[发明专利]一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统

说明书

本发明公开了一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，包括两套三相逆变器、额外负载电路、驱动控制电路、采样反馈电路和两个额外并联桥臂及与其相对应的耦合电感。基于该控制系统，本发明提供了一种共模噪声抑制方法，在实现最大直流母线电压利用率的情况下，降低一般逆变器驱动电机时产生的共模电流和电磁干扰噪声，抑制其对电机绝缘和轴承等部件产生的持续损害的问题，由此解决逆变器驱动三相交流电机的共模噪声的技术问题。本发明可以选择小容量低成本的开关管组成额外桥臂，能够取得降低共模电流和抑制共模噪声，实现保护电机绕组和轴承绝缘，提高系统可靠性的有益效果。

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统。

背景技术

随着现代电机与电力电子控制技术的发展，基于电力电子逆变器驱动的交流电机变频调速系统，已广泛应用于伺服和交通牵引领域。由于该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特性实现，电机的绕组端存在以高频脉冲序列为特征的共模电压。共模电压产生的共模电流沿电机绕组传导，通过电机绕组与机壳或者轴承之间的杂散电容传导到接地端，不但增加了系统的电磁干扰噪声，而且会对电机绝缘和轴承等部件形成持续的损害，是电机驱动中的主要问题之一。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，其目的在于在实现最大的直流母线电压利用率的情况下，降低现有逆变器驱动电机时产生的共模电流和电磁干扰噪声，抑制其对电机绝缘和轴承等部件产生的持续损害的问题，由此解决逆变器驱动三相交流电机的共模噪声的技术问题。

本发明提出的一种抑制共模噪声的三相交流电机驱动系统，包括驱动控制电路、采样反馈电路、两套相同的三相逆变器、两个额外并联桥臂、额外负载电路和四个相同耦合电感；其中：

两套三相逆变器所有桥臂并联接于同一个直流母线电源，各相桥臂中点分别通过三个耦合电感连接到外部三相电机，用于输出三相交流电流；

两个额外并联桥臂结构均与三相逆变器任一桥臂相同，并联接于相同的直流母线电源，其桥臂中点通过另一耦合电感连接到额外负载电路；所述额外并联桥臂用于输出高频电流，以抵消两套三相逆变器输出的共模噪声；

各三相逆变器的桥臂和各额外并联桥臂通过各臂的中点分别连接耦合电感的输入端；

所述耦合电感为三端电感，电感线圈中点为输出端，电感线圈两端相连(异名端)作为输入端，分别接所述并联三相逆变器和额外并联桥臂中点；

耦合电感输出端分别外接三相电机各相绕组和额外负载电路，用于将各相并联桥臂电流合并为一路，送入三相电机和额外负载电路；

所述额外负载电路包括一个电阻和一个电感，两者串联；所述电感的电感值与任一相电机绕组电感值相同；所述电阻的电阻值一般选择500-5000欧；额外负载电路的电阻值要远大于电机绕组的电阻值，从而限制流过额外负载的电路的低频电流；对于一般电压等级供电的逆变器系统，通常电阻可以选择几百到几千欧；所述额外负载电路一端接三相电机定子绕组中性点，另一端接额外并联桥臂对应的耦合电感输出端，用于提供高频电流通路；

所述采样反馈电路输入端接三相电机电流传感器和转子位置传感器的输出端,输出与驱动控制电路相连，用于采集电机定子绕组电流和转子位置信息并送入至所述驱动控制电路中，所述驱动控制电路用于控制逆变器各开关管动作。

基于所述驱动系统，本发明提出一种控制方法，包括下述步骤：

(1)通过所述驱动系统中设计的(即预先定义的)d轴和q轴电流控制器输出参考电压指令V_d、V_q和采样反馈电路中检测的转子实时角度θ，计算三相正弦电压指令v_a、v_b和v_c；所述d轴和q轴电流控制器在驱动系统中通过软件实现；