[发明专利]一种减小感性电机负载与驱动器之间相互作用的方法

说明书

一种减小感性电机负载与驱动器之间相互作用的方法，首先：测得包含连接电缆的感应电机的高频阻抗特性曲线，并由LRC谐振电路来模拟感性电机负载的高频特性；其次：测得驱动器中开关电压换向时间与负载电流的关系；然后：选取一个恰当的开关电压换向时间；最后：利用得到的开关电压换向时间，计算一个附加电感，电感的一端是连在桥臂中性点上，另一端连接电缆，实现LRC谐振电路满足所需的谐振频率。该方法可以减少集肤效应和定子绕组匝间电容等寄生参数产生的阻抗特性。即：感性电机负载与电机驱动器之间的相互影响变小，曲线反应的电机驱动器响应效果更好。减小MOSFET的高速开关造成开关瞬态性能和电机负载的不利影响。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种减小感性电机负载与驱动器之间相互作用的方法。

背景技术

电机驱动器不断向高效率、小型化、低成本、高环境温度和高可靠性的方向发展，并且可能需要满足多项较高性能指标的要求。然而，硅 (Silicon，Si)功率器件由于硅材料本身的局限性使Si器件的阻断电压、正向通态电阻、工作结温、开关速度等已接近其理论极限，使其在高温、高频、大功率电机驱动器的应用中更是捉襟见肘，限制了驱动器性能的提高。以碳化硅(Silicon Carbide，SiC)材料为代表的宽禁带半导体功率器件具有更高的电压等级、更快的开关速度、更高的工作结温以及更低的开关损耗，由SiC器件制作的永磁同步电机驱动器具有更优越的性能。

由SiC MOSFET构成的电机驱动器中，MOSFET的高速开关使得他们的开关行为很容易受到电路寄生参数的影响，包括感性负载。感性负载主要指电机与其连接电缆，在PWM控制的逆变器中，使得开关速度和开关损耗由寄生参数的影响变得更糟。

由于功率器件的开通和关断产生的电压脉冲具有较快的上升时间，引起电机绕组的相电压波形畸变，在电机端的电机负载和长线连接电缆产生双重影响。该现象对电机绝缘强度造成不利影响，为减小该不利影响，需要加入专用滤波器或采用特殊电机。这种情况在由Si MOSFET构成的电机驱动器中，由于Si器件本身的局限性开关频率并不是很高，但是对于由宽禁带的SiC MOSFET构成的电机驱动器中，由于开关速度的提高需要高度重视。此外，由宽禁带器件高速开关引起较高的dv/dt，造成电机绕组承受很大电流，降低了电机的可靠性。

对于带有较长连接电缆的大功率感应电机，其高频的阻抗特性更差。因此，对于包含连接电缆电机的感性负载的处理，现有技术中缺少可以减小MOSFET的高速开关造成开关瞬态性能和电机负载的不利影响的方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术问题，提出一种减小感性电机负载与驱动器之间相互作用的方法。该方法具体如下：

步骤1：利用阻抗分析仪测得带有连接电缆的感应电机的高频阻抗特性曲线，并由LRC串联谐振支路并联而成的LRC谐振电路来模拟感性电机负载的高频特性；将表示高频时涡流引起的铁芯损耗的等效电阻与定子绕组电感并联在LRC谐振电路旁；

步骤2：测得驱动器中SiC MOSFET开关电压换向时间与负载电流关系；选取一个开关电压换向时间，所述的开关电压换向时间满足大于驱动器中所有SiC MOSFET开关的开通时间和关断时间；且所述的关断时间是除去电机轻载的关断时间；

步骤3：根据公式：其中t_v,worst为步骤2得到的开关电压换向时间，f_ring为LRC谐振电路所需满足的谐振频率；选择附加电感，并接在电机驱动器的输出导线上，从而使得LRC谐振电路的谐振频率为 f_ring。

作为一种优选：步骤3中所用的电感是空心电感，且空心电感根据电机的最小运行相电流选择磁芯尺寸，直径d和匝数N满足最小功耗时的最短铜线要求。

作为一种优选：步骤1中阻抗分析仪对感性电机在进行阻抗测量时，根据电机的对称性，将测量电路的测量值平均后作为感性电机负载的高频阻抗特性曲线。