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摘要：随着逆变器在现代工业中的广泛应用，共模电压（CMV）问题引起了严重的负面影响。如今已经提出了硬件和软件解决方案，以减少CMV。与硬件CMV缓解解决方案相比，基于脉宽调制（PWM）修改的软件策略以其成本效益高、控制灵活的优点引起了人们的广泛关注。到目前为止，已经报道了各种降低CMV的PWM策略（简称RCMV-PWM），如等效零矢量脉宽调制、远端三矢量脉宽调制、近端三矢量脉宽调制、相移载波PWM、载波峰值位置调制等。为了方便理解和利用现有的RCMV-PWM策略，本研究对这个主题进行了综述。根据CMV抑制算法的原理，本研究将报道的RCMV-PWM策略分为三个不同的类别。它还比较了CMV抑制技术和不同策略之间的输出性能（如CMV值、输出纹波和线性范围）。同时，详细描述了CMV抑制原理、实施中的问题以及各项技术的改进。此外，为给进一步的研究提供参考，本文还讨论了RCMV-PWM技术的本质特性和发展趋势。
1 引言
三相电压源逆变器以其在整个控制范围内的高输出质量和效率， 在电机驱动系统中得到了广泛的应用。 为了产生所需的输出电压，脉宽调制（ PWM）成为操作逆变器开关的标准方法。在改善输出波形和动态性能的同时，PWM逆变器同时带来了严重的不利影响，如轴电压、轴承电流、电机绝缘击穿和电磁干扰（ EMI）问题。这些影响会缩短电机的使用寿命，危及整个系统。目前的研究表明，PWM逆变器产生的共模电压（ CMV）是造成这些负面影响的主要原因[2，3]。
根据相关分析， CMV问题随着开关频率的增加而加剧，威胁到整个系统的安全性和可靠性，是解决问题的关键，也是符合EMC标准的关键。一般来说，应对CMV的解决方案可以分为两种类型：硬件解决方案和软件解决方案[4， 5]。 硬件策略包括附加设备[6-13]的方法，如共模扼流圈、无源滤波器和有源滤波器，以及拓扑改变的方法，如四相逆变器[14， 15]。 虽然能够在一定程度上抑制CMV，但硬件解决方案需要额外的组件，这增加了控制和参数设计的大小、成本和复杂性。 同时，通过调整逆变器的开关控制信号或调制算法，实现了抑制CMV的软件解决方案。 它们更经济、更灵活，特别是与数字信号处理（ DSP）技术一起使用时。 到目前为止，基于PWM修改的软件策略已经引起了广泛的关注。
以往对降低CMVPWM（ RCMV-PWM）的研究主要集中在空间矢量调制（ SVM）[16-35]、基于载波的PWM（ CBPWM）[36-39]、选择谐波消除PWM（ SHEPWM）[40， 41]等方面。 其中，基于SVM的RCMV-PWM引起了更多的关注。 这些RCMV方法可以应用于不同级别的逆变器中。考虑到拓扑的多样性和应用的普遍性，我们在这里重点讨论三相两级驱动系统。
如图1所示，常用的三相两级电动驱动系由三相交流电源、三相两级电压源逆变器（ VSI）组成，二极管整流器为前端变流器，感应电机为负载。 在该系统中， CMV被定义为负载的星点相对于电力线地面的电位，即Fig.1.Thus中的vng，，我们有vng=vno vog。 考虑到vog比vno小得多，变化缓慢， vog可以忽略[34]。因此，逆变器的CMV实际上被定义为负载星点到逆变器直流母线中性点的电位差，可以用以下方程来表示：
在传统的PWM控制下，三相逆变器不能提供纯正弦电压，使CMV不等于零。由于三相两电平逆变器中的八种开关状态，产生了不同的CMV值。 图2和表1中分别示出了CMV波形和值。 从图中结果表明， CMV的波形在PWM周期内有四种形态，取plusmn; Vdc/6或plusmn; Vdc/2的值，取决于开关状态，CMV的波动频率是开关频率的六倍。
基于以上对常规PWM控制下CMV特性的分析， RCMV-PWM策略避免使用零状态来抑制CMV的峰值。然而，对于每个RCMV-PWM战略，其原则、实施和结果都是单独的。因此，有必要对现有的RCMV-PWM综合应用战略进行全面审查。
事实上，有两篇论文报告了对RCMV-PWM战略的一些审查[34， 3 5]。在[34]中，Hava和Un研究了基于SVM[有源零矢量调（ AZSPWM）、最远矢量调制（ RSPWM）和非矢量调制（ NSPWM）]的CMV抑制策略的性能。在本文中，一些分析和图论方法给出了比较PWM输入输出电
图 1 三相两电平逆变器驱动系统
流纹波、输出电压线性度、开关损耗等主要模块特性，并与标准PWM方法进行了比较。在[35]中，对AZSPWM和RSPWM进行了一般调查和比较。这些文章只包括基于SVW的共同战略。然而，许多其他减少的CMV方法[基于CBPWM、SHEPWM、直接转矩控制（ DTC） 等的策略]没有被研究或比较，也没有考虑到死区效应等实施中的问题。因此，需要对RCMV-PWM研究的现状和趋势进行全面审查。本文对最新的RCMV-PWM策略进行了全面的回顾，提供了基于SVM和CBPWM的主要CMV抑制方法在统一标准下的综合比较，以更好地选择和应用RCMV-PWM。同时，将这些RCMV-PWM 策略与传统的PWM方法进行了比较。
本文分析了电机驱动系统中三相两级电压源逆变器引起的CMV 问题。将现有的RCMV-PWM策略分为三种。第二节介绍了基于SVM的CMV缓解技术的抑制原理、实现中的问题和修改。随后，在第3节中对基于载波的RCMV-PWM策略进行了全面审查，并在第4节中简要介绍了其他RCMV-PWM策略。第五节阐述了基于SVM和CBPWM的RCMV-PWM的仿真结果和比较评价。第6节进一步讨论了所提出的RCMV-PWM策略的特点，并预测共模抑制领域的未来发展。最后，第7节作全文总结。
2 基于空间矢量的RCMV-PWM策略
自20世纪末以来， RCMV-PWM的研究一直集中在基于空间矢量的调制上。賴炎生[19-22]、MarioCacciato[23-27]、AhmetM.Hava[28-34]等人的研究小组进行了深入的研究。SVW是一种试图通过不同的开关状态组合来旋转接近圆形轨迹的输出电压矢量的技术。如表1所示， CMV的峰值来自于零开关状态 V0(000) 和 V7(111)。因此，如果逆变器控制不采用零开关状态，CMV的振幅可降低66.7%。根据所使用的活动状态的不同选择，将策略分为三个主要类，即AZSPWM、RSPWM和NSPWM，这些策略值得专门关注，并将在下面详细研究。
在PWM方法中，性能特性主要取决于调制指数。因此，有必要首先统一调制指数，然后再加以阐述，本文将调制指数定义如下：
其中V11m-6-step阶跃是六步运行中线对线电压基波分量的大小，即，V11m是对线电压基本分量的大小，以正弦PWM（ SPWM）为例，根据上述定义， 调制范围为0到0.785，而不是一般的0到1。
2.1 等效零矢量PWM
AZSPWM又称无零矢量空间矢量调制或等效零矢量控制，是一种利用两个持续时间相等的等效相反电压矢量代替实际零矢量电压的策略，而等效状态的选择与传统的PWM相同。随着替代零状态的不同分配，以扇区I为例， AZSPWM可以细分为不同的类别，如图3所示。在[28]中，子类别（图3）。利用相邻的电压矢量之一及其相反的矢量形成等效零矢量的被称为AZSPWM3。另一个AZSPWM子类别中活动零向量的序列（图）。 其中使用相邻对定义了两种算法类型： AZSPWM1和AZSPWM2。 以扇区1为例， AZSPWM1 利用序列3216123，在每次换向过程中只涉及60°跳跃，而AZSPWM2利用序列6213126，在从有源矢量（ V1和V2）到有源零矢量（ V3和V6）的换向过程中，输出电压矢量120°。在不调用任何零开关状态的情况下，逆变器产生的CMV的峰值理论上从AZSPWM中的Vdc/2降低到Vdc/6。 但是，这将增加不需要的输出谐波，并导致同时换向在不同的引脚，这带来了极性反向在线间电压和转矩脉动的缺点。
图2 CMV波形 表1 不同状态下的相位电压和CMV值
图 3 主动零向量选择的三种方法[19] 图 4 只有奇数或偶数状态的RSPWM[23]
a AZSPWM3
b AZSPWM1/AZSPMW2
图5 具有奇数或偶数状态的修正RSPWM[23] 图6 用于B2的NSPWM的合成及脉冲模式[29]
2.2 远端三矢量PWM
由MarioCacciato提出的RSPWM是为了减小共模电流（ CMC）[23]。如图4所示。CMV可以通过只在偶数状态（白色三角形）或只在奇数状态（灰色三角形）之间切换来保持Vdc/6或-Vdc/6。在没有扇区分割的情况下，该算法在CMV/CMC抑制中是简单有效的。 然而，主要的缺点是，当参考峰值超过0.5times; 2Vdc/3时，会导致线间电压和相电流失真。因此，所提出的策略的应用仅限于额定电压低于0.5times;2Vdc/3的电机驱动器，或与输出滤波器一起使用[42]。
为了提高最大参考电压峰值，减少相位电流的失真，在[23]中提出了一种改进算法[也称为改进SVM（ MSVM）]：将电压矢量平面划分为六个扇区，即：与标准SVM部门相比旋转30°。每个扇区只使用三个奇数或三个偶数状态重建参考电压矢量。 通过这样做，最大峰值参考电压从0.5times; 2Vdc/3提高到-0.58times; 2Vdc/3，随着图5中的虚线圆进一步增加输出电压，在[24]中采用了过调制策略：参考电压可以被有意扭曲成包含在容许电压调制区域内，作为图5中白色边框的六边形，在RSPWM和方波之间获得受控的平滑过渡，以达到直流母线的最大电压利用。然而，由于畸变的参考电压，电机电流表现出不理想的谐波，因此必须在直流母线电压开发和影响驱动效率的电流谐波含量之间达成最佳平衡。理论上，上述RSPWM策略可以将CMV峰值降低到plusmn; Vdc/6，并将CMV的变化周期限制在每个基本周期的6倍，从而实现CMC的降低。
2.2 近程三矢量PWM
该NSPWM方法使用一组三个相邻电压矢量来匹配输出和参考伏特秒数。选择这三个电压矢量，使电压矢量最接近参考电压及其两个邻居被使用。 例如，在B2区，在图中绘制了矢量合成、每条的PWM脉冲图和CMV波形。 从中可以发现CMV峰值可被抑制为plusmn; Vdc/6。 请注意，在NSPWM中，三个阶段中的一个不是在PWM周期内切换的，这与不连续PWM（ DPWM）方法相似。 因此，与传统的SVM和SPWM方法相比，所提出的NSPWM方法具有较低的CMV和较低的开关损耗。 该算法的主要缺点是谐波含量增加、线对线电压的双极模式和有限的线性范围(0.61 lt; M lt; 0.91) [29].
2.3 应用中的调整
以上三种基于SVM的RCVM-PWM方法在理论上可以有效降低CMV的峰值 然而，在实际实施中出现了一些问题：死区效应和扇区过渡引起的CMV尖峰，线间电压的快速极性转变导致电机侧的严重过电压和线性度调制范围的限制。
（一）死区效应的补偿：在实际应用中，插入一段死区时间是为了避免在同一引脚中的设备操作时在直流总线的击穿。在死区期间，输出电压取决于在这个阶段的电流方向，这导致不期望看到的CMV尖峰，特别是在扇区开关的瞬态。
在AZSPWM策略中，如果在任何换相时刻只有三个相位中的一个换向，并且没有调用零开关状态，则可以减少CMV尖峰。 因此，[21， 22]中，推荐AZSPWM1或AZSPWM2作为最佳的RCMV-PWM技术。在[17]中，发展了不对称NZPWM（非零矢量PWM）技术：通过调整矢量序列和限制有效空间矢量的最小占空比，消除了由死区效应引起的CMV尖峰，并采用了空间矢量的不对称合成方法来防止参考电压的失真，Juan等人 [18]调整了开关设备的开关时间，以应对死区问题造成的RCMV-PWM故障。
在分析RSPWM算法中的死区效应的基础上，在[25， 27]中提出了两种改进的方法：一种是将AZSPWM策略与输出电流的符号同步；另一种是在栅极信号中引入一个特殊的缺口，迫使所有三种电 流在死区期间通过自由旋转二极管。第二种方案可以补偿CMV 在死区时间内的峰值，并在一个载波周期内保持CMV值不变。虽然CMV的变化减少到每个基本周期6个脉冲，但开关损耗增加。
（二）过电压补偿：在某些RCMV-PWM策略中，两极模式存在于间隔较短的线间电压脉冲中，其将会导致电机终端产生额外的过电压。特别是，如果电机通过长电缆连接到逆变器，会产生反射波现象，终端电压将超
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