CN219535917U - 三相无电解电容的多电机驱动装置及电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相无电解电容的多电机驱动装置及电器，所述多电机驱动装置包括多个驱动电路，每个所述驱动电路均对应连接有一电机，还包括至少两个用于为所述驱动电路供电的薄膜电容，所述薄膜电容通过二极管隔离对驱动电路的供电路径，使任意两个所述薄膜电容所供电的驱动电路不同。与现有技术相比，本实用新型能够有效降低薄膜电容产生的纹波电流，使其温升降低，损耗减小，保证电容的使用寿命。

Description

三相无电解电容的多电机驱动装置及电器

技术领域

本实用新型涉及变频驱动领域，特别是一种三相无电解电容的多电机驱动装置及电器。

背景技术

随着变频技术的快速发展，变频器的使用量在不断加大，针对目前空调市场上主要采用变频驱动技术、变频模块硬件成本较高、空调能耗较高售价较低、行业整体利润偏低的问题，提出了无电解电容变频驱动方案，在不影响功能效率的条件下，整流电路直流母线侧会同时接多个电机，一个整流电路供多个电机使用，同时用薄膜电容替代电解电容，有效降低了电控变频板的硬件成本，且提高了变频板的使用寿命。

由于采用小容量的薄膜电容，电容容量降低至原先的1/50～1/20，导致电容储能明显减小而难以维持母线电压恒定，母线电压将以电网频率二倍频明显波动，并且多个电机共用同一个整流电路和共用同一个直流母线滤波储能电容(薄膜电容)，会加大薄膜电容的纹波电流，进而电容产生的热量更多，造成的损耗更大，会严重缩短电容寿命，这给驱动系统的控制带来了较大困难。并且由于大功率空调机组取消电解电容后，母线电压波动更加剧烈，并且会出现谐振现象，严重影响电流调节器的控制性能，压缩机电流谐波增大，使电机电流波形畸变严重，给电机带来较大的震动和噪音。

因此，如何设计一种三相无电解电容的多电机驱动装置及电器，能解决采用小容量薄膜电容时出现的问题，是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中，采用小容量的薄膜电容，会加大薄膜电容的纹波电流，进而产生更多热量，造成损耗更大，影响薄膜电容寿命的问题，本实用新型提出了一种三相无电解电容的多电机驱动装置及电器。

本实用新型的方案为，提出了一种三相无电解电容的多电机驱动装置，包括多个驱动电路，每个所述驱动电路均对应连接有一电机，还包括至少两个用于为所述驱动电路供电的薄膜电容，所述薄膜电容通过二极管隔离对驱动电路的供电路径，使任意两个所述薄膜电容所供电的驱动电路不同。

进一步，所述驱动电路设有三个，分别为第一驱动电路、第二驱动电路、以及第三驱动电路；

所述薄膜电容设置有两个，分别为第一薄膜电容和第二薄膜电容；

所述第一薄膜电容与所述第二驱动电路连接，并为所述第二驱动电路供电；

所述第二薄膜电容连接于所述第一薄膜电容与所述第二驱动电路之间，且所述第二薄膜电容还分别连接到所述第一驱动电路和所述第三驱动电路，在所述第二薄膜电容的供电路径上设有隔离所述第二薄膜电容与所述第二驱动电路的二极管，使所述第二薄膜电容仅为所述第一驱动电路和所述第三驱动电路供电。

进一步，所述第二薄膜电容的第一端连接到所述第二驱动电路的第一输入端，所述第二薄膜电容的第二端连接到所述第二驱动电路的第二输入端；

所述二极管连接于所述第二薄膜电容的第一端与所述第二驱动电路的第一输入端之间，且所述二极管的正极朝向所述第二驱动电路的第一输入端，所述二极管的负极朝向所述第二薄膜电容的第一端，以使所述二极管的导通方向与所述第二薄膜电容对所述第二驱动电路的供电方向相反。

进一步，所述第一薄膜电容的第一端分别连接到所述二极管的正极和所述第二驱动电路的第一输入端，所述第一薄膜电容的第二端分别连接到所述第二薄膜电容的第二端和所述第二驱动电路的第二输入端，以使所述第一薄膜电容可为所述第二驱动电路和所述第二薄膜电容供电。

进一步，所述第一驱动电路的第一输入端与所述第三驱动电路的第一输入端连接，所述第一驱动电路的第二输入端与所述第三驱动电路的第二输入端连接；

所述第二薄膜电容的第一端连接到所述第一驱动电路的第一输入端与所述第三驱动电路的第一输入端之间，所述第二薄膜电容的第二端连接到所述第一驱动电路的第二输入端与所述第三驱动电路的第二输入端之间，以使所述第二薄膜电容对所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的供电路径不经过所述二极管。

进一步，还包括与三相电网连接的整流电路，所述整流电路的第一输出端分别连接到所述第一薄膜电容的第一端和所述二极管的正极，所述整流电路的第二输出端分别连接到所述第一薄膜电容的第二端和所述第二薄膜电容的第二端，以使所述整流电路可分别对所述第一薄膜电容和所述第二薄膜电容供电。

进一步，还包括串联连接在所述整流电路的第一输出端的谐振电感，所述谐振电感一端连接到所述整流电路的第一输出端，所述谐振电感的另一端分别连接到所述第一薄膜电容的第一端和所述二极管的正极。

进一步，所有所述驱动电路均采用三相全桥电路，且每个电机均采用三相电机；

每个所述三相电机的三相输入均分别连接到与之对应的驱动电路的三个桥臂的中点处。

本实用新型还提出了一种电器，所述电器具有上述多电机驱动装置。

进一步的，所述电器为空调。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

1、本实用新型能有效降低薄膜电容的纹波电流，使其温升降低，损耗减小，保证了薄膜电容的使用寿命；

2、减少了母线电压的波动，改善了电网侧LC谐振的影响，提高了电机的运行稳定性，使电机电流更加正弦化，避免了共振引发的噪声，降低了电机的噪音和震动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体的电路拓扑示意图；

图2为未采用本实用新型方案时第一薄膜电容的纹波电流示意图；

图3为未采用本实用新型方案时直流母线电压波形示意图；

图4为未采用本实用新型方案时电机电流波形示意图；

图5为本实用新型第一薄膜电容的纹波电流示意图；

图6为本实用新型直流母线电压波形示意图；

图7为本实用新型电机电流波形示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。

为了有效降低电控变频板的硬件成本，提高变频板的使用寿命。通常整流电路直流母线侧会同时接多个电机，一个整流电路供多个电机使用，同时用薄膜电容替代电解电容，薄膜电容容量降低至原先的1/50～1/20，导致电容储能明显减小而难以维持母线电压恒定，如图3所示，直流母线电压波动高达100V，进而带来了薄膜电容纹波电流杂乱并且过大，如图2所示，超出了电容的承受能力，造成电容温升过高，严重影响到驱动板的寿命。同时，母线电压剧烈波动会加大LC谐振的影响，使压缩机电流谐波增大，电机电流波形畸变严重，如图4所示，给电机带来较大的震动和噪音。

针对上述问题，本实用新型提出了一种三相无电机电容的多电机驱动装置，其包括多个驱动电路，每个驱动电路均对应连接有一电机；

还包括至少两个用于为驱动电路供电的薄膜电容，该薄膜电容通够二极管隔离对驱动电路的供电路径，使任意两个薄膜电容所供电的驱动电路不同。

本实用新型通过上述方案对多个电机和与其对应的驱动电路进行了划分，避免一个薄膜电容同时对多个电机供电，导致电机之间相互影响的问题。

图1为本实用新型一优选实施例，该实施例中驱动电路设有三个，分别为第一驱动电路、第二驱动电路、以及第三驱动电路，每个驱动电路均对应连接有一个电机，其第一驱动电路连接的电机为风机1，第二驱动电路连接的电机为压缩机，第三驱动电路连接的电机为风机2。

在实际应用中，如果采用一个薄膜电容同时对三个电机进行供电，压缩机和风机之间会产生相互影响，因此为避免该影响的发生，本实用新型将风机1、风机2与压缩机之间划分开，通过两个薄膜电容分别对其供电。

具体的，该方案中薄膜电容设置有两个，分别为第一薄膜电容和第二薄膜电容；

其第一薄膜电容与第二驱动电路连接，并为第二驱动电路供电；

第二薄膜电容连接于第一薄膜电容于第二驱动电路之间，且第二薄膜电容还分别连接到第一驱动电路和第三驱动电路，在第二薄膜电容的供电路径上设有隔离第二薄膜电容与第二驱动电路的二极管，使第二薄膜电容仅为第一驱动电路和第三驱动电路供电。

如图1中，第一薄膜电容为电容C1、第二薄膜电容为电容C2，上述二极管为二极管D2，与风机1连接的驱动电路为第一驱动电路、与压缩机连接的驱动电路为第二驱动电路、与风机2连接的驱动电路为第三驱动电路。电容C1直接与第二驱动电路连接，并为第二驱动电路供电，电容C2连接在电容C1与第二驱动电路之间，且同时与第一驱动电路和第三驱动电路连接，正常情况下电容C2会同时为第一驱动电路、第二驱动电路、以及第三驱动电路供电，但由于二极管D2的存在，当电容C2供电时，由于二极管反向截止的特性，隔离了电容C2对第二驱动电路的供电路径，因此电容C2不会向第二驱动电路供电。而对于电容C2对第一驱动电路和第三驱动电路的供电路径，其并不经过二极管D2，因此不会受到隔离的影响，可以正常供电。即本实用新型通过该设计方式，可以使第一薄膜电容仅为压缩机供电，第二薄膜电容仅为风机1和风机2供电，避免了风机与压缩机之间的影响。

这里需要说明的是，为节约成本，上述方案中所有的电机共用同一个整流电路。由于共用同一个整流电路，导致本实用新型只有一个直流电压的输出端，因此第一薄膜电容和第二薄膜电容必然会相互连接，该情况会导致第一薄膜电容和第二薄膜电容必然存在相同的供电路径(第一薄膜电容和第二薄膜电容均存在对第二驱动电路的供电路径)，因此本实用新型需要通过二极管D2的设计，隔离第二薄膜电容对第二驱动电路的设计，从而实现上述方案，这也是为何本实用新型中不能直接取消第一薄膜电容与第二薄膜电容的连接，分别进行单独供电的原因。

此外，图1实施例仅为本实用新型一优选实施例，在本实用新型其他实施例中，电机的个数可以为三个及以上，对应的薄膜电容也可以设置两个及以上，在具体实施时，可以将多个薄膜电容同时连接在整流电路的输出侧，然后采用二极管进行隔离公共部分的驱动电路，从而达到任意两个薄膜电容所供电的驱动电路不同的目的。

下面结合图1，对本实用新型具体连接方式进行说明；

第二薄膜电容的第一端连接到第二驱动电路的第一输入端，第二薄膜电容的第二端连接到第二驱动电路的第二输入端；

上述二极管连接于第二薄膜电容的第一端与第二驱动电路的第一输入端之间，且上述二极管的正极朝向第二驱动电路的第一输入端，上述二极管的负极朝向第二薄膜电容的第一端，以使上述二极管的导通方向与第二薄膜电容对第二驱动电路的供电方向相反。

第二薄膜电容为电容C2，上述二极管为二极管D2，电容C2的第一端为朝向二极管D2的一端，第二端为背向二极管D2的一端，二极管D2连接在电容C2与第二驱动电路的第一输入端之间，且正极朝向第二驱动电路的第一输入端、负极朝向电容C2的第一端。

在电容C2充电时(可以通过整流电路和电容C1充电)，电流流向均是从二极管D2的正极流入，并经过二极管D2的负极后向电容C2充电，因此在充电过程中电容C2并不会受到影响。充电完成后，电容C2上会产生电压，且电容C2的第一端为正，第二端为负，此时电容C2向第二驱动电路的供电路径应为：电容C2的第一端、二极管D2、第二驱动电路、电容C2的第二端。但由于二极管D2的负极朝向电容C2的第一端，其二极管D2的导通方向与电容C2对第二驱动电路的供电方向恰恰相反，由于二极管反向截止的特性，此时电容C2将无法对第二驱动电路供电。

对于第一薄膜电容的连接，其连接方式为：第一薄膜电容的第一端分别连接到上述二极管的正极和所述第二驱动电路的第一输入端，所述第一薄膜电容的第二端分别连接到所述第二薄膜电容的第二端和所述第二驱动电路的第二输入端，以使所述第一薄膜电容可为所述第二驱动电路和所述第二薄膜电容供电。

第一薄膜电容为电容C1，电容C1的第一端为朝向二极管D1正极的一端，电容C1的第二端为背向二极管D1正经的一端。从上述连接方式中可以看出，电容C1的充电路径和供电路径均不经过二极管D1，能够正常为第二驱动电路供电，并保证第二驱动电路的工作。同时从图1中可以很明显的看出，电容C1与第一驱动电路和第三驱动电路之间并没有直接连接的关系，因此电容C1并不会直接对第一驱动电路和第三驱动电路供电。

更进一步的，对第一驱动电路和第三驱动电路处的连接方式为：第一驱动电路的第一输入端与第三驱动电路的第一输入端连接，第一驱动电路的第二输入端与第三驱动电路的第二输入端连接；

第二薄膜电容的第一端连接到第一驱动电路的第一输入端与第三驱动电路的第一输入端之间，第二薄膜电容的第二端连接到第一驱动电路的第二输入端与第三驱动电路的第二输入端之间，以使第二薄膜电容对第一驱动电路和第二驱动电路的供电路径不经过上述二极管。

第二薄膜电容为电容C2，上述二极管为二极管D2，电容C2的第一端为朝向二极管D2的一端，第二端为背向二极管D2的一端，从上前文介绍中可知，电容C2充电完成后，其第一端为正极，第二端为负极，其电流为从电容C2的第一端流出，并最终回到第二端以形成回路。从图1中可以很明显的看出，电容C2与第一驱动电路的第一输入端和第三驱动电路的第一输入端的连接处位于二极管D2的负极与电容C2的第一端直接，因此电流从电容C2流出后，可以不经过二极管D2，也即不会受到二极管反向截止的特性，能够直接为第一驱动电路和第三驱动电路供电，并最终从第一驱动电路的第二输入端和第三驱动电路的第二输入端回到电容C2的第二端。也即第二薄膜电容对第一驱动电路和第二驱动电路的供电路径不经过上述二极管。

综上所述，通过本实用新型的设计后，第一薄膜电容仅为第二驱动电路(也即压缩机)供电，第二薄膜电容仅为第一驱动电路和第三驱动电路(风机1和风机2)供电，避免了压缩机和风机之间的影响。同时采用该控制方案，对每一个薄膜电容的电容容量需求均降低了，能解决薄膜电容纹波电流大、损耗大、温升高的问题。

进一步的，本实用新型还包括与三相电网连接的整流电路，该整流电路的第一输出端分别连接到第一薄膜电容的第一端和二极管的正极，整流电路的第二输出端分别连接到第一薄膜电容的第二端和第二薄膜电容的第二端，以使整流电路可分别对第一薄膜电容和第二薄膜电容供电。

如图1，整流电路与交流电网连接，其主要用于将交流电网输出的交流点转换为直流电，并为母线电容供电，这里母线电容为电容C1(电容C2在一定程度上也起到了储能滤波的作用，本实用新型主要针对电容C1在实施本方案前后的变化)，采用上述连接方式主要是用于对电容C1和电容C2分别充电，以保证第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路等能正常工作。

进一步的，本实用新型还包括串联连接在整流电路的第一输出端的谐振电感，该谐振电感一端连接到整流电路的第一输出端、另一端分别连接到第一薄膜电容的第一端和上述二极管的正极。

进一步的，本实用新型中所有驱动电路均采用三相全桥电路，且每个电机均采用三相电机；

每个三相电机的三相输入均分别连接到与之对应的驱动电路的三个桥臂的中点处。

在本实用新型其他实施例中，对于非三相的电器，也可以采用全桥代替上述三相全桥电路，也可以达到相同的技术效果。

请参见图1，下面对本实用新型整体的工作流程进行说明：

风机1、风机2、压缩机共用同一个整流电路，整流电路对交流电网整流后，分别为电容C1和电容C2充电。在电容C1和电容C2充电完成后，电容C1开始为电容C2和压缩机供电，其电流为Ic1，在经过二极管D2处分为向电容C2供电的电流I1和为压缩机供电的电流I2。电容C2会收到整流电路和电容C1的充电，在电容C2充电完成后，开始为风机1和风机2供电，其电流为Ic2，在流经第一驱动电路的第一输入端与第三驱动电路的第一输入端时，分为为风机1供电的电流I3，和为风机2供电的电流I4。也即本实用新型通过电容C2和二极管D2单向导电性对三个电机共用一个整流电路的驱动拓扑电路进行了划分隔离，使电容C1只为压缩机供电(虽然电容C1的电流能通过电容C2向风机1和风机2供电，但该部分电流实际转换为电容C2的部分了，相当于电容C2进行供电)，电容C2只为风机1和风机2供电，避免了风机与压缩机的相互影响，降低了电容C1的负载，减小了直流母线电压(本实用新型主要考虑电容C1，这里母线电压指电容C1上的电压)的波动，从而降低了电容C1的纹波电流，使得其温升降低，损耗减小，保证了薄膜电容的使用寿命。

如图6所示，直流母线电压只有10V左右波动，有效减小了直流母线电压的波动，利用二极管D2的单向导电性将风机和压缩机进行隔离，避免了风机与压缩机的相互影响，降低了电容C1的负载，从而降低了电容C1的纹波电流，如图5所示，使得其温升降低，损耗减小，保证了电容的使用寿命。

电容C2只为双风机工作，直流母线电压的波动得到降低后，驱动控制更加稳定，提高了风机运行的稳定性，使风机电流更加正弦化，如图7所示，避免了共振引发的噪声，降低了风机的噪音和震动。

本实用新型还提出了一种电器，其具有上述多电机驱动装置。

进一步的，上述电器为空调。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

1、本实用新型能有效降低薄膜电容的纹波电流，使其温升降低，损耗减小，保证了薄膜电容的使用寿命；

2、减少了母线电压的波动，改善了电网侧LC谐振的影响，提高了电机的运行稳定性，使电机电流更加正弦化，避免了共振引发的噪声，降低了电机的噪音和震动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.三相无电解电容的多电机驱动装置，包括多个驱动电路，每个所述驱动电路均对应连接有一电机，其特征在于，还包括至少两个用于为所述驱动电路供电的薄膜电容，所述薄膜电容通过二极管隔离对驱动电路的供电路径，使任意两个所述薄膜电容所供电的驱动电路不同。

2.根据权利要求1所述的多电机驱动装置，其特征在于，所述驱动电路设有三个，分别为第一驱动电路、第二驱动电路、以及第三驱动电路；

所述薄膜电容设置有两个，分别为第一薄膜电容和第二薄膜电容；

所述第一薄膜电容与所述第二驱动电路连接，并为所述第二驱动电路供电；

所述第二薄膜电容连接于所述第一薄膜电容与所述第二驱动电路之间，且所述第二薄膜电容还分别连接到所述第一驱动电路和所述第三驱动电路，在所述第二薄膜电容的供电路径上设有隔离所述第二薄膜电容与所述第二驱动电路的二极管，使所述第二薄膜电容仅为所述第一驱动电路和所述第三驱动电路供电。

3.根据权利要求2所述的多电机驱动装置，其特征在于，所述第二薄膜电容的第一端连接到所述第二驱动电路的第一输入端，所述第二薄膜电容的第二端连接到所述第二驱动电路的第二输入端；

所述二极管连接于所述第二薄膜电容的第一端与所述第二驱动电路的第一输入端之间，且所述二极管的正极朝向所述第二驱动电路的第一输入端，所述二极管的负极朝向所述第二薄膜电容的第一端，以使所述二极管的导通方向与所述第二薄膜电容对所述第二驱动电路的供电方向相反。

4.根据权利要求3所述的多电机驱动装置，其特征在于，所述第一薄膜电容的第一端分别连接到所述二极管的正极和所述第二驱动电路的第一输入端，所述第一薄膜电容的第二端分别连接到所述第二薄膜电容的第二端和所述第二驱动电路的第二输入端，以使所述第一薄膜电容可为所述第二驱动电路和所述第二薄膜电容供电。

5.根据权利要求2所述的多电机驱动装置，其特征在于，所述第一驱动电路的第一输入端与所述第三驱动电路的第一输入端连接，所述第一驱动电路的第二输入端与所述第三驱动电路的第二输入端连接；

所述第二薄膜电容的第一端连接到所述第一驱动电路的第一输入端与所述第三驱动电路的第一输入端之间，所述第二薄膜电容的第二端连接到所述第一驱动电路的第二输入端与所述第三驱动电路的第二输入端之间，以使所述第二薄膜电容对所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的供电路径不经过所述二极管。

6.根据权利要求2所述的多电机驱动装置，其特征在于，还包括与三相电网连接的整流电路，所述整流电路的第一输出端分别连接到所述第一薄膜电容的第一端和所述二极管的正极，所述整流电路的第二输出端分别连接到所述第一薄膜电容的第二端和所述第二薄膜电容的第二端，以使所述整流电路可分别对所述第一薄膜电容和所述第二薄膜电容供电。

7.根据权利要求6所述的多电机驱动装置，其特征在于，还包括串联连接在所述整流电路的第一输出端的谐振电感，所述谐振电感一端连接到所述整流电路的第一输出端，所述谐振电感的另一端分别连接到所述第一薄膜电容的第一端和所述二极管的正极。

8.根据权利要求1所述的多电机驱动装置，其特征在于，所有所述驱动电路均采用三相全桥电路，且每个电机均采用三相电机；

每个所述三相电机的三相输入均分别连接到与之对应的驱动电路的三个桥臂的中点处。

9.电器，其特征在于，所述电器具有如权利要求1至8任意一项权利要求所述的多电机驱动装置。

10.根据权利要求9所述的电器，其特征在于，所述电器为空调。