【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机轴承电压有源主动抑制方法，属于电机轴承电压抑制。
技术介绍
1、随着电力电子器件的迅速发展，高开关频率调速技术在电机驱动系统中成熟应用，具有有效降低输出波形中的斜率，抑制转矩脉动的优点，但是开关管的高速频繁开关导致dv/dt高达几kv/us，输出的三相电压不对称将在电机中性点产生高频共模电压。高频共模电压的激励下，电机的阻抗特性呈容性，共模电压经电缆传输在电机内部杂散电容的耦合下形成共模回路，在电机轴承内、外滚道之间感应出高频轴承电压。当轴承电压超过润滑油膜的最大耐压时，电机轴承表面会发生局部放电产生edm轴电流，当轴承电压击穿油膜时，击穿点面积非常小，导致轴电流密度大，在击穿点局部产生极高的温度使金属分子融化或蒸发，长期积累将导致加剧轴承电腐蚀，形成大面积凹痕和搓衣板纹，缩短电机使用寿命，严重影响电机的正常运行。
2、目前针对轴承电压的抑制方案主要分为软件抑制和硬件抑制两方面，软件抑制方面主要采用邻近模态脉宽调制(near state pwm，nspwm)、有源零状态脉宽调制(activezero state pwm，azspwm)等调制方式抑制轴承电压，但不能完全消除轴承电压，轴承油膜仍有被击穿的可能性；硬件抑制方面主要采用绝缘轴承配合电刷，但陶瓷轴承价格昂贵，容易出现故障，而且导体电刷必须定期更换和维护，两种抑制方案的效果都不够理想。现有技术中，公开号为cn117526792a，专利技术创造名称为一种永磁同步电机共模电压抑制方法，其技术方案中采用在三相三桥臂逆变器的基础上并列增设一个桥臂，判断
3、因此，亟需提出基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，提供基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
2、本专利技术的技术方案：
3、基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，包括以下步骤：
4、步骤一、构建电机内部电容构成的共模等效电路；
5、步骤二、根据共模等效电路，计算电机的轴承分压比；
6、步骤三、采用azspwm策略进行电机控制，利用共模变压器原理在轴承两端注入电压进行轴承电压对消。
7、优选的：步骤一中，电容包括定子绕组与机壳的寄生电容cws、机壳与转轴之间的寄生电容crs、定子绕组与转轴之间的寄生电容cwr、轴承驱动端的电容cb,d和轴承非驱动端的电容cb,nd；高频共模电压作为电路激励源，经过电机内部寄生耦合电容回路，从电机定子绕组出发，与定子、转子、机壳和大地构成共模回路；
8、在三相pmsm驱动系统中，共模电压vcom定义为直流侧中点与电机中性点之间的电压；不同开关管状态下的共模电压可用如下公式(1)所示(1表示开关管上管开通下管关断，0反之)；
9、
10、其中，vcom为逆变器输出的共模电压(简称共模电压)。
11、优选的：步骤二中，根据图2所示的共模等效电路，推导出采用bvr计算公式如公式(2)所示：
12、
13、通过提取电机电容的参数，可以确定轴承电压的计算式为：
14、
15、其中，电机的轴承分压比(bvr)为轴承电压vb与共模电压vcom之比。
16、优选的：步骤三中，包括以下步骤：
17、步骤3.1、设计电机系统结构；
18、步骤3.2、第四桥臂根据前三个桥臂的开关状态同步控制开关管的开通或关断，实现三相四桥臂逆变器中点电位平衡策略和共模电压抑制，通过解耦和优化配置，提高系统的稳定性和效率；
19、步骤3.3、平衡电压，消除轴承电流；
20、步骤3.4、通过优化azspwm策略并结合共模滤波器，可以有效调整vb电压以抵消轴承电压。
21、优选的：步骤3.1中，电机采用永磁同步电机(pmsm)，电机系统包括：定子铁芯、定子机壳(电机机壳)、转子铁心、转轴、共模磁环(磁环或共模变压器磁环)和四桥臂逆变器，四桥臂逆变器的三个桥臂用于控制电机，即利用两个幅值相等方向相反的基本非零矢量作用相同时间，代替零矢量的作用效果，将共模电压幅值由vdc/2衰减为vdc/6，由式(2)可知轴承电压也等比例衰减三分之一，改变调制策略后的轴承电压波形如图4所示；将两个匝数为n:1的共模变压器固定在电机内部转轴的两端，转轴穿过两个共模变压器磁环，共模变压器以转轴作为副边；共模变压器的原边绕组的一端连接在第四桥臂中点，原边绕组的另一端连接母线电容中点，并由第四桥臂进行控制，转轴看作匝数为1的副边绕组。
22、优选的：步骤3.2中，第四桥臂根据前三个桥臂的开关状态同步控制开关管的开通或关断，若前三个桥臂的开关状态为(110、101、011)时，第四桥臂上管导通下管关断，即开关状态为“1”，向原边的两个共模磁环注入幅值为vdc/2的电压vchoke，若前三个桥臂的开关状态为(100、010、001)时，第四桥臂上管关断下管导通，即开关状态为“0”，向原边的两个共模磁环注入的电压vchoke幅值变为-vdc/2。
23、优选的：步骤3.3中，所述的电压vchoke在转轴的轴承两端感生出两个注入电压vinj，通过设计两个磁环的匝数n,使得vinj与轴承电压vb等大反相，加入共模变压器后共模等效电路如图5所示；
24、注入电压vinj与轴承电压vb叠加等于零，完全消除了轴承电压，效果图如图6所示，从而消除轴承电流，有效抑制了轴承电腐蚀现象。
25、优选的：步骤3.4中，所述共模磁环的匝数n的确定方法如下，根据变压器原理，磁环原边与作为副边的注入电压之比如公式(4)所示：
26、
27、其中vchoke的大小如式(5)所示：
28、
29、采用azspwm策略之后vb电压如式(6)所示：
30、
31、为了抵消轴承电压要求诸如电压与轴承电压等大反向如公式(7)所示：
32、vinj＝vb (7)
33、最后推导出n的表达式如式(8)所示：
34、
35、本专利技术具有以下有益效果：
36、1.本专利技术通过变压器原理，通过第四桥臂控制磁环在轴承两端同步感生出与轴承电压等大反向的注入电压，实现完全消除轴承电压，抑制轴承电腐蚀现象；
37、2.本专利技术转轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤一中，电容包括定子绕组与机壳的寄生电容Cws、机壳与转轴之间的寄生电容Crs、定子绕组与转轴之间的寄生电容Cwr、轴承驱动端的电容Cb,d和轴承非驱动端的电容Cb,nd；
3.根据权利要求2所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤二中，采用BVR计算公式如公式(2)所示：
4.根据权利要求3所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤三中，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤3.1中，四桥臂逆变器的三个桥臂用于控制电机，即利用两个幅值相等方向相反的基本非零矢量作用相同时间，代替零矢量的作用效果，将共模电压幅值由Vdc/2衰减为Vdc/6，由式(2)可知轴承电压也等比例衰减三分之一；将两个匝数为n:1的共模变压器固定在电机内部转轴的两端，
6.根据权利要求5所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤3.2中，第四桥臂根据前三个桥臂的开关状态同步控制开关管的开通或关断，若前三个桥臂的开关状态为(110、101、011)时，第四桥臂上管导通下管关断，即开关状态为“1”，向原边的两个共模磁环注入幅值为Vdc/2的电压Vchoke，若前三个桥臂的开关状态为(100、010、001)时，第四桥臂上管关断下管导通，即开关状态为“0”，向原边的两个共模磁环注入的电压Vchoke幅值变为-Vdc/2。
7.根据权利要求6所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤3.3中，所述的电压Vchoke在转轴的轴承两端感生出两个注入电压Vinj，通过设计两个磁环的匝数n,使得Vinj与轴承电压Vb等大反相；
8.根据权利要求7所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤3.4中，所述共模磁环的匝数n的确定方法如下，根据变压器原理，磁环原边与作为副边的注入电压之比如公式(4)所示：
...【技术特征摘要】
1.基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤一中，电容包括定子绕组与机壳的寄生电容cws、机壳与转轴之间的寄生电容crs、定子绕组与转轴之间的寄生电容cwr、轴承驱动端的电容cb,d和轴承非驱动端的电容cb,nd；
3.根据权利要求2所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤二中，采用bvr计算公式如公式(2)所示：
4.根据权利要求3所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤三中，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于软硬件结合策略的电机轴承电压有源主动抑制方法，其特征在于：步骤3.1中，四桥臂逆变器的三个桥臂用于控制电机，即利用两个幅值相等方向相反的基本非零矢量作用相同时间，代替零矢量的作用效果，将共模电压幅值由vdc/2衰减为vdc/6，由式(2)可知轴承电压也等比例衰减三分之一；将两个匝数为n:1的共模变压器固定在电机内部转轴的两端，转轴穿过两个共模变压器磁环，共模变压器以转轴作为副边；共模变压器的原边绕组...
【专利技术属性】
技术研发人员：王纪元，杜博超，杨明亮，王沛，刘子豪，王朝博，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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