CN112385138A - 用于高电流驱动器的混合有源谐波滤波器 - Google Patents
用于高电流驱动器的混合有源谐波滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112385138A CN112385138A CN201980042616.6A CN201980042616A CN112385138A CN 112385138 A CN112385138 A CN 112385138A CN 201980042616 A CN201980042616 A CN 201980042616A CN 112385138 A CN112385138 A CN 112385138A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- motor drive
- harmonic filter
- active harmonic
- hybrid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009420 retrofitting Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/50—Reduction of harmonics
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
- H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
- H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
- H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
- H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
- H02J3/185—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such reactive element is purely inductive, e.g. superconductive magnetic energy storage systems [SMES]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/20—Active power filtering [APF]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
一种用于从三相交流(AC)功率源操作的三相马达驱动系统。三相马达驱动系统包括具有可操作地连接到三相AC功率源的输入的三相混合有源谐波滤波器(AHF),该三相混合有源谐波滤波器包括与三相AC功率源可操作地并联连接的有源谐波滤波器,以及串联设置在混合有源谐波滤波器的输入与输出之间的三相AC电抗器。三相马达驱动系统还包括配置为向三相马达提供激励信号的三相变频马达驱动器;以及可操作地连接到三相变频马达驱动器的三相AC马达,该三相AC马达响应于激励信号。
Description
技术领域
本文公开的主题总体上涉及功率和建筑系统,并且更具体地涉及用于马达驱动系统的混合功率调节器,该马达驱动系统具有从三相交流(AC)源电气操作的三相驱动器。
背景技术
电马达是众所周知的并且广泛使用的。它们具有各种尺寸和样式。电马达的一种示例性用途是在电梯机器中,例如,该电梯机器移动驱动滑轮来将电梯轿厢向上或向下推进通过井道。电马达的另一种用途是在暖通、空调或制冷系统(HVACR)中。
当将正弦电压施加到诸如VFD的整流器或无源前端转换器的非线性负载时,由负载所吸收的电流是非正弦的。相反,电流波形很复杂,并且由一系列多个正弦信号构成,这些信号从功率系统的基频开始,并以基频的整数倍(称为谐波)出现。功率系统中的谐波频率是导致功率质量问题的常见原因。另外,设计为以系统的基频运行的功率系统在经历包含大量谐波元素的电压和电流时可能会遇到不令人满意的操作和/或故障。
变频驱动器是固态电子功率转换装置,其用于通过控制供应至马达的电功率的频率来控制交流(AC)电马达的转速(众所周知,AC马达的同步速度由AC供应的频率和定子绕组中的极数确定)。通常,变频驱动器首先使用整流器电路将AC输入功率转换为DC中间功率。然后,使用逆变器开关电路将DC中间功率转换为准正弦AC功率。如上所述,变频驱动器通常在其前端包括整流器或无源前端转换器。还如上所述,非线性的整流器会产生谐波,且有时还会产生无功功率。总是期望在电压源和整流器之间具有滤波器,使得防止由谐波和/或无功功率损坏源。传统上,无源滤波器已用于此目的,其中它们已调谐到某些谐波频率,使得它们表现为谐波吸收。同时,无源滤波器自然提供无功功率,但它们提供的无功功率的量通常不足以为上述无功功率提供有效的补偿。尽管无源滤波器在对特定阶次的谐波滤波方面表现良好,但其往往会与功率线阻抗耦合以形成振荡电路,并因此引入振荡电流。
近来,有源滤波器也已经用于该目的。有源谐波滤波器(AHF)使用功率电子装置,如像绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电子开关,并对它们进行智能开关,使得它们补偿谐波电流和无功功率。在一种配置中,AHF注入与负载谐波电流异相180度的电流,以补偿该谐波电流。混合滤波器是一种结合了有源谐波滤波器方案以补偿由非线性负载产生的谐波的滤波器,同时它们还采用无源滤波器来对高阶谐波滤波。通常,混合滤波器方案已包括为VFD的一部分,或单独设有并联无源构件。尽管上述途径在某些应用中已经有效,但在功率系统的谐波滤波、无功功率补偿和/或振荡衰减方面仍有改进的空间,特别是在其中使用的功率电子装置的电流需求是驱动因素之一的高功率应用中。
发明内容
根据实施例,本文描述了一种用于从三相交流(AC)功率源操作的三相马达驱动系统。三相马达驱动系统包括具有可操作地连接到三相AC功率源的输入的三相混合有源谐波滤波器(AHF),该三相混合有源谐波滤波器包括与三相AC功率源可操作地并联连接的有源谐波滤波器,以及串联设置在混合有源谐波滤波器的输入与输出之间的三相AC电抗器。三相马达驱动系统还包括配置为向三相马达提供激励信号的三相变频马达驱动器;以及可操作地连接到三相变频马达驱动器的三相AC马达,该三相AC马达响应于激励信号。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:三相变频马达驱动器和三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:混合三相有源谐波滤波器配置成以超过单独的有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括,超过其标称额定值的有源谐波滤波器包括操作三相变频马达驱动器以产生超过有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到AC功率源的相应相。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF进一步包括控制器,该控制器配置成向三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在三相AC功率源的每一相上感应出电压。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括串联设置在混合有源谐波滤波器的输入和输出之间的三相AC电抗器。
在本文中还描述了,在另一个实施例中是具有三相AC功率输入和三相AC功率输出的三相混合有源谐波滤波器(HAHF),该三相混合有源谐波滤波器包括与三相AC功率输入可操作地并联连接的有源谐波滤波器(AHF),以及串联设置在三相AC输入与三相AC输出之间的三相AC电抗器。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:混合三相有源谐波滤波器配置成以超过单独的有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到AC功率输入的相应相。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF进一步包括控制器,该控制器配置成向三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在三相AC功率源的每一相上感应出电压。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:配置为向三相马达提供激励信号的三相变频马达驱动器;以及可操作地连接到三相变频马达驱动器的三相AC马达,该三相AC马达响应于激励信号。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:三相变频马达驱动器和三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:三相混合有源谐波滤波器配置成以超过单独的有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作,其中超过其标称额定值的有源谐波滤波器包括操作三相变频马达驱动器以产生超过有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流。
在另一实施例中,本文中还描述了一种从三相AC功率源操作三相马达驱动系统的方法,该三相马达驱动系统具有可操作地连接到三相马达的三相AC马达驱动器。该方法包括:可操作地连接具有可操作地连接到三相AC功率源的输入的三相混合有源谐波滤波器(AHF),该三相混合有源谐波滤波器包括与三相AC功率源可操作地并联连接的有源谐波滤波器,以及串联设置在混合有源谐波滤波器的输入与输出之间的三相AC电抗器;将三相变频马达驱动器可操作地连接到三相混合AHF,三相变频马达驱动器配置成向三相马达提供激励信号;以及基于激励信号操作三相马达驱动器。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:三相变频马达驱动器和三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到AC功率源的相应相。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:AHF进一步包括控制器,该控制器配置成向三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在三相AC功率源的每一相上感应出电压。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括串联设置在混合有源谐波滤波器的输入和输出之间的三相AC电抗器。
除了上面或下面描述的特征中的一个或多个之外,或作为备选,其它实施例可包括:驱动器和马达连接到电梯系统、暖通和空调系统、以及制冷系统中的至少一个。
通过以下结合附图的描述,实施例的其它方面、特征和技术将变得更加清楚。
附图说明
描述的主题在说明书的结束部分处的权利要求书中具体指出且明确请求保护。前述及其它特征和优点从连同附图的以下详细描述清楚,在附图中:
图1是马达驱动系统的构件的框图;
图2是根据实施例的在单相应用中的三相马达驱动系统的框图;
图3是根据实施例的三相马达驱动系统和混合有源谐波滤波器的局部简化示意图;以及
图4描绘了根据实施例的操作三相马达驱动系统的方法的流程图。
具体实施方式
通常,本文的实施例涉及一种混合AHF,其将有源谐波调节元件与无源元件相结合,该无源元件由同一包装中的三相AC电抗器构成。混合AHF配置为引入AC功率源和VFD之间,并减小THD且限制VFD输入上的谐波电流。有利地,AHF需要提供显著更低的电流来补偿谐波电流并满足电网的THD要求。此外,混合AHF为高层VFD产品应用提供了显著的成本优势和应用灵活性,并有助于应用于许多商业VFD应用。一个显著的优点在于,与更大/更高额定电流的AHF单元或VFD的成本相比时,如在混合AHF中采用的“额外”AC电抗器来降低谐波电流的成本大体上要低得多。
本文的实施例针对一种在马达驱动应用中向VFD提供三相AC功率的系统控制器。本文的实施例阐述了在VFD之前可操作地串联连接的混合AHF,以及从三相AC功率源操作的马达系统。
出于促进理解本公开的原理的目的,现在将参考附图中所示的实施例,且特定语言将用于描述其。然而,将理解,不期望由此限制本公开的范围。以下描述本质上仅是说明性的,并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解,在所有附图中,对应的参考标号表示相似或对应的零件和特征。如本文所使用的,用语控制器是指处理电路,其可包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、电子处理器(共享的、专用的或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路,和/或提供描述的功能的其它合适的接口和构件。
另外,用语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定解释为比其它实施例或设计优选或有利。用语“至少一个”和“一个或多个”应理解为包括大于或等于一个的任何整数,即一个、两个、三个、四个等。用语“多个”应理解为包括大于或等于两个的任何整数,即两个、三个、四个、五个等。用语“连接”可包括间接“连接”和直接“连接”。
如本文所示和所述,将给出本公开的各种特征。各种实施例可具有相同或相似的特征,并因此相同或相似的特征可用相同的参考标号标记,但是前面是指示了示出该特征的图的不同的第一数字。因此,例如,图X中所示的元件“a”可标记为“Xa”,而图Z中的相似特征可标记为“Za”。尽管可在一般意义上使用类似的参考标号,但是将描述各种实施例,并且各种特征可包括如由本领域技术人员将理解的改变、变更、修改等,无论是明确描述的还是将由本领域技术人员认识的。
在一个实施例中,在电马达系统或功率系统中使用了从混合AHF和三相AC源操作的三相VFD。在一个应用中,功率系统是电梯系统的一部分。电梯系统还包括具有一个或多个巷道或竖井的井道。在每个竖井中,一个或多个电梯轿厢行进以将乘客运送到建筑的期望楼层。电马达系统利用功率电子逆变器(例如,作为变速交流驱动(AC)马达驱动器)来改进操纵电梯轿厢的性能。其它应用和实施例包括用于火车、轮船、飞机等的功率系统。此外,在另一个实施例中,使用三相驱动器来驱动暖通和空调或制冷系统HVAC/R系统中的马达。常规的HVAC/R系统在蒸汽压缩循环中并入封闭的制冷剂回路。蒸汽压缩循环使用循环制冷剂作为介质,该介质从待冷却的空间吸收和去除热量,并随后将该热量散发到别处。所有这些系统都具有四个基本构件:压缩机、冷凝器、热膨胀阀(也称为节流阀或计量装置)和蒸发器。在大型HVAC系统或冷却器中,压缩机是大型的并且由非常大的马达驱动,该马达需要诸如本文所述的具有高电压和电流能力的专用马达驱动器。在某些情况下,驱动器可包括作为三相有源前端的转换器。该驱动器还可包括功率电子逆变器(例如,作为变速交流(AC)马达驱动器)以改进冷却器系统的性能。在一个实施例中,公开的是,从单相励磁操作的三相有源转换器和三相逆变器用于驱动马达。
图1是如可用于向一个或多个建筑系统或负载18提供功率的典型功率系统10的构件的框图。功率系统10相对于电梯系统描述,但是可设想应用于其中采用马达驱动器的任何系统。功率系统10包括AC功率12的源,如电干线(例如440/220伏,3相)。AC功率12提供至驱动系统20。另外,驱动系统20可配置为从三相AC功率12操作的常规三相驱动器。驱动器20可包括滤波器40,该滤波器配置为限制浪涌电流、稳定电压电平以及抑制电磁干扰(EMI)。驱动器还可包括转换器30,以将AC功率12转换成DC电压。每个驱动器还包括逆变器50,以将DC电压转换为多相AC驱动信号。来自驱动系统20的逆变器50的驱动信号供应至多相电机14以控制建筑系统。例如,将运动传递给作为建筑系统18的一部分的电梯轿厢的马达16。在示例性实施例中,电机14包括多相永磁同步马达16。
图2是根据一个或多个实施例的如可用来向一个或多个建筑系统或负载118提供功率的功率系统110的构件的框图。再次,功率系统110相对于电梯系统和/或HVAC/R系统描述,但是可设想应用于其中采用马达驱动器的任何系统。功率系统110包括AC功率113的源112,如电干线(例如440/220伏,3相)。AC功率113由AC功率源112提供至混合有源谐波滤波器(AHF)160。混合AHF 160包括AHF 170,其可操作地与AC功率113并联连接,并且配置为补偿由下游负载所引起的谐波失真而免于传输回到AC功率113并最终到AC功率源112。混合AHF 160还包括可操作地串联连接在AC功率源112和混合AHF 160的输出之间的无源三相滤波器190,无源三相滤波器190配置为减少谐波电流、限制电流瞬变、稳定电压电平并抑制电磁干扰(EMI)免于反射/传输回到AC功率源112。混合AHF 160的输出是补偿的三相AC功率161,其然后连接到驱动系统120(例如,VFD)。
功率系统110还包括驱动系统120,该驱动系统可配置为常规的三相驱动器,该三相驱动器从如由混合AHF 160供应和补偿的三相功率操作。如上所述,驱动器120可包括配置为限制浪涌电流、稳定电压电平并抑制电磁干扰(EMI)的滤波器140。驱动系统120还可包括转换器130,以将(如从混合AHF 160供应的)(补偿的)AC功率161转换成DC电压。每个驱动器120还包括逆变器150,以将DC电压转换为多相AC驱动信号。来自驱动系统120的逆变器150的驱动信号供应至多相机器114以控制建筑系统118。例如,驱动作为建筑系统118一部分的冷却器压缩机的马达116。在示例性实施例中,机器114包括多相永磁同步马达116。应当认识到,尽管主要参考电梯系统或HVAC/R系统及其应用来描述本文中的实施例,但是该描述仅是示例性的。这里描述的实施例容易地应用于采用三相驱动器和三相马达116的任何应用,包括HVAC、制冷以及任何其它功率系统和马达控制应用。
图3是根据实施例的混合AHF 160的放大视图。混合AHF 160包括AHF 170,其可操作地与AC功率113并联连接,并且配置为补偿由下游负载所引起的谐波失真而免于传输回到AC功率113并最终到AC功率源112。AHF 170包括三相升压转换器172,其配置有三相支路174,R、S和T,也分别表示为174r、174s和174t。每个相支路R、S和T(174r、174s和174t)包括以互补对操作的开关装置175、176,其由来自AHF控制器178的控制信号(未示出)控制,以制定待加入/引入AC功率113的补偿电压。来自AC功率源112的三相AC功率113经由三相电感器180连接到转换器172。三相电感器180包括三个电感/电抗元件,表示为182r、182s和182t(例如,电感器),并然后分别连接到三相支路R、S和T(174r、174s和174t)。在一个实施例中,可使用执行存储在存储介质上的计算机程序以执行本文描述的操作的通用微处理器来实现驱动控制器178。备选地,如本文所述,驱动器控制器178可以以硬件(例如,ASIC、FPGA)或以硬件/软件的组合来实现。
混合AHF 160还包括可操作地串联连接在AC功率112和混合AHF 160的输出之间的无源三相滤波器190,无源三相滤波器190配置为减少谐波电流、限制电流瞬变、稳定电压电平并抑制电磁干扰(EMI)免于反射/传输回到AC功率源112。混合AHF 160的输出是补偿的三相AC功率161,其然后连接到驱动系统120(例如,VFD)。
常规地,在例如170的AHF的应用中,由AHF控制器178监测AC功率113(或161)。由控制器178产生控制信号,以引起用于转换器172的相应相支路174r、174s和174t中的每个相支路的开关装置对175r、176r、175s、176s和175t、176t分别控制流过电感182r、182s和182t的电流。因此,基于在AC功率(例如113、161)上引入的电压,可在AC功率113的相应相的每个上感应出电压。感应的电压配置为补偿由VFD 120和负载(例如,马达116)产生的谐波。
将认识到,在一个实施例中,通过采用如所描述的混合AHF 160,其具有并联配置的AHF 170和集成串联连接的无源三相滤波器或电抗器190两者,有助于改进马达驱动器120(例如,VFD)的功能、性能和成本效益。具体而言,混合AHF 160的所述实施例允许现有的马达驱动器120(例如,VFD)在超过其针对功率、浪涌电流和谐波失真的标称电流额定值的应用中操作。因此,对于选定的应用,使用混合AHF 160和常规马达驱动器120有助于满足系统要求,而不必选择和诉诸标称额定电流更高的马达驱动器。如将认识到,随着马达驱动器的电流额定值增加,成本、尺寸和复杂性显著增加。所描述的实施例为系统设计者提供了实现呈现改进的性能并且还有降低的成本的较低成本系统的机会。此外,所描述的实施例有助于改造应用中的应用,该应用可允许现有的马达驱动器120(例如,现有的VFD)在超出先前或现有的要求,特别是谐波电流要求的应用中操作。
有利地,相对于图1的常规配置,关于各个实施例描述的每个配置导致系统处理附加电流、谐波和EMI抑制的改进能力。因而,当常规三相马达驱动器,例如马达驱动器20与所描述的实施例的混合AHF 160一起采用时,可实现提高的谐波电流性能。此外,但有利的是,与采用更高额定驱动器的实施方式相比时,成本节省或避免可为显著的,因为与混合AHF160的成本相比时,更高电流的更高层驱动器的采购对于应用而言可为过多的。
现在转到图4,其中根据一个实施例用于采用混合AHF 160的方法400。为了简单起见,参考了图2和图3的驱动器120和混合AHF 160以及它们的各种元件,同时应当认识到,描述可等同地适用于其它实施例等。继续图4,该方法在处理步骤410处开始,将三相混合AHF160可操作地连接在AC功率源112和三相马达驱动器120之间。如处理步骤420处所示,方法400继续以超出单独的AHF的标称额定值的方式来操作混合AHF。例如,这样的操作可包括但不限于在高于其额定值的谐波电流下操作,在AC功率供应(例如112或在实施例中为161)上产生高于额定的谐波电流负载,并且产生高于额定的EMI。最终,在处理步骤430处,方法400继续利用混合AHF 160产生电压以补偿由马达驱动器120产生的谐波和EMI。
实施例包括将混合AHF 160与三相马达驱动器120一起使用,以满足其中原本将需要更高额定驱动器的应用。这消除了与更高能力、更昂贵的驱动器相关的成本和/或开发时间,并基于构件的选择性组合扩展了潜在应用的范围。有利地,本文描述的实施例便于完全利用传统三相驱动器的优势以节省成本并改进电流能力并限制降额。
本文使用的用语用于仅描述特定实施例的目地,且不旨在限制。尽管出于说明和描述的目的给出了描述,但是其并不旨在是详尽的或限于所公开的形式。在不脱离本公开的范围的情况下,对于本领域的普通技术人员来说,至此未描述的许多修改、变化、变更、替换或等同布置将是清楚的。另外,尽管已经描述了各种实施例,但是应当理解,方面可仅包括所描述的实施例中的一些。因此,实施例未看作前述描述限制,而是仅由所附权利要求书的范围限制。
Claims (20)
1.一种用于从三相交流(AC)功率源操作的三相马达驱动系统:
具有可操作地连接到所述三相AC功率源的输入的三相混合有源谐波滤波器(HAHF),所述三相混合有源谐波滤波器包括与所述三相AC功率源可操作地并联连接的有源谐波滤波器(AHF)以及串联设置在所述混合有源谐波滤波器的输入与输出之间的三相AC电抗器;
配置为向三相马达提供激励信号的三相变频马达驱动器;以及
可操作地连接到所述三相变频马达驱动器的三相AC马达,所述三相AC马达响应于所述激励信号。
2.根据权利要求1所述的三相马达驱动系统,其特征在于,所述三相变频马达驱动器和所述三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
3.根据权利要求2所述的三相马达驱动系统,其特征在于,所述混合三相有源谐波滤波器配置成以超过单独的所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作。
4.根据权利要求3所述的三相马达驱动系统,其特征在于,超过其标称额定值的所述有源谐波滤波器包括操作所述三相变频马达驱动器以产生超过所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流。
5.根据权利要求1所述的三相马达驱动系统,其特征在于,所述AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到所述AC功率源的相应相。
6.根据权利要求1所述的三相马达驱动系统,其特征在于,所述AHF进一步包括控制器,所述控制器配置成向所述三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在所述三相AC功率源的每一相上感应出电压。
7.一种具有三相AC功率输入和三相AC功率输出的三相混合有源谐波滤波器(HAHF),所述三相混合有源谐波滤波器包括与所述三相AC功率输入可操作地并联连接的有源谐波滤波器(AHF)以及串联设置在所述三相AC输入与所述三相AC输出之间的三相AC电抗器。
8.根据权利要求7所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,所述混合三相有源谐波滤波器配置成以超过单独的所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作。
9.根据权利要求7所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,所述AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到所述AC功率输入的相应相。
10.根据权利要求1所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,所述AHF进一步包括控制器,所述控制器配置成向所述三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在所述三相AC功率源的每一相上感应出电压。
11.根据权利要求7所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,进一步包括:
配置为向三相马达提供激励信号的三相变频马达驱动器;以及
可操作地连接到所述三相变频马达驱动器的三相AC马达,所述三相AC马达响应于所述激励信号。
12.根据权利要求7所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,所述三相变频马达驱动器和三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
13.根据权利要求12所述的三相混合有源谐波滤波器,其特征在于,所述三相混合有源谐波滤波器配置成以超过单独的所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作,其中超过其标称额定值的所述有源谐波滤波器包括操作所述三相变频马达驱动器以产生超过所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流。
14.一种从三相AC功率源操作三相马达驱动系统的方法,所述三相马达驱动系统具有可操作地连接到三相马达的三相AC马达驱动器,所述方法包括:
可操作地连接具有可操作地连接到所述三相AC功率源的三相输入的三相混合有源谐波滤波器(HAHF),所述三相混合有源谐波滤波器包括与所述三相输入可操作地并联连接的有源谐波滤波器以及串联设置在所述混合有源谐波滤波器的输入与输出之间的三相AC电抗器;
将所述三相变频马达驱动器可操作地连接到所述三相混合AHF,所述三相变频马达驱动器配置成向所述三相马达提供激励信号;以及
基于所述激励信号操作所述三相马达。
15.根据权利要求14所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,所述三相变频马达驱动器和三相AC马达是传统马达驱动系统的现有构件。
16.根据权利要求15所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,所述混合三相有源谐波滤波器配置成以超过单独的所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流操作。
17.根据权利要求15所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,超过其标称额定值的所述有源谐波滤波器包括操作所述三相变频马达驱动器以产生超过所述有源谐波滤波器的标称额定值的谐波电流。
18.根据权利要求14所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,所述AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到所述AC功率源的相应相。
19.根据权利要求14所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,所述AHF包括三相支路,每个相支路经由电感元件可操作地联接到所述AC功率源的相应相。
20.根据权利要求19所述的操作三相马达驱动系统的方法,其特征在于,所述AHF进一步包括控制器,所述控制器配置成向所述三相支路产生控制信号以控制通过相应电感元件的电流,以引起在所述三相AC功率源的每一相上感应出电压。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862703627P | 2018-07-26 | 2018-07-26 | |
US62/703627 | 2018-07-26 | ||
PCT/US2019/043179 WO2020023598A1 (en) | 2018-07-26 | 2019-07-24 | Hybrid active harmonic filter for high current drives |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112385138A true CN112385138A (zh) | 2021-02-19 |
Family
ID=67544430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201980042616.6A Pending CN112385138A (zh) | 2018-07-26 | 2019-07-24 | 用于高电流驱动器的混合有源谐波滤波器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210257957A1 (zh) |
EP (1) | EP3827513A1 (zh) |
CN (1) | CN112385138A (zh) |
WO (1) | WO2020023598A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117200648A (zh) * | 2023-11-07 | 2023-12-08 | 浙江大学 | 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7224531B2 (ja) * | 2020-03-17 | 2023-02-17 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102195288A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-09-21 | 西安理工大学 | 一种有源调谐型混合滤波器及进行有源调谐的控制方法 |
US20120112825A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-05-10 | Liebherr-Elektronik Gmbh | Modules for an active mains filter and active mains filter |
CN103151783A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-12 | 马伏军 | 一种三相高压级联型混合功率补偿器及其控制方法 |
CN103368179A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-10-23 | 太原理工大学 | 一种混合电力滤波器 |
US20150098257A1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-04-09 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Multifunction power converter with option for integrated magnetics |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8363433B2 (en) * | 2009-09-09 | 2013-01-29 | Ge Energy Power Conversion Technology Limited | Hybrid conditioner for a power system |
-
2019
- 2019-07-24 EP EP19749979.1A patent/EP3827513A1/en not_active Withdrawn
- 2019-07-24 US US16/973,106 patent/US20210257957A1/en not_active Abandoned
- 2019-07-24 CN CN201980042616.6A patent/CN112385138A/zh active Pending
- 2019-07-24 WO PCT/US2019/043179 patent/WO2020023598A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120112825A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-05-10 | Liebherr-Elektronik Gmbh | Modules for an active mains filter and active mains filter |
CN102195288A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-09-21 | 西安理工大学 | 一种有源调谐型混合滤波器及进行有源调谐的控制方法 |
CN103151783A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-06-12 | 马伏军 | 一种三相高压级联型混合功率补偿器及其控制方法 |
CN103368179A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-10-23 | 太原理工大学 | 一种混合电力滤波器 |
US20150098257A1 (en) * | 2013-10-09 | 2015-04-09 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Multifunction power converter with option for integrated magnetics |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117200648A (zh) * | 2023-11-07 | 2023-12-08 | 浙江大学 | 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置 |
CN117200648B (zh) * | 2023-11-07 | 2024-01-26 | 浙江大学 | 多逆变器驱动的交流电机供电谐波的控制装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3827513A1 (en) | 2021-06-02 |
WO2020023598A1 (en) | 2020-01-30 |
US20210257957A1 (en) | 2021-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10381968B2 (en) | Converter pulse width modulation strategies for three phase regenerative drives | |
EP3355467B1 (en) | Parallel interleaved 2-level regenerative drives | |
JP6212571B2 (ja) | 可変速駆動部のためのハイブリッドパルス幅変調方法 | |
US7109681B2 (en) | Parallel inverter motor drive with improved waveform and reduced filter requirements | |
EP2750277B1 (en) | Converter circuit and motor drive control apparatus, air-conditioner, refrigerator, and induction heating cooker provided with the circuit | |
CN101385224B (zh) | 功率变流器及其控制方法、和空调机 | |
EP3295547B1 (en) | Variable speed drive with active converter | |
US9806594B2 (en) | Drive device for power converter and driving method of power converter | |
JP5928946B2 (ja) | 整流回路及び、それを用いたモータ駆動装置 | |
EP3574579B1 (en) | Paralleled passive front-end rectifiers with and without interleaving | |
EP3574580B1 (en) | Method of controlling paralleled passive front-end rectifiers | |
Haga et al. | High power factor control of electrolytic capacitor less current-fed single-phase to three-phase power converter | |
WO2018112161A2 (en) | Space vector modulation in aerospace applications | |
CN112385138A (zh) | 用于高电流驱动器的混合有源谐波滤波器 | |
US11482920B2 (en) | Single stage, two level pulse width modulation strategies for active harmonic filters | |
CN109728760B (zh) | 三相再生驱动器及其单相操作方法 | |
Takahashi et al. | High power factor control for current-source type single-phase to three-phase matrix converter | |
US12095396B2 (en) | Reduced motor magnetic losses via reduction of temporal harmonics by control of DC link voltage | |
GB2429543A (en) | Active power factor control circuit for brushless motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210219 |