基于DPWM模式动态切换的感应电机共模电压抑制方法

本发明涉及电力电子与电机驱动控制，尤其涉及基于dpwm模式动态切换的感应电机共模电压抑制方法。

背景技术：

1、感应电机以其结构简单、可靠性高、成本低等特点，在工业传动、风机水泵、压缩机以及牵引系统中广泛应用。随着变频调速技术的普及，感应电机多由pwm逆变器供电实现调速运行。与此同时，逆变器高速开关使电机端电压呈现高频脉冲特性，导致系统在电磁兼容方面面临更高要求，其中共模电压及其引发的对地干扰问题尤为突出。

2、在pwm逆变器供电条件下，开关器件导通与关断会使电机三相端相对机壳的电位产生快速跃迁，从而形成共模电压（common-mode voltage，cmv）。共模电压可能引起对地共模电流与电磁干扰，表现为对地漏电流增大、控制与检测信号受扰以及绝缘电气应力提高等现象，进而影响驱动系统的稳定运行与可靠性。由于共模电压与逆变器开关状态、零矢量作用方式以及调制策略密切相关，从控制侧对其进行抑制具有直接性与工程可实现性。

3、现有技术中，常通过改变pwm调制策略来降低共模电压或其跳变特性，例如采用不连续pwm（dpwm）以改变零矢量作用时间、减少开关状态切换并降低部分工况下的共模电压水平。然而，dpwm模式通常存在多种钳位规则与实现形式，不同模式在不同调制比、扇区位置及运行工况下对共模电压、谐波与开关损耗的影响并不一致。若采用固定dpwm模式或固定参数设置，可能出现抑制效果随工况变化而波动，甚至在部分工况下产生不利影响，使共模电压难以在全工况范围内稳定受控。

4、因此，需要一种面向工况变化的共模电压抑制控制方法，能够根据母线电压、开关频率、电压上升沿、调制比以及扇区信息等运行条件，对dpwm模式进行自适应选择与切换，并通过合理的钳位与零矢量分配规则在保证基本运行性能的同时稳定降低共模电压指标，以提升感应电机变频驱动系统的电磁兼容性与运行可靠性。现有技术多采用固定dpwm模式或固定零矢量分配参数，难以兼顾不同调制比、不同扇区及不同运行工况下的共模电压抑制效果与切换稳定性。

技术实现思路

1、本发明提出了基于dpwm模式动态切换的感应电机共模电压抑制方法，旨在解决现有感应电机变频驱动系统中，固定dpwm调制策略在不同调制比、扇区及运行工况下共模电压抑制效果波动大、难以在全工况范围内稳定受控的问题。

2、本发明提供了一种基于dpwm模式动态切换的感应电机共模电压抑制方法，该方法包括如下步骤：

3、步骤1：获取感应电机的运行工况与驱动边界条件，所述运行工况包括转速指令和转矩指令，所述驱动边界条件包括直流母线电压vdc、开关频率fsw以及电压上升沿dv/dt范围，同时获取当前电压空间矢量扇区sector与调制比m；

4、步骤2：根据所述运行工况与驱动边界条件计算共模电压评价指标；

5、步骤3：在预设的dpwm模式集合中，依据所述共模电压评价指标、调制比m和扇区sector选择目标dpwm模式，并确定与所述目标dpwm模式对应的钳位矢量选择规则及零矢量分配规则；

6、步骤4：依据所述目标dpwm模式生成pwm开关序列并输出逆变器门极驱动信号，以抑制共模电压；

7、步骤5：在运行过程中持续判断是否满足切换触发条件，所述切换触发条件至少包括：所述共模电压评价指标超过预设阈值、所述调制比m跨越预设分段边界，或所述扇区sector发生变化且依据步骤3所述预设模式选择规则确定的目标dpwm模式与当前dpwm模式不同；

8、步骤6：当满足所述切换触发条件时，在满足最小保持时间与滞回条件的约束下更新目标dpwm模式并返回步骤4；当不满足所述切换触发条件时，保持当前dpwm模式继续输出所述门极驱动信号，以使所述共模电压评价指标不超过所述预设阈值。

9、进一步地，步骤2中所述共模电压评价指标为电机三相端电压相对于机壳接地端的共模电压峰值vcm,pk、共模电压均方根值vcm,rms和共模电压风险的评价函数r；

10、所述共模电压定义为：

11、

12、其中，va、vb、vc分别为三相端电压相对于机壳接地端的对地电压；

13、所述共模电压峰值vcm,pk、共模电压均方根值vcm,rms计算式为：

14、

15、其中，为共模电压的瞬时值，t为时间变量，为取最大值，t为评价时间长度，取一个或多个电气周期；

16、所述评价函数r由所述驱动边界条件与运行工况构成，且满足：

17、

18、并以所述评价函数r与预设阈值rth的比较结果作为步骤3中选择目标dpwm模式和步骤6中触发模式切换的判据之一。

19、进一步地，步骤3中预设的所述dpwm模式集合包括至少两种具有不同钳位规则的不连续pwm模式，所述不同钳位规则包括：对三相中的任一相进行钳位的相钳位规则、按电压空间矢量扇区对零矢量进行选择的扇区钳位规则、以及对零矢量作用时间进行分配的零矢量分配规则。

20、进一步地，步骤3中所述目标dpwm模式的选择与所述电压空间矢量扇区sector相关，并根据所述电压空间矢量扇区sector确定钳位相或钳位矢量，使得在相邻扇区切换时共模电压的跳变次数或跳变幅值降低。

21、进一步地，步骤3中依据所述调制比m对所述dpwm模式集合进行分段选择，具体为：将所述调制比m划分为至少两个区间[0,m1]与[m1,1]或进一步划分为多个区间，并在不同区间内选取不同的dpwm模式作为目标dpwm模式，以降低所述共模电压评价指标。

22、进一步地，步骤3中所述零矢量分配规则包括零矢量分配比例ρ，其中0≤ρ≤1，用于表征两种零矢量在一个开关周期内的作用时间比例；所述零矢量分配比例ρ根据所述扇区sector、调制比m和共模电压评价指标进行更新，以降低共模电压峰值vcm,pk和均方根值vcm,rms。

23、进一步地，步骤5中所述切换触发条件至少包括以下之一：

24、(1)所述共模电压峰值vcm,pk大于目标峰值vpk,tar，或所述共模电压均方根值vcm,rms大于目标均方根值vrms,tar；

25、(2)所述调制比m跨越预设分段边界；

26、(3)所述扇区sector发生变化且依据步骤3所述预设模式选择规则确定的目标dpwm模式与当前dpwm模式不同；

27、(4)所述评价函数r超过预设阈值rth。

28、进一步地，步骤6中设置最小保持时间thold，在完成一次dpwm模式切换后，在所述最小保持时间thold时间内禁止再次切换dpwm模式，以抑制模式频繁切换造成的抖动；

29、所述滞回条件为设置滞回带δ，当所述共模电压评价指标满足vcm,pk＞vpk,tar+δ或vcm,rms＞vrms,tar+δ时触发切换，当所述共模电压评价指标满足vcm,pk＜vpk,tar-δ或vcm,rms＜vrms,tar-δ时解除切换条件，从而减少dpwm模式切换抖动并提高运行稳定性。

30、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

31、1、本发明通过引入dpwm模式的自适应选择与切换机制，使共模电压控制不再依赖固定调制策略，能够随运行工况变化动态调整钳位与零矢量规则，从而提升共模电压抑制效果在全工况范围内的稳定性。

32、2、本发明以共模电压峰值和/或均方根值作为评价指标，并将扇区与调制比等关键运行变量纳入模式选择判据，使dpwm模式切换具有明确的触发条件与决策逻辑，可实现对共模电压的持续抑制，降低对地共模干扰。

33、3、本发明在模式切换中引入最小保持时间与滞回等稳定性约束，减少调制模式频繁切换造成的抖动与不连续，保证控制过程的工程可实现性与运行平稳性，提高驱动系统可靠性。

34、本技术在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。