多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置制造方法及图纸

本申请提供了一种多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置，该控制装置包括：主驱动器

【技术实现步骤摘要】
多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置


[0001]本专利技术涉及电力电子变流领域，尤其是指一种多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置
。

技术介绍

[0002]随着工业电气化发展的不断推进，越来越需要更多更高功率
、
更高频率等满足高性能控制要求的电机
。
在这样的条件下，常规的逆变器功率容量以及常规的单逆变器驱动方式越来越捉襟见肘
。
[0003]在需要高性能电流控制的电机中，如需要高电流含量
、
高电流频率或者高性能控制导致的较低载波比的情况下，对逆变器具有较高的硬件要求
。
[0004]以高速电机为例，由于高速电机高频电流的特性，需要用可以高频开断的器件来对其进行控制，在传统的单逆变器驱动控制的条件下，这会给逆变器带来非常大的电压调制压力
。
而在大功率牵引传动系统如压缩机
、
涡轮机系统中，逆变器的最高开关频率除了受到电力电子器件的开关频率的影响之外，还通常会受到散热条件等因素的限制，无法随着电机转速一起提高
。
在这种条件下，随着电机转速不断增大，会逐渐导致电机角频率与逆变器功率器件开关频率接近，逆变器输出的控制电压波形调制时载波比较低，从而导致电机电枢绕组电流中含有大量的低次谐波
。
[0005]在相关技术中，主流的改进方向基本是在单逆变器的基础上进行改进，包括在电机三相母线上加装无源滤波装置，或者是采用多电平技术进行逆变器设计，又或者是让逆变器换用更高关断速度
、
更好散热性能的器件
。
[0006]但是，上述解决方案中存在滤波效果不够明显，只能一定程度上抑制系统中的谐波电流
。
或是需要用到较多的电力电子器件，可靠性要求高，成本高，运维难
。
现行暂无一种能够兼备低成本且具有较佳的滤波效果的谐波定制方案
。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置，其硬件成本较低，且具有较佳的滤波效果
。
[0008]本申请提供了一种多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：主驱动器，用于提供驱动电机工作的功率电流，主驱动器以并联的方式与交流母线连接，主驱动器通过交流母线与电机电性连接；至少一个有源滤波器，有源滤波器以并联的方式与交流母线连接，有源滤波器和主驱动器共同形成用于驱动电机的电枢电流；有源滤波器用于输出谐波定制电流，以调整电机的电枢电流中的谐波含量，改善电机的电枢电流至期望波形；信号处理器，包括：信号采集单元，用于获取电流信号，电流信号至少包括主驱动器的功率电流
、
有源
滤波器的谐波定制电流和驱动电机的电枢电流；滤波单元，用于滤除电流信号中的干扰信号，并获取电流信号的波形，或根据电流信号生成用于控制有源滤波器的反馈信号；控制单元，用于对输入滤波单元前后的电流信号的波形进行数据处理，以获得电流信号的基波电流频率与相位，并根据目标谐波的调节需求确定目标谐波所需的给定值；控制单元将给定值输出至有源滤波器，控制有源滤波器根据给定值和反馈信号执行相应的电流控制；调制单元，用于根据电流控制的输出结果调制输出至有源滤波器的电压开关信号的脉冲宽度
。
[0009]进一步地，有源滤波器包括至少一个电流控制器，有源滤波器通过电流控制器控制相应数量的谐波定制电流，电流控制器用于补偿主驱动器输出的无效或有害电流谐波，或注入主驱动器无法输出的有效电流谐波
。
[0010]进一步地，电流控制器为比例谐振类控制器，电流控制器能够被优化为二阶带通滤波器，并根据目标谐波的频率确定二阶带通滤波器的通带，电流控制器的开环传递函数满足以下关系式：；
[0011]其中，表示针对
k
次谐波的电流控制器的谐振系数，表示针对
k
次谐波的电流控制器的比例系数，表示基波电流的角频率
。
[0012]进一步地，在满足零极点消除的情况下，电流控制器的闭环传递函数能够被优化为二阶带通滤波器，根据二阶带通滤波器的传递函数，保证目标谐波的频率落在二阶带通滤波器的通带内，二阶带通滤波器的传递函数满足以下关系式：；
[0013]其中，是有源滤波器输出的
k
次谐波电流，是给到电流控制器的
k
次谐波电流的给定值
。
[0014]进一步地，在有源滤波器通过不同电流控制器对相应的谐波进行补偿的情况下，不同电流控制器相互叠加，且各个电流控制器的零极点消除后的通带不处于相互重叠的状态，电流控制器相互叠加满足以下关系式：；
[0015]其中，表示为谐波的频率
。
[0016]进一步地，有源滤波器的直流侧的母线电压大于等于主驱动器的直流侧的母线电压且小于等于2倍的主驱动器的直流侧的母线电压
。
[0017]进一步地，不同有源滤波器的硬件连接拓扑结构一致
。
[0018]进一步地，主驱动器包括三相全控桥逆变器，三相全控桥逆变器的直流侧与直流电源连接，三相全控桥逆变器的交流侧通过三相母线电感以并联的方式连接至交流母线；三相全控桥逆变器的直流侧设置有大容量直流滤波电容
。
[0019]进一步地，控制单元根据输入滤波单元前后的电流信号的波形的差值确定电流信
号的基波电流的波形，控制单元根据基波电流的波形确定基波电流的频率与相位，并根据目标谐波的需求确定给定波形；控制单元具体用于对给定波形与主驱动器的功率电流中的谐波电流做差得到第一偏差值，控制单元还用于对给定波形与电机的电枢电流中的谐波电流做差得到第二偏差值，根据第一偏差值和第二偏差值之和确定给定值
。
[0020]进一步地，调制单元通过
SVPWM
方法调制电流控制的输出结果形成电压
PWM
开关信号，并将
PWM
开关信号输送至有源滤波器
。
[0021]所述控制装置的主驱动器与至少一个有源滤波器以并联的形式连接，通过主驱动器输出的功率电流和有源滤波器输出的谐波定制电流共同形成用于驱动电机的电枢电流，根据信号处理器确定的给定值以调节有源滤波器输出目标谐波，以此实现目标谐波定制，降低电流信号中谐波含量，或定向增强某阶次的电流谐波，具有较佳的滤波效果，同时成本较低
。
附图说明
[0022]图1为本申请实施方式中多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置的硬件连接示意图
。
[0023]图2为本申请实施方式中信号处理器的结构示意图
。
[0024]图3为本申请实施方式中多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置的工作流程图
。
[0025]图4为本申请实施方式中有源滤波器的多个电流控制器的设计示意图
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：主驱动器，用于提供驱动电机工作的功率电流，所述主驱动器以并联的方式与交流母线连接，所述主驱动器通过所述交流母线与所述电机电性连接；至少一个有源滤波器，所述有源滤波器以并联的方式与所述交流母线连接，所述有源滤波器和所述主驱动器共同形成用于驱动所述电机的电枢电流；所述有源滤波器用于输出谐波定制电流，以调整所述电机的电枢电流中的谐波含量，改善所述电机的电枢电流至期望波形；信号处理器，包括：信号采集单元，用于获取电流信号，所述电流信号至少包括所述主驱动器的功率电流
、
所述有源滤波器的谐波定制电流和驱动所述电机的电枢电流；滤波单元，用于滤除所述电流信号中的干扰信号，并获取所述电流信号的波形，或根据所述电流信号生成用于控制所述有源滤波器的反馈信号；控制单元，用于对输入所述滤波单元前后的所述电流信号的波形进行数据处理，以获得所述电流信号的基波电流频率与相位，并根据目标谐波的调节需求确定所述目标谐波所需的给定值；所述控制单元将所述给定值输出至所述有源滤波器，控制所述有源滤波器根据所述给定值和所述反馈信号执行相应的电流控制；调制单元，用于根据所述电流控制的输出结果调制输出至所述有源滤波器的电压开关信号的脉冲宽度
。2.
根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述有源滤波器包括至少一个电流控制器，所述有源滤波器通过所述电流控制器控制相应阶数的谐波定制电流，所述电流控制器用于补偿所述主驱动器输出的无效或有害电流谐波，或注入所述主驱动器无法输出的有效电流谐波
。3.
根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述电流控制器为比例谐振类控制器，所述电流控制器能够被优化为二阶带通滤波器，并根据所述目标谐波的频率确定所述二阶带通滤波器的通带，所述电流控制器的开环传递函数满足以下关系式：；其中，表示针对
k
次谐波的所述电流控制器的谐振系数，表示针对
k
次谐波的所述电流控制器的比例系数，表示基波电流的角频率
。4.
根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，在满足零极点消除的情况下，所述电流控制器的闭环传递函数能够被优化为二阶带通滤波器，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建新，何宇昊，王云冲，史丹，黄晓艳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：