基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统及方法与流程

本发明涉及电机控制，尤其涉及一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统及方法。

背景技术：

1、在大功率电机驱动系统中，主功率变流器直流母线电压高、额定电流大，受开关损耗、散热能力、电磁兼容要求以及器件安全裕量的限制，主功率变流器的开关频率一般难以显著提高。尤其在高速、大功率的多相电机应用场景下，较低的开关频率会增加电流纹波、低阶电压谐波、气隙谐波磁场和转矩脉动的控制难度。

2、多组三相电机由两组或两组以上三相绕组构成，各组三相绕组通常采用星形连接并可形成独立的中性点。多个中性点的存在为零序电流调节、绕组磁动势重构和局部谐波补偿提供了额外的控制自由度。理论上，通过中性点支路向电机注入受控的中线电流，可在不显著增加主功率回路容量的条件下，对特定谐波电流、零序分量以及空间谐波磁动势进行有效补偿。

3、然而，现有技术若直接依靠主功率变流器提高开关频率，受限于高压器件的开关损耗及散热条件，在工程实际中难以实现；若采取在主功率变流器中增加与主直流母线同电压等级的第四桥臂来调节中性点电流，需要额外引入高压功率器件及相应的绝缘、驱动、散热和保护设计，系统成本与开关损耗会大幅增加；若仅将多个中性点之间采用无源连接方式（如直接短接），虽然结构简单，但无法对中线电流的幅值、相位和频率进行精确的闭环调节。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统及方法，解决了现有技术在调节中性点电流时存在依靠主功率变流器、需要额外引入高压功率器件及配套部件或者调节精度较差的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统，包括至少两组通过主功率变流器驱动的三相星接绕组，每组三相星接绕组中的各组三相绕组末端均具有作为公共汇接点的独立的中性点，还包括：

3、低压辅助变流器，所述低压辅助变流器具有与中性点数量对应的多个桥臂，每个桥臂均与一个中性点通过中线电感连接；

4、与低压辅助变流器连接的隔离型低压电源，用于为每个桥臂提供电压低于主功率变流器直流母线电压的低压直流母线；

5、控制器，用于采集多组三相星接绕组的电气数据并计算中线电流指令，并根据中线电流指令控制低压辅助变流器调节各中性点之间的差模电压，以驱动中线电感所在支路产生受控的中线电流。

6、作为优选，所述控制器采集的电气数据包括所述多组三相星接绕组的相电流和各中性点支路的中线电流；所述控制器将计算出的中线电流指令与采集到的中线电流采样值进行闭环比较，生成差模电压指令，实现中线电流闭环控制，并通过调节各中性点之间的差模电压实现与外部共模电压控制解耦。

7、作为优选，所述低压辅助变流器中功率开关器件的开关频率高于所述主功率变流器中功率开关器件的开关频率。

8、作为优选，所述受控的中线电流用于对零序电流、指定谐波电流、气隙谐波磁场、转矩脉动以及转子附加损耗中的至少一种进行抑制或补偿。

9、作为优选，所述桥臂包括两个开关器件，两个开关器件并联后与中线电感串联，两个开关器件采用互补驱动并设置死区。

10、作为优选，所述三相星接绕组为两组，所述低压辅助变流器为低压h桥结构，该h桥的第一桥臂与第二桥臂分别采用互补驱动并设置死区；当第一桥臂上开关管与第二桥臂下开关管同时导通时，低压h桥输出正差模电压；当第一桥臂下开关管与第二桥臂上开关管同时导通时，低压h桥输出负差模电压；当第一桥臂与第二桥臂同时连接至低压直流母线同一侧时，低压h桥输出零差模电压。

11、本发明还提供了一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制方法，应用于多组三相电机中性点电流控制系统，包括以下步骤：

12、s1、采集包含多组三相星接绕组的相电流、各中性点支路的中线电流以及各电机运行状态的电气数据；

13、s2、根据采集的电气数据，计算需要补偿的零序电流、指定谐波电流或气隙谐波磁场分量的补偿目标，生成各中性点支路的中线电流参考值；

14、s3、将各中性点支路的中线电流采样值与对应的中线电流参考值进行比较，采用闭环控制算法生成各中性点的电压初始指令；

15、s4、根据低压辅助变流器的直流母线电压和各中性点电压约束，对电压初始指令进行分配，生成各桥臂的差模电压控制指令；

16、s5、根据差模电压控制指令，对低压辅助变流器的各桥臂进行开关调制，输出差模电压，驱动中线电感产生受控的中线电流。

17、作为优选，所述补偿目标包括抑制三倍频零序谐波、降低转矩脉动、改善相电流波形和降低转子附加损耗中的至少一种。

18、借由上述技术方案，本发明提供了一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统及方法，至少具备以下有益效果：

19、1、本发明采用独立的隔离型低压电源为低压辅助变流器供电，使其直流母线电压低于主功率变流器，辅助桥臂无需承受主母线高压，有效降低了器件耐压、绝缘及开关损耗要求。同时，辅助变流器仅通过差模电压调节中性点电流，不承担主相端基波功率输出，实现了主辅功能解耦，使主功率变流器可专注于基波功率输出，极大降低了系统控制复杂度。

20、2、本发明控制器可采集相电流及中线电流实现精确的电流闭环控制，且仅调节差模电压，与外部共模电压控制实现了天然解耦，避免了共模干扰。同时，由于采用低压辅助电源，辅助变流器的开关频率可显著高于主功率变流器，大幅提升了电流环控制带宽，能够对高频谐波电流进行快速跟踪与精确补偿，显著改善了谐波抑制响应速度。

21、3、本发明通过受控的中线电流注入，能够针对零序电流、气隙谐波磁场及转矩脉动等多种目标进行针对性抑制，有效降低转子涡流损耗和电磁噪声。同时，其桥臂数量与三相星接绕组的中性点数量一一对应，支持模块化扩展，仅需增减桥臂模块即可适配双三相、三组三相乃至更高相数的多组三相电机，极大地拓展了系统的适用范围和工程兼容性。

1.一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制系统，包括至少两组通过主功率变流器驱动的三相星接绕组，每组三相星接绕组中的各组三相绕组末端均具有作为公共汇接点的独立的中性点，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，所述控制器采集的电气数据包括所述多组三相星接绕组的相电流和各中性点支路的中线电流；所述控制器将计算出的中线电流指令与采集到的中线电流采样值进行闭环比较，生成差模电压指令，实现中线电流闭环控制，并通过调节各中性点之间的差模电压实现与外部共模电压控制解耦。

3.根据权利要求1所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，所述低压辅助变流器中功率开关器件的开关频率高于所述主功率变流器中功率开关器件的开关频率。

4.根据权利要求1所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，所述受控的中线电流用于对零序电流、指定谐波电流、气隙谐波磁场、转矩脉动以及转子附加损耗中的至少一种进行抑制或补偿。

5.根据权利要求1所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，所述桥臂包括两个开关器件，两个开关器件并联后与中线电感串联，两个开关器件采用互补驱动并设置死区。

6.根据权利要求1所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，所述三相星接绕组为两组，所述低压辅助变流器为低压h桥结构，该h桥的第一桥臂与第二桥臂分别采用互补驱动并设置死区；当第一桥臂上开关管与第二桥臂下开关管同时导通时，低压h桥输出正差模电压；当第一桥臂下开关管与第二桥臂上开关管同时导通时，低压h桥输出负差模电压；当第一桥臂与第二桥臂同时连接至低压直流母线同一侧时，低压h桥输出零差模电压。

7.一种基于低压辅助变流器的多组三相电机中性点电流控制方法，应用于权利要求1-6任一项所述的多组三相电机中性点电流控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的多组三相电机中性点电流控制方法，其特征在于，所述补偿目标包括抑制三倍频零序谐波、降低转矩脉动、改善相电流波形和降低转子附加损耗中的至少一种。