[发明专利]一种开绕组电机驱动器拓扑及其调制方法

说明书

本发明公开一种开绕组电机驱动器拓扑及其调制方法，包括：每个桥臂包含一个上桥臂功率开关器件和一个下桥臂功率开关器件，每个桥臂的上桥臂功率开关器件的上节点连接直流母线电压，下桥臂功率开关器件的下节点连接电源地，上桥臂功率开关器件的下节点与下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为桥臂的输出节点；第一桥臂的输出节点连接开绕组电机A相定子绕组的左节点，第二桥臂的输出节点连接开绕组电机A相定子绕组的右节点和B相定子绕组的左节点，第三桥臂的输出节点连接开绕组电机B相定子绕组的右节点和C相定子绕组的左节点，第四桥臂的输出节点连接开绕组电机C相定子绕组的右节点。本发明提高了驱动器的功率密度，保证电机的工作性能。

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种开绕组电机驱动器拓扑及其调制方法。

背景技术

应用电力电子变换器作为电机驱动器是现代电气传动的主要方法。目前大部分的电机，譬如永磁电机，交流异步电机等，均采用三相星型接法。大多数的电机采用星型接法的原因是需要抑制零序中的谐波电流，三相半桥逆变拓扑在结构上可以天然的抑制零序电流成分，使电机达到更优秀的工作性能。因此，采用三相半桥逆变拓扑作为电机驱动器的拓扑已经十分成熟，并且已经商业化。但近些年来，越来越多的新型电机采用了开绕组的接线方式，即三相绕组包含了六个绕组端子，这其中主要的原因有两个：

①需要高的直流母线电压利用率。一部分的开绕组新型电机(如开绕组永磁电机)需要较高的反电动势，因此需要驱动器提供较高的直流母线电压。三相半桥逆变拓扑最高只能提供1.15倍的直流母线电压利用率。而开绕组电机可以采用三相全桥逆变拓扑，该拓扑可以提供2倍的直流母线电压利用率，但该拓扑为六桥臂，是三相半桥逆变拓扑的两倍，成本高，功率密度低。

②需要零序电流通路。一部分的集中整距绕组永磁电机需要通入零序交流成分，提高平均转矩，需要零序电流通路；一部分的开绕组新型电机在驱动策略上与传统电机有很大不同，譬如定子直流励磁电机，新型开关磁阻电机等，这些新型电机需要注入零序直流电流，需要零序电流通路。而三相半桥逆变拓扑的结构不存在零序电流通路，抑制了零序谐波电流的同时，也阻断了需要的零序电流成分，从而使电机不能正常工作。而三相全桥逆变拓扑则可以通过零序电流成分，使电机正常工作。

因此，目前所有的开绕组电机大部分都采用的三相全桥逆变拓扑作为驱动器的拓扑。而三相全桥逆变拓扑相对于三相半桥拓扑，驱动器功率器件数量增加了一倍，相应的辅助器件也增加了一倍，这大大提高了驱动器的成本和体积，功率密度低。这是目前开绕组电机驱动器存在的一个很严重的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有三相全桥逆变拓扑相对于三相半桥拓扑，驱动器功率器件数量增加了一倍，相应的辅助器件也增加了一倍，这大大提高了驱动器的成本和体积，功率密度低的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种开绕组电机驱动器拓扑，包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂以及第四桥臂；

每个桥臂包含一个上桥臂功率开关器件和一个下桥臂功率开关器件，每个桥臂的上桥臂功率开关器件的上节点连接直流母线电压，下桥臂功率开关器件的下节点连接电源地，上桥臂功率开关器件的下节点与下桥臂功率开关器件的上节点连接，作为桥臂的输出节点；第一桥臂的输出节点连接开绕组电机A相定子绕组的左节点，第二桥臂的输出节点连接开绕组电机A相定子绕组的右节点和B相定子绕组的左节点，第三桥臂的输出节点连接开绕组电机B相定子绕组的右节点和C相定子绕组的左节点，第四桥臂的输出节点连接开绕组电机C相定子绕组的右节点。

可选地，流入各个桥臂的电流可以用定子直流励磁电机的定子电流表示为：