[发明专利]带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑及其调制方法

说明书

本发明公开了一种带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑及其调制方法，属于交流电机与驱动控制领域。本发明通过改变六相电机的相绕组串联连接顺序并将部分绕组反接的方式来提升电压利用率。相比于相绕组顺串且Δn＝1的六相七桥臂串联绕组电路接线方式，本发明提出的含绕组反接的六相七桥臂串联绕组电路的直流电压利用率高，是原有方案的倍，可以应用在直流母线电压有限，需要高直流电压利用率的应用场景中，譬如电动汽车、船舶推动系统等领域；相比于相绕组顺串且Δn＝2的六相八桥臂串联绕组电路接线方式，本发明提出的含绕组反接的六相七桥臂串联绕组电路的直流电压利用率相同，但所需桥臂数量少，功率密度更高且成本更低。

技术领域

本发明属于交流电机与驱动控制领域，更具体地，涉及一种带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑及其调制方法。

背景技术

近几年来，由于多相电机具有转矩脉动小，功率器件容量要求低，容错能力强等诸多优点，多相电机及其控制技术愈发引起人们的重视。在多相电机驱动的研究中，半桥拓扑是传统的多相逆变器基本拓扑结构，但其具有定子电流控制自由度低、调速范围窄、容错性能差等固有缺点；另外，存在一种N相全桥逆变器拓扑结构，虽然克服了半桥拓扑的部分缺点，但也带来了功率器件多、系统成本高、功率密度低、运行损耗大等另外一些缺点。

有文献提出如图1所示的结构，在逆变器的相数为大于等于5的奇数，并且绕组按照的间隔相数进行串联接线时，逆变器的直流电压利用率可以达到最大值，即在相同直流母线电压下，逆变器输出的交流相电压最大。在电动汽车、船舶推动系统等直流母线电压有限、需要高直流电压利用率的应用场合具有重要意义。然而对于相数N等于偶数的情况，该文献没有进行说明。

六相电机作为使用最广泛的偶数相多相电机，在运用绕组串联思想设计驱动逆变器时，目前存在两种绕组串联接线方案。第一种是相绕组依次顺串且Δn＝1的接线方式，此方案使用的六相七桥臂串联绕组电路如图2所示，该方案直流电压利用率低，仅为0.5。第二种是相绕组顺串且Δn＝2的接线方式，此方案的电压利用率相比前者提高了倍，但是需要使用两个三相四桥臂逆变器进行驱动，组合成如图3所示的六相八桥臂串联绕组电路，所需的桥臂数增加，带来功率密度低，器件成本高的缺点。

因此现有技术中，使用顺串方式的串联绕组驱动六相电机的接线方式在电压利用率、功率密度、器件成本等方面难以实现最佳的匹配。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑及其调制方法，其目的在于不增加逆变系统中的功率器件数量的情况下，提高直流电压利用率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑，包括：六相七桥臂逆变器和六相开绕组电机；

其中，电机六相绕组中有三个偶数相绕组的正端、负端反向后与其余绕组串联，且相互串联的相邻绕组之间相位差为120°；

绕组串联后引出7个电机绕组节点与7个桥臂输出节点依次顺序连接。

进一步地，六相七桥臂逆变器包括7个桥臂，每个桥臂包括：上桥臂功率开关器件和下桥臂功率开关器件；每个桥臂中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。

进一步地，定子绕组电流流入的节点为绕组正端，定子绕组电流流出的节点定为绕组负端。

进一步地，将二、四、六相绕组的正端、负端反向，在此基础上，电机六相绕组共有四种连接方式：一、二、三、四、五、六相绕组依次连接；一、二、六、四、五、三相绕组依次连接；一、五、三、四、二、六相绕组依次连接；一、五、六、四、二、三相绕组依次连接。

按照本发明的另一方面，提供了一种针对上述带反接绕组的六相七桥臂串联绕组电路拓扑的载波SPWM电压调制方法，包括：