[发明专利]电机驱动系统的机端过电压预测方法、预测系统、终端

说明书

本发明属于过电压预测技术领域，公开了一种电机驱动系统的机端过电压预测方法、预测系统、终端，测量得到某一频率下电缆的阻抗参数和全频率范围内电机的阻抗特性，计算得到电缆二端口网络的传递函数；根据逆变器的开关特性确定逆变器端输入电压波的波形；对逆变器端电压波形进行傅里叶变换得到输入电压频谱；与传递函数相乘得到输出电压频谱，再对输出电压频谱进行傅里叶反变换得到预测的机端过电压波形。本发明建立了电机驱动系统的二端口网络模型，基于传输线波动方程和所建立的精确电缆单位分布阻抗电路模型推导了系统二端口矩阵的解析表达式，预测结果更加精确，参数获取容易，且只用数学计算工具来实现，更加适用于实际工程应用。

技术领域

本发明属于过电压预测技术领域，尤其涉及一种电机驱动系统的机端过电压预测方法、预测系统、终端。

背景技术

目前，在长电缆电机驱动系统中，逆变器输出的具有高电压变化率(dv/dt)的PWM电压波经过电缆后会在电机端部发生波的反射。这种现象将使机端输入电压超过直流母线电压，在全反射时甚至能够接近两倍的直流母线电压，从而导致电机的绝缘故障。过去通常认为，当电缆较短时，由于其长度远小于电压波的波长，反射波现象不再显著，对电机的影响很小。然而，得益于SiC材料优越的材料特性，SiC器件(即功率半导体开关)开始逐渐在高频、高功率密度的电机驱动系统中取代传统的Si器件。由于SiC器件具有更高的开关速度，基于SiC器件的逆变器输出的PWM电压波会有更高的电压变化率(dv/dt)，这导致机端过电压更加严重。即使电缆只有几米，机端也会出现明显的过电压。为了避免电机的绝缘故障，需要对电机端部的过电压进行预测和预防。

已有的机端过电压预测方法可以大致分为三类：第一类是利用波反射系数推导出一种机端过电压峰值的预测公式。这种方法最简单最常用，但是多用于定性分析。由于忽略了电缆的阻尼和电缆阻抗的频率变化特性等因素，结果误差较大；第二类是利用有限元仿真软件搭建电缆的真实物理模型，然后将模型联合电路进行仿真得到机端过电压波形。这种方法针对特定的电缆能够建立较为精确的模型，得到较准确的预测结果，但是需要知道电缆的各种材料和形状参数，这在实际应用中很困难；第三类是根据阻抗特性建立电缆和电机的阻抗网络模型，然后在电路仿真软件中通过阻抗网络模型的级联仿真得到机端过电压波形。这种方法在一定程度上兼顾了准确性和实用性，但是依然需要利用仿真软件建立复杂的电路仿真模型，同时级联网络的数量问题会导致误差。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术没有很好地在准确性和实用性上进行平衡。第一类技术虽然能够利用数学计算工具快速实现，但假设条件过于简单理想，导致预测结果误差很大；第二、三类技术则很复杂，需要获取很多电缆模型参数且获取过程困难，并且都需要利用仿真软件工具来实现，在工程应用中实用性差。

解决以上问题及缺陷的难度为：不同于电阻、电感等集总参数元件，电缆需要采用分布参数电路进行分析，且存在各种寄生、耦合参数的影响，建模和分析难度大。过去的波反射理论提供了一种较理想的数学解析分析手段，但无法达到工程应用的精度要求。而高精度的电缆分布参数电路模型则很难用于数学解析分析。解决这些问题需要结合系统实际的工作特性，综合考虑技术的准确性和实用性。

解决以上问题及缺陷的意义为：机端过电压现象在带电缆的电机驱动系统中是普遍存在的，过去由于缺少准确且实用的过电压预测技术，在系统设计阶段往往凭经验预留过大的绝缘裕量，导致系统成本的增加和容量的浪费。采用本技术能够快速地对过电压进行准确预测，帮助确定系统的绝缘裕量，有效降低系统的成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电机驱动系统的机端过电压预测方法、预测系统、终端。

本发明是这样实现的，一种电机驱动系统的机端过电压预测方法，包括：

将电机驱动系统等效成一个二端口网络模型，建立所述二端口矩阵的解析表达式，利用所述二端口矩阵的解析表达式进行机端过电压预测。

进一步，所述二端口网络模型如下：