無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其諧波電流抑制方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電 流抑制方法、一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流抑制裝置以及一種無(wú)電解電容電機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著用戶對(duì)機(jī)電產(chǎn)品節(jié)能性要求的提升，效率更高的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器得到了越來(lái) 越廣泛的應(yīng)用。
[0003] 常規(guī)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆變部分與交流輸入電壓相 對(duì)獨(dú)立，逆變部分的控制無(wú)需考慮交流輸入電壓的瞬時(shí)變化，便于控制方法的實(shí)現(xiàn)。但是， 該設(shè)計(jì)需要配備容值較大的電解電容，使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的體積變大，成本增加，而且電解電 容的使用壽命有限，其有效工作時(shí)間往往是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用壽命的瓶頸。因此，相關(guān)技術(shù)中 采用容值只有20uF的薄膜電容來(lái)取代大容值的電解電容，通過(guò)控制電機(jī)的瞬時(shí)功率與交 流輸入電壓的形狀匹配實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。
[0004] 由于無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有成本低，使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的 應(yīng)用。然而，由于薄膜電容的容值比較小，并且薄膜電容與交流電源輸入端的濾波電感之 間的諧振頻率滿足
的關(guān)系，因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將產(chǎn)生高頻諧波電流。例如，當(dāng) 濾波電感的電感值為5mH，薄膜電容的容值為20uF時(shí)，在交流電源的輸入端將產(chǎn)生頻率為 503Hz的諧波電流，該諧波電流使得設(shè)備的輸入電流無(wú)法滿足國(guó)標(biāo)或IEC-61000-3-2的諧 波標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要對(duì)諧波電流進(jìn)行抑制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的 一個(gè)目的在于提出一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流抑制方法，能夠在不增加額外 硬件電路的情況下，通過(guò)計(jì)算的瞬時(shí)功率補(bǔ)償量對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)諧波電流 的有效抑制。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流抑制裝 置。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提出一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧 波電流抑制方法，包括以下步驟：檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電流、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流 母線電壓和電機(jī)的三相電流；根據(jù)所述輸入電流和所述直流母線電壓計(jì)算瞬時(shí)功率補(bǔ)償量 以對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流進(jìn)行抑制；根據(jù)所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量、所述電機(jī)的三相 電流和所述直流母線電壓生成控制信號(hào)以對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的逆變器進(jìn)行控制。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流抑制方法，首先檢測(cè)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電流、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流母線電壓和電機(jī)的三相電流，然后根據(jù)輸入 電流和直流母線電壓計(jì)算瞬時(shí)功率補(bǔ)償量以對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流進(jìn)行抑制，并根據(jù) 瞬時(shí)功率補(bǔ)償量、電機(jī)的三相電流和直流母線電壓生成控制信號(hào)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的逆變 器進(jìn)行控制，從而能夠在不增加額外硬件電路的情況下，通過(guò)計(jì)算的瞬時(shí)功率補(bǔ)償量對(duì)諧 波電流進(jìn)行有效抑制，消除了無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中因LC諧振引起的高頻諧波電流， 滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述根據(jù)所述輸入電流和所述直流母線電壓計(jì)算瞬時(shí) 功率補(bǔ)償量，具體包括：對(duì)所述輸入電流進(jìn)行低通濾波處理以獲得第一電流；將所述第一 電流與所述輸入電流相減以獲得電流差值，并對(duì)所述電流差值進(jìn)行比例放大以獲得第二電 流；將所述第二電流與所述直流母線電壓相乘以獲得所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述根據(jù)所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量、所述電機(jī)的三相電流 和所述直流母線電壓生成控制信號(hào)，具體包括：根據(jù)所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量計(jì)算q軸電流補(bǔ) 償量，并將所述q軸電流補(bǔ)償量疊加到q軸電流初始指令以獲得q軸電流指令；對(duì)所述電 機(jī)的三相電流進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得q軸電流和d軸電流；根據(jù)給定的d軸電流指令和所述 d軸電流進(jìn)行PI控制以獲得d軸電壓指令，并根據(jù)所述q軸電流指令和所述q軸電流進(jìn)行 PI控制以獲得q軸電壓指令；對(duì)所述d軸電壓指令和所述q軸電壓指令進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲 得固定坐標(biāo)系下的電壓指令，并根據(jù)所述固定坐標(biāo)系下的電壓指令和所述直流母線電壓生 成所述控制信號(hào)。
[0011] 具體地，根據(jù)以下公式計(jì)算所述q軸電流補(bǔ)償量：
[0013] 其中，Iq__為所述q軸電流補(bǔ)償量，P_為所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量，為電機(jī)反電勢(shì) 系數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，。為電機(jī)的d軸電感，Lq為電機(jī)的q軸電感，i為電機(jī)的d軸電流， ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面實(shí)施例提出了一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 諧波電流抑制裝置，包括：第一電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電流；第二電 流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)電機(jī)的三相電流；電壓檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流 母線電壓；諧波電流抑制模塊，用于根據(jù)所述輸入電流和所述直流母線電壓計(jì)算瞬時(shí)功率 補(bǔ)償量以對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流進(jìn)行抑制；瞬時(shí)功率控制模塊，用于根據(jù)所述瞬 時(shí)功率補(bǔ)償量、所述電機(jī)的三相電流和所述直流母線電壓生成控制信號(hào)以對(duì)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)中的逆變器進(jìn)行控制。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流抑制裝置，首先檢測(cè)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電流、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直流母線電壓和電機(jī)的三相電流，然后根據(jù)輸入 電流和直流母線電壓計(jì)算瞬時(shí)功率補(bǔ)償量以對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧波電流進(jìn)行抑制，并根據(jù) 瞬時(shí)功率補(bǔ)償量、電機(jī)的三相電流和直流母線電壓生成控制信號(hào)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的逆變 器進(jìn)行控制，從而通過(guò)計(jì)算的瞬時(shí)功率補(bǔ)償量對(duì)諧波電流進(jìn)行有效抑制，消除了無(wú)電解電 容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中因LC諧振引起的高頻諧波電流，滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的功率 因數(shù)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述諧波電流抑制模塊具體包括：低通濾波器，用于對(duì) 所述輸入電流進(jìn)行低通濾波處理以獲得第一電流；差值計(jì)算器，用于將所述第一電流與所 述輸入電流相減以獲得電流差值；比例放大器，用于對(duì)所述電流差值進(jìn)行比例放大以獲得 第二電流；乘法器，用于將所述第二電流與所述直流母線電壓相乘以獲得所述瞬時(shí)功率補(bǔ) 償量。
[0017] 具體地，所述低通濾波器的帶寬大于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電壓頻率的兩倍。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述瞬時(shí)功率控制模塊具體包括：q軸補(bǔ)償電流計(jì)算 器，用于根據(jù)所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量計(jì)算q軸電流補(bǔ)償量；加法器，用于將所述q軸電流補(bǔ)償 量疊加到q軸電流初始指令以獲得q軸電流指令；第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述電機(jī)的三 相電流進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得q軸電流和d軸電流；電流PI控制器，用于根據(jù)給定的d軸電 流指令和所述d軸電流進(jìn)行PI控制以獲得d軸電壓指令，并根據(jù)所述q軸電流指令和所述 q軸電流進(jìn)行PI控制以獲得q軸電壓指令；第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述d軸電壓指令 和所述q軸電壓指令進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得固定坐標(biāo)系下的電壓指令；控制信號(hào)生成單元， 用于根據(jù)所述固定坐標(biāo)系下的電壓指令和所述直流母線電壓生成所述控制信號(hào)。
[0019] 具體地，所述q軸補(bǔ)償電流計(jì)算器根據(jù)以下公式計(jì)算所述q軸電流補(bǔ)償量：
[0021] 其中，Iq__為所述q軸電流補(bǔ)償量，P_為所述瞬時(shí)功率補(bǔ)償量，為電機(jī)反電勢(shì) 系數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，。為電機(jī)的d軸電感，Lq為電機(jī)的q軸電感，i為電機(jī)的d軸電流， ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0022] 此外，本發(fā)明的實(shí)施例還提出了一種無(wú)電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括上述的無(wú) 電解電容電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧