CN207135021U - 一种多逆变器电机控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种多逆变器电机控制器，解决了现有硅器件电机控制器不能适应高频电流的技术问题。该多逆变器电机控制器包括一个主逆变器、一个或者多个副逆变器，所述主逆变器和副逆变器并联连接到同一个电机，所述主逆变器采用硅材料功率电子器件，所述副逆变器采用宽禁带功率电子器件，所述主逆变器的开关频率小于所述副逆变器。本实用新型并联了现有硅器件逆变器和宽禁带器件逆变器，可以完成对高频电流谐波的精确调制。

Description

一种多逆变器电机控制器
技术领域
本实用新型涉及一种电机控制器，尤其涉及和交流电机相匹配的双逆变器、多逆变器控制***。
背景技术
常见的交流电机，如同步电机、异步电机、开关磁阻电机，都需要三相或者多相交流电才能正常工作。而由于能量来源通常为直流电源，交流电机需要逆变器匹配和驱动。甚至当有固定频率的交流电直接可用时，比如有可接入的电网交流电，为了实现对电机速度和扭矩的控制，常会先把固定频率交流电用整流器变换成直流电，再由逆变器调制成可控的交流电输入电机。所以，逆变器是和交流电机匹配的常见控制***。
当前的电机逆变器***中，几乎所有的功率电子器件都基于硅材料(高纯度的硅)，比如采用硅的场效应管FET(如IGBT、MOSFET)和二极管等。但是由于硅的材料特性，这样的逆变器一般不能使用很高的开关频率，否则损耗和发热现象严重，影响***效率，甚至损伤逆变器。
由于开关频率受到限制，逆变器可调制电流的频率也就受到了限制。基于PWM控制原理，开关频率必须是目标电流频率的数倍甚至数十倍以上，才能保证其调制电流的质量。所以，使用硅器件的逆变器没有办法对高频电流谐波进行精确控制。比如，当电动汽车或者混合动力汽车里的永磁同步电机转速过高时，有时需要放弃空间矢量控制，改用对开关频率要求较低的“六步换向法”控制，而这样带来的缺点主要是产生更高的电机损耗和振动噪音。
基于宽禁带半导体材料的功率电子器件，比如采用碳化硅、氮化镓等材料的场效应管和二极管等等，以其低损耗和耐高温特性，被誉为硅材料器件后的下一代电力电子器件。使用这些器件制作逆变器，开关频率可以提高到现在硅器件的数倍甚至更高，也就可以对高频电流谐波进行更精确的控制和调制。但目前该器件的缺点是价格较高，短时间内没有办法大规模代替基于硅材料的功率电子器件。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种多逆变器电机控制器，混合现有硅器件逆变器和宽禁带器件逆变器，对现有硅器件量产逆变器“零修改”或者“微修改”的情况下，并联加入附属逆变器，完成对高频电流谐波的精确调制。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
本实用新型提供一种多逆变器电机控制器，包括一个主逆变器、一个或者多个副逆变器，所述主逆变器和副逆变器并联连接到同一个电机，所述主逆变器采用硅材料功率电子器件，所述副逆变器采用宽禁带功率电子器件，所述主逆变器的开关频率小于所述副逆变器。
优选地，所述主逆变器中包括使用硅材料的功率电子器件，所述副逆变器中包括使用碳化硅或氮化镓材料的功率电子器件。
优选地，所述主逆变器中的功率电子器件包括基于硅材料的IGBT、MOSFET、二极管或器件模组，所述副逆变器中的功率电子器件包括基于碳化硅材料的场效应管、二极管或器件模组，或基于氮化镓材料的晶体管或二极管。
优选地，所述主逆变器输出的电流幅值大于所述副逆变器。
优选地，所述主逆变器用于调制10kHz以下的低频电流，所述副逆变器用于调制大于10kHz的高频电流。
优选地，所述副逆变器的每相电流输出端串联电感后再和所述主逆变器的电流输出端并联。
优选地，所述主逆变器和所述副逆变器的相数均和所述电机相同。
优选地，所述主、副逆变器的内部，每相对应一个桥臂。
优选地，所述主逆变器和副逆变器的壳体分开设置，或者一体制成，或者分开设置然后装配在一起。
采用上述结构设置的多逆变器电机控制器具有以下优点：
本实用新型中的两个或多个逆变器可以同时工作，共同达成更大电流和更大功率的输出。
本实用新型中的两个或者多个逆变器，采用的功率电气器件类型不同，擅长的工况也因此不同。所以，在给定的工况要求下，可以通过软件选择效率更优的逆变器进行主要输出。从而提高***整体效率。
例如，当电机转速较高时(如大于6000RPM时)，为了保证***效率，主逆变器停止使用空间矢量控制方法，会使用“六步换向法”控制，此时其输出电流中含有基波和高次谐波，而本实用新型可以使用副逆变器调制和高次谐波幅值相等、相位差180度的正弦波，抵消高次谐波，修正输入电机的电流波形。这可以提高电机效率，并减少震动噪音。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的线路图；
图2是本实用新型实施例2的线路图。
图中：101.直流电压源；102.主逆变器；103.副逆变器；104.电机；105.缓冲电感；106.副逆变器；107.缓冲电感。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
如图1所示为本实用新型实施例1，在该实施例中，一种多逆变器电机控制器，包括一个主逆变器102、一个副逆变器103，主逆变器102和副逆变器103并联连接到同一个电机104，在本实施例中电机104为三相交流电机。主逆变器102用于调制低频电流，副逆变器103用于调制高频电流。
主逆变器102的开关频率小于副逆变器103。
图1中所示直流电压源101是待调制的直流电流，主逆变器102、副逆变器103的输入端均连接至直流电压源101。
主逆变器102采用硅材料(高纯度的硅)功率电子器件，副逆变器103采用宽禁带功率电子器件。这样主逆变器102可以用于调制低频和高幅值的电流，副逆变器103用于调制高频和低幅值的电流。
例如：主逆变器102中包括硅材料的功率电子器件，如基于硅材料的IGBT、MOSFET、二极管或器件模组。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管。
MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，金属-氧化物半导体场效应晶体管。
例如：副逆变器103中包括碳化硅或氮化镓材料的功率电子器件，如基于碳化硅材料的场效应管、二极管或器件模组，或基于氮化镓材料的晶体管或二极管。
本实施例避免了主逆变器102损耗和发热现象严重，影响***效率，振动噪音高，损伤产品等等缺陷。
在本实施例中，主逆变器102输出的电流幅值大于副逆变器103。
主逆变器102用于调制10kHz以下的低频电流，副逆变器103用于调制大于10kHz的高频电流。
电机控制器的控制软件依据不同的工况电流来选择主逆变器102或者副逆变器103进行调制。例如，需要调制低频和高幅值的电流时，启动主逆变器102；需要调制高频和低幅值的电流时，启动副逆变器103；而当同时需要低频和高频的电流时，启动主逆变器102和副逆变器103共同协作调制。
副逆变器103的每相电流输出端串联缓冲电感105后再和主逆变器102的电流输出端并联。如果副逆变器103的电流输出端直接与主逆变器102的电流输出端连接容易造成内部器件短路，串联缓冲电感105后可以避免该现象发生。
主逆变器102和副逆变器103的相数均和电机104相同。
主逆变器102、副逆变器103的内部，每相对应一个桥臂(即半桥结构电路)，所以各有3个桥臂。
主逆变器102和副逆变器103的壳体可以分开设置，或者一体制成，或者分开设置然后装配在一起。
实施例2
如图2所示为本实用新型实施例2，在该实施例中，与实施例1所不同的是，一种多逆变器电机控制器，包括一个主逆变器102、两个副逆变器103、106，主逆变器102和副逆变器103、106三者并联连接到同一个电机104，主逆变器102用于调制低频电流，副逆变器103、106用于调制高频电流。
副逆变器103和副逆变器106的工作参数不同，都可以调制高频和低幅值的电流，电机控制器的控制软件依据不同的工况电流来选择启动副逆变器103或副逆变器106。
副逆变器103的每相电流输出端串联缓冲电感105后再和主逆变器102的电流输出端并联，副逆变器106的每相电流输出端串联缓冲电感107后再和主逆变器102的电流输出端并联。
本实施例还可以设置多于两个的副逆变器，这些副逆变器之间、以及与主逆变器102之间均为并联结构，具体结构在此不再一一列举。
多个副逆变器的壳体可以分开设置，或者一体制成，或者分开设置然后装配在一起。
多个副逆变器的壳体和主逆变器102的壳体可以分开设置，或者一体制成，或者分开设置然后装配在一起。
在该实施例中多逆变器电机控制器的其他结构与实施例1中相同，此处不再重复描述。
以上仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种多逆变器电机控制器，其特征在于，包括一个主逆变器、一个或者多个副逆变器，所述主逆变器和副逆变器并联连接到同一个电机，所述主逆变器采用硅材料功率电子器件，所述副逆变器采用宽禁带功率电子器件，所述主逆变器的开关频率小于所述副逆变器。
2.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器中包括使用硅材料的功率电子器件，所述副逆变器中包括使用碳化硅或氮化镓材料的功率电子器件。
3.如权利要求2所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器中的功率电子器件包括基于硅材料的IGBT、MOSFET、二极管或器件模组，所述副逆变器中的功率电子器件包括基于碳化硅材料的场效应管、二极管或器件模组，或基于氮化镓材料的晶体管或二极管。
4.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器输出的电流幅值大于所述副逆变器。
5.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器用于调制10kHz以下的低频电流，所述副逆变器用于调制大于10kHz的高频电流。
6.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述副逆变器的每相电流输出端串联电感后再和所述主逆变器的电流输出端并联。
7.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器和所述副逆变器的相数均和所述电机相同。
8.如权利要求7所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主、副逆变器的内部，每相对应一个桥臂。
9.如权利要求1所述的多逆变器电机控制器，其特征在于，所述主逆变器和副逆变器的壳体分开设置，或者一体制成，或者分开设置然后装配在一起。
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