负载进行供电。2.如权利要求1所述的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，其特征在于，电容的容值其中，ω为PWM变频控制中载波的角频率，L为共模等效电路中的电感。3.如权利要求1或2所述的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，其特征在于，所述电容为谐振电容。4.如权利要求1或2所述的基于电机驱动电路共模电压的供电装置，其特征在于，电机绕组输入端采用星形连接方式。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘自程，樊隆源，蒋栋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：