无电解电容电机驱动系统及其谐波电流抑制方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无电解电容电机驱动系统的谐波电 流抑制方法、一种无电解电容电机驱动系统的谐波电流抑制装置以及一种无电解电容电机 驱动系统。
【背景技术】
[0002] 随着用户对机电产品节能性要求的提升，效率更高的变频电机驱动器得到了越来 越广泛的应用。
[0003] 常规变频电机驱动器的直流母线电压处于稳定状态，逆变部分与交流输入电压相 对独立，逆变部分的控制无需考虑交流输入电压的瞬时变化，便于控制方法的实现。但是， 该设计需要配备容值较大的电解电容，使得电机驱动器的体积变大，成本增加，而且电解电 容的使用寿命有限，其有效工作时间往往是电机驱动器使用寿命的瓶颈。因此，相关技术中 采用容值只有20uF的薄膜电容来取代大容值的电解电容，通过控制电机的瞬时功率与交 流输入电压的形状匹配实现电机的调速。
[0004] 由于无电解电容电机驱动器具有成本低，使用寿命长的优点，因此得到了广泛的 应用。然而，由于薄膜电容的容值比较小，并且薄膜电容与交流电源输入端的滤波电感之 间的谐振频率满足
的关系，因此，电机驱动器将产生高频谐波电流。例如，当 滤波电感的电感值为5mH，薄膜电容的容值为20uF时，在交流电源的输入端将产生频率为 503Hz的谐波电流，该谐波电流使得设备的输入电流无法满足国标或IEC-61000-3-2的谐 波标准。因此，需要对谐波电流进行抑制。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的谐波电流抑制方法，能够在不增加额外 硬件电路的情况下，通过计算的瞬时功率补偿量对谐波电流进行补偿，从而实现谐波电流 的有效抑制。
[0006] 本发明的另一个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统的谐波电流抑制装 置。本发明的又一个目的在于提出一种无电解电容电机驱动系统。
[0007] 为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种无电解电容电机驱动系统的谐 波电流抑制方法，包括以下步骤：检测电机驱动系统的输入电流、所述电机驱动系统的直流 母线电压和电机的三相电流；根据所述输入电流和所述直流母线电压计算瞬时功率补偿量 以对所述电机驱动系统的谐波电流进行抑制；根据所述瞬时功率补偿量、所述电机的三相 电流和所述直流母线电压生成控制信号以对所述电机驱动系统中的逆变器进行控制。
[0008] 根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的谐波电流抑制方法，首先检测电 机驱动系统的输入电流、电机驱动系统的直流母线电压和电机的三相电流，然后根据输入 电流和直流母线电压计算瞬时功率补偿量以对电机驱动系统的谐波电流进行抑制，并根据 瞬时功率补偿量、电机的三相电流和直流母线电压生成控制信号对电机驱动系统中的逆变 器进行控制，从而能够在不增加额外硬件电路的情况下，通过计算的瞬时功率补偿量对谐 波电流进行有效抑制，消除了无电解电容电机驱动系统中因LC谐振引起的高频谐波电流， 满足谐波标准，同时提高了系统的功率因数。
[0009] 根据本发明的一个实施例，所述根据所述输入电流和所述直流母线电压计算瞬时 功率补偿量，具体包括：对所述输入电流进行低通滤波处理以获得第一电流；将所述第一 电流与所述输入电流相减以获得电流差值，并对所述电流差值进行比例放大以获得第二电 流；将所述第二电流与所述直流母线电压相乘以获得所述瞬时功率补偿量。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述根据所述瞬时功率补偿量、所述电机的三相电流 和所述直流母线电压生成控制信号，具体包括：根据所述瞬时功率补偿量计算q轴电流补 偿量，并将所述q轴电流补偿量叠加到q轴电流初始指令以获得q轴电流指令；对所述电 机的三相电流进行坐标转换以获得q轴电流和d轴电流；根据给定的d轴电流指令和所述 d轴电流进行PI控制以获得d轴电压指令，并根据所述q轴电流指令和所述q轴电流进行 PI控制以获得q轴电压指令；对所述d轴电压指令和所述q轴电压指令进行坐标转换以获 得固定坐标系下的电压指令，并根据所述固定坐标系下的电压指令和所述直流母线电压生 成所述控制信号。
[0011] 具体地，根据以下公式计算所述q轴电流补偿量：
[0013] 其中，Iq__为所述q轴电流补偿量，P_为所述瞬时功率补偿量，为电机反电势 系数，P为电机极对数，。为电机的d轴电感，Lq为电机的q轴电感，i为电机的d轴电流， ω为电机转速。
[0014] 为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种无电解电容电机驱动系统的 谐波电流抑制装置，包括：第一电流检测模块，用于检测电机驱动系统的输入电流；第二电 流检测模块，用于检测电机的三相电流；电压检测模块，用于检测所述电机驱动系统的直流 母线电压；谐波电流抑制模块，用于根据所述输入电流和所述直流母线电压计算瞬时功率 补偿量以对所述电机驱动系统的谐波电流进行抑制；瞬时功率控制模块，用于根据所述瞬 时功率补偿量、所述电机的三相电流和所述直流母线电压生成控制信号以对所述电机驱动 系统中的逆变器进行控制。
[0015] 根据本发明实施例的无电解电容电机驱动系统的谐波电流抑制装置，首先检测电 机驱动系统的输入电流、电机驱动系统的直流母线电压和电机的三相电流，然后根据输入 电流和直流母线电压计算瞬时功率补偿量以对电机驱动系统的谐波电流进行抑制，并根据 瞬时功率补偿量、电机的三相电流和直流母线电压生成控制信号对电机驱动系统中的逆变 器进行控制，从而通过计算的瞬时功率补偿量对谐波电流进行有效抑制，消除了无电解电 容电机驱动系统中因LC谐振引起的高频谐波电流，满足谐波标准，同时提高了系统的功率 因数。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述谐波电流抑制模块具体包括：低通滤波器，用于对 所述输入电流进行低通滤波处理以获得第一电流；差值计算器，用于将所述第一电流与所 述输入电流相减以获得电流差值；比例放大器，用于对所述电流差值进行比例放大以获得 第二电流；乘法器，用于将所述第二电流与所述直流母线电压相乘以获得所述瞬时功率补 偿量。
[0017] 具体地，所述低通滤波器的带宽大于所述电机驱动系统的输入电压频率的两倍。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述瞬时功率控制模块具体包括：q轴补偿电流计算 器，用于根据所述瞬时功率补偿量计算q轴电流补偿量；加法器，用于将所述q轴电流补偿 量叠加到q轴电流初始指令以获得q轴电流指令；第一坐标转换单元，用于对所述电机的三 相电流进行坐标转换以获得q轴电流和d轴电流；电流PI控制器，用于根据给定的d轴电 流指令和所述d轴电流进行PI控制以获得d轴电压指令，并根据所述q轴电流指令和所述 q轴电流进行PI控制以获得q轴电压指令；第二坐标转换单元，用于对所述d轴电压指令 和所述q轴电压指令进行坐标转换以获得固定坐标系下的电压指令；控制信号生成单元， 用于根据所述固定坐标系下的电压指令和所述直流母线电压生成所述控制信号。
[0019] 具体地，所述q轴补偿电流计算器根据以下公式计算所述q轴电流补偿量：
[0021] 其中，Iq__为所述q轴电流补偿量，P_为所述瞬时功率补偿量，为电机反电势 系数，P为电机极对数，。为电机的d轴电感，Lq为电机的q轴电感，i为电机的d轴电流， ω为电机转速。
[0022] 此外，本发明的实施例还提出了一种无电解电容电机驱动系统，其包括上述的无 电解电容电机驱动系统的谐