用于改善电机驱动功率因数控制的系统和方法技术方案

本发明专利技术描述了一种系统和方法，用于控制具有开关整流器的电机驱动器的功率因数，该开关整流器将直流链路电流提供给逆变器，增大整流器的增益以提供附加直流链路电流，以用于校正基于被交流驱动器功率输入的电容吸收的电流的驱动器功率因数，和通过在逆变器开关控制方案中引入旁路态或通过减少电机磁通来较少逆变器的增益，以适应增大的直流链路电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及功率转换，更特别地，涉及在电机驱动系统中用于控制功 率因数的系统和方法。技术背景可调速电机驱动器是功率转换系统，其以控制方式运行，用于为电机提供 功率，从而控制一个或多个电机性能参数，例如速度、转矩等。中压电流源型电机驱动器典型地接收范围在大约2400到6900伏的多相AC输入功率，该多 相AC输入功率被转换为DC功^f尔为DC链路(link),并^f共会^变器级。所 ,变器转换该DC链路电流以向电机负载^f共AC输出电流，该输出电流由 逆变器以闭环形式控制，以便以理想的速度和/或转矩驱动电机。整流器通常为 有源开关型整流器，其选择性地起动开关以从AC输入提供电流给DC链路总 线，从而实现AC到DC的功率转换，其中控制整流器增益以在任何特定时刻 下提供处于电机所需峰值电箭L7K平的DC链路电 1/JC平。反过来，逆变器执行 开关方案，以选择性地将电机弓践和DC链路总线端子连接以提供具有受控的 幅值、相位和频率的电机相位电流，以基于电机性能反馈值和理想性能设定值 或曲线图来实现特定的电机控制策略。然而，由于与AC输入有关的滤波电容， 在驱动器中使用有源前端整流器会产生非单位超前功率因数，尤其是在电机启 动过程中。在AC输入是由发电机所提供的情况下，这种状况尤其不合需要， 启动时的超前功率因数可导致发电机不稳定。因此，需要一种通过其可获得改 善的功率因数控制的电机驱动系统和控制技术。
技术实现思路
现在概述本专利技术的一个或多个方面，以便于对本专利技术的基本理解，其中此 概述并非本专利技术的详尽的综述，且其目的既不是用来确定本专利技术的某些因素， 也不是用来描绘其范围。更确切地，该概述的主要目的是在下文中提出更具 体的描述前，以简化的形式提出本专利技术的一些概念。本专利技术涉及用于控制电机 和为电机供电的电机驱动系统禾昉法，同时在电机全部或部^I度范围内提供接近单位功率因数，并找到与可变速中压电流源型电机驱动器相关的特定效用， 该电机驱动器具有为电流源逆变器提供DC链路电流的开，流器。本专利技术可被用于通过增加开，流器的增益，以提供附加DC链路电流以补偿被AC驱 动器功率输入的电容所吸收的电流，从而减轻超前功率因数的不利影响，尤其 是在启动时，并由此提供功率因数校正。另外，例如通过在逆变器开关模型中 弓l入旁路态和减通过控制减少电机磁通来减小开关逆变器级的增益，以适应DC 链路电流的增加，。本专利技术披露的技术有利于稳定电机驱动器的启动，尤其^<寸 于发电机驱动的应用，相乂寸于具有低电流和大相角的更传统的启动方案，具有 低相角和高电流。根据本专利技术的一个或多个方面，提供了电机驱动系统，它包括根据第一组 开关控制信号操作的开关整流器、由第二组开关控制信号操作的逆变器和提供 所述开关控制信号的控制器。所述控制器包括电机控制和功率因数控制元件， 其分别确定所需的电机控制电流值和所需的功率因数补偿电流值，其中所述整 流器根据所有这些fK操作以提供增大的DC链路电流，并由此控制电机驱动 器功率因数。所,变器基于所需的电机控制电流值为电机提供输出电流，并 可以利用旁路开关态选择性地旁通过多的链路电流和/或可以减少电机磁通，从 而利用电机的额外电流。本专利技术披露的另一方面涉及电机驱动控制系统，其包括根据电机反馈和设 定值或曲线图来确定所需电机控制电流值的电机控制元件以及确定所需功率因 数补偿电流值的功率因数控制元件，该补偿电流值与整流器的AC输入相关联 的输入电容相对应。控制系统 —步包括整流控制元件，其根据所需电机控 制电流值以及所需功率因数补偿电流值为整流器提供开关控制信号，以控制所 述电机驱动系统的功率因数，以及用于提供逆变器控制信号的逆变控制元件， 以提供基于所需电机控制电流的AC输出。本专利技术披露的又一方面指向控制AC电机的方法，其包括通过开，流器对 AC输入整流以提供DC链路电流，利用逆变器it变该DC链路电流以提供AC 输出电流给电机，根据电机反馈和设定值或曲线图确定所需电机电流控制电流 值，和确定与AC输入的输入电容相对应的所需功率因数补偿电流值。该方法 进一步提供开关整流器的控制，基于所需的电机控制电流值和所需的功率因数 补偿电流值，在至少是电机速度范围的一部分上Jlf共增加的DC链路电流，以及逆变器的控制，从而根据所需的电机控制电流衛共AC输出。 附图说明以下描述及附图详细阐述了本专利技术的某些说明性实施，其表示实现本专利技术 原理的几个示例方法。然而，所述说明性示例并非本专利技术的许多可能的实施例 的穷举。本专利技术的其他目标、优点和新颖的特征将结合附图由从以下对本专利技术 的详细描述得以体现，其中图1是根据本专利技术披露的一个或多个方面，说明具有提供功率因数校正的 示例性驱动器控制系统的中压电流源电机驱动器的示意图；图2是说明图1的电机驱动系统中的开，流器和开关逆变器的更多细节 的示意图；图3是说明图1的电机驱动器的控制系统的更多细节的示意图；图4是根据本专利技术披露的更多的方面说明示例性AC电机控制方法的流程图；图5是示出图l一3的驱动器中的示例性模拟电机功率因数曲线的图；图6是说明没有功率因数校正时，电机驱动器中的输入功率因数的相位图；和图7是说明在图1-3的驱动器中禾拥例示性控制系统的示例性的接近单位输入功率因数的相位图。具体实施例方式现参考附图，在下文中结合附图描述了本专利技术几个实施例或实施方式，其中相同的附图^H己全部用于指示相同的元件，图1—3说明了根据本专利技术披露的 一中压电流源电机驱动系统2，其接tt自电源10的AC输入功率，并为电机 负载50衝共可变频率的AC功率。驱动器2包括根据来自控制器60的第一组 开关控制信号24操作的，具有输入搶波电容26和一组整流开关22的开关型整 流器20以将DC链路电流提供至具有DC链路扼流圈或电感器30的中间DC总 线或链路。通过链路扼流圈30提供DC链路电流给电流源型开关逆变器40，该 开关逆变器40根据来自控制器60的第二组开关控制信号44选择性切换DC电 流，为电机负载50供电。最佳如附图2所示，整流器20包括第一组开关设备22 S 、S12、 S13、 S14 、 S15和S16,其可以为任何^S类型的基于半导体的开关设备，例如门极关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。在说明的示例中示出了 6个开 关设备22，包括连接于输入滤波电感I^、 L2和L3和链liffi流圈30的上DC总 线端子之间的三个上开关Su、 S,2和S13，以及耦合于电感Li、 L2和L3和下DC 链路扼流圈端子之间的三个下开关S14 、 S15和S16。可替换的实施例是有可能 的，其中在第一组装置22中提側壬何^g数目的开关设备，例如在所述6个电 路支路中的每一个中均设置多个开关，或者提供更少或更多的相，且相应的开 关设备22被设置成选择性地连接个别输入线至DC链路总线端子。在操作中，根据来自控制器60的相应信号24，通过一个或多个脉冲宽度调 制(PWM)技术选择性开动第一组开关22，以将AC输入线路耦合至所述链路 扼流圈30的一个或另一个DC总线端子，在提供DC链路电流中，设备开关的 时间决定整流器20的功率转换性能。在一例示性实施方式中，虽然可以采用任 何适合的开关技术，但这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机驱动系统，包括：开关整流器，所述开关整流器包括与交流输入耦合，并且根据第一组开关控制信号操作的第一组开关设备，以选择性将交流输入耦合至中间直流链路以提供直流链路电流；逆变器，所述逆变器包括与直流链路耦合，并且根据第二组开关控制信号操作的第二组开关设备，以将交流输出电流提供给电机；以及控制器，操作上与所述开关整流器和所述逆变器耦合，以提供所述第一和第二组开关控制信号，所述控制器包括：电机控制元件，根据电机反馈和设定值或曲线图确定所需电机控制电流值，功率因数控制元件，确定对应于与交流输入相关联的输入电容的所需功率因数补偿电流值，整流器控制元件，用于将所述第一组开关控制信号提供给开关整流器，以根据所需的电机控制电流值和所需的功率因数补偿电流值，在至少在一部分的电机转速范围内提供增加的直流链路电流以所述控制电机驱动器系统的功率因数，以及逆变器控制元件，用于将第二组开关控制信号提供给逆变器，以根据所需的电机控制电流提供交流输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：NR扎格里，JC怀斯曼，Y肖，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]