一种三相逆变器共模电压抑制电路

摘要

本发明公开了一种三相逆变器共模电压抑制电路，属于变频器应用技术领域，设计的有源共模噪声电压消除器由第二电容、第三电容、第四电容组成的感测电路来感测共模电压，并使用由第一三极管和第二三极管组成的一个发射极跟随器电路作为压控电压源来注入有源零矢量脉宽调制补偿共模电压。注入到共模路径的补偿电压再通过四绕组共模变压器的磁化电感来抵消两电平电压源逆变器产生的共模电压。本发明能使得共模变压器的磁化电感降低，缩小尺寸，减少电路体积，且对电路中共模电压和接地漏电流峰值有良好的抑制效果。

说明书

技术领域

本发明属于变频器应用技术领域，具体涉及一种用于变频器逆变部分共模电压抑制电路。

背景技术

变频调速是一种具有良好的发展前途和最理想的调速方式之一。变频器在节约能源，降低生产成本，改善产品质量，提高生产效率等方面有着显著的贡献。碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SIC MOSFET)在变频驱动中的使用很普遍，其目的是为了实现小型化尺寸和更好的系统效率。变频驱动中集成的SIC开关频繁的开启以及开关频率的增加，加剧了共模噪声，同时导致了驱动系统中电磁干扰(EMI)问题的增加。驱动系统中的共模噪声通过各种寄生共模路径会导致接地泄漏电流的存在，这种接地泄漏电流通过与附近系统的相互作用导致传导电磁干扰问题，降低机器绝缘，并会引起轴电压，从而会降低轴承寿命。

通过脉宽调制技术(PWM)运行的逆变器供电驱动系统会产生高频的共模电压，这种高频的共模电压会伴随着陡峭上升和下降时间的电压变化率(dv/dt)。这类相关问题可以通过控制或各种被动和主动共模衰减技术来缓解或抑制。在两电平电压源逆变器中存在的共模电压问题，通常采用脉宽调制技术来消除，但是，共模电压的绝对消除没有实现。一种三相四桥臂逆变器使用一个额外的桥臂来消除共模电压，但是这种方法增加的额外分支提高了成本，也增加了现有系统的控制复杂性。使共模噪声衰减的最简单的方法就是使用无源共模滤波器，无源共模衰减方法简单可靠，其中共模扼流圈的使用又是无源共模衰减方法中最简单的一种，但是在高开关频率下共模扼流圈的尺寸会增大，增加成本，另外无源元器件尺寸的增大，也会造成逆变器的输出响应变得缓慢。

发明内容

本发明为了解决上述技术存在的不足，提出了一种三相逆变器共模电压抑制电路，利用有源滤波和抵消方法的有源零矢量脉宽调制，在此方法的基础上设计一种有源共模噪声电压消除器(ACVC)来衰减脉宽调制频率，降低共模变压器的磁化电感和电压应力，并改善共模性能。

本发明提出一种三相逆变器共模电压抑制电路，包括：线路阻抗稳定网络(LISN)、PWM逆变器，第一电容,所述线路阻抗稳定网络(LISN)部分分别与第一电容以及所述PWM逆变器部分相连，其作用分别在于抑制来自电网的高频噪声信号以及将直流电逆变成交流电，其特征在于，还包括：第一电感、第二电感、第三电感、有源共模噪声电压消除器、三相感应电动机；所述的第一电感、第二电感、第三电感分别与PWM逆变器以及有源共模噪声电压消除器相连接，用于抑制高频振荡正常模式电流；所述有源共模噪声电压消除器又分别与阻抗稳定网络(LISN)、PWM逆变器以及三相感应电动机相连，用于抑制逆变器产生的共模电压。

可选地，所述有源共模噪声电压消除器包括：共模电压感测电路、四绕组共模变压器、发射极跟随器电路、第五电容、第六电容；所述的共模电压感测电路分别与第一电感、第二电感、第三电感以及发射极跟随器电路相连，用于感测电路中的共模电压；所述的四绕组共模变压器分别与发射极跟随器电路以及三相感应电动机相连，用于产生磁化电感来抵消两电平电压源逆变器产生的共模电压。所述发射极跟随器电路又分别与第五电容、第六电容以及第一电容相连，用作压控电压源来注入补偿共模电压。

可选地，所述共模电压感测电路包括第一电容、第二电容、第三电容，所述的第一电感、第二电感、第三电感的一端分别与第一电容、第二电容、第三电容连接；所述的发射极跟随器的基极与第一电容、第二电容、第三电容的另一端相连。

可选地，所述的四绕组共模变压器包括原边绕组、副边第一绕组、第二绕组、第三绕组，所述的共模电压感测电路的第一电容、第二电容、第三电容的一端分别同副边第一绕组、第二绕组、第三绕组的同名端连接；所述的三相感应电动机的三个电源端分别同副边第一绕组、第二绕组、第三绕组的非同名端连接；所述的发射极跟随器的发射极同原边绕组L4的非同名端相连；所述的第五电容、第六电容的一端同原边绕组的同名端相连。

可选地，所述的发射极跟随器电路包括第一三极管、第二三极管，第一三极管、所述的第一电容、第五电容的一端同第一三极管的集电极连接；所述的第一电容、第六电容的另一端同第二三极管的集电极连接。

电路工作时，由第二电容、第三电容、第四电容组成的感测电路来感测共模电压，并使用由第一三极管和第二三极管组成的一个发射极跟随器电路作为压控电压源来注入补偿共模电压。注入到共模路径的补偿电压再通过四绕组共模变压器的磁化电感来抵消两电平电压源逆变器产生的共模电压。

其中，所叙述的第一三极管为NPN结构，第二三极管为PNP结构，且第一三极管和第二三极管组成一个推挽式射极跟随器。

本发明至少包括以下有益效果：

1、利用有源滤波和抵消方法的有源零矢量脉宽调制，在此方法的基础上加入一种有源共模噪声电压消除器，使得共模变压器的磁化电感降低，缩小了尺寸，减少了电路体积，降低了成本。

2、本发明通过软硬件模块同时作用，对电路中共模电压和接地漏电流峰值抑制有显著的效果。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明共模电压抑制电路实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种三相逆变器共模电压抑制电路，本发明由线路阻抗稳定网络(LISN)1、PWM逆变器2、第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5、有源共模噪声电压消除器3、四绕组共模变压器(CMT)4、三相感应电动机5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一三极管T1，第二三极管T2组成：线路阻抗稳定网络(LISN)1的输入端分别与直流母线的正极和负极相连，线路阻抗稳定网络(LISN)1的一个输出端分别与第一电容C1的一端、第五电容C5的一端、PWM逆变器2的一个输入端以及第一三极管T1的集电极相连，第五电容C5的另一端分别与四绕组共模变压器4的原边绕组L4的非同名端以及第六电容C6的一端相连，线路阻抗稳定网络(LISN)1的另一个输出端分别与第一电容C1的另一端、第六电容C6的另一端、PWM逆变器2的另一个输入端以及第二三极管T2的集电极相连，PWM逆变器2的三个输出端分别与第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的一端相连，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的另一端分别与第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的一端以及四绕组共模变压器4的副边第一绕组L51、第二绕组L52、第三绕组L53的同名端连接，第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的另一端与第一三极管T1和第二三极管T2的基极相连，四绕组共模变压器4的副边第一绕组L51、第二绕组L52、第三绕组L53的非同名端分别与三相感应电动机5的三个电源端相连接，四绕组共模变压器4的原边绕组L4的非同名端与第一三极管T1和第二三极管T2的发射极相连接。

该实施例中，在PWM逆变器2与有源共模电压噪声消除器3之间加了三个常规电感L1、L2、L3，用来抑制高频振荡正常模式电流，其电感值要远小于四绕组共模变压器4内电感值，且不会对共模元件提供相当大的衰减。电路工作时，由第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4组成的感测电路来感测共模电压，并使用由第一三极管T1和第二三极管T2组成的一个发射极跟随器电路作为压控电压源来注入补偿共模电压。注入到共模路径的补偿电压再通过四绕组共模变压器4的磁化电感来抵消两电平电压源逆变器产生的共模电压。

共模电压衰减所需要的四绕组共模变压器4的电感值取决于共模电压的峰峰值，功率开关管的开关频率f

式中L

四绕组共模变压器4磁芯的设计必须保证磁芯的饱和磁通密度(B

式中A