專(zhuān)利名稱(chēng)：用于穩(wěn)定變頻器的中間電路的電壓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻器，具體而言，涉及穩(wěn)定變頻器的中間電路的電壓。
背景技術(shù)：
變頻器是通常用于以變化的電源頻率來(lái)控制電機(jī)，從而使受控電機(jī)的 速度能夠受到控制的設(shè)備。這樣的變頻器包括整流橋、直流電壓中間電路 和逆變器。整流橋?qū)﹄娫淳W(wǎng)絡(luò)的電壓進(jìn)行整流，并且向直流電壓中間電路 供應(yīng)整流電壓。逆變器又根據(jù)直流電壓中間電路的這一電壓來(lái)形成具有可 控頻率和幅度并且將供應(yīng)給負(fù)載的電壓。
變頻器的直流電壓中間電路，即DC中間電路，包括被提供用于作為 能量存儲(chǔ)器并且用于平滑中間電路的直流電壓的一個(gè)或者多個(gè)電容器。中 間電路也包括作為實(shí)際中間電路DC扼流器或者AC扼流器的電感，所述 電感可以簡(jiǎn)^f匕至DC側(cè)。
當(dāng)對(duì)中間電路充電時(shí)，充電電流將以各種方式被限制。否則，對(duì)中間 電路的電感充電的大電流造成過(guò)電流釋放。中間電路的電壓可以例如通過(guò) 半受控整流橋而升高到與工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓值。在這樣的半受控橋中， 每個(gè)輸入相的第二支路具有最通常為晶閘管的可控半導(dǎo)體。通過(guò)減小晶閘 管的導(dǎo)通角(flowangle)，可以通過(guò)使用量值在容許限值內(nèi)的充電電流， 以受控的方式增大中間電路的電壓。在正常使用過(guò)程中，這些晶閘管被持 續(xù)控制為導(dǎo)通，使得整流器的工作類(lèi)似于二極管橋的工作。
由中間電路的電感和電容形成的LC電路的傳遞函數(shù)是增益依賴(lài)于 在LC電路的諧振頻率時(shí)的損耗的二次方程。可以認(rèn)為變頻器的逆變器對(duì) 電壓中間電路呈現(xiàn)恒定功率負(fù)載，即當(dāng)電壓中間電路的電壓Uc增大時(shí)， 從中間電路獲得的電流減小。這樣的電路伴有中間電路電壓振蕩的危險(xiǎn)。
在電源頻率的中間電路電壓振蕩在電源側(cè)造成使電源變壓器飽和的 直流分量，這又進(jìn)一步增大了中間電路振蕩。
特別是僅在特定條件下，并且與處于大負(fù)載的高功率變頻器有關(guān)聯(lián)地 出現(xiàn)電壓振蕩。此類(lèi)成問(wèn)題的電壓振蕩的頻率具有電源網(wǎng)絡(luò)的頻率的量值
或者與之接近。這樣的電壓振蕩例如給中間電路的DC電容器造成壓力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的因此在于提供一種方法和一種實(shí)施該方法的裝置， 以便使上述問(wèn)題能夠得以緩解。本發(fā)明的所述目的通過(guò)由獨(dú)立權(quán)利要求中 所述內(nèi)容表征的方法和系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu) 選實(shí)施例。
本發(fā)明基于以下思想以穩(wěn)定中間電路的電壓的方式，基于該電壓來(lái) 控制半受控晶閘管橋。具體而言，晶閘管橋#:控制成當(dāng)電壓由于振蕩的影 響而增大時(shí)，延遲接下來(lái)要觸發(fā)的晶閘管的觸發(fā)角(firing angle )。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于顯著緩解了振蕩問(wèn)題。另夕卜，本 發(fā)明可以通過(guò)使用簡(jiǎn)易裝置來(lái)實(shí)施，并且應(yīng)用本發(fā)明無(wú)損于變頻器的性 能。
現(xiàn)在結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例并且參照附圖來(lái)更具體地描述本發(fā)明，在附圖
中
圖1圖示了實(shí)施才艮據(jù)>^發(fā)明的方法的才匡圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了變頻器11和實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的框圖。該 圖示出了變頻器的主要電路部分、即整流橋12、 DC電壓中間電路13和 逆變器14。整流橋被形成為半受控整流器，即每個(gè)相的上支路由可控部 件形成，所述可控部件在圖1所示方案中為晶閘管。變頻器ll連接到電 源網(wǎng)絡(luò)U、 V、 W和可控電機(jī)15。
圖l還示出了用于控制整流橋的晶閘管的柵極驅(qū)動(dòng)器6。該圖示出了 柵極驅(qū)動(dòng)器耦合到電源網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這一耦合，柵極驅(qū)動(dòng)器與電源網(wǎng)絡(luò)同步， 并且基于電源電壓的相電壓來(lái)推斷在給定時(shí)間哪個(gè)晶閘管將被控制。
在使用變頻器之前，將以本身已知的方式對(duì)變頻器的中間電路充電。
在圖l所示電路中，進(jìn)行充電，使得電壓指示塊l接收啟動(dòng)指示。響應(yīng)于 這一指示Uc，ref,塊1開(kāi)始使電壓指示朝著所需中間電路電壓Uc穩(wěn)定地增 大。這一指示通過(guò)控制電路5被發(fā)送到柵極驅(qū)動(dòng)器6。柵極驅(qū)動(dòng)器以本身 已知的方式控制晶閘管的觸發(fā)角，使得中間電路中的電壓按照允許用于充 電的電流，以受控方式增大。
根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)確定電壓中間電路的電壓Uc的量值以及供電網(wǎng) 絡(luò)的電壓的量值。也以本身已知的方式來(lái)確定電壓中間電路的電壓Uc的 量值，以便監(jiān)視充電并且有可能用于對(duì)變頻器的其它控制。通常直接通過(guò)
測(cè)量中間電路的正軌(positive rail)與負(fù)軌(negative rail)之間的電勢(shì) 差來(lái)確定中間電路的電壓的量值。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)使用該圖中塊2所示的二極管整流橋 來(lái)確定電源網(wǎng)絡(luò)的電壓的量值。以本身已知的方式，二極管橋才艮據(jù)三相電 源電壓來(lái)形成脈動(dòng)直流電壓。在塊2中，還形成整流電源電壓Us與中間 電路電壓仏之間的差Us-Uc。
由于當(dāng)半受控整流橋12的晶閘管被控制成將全電壓形成至中間電路 時(shí)，中間電路的電壓的量值將對(duì)應(yīng)于經(jīng)整流的供電電壓的量值，因此前述 電壓之間的差描述了中間電路的電壓誤差。中間電路的電壓誤差因此也使 中間電路中成問(wèn)題的電壓振蕩能夠^C察到。
所形成的差被傳送到求導(dǎo)塊3，該求導(dǎo)塊形成經(jīng)整流的供電電壓與中 間電路的電壓之差的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。如果在輸入端的差保持恒定，則該求導(dǎo)塊 3的輸出得到零值。當(dāng)差變得更小時(shí)，即當(dāng)中間電路的電壓相對(duì)于供應(yīng)電 壓增大時(shí)，在求導(dǎo)塊的輸出端形成與輸入端的改變率成比例的負(fù)信號(hào)。對(duì) 應(yīng)地，當(dāng)差增大時(shí)，輸出端得到其量值與改變率成比例的正值。
求導(dǎo)塊3的輸出端連接到濾波器塊4，該濾波器塊對(duì)所形成的導(dǎo)數(shù)進(jìn) 行低通濾波。從通過(guò)低通濾波而形成的導(dǎo)數(shù)中去除與LC電路振蕩無(wú)關(guān)的 變化，比如來(lái)自電源的失真分量。
濾波器塊4的輸出形成穩(wěn)定反饋信號(hào)e,該穩(wěn)定反饋信號(hào)e被供應(yīng)到
控制塊5?？刂茐K5接收以下三個(gè)輸入來(lái)自塊l的電壓指示Ue,ref、所述
穩(wěn)定反饋信號(hào)e以及在圖1中由塊2產(chǎn)生的電壓中間電路的電壓Ue的測(cè) 量信號(hào)。圖1的控制塊5被形成為求和運(yùn)算放大器電路，該求和運(yùn)算放大 器電路形成PI控制器。每個(gè)前述輸入經(jīng)由電阻被發(fā)送到運(yùn)算放大器的反 相輸入端，而運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)由電阻和電容器耦合回到所述反相輸
入端。運(yùn)算放大器電路的反饋的電阻和電容器確定控制器的積分時(shí)間常 數(shù)。
運(yùn)算放大器電路是求和運(yùn)算放大器電路，即電路的輸出端的電勢(shì)才艮據(jù) 于時(shí)間常數(shù)而增大，以便等于輸入端的電勢(shì)之和。每個(gè)輸入端的電阻的量 值可以用于影響輸出端的總電壓的量值。在電壓指示Ue，ref對(duì)應(yīng)于測(cè)量電 壓Ue并且將由塊3計(jì)算的導(dǎo)數(shù)為零的工作情況下，可以通過(guò)所述電阻來(lái) 對(duì)控制電路的輸出進(jìn)行比例調(diào)整，以對(duì)應(yīng)于將要給到柵極驅(qū)動(dòng)器的指示全 電壓的信號(hào)。
在出現(xiàn)變化的情況下，按以下來(lái)工作。當(dāng)中間電路的測(cè)量電壓Uc相 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)整流電壓Us而增大時(shí)，由于d(Us-Uc)/dt為負(fù)，所以求導(dǎo)塊 3的輸出端得到負(fù)值。根據(jù)該導(dǎo)數(shù)，多數(shù)突變由低通濾波器濾波，另外負(fù)
穩(wěn)定反饋信號(hào)e被供應(yīng)給控制電路5。中間電路的測(cè)量電壓Uc同時(shí)被引到 控制電路5?？刂齐娐返妮敵鲇捎谛盘?hào)e的影響而減小，從而延遲受控晶 閘管的觸發(fā)，即增大晶閘管的控制角。由于所述求導(dǎo)僅在所測(cè)量的中間電 路電壓與供電電壓之間的差改變時(shí)才提供校正，因此中間電路的測(cè)量電壓 Uc又通過(guò)幫助同時(shí)增大控制電路5的輸出，校正在測(cè)量與指示之間的穩(wěn) 態(tài)誤差。限制電壓的增大防止了出現(xiàn)振蕩或者至少顯著減小了振蕩。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言清楚的是，可以用許多不同方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明的基本思想。本發(fā)明及其實(shí)施例因此不限于上述例子，而是可以在權(quán)利 要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種抑止變頻器的電壓中間電路的電壓振蕩的方法，所述變頻器包括耦合到電源網(wǎng)絡(luò)的半受控整流橋，其特征在于所述方法包括:確定所述電壓中間電路的電壓的量值(Uc)，確定所述電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓的量值(Uin)，形成所述電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓與所述電壓中間電路的電壓之間的差(Uin-Uc)的導(dǎo)數(shù)，基于所述形成的導(dǎo)數(shù)來(lái)延遲所述整流橋的可控部件的觸發(fā)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述方法還包括 對(duì)所述形成的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行低通濾波，將所述經(jīng)低通濾波的導(dǎo)數(shù)、所述電壓中間電路的電壓的所述確定量值 (Uc)以及用于所述電壓中間電路的電壓的參考值(Uc,ref)作為輸入而引 到控制電路，以及在所述控制電路中，通過(guò)由所述控制電路的積分器對(duì)所述輸入的信號(hào) 求和，基于所述輸入來(lái)形成用于柵極驅(qū)動(dòng)器(6)的控制信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法還包括當(dāng) 所述電壓中間電路的電壓增大時(shí)，基于所述導(dǎo)數(shù)來(lái)增大所述可控部件的控 制角。
4. 一種用于抑止變頻器的電壓中間電路的電壓振蕩的裝置，所述變 頻器包括耦合到電源網(wǎng)絡(luò)的半受控整流橋，其特征在于所述裝置包括用于確定所述電壓中間電路的電壓的量值(Ue)的裝置，用于確定所述電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓的量值(UiD)的裝置，用于形成所述電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓與所述電壓中間電路的電壓之間 的差(Uin-Ue)的導(dǎo)數(shù)的求導(dǎo)裝置，以及用于基于所述形成的導(dǎo)數(shù)來(lái)延遲所述整流橋的可控部件的觸發(fā)的裝
全文摘要
一種用于抑止變頻器的電壓中間電路的電壓振蕩的方法和裝置，該變頻器包括耦合到電源網(wǎng)絡(luò)的半受控整流橋。該方法包括確定電壓中間電路的電壓的量值(U<sub>c</sub>)，確定電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓的量值(U<sub>in</sub>)，形成電源網(wǎng)絡(luò)的整流電壓與電壓中間電路的電壓之間的差(U<sub>in</sub>-U<sub>c</sub>)的導(dǎo)數(shù)，基于形成的導(dǎo)數(shù)來(lái)延遲整流橋的可控部件的觸發(fā)。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101373931SQ20081021053
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者馬爾庫(kù)·塔利亞 申請(qǐng)人:Abb公司