过压保护装置、过压保护方法及无电解电容电机驱动系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制领域，具体地，涉及一种过压保护装置、过压保护方法及无电 解电容电机驱动系统。
【背景技术】
[0002] 随着消费者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。常规变频驱动器的直流母线电压处于稳定状态，逆变部分与输入交流电 压相对独立，从而使逆变部分的控制无需考虑输入电压的瞬时变化，便于控制方法的实现。 然而，这种设计方法需要配备容值较大的电解电容，这使得驱动器体积变大，成本相应提 升。此外，电解电容的寿命有限，其有效工作时间往往是驱动器寿命的瓶颈。
[0003] 为了解决上述问题，现有技术中提出了一种使用无电解电容的电机驱动器。其中 用容值只有20uF的薄膜电容取代了之前使用的大容值的电解电容，通过控制电机的瞬时 功率与交流输入电压的形状匹配，不但可以实现电机的调速，还可以减少输入电流的谐波， 从而实现电机驱动器的高功率因数。并且，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，目前已得到广泛的应用。然而，由于无电解电容电机驱动器采用的是容值较小 的滤波电容，当电机因负载波动或输出扭矩波动而进入瞬时发电状态时，电容两端的电压 将快速上升，这可能导致直流母线电压超过无电解电容或功率器件的允许的电压范围，出 现瞬时过压的现象。在这种情况下，若不采取任何保护措施，将可能导致无电解电容电机驱 动器因过压而损坏。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种过压保护装置、过压保护方法及无电解电容电机驱动系 统，以解决现有技术中由于出现瞬时过压而导致无电解电容电机驱动系统损坏的问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种过压保护装置，用于保护无电解电容电机驱 动系统，该系统包括用于向电机提供三相电流的逆变器，其中，该过压保护装置包括：电压 检测模块，用于实时检测直流母线电压v d。;电流补偿量计算模块，与所述电压检测模块连 接，用于根据所检测的直流母线电压vd。和预设安全电压V dcuMX计算电流补偿值；以及电流 控制模块，与所述电流补偿量计算模块连接，用于根据所计算的电流补偿值与初始电流指 令值生成最终电流指令值，并根据所述最终电流指令值调整所述逆变器输入至所述电机的 三相电流，以避免所述无电解电容电机驱动系统过压损坏。
[0006] 本发明还提供一种无电解电容电机驱动系统，该系统包括上述的过压保护装置。
[0007] 本发明还提供一种过压保护方法，用于保护无电解电容电机驱动系统，该系统包 括用于向所述电机提供三相电流的逆变器，其中，该过压保护方法包括：实时检测直流母线 电压vd。;根据所检测的直流母线电压V d。和预设安全电压V dc;niax计算电流补偿值；以及根据 所计算的电流补偿值与初始电流指令值生成最终电流指令值，并根据所述最终电流指令值 调整所述逆变器输入至所述电机的三相电流，以避免所述无电解电容电机驱动系统过压损 坏。
[0008] 通过上述技术方案，根据实时检测的直流母线电压和预设安全电压计算电流补偿 值，并根据电流补偿值与初始电流指令值生成最终电流指令值，从而能够根据该最终电流 指令值调整逆变器输入至电机的三相电流，使得电机的三相电流能够跟随该最终电流指令 值变化。由此，通过对电机的三相电流的调整可以使得直流母线电压下降为低于预设安全 电压，从而实现过压保护的目的，避免无电解电容电机驱动系统过压损坏。
[0009] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0010] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0011] 图1是根据本发明一种实施方式的过压保护装置的方框图；
[0012] 图2是根据本发明一种实施方式的过压保护装置中的电流补偿量计算模块的方 框图；
[0013] 图3是根据本发明一种实施方式的过压保护装置中的电流控制模块的方框图；
[0014] 图4是根据本发明一种实施方式的无电解电容电机驱动系统的方框图；
[0015] 图5是根据本发明一种实施方式的无电解电容电机驱动系统的结构示意图；以及
[0016] 图6是根据本发明一种实施方式的过压保护方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0018] 图1是根据本发明一种实施方式的过压保护装置的方框图。
[0019] 如图1所示，本发明提供了一种过压保护装置，用于保护无电解电容电机驱动系 统，该系统包括用于向电机提供三相电流的逆变器，其中，该过压保护装置包括：电压检测 模块10,用于实时检测直流母线电压v d。;电流补偿量计算模块12,与所述电压检测模块10 连接，用于根据所检测的直流母线电压Vd。和预设安全电压V dc; niax计算电流补偿值；以及电 流控制模块14,与所述电流补偿量计算模块12连接，用于根据所计算的电流补偿值与初始 电流指令值生成最终电流指令值，并根据所述最终电流指令值调整所述逆变器输入至所述 电机的三相电流，以避免所述无电解电容电机驱动系统过压损坏。
[0020] 通过对直流母线电压进行实时检测，根据实时检测的直流母线电压和预设安全电 压计算电流补偿值，并根据电流补偿值与初始电流指令值生成最终电流指令值，从而能够 根据该最终电流指令值调整逆变器输入至电机的三相电流，使得电机的三相电流能够跟随 该最终电流指令值变化。由此，通过对电机的三相电流的调整可以使得直流母线电压下降 为低于预设安全电压，从而实现过压保护的目的，避免无电解电容电机驱动系统过压损坏。
[0021] 其中，电压检测模块10可以采用现有技术中已有的能够对电压进行检测的模块、 元件或电路。对于预设安全电压，本领域技术人员可以根据实际情况对其预先进行设 定。优选地，预设安全电压1_通常小于逆变器的最大耐压值（即，最大直流母线电压）。 例如，当无电解电容电机驱动系统中采用最大耐压值为600V的逆变器时，预设安全电压 vdc;_max的取值可以为480V。上述示例仅仅是示意性的，并非用于限定本发明。
[0022] 图2是根据本发明一种实施方式的过压保护装置中的电流补偿量计算模块的方 框图。
[0023]如图2所示，根据本发明一种实施方式的过压保护装置中的电流补偿量计算模块 12包括：减法器120,用于计算所检测的直流母线电压Vd。与所述预设安全电压V dc; niax之间 的差值Vd。第一 PI控制器122,与所述减法器120连接，用于根据所述差值V d。_计算Q 轴电流补偿值Iq_。。^以及限幅器124,与所述第一 PI控制器122连接，用于将所述Q轴电 流补偿值中的小于零的Q轴电流补偿值滤除，以得到大于或等于零的Q轴电流补偿 值I q _。结合图2可知，首先，所检测的直流母线电压Vd。与所述预设安全电压V d。_经减 法器120得到二者的差值Vd。（ g卩，Vd「Vd。max= V d。;其次，差值Vd。m经第一 PI控 制器122得到Q轴电流补偿值最后，Q轴电流补偿值I ^^经限幅器124得到大于或 等于零的Q轴电流补偿值Iq^m。
[0024] 根据本发明一种实施方式，所述第一 PI控制器122通过下述公式根据所述差值 V<k_6"计算Q轴电流补偿值I
[0025]
[0026]其中，Kp>0,表示电流控制比例增益系数，1>0,表示电流控制积分增益系数，t表 示时间，t表示当前时刻。
[0027] 根据本发明一种实施方式，所述限幅器124通过下述公式将Q轴电流补偿值 中的小于零的Q轴电流补偿值滤除，以得到大于或等于零的Q轴电流补偿值
[0028]
[0029] 根据本发明一种实施方式，所述过压保护装置还包括电流检测模块和角度测量模 块，与所述电流控制模块连接，所述电流检测模块用于检测所述电机的D轴实际电流值I d 和Q轴实际电流值Iq，角度测量模块用于检测所述电机的转子角度0。
[0030] 其中，电流检测模块可以为现有技术中已有的能够对电流进行检测的模块、元件 或电路，而角度测量模块可以为编码器，但本发明不限于此。
[0031] 图3是根据本发明一种实施方式的过压保护装置中的电流控制模块的方框图。
[0032] 如图3所示，根据本发明一种实施方式的电流控制模块14包括：加法器140,用于 将所述大于或等于零的Q轴电流补偿值Q轴初始电流指令值I UrfO相加生成Q轴最 终电流指令值Iq_Mf;第二PI控制器142,与所述加法器140连接，用于根据所述Q轴最终电 流指令值Iurf、D轴电流指令值I d 、以及所述D轴实际电流值Id和所述Q轴实际电流值 Iq计算D轴电压指令值V，和Q轴电压指令值V q;坐标变换器144,与所述第二PI控制器142 连接，用于根据所述转子角度9对所述D轴电压指令值V d和所述Q轴电压指令值Vq进行 坐标变换，得到固定坐标系上的电压指令值Va*V ^占空比计算控制器146,与