一種用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電機驅動控制領域，尤指一種用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的帶中性線的三相交流電機的控制系統(tǒng)中，針對提高系統(tǒng)的性能主要是通過復雜的拓撲結構，這樣的控制相對復雜，導致系統(tǒng)的魯棒性受限。
[0003]其中，控制系統(tǒng)主要采用方法有以下兩種:1、增加電路元件:中性線引出線上加裝隔離開關，以切斷一些電機中性線上的諧波電流大小和分布情況?；蛘咧行跃€引出線上加裝電抗器，但將引起負荷中性點偏離，加大三相電壓的不平衡度；2、復雜的電路結構與控制方法:通過選用結構復雜的電路和控制算法，實現(xiàn)抑制三相電機零線上的零序電流。
[0004]對于方法I中存在的問題，是容易增加系統(tǒng)拓撲結構的復雜性和成本。而方法2中各種改進的閉環(huán)控制算法，由于算法復雜，降低了系統(tǒng)的魯棒性；同時需要增加額外的檢測、保護電路，從而帶來額外的元器件成本。另外，中性線上的零序電流成份如果過大，容易影響電機的壽命和效率，嚴重時可能燒毀中性線，同時由于高次諧波電流作用于導線上，則使導線產生集膚效應，使導線載流量下降。由于制造上的原因，要從電機結構上完全克服零序電流是有困難的，因此必須從電機的運行方式及系統(tǒng)上采取措施限制零序電流。

【發(fā)明內容】

[0005]對于現(xiàn)有技術中存在的無法完全克服零序電流的問題，本發(fā)明針對帶中性線的三相交流電機的新型四開關電路的控制，基于傳統(tǒng)兩電平空間電壓矢量調制的方法，根據(jù)本系統(tǒng)電路的特點，構建出一種新型的空間電壓矢量結構圖和空間電壓矢量調制方法；同時在各個扇區(qū)內靈活地配置新舊電壓矢量，從而達到抑制零序電流，實現(xiàn)三相電機電流對稱輸出的目的。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)，包括:用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)，包括:整流單元、直流母線電容、逆變單元、三相交流電機，其中，所述整流單元，用于接入外部交流電，并將其整流為直流電；所述直流母線電容，與整流單元并聯(lián)連接；所述逆變單元連接整流單元及三相交流電機，包括:三相四橋臂逆變電路、逆變電路控制模塊；其中，所述三相四橋臂逆變電路，用于將所述直流電逆變?yōu)榻涣麟?，驅動三相交流電機，包括四個橋臂，所述四個橋臂之間并聯(lián)連接；第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂的上橋為二極管，下橋為開關管，這三個橋臂中的上橋和下橋之間的連接點分別連接三相交流電機的其中一相；第四橋臂的上橋為開關管，下橋為另一個二極管，所述第四橋臂中的上橋和下橋之間的連接點連接三相交流電機的中性端；所述逆變電路控制模塊，用于根據(jù)所述三相交流電機的三相電流，利用空間電壓矢量調制分別控制所述四個橋臂的開關管開通或關斷；在所述空間電壓矢量調制的某一扇區(qū)內，當處于某一有效空間電壓矢量狀態(tài)時，如果所述三相交流電機中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流都不等于O，關斷第四橋臂的開關管，執(zhí)行第一續(xù)流模式，產生第一續(xù)流；如果所述三相交流電機中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流至少有一相等于O，開通第四橋臂的開關管，執(zhí)行第二續(xù)流模式，產生第二續(xù)流；根據(jù)所述三相交流電機的三相電流的實時狀態(tài)，通過調節(jié)第四橋臂的開關管的開關狀態(tài)控制執(zhí)行第一續(xù)流模式或第二續(xù)流模式，在所述三相交流電機側產生一個反向的零軸電壓，降低零軸的平均電壓，抑制零序電流。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于三相交流電機的抑制零序電流的控制方法，包括:根據(jù)所述三相交流電機的三相電流，利用空間電壓矢量調制分別控制三相四橋臂逆變電路中四個橋臂的開關管開通或關斷；在所述空間電壓矢量調制的某一扇區(qū)內，當處于某一有效空間電壓矢量狀態(tài)時，如果所述三相交流電機中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流都不等于0，關斷第四橋臂的開關管，執(zhí)行第一續(xù)流模式，產生第一續(xù)流；如果所述三相交流電機中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流至少有一相等于0，開通第四橋臂的開關管，執(zhí)行第二續(xù)流模式，產生第二續(xù)流；根據(jù)所述三相交流電機的三相電流的實時狀態(tài)，通過調節(jié)第四橋臂的開關管的開關狀態(tài)控制執(zhí)行第一續(xù)流模式或第二續(xù)流模式，在所述三相交流電機側產生一個反向的零軸電壓，降低零軸的平均電壓，抑制零序電流。
[0008]本發(fā)明提出的用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)及方法提供了驅動帶中性線的三相交流電機驅動的電路方案，通過新型的空間電壓矢量調制方法，有效地抑制了帶中性線的三相交流電機系統(tǒng)中固有的零序電流，從而能大大降低傳統(tǒng)帶中性線的三相交流電機的驅動電路的成本，并且更有利于拓寬帶中性線的三相交流電機的驅動電路拓撲的應用領域。
【附圖說明】
[0009]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明一實施例的用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)結構示意圖。
[0011]圖2A及圖2B為圖1的控制系統(tǒng)的兩種電路結構示意圖。
[0012]圖3A為現(xiàn)有的三開關空間電壓矢量調制示意圖。
[0013]圖3B為本發(fā)明的四開關空間電壓矢量調制示意圖。
[0014]圖4A為本發(fā)明一具體實施例中第一續(xù)流模式和第二續(xù)流模式選擇原則的示意圖。
[0015]圖4B為本發(fā)明一具體實施例中第一續(xù)流模式下的續(xù)流走向示意圖。
[0016]圖4C為本發(fā)明一具體實施例中第二續(xù)流模式下的續(xù)流走向示意圖。
[0017]圖5A為一具體實施例中第I扇區(qū)的一個開關周期的電壓矢量狀態(tài)示意圖。
[0018]圖5B為對應圖5A中一個開關周期的零序電壓示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下配合圖式及本發(fā)明的較佳實施例，進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段。
[0020]圖1為本發(fā)明一實施例的用于三相交流電機的抑制零序電流的控制系統(tǒng)結構示意圖。圖2A及圖2B為圖1的控制系統(tǒng)電路結構示意圖。結合圖1、圖2A及圖2B所示，該控制系統(tǒng)包括:整流單元1、直流母線電容2、逆變單元3、三相交流電機4，其中，
[0021]整流單元1，用于接入外部交流電5，并將其整流為直流電；
[0022]直流母線電容2，與整流單元I并聯(lián)連接，可采用大容值的電解電容，若系統(tǒng)有更長使用壽命和更高性能可靠性等的需求，可以采用小容值的薄膜電容；
[0023]逆變單元3連接整流單元I及三相交流電機4，包括:三相四橋臂逆變電路31、逆變電路控制模塊32;其中，
[0024]三相四橋臂逆變電路31，用于將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，驅動三相交流電機4，包括四個橋臂，四個橋臂之間并聯(lián)連接；
[0025]第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂的上橋為二極管(如圖24所示，分別為01、02、03)，下橋為開關管(如圖2A所示，開關管分別為Q1、Q2、Q3，分別內含一個反并聯(lián)的二極管)，這三個橋臂中的上橋和下橋之間的連接點分別連接三相交流電機4的其中一相；
[0026]第四橋臂的上橋為開關管Q4(內含一個反并聯(lián)的二極管)，下橋為另一個二極管D4，第四橋臂中的上橋和下橋之間的連接點連接三相交流電機4的中性端；
[0027]根據(jù)三相交流電機4的三相電流，逆變電路控制模塊32用于實現(xiàn)電機驅動閉環(huán)控制，結合圖3B所示，利用空間電壓矢量調制(SVPffM)分別控制采樣逆變電路31中的四個橋臂的開關管開通或關斷；
[0028]在空間電壓矢量調制的某一扇區(qū)內，當處于某一空間電壓矢量狀態(tài)時，如果三相交流電機4中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流都不等于0，關斷第四橋臂的開關管Q4，執(zhí)行第一續(xù)流模式，產生第一續(xù)流；
[0029]如果三相交流電機4中矢量狀態(tài)發(fā)生變化的相應兩相電流中至少有一相等于0，