[发明专利]用于有源谐波滤波器的单级两电平脉冲宽度调制策略

说明书

一种控制三相有源谐波滤波器（160）的系统（110）和方法，该三相有源谐波滤波器具有三相转换器，该三相转换器具有用于连接到三相AC源（112）的输入，该三相转换器具有三个相支路，三相转换器的三个相支路中的每个相支路包括可操作地连接到第一功率供应轨的第一开关装置和可操作地连接到第二供应轨的第二开关装置，该三相转换器可操作地连接到控制器。控制器配置成确定AHF的操作特性，并且可操作成利用第一PWM策略来控制三个相支路中的每个相支路的第一开关装置和第二开关装置，将AHF的操作特性与选择的阈值比较，以及如果操作特性超过选择的阈值，则采用第二PWM策略。

相关申请的交叉引用

本申请请求享有于2018年11月13日提交的美国申请第62/760165号的优先权，该美国申请以其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本文公开的主题总体上涉及驱动系统，并且更具体地涉及与选择性地采用多个脉冲宽度调制（PWM）技术来控制有源谐波滤波器并减少开关损耗的驱动系统一起使用的有源谐波滤波器。

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暖通、空调或制冷系统（HVACR）中。另一个示例可为在电梯机器中，其移动驱动滑轮以将电梯轿厢向上或向下推进通过井道。其它示例可包括由马达驱动的致动系统。

当将正弦电压施加到非线性负载时，如VFD的整流器或无源前端转换器，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显著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。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）之类的电子开关，并对其进行智能开关，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，但在特别是在其中使用的电子功率开关装置的开关损耗是驱动因素之一的高功率应用中，功率系统的谐波滤波、无功功率补偿和/或振荡衰减以及效率方面仍有改进的空间。

发明内容