[发明专利]用于高电流驱动器的混合有源谐波滤波器

说明书

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。

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。