基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路及控制方法

本发明涉及电机控制，具体为基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路及控制方法。

背景技术：

1、在逆变器与电机距离较远的应用场合中，两者需要通过长电缆相连，如图1所示。通常逆变器输出电压波形具有高dv/dt特性，如图2所示。由于电缆阻抗与电机阻抗不匹配，输出电压高dv/dt的特性，导致电缆中出现传输线效应，进而在电机端产生反射电压，造成电机绕组过电压的情况，如图3所示。电机端的电压为umot＝(1+γl)uin，其中umot为电机端电压，uin为逆变器输出电压，γl为反射系数；

2、

3、zl为电机阻抗，zc为电缆阻抗，通常，zl>>zc，因此γl≈1。

4、抑制电机过压的传统方法是采用无源dv/dt滤波器，其方案如图4所示。其原理是利用lcr器件来减缓逆变器输出电压的上升沿和下降沿，进而降低电机端过电压。然而，无源dv/dt滤波器的体积大、损耗高。尤其电阻损耗，它与逆变器的开关频率呈现出正比关系，逆变器开关频率越快，其损耗越高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路及控制方法，以解决上述背景技术中提到的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路存在电机负载过电压的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下技术方案：一种抑制长电缆电机过压的有源dv/dt滤波器电路，电路包括功率电路和驱动信号电路；所述功率电路包括母线电容、电压钳位开关、续流二极管和储能电感；所述驱动信号电路包括分压电阻、比较器、触发电路和驱动电路；功率电路串接在逆变器输出侧和长电缆之间，同时，逆变器输出电压与驱动信号电路的输入端相接，驱动信号电路的输出端与有源dv/dt滤波器的功率电路相接，控制功率电路的工作模式；

3、所述有源dv/dt滤波器的功率电路包括第一母线电容c1、第二母线电容c2，第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2，第一续流二极管d1、第二续流二极管d2以及储能电感l1，其中：

4、所述第一母线电容c1、第二母线电容c2串联，为有源dv/dt滤波器提供电压，同时为有源dv/dt滤波器提供零电平；

5、所述第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2反向串联，在逆变器输出电压每个上升沿和下降沿到来时，将电压钳位到零电平，实现输出电压两级阶梯波的形式；

6、所述第一续流二极管d1、第二续流二极管d2同向串联，当电压钳位开关不工作时，为储能电感l1续流；

7、储能电感l1为功率电感组成，当第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2动作时，存储一部分能量，减小电压钳位开关的电流应力。

8、进一步的，所述驱动信号电路包括分压电阻、比较器、触发电路和驱动电路，所述分压电阻包括第一分压电阻r11和第二分压电阻r12，其中，第一分压电阻r11的一端与逆变器输出侧连接，第一分压电阻r11另一端与第二分压电阻r12一端以及比较器的同相输入端相连，所述比较器的反相输入端与一直流电源正极相连，所述第二分压电阻r12另一端与直流电源负极均接地，比较器的输出端与触发电路的输入连接，所述触发电路的输出与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端连接第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2的栅极。

9、进一步的，所述储能电感l1的输入端与逆变器的输出端相连，所述储能电感l1的输出端与长电缆相连；所述第一母线电容c1、第二母线电容c2串联后的两端分别与逆变器母线电压输出端相连。

10、进一步的，所述逆变器的每一相输出端都对应连接所述功率电路和驱动信号电路。

11、进一步的，所述第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2为开关管，其中第一电压钳位开关t1的漏极连接在第一母线电容c1、第二母线电容c2的连接端，所述第一电压钳位开关t1的源极连接第二电压钳位开关t2的源极，所述第二电压钳位开关t2的漏极连接第一续流二极管d1、第二续流二极管d2的串联连接端，所述第一续流二极管d1、第二续流二极管d2的串联连接端还连接储能电感l1的输出端，所述第一续流二极管d1、第二续流二极管d2串联后的两端分别连接逆变器母线电压输出端。

12、本发明还提出一种如上述有源dv/dt滤波器电路的控制方法，包括：

13、第一母线电容c1、第二母线电容c2串联，为有源dv/dt滤波器提供电压，同时为有源dv/dt滤波器提供零电平；第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2反向串联，在逆变器输出电压每个上升沿和下降沿到来时，将电压钳位到零电平，使得输出电压形成两级阶梯波形式，让第一级阶梯波的反射电压与第二级阶梯波的反射电压相互抵消；第一续流二极管d1、第二续流二极管d2同向串联，当电压钳位开关不工作时，为储能电感l1续流；储能电感l1在第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2动作时，存储一部分能量，减小电压钳位开关的电流应力。

14、进一步的，所述的触发器控制电压钳位开关的导通时间，电压钳位开关导通的时间td为两倍的电缆传输时间tt，其中：

15、

16、lca为电缆长度，vca为电缆的传输速度。

17、本发明的上述技术方案的有益效果如下：

18、本发明通过有源dv/dt滤波器，在逆变器输出电压的每个上升沿和下降沿到来时，将输出电压强制钳位到零电平，使得输出电压形成两级阶梯波形式。让第一级阶梯波的反射电压与第二级阶梯波的反射电压相互抵消，从而抑制电机端的反射电压。在具体控制时，微处理器控制电压钳位开关的导通时间，电压钳位开关导通的时间td为两倍的电缆传输时间tt，其中：

19、

20、其中，lca为电缆长度，vca为电缆的传输速度。当td＝2tt时，电机端的反射电压可相互抵消，从而抑制电机端过压。

技术特征：

1.基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路，其特征在于，电路包括功率电路和驱动信号电路；所述功率电路包括母线电容、电压钳位开关、续流二极管和储能电感；所述驱动信号电路包括分压电阻、比较器、触发电路和驱动电路；功率电路串接在逆变器输出侧和长电缆之间，同时，逆变器输出电压与驱动信号电路的输入端相接，驱动信号电路的输出端与有源dv/dt滤波器的功率电路相接，控制功率电路的工作模式；

2.根据权利要求1所述的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路，其特征在于，所述驱动信号电路包括分压电阻、比较器、触发电路和驱动电路，所述分压电阻包括第一分压电阻r11和第二分压电阻r12，其中，第一分压电阻r11的一端与逆变器输出侧连接，第一分压电阻r11另一端与第二分压电阻r12一端以及比较器的同相输入端相连，所述比较器的反相输入端与一直流电源正极相连，所述第二分压电阻r12另一端与直流电源负极均接地，比较器的输出端与触发电路的输入连接，所述触发电路的输出与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端连接第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2的栅极。

3.根据权利要求1所述的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路，其特征在于，所述储能电感l1的输入端与逆变器的输出端相连，所述储能电感l1的输出端与长电缆相连；所述第一母线电容c1、第二母线电容c2串联后的两端分别与逆变器母线电压输出端相连。

4.根据权利要求1所述的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路，其特征在于，所述逆变器的每一相输出端都对应连接所述功率电路和驱动信号电路。

5.根据权利要求1所述的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路，其特征在于，所述第一电压钳位开关t1、第二电压钳位开关t2为开关管，其中第一电压钳位开关t1的漏极连接在第一母线电容c1、第二母线电容c2的连接端，所述第一电压钳位开关t1的源极连接第二电压钳位开关t2的源极，所述第二电压钳位开关t2的漏极连接第一续流二极管d1、第二续流二极管d2的串联连接端，所述第一续流二极管d1、第二续流二极管d2的串联连接端还连接储能电感l1的输出端，所述第一续流二极管d1、第二续流二极管d2串联后的两端分别连接逆变器母线电压输出端。

6.一种如权利要求1-5任一所述基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路的控制方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路的控制方法，其特征在于，所述的触发器控制电压钳位开关的导通时间，电压钳位开关导通的时间td为两倍的电缆传输时间，其中：

技术总结
本发明提供基于有源滤波器的长电缆电机过电压抑制电路及控制方法，电路包括功率电路和驱动信号电路；所述功率电路包括母线电容、电压钳位开关、续流二极管和储能电感；所述驱动信号电路包括分压电阻、比较器、触发电路和驱动电路；功率电路串接在逆变器输出侧和长电缆之间，同时，逆变器输出电压与驱动信号电路的输入端相接，驱动信号电路的输出端与有源dv/dt滤波器的功率电路相接，控制功率电路的工作模式。本发明通过有源dv/dt滤波器，将输出电压强制钳位到零电平，让第一级阶梯波的反射电压与第二级阶梯波的反射电压相互抵消，抑制电机端的反射电压。

技术研发人员：张钰,李中博
受保护的技术使用者：西安电子科技大学广州研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23