1 引言
pwm調制技術提高了電力電子裝置的性能，但也帶來了共模電壓的問題。共模電壓不僅會引發軸電流，破壞電機絕緣，威脅電機的安全運行，而且其本質上也是一種高頻諧波，會帶來嚴重emi[1]。
隨著emc問題的深入研究，共模電壓的消除已經越來越引起研究者的關注。一些方法是采用扼流圈或者附加電路進行消除。但是這些方法需要增加硬件設備，也增加了裝置體積和復雜性，并且應用于不同對象時，器件及參數都需要重新設計。因此一些改進的pwm控制方法被用來消除共模電壓，它們不需要額外硬件裝置且實現靈活[2][3]。文獻[4]介紹的方法易于為目前的數字化載波方式予以實現。但本文分析后提出這類方法會引發不同橋臂的開關器件同時動作，對于電機驅動系統而言，會導致線電壓出現雙極性調制，從而引起轉矩脈動。因此在實際應用中，這類方法的效果需要綜合考慮。
2 減小共模電壓的svpwm方法的分析
2.1 svpwm控制引起的共模電壓
文獻[4]給出了共模電壓的定義。假設電機的三相電流對稱, 如圖1所示, 也即i1+i2+i3=0, 則可以推得共模電壓vcom:
圖1 電壓源逆變器供電的交流驅動系統
考慮除了
外，其余非零電壓矢量對應的同一側橋臂的三個功率開關器件的開關狀態中有兩個必定是相同的(非0即1)，故可以分別用
表示。這
對于svpwm控制，如果每個pwm周期內相鄰兩個電壓矢量的作用時間分別為t1和t2，零矢量的作用時間t0則為:
傳統的svpwm注入兩個零矢量
來合成所需的電壓矢量, 且分別作用t0/2, 波形對稱, 如圖2所示。
圖2 傳統的svpwm矢量
由式(1)可以看出，如果采用連續的三相平衡電源供電，是不會產生共模電壓的[4]。但當采用pwm方式進行逆變器的電壓調制時，共模電壓的產生是不可避免的。式(3)進一步給出了根據式(2)所得到的基本電壓空間矢量產生的共模電壓。可以看出，采用零矢量v0[000]或v7[111]時的共模電壓峰值是采用其它非零矢量時共模電壓峰值的3倍。
2.2 改進的svpwm
式(3)表明如果能夠用相反的電壓矢量進行合成來代替零矢量，一定會減少電機的共模電壓。這正是改進svpwm的基本原則，大致可以歸納為幾種方式:
事實上, 如果僅考慮等效零矢量的合成而不考慮功率器件的工作狀態, 還可以有更多的合成方式，如
等等。
圖3 方式（1）的改進
圖4 方式（2）的改進
圖5 方式（3）的改進
圖3~圖5給出了區間3的合成原理[4]。
2.3 改進的svpwm引發轉矩脈動的分析
事實上, 采用相反的非零矢量進行零矢量合成的方法改變了傳統方法的基本原則:每次開關切換僅涉及一個開關器件。
下面給出了上述三種方式在區間3的開關時序示意圖，其中p1/p3/p5分別為三相上橋臂的pwm控制信號。
圖6 方式（1）的開關時序 圖7 方式（2）的開關時序
圖6和圖7表明，在一個pwm調制周期內，有兩相功率器件發生了同時動作。進一步可以推得，采用方式(1)和方式(2)在六個區間內都會引起這樣的情形。而的改進方式會引起每個pwm采樣周期內有多次的開關動作。
圖8 方式（3）區間切換時的開關時序（區間3~區間1）
從圖8可以看出，同另外兩種方式不同，方式3在同一個扇區內并未引起器件的同時動作，但在扇區切換的時候仍然會出現上述情形。
也就是說，減小共模電壓的改進svpwm控制方法會引起線電壓的半周期內出現反極性的電壓脈沖，原理如圖9所示，從而產生反向轉矩，引起轉矩脈動。
圖9 開關器件同時動作時的電壓脈沖
同方式(1)以及方式(2)相比，方式(3)僅僅在區間切換的時候引起開關器件的同時動作，不會對轉矩造成太大的脈動。而且借助傳統svpwm方法很容易得到方式(3)的pwm控制信號。其中pwm1/2/3為傳統方法的pwm信號，p1/2/3為改進方式(3)的pwm信號，如附表所示。
3 仿真結果
以一臺異步電動機為控制對象，我們進行了相關的仿真研究。仿真參數如下:
母線電壓udc=340v，pwm開關頻率10khz，異步電動機y接，逆變器輸出一相電壓ua=100v。
改進方式對共模電壓的改善情形如文獻[4]給出。但是由于功率器件發生了同時動作，線電壓出現了雙極性調制。圖10和圖11分別給出了采用傳統方式及改進方式(1)的線電壓調制波形(其它方式的情形類似)。可以看出，與理論分析是完全一致的。
圖10 采用傳統svpwm方法時的線電壓調制波形
圖11 采用改進方式1時的線電壓調制波形
4 結束語
綜上所述，pwm形式供電的電壓源逆變器會使異步電機驅動系統產生較大的共模電壓，進而引發電磁干擾和威脅電機安全運行。通過改進的零矢量合成方式可以有效減小傳統svpwm控制所產生的共模電壓。但本文的分析和仿真結果表明，改進方法會改變功率器件的工作方式，引發線電壓的雙極性調制和轉矩脈動。
參考文獻
[1] mario cacciato, alfio consoli, giuseppe scarcella, antonio testa. reduction of common-mode currents in pwm inverter motor drives, ieee trans on ia, 1999,35(2):469-475.
[2] h. w. van der broeck, hans-christoph skudelny. analysis and realizaion of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors, ieee trans on ia, 1988, 24(1): 235-243.
[3] bowes, s.r., lai, y-s. the relationship between space-vector modulation and regular-sampled pwm, ieee transbbbbbbs on ie,1997,44(5): 1011-1020.
[4] 竇汝振.一種減小異步電機驅動系統共模電壓的svpwm控制方法.變頻器世界,2004(8).
作者簡介
竇汝振(1976-) 男 博士 畢業于天津大學電力電子與電力傳動專業，現從事電動汽車驅動技術的研究。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
