[发明专利]一种抑制共模电压和消除叠流区影响的电流源逆变器及控制策略

说明书

一种抑制共模电压和消除叠流区影响的电流源逆变器及控制策略，属于电机驱动领域，本发明为解决现有电流源逆变器通过开关管直通引入零矢量存在共模电压高，及在矢量切换的过程中，为了防止逆变器发生开路，需要引入叠流区的问题。本发明包括直流电源、电感和n相半桥拓扑，n≥3；直流电源和电感产生恒定直流电流，并通过n相半桥拓扑结构产生PWM电流；还包括零矢量桥臂，所述零矢量桥臂并联于n相半桥拓扑两端；零矢量桥臂由功率开关管S₀和二极管D₀串联构成。控制策略为：电流矢量切换时通过零矢量桥臂导通的方式引入零矢量。

技术领域

本发明涉及一种电流源逆变器拓扑结构，属于电机驱动领域。

背景技术

在最近几年，随着宽禁带半导体技术的发展，SCI、GaN等器件更加适合应用于在电流源逆变器上，电流源逆变器应用到电机驱动领域受到了广泛的关注。相比于电压源逆变器，电流源逆变器的直流母线端采用串联大电感，电感寿命长，耐高温、成本低，避免了母线端采用电解电容或者薄膜电容存在寿命短或体积大、成本高的问题；另一方面利用电感抑制短路电流突变的特性，电流源逆变器开关管可直通，无需短路保护，可靠性提高。在输出侧，电压源型直接和电机相连接，电流源逆变器为了给电机电流提供换相能力，需并联电容。利用电容的滤波作用，电机电流更加平滑。

随着宽禁带半导体技术的发展，功率开关器件的开关频率不断提升，虽然电机控制系统的质量和体积得到了减少，但在电流矢量切换时通过开关管直通引入零矢量的方式引发了显著的共模干扰问题，必须加以抑制。另一方面，电压源型逆变器在调制过程中开关状态进行切换时，需要对开关管进行延迟导通防止上下桥臂直通，延迟导通的时间成为死区时间。类比电压源型逆变器，为了保证电流源型逆变器在调制过程中发生桥臂断路的情况，需要对开关管进行提前导通或者延迟关断，提前导通或者延迟关断的时间成为叠流时间，即引入叠流区。叠流区的引入不但降低了母线电流的利用率，增大了电流源逆变器输出侧的谐波，而且需要对叠流区造成的误差进行补偿，控制复杂。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电流源逆变器通过开关管直通引入零矢量存在共模电压高，及在矢量切换的过程中，为了防止逆变器发生开路，需要引入叠流区的问题，提出了一种抑制共模电压和消除叠流区影响的电流源逆变器及控制策略。

本发明所述一种抑制共模电压和消除叠流区影响的电流源逆变器，包括直流电源、电感和n相半桥拓扑，n≥3；直流电源和电感产生恒定直流电流，并通过n相半桥拓扑结构产生PWM电流；

还包括零矢量桥臂，所述零矢量桥臂并联于n相半桥拓扑两端；零矢量桥臂由功率开关管S₀和二极管D₀串联构成。

优选地，在逆变器输出端连接用于换相的n个电容，所述n个电容星型连接。

本发明进一步提供一种抑制共模电压和消除叠流区影响的电流源逆变器的控制策略，所述控制策略为：

电流矢量切换时通过零矢量桥臂导通的方式引入零矢量。

优选地，零矢量桥臂导通时刻超前于电流矢量切换时刻，零矢量桥臂关闭时刻滞后于电流矢量切换时刻。

优选地，电流源逆变器在第一扇区的一个周期T_s内，电流矢量I₁₂、I₁、I₂、I₁₁对应的开关管S₂S₈、S₁S₈、S₁S₉、S₅S₉接连持续导通，开关管的切换时间为：