一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法，将五相交流电机在旋转坐标系下的电压经过坐标变换变换至静止坐标系的参考电压，再将五相参考电压分别与锯齿状三角载波进行幅值比较生成初始对称脉宽调制信号，将初始对称脉宽调制信号按中间对齐和两侧对齐方式排布，从而产生出对称脉宽调制信号，参考三电平五相转子位置角度划定扇区，分别对两种方式排布的初始脉宽调制信号进行移相操作，以使五个桥臂的脉宽信号首尾相接，生成非对称的零共模脉宽调制信号，并通过信号重构后生成驱动三电平逆变系统的开关信号，用于控制多个桥臂的逆变器进行开关动作，达到共模噪声抑制。噪声抑制。噪声抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，更为具体地讲，涉及一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法。

技术介绍

[0002]相比三相交流电机，五相绕组交流电机由于相数增加，可以实现电机容量的增加；同时五相绕组交流电机降低了一相故障对电机正常运行的影响，提高了系统的容错性和可靠性；五相绕组交流电机还拥有转矩脉动小、功率密度大、能有效降低直流侧电流谐波和转子谐波电流等优势。
[0003]相比于两电平逆变器，二极管钳位型(NPC型)三电平逆变器由于电平数增加，输出波形阶梯变多，输出更接近调制波，能有效降低系统的谐波失真(THD)问题；NPC型三电平逆变器开关动作引起的电平跳变dv/dt减小，对其他设备的电磁干扰也较小；NPC型三电平逆变器还拥有开关管承受应力小、调制自由度高等优点，适用于中高压大功率场合。
[0004]基于以上特点，三电平五相绕组交流电机广泛应用于舰船电力推进、航空航天和电动汽车等大功率与高可靠性要求的领域。由于电机驱动系统的变频调速功能由脉宽调制技术结合逆变器的高速开关实现，使电机的绕组中性点存在以高频脉冲序列为特征的共模电压。共模电压通过电机绕组与机壳或者轴承之间的杂散电容和电机接地产生高频的共模电流，不但增加了系统的电磁干扰噪声，而且会对电机轴承等部件形成持续的损害，进而缩短电机的使用寿命，是电机驱动中的主要问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法，不仅能降低共模电压幅值，还能有效抑制高频共模电流噪声。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提出了一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统，其特征在于，包括：电流采样模块、位置编码模块、速度计算模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d1轴PI控制模块、q1轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、零轴PI控制模块、T2和T3坐标变换单元、共模抑制模块、第一差运算单元、第二差运算单元、第三差运算单元、第四差运算单元、第五差运算单元、第六差运算单元、直流电源、直流母线电容以及由二极管钳位型三电平逆变器组成的逆变系统和五相绕组交流电机；
[0007]所述逆变系统包括5个桥臂，分别记为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂及第五桥臂；其中，第一桥臂包括第一开关管T
a1
、第二开关管T
a2
、第三开关管T
a3
与第四开关管T
a4
；第二桥臂包括第五开关管T
b1
、第六开关管T
b2
、第七开关管T
b3
与第八开关管T
b4
；第三桥臂包括第九开关管T
c1
、第十开关管T
c2
、第十一开关管T
c3
与第十二开关管T
c4
；第四桥臂包括第十三开关管T
d1
、第十四开关管T
d2
、第十五开关管T
d3
与第十六开关管T
d4
；第五桥臂包括第十七开关管T
e1
、第十八开关管T
e2
、第十九开关管T
e3
与第二十开关管T
e4
；
[0008]所述五相绕组交流电机包括5个定子绕组，分别记为第一定子绕组、第二定子绕
组、第三定子绕组、第四定子绕组及第五定子绕组；
[0009]所述直流母线电容、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及第五桥臂并联在所述直流电源的两端；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及第五桥臂分别与所述第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组、第四定子绕组以及第五定子绕组相连；
[0010]所述第二开关管的发射极与第三开关管的集电极、第一定子绕组一端均连接，第六开关管的发射极与第七开关管的集电极、第二定子绕组一端均连接，第十开关管的发射极与第十一开关管的集电极、第三定子绕组一端均连接，第十四开关管的发射极与第十五开关管的集电极、第四定子绕组一端均连接，第十八开关管的发射极与第十九开关管的集电极、第五定子绕组一端均连接；
[0011]所述直流母线电容的一极板、第一开关管的集电极、第五开关管的集电极、第九开关管的集电极、第十三开关管的集电极以及第十七开关管的集电极均与所述直流电源的正极端连接；
[0012]所述直流母线电容的另一极板、第四开关管的发射极、第八开关管的发射极、第十二开关管的发射极、第十六开关管的发射极以及第二十开关管的发射极均与所述直流电源的负极端连接；
[0013]所述电流采样模块的输入端连接在逆变系统与五相绕组交流电机之间，所述位置编码器的输入端与五相绕组交流电机连接，其输出端与所述速度计算模块、T1坐标变换单元、T2和T3坐标变换单元、共模抑制模块的输入端均相连，所述速度计算模块的输出端通过第一差运算单元与转速PI控制模块的输入端连接，所述转速PI控制模块的输出端通过第二差运算单元与q1轴PI控制模块输入端连接，所述d1轴PI控制模块、q1轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、零轴PI控制模块的输出端均与T2和T3坐标变换单元的输入端连接，而T2和T3坐标变换单元的输出端和逆变系统均与共模抑制模块连接，所述d1轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、零轴PI控制模块的输入端分别连接第三差运算单元、第四差运算单元、第五差运算单元、第六差运算单元。
[0014]本专利技术还提供一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015](1)、通过坐标变换方式将五相交流电机在旋转坐标系下的电压变换至静止坐标系的参考电压；
[0016](2)、采用载波比较方式实现空间矢量调制，从而产生对称脉宽调制信号；
[0017](3)、对参考三电平五相转子位置角度划定扇区，对中间对齐和两侧对齐的对称脉宽调制信号进行移相，使得前一个脉宽调制信号的下降沿与后一个脉宽调制信号的上升沿边沿对齐，达到周期内各个脉宽调制信号首尾对接，再通过信号重构后生成驱动三电平逆变系统的开关信号；
[0018](4)、将生成的开关信号输入到由二极管钳位型三电平逆变器组成的逆变器系统中，控制各个桥臂的逆变器进行开关动作，最后经电机动作后输出抑制了共模噪声的五相电流。
[0019]本专利技术的专利技术目的是这样实现的：
[0020]本专利技术一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统及方法，将五相交流电机在
旋转坐标系下的电压经过坐标变换变换至静止坐标系的参考电压，再将五相参考电压分别与锯齿状三角载波进行幅值比较生成初始对称脉宽调制信号，将初始对称脉宽调制信号按中间对齐和两侧对齐方式排布，从而产生出对称脉宽调制信号，参考三电平五相转子位置角度划定扇区，分别对两种方式排布的初始脉宽调制信号进行移相操作，以使五个桥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的系统，其特征在于，包括：电流采样模块、位置编码模块、速度计算模块、T1坐标变换单元、转速PI控制模块、d1轴PI控制模块、q1轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、零轴PI控制模块、T2和T3坐标变换单元、共模抑制模块、第一差运算单元、第二差运算单元、第三差运算单元、第四差运算单元、第五差运算单元、第六差运算单元、直流电源、直流母线电容以及由二极管钳位型三电平逆变器组成的逆变系统和五相绕组交流电机；所述逆变系统包括5个桥臂，分别记为第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂及第五桥臂；其中，第一桥臂包括第一开关管T
a1
、第二开关管T
a2
、第三开关管T
a3
与第四开关管T
a4
；第二桥臂包括第五开关管T
b1
、第六开关管T
b2
、第七开关管T
b3
与第八开关管T
b4
；第三桥臂包括第九开关管T
c1
、第十开关管T
c2
、第十一开关管T
c3
与第十二开关管T
c4
；第四桥臂包括第十三开关管T
d1
、第十四开关管T
d2
、第十五开关管T
d3
与第十六开关管T
d4
；第五桥臂包括第十七开关管T
e1
、第十八开关管T
e2
、第十九开关管T
e3
与第二十开关管T
e4
；所述五相绕组交流电机包括5个定子绕组，分别记为第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组、第四定子绕组及第五定子绕组；所述直流母线电容、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及第五桥臂并联在所述直流电源的两端；所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及第五桥臂分别与所述第一定子绕组、第二定子绕组、第三定子绕组、第四定子绕组以及第五定子绕组相连；所述第二开关管的发射极与第三开关管的集电极、第一定子绕组一端均连接，第六开关管的发射极与第七开关管的集电极、第二定子绕组一端均连接，第十开关管的发射极与第十一开关管的集电极、第三定子绕组一端均连接，第十四开关管的发射极与第十五开关管的集电极、第四定子绕组一端均连接，第十八开关管的发射极与第十九开关管的集电极、第五定子绕组一端均连接；所述直流母线电容的一极板、第一开关管的集电极、第五开关管的集电极、第九开关管的集电极、第十三开关管的集电极以及第十七开关管的集电极均与所述直流电源的正极端连接；所述直流母线电容的另一极板、第四开关管的发射极、第八开关管的发射极、第十二开关管的发射极、第十六开关管的发射极以及第二十开关管的发射极均与所述直流电源的负极端连接；所述电流采样模块的输入端连接在逆变系统与五相绕组交流电机之间，所述位置编码器的输入端与五相绕组交流电机连接，其输出端与所述速度计算模块、T1坐标变换单元、T2和T3坐标变换单元、共模抑制模块的输入端均相连，所述速度计算模块的输出端通过第一差运算单元与转速PI控制模块的输入端连接，所述转速PI控制模块的输出端通过第二差运算单元与q1轴PI控制模块输入端连接，所述d1轴PI控制模块、q1轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、零轴PI控制模块的输出端均与T2和T3坐标变换单元的输入端连接，而T2和T3坐标变换单元的输出端和逆变系统均与共模抑制模块连接，所述d1轴PI控制模块、q3轴PI控制模块、d3轴PI控制模块、零轴PI控制模块的输入端分别连接第三差运算单元、第四差运算单元、第五差运算单元、第六差运算单元。2.一种抑制三电平五相交流电机共模噪声的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)、通过坐标变换方式将五相交流电机在旋转坐标系下的电压变换至静止坐标系的
参考电压；(1.1)、设置五相交流电机的转速N
ref
，将设定转速N
ref
与五相交流电机的实际转速ω
m
作差，再将差值通过转速控制器进行PI控制，得到q1轴的第一给定电流I
q1_ref
；将三电平逆变系统产生的五相电流i
abcde
经过T1坐标变换得到q1轴的第一实际电流I
q1_fed
；将q1轴的第一给定电流I
q1_ref
与变换得到的第一实际电流I
q1_fed
作差，再将差值通过q1轴的电流控制器进行PI控制，从而产生q1轴的第一给定电压V
q1
，第一给定电压V
q1
位于旋转坐标系下的基波子平面；(1.2)、给定d1轴一个第二给定电流I
d1_ref
；将三电平逆变系统产生的五相电流i
abcde
经过T1坐标变换得到d1轴的第一实际电流I
d1_fed
；将d1轴的第二给定电流I
d1_ref
与变换得到的第二实际电流I
d1_fed
作差，再将差值通过d1轴的电流控制器进行PI控制，从而产生d1轴的第二给定电压V
d1
，第二给定电压V
d1
位于旋转坐标系下的基波子平面；(1.3)、给定q3轴一个第三给定电流I
q3_ref
；将三电平逆变系统产生的五相电流i
abcde
经过T1坐标变换得到q3轴的第三实际电流I
q3_fed
；将q3轴的第三给定电流I
q3_ref
与变换得到的第三实际电流I
q3_fed
作差，再将差值通过q3轴的电流控制器进行PI控制，从而产生q3轴的第三给定电压V
q3
，第三给定电压V
q3
位于旋转坐标系下的三次谐波子平面；(1.4)、给定d3轴一个第四给定电流I
d3_ref
；将三电平逆变系统产生的五相电流i
abcde
经过T1坐标变换得到d3轴的第四实际电流I
d3_fed
；将d3轴的第四给定...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈泽微，马翠鹏，周德洪，邹见效，李志坚，付晓明，
申请(专利权)人：电子科技大学深圳高等研究院，
类型：发明
国别省市：