一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器
专利汇可以提供一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了用于高速永磁 电机 驱动系统的模 块 化多电平变换器，该变换器的多电平变换器模块包括三相，每相由上桥臂、下桥臂和桥臂电感 串联 组成，上、下桥臂各包括N个子模块SM1‑SMN，上桥臂第一个子模块的输入端和下桥臂最后一个子模块的输出端分别与直流 母线 相连，上、下桥臂电感的连接点是变换器的交流侧电气 接口 ，三个交流 节点 经过滤波电容器后对外连接高速永磁电机，桥臂电感与滤波电容构成LC型 滤波器 。本发明减少了MMC 输出 电压 的高频谐波分量，降低了电机 定子 硅 钢 片高频 涡流 损耗，避免了绝缘性能恶化以及 轴承 易受高频谐波损坏的问题，实现高速永磁电机多电平驱动下稳定运行。，下面是一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器专利的具体信息内容。
1.一种消除基于模块化多电平变换器的高速永磁电机驱动系统谐振的方法，其特征在于：模块化多电平变换器包括多电平变换器模块和滤波电容器模块，所述多电平变换器模块包括桥臂电感，且多电平变换器模块的输出端连接滤波电容器模块，滤波电容器模块包括三个星型连接的滤波电容器Cf，滤波电容器Cf与多电平变换器模块的桥臂电感构成LC型滤波器，所述LC型滤波器用于降低模块化多电平变换器输出电压高频谐波分量；
所述多电平变换器模块包括三相，各相均包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括串联连接的N个相同的子模块SMi，i＝1,2,...,N和一个桥臂电感L，所述上桥臂的第一个子模块的输入端和下桥臂最后一个子模块的输出端分别与直流母线相连，上一子模块的输出端与下一子模块的输入端相连，上桥臂最后一个子模块的输出端通过上桥臂电感和下桥臂电感与下桥臂第一个子模块的输入端连接；每一相的上桥臂电感和下桥臂电感的连接点为多电平变换器模块的输出端，每个输出端均连接滤波电容器模块的一滤波电容器Cf，且桥臂电感L与滤波电容器Cf构成LC型滤波器；所述子模块为半桥模块，包括大功率可控电力电子开关T1和T2、两个二极管以及电容C，其中，T1和T2分别反并联一个二极管，然后串联，最后与电容C并联连接；所述T1和T2为绝缘栅双极型晶体管；所述上桥臂和下桥臂子模块数目分别为偶数；所述滤波电容器模块为星型连接，并分别与多电平变换器模块的三相输出端连接；
所述多电平变换器模块的上桥臂的第一个子模块的输入端和下桥臂最后一个子模块的输出端分别与直流母线相连，输出端分别与星型连接的滤波电容器相连，对外连接高速永磁电机；
方法包括以下步骤：
(1)建立模块化多电平变换器MMC输出数学模型方程
根据基尔霍夫电压电流定律，桥臂电压和桥臂电流可表示为：
其中，E为直流母线电压，vpj、vnj分别为j相上、下桥臂电压，ipj、inj分别为j相上、下桥臂电流，ij为交流侧j相电流，L为桥臂电感，Ls为高速永磁电机绕组电感，Rs为高速永磁电机绕组电阻，ej为高速永磁电机各相反电势，定义每相同时流过上、下桥臂的电流为环流izj，j＝a,b,c；
所以，由桥臂电压和桥臂电流数学模型方程可以得到MMC输出数学模型方程：
定义 则MMC输出数学模型方程为：
(2)将MMC输出数学模型方程进行Clarke变换，得到αβ坐标系下MMC输出数学模型根据MMC输出数学模型方程，利用桥臂电感与滤波电容器Cf构建LC型滤波器，进一步将MMC输出数学模型方程进行Clarke变换，得到αβ坐标系下MMC输出数学模型为：
其中，u′α、eα、iα分别为u′j、ej、ij旋转到αβ坐标系下α轴分量；
高速永磁电机驱动系统αβ坐标系下的微分模型方程为：
其中， Lf相当于LC型滤波器的滤波电感，Cf为滤波电容器；
(3)系统谐振角频率和谐振频率计算
根据微分模型方程，可推得此系统的传递函数为：
其中，Iα(s)表示α轴电流分量，U′α(s)表示α轴电压分量；
则系统的谐振角频率ωn为：
为了抑制输出电压的高频谐波分量，谐振频率fn设计范围为：
2fr≤fn≤fs/3
其中，fr为电机运行频率，fs为子模块开关频率；
(4)采用有源阻尼法消除系统谐振，降低模块化多电平变换器输出电压高频谐波分量。
2.根据权利要求1所述的一种消除基于模块化多电平变换器的高速永磁电机驱动系统谐振的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：通过采样滤波电容器电压得到三相输出电压ua,ub,uc，通过abc/dq变换并经过高通滤波器HPF，滤除直流分量和低频交流分量，得到只含谐振频率的交流电压分量 和 再通过dq/abc变换得到只含谐振频率的三相电压和
为了补偿通过HPF时产生的相移偏差，以及MMC子模块开关时刻存在的延时，对三相电压 和 进一步处理；
定义经过相移补偿后的电压为uj_com， 为经过低通滤波器LPF的电压，通过采用LPF，延时90°，避免了直流偏置问题；因此，经过相移补偿后的电压uj_com数学方程为：
其中，Ts为子模块开关时间常数，经过相移补偿后的电压uj_com通过阻尼系数Kdamp后，得到最终的用于消除系统谐振的电压分量ua_res，ub_res和uc_res；
最后，将得到的消除系统谐振的电压分量ua_res，ub_res和uc_res叠加到高速永磁电机矢量控制的调制信号中，从而实现用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器稳定运行，高频谐波分量得到有效抑制。
一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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