CN109905065A - 一种消除强耦合双支路电机奇数倍pwm频率噪声的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声的方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、构建强耦合双支路电机驱动电路拓扑；步骤二、改变电压源型逆变器VSI2的载波相位，使得VSI2的载波与VSI1的载波相位相差180°，迫使强耦合双支路电机两套绕组中的奇次PWM谐波电流方向相反。该方法将电机的特殊绕组结构与逆变器载波移相结合，在并联逆变器外加耦合电感驱动强耦合双支路电机的拓扑中，通过载波相位移相180°，能够有效地消除强耦合双支路电机由于PWM技术带来的奇次PWM谐波频率的振动，从而抑制PWM频率的电磁噪声，大幅度减小三相电力逆变器输出滤波器的体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种消除强耦合双支路电机PWM频率噪声的方法，具体涉及一种彻底消除强耦合双支路永磁同步电机奇数次PWM谐波的方法。
背景技术
传统的电机驱动器或者电力逆变器通常采用SVPWM策略或者SPWM对母线电压进行调制，从而得到三相交流电压。但是调制得到的相电压和相电流中含有大量的谐波，其中高次谐波主要集中在PWM频率以及其整数倍频率附近。而电流会在电机上激发出PWM频率及其整数倍频率的振动与噪声。
现有的电机驱动器或者并网逆变器通常不具备抑制PWM噪声的能力，常见的方法是提高PWM开关频率和采用LC滤波器。提高PWM频率会增大逆变器的开关损耗，引起驱动器发热，此方法不适用于大功率场合。而采用传统LC滤波器滤除PWM频率的噪声，主要存在以下三个缺点：（1）LC滤波器的电感会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，大幅增加了LC滤波器的重量与成本。（2）LC滤波器的引入会升高电机控制***的阶数，使得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增加线路的阻抗，增加***的损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声的方法，该方法将电机的特殊绕组结构与逆变器载波移相结合，在并联逆变器外加耦合电感驱动强耦合双支路电机的拓扑中，通过载波相位移相180°，能够有效地消除强耦合双支路电机由于PWM技术带来的奇次PWM谐波频率的振动，从而抑制PWM频率的电磁噪声，大幅度减小三相电力逆变器输出滤波器的体积。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声的方法，包括如下步骤：
步骤一、构建强耦合双支路电机驱动电路拓扑
所述强耦合双支路电机驱动电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2、强耦合双支路电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc，其中：
两个电压源逆变器VSI1和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的输入端相连，输出端B1和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C1和耦合电感Lc的输入端 相连；
电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La的输入端相连，输出端B2和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C2和耦合电感Lc的输入端相连；
耦合电感La的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x1相连，输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x2相连；
耦合电感Lb的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y1相连，输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y2相连；
耦合电感Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z1相连，耦合电感Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z2相连；
所述耦合电感La、Lb、Lc的电感值大于强耦合双支路电机M中一套绕组的相电感；
步骤二、改变电压源型逆变器VSI2的载波相位，使得电压源型逆变器VSI2的载波与电压源型逆变器VSI1的载波相位相差180°，这样两个逆变器输出的奇次PWM谐波电压相位相反，由于两套绕组的对称性，从而迫使强耦合双支路电机M两套绕组中的奇次PWM谐波电流方向相反，使在强耦合双支路电机M气隙中产生的谐波磁动势方向相反相互抵消，从而消除电机的奇次PWM 频率的高频振动，噪音也就不复存在，进而彻底消除了强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明利用载波移相，使得强耦合电机两套绕组在气隙中产生的谐波磁动势的相位相反，相互抵消，从而彻底消除奇次PWM频率的谐波，利用耦合电感用来抑制载波移相后的相电流中增大的奇数次PWM频率谐波电流。
2、本发明的电机驱动拓扑不仅保持了传统电路拓扑动态响应快的优点，还能够有效地减小电机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。
附图说明
图1为传统强耦合双支路电机驱动电路拓扑；
图2为本发明构建的强耦合双支路电机驱动电路拓扑；
图3为逆变器（VSI）拓扑；
图4为耦合电感（La，Lb，Lc）示意图；
图5为强耦合双支路电机驱动器载波与调制波；
图6为采用传统方法的强耦合双支路电机噪声；
图7为采用本发明方法的强耦合双支路电机噪声。
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，传统强耦合双支路电机驱动方法中，其驱动电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2以及强耦合双支路电机M。强耦合双支路电机两套绕组的线圈同齿缠绕，且两套绕组在电机中的空间位置相同，这导致两条支路之间耦合电感很大，而普通的双单元电机两套绕组耦合电感很小。VSI的电路拓扑如图3所示。两个电压源逆变器VSI1和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和强耦合双支路电机中的输入端x1、y1、z1相连；电压源逆变器VSI2的输出端A2、B2、C2和强耦合双支路电机中的输入端x2、y2、z2相连。采用传统方法时，两个逆变器的载波同相，没有相位差存在。
本发明在传统强耦合双支路电机驱动方法的基础上，提出了一种新型的消除强耦合双支路电机奇次PWM频率噪音的方法，该方法在加有耦合电感的并联逆变器中实施，如图2所示，其电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2；强耦合双支路电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc。VSI1和VSI2的电路拓扑如图3所示。两个电压源逆变器VSI1和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的输入端相连，输出端B1和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C1和耦合电感Lc的输入端相连。电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La的输入端相连，输出端B2和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C2和耦合电感Lc的输入端相连。La的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x1相连，Lb的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y1相连，Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z1相连。La的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x2相连，Lb的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y2相连，Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z2相连。耦合电感La、Lb、Lc的结构如图4所示，在同一铁芯上两个匝数相同的线圈方向相反地缠绕，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，缠绕方式不限于图中的方式。
除了拓扑以外，改变某一个逆变器的载波相位，使得两个并联逆变器的载波相位相反180°，如图5所示。而两个电压型逆变器的调制波的相位保持不变，这样两套绕组的基波相位保持同相，从而保证电机的正常运行。
当PWM频率为4.0 kHz时，采用传统拓扑且无载波移相驱动器驱动的电机噪声如图6所示，采用本发明阐述的方法驱动的电机噪声如图7所示。对比可见，4.0 kHz与12.0 kHz的可闻噪声几乎不存在。本发明阐述的方法能够有效地消除电机奇次PWM频率的电磁振动，进而降低PWM技术产生的人耳可闻噪声，大幅度减小电力逆变器输出滤波器的体积。
Claims (2)
1.一种消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、构建强耦合双支路电机驱动电路拓扑
所述强耦合双支路电机驱动电路拓扑包含两个电压源逆变器VSI1和VSI2、强耦合双支路电机M以及三个相同的耦合电感La、Lb、Lc，其中：
两个电压源逆变器VSI1和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的输入端相连，输出端B1和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C1和耦合电感Lc的输入端相连；
电压源逆变器VSI2的输出端A2和耦合电感La的输入端相连，输出端B2和耦合电感Lb的输入端相连，输出端C2和耦合电感Lc的输入端相连；
耦合电感La的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x1相连，输出端和强耦合双支路电机M中的输入端x2相连；
耦合电感Lb的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y1相连，输出端和强耦合双支路电机M中的输入端y2相连；
耦合电感Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z1相连，耦合电感Lc的输出端和强耦合双支路电机M中的输入端z2相连；
步骤二、改变电压源型逆变器VSI2的载波相位，使得电压源型逆变器VSI2的载波与电压源型逆变器VSI1的载波相位相差180°，迫使强耦合双支路电机M两套绕组中的奇次PWM谐波电流方向相反，使在强耦合双支路电机M气隙中产生的谐波磁动势方向相反相互抵消，从而消除电机的奇次PWM 频率的高频振动，进而彻底消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声。
2.根据权利要求1所述的消除强耦合双支路电机奇数倍PWM频率噪声的方法，其特征在于所述耦合电感La、Lb、Lc的电感值大于强耦合双支路电机M中一套绕组的相电感。
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| CN111900900A (zh) * | 2020-07-15 | 2020-11-06 | 华中科技大学 | 多模块电机、振动与共模电流抑制的pwm调制方法及*** |
| CN112468051A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-09 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种多相永磁电机高频振动快速分析方法及其抑制策略 |
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| CN108616214A (zh) * | 2018-05-19 | 2018-10-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种消除双三相电机pwm频率噪声的驱动拓扑 |
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