(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210637092.9 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 蔡蔚　宣辰龙　夏思雨　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) H02M 1/12(2006.01) H02M 1/44(2007.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种控制电机逆变器共模电磁干扰滤波器 优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种控制电机逆变器共模电 磁干扰滤波器优化设计方法， 属于电磁兼容 (EMC， Electromagn eticcompatibility)领域。 本 发明针对现有技术不能准确设计共模电磁干扰 滤波器参数及其拓扑结构的问题。 本发明应用遗 传算法设计滤波器， 将滤波器的滤波电感、 谐振 频率、 滤波电容、 及最低插损值限制作为遗传算 法中的染色体， 电感、 电容元件的个数决定染色 体的长度， 本发明通过遗传迭代过程中电容、 电 感元件对共模干扰抑制 效果的影响程度改变染 色体长度， 从而实现同步元件参数和滤波器拓扑 的优化设计， 解决现代工业对电磁干扰滤波器选 择的普遍性和经济型需求的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114925543 A 2022.08.19 CN 114925543 A 1.一种控制电机逆变器共模电磁干扰滤波器优化设计方法， 其特征在于： 包括如下步 骤： 步骤1、 初步确定待设计滤波器各级由电路元件构成的基本拓扑单元， 以及待设计滤波 器的总级数n； 步骤2、 计算并确定待设计滤波器的滤波电感、 谐振频率、 滤波电容、 及最低插损值限制 作为设计约束； 步骤3、 设定滤波器设计的优化目标， 即达到同滤波器阶数下， 待设计滤波器的电压、 电 流总谐波失真(THD)值、 电路共模电压 幅值、 功率损耗这四个指标加权和为最优； 不同滤波 器阶数下， 滤波器所选择 元件数量 最小， 即滤波器阶数最小为 最优。 步骤4、 基于由步骤2计算所得出的滤波电感、 谐振频率、 滤波电容的不等式约束， 通过 优化算法 ‑遗传算法求解步骤3所需要找出的目标最优问题， 解得所需滤波器电路元件具体 指标以及最优的拓扑 单元结构。 2.根据权利要求1所述一种控制电机逆变器共模电磁干扰滤波器优化设计方法， 其特 征在于： 步骤2中计算并确定各项不 等式约束具体为： 1)滤波电感 为使滤波器在共模电流下不发生饱和， 为了减小装置体积， 增大功率密度， 节省成本， 需要满足以下公式所示的最大 滤波电感约束： Ln≤Lmax 式中， Lmax为根据所用逆变器的谐波电流估算电感最大值， Ln为第n阶拓扑结构的电感元 件值。 2)谐振频率 为了不使滤波器的谐振峰出现在低频或高频段， 所以设计 高功率密度电机控制器滤波 器的谐振频率时， 应该 大于基本频率的10 0倍， 小于开关频率的1/10 。 谐振频率的参数需要满足以下公式所示的谐振频率约束： 100f1＜fn＜fs/10 式中， f1为基本频率值， fs为高功率密度控制器开关频率值， fn为得到的第n阶拓扑结构 的频率值。 3)滤波电容 电容之所以在低频范围内是主要的限流元件， 是因为低频范围电容的容抗远大于电感 的感抗， 电容 值决定了电容支路上基波电流。 滤波电容的参数需要满足以下公式所示的最大 滤波电容约束： Cn≤Cmax 式中， Cmax为所求滤波器滤波电容的最大值， Cn为第n阶拓扑 结构的电容元件值。 4)滤波器插值损耗 共模EMI滤波器等效网络是由滤波电感和滤波电容构成的考尔网络， 它的转移参数矩 阵可以写成其中每一个滤波元件转移参数矩阵乘积的： T＝T1T2T3…Tn‑1TnTn+1… 其中第n个元件的转移参数矩阵形式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114925543 A 2式中， A、 B、 C、 D为滤波器 网络T参数矩阵的转移参数； 下标中n表示参数矩阵第n个元件， 即也就是滤波器阶数。 从干扰源到 干扰检测电阻R2的传递函数为： 式中， ZHV为高压人工网络等效阻抗， R2为干扰检测电阻， Z2为干扰检测阻抗。 所以， 共模滤波器的插 入损耗表示如下： IL＝20lgH 由此， 可以确定共 模滤波器插值损耗约束为： IL≤ILCM 式中， IL为共模插入损耗， I LCM为测得的共 模插入损耗目标值。 3.根据权利要求1所述一种控制电机逆变器共模电磁干扰滤波器优化设计方法， 其特 征在于： 步骤3中计算并确定以下目标函数问题： 1)元件参数指标mi n F min F＝x1·(THDI+THDV)+x2·VCM+x3·Ploss 式中， x1、 x2、 x3分别为为各约束条件的权重因子， 它的可取范围为(1～2)， 根据逆变器 类型、 电路所 带负荷以及价格预算 等条件实际选择； THDI、 THDV分别为电流总谐波失真值、 电压总谐波失真值； VCM为共模电压幅值； Ploss为 滤波器功率损耗， 用下列等式定义： 式中， I1、 U1和In、 Un分别为电流及电压基波和第n次谐波的有效值， 这些量与转矩、 电机 铜损铁损和电机转速脉动的增加有关， 所以需要满足相应的指标； Ua、 Ub、 Uc分别为输出的三 相相电压； Prate是逆变器的额定 输出功率。 2)滤波器拓扑阶数n， 满足： Tn‑1TnTn+1≈Tn‑1Tn+1 在优化遗传算法的初代中设置滤波器为高阶拓扑， 滤波器拓扑阶数是在每一 次优化迭 代中引入滤波器拓扑阶数向下判断的过程， 直至 输出最小的拓扑 结构为止 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114925543 A 3