一种电容小型化电机驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种电容小型化电机驱动装置，该装置包括控制部、电感器，交直转换电路，直流链部和直交流转换电路。所述交直流转换电路对交流电源的电源电压vin进行全波整流，该直流链部具有与所述交直流转换电路的输出侧并联的电容器，并输出脉动的直流电压vdc，该直交流转换电路利用开关将所述直流链部的输出转换成交流后，供给所连接的永磁同步电机，该控制部对所述开关进行控制。本发明专利技术所述驱动装置包含两种波形发生器，并根据系统运行状态自动切换波形发生器，兼顾谐波优化和压机相电流峰值优化；系统根据输入电流和直流母线电压，计算LC谐振抑制电流，并将电流加到Q轴电流指令上，实现系统LC谐振抑制。

A Miniaturized Capacitance Motor Driving Device

The invention provides a capacitive miniaturized motor driving device, which comprises a control unit, an inductor, an AC-DC conversion circuit, a DC link and a DC-AC conversion circuit. The AC/DC converting circuit rectifies the supply voltage Vin of the AC power supply. The DC link has a capacitor parallel to the output side of the AC/DC converting circuit and outputs a pulsating DC voltage vdc. The DC/DC converting circuit converts the output of the DC link into AC by a switch and supplies the connected permanent magnet synchronous motor. The switch is controlled. The driving device of the invention comprises two waveform generators, and automatically switches the waveform generators according to the operation state of the system, taking into account the harmonic optimization and the peak value optimization of compressor phase current; the system calculates the LC resonance suppression current according to the input current and DC bus voltage, and adds the current to the Q-axis current instruction to realize the LC resonance suppression of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种电容小型化电机驱动装置
本专利技术属于电机驱动
，特别是涉及一种电容小型化电机驱动装置。
技术介绍
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，使得驱动器体积变大，成本提升。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。针对上述问题，相关方案提出了以小容值的薄膜电容或陶瓷电容取代电解电容的策略，与常规的交直交驱动电路相比，省去了PFC部分，而且小型化的电容既能实现降成本，又能消除电解电容引起的使用寿命瓶颈。但是，由于直流母线电压上的薄膜电容或陶瓷电容容值很小，通常只有常规高压电解电容容值的1％-2％；直流母线电压随电源输入电压大幅度波动，最低电压只有几十伏，需要控制直流母线最低电压已保证控制系统稳定；进一步地，逆变器工作时，母线的电容和交流电源侧的电感L产生LC谐振，导致系统谐波大控制不稳定，需要针对此问题加入特殊控制策略，消除LC谐振，实现压缩机稳定运行。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的缺点与不足，提供一种电容小型化电机驱动装置。本专利技术能够使电机的输入电流波形满足谐波要求，并可保证调速系统的稳定性，根据输入电流和直流母线电压，计算LC谐振抑制电流，并将电流加到Q轴电流指令上，实现系统LC谐振抑制。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种电容小型化电机驱动装置，包括：控制部2、电感器3，交直流转换电路4、直流链部5和直交流转换电路6；所述交直流转换电路4对交流电源1的电源电压vin进行全波整流，所述电感器3的一端与交流电源1连接，另一端与交直流转换电路4连接，所述直流链部5具有与所述交直流转换电路4的输出侧并联的电容器5a，并输出脉动的直流电压vdc，所述直交流转换电路6利用开关将所述直流链部5的输出转换成交流后，供给其所连接的永磁同步电机7，所述控制部2用于接收速度指令检测输入电源的电压vin、相位θge、电流iin、直流母线电压vdc和电机电流iu、iv、iw，输出直交流转换电路6控制指令Tu、Tv、Tw，实现电机控制。进一步地，所述控制部2包含波形发生器模块，根据vin、θge和电机负载计算Q轴电流波形发生器波形；所述Q轴电流波形发生器波形有两种形状，包括：波形发生器形状1：波形发生器形状2：其中，Wf(θge)为输出变量，vin为实时检测的电源电压值，Vθd为此电源电压半周期内电源电压相位为θd时的电压，VPeak为电源电压幅值，θge为输入电压相位估计值，θd为电流死区所对应的相位；根据波形发生器使用策略来决定使用何种形状的波形发生器。进一步地，所述波形发生器使用策略包括：当电机频率ωe>ωhigh时选择波形发生器形状2，当电机频率ωe<ωlow时选择波形发生器形状1，当ωlow≦ωe≦ωhigh时，保持当前波形发生器不变；或者，当直交流转换电路6输出功率Pinv>Phigh时选择波形发生器形状2，当直交流转换电路6输出功率Pinv<Plow时选择波形发生器形状1，当Plow≦Pinv≦Phigh时，保持当前波形发生器不变；直交流转换电路6功率根据以下公式计算：Pinv＝Vuiu+Vviv+Vwiw其中，Vu，Vv，Vw分别为直交流转换电路6u、v、w三相电压指令，iu、iv、iw分别为电机三相实际电流。进一步地，通过以下公式计算得到Q轴电流初始指令值：式中Tp表示转矩指令，iq_ref0表示Q轴电流初始指令值，表示转子速度估计值，Ke为电机反电势系数，Ld、Lq分别为DQ轴电感，id_ref为D轴电流指令值，KP为控制器的比例系数，Ki为控制器的积分系数。进一步地，所述控制部2还包含电容电流补偿模块，用于计算电容功率Pc：补偿的电流指令iqcc为：其中，θge为输入电压相位估计值，C为并联在直交流转换电路6的输入端之间的电容容值，VPeak为交流电源的电压幅值，ωin为交流电源的电压频率，p为电机极对数，ωe为电机转子速度。进一步地，所述控制部2还包含LC谐振抑制模块，用于计算LC谐振抑制补偿电流值：瞬时功率补偿量Pcom＝vdc×K×LPF(iin)补偿电流其中，K为补偿系数，LPF(iin)表示对iin低通滤波。进一步地，Q轴总的电流指令值为：iq_ref1＝iq_ref0+iqcom+iqcc。进一步地，所述控制部2还包括弱磁控制模块，用于计算弱磁电流：其中iq_ref1为Q轴总的电流指令值，Ke为电机反电势系数。进一步地，所述控制部2还包含电流限幅控制模块，实现DQ输出电流限制；根据以下公式计算最终DQ轴电流指令：其中，imax为直交流转换电路6允许输出的最大电流值。进一步地，所述控制部2根据获得的最终DQ轴电流指令id_ref和iq_ref，以及检测并计算得到的DQ实际的电流id和iq，分别对D轴电流和Q轴电流做PI控制，再加入解耦后计算得到DQ轴电压指令Vd和Vq，再通过坐标转换得到αβ轴电压指令Vα和Vβ，之后再转换为u、v、w三相电压指令Vu、Vv、Vw，最后计算出与Vu、Vv、Vw等效的脉冲Tu、Tv、Tw，并通过直交流转换电路6输出到电机。附图说明图1是本专利技术所述的电容小型化电机驱动装置结构框图；图2是本专利技术所述的电容小型化电机驱动装置控制结构框图；图3是锁相环框图；图4是LC谐振抑制模块框图；图5是DQ轴电流限幅控制模块框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为根据本专利技术实施例的电容小型化电机驱动装置的结构示意图。需要说明的是，本专利技术实施例的电容小型化电机驱动装置可适用于变频电机，参照图1，在变频电机的电路中，交流电源AC经过整流电路和逆变电路后接至电机，在本专利技术的实施例中，可在逆变电路的输入端之间并联小容值的薄膜电容或陶瓷电容5a。如图1所示，本专利技术实施例的电容小型化电机驱动装置，包括：控制部2、电感器3，交直转换电路4，直流链部5和直交流转换电路6。图1中模块1为系统电源，模块7为永磁同步电机等效电路图。所述交直流转换电路4对交流电源1的电源电压vin进行全波整流，该直流链部5具有与所述交直流转换电路4的输出侧并联的电容器5a，并输出脉动的直流电压vdc，该直交流转换电路6利用开关将所述直流链部5的输出转换成交流后，供给所连接的永磁同步电机7，该控制部2对所述开关进行控制。所述控制部2用于接收速度指令检测输入电源的电压vin、相位θge、电流iin、直流母线电压vdc和电机电流iu、iv、iw，输出直交流转换电路6控制指令Tu、Tv、Tw，实现电机控制。所述直交流转换电路6即为逆变电路。图3输入电压相位检测锁相环模块用于获取输入的交流电源的电压瞬时值Vge，并根据交流电源的电压瞬时值Vge计算输入电压相位估计值θge。具体地，如图3所示，输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容小型化电机驱动装置，其特征在于，包括：控制部(2)、电感器(3)，交直流转换电路(4)、直流链部(5)和直交流转换电路(6)；所述交直流转换电路(4)对交流电源(1)的电源电压vin进行全波整流，所述电感器(3)的一端与交流电源(1)连接，另一端与交直流转换电路(4)连接，所述直流链部(5)具有与所述交直流转换电路(4)的输出侧并联的电容器(5a)，并输出脉动的直流电压vdc，所述直交流转换电路(6)利用开关将所述直流链部(5)的输出转换成交流后，供给其所连接的永磁同步电机(7)，所述控制部(2)用于接收速度指令

【技术特征摘要】
1.一种电容小型化电机驱动装置，其特征在于，包括：控制部(2)、电感器(3)，交直流转换电路(4)、直流链部(5)和直交流转换电路(6)；所述交直流转换电路(4)对交流电源(1)的电源电压vin进行全波整流，所述电感器(3)的一端与交流电源(1)连接，另一端与交直流转换电路(4)连接，所述直流链部(5)具有与所述交直流转换电路(4)的输出侧并联的电容器(5a)，并输出脉动的直流电压vdc，所述直交流转换电路(6)利用开关将所述直流链部(5)的输出转换成交流后，供给其所连接的永磁同步电机(7)，所述控制部(2)用于接收速度指令检测输入电源的电压vin、相位θge、电流iin、直流母线电压vdc和电机电流iu、iv、iw，输出直交流转换电路(6)控制指令Tu、Tv、Tw，实现电机控制。2.根据权利要求1所述的电容小型化电机驱动装置，其特征在于，所述控制部(2)包含波形发生器模块，根据vin、θge和电机负载计算Q轴电流波形发生器波形；所述Q轴电流波形发生器波形有两种形状，包括：波形发生器形状1：波形发生器形状2：其中，Wf(θge)为输出变量，vin为实时检测的电源电压值，Vθd为此电源电压半周期内电源电压相位为θd时的电压，VPeak为电源电压幅值，θge为输入电压相位估计值，θd为电流死区所对应的相位；根据波形发生器使用策略来决定使用何种形状的波形发生器。3.根据权利要求2所述的电容小型化电机驱动装置，其特征在于，所述波形发生器使用策略包括：当电机频率ωe>ωhigh时选择波形发生器形状2，当电机频率ωe<ωlow时选择波形发生器形状1，当ωlow≦ωe≦ωhigh时，保持当前波形发生器不变；或者，当直交流转换电路(6)输出功率Pinv>Phigh时选择波形发生器形状2，当直交流转换电路(6)输出功率Pinv<Plow时选择波形发生器形状1，当Plow≦Pinv≦Phigh时，保持当前波形发生器不变；直交流转换电路(6)功率根据以下公式计算：Pinv＝Vuiu+Vviv+Vwiw其中，Vu，Vv，Vw分别为直交流转换电路(6)u、v、w三相电压指令，iu、iv、iw分别为电机三相实际电流。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍军亚，王高林，朱良红，张国柱，徐殿国，赵楠楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23