專利名稱:用于轉(zhuǎn)換器的電源故障制動電路的制作方法
本發(fā)明涉及到一種轉(zhuǎn)換器控制電路，特別是一種轉(zhuǎn)換器電源故障制動電路，以便在電源故障瞬間盡可能迅速地停止馬達(dá)。
圖1示出了這種變頻器的轉(zhuǎn)換電源故障制動電路的例子，其中，轉(zhuǎn)換器20包括功率整流器單元1，它把三相交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動電壓;濾波電容器2使脈動電壓變?yōu)橹绷麟妷?以及功率轉(zhuǎn)換器單元3把直流電壓轉(zhuǎn)換成大小和頻率可變的交流電壓。感應(yīng)馬達(dá)4由功率轉(zhuǎn)換單元3驅(qū)動，并由它控制轉(zhuǎn)速;電壓檢測單元5在把電壓降到與以后要敘述的比較器7的允許輸入電壓相匹配的電壓電平以后檢測功率轉(zhuǎn)換器單元3的直流母線電壓并作為直流母線電壓信號。標(biāo)號6表示電壓電平置位裝置，它設(shè)置一個用來判別電源故障的參考電壓信號。
比較器7比較從電壓檢測電路5來的直流母線電壓信號和從電壓電面給定裝置6來的參考電壓信號，并當(dāng)直流母線電壓信號低于參考電壓信號時，輸出一個電源故障信號a。
保持電路8使電源故障信號a有一次輸入就保持其狀態(tài)，同時輸出一個電源故障信號b。一個運轉(zhuǎn)模式判別電路9借助于比較目標(biāo)速度命令f1和輸出速度命令f。選定運轉(zhuǎn)模式諸如加速度模式，正常模式以及減速模式。
輸出頻率指令確定電路10根據(jù)電路9確定的工作模式，確定將隨后輸出的頻率指令。
脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生電路11借助于根據(jù)輸出頻率指令f。進(jìn)行計算以產(chǎn)生一個PWM信號并將它輸出。
PWM信號切斷電路12僅當(dāng)電源故障信號b輸入時，切斷從電路11來的PWM信號。
用于功率轉(zhuǎn)換器單元3的驅(qū)動電路13裝有開關(guān)元件，例如晶體管或晶閘管，它根據(jù)從PWM信號切斷電路12來的PWM信號進(jìn)行開/關(guān)。一個機(jī)械制動單元14應(yīng)用于馬達(dá)4，只有當(dāng)上述電源故障信號b從保持電路8輸入到14時才有制動功率。
以下將描述運轉(zhuǎn)。在正常運轉(zhuǎn)情況下，運轉(zhuǎn)模式判別電路9比較目標(biāo)速度指令fi和正在輸出的頻率指令f。判別當(dāng)f0＜fi時為加速模式，f0＝fi時為正常模式，f0＞fi時為減速模式;以及輸出相應(yīng)的運轉(zhuǎn)模式指令到輸出頻率指令制別電路10。
該輸出頻率指令制別電路10計算與運輸模式指令相應(yīng)的加速或減速方式輸出的頻率指令f0，并將它輸出到PWM發(fā)生電路11。
根據(jù)輸出頻率指令f0，脈寬調(diào)制信號發(fā)生電路1計計算出PWM信號，并將它輸出到PWM信號切斷電路。但是，由于電源故障信號b沒有輸入到切斷電路12，PWM信號照樣輸出。因此驅(qū)動電路13實現(xiàn)了按照PWM信號開/關(guān)功率轉(zhuǎn)換器單元3的開關(guān)元件的操作。
另一方面，當(dāng)輸入電源已經(jīng)故障時，比較器7輸出電源故障信號a，保持電路8保持比較器輸出a的狀態(tài)，當(dāng)電源故障信號b輸入切斷電路12時，切斷從PWM信號發(fā)生電路11來的PWM信號。在這時，隨著驅(qū)動電路目的輸出被切斷，馬達(dá)4變成自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)，尤其是當(dāng)馬達(dá)負(fù)載的慣性力GD2較大時、要經(jīng)過一個很長的時間才能到馬達(dá)停止。在馬達(dá)4控制著工作機(jī)械用的切削刀時，切削刀將由于馬達(dá)的自由轉(zhuǎn)動而成為無控制狀態(tài)，及將變成非常危險的狀態(tài)。所以在這種情況下，馬達(dá)4裝備有一個機(jī)械制動單元14。利用上述機(jī)械制動單元，當(dāng)電源故障信號b輸入時，使馬達(dá)停止。
本發(fā)明的一個目的是提供一個新的用于變頻器的電源故障的制動電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個用于變頻器電源故障的制動電路它可盡快地停止馬達(dá)，具有低的透價和簡單的結(jié)構(gòu)，而不需裝備任何外部電路或機(jī)械制動單元。
本發(fā)明還有一個目的是提供一個用于變頻器的電源故障制動電路它能在電源故障時候減速以及停止馬達(dá)，并保持直接母線電壓為恒值。
按照本發(fā)明的用于變頻器的電源故障制動電路，具有一個用來控制馬達(dá)4的電功率變頻器20;一個用于檢測直流母線電壓的電壓檢測電路5等等;一個運轉(zhuǎn)模式判別電路15，它在器正常運轉(zhuǎn)情況下，借助于比較目標(biāo)速度指令和輸出頻率指令輸出一個與電源故障時運轉(zhuǎn)模式相應(yīng)的減速模式;一個輸出頻率指令判別電路10選定一個頻率指令，按照運轉(zhuǎn)模式隨接輸出該指令;一個電源故障輸出頻率判別電路16，借助于內(nèi)部對電源故障專用的減速模式，選定一個輸出頻率指令和一個在電源故障時候從運轉(zhuǎn)模式判別電路來的減速模式信號;一個加速/減速方式選擇電路17在沒有電源故障信號輸入時，從一個輸出頻率指令判別電路選擇輸出頻率指令，以及在有電源故障信號輸入時，從上述電源故障輸出頻率指令判別電路輸出頻率指令;一個PWM信號發(fā)生電路11借助于加速/減速方式選擇電路17接收輸出頻率指令選擇;和一個用于功率轉(zhuǎn)換器單元3的驅(qū)動電路13，根據(jù)從PWM信號發(fā)生電路來的指令控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動。
圖1是表示用的轉(zhuǎn)換器電路的電源故障制動電路的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖2是本發(fā)明中的一個實施方案中的轉(zhuǎn)換器電源故障制動電路的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖3是表示按照本發(fā)明的輸入電壓、轉(zhuǎn)出頻率、和轉(zhuǎn)換器直流母線電壓之間相互關(guān)系的圖。
圖4是運轉(zhuǎn)模式確定電路15的詳細(xì)電路框圖。
圖5是輸出頻率確定電路10的詳細(xì)電路框圖。
以下將參照附圖敘述本發(fā)明的最佳實施方案，其中與圖1所示的相同的部分，在圖2中用相同的符號表示，只省略其解釋。
標(biāo)號15表示運轉(zhuǎn)模式確定電路，它在正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過比較目標(biāo)速度指令fi和輸出頻率指令f。確定操作模式，例如加速模式、正常模式和減速模式，當(dāng)輸入電源故障信號b輸入時不論工作狀態(tài)如何它都輸出減速模式信號。標(biāo)號16表示電源故障輸出頻率指令判別電路，它內(nèi)部包括專用于電源故障的減速模式，并借助于上述減速模式和從運轉(zhuǎn)模式確定電路15來的減速模式信號確定將要隨后輸出的頻率指令。標(biāo)號17表示加速/減速方式選擇電路，當(dāng)沒有上述電源故障信號b輸入時，它從普通輸出頻率確定電路10來的輸出頻率選擇指令f0;當(dāng)輸入上述電源故障信號b時，它從電源故障輸出頻率確定電路16選擇輸出頻率指令f0′。
這些電路的細(xì)節(jié)將在下面參照圖4和5敘述。
在圖4中顯示了一種運轉(zhuǎn)模式確定電路15的實施方案，它包括比較器15a和“或”門15b。
在圖4中，比較器15a比較目標(biāo)速度指令fi和輸出頻率指令f0，前者是使用者借助一種外部設(shè)置裝置，諸如音量或外部程序電路(未示出)來設(shè)置的;后者是借助加速/減速方式選擇電路17選擇的，并分別在fi＜f0時輸出減速信號“L”，在fi＞f0時輸出加速信號“H”。另外，“或”門15b輸入從比較器15a來的輸出信號和從保持電路8來的電源故障信號b，當(dāng)電源故障信號b變?yōu)椤癏”時，輸出減速信號“H”，電源故障就那樣被檢測出來。
圖5示出了輸出頻率確定電路10的一個實施方案。在圖5中，存儲器101、102存貯加到現(xiàn)行輸出頻率指令f0之上或從其減去的數(shù)據(jù)，并按照使用者設(shè)置的加速時間設(shè)置信號或減速時間設(shè)置信號把它們輸出。103是一個加法器，104是一個減法器。存儲器107、108為加速計時器109和減速計時器110存貯定時設(shè)定值，并當(dāng)進(jìn)位信號c從計時器109、110輸入其內(nèi)時，輸出上述計時設(shè)置值。保持電路105、106在進(jìn)位信號C從計時器109、110進(jìn)入其內(nèi)時，保持或存儲將隨后從加法器103和減法器104輸出的輸出頻率信號。
數(shù)據(jù)選擇器111根據(jù)運轉(zhuǎn)模式信號fm有選擇地輸出來自保持電路105的輸出頻率指令f01或來自保持電路106的輸出頻率指令f02，例如，當(dāng)運轉(zhuǎn)模式信號fm是加速信號(“L”)時，輸出輸出頻率指令f01或當(dāng)運轉(zhuǎn)模式信號fm是減速信號(“H”)時，送出輸出頻率指令f02。
功率故障輸出頻率確定電路16和輸出頻率判別電路10除了存儲器101、102和107、108在電源故障輸出頻率確定電路16中作為存儲減速方式數(shù)據(jù)之外，彼此相同，同此，電源故障時的恢復(fù)功率變?yōu)楹愣ā?br>隨后，加速/減速方式選擇電路17由數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成，它在電源故障信號b為“H”時選擇電源故障輸出頻率指令f0′，并在電源故障信號b為“L”時選擇正常輸出頻率指令f0。
以下將敘述運轉(zhuǎn)。在正常運轉(zhuǎn)情況下，運轉(zhuǎn)模式選擇電路15比較目標(biāo)速度指令fi和輸出頻率指令f0，并當(dāng)f0＜fi時確定為加速模式;當(dāng)fi＝f0時為穩(wěn)志穩(wěn)式，以及當(dāng)f0＞fi時為減速模式從而確定相應(yīng)的運轉(zhuǎn)模式并輸出指令到輸出頻率指令判別電路10。該輸出頻率指令判別電路10從上述相應(yīng)于加速/減速方式的運轉(zhuǎn)模式指令等，計算出所要輸出的頻率指令后，并將之輸出到PWM信號發(fā)生電路11。該PWM信號發(fā)生電路11根據(jù)上述輸出頻率指令f0計算出PWM信號，并把它輸出到功率變換器驅(qū)動電路13。然后，這一功率變換器驅(qū)動電路13借助于上述PWM信號，通過功率變換器單元3的開關(guān)元件的開/關(guān)操作，實現(xiàn)感應(yīng)馬達(dá)4的同步轉(zhuǎn)動。
以下將敘述變頻器20的輸入電源被切斷時的電路工作。
圖3示出了變頻器的輸入電壓18、輸出頻率指令19和直流母線電壓20的狀態(tài)。假定電源故障發(fā)生在圖中AV所示的點，直流母線電壓20按照圖中所示的主電路的時間常數(shù)下降，然后當(dāng)直流母線電壓20變成低于BV點的參考電壓電平時，電源故障信號a如上所述，從比較器7輸出，它由保持電路8保持，并輸出電源故障信號b。
當(dāng)電源故障發(fā)生時，信號b輸入到運轉(zhuǎn)模式判別電路15和加速/減速方式選擇電路17，減速模式信號從運轉(zhuǎn)模式選擇電路15輸出，并在同時，加速/減速方式選擇電路17從電源故障頻率判別電路16選擇出輸出頻率指令和把它輸出到PWM信號發(fā)生電路11，結(jié)果，輸出頻率指令19從BV時刻開始隨著專門用于電源故障的減速方式減速。由于馬達(dá)的減速，電功率從感應(yīng)馬達(dá)4返回到變頻器20，同此能阻止直流母線電壓進(jìn)一步下降。此外，因為被返回的電能與減速時間有關(guān)(減速時間越短，返回的電能越大)，這就有可能用減速方式來調(diào)節(jié)返回的能量。同此，假如一個減速方式具有換和用電源故障輸出頻率判別電路16專門用于電源故障的減速方式時所返回的電能幾乎相等，則可保持直流母線電壓20近乎恒定，如圖3所示它在電源故障期間平穩(wěn)不變，而繼續(xù)到輸出頻率指令變?yōu)榱慵锤袘?yīng)馬達(dá)4停止為止。
在上述實施方案中，示出了檢測直流母線電壓值作為監(jiān)視電源發(fā)生故障的方法。但是它也可以用變頻器20的功率轉(zhuǎn)換單元3輸入的三相交流電源中的一相電壓值的方法，或者檢測變頻器20的功率轉(zhuǎn)換單元的輸出電壓的一個相的電壓峰值。
在上述實施方案中示出的只有一種專門用于電故障的減速方式的型式。但是它也可那樣設(shè)置，使之具有幾種減速方式，可根據(jù)轉(zhuǎn)換器單元的負(fù)載狀況進(jìn)行選擇。
權(quán)利要求
1.用于轉(zhuǎn)換器20的電源故障制動電路，該轉(zhuǎn)換器20包括功率整流器單元1和功率轉(zhuǎn)換器單元3，該制動電路包括用于檢測直流母線電壓或上述轉(zhuǎn)換器20中的交流相電壓的電壓檢測電路5；運轉(zhuǎn)模式確定電路15，在所述轉(zhuǎn)換器的正常運行狀況下，它通過比較目標(biāo)速度指令和輸出頻率指令確定運轉(zhuǎn)模式，并在發(fā)生電源故障時輸出與運轉(zhuǎn)模式無關(guān)的減速模式信號；輸出頻率指令確定電路10、它按照上述運轉(zhuǎn)模式確定要隨后輸出的頻率指令；電源故障輸出頻率指令確定電路16，它借助于內(nèi)部專用于電源故障的減速方式和在發(fā)生電源故障時從運轉(zhuǎn)模式確定電路來的減速模式信號確定輸出頻率指令；加速/減速方式選擇電路17，當(dāng)沒有輸入上述電源故障信號時，它從輸出頻率指令確定電路選擇輸出頻率指令，當(dāng)輸入上述電源故障信號時，從上述電源故障輸出頻率指令確定電路選擇輸出頻率指令；脈沖寬度調(diào)制信號發(fā)生電路11，它接收由上述加速/減速損式選擇電路選擇的輸出頻率指令；用于功率轉(zhuǎn)換器單元了的驅(qū)動電路13，它根據(jù)來自上述脈沖寬度調(diào)制信號發(fā)生電路的指令，控制馬達(dá)的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的電路，進(jìn)一步包括電壓電平給定裝置6以整定一個用作判別電源故障的參考電壓，和比較器7以比較從上述電壓電平給定裝置6來的參考電壓信號和從上述電壓檢測電路5來的信號，并當(dāng)上述從電路5來的信號變得低于上述參考電壓信號時，輸出一個電源故障信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的電路，其中上述借助于比較器7產(chǎn)生的電源故障信號通過上述保持電路8被輸入到上述運轉(zhuǎn)模式判別電路15和上述加速/減速模式選擇電路17，從而一個減速模式信號從上述運轉(zhuǎn)模式判別電路15輸出，加速/減速模式選擇電路17選擇輸出頻率指令并把它輸出到上述脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號發(fā)生電路11。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的電路，其中從上述馬達(dá)返回的功率可借助于專門用于電源故障的減速方式來調(diào)節(jié)，同此當(dāng)電源故障被檢測到時，返回功率和功率損耗變成相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的電路，其中上述電壓檢測電路5檢測一個上述變頻器20的功率整流器單元1的轉(zhuǎn)入電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的電路，其中上述電壓檢測電路5檢測一個上述變頻器20的功率轉(zhuǎn)換器單元3的輸出電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的電路，其中一組電源故障輸出頻率判別電路16，它們中的每一個有一個不同的電源故障專用減速方式，按照上述變頻器的負(fù)載條件分別提供用作選擇。
專利摘要
這種轉(zhuǎn)換器單元的控制電路具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，以便當(dāng)檢測出電源故障時，無論此時運行狀態(tài)如何，都通過把專用于電源故障的減速方式用于轉(zhuǎn)換器單元的功率變換器驅(qū)動電路，使馬達(dá)減速。因此，通過利用從馬達(dá)來的返回功率，能使直流母線電壓近乎保持恒定，且在發(fā)生電源故障時無需附加任何外部電路或機(jī)械制動，就可使馬達(dá)盡可能迅速地停止運行。
文檔編號H02P27/06GK86107452SQ86107452
公開日1987年4月29日 申請日期1986年10月31日
發(fā)明者杉本重幸, 甲藤政之, 長南克彥 申請人:三菱電機(jī)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan