专利名称：用于改善电机驱动功率因数控制的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及功率转换，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。
发明内容
现在概述本发明的一个或多个方面，以便于对本发明的基本理解，其中此 概述并非本发明的详尽的综述，且其目的既不是用来确定本发明的某些因素， 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发明的一些概念。本发明涉及用于控制电机 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。本发明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，。本发明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。根据本发明的一个或多个方面，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。本发明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。本发明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。
以下描述及附图详细阐述了本发明的某些说明性实施，其表示实现本发明 原理的几个示例方法。然而，所述说明性示例并非本发明的许多可能的实施例 的穷举。本发明的其他目标、优点和新颖的特征将结合附图由从以下对本发明 的详细描述得以体现，其中图1是根据本发明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是根据本发明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发明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说明了根据本发明披露的 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，但这里利用选择谐波消除(SHE, Selective Harmonic Elimination)来控制整流器20。在说明的实现方式中，AC输入10为三相，其 中整流器20包括具有按照火线对零线方式连接的输入电容C 、 Cu和C13以及 线路上的相电感L,、 L2和L3的输入搶波元件26。可能替换的实施例是在整流 器输入处(例如，火线对零线和火线对火线电容等)提供了附加溏波元件26，其中的滤波电容Cu、 d2和d3以火线对火线酉己置连接，此处可省略相电感I^、b和L3，和/或输入10为单相或任何数目相，其中本发明并不限于所说明的三 相配置。发明人认识到输入、2t波电容C 、 (312和C13的存在造成了启动时的超前功率 因数，这种情况会导致在缺乏如进一步所说明或以下描述的例示性控制器60所 提供的功率因数校正对策时，发电机劍共AC输入10时的不稳定。在这点上， 所述示例性控制系统60控制整流器20处于一增益，以使得DC链路电流7K平 大于电机负载50所需的峰值电流，且根据输入电流需求量来确定任何具有附加 链路电流的输出滤波电容46的电流量，从而校正驱动器功率因数以补偿被输入 电容Cu、 Q2和d3所吸收的电流，这里称为需求功率因数补偿电流值参考。这 种来自链路扼流圈30的增强或增加的DC链路电流作为输入提供给电流源开关 逆变器40的第二组开关设备44。示例性的逆变器40包括第二组开关设备44，其可以为任何类型或者形式的 电气开关，包括而不限于上述提及的那些与整流器开关22相关的类型，其中所说明的实施方式中提供了连接在扼流圈30的上输出端子和相应的电机弓l线之间 的三个上开关S^、 S22和S23，和耦合在电机引线和下DC链路扼流圈输出端子 之间的三个下开关SM、 S25和S26。与整流器20具有的第一开关组22—样，逆变器40中的第二组44可以包括不同数目的开关以及其不同的配置，其中本发 明披露的内容并不局限于图2所示的解释性实例。另外，逆变器40和/或电机负 载50本身可以提供输出电容46，在该示例中，电容16是火线与零线之间连接 的输出电容Co,、 Q)2和Co3，其中控制器60采用一种或多种脉冲宽度调整的形 式来操作逆变器开关44，例如空间向量调制(SVM， Space Vector Modulation)、 选銜皆波消除(SHE, Selective Harmonic Elimination)或将其结合在适当的实施 方式中。在示例性的实施方式中，控制器60在低速j顿空间向量调制，在高速 范围<顿SHE,用于逆变器40的第二组开关44衝共脉冲宽度调制控制。图1和3示意性地说明了例示性控制器60的一个可能的实施方式，其包 括以下描述的不同功能元件，每个功能元件可以在硬件、软件、固件、逻辑线 路等或其组合中实现，并且一些元件可以与另一元件集成，其中所有这些可替 换的实施方式被视为落入本发明公开的范围。电机驱动控制系统60分别将第一 和第二组开关控制信号24和44提供给整流器20和逆变器40，并利用分别来自 整流器20、逆变器40和电机50的反馈信息28、 48和58以闭环方式运行，以 根据作为输入72的一个或多个设置值或理想性能曲线70来控制电lte行。控 制器60可以使用任何合适的闭环或开环方式控制不同的功率转换元件20、 40， 其可以包括多个控制环以调整电机50的速度和/或转矩处于或接近于理想运行 点70，例如一个或多个设置值或一系列这种设置it^组成的曲线图(例如电机 启动时的速度曲线图等)，运行点70作为输入72提供给控制器6(U此外，在中 压电机驱动应用中，在逆变器40中的受控开关激活将来自DC链路的多相AC 输出功率、可变的幅值、可变的频率、多相AC输出功率Jif共给电机绕组，以在宽范围中控制一个或多个电ias行参数(例如速度、转矩、角度等)。来自开，流器20的反馈信息28可以包括火线电压、电流、频率、相位 或其它与输入10所提供的AC功率相关的信息，以利于驱动器2中的功率因数 校正(PFC， Power Factor Correction)型控制，从而减轻上述皿的极端超前或 其它非单位率因数的不良影响，尤其是对发电机操作的电机低速应用而言(例 如，在电机启动时等)。考虑至此，优选地，整流器20以补偿由输入滤波电容Cu、 Q2和Q3所使用的电流的方式，运行于增大的增益以提供附加DC链路电流，以使得利于均衡递送给驱动器2的视在功率与驱动器2所消耗的实际功率， 由此以减少提供给驱动器2的功率的费用和避免发电机不稳。另外，整流器反 馈28可包括指示与整流器22的DC链路输出相关联的电流和减电压水平的值， 借此控制器60能以闭环方法通过第一组开关控制信号24调整DC链路电流。 控制器60也接收来自开关逆变器40的反馈信息48，其可包括但不限于电压、 电流、频率、相位或其它与衛共至电机50的AC输出功率相关的信息，因此， 控制器60能提供逆变开关控制信号44以调节电机50以受控方式运行。此外， 控制器60可接收来自电机负载50自身或传感器、变换器等与其相关的反馈信 息58，例如，电机绕组纟鹏、电压、电流、转子速度值、电机磁通或樹可其它 与电机或其电,返行割牛相关的信息。一般说来，例示性控制系统60提供第一和第二开关控制信号组24和44， 以控制整流器20和逆变器40中的哪一开关在何时、应以什么门方式打开(例 如，导通)，其中 地，给整流器的开关信号24与AC输入10的火线频率同 步。控制器60包括整流控制元件62、逆变控制元件64、电机控制元件66和具 有PFC控制元件86的功率因数校正系统80，这里电机驱动器可允许功率因数 校正系统的选择性激活或去^[活。电机控制元件66接收电机反馈58和一个或多个所需运行点输入72，并且 根据电机反馈58和设定点或曲线图70实施电机控制策略或方案以确定所需的 电机控制电流值66a。在招可特定时刻由电机控制元件66输出的所需电机控制 电流值66a g将电机50驱动到理想的操作设定点或曲线图70所需的电流量，以及任何输出滤波电容元件(例如输出电容Cw、 Co2禾卩C。3)所需的电流，且该值66a可以为一组与每个电机绕组相关的值，包括相位、幅值和其它ffi^T 息,籍此整流器和逆变器控制元件62和64可分别确定合适的开刘言号24和44。 电机控制器66可实现任何合适的闭环调整或控制方案，其可以包括外部和内部 控制环路以产生输出值66a，例如，根据所要求的值58提供调节电机运转的速 度和/或转矩控制。在一个示例中，转矩作为内伺服控制环被控制，且电机速度 作为外环被控制，其中电机控制器66也结合控制电机转矩和速度来实现电机磁 通的控制。功率因数控制元件86接收整流器反馈28，并确定与输入电容Cu、 Q2和Q3相对应的所需功率因数补偿电流值86a，该电流值86a代表调整单位功率因 素或接近单位功率因数的整流器操所需的电流。该值86a可以根据本发明披露 的内容以任意合适的方式确定，并且至少部分地基于整流器反馈信息28。在一 个示例中，测量输入电容器吸收的电流量，并连同整流器20的引燃角和可从 AC输入10中吸收电流的角度一起作为反馈信息被提供。基于该信息，功率因 数控制元件86确定功率因数补偿需要多少DC电流并且提供该电流作为输出 86a。在另一具有己知电容值的实施方式中，可以在确定所需功率因数补偿电流 值86a中估计输入电容吸收电流的量。在这点上，发明者认识到输入电容电流 处于90度的超前角，由此在电机启动时，被整流器20吸收的电流典型地在0 度到90度之间延迟变化。相应地，功率因数校正控制元件86输出值86a，作为 抵消电容电流向量(处于90度超前角)所需的附加整流电流(处于当前角)， 以使得供应给电容和整流器的复合电流会处于或接近单位功率因数(例如，电 压和电流同相位)。整流开关控制信号24由整流控制元件62提供，该整流控制元件62包括合 适的硬件、逻辑电路、软件、固件等，以提供电开关信号24，该开关信号24 利用脉冲宽度调制以受控方式选择性激活整流器开关22，从而在全部或一部分 电机转速范围内将增加的DC链路电流掛共纟^|￡ 流圈30。在说明性的示例 中，整流控制元件62利用空间向量调制62a产生开关控制信号24用于整流器 20，虽然在其它实施例中可使用其它PWM方法。如图1和3中的示例所示， 整流控制元件62从电机控制元件66接收所需的电柳空制电流值66a，并从功率 因数控制元件86接收所需的功率因数补偿电流《直86a，以及整流反馈信息28。 整流控制元件62由此根据所需的电流值66a和86a以及反馈28，产生整流开关 控制信弓24以提供增加的DC链路电流，从而控制电机驱动系统2的功率囚数， 在一个实施方式中，在全部或部分电机转速范围内为大约为0.95或更高的单位 或接近单位功率因数。控制器60中的逆变控制元件64包括合适的元件(硬件、固件、逻辑线路、 软件等)以将第二组开关控制信号44劍雜爐变器40，以至少部分地根据所需 的电机控制电流值66a衝共AC电机功率输出，其中逆变控制器64也可接收来 自PFC控制器86的所需功率因数补偿电流值86a。由于增加了 DC链路电流作 为功率因数补偿之用，逆变控制器64可以以不同方式适应过量的DC电流。在一个示例中，使逆变控制器64增益有效减少了对应于DC链路电流增加的量。 在说明的实施方式中，逆变器根据低速空间向量调制方案64a (图3)运行，控 制器64在调制方案中选择性使用旁路态64b以有效地旁路掉通舰变器40本 身的过量的DC链路电流中的适当量，旁路链路电流量至少部分地根据来自PFC 控制器86的所需功率因数补偿电流值86a来确定。另外，在此实施例中，逆变 控制元件64使用分段控制,其中空间向量调制用于低于第^I度值的电ira度， 例如，在一个实施方式中大约为全速的57%，通过开关控制信号44在开关方式 中引入旁路态，以选择性旁路掉通,变器自身40的超额电流，同时将所需的 电机控制电流提供给电机50。对于更高电ail度，开关控制信号44由控制器64根据选稱皆波消除方案 来提供，其中逆变控制器64可选地{顿磁通控制以减少电机磁通，籍此电机50 能适应附加的DC链路电流，同时达到所需的,和转矩。在这点上，发明者 认识到M^电机磁通有效地M4、了电机50的转矩增益，由itb(寸于给定转矩输出， 来自DC链路的附加电流可被电机50消耗掉，因此平衡整流器20增加的电流 增益。在此分段控制实施方式中，整流器20可以提高的增益运行，以在电机全 部速度范围内将功率因数补偿提供乡爐变控制器64，其适应于由于在较低速时 在SVM控制信号44中选择性弓I入旁路态，并较高速度范围时通过信号44 (减 少)磁通控制而弓胞的过多的DC链路电流。在其它实施方式中，整流开关控 制信号24仅在一部分电lrUI度范围内提供增大的整流器增益，例如当电机启动 时，提供较低的速度以改善功率因数和发电机稳定性，使用旁路态、磁通控制 或其它魏的技术控制逆变器40，相应地以适应过多的DC链路电流。招腿 实施例中，控制逆变器40减少增益，或另外的方式为适应过多的DC链路电流， 在整个相同的速度范围内，操控整流器于增大增益。现参考图4，说明了一例示性方法IOO，用于根据本发明披露的一个或多个 方面控制电机。虽然该例示性方法100以一系列动作或事件来描述和描写，但 是可以认识到本发明披露的各种方法除了在此特别提出以外，并不限于这些动 作或事件所说明的次序。在这点上，除了下文中特别提供的外，除了那些在此说明或描述以外， 一些动作或事件可以以不同次序发生，禾n/或与其它动作或事件同时发生，且根据本发明所披露的内容，并非所有被说明的步骤都需要用以 执行一定的流程或方法。为了提供运行于电机驱动环境中的，控制系统中具有功率因数补偿或校正功能的电机驱动器控制，例如这里说明或描述的那些内容， 所说明的方法可以由硬件、软件禾唭组合来实现，虽然本发明并不限于特定说 明或描述的应用或系统。方法100以在110中确定输入电容电流开始，其可以以任何^iS的方式来实现，例如通过在例示性电机驱动器2 (上述的图2)的整流器20的滤波器级 26中的实际测量，或利用已知电容数值的估计等。在120中，确定所需的功率 因数校正或补偿电流值以补偿所领糧的或估计的输入电容电流，其可以采用任 何魏的技术确定。在130中，例如，j顿任何誠的控制电机,、转矩等 的电机控制方案来确定所需的电机控制电流值。在140中，至少部分地基于120 和130中所确定的所需电机控制和功率因数校正电流f魏控制整流器的输出。 从而，在140中整流控制提供足够的DC链路电流，以确保必须的电流用于驱 动电机在所需的运行点运行，和附加足够的附加切换电流以补偿电机驱动功率 因数，用于被输入滤波电容所消耗掉的电流。在150中，按照电机控制方案， 并根据所需的电机控制电流值控制逆变器以驱动电机。在150中的逆变器控制 也解决过多的DC链路电流，其中,变开关控制信号可以选择性包括旁路态 以转移过多的电流穿，变器自身，禾B/或可以使用磁通控制以减少电机转矩增 益，由iltS应电机自身中的全部或部分过多的DC链路电流，或结合旁路态和 磁通控制或目前其它的适应技术。现参考图5，示出了在图200中描述的作为示例性的电机驱动器2中电mi! 度函数的功率因数曲线202的示例性电机驱动模拟结果。在图5的模拟示例中， 整流器20以增大的增益运行，以提供如上面所描述的从O到大约57%的额定电 机速度的低速区的功率因数校正，由此避免或减少上述的在电机启动或低速运 行阶段与非单位超前功率因数有关的发电机不稳定的问题。在此第一速度范围 内，示例性逆变器40通过空间向量调制开关控制信号44运行，其包括旁路态 64b以适应增加的DC链路电流。如功率因数曲线202中所示，在大约至57% 额定电m3I度的低速范围中，功率因数为1或接近1 (例如，在此示例中高于 0.95)。在此实施例中，对31度大于57%的电机额定速度，采用将整流器转换 为非PFC模式(整流器增益没有增加，而仅根据所需的电机控制电流值66a受 控)，且没有旁路态或磁通控制调整控制逆变器40，其中曲线202在此较高的速 度范围，包括一点功率因数凹陷。在其它可能的实施例中，可以在较高的速度范围内根据所需的功率因数补偿电流值，增加整流器的增益，并相应的减少逆 变器增益以处理图5中所示的功率因数凹陷。在这点上，如上面所描述的在这些较高电^31度时，逆变器40中的磁通控制被认为是提供了一种合适的增加逆变器增益的途径。现在参考图l、 6和7，图6显示了以相图300，用于图解说明对于在不具 有功率因数校正(例如，PFC控制器86关闭)的例示性电机驱动器2的特定速 度和负载条件下的输入功率因数。在这个示例中，源电压以向量302表示，且 特定幅值的电容电流304使电压302超前90度角。在这个示例情况中，所需的 整流器电流308落后角度a，并且幅值308a基于电机瞎况的反馈和根据信号66a， 经由速獻徵巨电机控制器66的电》髓度以及转矩的预设{ 确定。从AC输入 电源10中吸收的线电流306也在这里进行了说明，其中源电压向量302和线输 入电流306之间的非0角度导致了非单位功率因数。根据本发明所披露的内容， 图7提供了相图400，说明了具有PFC控制器86例示性的运行于接近单位的输 入功率因数，以提供功率因数补偿，以实现在前所述的驱动器2的接近单位的 功率因数运行，其它电机设置值和运行条件与图6中的情况一样。在此功率因 数校正模式下，相图400图解说明了源电压向量402，以及电容电流404使电压 402超前90度角。PFC控制器86的运行将所需的功率因数补偿电流值86a樹共 给整流控制器62，由此将整流电流408调整为不同幅值408a和角度a，以使得 线电流406基本上和源电压402同相，因此达到电机驱动器2的功率因数为单 位或接近单位。另外，如上所说明和描述的，控制逆变器40以适应DC链路中 额外的整流器输出电流，由此驱动器2在不牺牲电机控制性能的情况下运行于 理想的接近于单位的功率因数。以上示例仅仅是说明本发明的不同方面的几个可能的实施例，其中本领域 内技术人员在现有技术基础上，阅读和理解本说明书和附图后，可以进行相等 同的变换和/或修改。尤其是考虑到上述元件(组件、设备、系统、电路及相似 的器件)所实现的不同功能，术语(包括又称为"方法")用于描述这些元件意 指相应的任何元件，除非是另外指出的，例如执行所描述的元件的特定功能的 硬件、软件或其结合(亦即，在功育让等价)，即使执行本发明所说明的实现中 功能的元件，结构上不等同于披露的结构亦可。另外，虽然本发明的特定特征 可能通过几个实现中的仅仅一个披露了，但这些特征可以结合一个或更多其它实施方式中的其它特征，作为可冑浏任何特定或特别应用而言为所需要和有利 的。另外，在具体的说明书和/或权利要求书中i顿的术语"包括'、"具有'、"有'、 "带有'或其变化意指包括，對以于术语"包含"。
权利要求
1.一种电机驱动系统，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。
2. 权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所,变器控制元件根 据所需的功率因数补偿电流值，以减小的增益运行。
3. 权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所,变器控制元件在 根据所需的电机控制电流值将交流输出电流提供给电机的同时，在所述第二组 开关控制信号中提供至少一个旁路态，以根据所需的功率因数补偿电流值选择 性旁路一部分直流链路电流。
4. 权利要求2所述的电机驱动系统，其特征在于，所,变器控制元件在 根据所需的电机控制电流值将交流输入电流提供给电机的同时，Jli共所述第二 组开关控制信号以根据所需的功率因数补偿电流值选择性M^电机磁通。
5. 权利要求1所述的电机驱动系统，其特征在于，所述整流器控制元件在 电机速度低于第一速度值时，提供所述第一组开关控制信号用于增大的直流链路电流，所述第^i度值小于满额电inJM。.
6. —种用于控制电机驱动系统的功率因数的控制系统，所述电机驱动系统具有将直流链路电流提供至逆变器的开 流器，戶;M控制系统包括电机控制元件，根据电机反馈和设定值或曲线图确定所需的电机控制电流值；功率因数控制元件，确定对应于与所述整流器的交流输入相关联的输入电 容的所需的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+言号J^共给戶，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，在至少一部分的 电机转速范围内，提供增加的直流链路电流，从而控制所述电机驱动系统的功率因数；和逆变器控制元件，用于根据所需电机控制电流，将第二组开关控制信号提 f共给逆变器，从而Mf共交流输出。
7. 权利要求6戶腿的控制系统，其特征在于，所,变器控制元件根据所 需的功率因数补偿电流值，以减小的增益运行。
8. 权利要求7戶脱的控制系统，其特征在于，所鹏变器控制元件在根据 所需的电机控制电流值将交流输出电流提供给电机的同时，在所述第二组开关 控制信号中提供至少一个旁路态，以根据所需的功率因数补偿电流值选择性旁 路一部分直流链路电流。
9. 权利要求6戶;M的控制系统，其特征在于，戶;M整流器控制元件在电机速度低于第一速度值时，提供第一组开关控制信号用于增大的直流链路电流， 所述第^I度值小于满额电lra度。
10. —种用于控制交流电机的方法，包括利用开，流，流交流输入，以跑共直流链路电流； 禾鹏逆变器逆魏流链路电流，以将交流输出电流提供给电机； 根据电机反馈和设置值或曲线图，确定所需的电^J空制电流值； 确定对应于与交流输入相关联的输入电容的所需的功率因数补偿电流值； 控制开关整流器，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，在至少一部分的电机速度范围内提供增大的直流链路电流；以及 根据所需的电机控制电流，控制逆变器以提供交流输出。
全文摘要
本发明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。
文档编号H02P27/04GK101267186SQ200810085700
公开日2008年9月17日 申请日期2008年1月28日 优先权日2007年1月30日
发明者J·C·怀斯曼, N·R·扎格里, Y·肖 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司