本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和變頻空調(diào)器。

背景技術(shù)：

隨著消費(fèi)者對機(jī)電產(chǎn)品節(jié)能性要求的提升，效率更高的變頻電機(jī)驅(qū)動器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。常規(guī)變頻驅(qū)動器的直流母線電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，逆變部分與輸入交流電壓相對獨(dú)立，從而使逆變部分的控制無需考慮輸入電壓的瞬時(shí)變化，便于控制方法的實(shí)現(xiàn)。然而，這種設(shè)計(jì)方法需要配備容值較大的電解電容，使得驅(qū)動器體積變大，成本提升。此外，電解電容的壽命有限，其有效工作時(shí)間往往是驅(qū)動器壽命的瓶頸。

針對上述問題，相關(guān)方案提出了以小容值的薄膜電容或陶瓷電容取代電解電容的策略，與常規(guī)的交直交驅(qū)動電路相比，省去了pfc部分，而且小型化的電容既能實(shí)現(xiàn)降成本，又能消除電解電容引起的使用壽命瓶頸。但是，小容值的薄膜電容或陶瓷電容取代電解電容的電機(jī)驅(qū)動器，與常規(guī)變頻驅(qū)動器相比，當(dāng)電機(jī)發(fā)生過流故障后電機(jī)定子繞組感應(yīng)電動勢發(fā)電，并回饋到直流母線上，引起母線電壓過高，容易引起電子元件難以承受高壓而損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和變頻空調(diào)器，目的在于解決針對電容小型化的電機(jī)驅(qū)動裝置中，當(dāng)電機(jī)發(fā)送過流故障引起電機(jī)定子繞組參數(shù)感應(yīng)電動勢時(shí)，導(dǎo)致直流母線電壓過高電機(jī)驅(qū)動電路的電阻元件損壞問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，所述電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括：整流模塊、濾波模塊、逆變模塊、電流保護(hù)模塊、控制模塊及電機(jī)；

所述整流模塊對交流輸入電壓進(jìn)行全波整流，所述整流模塊的兩輸出端連接直流母線；

所述濾波模塊、逆變模塊依次與所述直流母線并聯(lián)，所述交流輸入電壓通過所述整流模塊、濾波模塊處理后轉(zhuǎn)換為脈動的直流母線電壓，以為所述逆變模塊提供電源；

所述逆變模塊輸出端連接所述電機(jī)，所述控制模塊對所述逆變模塊進(jìn)行控制以驅(qū)動所述電機(jī)運(yùn)行；

所述電流保護(hù)模塊輸出端連接所述控制模塊，用于檢測所述電機(jī)運(yùn)行時(shí)的相電流值，并在所述相電流值超過預(yù)設(shè)值時(shí)輸出保護(hù)信號；

所述控制模塊，還用于

在檢測到所述電流保護(hù)模塊輸出的保護(hù)信號時(shí)，輸出控制信號到所述逆變模塊控制所述電機(jī)制動，以對所述電機(jī)內(nèi)部繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢進(jìn)行泄放。

優(yōu)選的，所述控制模塊還用于：

在檢測到所述電流保護(hù)模塊輸出的保護(hù)信號時(shí)，輸出控制信號控制所述逆變模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管導(dǎo)通，所述逆變模塊的三個(gè)下橋臂開關(guān)管關(guān)閉，以控制所述電機(jī)制動。

優(yōu)選的，所述控制模塊還用于：

檢測到所述電流保護(hù)信號時(shí)，輸出控制信號使得所述逆變模塊的三個(gè)下橋臂開關(guān)管導(dǎo)通，所述逆變模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管關(guān)閉，以控制所述電機(jī)制動。

優(yōu)選的，所述控制模塊還用于：

在輸出控制信號到所述逆變模塊控制所述電機(jī)制動后，還檢測所述直流母線電壓值，并在所述直流母線電壓值低于電壓保護(hù)閥值時(shí)控制所述電機(jī)正常運(yùn)行。

優(yōu)選的，所述控制模塊還用于：

在輸出控制信號到所述逆變模塊控制所述電機(jī)制動后，還檢測所述交流輸入電壓值，并根據(jù)所述交流輸入電壓值的峰值確定對應(yīng)的所述電壓保護(hù)閥值，并在所述直流母線電壓值低于所述電壓保護(hù)閥值時(shí)控制所述電機(jī)正常運(yùn)行。

優(yōu)選的，所述濾波模塊包括第一電容，所述第一電容為薄膜電容或陶瓷電容，所述第一電容的電容量為5-30uf。

優(yōu)選的，所述電流保護(hù)模塊包括電流檢測單元和比較單元；

所述電流檢測單元輸出端連接所述比較單元輸入端；

所述電流檢測單元輸入端接入所述電機(jī)的三相電流，并轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出；

所述比較單元將所述電流檢測單元輸出的電壓信號與預(yù)設(shè)電壓閥值比較，在超過所述預(yù)設(shè)電壓閥值時(shí)輸出所述保護(hù)信號。

優(yōu)選的，所述電流檢測單元包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電阻和第二電阻；

所述第一二極管、第二二極管和第三二極管的正極分別接入所述電機(jī)的三相電流，所述第一二極管、第二二極管和第三二極管的負(fù)極與第一電阻的一端并聯(lián)；

所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端共接于所述電流檢測單元輸出端；

所述第二電阻的另一端接地。

優(yōu)選的，所述比較單元包括第一比較器、第三電阻和第四電阻；

所述第一比較器的反相端為所述比較單元輸入端，所述第三電阻的一端和第四電阻一端共接于所述第一比較器的同相端，所述第一比較器的輸出端為所述比較單元輸出端；

所述第三電阻另一端接直流電源，所述第四電阻另一端接地。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種變頻空調(diào)器，所述變頻空調(diào)器包括上述電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，通過在電容小型化的驅(qū)動系統(tǒng)電路上增加過流保護(hù)模塊，對電機(jī)的相電流進(jìn)行過流檢測，在檢測到相電流過流時(shí)輸出過流保護(hù)信號到控制模塊，控制模塊輸出控制信號控制電機(jī)制動，使得電機(jī)內(nèi)部繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢得到迅速泄放，避免了因電機(jī)過流時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢使得直流母線電壓過高而損壞驅(qū)動電路的電阻元件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電流保護(hù)模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分，如圖所示：

本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，包括整流模塊2、濾波模塊3、逆變模塊4、電流保護(hù)模塊7、控制模塊6及電機(jī)5；

整流模塊2對交流電源1的交流輸入電壓進(jìn)行全波整流，整流模塊2的兩輸出端連接直流母線；

濾波模塊3、逆變模塊4依次與直流母線并聯(lián)，所述交流輸入電壓通過整流模塊2、濾波模塊3處理后轉(zhuǎn)換為脈動的直流母線電壓，以為逆變模塊4提供電源；

逆變模塊4輸出端連接電機(jī)5，控制模塊6對逆變模塊4進(jìn)行控制以驅(qū)動電機(jī)5運(yùn)行；

電流保護(hù)模塊7輸出端連接控制模塊6，用于檢測電機(jī)5運(yùn)行時(shí)的相電流值，并在相電流值超過預(yù)設(shè)值時(shí)輸出保護(hù)信號；

控制模塊6，還用于

在檢測到電流保護(hù)模塊輸出的保護(hù)信號時(shí)，輸出控制信號到逆變模塊4控制電機(jī)5制動，以對電機(jī)5內(nèi)部繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢進(jìn)行泄放。

如圖1所示，整流模塊2連接交流電源1，由二極管d1-d4組成的全橋整流，對交流電源1的交流電壓進(jìn)行整流；濾波模塊3包括與直流母線并聯(lián)的電容器c1，由于電容器c1電容量相對較小，因此整流模塊2輸出的直流電壓經(jīng)濾波模塊3濾波后是脈動直流母線電壓，不能濾波成穩(wěn)定的直流母線電壓，此脈動直流母線電壓為逆變模塊4提供工作的電源；逆變模塊4通過控制模塊6對其六個(gè)開關(guān)管s1-s6進(jìn)行控制，輸出三相電流驅(qū)動電機(jī)5運(yùn)行，這里的電機(jī)5可以是永磁同步電機(jī)或者是變頻壓縮機(jī)，逆變模塊4主要由逆變模塊即ipm模塊(intelligentpowermodule，智能功率模塊)構(gòu)成。

由于上述電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中濾波模塊3中的電容器比現(xiàn)有的電機(jī)驅(qū)動電路的濾波電路中的電容器要小很多，一般只有其電容值的1％-2％，電容量為5-30uf如只有20uf，因?yàn)槠潆娙葜敌。梢赃x擇為薄膜電容或陶瓷電容，而現(xiàn)有電機(jī)驅(qū)動電路中的濾波電容總?cè)萘恳话憧蛇_(dá)到800uf，一般都是大容量的電解電容，因此上述電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)簡稱為電容小型化的驅(qū)動系統(tǒng)，基于此電容小型化的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，相比現(xiàn)有的濾波電容量大的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其主要區(qū)別是電容小型化電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的直流母線電壓是脈動電壓，其電壓時(shí)刻處于周期性波動狀態(tài)，而現(xiàn)有的濾波電容量大的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中直流母線電壓是穩(wěn)定電壓，不存在脈動電壓對應(yīng)的周期性波動。

上述電流保護(hù)模塊7用于檢測電機(jī)5的運(yùn)行的相電流值是否發(fā)生保護(hù)，其具體電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，電流保護(hù)模塊7包括電流檢測單元71和比較單元72；電流檢測單元71輸出端連接比較單元72輸入端；電流檢測單元71輸入端接入電機(jī)的三相電流，并轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出；比較單元72將電流檢測單元71輸出的電壓信號與預(yù)設(shè)電壓閥值比較，在超過預(yù)設(shè)電壓閥值時(shí)輸出保護(hù)信號。

具體的，電流檢測單元71包括第一二極管d1、第二二極管d2、第三二極管d3、第一電阻r1和第二電阻r2；

第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3的正極分別接入電機(jī)的三相電流，第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3的負(fù)極與第一電阻r1的一端并聯(lián)；第一電阻r1的另一端與第二電阻r2的一端共接于電流檢測單元71輸出端；第二電阻r2的另一端接地。這里的第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3起到對接入電機(jī)的三相電流iu、iv、iw整流和隔離作用，轉(zhuǎn)成成直流電。

具體的，比較單元72包括第一比較器ic1、第三電阻r3和第四電阻r4；

第一比較器ic1的反相端為比較單元72輸入端，第三電阻r3的一端和第四電阻r4一端共接于第一比較器ic1的同相端，第一比較器ic1的輸出端為比較單元72輸出端；第三電阻r3另一端接直流電源，第四電阻r4另一端接地。

當(dāng)電機(jī)的相電流過大時(shí)，如出現(xiàn)由于驅(qū)動電機(jī)失速，或者控制電機(jī)停止時(shí)電機(jī)由于慣性還會繼續(xù)高速轉(zhuǎn)動帶來的電機(jī)驅(qū)動內(nèi)部繞組的相電流iu、iv、iw過大，此時(shí)相電流通過第一二極管d1、第二二極管d2和第三二極管d3的整流成直流電，并通過第一電阻r1和第二電阻r2串聯(lián)到地，在第一電阻r1與第二電阻r2的共接端輸出對應(yīng)的直流電壓，輸入到第一比較器ic1的反相端，由于第一比較器ic1的同相端通過第三電阻r3和第四電阻r4串聯(lián)輸入了一個(gè)預(yù)設(shè)的參考電壓值，當(dāng)直流電壓過高超過參考電壓值時(shí)，會使得第一比較器ic1輸出端翻轉(zhuǎn)輸出低電平，即電機(jī)的相電流過大時(shí)，電流保護(hù)模塊7輸出低電平信號到控制模塊6，此時(shí)控制模塊6輸出六路控制信號對ipm模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管和三個(gè)下橋臂開關(guān)管進(jìn)行控制，對電機(jī)5進(jìn)行制動，使得因相電流過大時(shí)引起的感應(yīng)電動勢進(jìn)行泄放，使得感應(yīng)電動勢不會回饋到直流母線上使得直流母線電壓過高引起驅(qū)動電路的元器件損壞。具體的，控制模塊6輸出六路控制信號對ipm模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管和三個(gè)下橋臂開關(guān)管進(jìn)行控制時(shí)，可以控制ipm模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管導(dǎo)通，三個(gè)下橋臂開關(guān)管關(guān)閉，或者控制ipm模塊的三個(gè)上橋臂開關(guān)管關(guān)閉，三個(gè)下橋臂開關(guān)管導(dǎo)通，這兩種情況下都使得電機(jī)5內(nèi)部繞組形成短路，使得繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢得到迅速泄放，控制電機(jī)迅速制動機(jī)停止運(yùn)行。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，通過在電容小型化的驅(qū)動系統(tǒng)電路上增加過流保護(hù)模塊，對電機(jī)的相電流進(jìn)行過流檢測，在檢測到相電流過流時(shí)輸出過流保護(hù)信號到控制模塊，控制模塊輸出控制信號控制電機(jī)制動，使得電機(jī)內(nèi)部繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢得到迅速泄放，避免了因電機(jī)過流時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢使得直流母線電壓過高而損壞驅(qū)動電路的電阻元件。

進(jìn)一步的，作為本發(fā)明提供的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的第二實(shí)施例，基于本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的第一實(shí)施例，在本實(shí)施例中，控制模塊6還用于：在輸出控制信號到逆變模塊4控制電機(jī)5制動后，還檢測直流母線電壓值，并在直流母線電壓值低于保護(hù)閥值時(shí)控制電機(jī)5正常運(yùn)行。

在第一實(shí)施例中檢測到電機(jī)5發(fā)生過流保護(hù)，控制模塊6輸出信號控制逆變模塊4使得電機(jī)5因過流產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢進(jìn)行泄放后，如何確定電機(jī)的感應(yīng)電動勢已經(jīng)泄放到安全電壓，需要根據(jù)檢測的直流母線電壓值來確定，因?yàn)楦袘?yīng)電動勢回饋到直流母線電壓上引起直流母線電壓值升高，因此通過檢測直流母線電壓值的大小低于保護(hù)閥值時(shí)可以確定當(dāng)前直流母線電壓是否正常，即感應(yīng)電動勢是否已經(jīng)泄放到安全值，如果檢測到直流母線電壓值正常，則控制模塊6輸出正常的控制信號通過逆變模塊4控制電機(jī)5正常運(yùn)行，否則控制模塊6一種輸出控制信號使得電機(jī)5內(nèi)部繞組的感應(yīng)電動勢一直處于泄放狀態(tài)。其保護(hù)閥值具體有交流輸入電壓的峰值確定，例如，以交流輸入電壓為220v為例，其直流母線的峰值電壓為此時(shí)保護(hù)閥值確定為比峰值高一個(gè)預(yù)設(shè)值具體值，如預(yù)設(shè)值取為9v，則保護(hù)閥值可以取值為320v，即但檢測到直流母線電壓低于320v時(shí)判斷為當(dāng)前的感應(yīng)電動勢已經(jīng)泄放到安全值，此時(shí)控制模塊6輸出正常的控制信號控制電機(jī)5正常運(yùn)行。

由于實(shí)際應(yīng)用中，交流輸入電壓有時(shí)是變化的，如存在交流供電電壓不穩(wěn)定情況，因此其交流峰值電壓也隨之變化，這樣檢測直流母線電壓對比的保護(hù)閥值也隨之變化，因此針對上述情況，進(jìn)一步的，控制模塊6輸出控制信號到逆變模塊4控制電機(jī)5制動后，還檢測交流輸入電壓值，并根據(jù)交流輸入電壓值的峰值確定對應(yīng)的保護(hù)閥值，并在直流母線電壓值低于保護(hù)閥值時(shí)控制電機(jī)5正常運(yùn)行。具體來說，保護(hù)閥值可以由如下公式確定其中v1為檢測的交流輸入電壓值，a為補(bǔ)償?shù)念A(yù)設(shè)值，一般可取值為[5v,20]，例如a取值為10v，如果檢測到的交流輸入電壓為220v時(shí)，則保護(hù)閥值如上述提到的320v，如果交流輸入電壓為180v，則根據(jù)公式可得+10＝264v，即取保護(hù)閥值為264v。

本實(shí)施例中，當(dāng)檢測到電機(jī)5過流保護(hù)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢引起直流母線電壓值升高，此時(shí)控制模塊6輸出控制信號到逆變模塊4控制電機(jī)5制動后，需要進(jìn)一步檢測直流母線電壓值，以確定感應(yīng)電動勢是否泄放到安全狀態(tài)，如果直流母線電壓仍比閥值高，說明電機(jī)5產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢仍處于比較高的狀態(tài)，需要繼續(xù)控制電機(jī)5處于制動狀態(tài)，以對感應(yīng)電動勢進(jìn)行泄放，只有當(dāng)感應(yīng)電動勢泄放到安全值，即直流母線電壓下降到閥值以下，此時(shí)可控制電機(jī)處于正常狀態(tài)，即不再處于制動狀態(tài)。

本實(shí)施例中，在電機(jī)5發(fā)生過流保護(hù)，控制模塊6輸出控制信號到逆變模塊4控制電機(jī)5制動后，還進(jìn)一步檢測直流母線電壓值，在直流母線電壓值下降到保護(hù)閥值以下時(shí)，確保感應(yīng)電動勢已經(jīng)泄放到安全值以下，此時(shí)才控制電機(jī)正常運(yùn)行，使得過流保護(hù)的恢復(fù)安全可靠，進(jìn)一步的，還檢測交流輸入電壓值，由交流輸入電壓值確定保護(hù)閥值的大小，這樣能應(yīng)對交流輸入電壓變化情況，使得過流保護(hù)的恢復(fù)更加安全可靠。

此外，本發(fā)明還提供一種變頻空調(diào)器，包括上述的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其變頻空調(diào)器的電機(jī)可以是直流風(fēng)機(jī)或者壓縮機(jī)，其具體的實(shí)施方式可參考上述電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施例，在此不再贅述。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。