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串联端部绕组电机驱动的共模分析与抑制方法
Common-Mode Analysis and Suppression Method for Series-End Winding Motor Drive
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 串联端绕组电机驱动 共模电压 共模电磁干扰 共模抑制方法 实验验证 |
语言:
中文摘要
串端绕组电机驱动(SWMD)是一种具有宽调速范围和高功率密度的新型电机驱动拓扑。然而,该拓扑目前的电流调制方法存在共模电压(CMV)大幅波动的问题。与常规星形连接电机的共模电压有明确定义不同,SWMD绕组的串联方式使其共模电压分析较为困难。本文旨在解决这一问题并改善SWMD的共模电磁干扰。首先,对电力驱动系统的共模传导电路进行了分析和建模,揭示了不同电机驱动拓扑下系统共模电压与逆变器开关状态之间的关系。接着,首次明确指出由于SWMD的不对称性,电机侧和逆变器侧的共模电压不同。然后,本文提出了适用于SWMD的共模抑制方法,包括一种可在低调制比下应用的恒定共模电压脉宽调制方法和一种适用于全调制范围的降低共模电压脉宽调制方法。这两种方法在共模抑制和调制范围方面相互补充。实验结果验证了电力驱动系统共模电压计算方法的准确性以及所提出的SWMD共模抑制方法的有效性。
English Abstract
The series-end winding motor drive (SWMD) is a new type of motor drive topology with wide speed range and high power density. However, current modulation methods for this topology suffer from significant fluctuations in common-mode voltage (CMV). Different from regular star-connected motor whose CMV is clearly defined, the series connection of the windings of SWMD makes its CMV analysis difficult. This article aims to solve this problem and improve the common-mode electromagnetic interference of SWMD. First, the common-mode conduction circuit of the electric drive system is analyzed and modeled. The relationship between system CMV and inverter switching states under different motor drive topologies is revealed. Then, it is clarified for the first time that due to the asymmetry of the SWMD, the CMVs on the motor and inverter sides are different. Then, the article proposes common-mode suppression methods for SWMD, including a constant CMV pulsewidth modulation method which can be applied at low modulation index and a reduced CMV PWM method suitable for the full modulation range. These two methods complement each other in terms of common-mode suppression and modulation range. Experimental results verify the accuracy of the CMV calculation method for the electric drive system and the effectiveness of the proposed common-mode suppression methods for SWMD.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项串联绕组电机驱动(SWMD)的共模电压抑制技术具有重要的战略参考价值。虽然该研究聚焦于电机驱动领域,但其核心技术原理与我司在光伏逆变器和储能变流器中面临的共模干扰问题高度相关。
该论文首次系统分析了非对称拓扑结构下的共模电压特性,这对我司产品优化具有启发意义。在大功率光伏逆变器和储能PCS系统中,共模电压引发的电磁干扰、漏电流和绝缘应力一直是影响系统可靠性和效率的关键痛点。论文提出的恒定CMV-PWM方法和降低CMV-PWM方法在不同调制度范围内的互补应用策略,为我司开发全工况优化的调制算法提供了新思路,特别适用于宽输入电压范围的组串式逆变器和混合储能系统。
从技术成熟度评估,该方法已通过实验验证,理论基础扎实,但工业化应用仍需考虑以下挑战:一是算法复杂度对控制器实时性的要求,二是在高频开关和复杂电网环境下的鲁棒性验证。对阳光电源而言,机遇在于可将此技术移植到多电平逆变器拓扑中,结合我司在SiC功率器件应用方面的优势,开发具有超低共模干扰特性的下一代产品,这对于满足日益严格的电网并网标准(如VDE-AR-N 4110)和提升户用储能系统的安全性具有显著价值。建议研发团队深入研究该方法在三电平ANPC和T-type拓扑中的适配性,并评估其对系统效率和成本的综合影响。