CN108616214B - 一种消除双三相电机pwm频率噪声的驱动拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除双三相电机PWM频率噪声的驱动拓扑，所述驱动拓扑包含两个相同的电压源逆变器VSI1和VSI2、一个双三相电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc。本发明利用耦合电感将三相电机驱动器或者三相电力逆变器输出相电压中的PWM频率谐波消除。本发明提供的新型拓扑不仅保持了传统电路拓扑动态相应快的优点，还能够有效地降低PWM频率的电压、电流谐波，消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小电力逆变器的输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。

Description

一种消除双三相电机PWM频率噪声的驱动拓扑
技术领域
本发明涉及一种双三相电机驱动拓扑，具体涉及一种消除PWM频率噪声的驱动拓扑，用于三相电机驱动器或者三相电力逆变器。
背景技术
传统的电机驱动器或者电力逆变器一般采用SVPWM策略对母线电压进行调制，从而得到三相交流电压。其产生的相电压中含有大量的谐波，其中的谐波主要集中在PWM频率以及其整数倍频率附近。例如，当PWM频率为10.0 kHz时，其相电压谐波主要集中于10.0kHz、20.0 kHz、30.0 kHz、40.0 kHz附近。相电压输入电机会产生相应的电流，电流会在电机上激发出对应频率的振动与噪声。当PWM频率在10.0 kHz附近时，采用SVPWM策略会使得电机产生人耳可闻的噪声。
现有的电机***或者并网逆变器一般不具备PWM噪声抑制能力。常见的方法是提高PWM频率和采用LC滤波器。提高PWM频率会明显增加逆变器的开关损耗，这种方法在大功率和对发热有要求的场合并不适用。采用传统LC滤波器消除PWM频率的噪声，主要存在以下三个缺点：
（1）LC滤波器的电感需要通过电机的额定电流。为了防止电感饱和，电感铁心的体积巨大。这样，使得LC滤波器的重量与成本大幅度增加。
（2）LC滤波器的引入也使得电机控制***的阶数升高，电机电流的控制特性变差，***的动态性能降低。
（3）LC滤波器本身的电感与电容会给增加线路的阻抗，使得***的损耗增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除双三相电机PWM频率噪声的驱动拓扑，利用耦合电感将三相电机驱动器或者三相电力逆变器输出相电压中的PWM频率谐波消除。本发明能够有效地消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小三相电力逆变器输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种消除双三相电机PWM频率噪声的驱动拓扑，包含两个相同的电压源逆变器VSI1和VSI2、一个双三相电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc，其中：
所述耦合电感La、Lb、Lc均由铁芯、两个匝数相同的第一线圈和第二线圈构成，同一铁芯上缠绕两个匝数相同的第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈的缠绕方向相反；
所述电压源逆变器VSI1和电压源逆变器VSI2并联在同一母线DC_link上；
所述电压源逆变器VSI1的输出端A1和耦合电感La第一线圈的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE001
相连，B1和耦合电感Lb第一线圈的输入端
Figure 374767DEST_PATH_IMAGE001
相连，C1和耦合电感Lc第一线圈的输入端
Figure 291908DEST_PATH_IMAGE001
相连；
所述电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La第二线圈的输入端
Figure 760061DEST_PATH_IMAGE002
相连，B2和耦合电感Lb第二线圈的输入端
Figure 155270DEST_PATH_IMAGE002
相连，C2和耦合电感Lc第二线圈的输入端
Figure 969642DEST_PATH_IMAGE002
相连；
所述La第一线圈的输出端
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端x1相连，Lb第一线圈的输出端
Figure 729788DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端y1相连，Lc第一线圈的输出端
Figure 996821DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端z1相连；
所述La第二线圈的输出端
Figure 382672DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端x2相连，Lb第二线圈的输出端
Figure 51551DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端y2相连，Lc第二线圈的输出端
Figure 982597DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端z2相连。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的新型拓扑不仅保持了传统电路拓扑动态相应快的优点，还能够有效地降低PWM频率的电压、电流谐波，消除电机PWM频率的电磁振动，大幅度减小电力逆变器的输出滤波器的体积，具有极高的应用价值与经济价值。
2、本发明的新型拓扑略能够有效地消除PWM技术产生的人耳可闻噪声，有效地消除电机PWM的电磁振动，大幅度减小电力逆变器输出滤波器的体积。
附图说明
图1为传统双三相电机驱动电路拓扑；
图2为本发明提出的双三相电机驱动电路拓扑；
图3为逆变器（VSI）拓扑；
图4为耦合电感（La、Lb、Lc）的结构示意图，图中：
Figure 736927DEST_PATH_IMAGE001
为第一线圈的输入端，
Figure 162354DEST_PATH_IMAGE002
为第二线圈的输入端，
Figure 685739DEST_PATH_IMAGE003
为第一线圈的输出端，
Figure 115584DEST_PATH_IMAGE004
为第二线圈的输出端；
图5为双三相电机驱动器载波与调制波；
图6为采用传统双三相电机驱动拓扑电机噪声；
图7为采用本发明双三相电机驱动拓扑的电机噪声。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，传统的双三相电机电路拓扑包含两个相同电压源逆变器VSI1和VSI2以及一个双三相电机M，VSI1和VSI2的电路拓扑如图3所示。电压源逆变器VSI1和电压源逆变器VSI2并联在同一母线DC_link上；电压源逆变器VSI1的输出端A1、B1、C1分别和双三相电机M中的输入端x1、y1、z1相连；电压源逆变器VSI2的输出端A2、B2、C2分别和双三相电机中的输入端x2、y2、z2相连。
如图2所示，本发明提出的双三相电机驱动拓扑包含两个相同的电压源逆变器VSI1和VSI2、一个双三相电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc，其中：VSI1和VSI2的电路拓扑如图3所示；耦合电感La、Lb、Lc的结构如图4所示，所述耦合电感La、Lb、Lc均由铁芯、两个匝数相同的第一线圈和第二线圈构成，同一铁芯上缠绕两个匝数相同的第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈的缠绕方向相反。本发明中，铁芯可以有气隙也可以没有气隙，铁芯也不限于图中的形状，第一线圈和第二线圈的缠绕方式不限于图中的方式，具体缠绕方式和耦合电感的接线方式相关。
电压源逆变器VSI1和电压源逆变器VSI2并联在同一母线DC_link上。电压源逆变器VSI1的输出端A1和耦合电感La第一线圈的输入端
Figure 294892DEST_PATH_IMAGE001
相连，B1和耦合电感Lb第一线圈的输入端
Figure 570016DEST_PATH_IMAGE001
相连，C1和耦合电感Lc第一线圈的输入端
Figure 400438DEST_PATH_IMAGE001
相连。电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La第二线圈的输入端
Figure 735604DEST_PATH_IMAGE002
相连，B2和耦合电感Lb第二线圈的输入端
Figure 402209DEST_PATH_IMAGE002
相连，C2和耦合电感Lc第二线圈的输入端
Figure 481023DEST_PATH_IMAGE002
相连。La第一线圈的输出端
Figure 979001DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端x1相连，Lb第一线圈的输出端
Figure 439063DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端y1相连，Lc第一线圈的输出端
Figure 389701DEST_PATH_IMAGE003
和双三相电机M中的输入端z1相连。La第二线圈的输出端
Figure 272207DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端x2相连，Lb第二线圈的输出端
Figure 562374DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端y2相连，Lc第二线圈的输出端
Figure 504922DEST_PATH_IMAGE004
和双三相电机M中的输入端z2相连。
通过调节两个电压源逆变器VSI1和VSI2的载波相位差消除不同次数的PWM谐波。例如当电压源逆变器VSI1和VSI2的载波相位相差载波周期的一半（180度），调制波相位相同，如图5所示，能够消除PWM频率的谐波。
当PWM频率为8.0 kHz时，采用传统拓扑的驱动器驱动的电机噪声如图6所示，采用本发明新型拓扑驱动器驱动的电机噪声如图7所示。由图6和图7对比可见，8.0 kHz的可闻噪声降低16dB。

Claims (1)

1.一种消除双三相电机PWM频率噪声的驱动拓扑，其特征在于所述驱动拓扑包含两个相同的电压源逆变器VSI1和VSI2、一个双三相电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc，其中：
所述耦合电感La、Lb、Lc均由铁芯、两个匝数相同的第一线圈和第二线圈构成；所述第一线圈和第二线圈的缠绕方向相反；
所述电压源逆变器VSI1和电压源逆变器VSI2并联在同一母线DC_link上；
所述电压源逆变器VSI1的输出端A1和耦合电感La第一线圈的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE002
相连，B1和耦合电感Lb第一线圈的输入端
Figure 830380DEST_PATH_IMAGE002
相连，C1和耦合电感Lc第一线圈的输入端
Figure 747520DEST_PATH_IMAGE002
相连；
所述电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La第二线圈的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE004
相连，B2和耦合电感Lb第二线圈的输入端
Figure 589574DEST_PATH_IMAGE004
相连，C2和耦合电感Lc第二线圈的输入端
Figure 797833DEST_PATH_IMAGE004
相连；
x1、y1、z1为双三相电机M的第一套三相绕组，x2、y2、z2为双三相电机M的第二套三相绕组；
所述La第一线圈的输出端
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和双三相电机M中的输入端x1相连，Lb第一线圈的输出端
Figure 674522DEST_PATH_IMAGE006
和双三相电机M中的输入端y1相连，Lc第一线圈的输出端
Figure 496984DEST_PATH_IMAGE006
和双三相电机M中的输入端z1相连；
所述La第二线圈的输出端
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和双三相电机M中的输入端x2相连，Lb第二线圈的输出端
Figure 577067DEST_PATH_IMAGE008
和双三相电机M中的输入端y2相连，Lc第二线圈的输出端
Figure 775967DEST_PATH_IMAGE008
和双三相电机M中的输入端z2相连。
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