本发明属于电机技术和电力电子，具体涉及一种基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法及系统。
背景技术：
1、随着新一代宽禁带半导体技术以及新能源汽车产业的蓬勃发展，第三代宽禁带半导体开关器件在电机驱动系统中得到了广泛的应用，其更高的开关频率使得电机驱动系统的电磁干扰更为严重。电磁干扰包括共模电磁干扰和差模电磁干扰，会影响电子设备的正常使用，阻碍电力电子电路向高频化发展。
2、在电机驱动系统中，通常采用两电平逆变器驱动永磁同步电机。然而，由于两电平逆变器本身拓扑存在局限性，其在空间矢量脉宽调制下会在交流侧产生固有的共模电压。共模电压会通过电机定子绕组与转子之间的寄生电容cwr，电机转子与定子之间的寄生电容cwf，轴承内的寄生电容cb，在电机内部引起轴电压。在高开关频率下，轴电压会击穿轴承上的润滑油膜进而产生轴电流，在轴承上产生电腐蚀现象，对电机的运行造成很大的安全隐患，降低了电机驱动系统的性能和使用寿命。
3、然而，当前轴电压抑制技术存在如下的缺陷：1.采用绝缘陶瓷轴承的方法虽然能有效地降低轴电压，但因为陶瓷轴承的价格昂贵，不利于其在工业生产中的广泛应用；2.采用绝缘端盖以及绝缘转子的方法可以一定程度上降低轴电压，但这两种方法会增加电机制造的难度，并造成累计误差；3.采用静电屏蔽的方法可以一定程度上降低轴承内部的寄生电容进而降低轴电压，但电机绕组、电机转子与屏蔽导体之间也存在寄生电容，电机定子绕组与转子之间的寄生电容大小也无法完全降至零，且屏蔽导体接地，这会造成新的共模电流流通路径。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法及系统，通过在电机内部的增加的屏蔽导体上施加一定的电压，从而达到轴电压等效为零的目的。
2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，电机结构包括定子、转子、定子绕组和轴承，电机由逆变器驱动，其特征在于，所述抑制方法包括如下步骤：
4、在电机的定子和转子之间加入屏蔽导体；
5、根据电机内部结构，使用阻抗分析仪提取电机内部的寄生电容参数，并建立加入屏蔽导体后的包含寄生电容的共模等效电路模型；
6、根据所建立的共模等效电路模型，推导所需加入的补偿电压源的大小，通过设计变压器实现补偿电压源的注入，使得电机轴承两端轴电压为零。
7、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
8、进一步地，所述共模等效电路模型的寄生电容包括：定子绕组与转子之间的寄生电容cwr，定子绕组与定子之间的寄生电容cwf，转子与定子之间的寄生电容crf，轴承内的寄生电容cb，定子绕组与屏蔽导体之间的寄生电容cws，转子与屏蔽导体之间的寄生电容crs。
9、进一步地，所述补偿电压源仅由变压器来实现，不使用额外的辅助电源。
10、进一步地，所述设计变压器的方式为：根据所建立的共模等效电路模型，运用叠加定理令电机轴电压为零，进而计算出变压器的变比。
11、进一步地，所述变压器的变比的计算方式如下：
12、根据所建立的共模等效电路模型，得到逆变器交流侧的共模电压vcm和补偿电压源vs分别单独作用时的共模等效电路，进而得到vcm单独作用时轴承两端的轴电压大小为v1，vs单独作用时轴承两端的轴电压大小为v2；
13、令v1+v2＝0，计算得到共模电压vcm的各次谐波幅值vcm(f)与补偿电压源vs的各次谐波幅值vs(f)的关系如下(f为频率)：
14、
15、式中，zr表示电机三相绕组短接时三相绕组与中性点之间的等效阻抗，zcwr表示定子绕组与转子之间寄生电容cwr的阻抗，zcwf表示定子绕组与定子之间寄生电容cwf的阻抗，zcws表示定子绕组与屏蔽导体之间寄生电容cws的阻抗，zcrs表示转子与屏蔽导体之间寄生电容crs的阻抗；
16、由于zr的阻抗与电容的容抗相比很小，可以将电机三相绕组中性点与逆变器直流侧分压电容中点之间的电压等效为vcm，对关系式简化得到：
17、
18、进而得到变压器的变比k为：
19、
20、进一步地，所述变压器的变比通过单个变压器对逆变器交流侧的共模电压进行提取来实现。
21、相应地，本发明提出了基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制系统，电机结构包括定子、转子、定子绕组和轴承，电机由逆变器驱动，其特征在于，所述抑制系统包括：屏蔽导体和变压器，所述屏蔽导体安装在电机内部的定子和转子之间，所述变压器用于在屏蔽导体上注入补偿电压源，以实现电机轴承两端轴电压为零。
22、进一步地，所述变压器注入的补偿电压源具体如下：
23、
24、式中，vs表示补偿电压源，vcm表示逆变器交流侧的共模电压，crs表示转子与屏蔽导体之间的寄生电容，cwr表示定子绕组与转子之间的寄生电容。
25、进一步地，所述变压器的变比设置为：
26、
27、式中，k表示变压器的变比。
28、本发明的有益效果是：本发明首先在电机定子槽加入屏蔽导体，之后用变压器原边在电机驱动系统中的逆变器上采集共模电压，经过一定的变比后将其副边加在屏蔽导体上，通过建立电机驱动系统的共模等效模型计算得到变压器合适的匝比，进而降低电机轴承两端轴电压，保护电机轴承。与现有技术相比，本发明的优点体现在：1.建立了加入屏蔽导体后考虑寄生电容的电机驱动系统共模等效模型，该等效模型计算简便，较为容易实现；2.利用补偿电压抬高屏蔽导体的电位，使得轴承两端电压为零，对轴电压的抑制效果较好；3.利用单个变压器即可实现补偿电压的加入，方法简单易于操作。
1.基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，电机结构包括定子、转子、定子绕组和轴承，电机由逆变器驱动，其特征在于，所述抑制方法包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，其特征在于：所述共模等效电路模型的寄生电容包括：定子绕组与转子之间的寄生电容cwr，定子绕组与定子之间的寄生电容cwf，转子与定子之间的寄生电容crf，轴承内的寄生电容cb，定子绕组与屏蔽导体之间的寄生电容cws，转子与屏蔽导体之间的寄生电容crs。
3.如权利要求1所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，其特征在于：所述补偿电压源仅由变压器来实现，不使用额外的辅助电源。
4.如权利要求2所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，其特征在于：所述设计变压器的方式为：根据所建立的共模等效电路模型，运用叠加定理令电机轴电压为零，进而计算出变压器的变比。
5.如权利要求4所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，其特征在于：所述变压器的变比的计算方式如下：
6.如权利要求4所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制方法，其特征在于：所述变压器的变比通过单个变压器对逆变器交流侧的共模电压进行提取来实现。
7.基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制系统，电机结构包括定子、转子、定子绕组和轴承，电机由逆变器驱动，其特征在于，所述抑制系统包括：屏蔽导体和变压器，所述屏蔽导体安装在电机内部的定子和转子之间，所述变压器用于在屏蔽导体上注入补偿电压源，以实现电机轴承两端轴电压为零。
8.如权利要求7所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制系统，其特征在于：所述变压器同名端位置相反，变压器原边两端分别接在逆变器直流侧分压电容的中点和电机三相绕组的中性点上，变压器副边两端分别接在屏蔽导体和地上，变压器将逆变器上的共模电压施加在屏蔽导体上。
9.如权利要求7所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制系统，其特征在于：所述变压器注入的补偿电压源具体如下：
10.如权利要求9所述的基于屏蔽外加补偿电压源的电机轴电压抑制系统，其特征在于：所述变压器的变比设置为：
