[发明专利]用于具有DC链路薄膜电容器的可调速驱动器中的稳定性控制的系统和方法

说明书

本公开提供了一种用于主动地阻尼具有DC链路薄膜电容器的可调速驱动器(ASD)的输出的控制系统，该控制系统被编程为至少基于在稳定操作点处在DC链路薄膜电容器两端的电压来计算d轴阻尼系数和q轴阻尼系数以用于稳定ASD的输出。该控制系统还被编程为：使用高通滤波器提取ASD的d轴输出电流和q轴输出电流中的d轴扰动和q轴扰动；分别用d轴阻尼系数和q轴阻尼系数来阻尼d轴扰动和q轴扰动；以及基于阻尼的d轴扰动和阻尼的q轴扰动来计算阻尼频率。该控制系统还被编程为使用阻尼频率来阻尼参考马达速度命令的旋转角以用于控制ASD。

背景技术

本发明整体涉及可调速驱动器(ASD)，并且更具体地涉及用于当使用小型DC链路薄膜电容器时稳定ASD的输出电流的系统和方法。

在常规ASD中，交流电(AC)电力输入通过整流器来转换为DC链路上的直流电(DC)电力并然后通过逆变器来转换为AC电力输出。AC电力输出具有用于操作AC马达或其他AC驱动的负载的所期望的特性。通常，在DC链路上使用在几百微法拉第(μF)与数千μF之间进行测量的大型电解电容器组以稳定DC链路电压并使ASD的逆变器侧马达控制与输入整流器操作分离。这些电解电容器组具有大容量以供用于能量存储并保持DC链路电压相当稳定。尽管电解电容器有效地稳定DC链路电压，但是它们具有若干缺点。

作为一个示例，当在ASD中使用前端二极管整流器时，AC输入源电流因电解电容器组而严重地发生失真，使得低阶谐波污染公用设施电网。这些谐波可能通过连接的变压器和馈线设备引起更高均方根电流。如器械、计算机和通信系统的敏感设备可能无法正常地运行或遭受损坏。

作为另一个示例，电解电容器变干并具有有限寿命，这是可靠性问题。然后，在更换电解电容器组时，如果电容器已经存放很长时间，则需要对其进行改良或调节。这造成了安装过程是低效的。电解电容器将在存放时损失其电荷，因此它们需要被预充电。如果在将ASD通电之前未对电解电容器组预充电并且ASD没有预充电电路，则高浪涌电流就会流过整流器并流入电解DC链路电容器组。

由于使用电解电容器的缺点，因此使用较小型薄膜电容器作为替代品。薄膜电容器提供增强的可靠性、改善的输入电流谐波性能、减小的系统大小和成本、以及具有无限的货架期的开箱即用安装方式。然而，薄膜电容器通常无法提供电解电容器可提供的稳定性。因此，当采用薄膜电容器时，在系统中可能存在大量的总谐波失真(THD)和DC链路电压纹波。

为了克服薄膜电容器的不稳定性，已经为ASD开发了稳定性控制策略。然而，这些控制策略通常包括对于用户而言不直观的复杂算法。此外，尽管控制策略可以使系统更稳定，但是它们仍不能为ASD提供足够的稳定性来产生作为用于操作马达的ASD输出的正弦波电流。相反，例如，ASD输出可以近似振荡波。

因此，希望提供用于分析和控制具有小型DC链路薄膜电容器组的ASD的稳定性以使得ASD在所有正常操作条件下都稳定并且ASD输出近似具有低THD和DC链路电压纹波的正弦波的系统和方法。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种用于控制结合小型DC链路薄膜电容器的ASD的稳定性的系统和方法。

根据本发明的一个方面，一种用于主动地阻尼具有DC链路薄膜电容器的ASD的输出的控制系统被编程为至少基于在稳定操作点处在DC链路薄膜电容器两端的电压来计算d轴阻尼系数和q轴阻尼系数以用于稳定ASD的输出。该控制系统还被编程为：使用高通滤波器提取ASD的d轴输出电流和q轴输出电流中的d轴扰动和q轴扰动；分别用d轴阻尼系数和q轴阻尼系数来阻尼d轴扰动和q轴扰动；以及基于阻尼的d轴扰动和阻尼的q轴扰动来计算阻尼频率。该控制系统还被编程为使用阻尼频率来阻尼参考马达速度命令的旋转角以用于控制ASD。