逆变器效率高，共模电压小！电动车电机驱动系统多模式制新方法

在电动汽车电驱动系统中，逆变器中的高频开关动作是产生开关损耗影响逆变器效率的主要因素，特别是为适应驱动电机高速化的趋势，不得不采用较高的开关频率，从而在低速时产生不必要的开关损耗，使逆变器效率偏低。

为了减少电动汽车电机控制器中高频脉冲宽度调制（PWM）产生的开关损耗和高频共模电压，山东理工大学等单位的夏衍、孙立鹏等研究者，提出一种基于三状态脉冲宽度调制（TSPWM）的多模式调制策略来减少逆变器的开关损耗，提高全工况范围的逆变器效率。

图1 电机驱动系统逆变器主电路原理

研究者根据工况动态改变调制模式：在不同转速下采取变载频分段异步TSPWM；根据电机的相电流幅值动态地改变TSPWM不连续调制的钳位模式，使电流幅值较大的相保持在钳位状态以减小损耗。为了解决不同模式切换时相位突变导致电流或转矩冲击的问题，提出一种基于载波周期角度计算的电压矢量相位补偿算法，通过精确分析调制模式改变时刻对电压矢量角的影响，计算出切换后的补偿角度对空间电压矢量角进行补偿，从而实现不同模式的平滑切换。

图2 传统定载频SVPWM的逆变器效率云图

图3 变载频SVPWM逆变器效率云图

图4 基于TSPWM的多模式策略的逆变器效率云图

仿真和实验结果表明，采用基于TSPWM的多模式调制策略的电机驱动系统，其逆变器效率得到了显著提升，且具有较小的共模电压，不同模式间实现了平滑切换、无冲击。该算法不仅适用于电动汽车电驱动系统中，还可以推广到家电、并网等其他应用领域。

本工作成果发表在2024年第4期《电工技术学报》，论文标题为“基于三状态PWM的电动汽车电机驱动系统多模式调制策略研究”。本课题得到清华大学－潍柴动力智能制造联合研究院资助项目的支持。