CN1433139A - 抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制提供给电机的低速脉动电流的装置和方法包括电源单元以便提供单相交流(AC)电源。整流和滤波单元整流和滤波单相AC电源并且输出表示其输出的直流(DC)电压。逆变器接收DC电压并将之转换为电机驱动电流以便驱动电机。控制器比较从电机驱动电流的脉动电流中检测的包络和从脉动电流中提取的DC分量并且产生比较结果，以及根据比较结果控制逆变器的输出电压。

Description

抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法，具体地，涉及一种用来在产生低速脉动电流期间控制单相逆变器的输出电压并因此抑制由低速脉动电流造成的消极影响的单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法。
背景技术
通常，将直流电源(DC)转换成交流(AC)的逆变器用来控制电机的速度。逆变器分为两类：直流DC电源供电的三相逆变器，通过整流三相AC电源来获得，和直流DC电源供电的单相逆变器，通过整流单相AC电源来获得。
与使用三相AC电源相比，在使用单相AC电源时包括在全波整流的DC电源中的低速脉动电压较高，所以单相逆变器的输入信号不稳定。于是，单相逆变器输出的电机驱动电流中就产生低速脉动电流，因此，降低了电极的控制性能并且由于电机的过热而缩短了逆变器的寿命。因此，在使用单相逆变器的电机驱动控制系统中，需要有效地抑制由于低速脉动电流而造成的消极影响。
在相关技术中，针对三相逆变器提出了关于抑制低速脉动电流的一些不同的方法。但是，这些方法限于三相逆变器的输入信号比较稳定的情况下。从而，该方法不适用于单相逆变器。
发明内容
因此，考虑到背景技术中存在的上述问题提出了本发明，并且，本发明的一个目的是提供一种抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法，所述的装置和方法能适当地控制逆变器的输出电压，并因此能抑制由于低速脉动电流而造成的消极影响。
为了实现上述的和其它的目的，本发明提供了一种抑制电机的低速脉动电流的装置，所述的装置包括：提供单相交流电源(AC)的电源单元；对单相AC电源进行整流和滤波并输出其指示性直流(DC)电压的整流和滤波单元；接收DC电压并将其转换为驱动电机的电机驱动电流的逆变器；控制器，比较从电机驱动电流的脉动电流中检测出的包络和从脉动电流中提取的DC分量并且从其中输出比较结果，根据比较结果控制逆变器输出电压。
本发明还提供一种抑制当电机被驱动时产生的低速脉动电流的方法，所述的方法包括：从单相逆变器向电机输出电机驱动电流；确定当前的时间间隔是否是电机的驱动电流产生低速脉动电流的时间间隔；检测低速脉动电流中的包络；在当前的时间间隔是电机的驱动电流产生低速脉动电流的时间间隔时，从低速脉动电流中提取DC分量；比较检测到的包络和提取的DC分量并且产生比较结果；根据比较结果控制逆变器的输出电压。
为实现上述的和其它的目的，本发明为电机提供了一种抑制低速脉动电流的方法，所述的方法包括：提供单相交流(AC)电源；整流和滤波单相AC电源并且输出表示其输出的直流(DC)电压；将DC电压转换为电机驱动电流以便驱动电机；比较从电机驱动电流的脉动电流中检测到的包络和从脉动电流中提取的DC分量并产生比较结果；根据比较结果控制逆变器的输出电压。
为达到上述目的和其它的目的，本发明为电机提供了一种抑制低速脉动电流的装置，所述的装置包括：为电机提供电机驱动电流的逆变器；控制器，用来检测电机驱动电流的低速脉动电流的包络，提取脉动电流中的DC分量，比较检测到的包络和提取的DC分量以便确定是否增加或者减少逆变器的输出电压，并且向逆变器输出表示其输出的控制信号以便抑制低速脉动。
为实现上述的和其它的目的，本发明提供了一种抑制驱动电机的单相逆变器的低速脉动电流的方法，所述的方法包括：提供单相交流(AC)电源；由单相AC电源产生直流(DC)电压；由直流(DC)电压产生电机驱动电流以便驱动电机；确定电机驱动电流当前的时间间隔是否为产生低速脉动电流的时间间隔；在当前的时间间隔为产生低速脉动电流的时间间隔时探测低速脉动电流的包络；提取逆变器的输出电流的DC分量；比较提取的DC分量和检测到的包络以便确定是否增加或者减少逆变器的输出电压；并且向逆变器输出与是否增加或者减少输出电压相应的信号以便抑制低速脉动电流。
参考附图，下文有关本发明的构造和操作细节将会使本发明的目的和优点和其它的目的和优点更加清楚，其中用相似的参考数字来表示相似的部分。
附图说明
下面参考附图的详细说明将会使本发明上述的和其它的目的，特性以及优点更加清楚，其中：
图1为根据本发明的实施例的抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置的方框图；
图2为图1中装置的滤波单元向逆变器输出的信号的波形图；
图3为逆变器向电机输出的信号的波形图；
图4A为当控制器增加逆变器的输出电压时控制逆变器的PWM信号的波形图；
图4B为当控制器减少逆变器的输出电压时控制逆变器的PWM信号的波形图；和
图5为根据本发明的实施例的抑制单相逆变器的低速脉动电流的方法的流程图；
具体实施方式
图1为根据本发明的实施例的抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置的方框图。
如图1所示，根据本发明的抑制装置包括：用来提供单相AC电源的AC电源单元10，分别用来整流和滤波单相AC电源的整流单元20和滤波单元30，用来接收整流的和滤波的DC电压并且输出驱动电机50的电压和电流的逆变器40，用来控制逆变器40的控制器60。
滤波单元30可以通过整流单元20的整流DC电压来充电的滤波电容器Ca来实现。在这种情况下，滤波电容Ca中充电的DC电压供给逆变器40。供给逆变器40的DC电压是不稳定的，并且特别地，如果电机的驱动频率接近单相AC电源的频率，例如，如果单相AC电源单元的电源频率为60HZ，而电机驱动频率变得比58HZ更高时，就会在逆变器40的输出电流的低速脉动电流中产生一种现象，即，电流差频现象。于是，低速脉动电流会导致一些类似电机驱动不稳定的问题。逆变器40由经过整流单元20整流和滤波单元30滤波的DC电压来提供电源，以便向电机50提供与控制器60的控制信号相应的输出电压。
如图2所示，电容器Ca的DC电压可以通过整流电压的包络来表示，所述的整流电压是包括脉动电压的不稳定电压Va。然而，如果电机驱动频率接近单相AC电源的频率，就会在逆变器40输出的电机驱动电流中发生电流差频现象，以致电机驱动电流的低速脉动电流也增加。电流差频现象的发生是由于滤波单元30向逆变器40提供的具有低速脉动电压的DC电压未得到合适的控制而引起的。于是，如图3所示，从逆变器40输出的施加于电机50的电机驱动电压Vb和用来产生具有拟控制为常速转矩的目标电压Vf之间出现差异，从而导致电机的控制性能不稳定。
因此，控制器60接收逆变器40为电机50提供的电机驱动电流的一部分以便检测电机的驱动频率。另外，如果电机驱动频率接近单相AC电源的的频率，则控制器60认为当前的时间间隔为产生低速脉动电流的时间间隔，比如，如果使用的是60HZ的单相AC电源，电机驱动频率高于50HZ的时间间隔就被定义为产生脉动电流的时间间隔。因此，控制器60执行用来控制逆变器40的输出电压的控制操作以便抑制低速脉动电流。
当进行抑制低速脉动电流的控制操作时，控制器60检测逆变器40的电机驱动电流中的低速脉动电流的包络，并且从脉动电流中提取DC分量dc。然后，控制器60比较检测的包络和提取的DC分量dc以便确定是否增加或者减少逆变器40的输出电压。接着，控制器60向逆变器40输出与所作出的确定相应的控制信号。例如，如果检测的包络大于提取的DC分量，则控制器60输出控制信号以减少逆变器40到电机50的输出电压。相反，如果提取的DC分量大于检测出的包络，则控制器60输出控制信号以便增加逆变器40到电机50的输出电压。控制器60输出到逆变器40的控制信号是能根据脉宽调整输出信号Vb的PWM信号，其中在各周期中，输出电压Vb按照PWM信号的变化而改变，如图3之A所示。
如果检测的包络大于提取的DC分量，即输出电压Vb大于目标电压Vf，则控制器60将控制信号施加于逆变器40以便使输出电压Vb降低至目标电压Vf。在这种情况下，如图4A所示，控制器60向逆变器40输出与前一周期Tn-1相比脉冲宽度增加的PWM信号。
另外，如果检测的包络不大于提取的DC分量，即输出电压Vb不大于目标电压Vf，则控制器60将控制信号施加于逆变器40以便使输出电压Vb增加至目标电压Vf。在这种情况下，如图4B所示，控制器60向逆变器40输出与前一周期Tn-1相比脉冲宽度减少的PWM信号。如上所述，在控制器60的控制之下，低速脉动电流得以抑制，甚至电机的驱动频率接近单相电源的频率时电机也能得到稳定的控制。
下面参考图5说明根据本发明的抑制单相逆变器的低速脉动电流的方法。在操作S10，控制器60确定操作的条件是否与电机50的驱动条件相对应。如果操作条件没有与电机50的驱动条件相对应，根据所确定的结果，控制器60无动作。
如果控制器60确定操作条件与电机驱动条件相对应，则根据确定的结果，在操作S20，控制器60执行控制逆变器40的电机驱动例行程序以便根据给定的控制程序驱动电机50。在电机驱动例行程序期间，在操作S30，控制器60确定当前的时间间隔是否为产生低速脉动电流的时间间隔。在此时，控制器60输入逆变器40的施加于电机50的电机驱动电流的一部分以便检测电机的驱动频率。另外，如果电机驱动频率接近单相AC电源的频率，则控制器60确定当前的时间间隔为产生低速脉动电流的时间间隔。例如，如果使用的是60HZ单相AC电源，电机驱动频率大于55HZ的时间间隔定义为产生低速脉动电流的时间间隔。
在操作S30，如果当前的时间间隔不是产生低速脉动电流的时间间隔，则控制器60返回操作S20以继续地执行电机驱动操作。然而，如果当前的时间间隔是产生低速脉动电流的时间间隔，则根据所确定的结果，在操作S30，操作S40，控制器60检测逆变器40的输出电流中的低速脉动电流的包络。
在操作S50，控制器60提取逆变器40的输出电流中的DC分量。在操作S60，控制器60比较提取的DC分量和检测的包络以便确定是增加还是减少如图3所示的逆变器40的输出电压Vb，并且向逆变器40输出与该确定相对应的PWM信号；因此，能够使输出电压Vb达到目标电压Vf。控制器60返回，重复执行上述的控制过程。
如上所述，本发明提供一种抑制单相逆变器的低速脉动电流的装置和方法，所述的装置和方法在控制器的控制之下能够控制逆变器的输出电压；因此，尽管施加于逆变器的DC电压不稳定，但是仍能抑制低速脉动电流。因此，驱动电机的电机驱动电流中就会产生低速脉动电流。本发明能够抑制当电机驱动电流接的频率近于单相AC电流的频率时产生的低速脉动电流所引起的消极影响。因此，本发明的优点在于，在使用单相逆变器的电机控制系统中，能够提供令人满意的电机控制性能并且能完成稳定的电机控制操作。
尽管本发明的优选实施例是为了说明的目的而公开，本领域的技术人员将会理解各种可能的修改或者增删而不脱离作为所附权利要求而公开的本发明的范围和精髓。

Claims (20)

1.一种抑制提供给电机的低速脉动电流的装置，其特征在于，包括：
电源单元，用来提供单相交流(AC)电源；
整流和滤波单元，整流和滤波单相AC电源并且输出表示其输出的直流(DC)电压；
逆变器，将DC电压转换为电机驱动电流以便驱动电机；和
控制器，比较从电机驱动电流的脉动电流中检测的包络和从脉动电流中提取的DC分量，并且产生比较结果，以及根据比较结果控制逆变器的输出电压。
2.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于当电机的驱动频率和单相AC电源之间的差值落在预定值的范围内时，控制器控制逆变器的输出电压以便抑制产生的低速脉动电流。
3.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于当脉动电流的包络大于DC分量时，控制器减少逆变器的输出电压，而当脉动电流的包络小于DC分量时，控制器增加逆变器的输出电压。
4.一种用来抑制当电机被驱动时产生的低速脉动电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
从单相逆变器向电机输出电机驱动电流；
确定当前的时间间隔是否包括电机驱动电流中产生低速脉动电流的时间间隔；
检测低速脉动电流的包络；
在当前的时间间隔是产生低速脉动电流的时间间隔时，从低速脉动电流中提取DC分量；
比较检测的包络和提取的DC分量并且产生比较结果；和
根据比较结果控制逆变器的输出电压。
5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，当电机的驱动频率和单相AC电源频率二者之间的差值落在预定值的范围内时，作出当前的时间间隔被确定为产生低速脉动电流的时间间隔的决定。
6.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于对逆变器输出电压的控制包括：当脉动电流的包络大于DC分量时，减少输出电压；而当脉动电流的包络小于DC分量时，增加输出电压。
7.一种抑制提供给电机的低速脉动电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供单相交流(AC)电源；
整流和滤波单相AC电源并且输出直流(DC)电压；
转换DC电压为电机驱动电流以便驱动电机；
比较从电机驱动电流的脉动电流中检测的包络和从脉动电流中提取的DC分量，并且产生比较结果；和
根据比较结果控制逆变器的输出电压。
8.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于输出电压的控制包括：当电机的驱动频率和单相AC电源的频率之间的差值落在预定值的范围内时，抑制低速脉动电流。
9.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于输出电压的控制包括：当脉动电流的包络大于DC分量时，减少输出电压；而当脉动电流的包络小于DC分量时，增加输出电压。
10.一种抑制提供给电机的低速脉动电流的装置，其特征在于，包括：
向电机提供电机驱动电流的逆变器；
控制器，用来检测电机驱动电流的低速脉动电流中的包络，从脉动电流中提取DC分量，比较检测的包络和提取的DC分量以便确定是否减少或者增加逆变器的输出电压，并且向逆变器输出表示其输出的信号以便抑制低速脉动电流。
11.根据权利要求10中所述的装置，其特征在于当检测的包络大于提取的DC分量时，控制器输出控制信号以便减少逆变器向电机输出的电压，而当提取的DC分量大于检测的包络时，控制器输出控制信号以便增加逆变器向电机的输出电压。
12.根据权利要求10中所述的装置，其特征在于当检测的包络大于提取的DC分量时，控制器施加控制信号于逆变器上以便减少逆变器的输出电压Vb至目标电压Vf。
13.根据权利要求12中所述的装置，其特征在于，当检测的包络大于提取的DC分量时，控制信号包括与前一周期Tn-1相比脉冲宽度增加的PWM信号。
14.根据权利要求10中所述的装置，其特征在于，如果检测的包络小于提取的DC分量时，控制器施加控制信号于逆变器以便增加逆变器的输出电压Vb至目标电压Vf。
15.根据权利要求14中所述的装置，其特征在于当检测的包络小于提取的DC分量时，控制信号包括与前一周期Tn-1相比脉冲宽度减少的PWM信号。
16.一种抑制由单相逆变器驱动的电机的低速脉动电流的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供单相交流(AC)电源；
由单相AC电源产生直流(DC)电压；
由DC电压产生电机驱动电流以便驱动电机；
确定当前电机驱动电流的时间间隔是否为产生低速脉动电流的时间间隔；
在当前的时间间隔为产生低速脉动电流的时间间隔时，检测低速脉动电流的包络；
提取逆变器输出电流的DC分量；
比较提取的DC分量和检测的包络以便确定是否较少或者增加逆变器的输出电压；和
输出与是否增加或者减少输出电压以便抑制低速脉动电流相对应的信号。
17.根据权利要求16中所述的方法，其特征在于当电机的驱动频率和单相AC电源的频率之间的差值落在预定值的范围内时，当前的时间间隔确定为产生低速脉动电流的时间间隔。
18.根据权利要求16中所述的方法，其特征在于根据确定的结果在当前的时间间隔不是产生低速脉动电流的时间间隔时，电机的驱动操作继续进行。
19.根据权利要求16中所述的方法，其特征在于与是否增加或者减少输出电压相对应的信号是能够根据脉冲的宽度调整输出信号Vb的PWM信号，其中，在每个周期中输出电压Vb随PWM信号的改变而变化。
20.根据权利要求16中所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
从电机驱动电流中检测电机驱动频率；
检测单相AC电源的频率；和
当电机的驱动频率接近单相AC电源的频率时，确定当前的时间间隔是否为产生低速脉动电流的时间间隔。
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