一种新型多功能电机驱动辅助装置的制作方法

本发明涉及一种新型多功能电机驱动辅助装置，属于电力传动技术领域。

背景技术：

传统的交流电力传动系统由通用或专用变频器直接驱动交流电机，传统的变频器由于性能有限，难以满足更高性能场合的驱动要求，主要存在以下几大问题：

1.传统的通用变频器输出电流纹波较大，直接驱动交流电机时，将造成较大的涡流损耗，进而形成严重的发热，也造成转矩脉动；

2.传统的通用变频器需要电机转子位置信号反馈，然而，很多特殊应用场合的交流电机难以提供转子位置反馈，无法实现驱动；

3.传统的通用变频器通常不具备系统健康管理功能，若要保证系统可靠性喝长寿命，需要借助大量的外部监控，且性能有限；

4.传统的变频器保护速度较慢，难以应付电机出现短路时出现的瞬时电流尖峰。

技术实现要素：

针对背景技术的缺陷，本发明提出一种新型多功能电机驱动辅助装置：（1）通过检测三相电流的谐波成分，注入相位相反的电流谐波，实现电流谐波抑制；（2）通过检测三相电压与三相电流，进而观测反电动势或转子磁链，进而检测实时转子位置；（3）多功能辅助装置通过检测三相电压与三相电流，进而观测反电动势或转子磁链，进而检测实时转子位置；（4）多功能辅助装置通过检测三相电流与三相电压的瞬时值，实现系统的快速保护。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

一种新型多功能电机驱动辅助装置，包括传统通用/专用变频器、交流电机、储能元件网络、轻量级逆变器、直流储能元件、控制单元、电压电流检测单元和通讯接口，其中，交流电机与传统通用/专用变频器连接，传统通用/专用变频器与储能元件网络来连接，交流电机与储能元件网络来连接，储能元件网络与轻量级逆变器、直流储能元件顺序连接，传统通用/专用变频器通过通讯接口与控制单元连接，传统通用/专用变频器与电压电流检测单元连接，交流电机与电压电流检测单元连接，电压电流检测单元与控制单元连接、轻量级逆变器顺序连接。

所述储能元件网络为电感网络配直流电容。

所述直流储能元件为电容网络配直流电感。

所述轻量级逆变器为传统两电平逆变器。

所述轻量级逆变器为多电平逆变器。

本发明的有益效果如下：

1、不论前级通用变频器功率有多大，由于仅仅承载谐波电流，因此可以采用轻量级的储能元件和逆变器即可实现，且可以工作在极高的开关频率。

2、辅助装置采用更高的控制频率，在转子位置检测、健康状态检测、系统保护等方面，具备更高的带宽和频率响应，性能更好。

3、辅助装置直接与电机并联在变频器输出端即可，安装简单，通用性强，以较小的体积重量很高程度的提高了传动系统可性能和可靠性。

4、除发明内容中所提及的功能外，辅助装置可以实现更为丰富的功能拓展。

附图说明

图1为本发明的控制系统实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种新型多功能电机驱动辅助装置如图1所示，主要组成包括：多功能辅助装置由传统通用/专用变频器、交流电机、储能元件网络、轻量级逆变器、直流储能元件、控制单元、电压电流检测单元、通讯接口组成。其中，交流电机与传统通用/专用变频器连接，传统通用/专用变频器连接与储能元件网络来连接，轻量级逆变器与储能元件网络和直流储能元件连接，控制单元输入为电压/电流检测信号与通讯接口，输出为轻量级逆变器的控制信号。储能元件网络与直流储能元件分别为电感网络配直流电容，或电容网络配直流电感，逆变器为传统两电平逆变器或多电平逆变器。控制单元可对轻量级逆变器实现灵活控制，可实现包括谐波抑制算法、转子位置观测算法、系统健康监测算法、系统保护算法等，还可进一步拓展至其他类型的功能算法。

多功能辅助装置通过检测三相电流的谐波成分，注入相位相反的电流谐波，实现电流谐波抑制。多功能辅助装置通过检测三相电压与三相电流，进而观测反电动势或转子磁链，进而检测实时转子位置；多功能辅助装置通过检测三相电流的波动特征，对系统的状态进行检测；多功能辅助装置通过检测三相电流与三相电压的瞬时值，实现系统的实时保护。

电流谐波抑制算法的工作原理为，检测通用变频器输出的三相电流，通过clark变换与park变换将基波成分等效变换为直流分量，再通过高通滤波器滤除上述直流分量，进而得到纹波分量，通过park反变换与clark反变换得到原始的纹波分量，将纹波分量反相位处理，作为辅助装置交流测电流的控制基准，进而通过注入谐波电流实现注入交流电机侧电流纹波的抑制。

转子位置观测方法可以利用检测变频器输出的三相交流电压与三相交流电流，通过滑模观测器、卡尔曼滤波器、转子磁链观测器等手段实现。由于辅助装置工作频率较高，因此位置观测器带宽高，响应快，且精度好：

通用变频器通常控制频率有限，难以提取输出电流的谐波成分。辅助装置通过快速傅里叶变换、小波变换等手段可以提取电流谐波成分，即可对各个电流谐波成分进行监测，判断其中是否存在故障成分，进而实现系统的健康监测。

由于辅助装置控制频率高，因此可以通过检测三相电流与三相电压的瞬时值，对前级通用变频器实现更快速的保护，提高系统可靠性。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种新型多功能电机驱动辅助装置，属于电力传动技术领域。该辅助装置包括传统通用/专用变频器、交流电机、储能元件网络、轻量级逆变器、直流储能元件、控制单元、电压电流检测单元和通讯接口。本发明辅助装置采用更高的控制频率，在转子位置检测、健康状态检测、系统保护等方面，具备更高的带宽和频率响应，性能更好。

技术研发人员：顾聪;王晓琳;张飞龙;肖申平;邓智泉
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2018.11.19
技术公布日：2019.03.12