專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中控制輸入線諧波的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
經(jīng)常從一個(gè)電源或攻讀線發(fā)送的電力并非適當(dāng)調(diào)節(jié)為適合使用。例如， 發(fā)電廠是經(jīng)過(guò)公用電網(wǎng)連接到耗電設(shè)施(例如，建筑物、工廠、等)，而電 網(wǎng)是設(shè)計(jì)為極其有效地發(fā)送大量的電力。為了有助于有效率的配電，電力是以 固定頻率的三相交流電(交流)進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。因此，電力典型地必須在用 電前進(jìn)行變換或者說(shuō)"調(diào)節(jié)"。 具體地，參見(jiàn)
圖1，本發(fā)明將針對(duì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10進(jìn)行描述。電 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10總體上包括一個(gè)電源12， 一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元14，和一個(gè)電動(dòng)機(jī) 16。電源12向該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元14送電，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)而將電源轉(zhuǎn)換 成對(duì)于驅(qū)動(dòng)一個(gè)相關(guān)負(fù)載18的電動(dòng)機(jī)16更加適用的形式。 [0005
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元14包括多種部件，譬如一個(gè)整流器20， 一個(gè)逆變器 22，和一個(gè)控制器24。在運(yùn)行過(guò)程中，電源12提供三相交流電，例如，經(jīng)輸 電線26從公用電網(wǎng)上接收的那樣。然而，也考慮到電源12可能輸送單相電力。 整流器20設(shè)計(jì)用于從電源12接收交流電力并且將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電， 該直流電被輸送到一個(gè)直流連接32的正和負(fù)直流母線28、 30上。確切地說(shuō)，
整流器20包括由控制器24使用脈沖寬度調(diào)制(P麗)控制的多個(gè)開(kāi)關(guān)以便對(duì) 從交流電源線接收的交流電源進(jìn)行整流。 其結(jié)果是，通常在電源12與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元14之間安排一個(gè)濾波器 38。典型地，安排一個(gè)電感器L:來(lái)起一種濾波器的作用從而抑制由電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)單14的運(yùn)行而注入到電源線26上的高頻諧波。然而，在很多情況下，電感 器L不能充分地衰減這些高頻諧波。然而，隨著現(xiàn)有的電力條例，譬如IEEE 519，變得越來(lái)越嚴(yán)格，在條 例下容忍的高頻諧波的量降低了。另外，因?yàn)閲?guó)與國(guó)之間的諧波條例不同，在 這些規(guī)定下容忍的諧波量依國(guó)別而變化。因此，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元必須專門(mén)定制 為地滿足每個(gè)國(guó)家的要求或者說(shuō)必須設(shè)計(jì)為滿足最嚴(yán)格的諧波條例。 [00011人們希望具有一種系統(tǒng)和方法用于抑制或者實(shí)質(zhì)上消除在運(yùn)行一個(gè)電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元時(shí)注入到交流電源線上的高頻諧波。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，公開(kāi)了一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，該電動(dòng)機(jī)包 括配置為用于接收交流電的一個(gè)輸入。包括一個(gè)濾波器和一個(gè)阻滯電路，它們 被配置為用于將交流電濾波并且它們包括安排在 一個(gè)LCL-加-C電路中的一個(gè) 輸入電感器(LJ ， 一個(gè)主電感器(Lm)， 一個(gè)主電容器(C )， 一個(gè)阻滯電感 器(Lt)，以及一個(gè)阻滯電容器(Ct)。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元還包括一個(gè)整流器 (該整流器被配置為用于從濾波器接收經(jīng)過(guò)濾波的交流電并且具有選擇用于 將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的一種開(kāi)關(guān)頻率)以及一個(gè)逆變器(該逆變器被配置為 用于從整流器接收直流電并且將該直流電轉(zhuǎn)換成配置為用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī) 的一系列脈沖)。該阻滯電感器和阻滯電容器中的至少一個(gè)被配置為用于實(shí)質(zhì) 上阻滯與該整流器的開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的諧波。圖6是一個(gè)部分的、簡(jiǎn)化的電路圖，示出使用固定的成分百分比允許 有不同功率分級(jí)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元具有相似的電流總諧波失真值。
具體實(shí)施例方式下面參見(jiàn)圖3-5，示出了圖2所示的主電感器L和阻滯濾波器40 的不同的配置。具體地講，圖3示出與上述的LCL濾波器聯(lián)接形成一種LCL-
加-C電路的一個(gè)級(jí)聯(lián)的阻滯濾波器40a。圖3還包括該級(jí)聯(lián)的阻滯濾波器40a 的等效電路42。另外，圖4示出上述LCL濾波器與一個(gè)直接耦連的阻滯濾波 器40b連接以形成另一個(gè)LCL-加-C電路配置。圖4進(jìn)一步示出該直接耦連的 阻滯濾波器40b的等效電路44。最后，圖5示出上述濾波器與一個(gè)變壓器阻滯 濾波器40c耦連以形成再一 LCL-加-C電路配置以及該變壓器阻滯濾波器40的 等效電路46。<formula>complex formula see original document page 10</formula>式4我們?cè)O(shè)想，當(dāng)擴(kuò)展到一個(gè)三相系統(tǒng)時(shí)，上述的系統(tǒng)可以實(shí)施為使用三 個(gè)分離的主電感器L。另一方面，我們?cè)O(shè)想還可以使用一個(gè)單個(gè)的三相主電感
Lm 。<formula>complex formula see original document page 11</formula>式6;
[00042<formula>complex formula see original document page 11</formula>式7
[00043<formula>complex formula see original document page 11</formula>式8;00044
<formula>complex formula see original document page 11</formula>式9
[000451其中Pu是L的百分比數(shù)值，pLm是L的百分比數(shù)值，p。是C的百分 比數(shù)值，Vn是額定線路電壓，L是額定線路電流，"。是額定的線路角頻率，
而"res是諧振角頻率。電感/電容基數(shù)是
[00046<formula>complex formula see original document page 11</formula> 式10
[00047<formula>complex formula see original document page 11</formula> 式11； 和
[00048<formula>complex formula see original document page 11</formula> 式100049需要指出，為了簡(jiǎn)化，以上計(jì)算忽略了該濾波器的電阻。然而，包括 電感器電阻和阻尼電阻不會(huì)改變以下事實(shí)，如以上所示，通過(guò)保持L,、 LJ口 C 的固定的百分比，可以跨過(guò)具有不同功率級(jí)別的多種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)控制i,、 i2 和i。的總諧波失真。
[000501類似地，如以下所說(shuō)明，Ct的百分比數(shù)值不隨功率級(jí)別而變化
[00051
<formula>complex formula see original document page 11</formula>式13;
[00052式中" 是該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的整流器的開(kāi)關(guān)角頻率，等于2 it乘以f 。 另外，A是U對(duì)L的比值，如以上描述，它典型地是一個(gè)固定的比率。[000531當(dāng)與一個(gè)傳統(tǒng)的LCL濾波器比較時(shí)，如在圖l中所示，包括阻滯濾波 器40以形成LCL-加-C電路上述濾波器系統(tǒng)能夠顯著地抑制在PCC具有開(kāi)關(guān)頻 率電流的電流諧波。例如，殘余高頻諧波可以被抑制到顯著低于峰值相電流的 百分之0.5。因?yàn)樯鲜鰹V波器系統(tǒng)顯著地降低整流器輸入端開(kāi)關(guān)頻率上的諧波 電流，整流器輸入端的總電流失真也被降低，盡管可能感受到二次或者三次開(kāi) 關(guān)頻率諧波的一些增長(zhǎng)。
[00054通過(guò)不同實(shí)施方案已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，除了那些明確 說(shuō)明的內(nèi)容之外，很多等效物、替代物、變例和修改都是可能的，并且是在本 發(fā)明的范疇之內(nèi)。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)限于具體說(shuō)明的某一實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括一個(gè)電力輸入，該電力輸入配置為用于接收交流(AC)電的；一個(gè)整流器，該整流器具有選擇為用于將該交流電轉(zhuǎn)換成直流(DC)電的一個(gè)開(kāi)關(guān)頻率的；一個(gè)輸入濾波器電路，該輸入濾波器電路連接在該電力輸入與該整流器之間并且配置為用于抑制跨一個(gè)諧波范圍的頻率諧波；一個(gè)阻滯濾波器電路，該阻滯濾波器電路連接在該電力輸入與該整流器之間并且配置為用于實(shí)質(zhì)上阻滯與該整流器的開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的頻率諧波；以及一個(gè)逆變器，該逆變器配置為用于從該整流器接收該直流電并且將該直流電轉(zhuǎn)換成配置為用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)的一系列脈沖。
2. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該輸入濾波器電路包括被 配置為用于抑制高頻諧波的至少一個(gè)電感器和一個(gè)電容器。
3. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該阻滯濾波器電路包括在 該整流器的開(kāi)關(guān)頻率上實(shí)質(zhì)上相等的一個(gè)感性電抗和一個(gè)容性電抗。
4. 如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該輸入濾波器電路與該阻 滯濾波器電路組合形成一個(gè)LCL-加-C電路。
5. 如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中LCL-加-C電路包括一個(gè)輸入電感器電感(LJ 、 一個(gè)主電感器電感(LJ 、 一個(gè)主電容器電容(Cm)， 一個(gè)t-線圈電感 (Lt),和一個(gè)t-線圈電容(Ct)，并且其中<formula>complex formula see original document page 2</formula>式中fs 是該整流器的開(kāi)關(guān)頻率而M是L與Lt之間的互感。
6. 如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中LCL-加-C電路包括一個(gè)輸入電感器電感(LJ 、 一個(gè)主電感器電感(Lm)、 一個(gè)主電容器電容(Cm)、 一個(gè)阻滯電感(Lt)，和一個(gè)阻滯電容(Ct)，并且其中<formula>complex formula see original document page 2</formula>式中匸是該整流器的開(kāi)關(guān)頻率。
7. 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該阻滯濾波器電路包括共 用一個(gè)磁芯的一個(gè)第一電感器一個(gè)第二電感器。
8. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該阻滯濾波器還包括一個(gè)與該第二電感器串連的一個(gè)電容器。
9. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該阻滯濾波器還包括一個(gè)與該第二電感器并聯(lián)的一個(gè)電容器。
10. 如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該第一電感器形成一個(gè)變 壓器的一個(gè)第一繞組并且該第二電感器形成一個(gè)變壓器的一個(gè)第二繞組。
11. 一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，包括一個(gè)電力輸入，該電力輸入配置為用于接收交流電的； 一個(gè)濾波器和阻滯電路，該濾波器和阻滯電路配置為用于對(duì)該交流電 濾波并且包括安排在一個(gè)LCL-加-C電路中的一個(gè)輸入電感器(L,)、 一個(gè)主電 感器(Lm)、 一個(gè)主電容器(Cm)， 一個(gè)阻滯電感器(Lt)，以及一個(gè)阻滯電容 器(Ct);一個(gè)整流器，該整流器配置為用于從該濾波器接收經(jīng)濾波的交流電并 且具有選擇用于將該交流電轉(zhuǎn)換成直流電的一種開(kāi)關(guān)頻率；一個(gè)逆變器，該逆變器配置為用于從該整流器接收該直流電并且將該 直流電轉(zhuǎn)換成配置為用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)的一系列脈沖；并且其中該阻滯電感器和阻滯電容器中的至少一個(gè)被配置為用于實(shí)質(zhì)上 阻滯與該整流器相關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率的諧波。
12.如權(quán)利要求11所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，其中該輸入電感器、主電感器、 以及主電容器形成一個(gè)配置為用于降低一個(gè)諧波范圍的一個(gè)LCL電路。
13. 如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，其中該阻滯電感器是與該主電感器串連安排并且其中該阻滯電容器是與該阻滯電感器并聯(lián)安排。
14. 如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，其中該阻滯電感器以及該阻滯 電容器是與該主電感器并聯(lián)安排。
15. 如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，其中該阻滯電感器和該阻滯電容器是串連安排并且一起與該主電感器并聯(lián)安排。
16. 如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，其中該阻滯電感器通過(guò)一個(gè)公 共的磁芯耦連到該主電感器。
17. 連接到一個(gè)電源線以接收交流電并且向一個(gè)整流器輸送該交流電的一 種輸入濾波器，該整流器具有多個(gè)開(kāi)關(guān)，該多個(gè)開(kāi)關(guān)由具有一個(gè)開(kāi)關(guān)頻率用于 將該交流電轉(zhuǎn)換成直流電并且將該直流電力輸送到一個(gè)逆變器的至少一個(gè)開(kāi) 關(guān)信號(hào)進(jìn)行控制，該逆變器被配置為用于將直流電力轉(zhuǎn)換成配置為用于驅(qū)動(dòng)一 個(gè)電動(dòng)機(jī)的多個(gè)脈沖，該輸入濾波器包括一個(gè)主電感器，該主電感器配置為用于接收該交流電并且降低沿該電 源線的諧波；連接到該主電感器的一個(gè)阻滯電感器； 連接到該主電感器的一個(gè)阻滯電容器；并且其中該阻滯電感器與該阻滯電容器中的至少一個(gè)被安排在一個(gè)阻滯電 路中，該阻滯電路被配置為用于實(shí)質(zhì)上降低與該開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的諧波。
18. 如權(quán)利要求17所述的輸入濾波器，其中該阻滯電感器與該主電感器串 連安排并且該阻滯電容器與該阻滯電感器并聯(lián)安排。
19. 如權(quán)利要求17所述的輸入濾波器，其中該主電感器與該阻滯電感器共 用一個(gè)公共磁芯。
20. 如權(quán)利要求19所述的輸入濾波器，其中該阻滯電容器與該阻滯電感器 串連安排。
21. 如權(quán)利要求19所述的輸入濾波器，其中該阻滯電容器與該阻滯電感器 并聯(lián)安排。
全文摘要
披露了一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中控制輸入線諧波的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一個(gè)配置為用于接收交流(AC)電的電力輸入和一個(gè)整流器，該整流器具有選擇用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流(DC)電的開(kāi)關(guān)頻率。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元還包括連接在電輸入與整流器之間并且配置為用于抑制跨一個(gè)諧波范圍的頻率諧波的一個(gè)輸入濾波器電路。另外，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括一個(gè)阻滯濾波器電路，它連接在電力輸入與整流器之間并且配置為用于實(shí)質(zhì)上阻滯與該整流器的開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的頻率諧波。此外，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括一個(gè)逆變器，它配置為用于從整流器接收直流電并且將直流電轉(zhuǎn)換成配置為用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)的一系列脈沖。
文檔編號(hào)H02J3/01GK101345510SQ20081009920
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者R·A·盧卡薩維斯基, 強(qiáng) 尹, 巍 錢(qián), 韋立祥 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司