過壓保護裝置、過壓保護方法及無電解電容電機驅動系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機控制領域，具體地，涉及一種過壓保護裝置、過壓保護方法及無電 解電容電機驅動系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 隨著消費者對機電產品節(jié)能性要求的提升，效率更高的變頻電機驅動器得到了越 來越廣泛的應用。常規(guī)變頻驅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 壓相對獨立，從而使逆變部分的控制無需考慮輸入電壓的瞬時變化，便于控制方法的實現。 然而，這種設計方法需要配備容值較大的電解電容，這使得驅動器體積變大，成本相應提 升。此外，電解電容的壽命有限，其有效工作時間往往是驅動器壽命的瓶頸。
[0003] 為了解決上述問題，現有技術中提出了一種使用無電解電容的電機驅動器。其中 用容值只有20uF的薄膜電容取代了之前使用的大容值的電解電容，通過控制電機的瞬時 功率與交流輸入電壓的形狀匹配，不但可以實現電機的調速，還可以減少輸入電流的諧波， 從而實現電機驅動器的高功率因數。并且，由于無電解電容電機驅動器具有成本低、使用壽 命長的優(yōu)點，目前已得到廣泛的應用。然而，由于無電解電容電機驅動器采用的是容值較小 的濾波電容，當電機因負載波動或輸出扭矩波動而進入瞬時發(fā)電狀態(tài)時，電容兩端的電壓 將快速上升，這可能導致直流母線電壓超過無電解電容或功率器件的允許的電壓范圍，出 現瞬時過壓的現象。在這種情況下，若不采取任何保護措施，將可能導致無電解電容電機驅 動器因過壓而損壞。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種過壓保護裝置、過壓保護方法及無電解電容電機驅動系 統(tǒng)，以解決現有技術中由于出現瞬時過壓而導致無電解電容電機驅動系統(tǒng)損壞的問題。
[0005] 為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種過壓保護裝置，用于保護無電解電容電機驅 動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于向電機提供三相電流的逆變器，其中，該過壓保護裝置包括：電壓 檢測模塊，用于實時檢測直流母線電壓v d。;電流補償量計算模塊，與所述電壓檢測模塊連 接，用于根據所檢測的直流母線電壓vd。和預設安全電壓V dcuMX計算電流補償值；以及電流 控制模塊，與所述電流補償量計算模塊連接，用于根據所計算的電流補償值與初始電流指 令值生成最終電流指令值，并根據所述最終電流指令值調整所述逆變器輸入至所述電機的 三相電流，以避免所述無電解電容電機驅動系統(tǒng)過壓損壞。
[0006] 本發(fā)明還提供一種無電解電容電機驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述的過壓保護裝置。
[0007] 本發(fā)明還提供一種過壓保護方法，用于保護無電解電容電機驅動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括用于向所述電機提供三相電流的逆變器，其中，該過壓保護方法包括：實時檢測直流母線 電壓vd。;根據所檢測的直流母線電壓V d。和預設安全電壓V dc;niax計算電流補償值；以及根據 所計算的電流補償值與初始電流指令值生成最終電流指令值，并根據所述最終電流指令值 調整所述逆變器輸入至所述電機的三相電流，以避免所述無電解電容電機驅動系統(tǒng)過壓損 壞。
[0008] 通過上述技術方案，根據實時檢測的直流母線電壓和預設安全電壓計算電流補償 值，并根據電流補償值與初始電流指令值生成最終電流指令值，從而能夠根據該最終電流 指令值調整逆變器輸入至電機的三相電流，使得電機的三相電流能夠跟隨該最終電流指令 值變化。由此，通過對電機的三相電流的調整可以使得直流母線電壓下降為低于預設安全 電壓，從而實現過壓保護的目的，避免無電解電容電機驅動系統(tǒng)過壓損壞。
[0009] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0010] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0011] 圖1是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置的方框圖；
[0012] 圖2是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置中的電流補償量計算模塊的方 框圖；
[0013] 圖3是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置中的電流控制模塊的方框圖；
[0014] 圖4是根據本發(fā)明一種實施方式的無電解電容電機驅動系統(tǒng)的方框圖；
[0015] 圖5是根據本發(fā)明一種實施方式的無電解電容電機驅動系統(tǒng)的結構示意圖；以及
[0016] 圖6是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描 述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0018] 圖1是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置的方框圖。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種過壓保護裝置，用于保護無電解電容電機驅動系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于向電機提供三相電流的逆變器，其中，該過壓保護裝置包括：電壓檢測 模塊10,用于實時檢測直流母線電壓v d。;電流補償量計算模塊12,與所述電壓檢測模塊10 連接，用于根據所檢測的直流母線電壓Vd。和預設安全電壓V dc; niax計算電流補償值；以及電 流控制模塊14,與所述電流補償量計算模塊12連接，用于根據所計算的電流補償值與初始 電流指令值生成最終電流指令值，并根據所述最終電流指令值調整所述逆變器輸入至所述 電機的三相電流，以避免所述無電解電容電機驅動系統(tǒng)過壓損壞。
[0020] 通過對直流母線電壓進行實時檢測，根據實時檢測的直流母線電壓和預設安全電 壓計算電流補償值，并根據電流補償值與初始電流指令值生成最終電流指令值，從而能夠 根據該最終電流指令值調整逆變器輸入至電機的三相電流，使得電機的三相電流能夠跟隨 該最終電流指令值變化。由此，通過對電機的三相電流的調整可以使得直流母線電壓下降 為低于預設安全電壓，從而實現過壓保護的目的，避免無電解電容電機驅動系統(tǒng)過壓損壞。
[0021] 其中，電壓檢測模塊10可以采用現有技術中已有的能夠對電壓進行檢測的模塊、 元件或電路。對于預設安全電壓，本領域技術人員可以根據實際情況對其預先進行設 定。優(yōu)選地，預設安全電壓1_通常小于逆變器的最大耐壓值（即，最大直流母線電壓）。 例如，當無電解電容電機驅動系統(tǒng)中采用最大耐壓值為600V的逆變器時，預設安全電壓 vdc;_max的取值可以為480V。上述示例僅僅是示意性的，并非用于限定本發(fā)明。
[0022] 圖2是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置中的電流補償量計算模塊的方 框圖。
[0023]如圖2所示，根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置中的電流補償量計算模塊 12包括：減法器120,用于計算所檢測的直流母線電壓Vd。與所述預設安全電壓V dc; niax之間 的差值Vd。第一 PI控制器122,與所述減法器120連接，用于根據所述差值V d。_計算Q 軸電流補償值Iq_。。^以及限幅器124,與所述第一 PI控制器122連接，用于將所述Q軸電 流補償值中的小于零的Q軸電流補償值濾除，以得到大于或等于零的Q軸電流補償 值I q _。結合圖2可知，首先，所檢測的直流母線電壓Vd。與所述預設安全電壓V d。_經減 法器120得到二者的差值Vd。（ g卩，Vd「Vd。max= V d。;其次，差值Vd。m經第一 PI控 制器122得到Q軸電流補償值最后，Q軸電流補償值I ^^經限幅器124得到大于或 等于零的Q軸電流補償值Iq^m。
[0024] 根據本發(fā)明一種實施方式，所述第一 PI控制器122通過下述公式根據所述差值 V<k_6"計算Q軸電流補償值I
[0025]
[0026]其中，Kp>0,表示電流控制比例增益系數，1>0,表示電流控制積分增益系數，t表 示時間，t表示當前時刻。
[0027] 根據本發(fā)明一種實施方式，所述限幅器124通過下述公式將Q軸電流補償值 中的小于零的Q軸電流補償值濾除，以得到大于或等于零的Q軸電流補償值
[0028]
[0029] 根據本發(fā)明一種實施方式，所述過壓保護裝置還包括電流檢測模塊和角度測量模 塊，與所述電流控制模塊連接，所述電流檢測模塊用于檢測所述電機的D軸實際電流值I d 和Q軸實際電流值Iq，角度測量模塊用于檢測所述電機的轉子角度0。
[0030] 其中，電流檢測模塊可以為現有技術中已有的能夠對電流進行檢測的模塊、元件 或電路，而角度測量模塊可以為編碼器，但本發(fā)明不限于此。
[0031] 圖3是根據本發(fā)明一種實施方式的過壓保護裝置中的電流控制模塊的方框圖。
[0032] 如圖3所示，根據本發(fā)明一種實施方式的電流控制模塊14包括：加法器140,用于 將所述大于或等于零的Q軸電流補償值Q軸初始電流指令值I UrfO相加生成Q軸最 終電流指令值Iq_Mf;第二PI控制器142,與所述加法器140連接，用于根據所述Q軸最終電 流指令值Iurf、D軸電流指令值I d 、以及所述D軸實際電流值Id和所述Q軸實際電流值 Iq計算D軸電壓指令值V，和Q軸電壓指令值V q;坐標變換器144,與所述第二PI控制器142 連接，用于根據所述轉子角度9對所述D軸電壓指令值V d和所述Q軸電壓指令值Vq進行 坐標變換，得到固定坐標系上的電壓指令值Va*V ^占空比計算控制器146,與