專利名稱：三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三相交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制設(shè)備及方法，尤其涉及控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備，以及在起動(dòng)時(shí)利用切換兩相并在預(yù)定開關(guān)周期內(nèi)使一相保持導(dǎo)通狀態(tài)的兩相調(diào)制方法，目的是當(dāng)電動(dòng)機(jī)受到預(yù)激勵(lì)時(shí)使逆變器中開關(guān)設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的功率損耗最小。
近來，交流(AC)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域中。因此，人們需要了解交流電動(dòng)機(jī)的特性并將其適當(dāng)應(yīng)用于相應(yīng)領(lǐng)域。例如，用于電梯的交流電動(dòng)機(jī)具有以下特性。
由于交流電動(dòng)機(jī)的次生磁通具有關(guān)于定子d軸電流的初始延遲特性，一旦電梯在交流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁之前起動(dòng)，就會(huì)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)造成起動(dòng)沖擊。起動(dòng)沖擊是導(dǎo)致交流電動(dòng)機(jī)故障的主要原因之一，因此，有必要防止出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)沖擊。為此，交流電動(dòng)機(jī)的定子d軸電流必須在電梯起動(dòng)之前流入，從而使交流電動(dòng)機(jī)被激勵(lì)。起動(dòng)后，由此能夠線性控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩，從而防止產(chǎn)生起動(dòng)沖擊。
在此，交流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁時(shí)間越短，即預(yù)激勵(lì)時(shí)間越短，交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)越快。結(jié)果，為了縮短預(yù)激勵(lì)時(shí)間，使遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)電流的電流流過定子d軸。但是，在大量電流流到定子d軸以縮短預(yù)激勵(lì)時(shí)間的情況下，逆變器中開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的熱量卻大大增加。
在這種情況下，如果通過接收用于每一相的電壓指令信號(hào)來控制例如功率晶體管這樣的開關(guān)設(shè)備有效地執(zhí)行開關(guān)操作，開關(guān)設(shè)備就不會(huì)由于過熱而損壞。因此，以下將描述產(chǎn)生用于每一相的電壓指令信號(hào)的方法。
為逆變器提供用于每一相的電壓指令信號(hào)的方法分為通過將正弦波與三角波相比較來提供脈寬調(diào)制的PWM電壓指令信號(hào)的方法，以及提供通過脈沖放大調(diào)制PAM的指令電壓大小而獲得的電壓指令信號(hào)的方法。前述方法為三相調(diào)制方法，其中三相開關(guān)設(shè)備依照預(yù)定開關(guān)頻率即在每個(gè)采樣時(shí)間(三角波周期)內(nèi)執(zhí)行開關(guān)操作。
下面參考附圖描述通過根據(jù)三相調(diào)制方法產(chǎn)生的電壓指令信號(hào)控制開關(guān)設(shè)備來控制交流電動(dòng)機(jī)速度的現(xiàn)有方法。


圖1的方框圖示出了控制現(xiàn)有三相交流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備，包括AC/DC轉(zhuǎn)換器2，用于將三相交流電源1轉(zhuǎn)換為直流電源；電容器C，用于平滑AC/DC轉(zhuǎn)換器2輸出的直流電源；逆變器3，用于將平滑后的直流電源轉(zhuǎn)換為可變交流電源并將其供給交流電動(dòng)機(jī)IM；控制器5，根據(jù)預(yù)定數(shù)據(jù)和程序輸出控制信號(hào)；以及脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生單元4A、4B，分別用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，并根據(jù)控制器5輸出的控制信號(hào)將所述信號(hào)分別提供給AC/DC轉(zhuǎn)換器2和逆變器3。
在此，轉(zhuǎn)換器2包括開關(guān)設(shè)備2-1，逆變器3包括開關(guān)設(shè)備3-1。
下面參考圖2至5來說明控制交流電動(dòng)機(jī)IM速度的現(xiàn)有設(shè)備和方法。
當(dāng)接收三相交流電的AC/DC轉(zhuǎn)換器2根據(jù)PWM信號(hào)發(fā)生單元4A輸出的控制信號(hào)輸出直流電時(shí)，接收直流的逆變器3按照PWM信號(hào)發(fā)生單元4B輸出的控制信號(hào)將可變?nèi)嘟涣麟娸敵龅浇涣麟妱?dòng)機(jī)IM，從而使交流電動(dòng)機(jī)IM轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖2示出了為在交流電動(dòng)機(jī)IM中形成預(yù)定磁通而輸入的電流以及與磁通的關(guān)系。如上所述，為了防止在交流電動(dòng)機(jī)IM中產(chǎn)生起動(dòng)沖擊，必須在交流電動(dòng)機(jī)IM中形成預(yù)定磁通。因此，通過將遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)電流Id的最大電流值Idmax輸入定子d軸，而在延遲時(shí)間TB內(nèi)激勵(lì)出預(yù)定磁通。為了縮短延遲時(shí)間，必須將遠(yuǎn)大于輸入到交流電動(dòng)機(jī)的額定值Id的最大電流值Idmax輸入到交流電動(dòng)機(jī)中。
圖3根據(jù)起動(dòng)時(shí)的角速度θ示出了三相電流指令信號(hào)，分別表示為“IA(θ)＝IO·Sin(θ)”，“IB(θ)＝IO·Sin(θ-2/3π)”，“IC(θ)＝IO·Sin(θ-4/3π)”。這里，IO表示初始電流。
圖4A為在起動(dòng)期間角速度(θ)為0°時(shí)根據(jù)時(shí)間示出的三相電流指令，圖4B示出了與圖4A中所示三相電流指令信號(hào)相對(duì)應(yīng)的三相電壓指令信號(hào)。
如圖4B所示，接收接近‘0’的電壓指令信號(hào)VA、VB、VC的PWM信號(hào)發(fā)生單元4B將電壓指令信號(hào)VA、VB、VC與控制單元5輸出的一個(gè)周期的三角波41相比較，在沖擊波高于電壓VA、VB、VC電平的部分輸出正脈沖信號(hào)，在三角波低于電壓VA、VB、VC電平的部分輸出‘0’信號(hào)，從而產(chǎn)生占空比約50％的PWM信號(hào)。因此，按照PWM信號(hào)發(fā)生單元4B輸出的PWM信號(hào)控制逆變器3的運(yùn)行。
因?qū)﹂_關(guān)設(shè)備3-1進(jìn)行操作，而產(chǎn)生了功率損耗。開關(guān)設(shè)備3-1中的功率損耗分為開關(guān)功率損耗和導(dǎo)通功率損耗。開關(guān)損耗由輸入電流、外加電壓和開關(guān)頻率的大小來確定。導(dǎo)通功率損耗由功率晶體管這樣的功率設(shè)備的集電極和發(fā)射極之間的飽和電壓、輸入電流大小和設(shè)備導(dǎo)通時(shí)間來確定。
圖5A至5C分別示出了功率開關(guān)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗。參照?qǐng)D4B來解釋圖5A所示的PWM信號(hào)。圖5B示出了通過接收PWM信號(hào)來操作的開關(guān)設(shè)備3-1的導(dǎo)通功率損耗51。圖5C示出了在PWM信號(hào)邊沿所產(chǎn)生的開關(guān)功率損耗52、53。
也就是說，根據(jù)三相調(diào)制方法控制交流電動(dòng)機(jī)速度的現(xiàn)有方法將按照三相調(diào)制方法所產(chǎn)生的PWM信號(hào)(例如，圖5A)輸入到交流電動(dòng)機(jī)IM中，從而控制交流電動(dòng)機(jī)IM的轉(zhuǎn)速。
但是，根據(jù)控制交流電動(dòng)機(jī)速度的現(xiàn)有方法，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)電流Id的電流必須在預(yù)激勵(lì)周期內(nèi)流過定子d軸以縮短預(yù)激勵(lì)時(shí)間，因此，逆變器3中流動(dòng)大量電流。結(jié)果，開關(guān)設(shè)備消耗很多功率，由此產(chǎn)生大量熱量。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備，該設(shè)備在交流電動(dòng)機(jī)受到預(yù)激勵(lì)時(shí)能降低開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的功率損耗。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備，該設(shè)備能利用容量和尺寸均小的功率開關(guān)設(shè)備。
本發(fā)明的再一目的是提供一種控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法，該方法在交流電動(dòng)機(jī)受到預(yù)激勵(lì)時(shí)能降低開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的功率損耗。
本發(fā)明的再一目的是提供一種控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法，該方法能采用容量和尺寸均小的功率開關(guān)設(shè)備。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供一種控制三相交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，包括三相交流電源，用于提供三相交流電；轉(zhuǎn)換器，具有用于每一相的開關(guān)設(shè)備，目的是將來自電源的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電；電容器，用于平滑和輸出來自轉(zhuǎn)換器的直流；逆變器，用于將電容器輸出的直流轉(zhuǎn)換為三相交流電并將其提供給電動(dòng)機(jī)，逆變器具有分別對(duì)應(yīng)于三相交流電中每一相的開關(guān)設(shè)備；第一脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，用于將脈寬調(diào)制后的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給轉(zhuǎn)換器中各自的三相開關(guān)設(shè)備；第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，將脈寬調(diào)制后的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給逆變器中每一相的開關(guān)設(shè)備；以及控制器，用于將每一相的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給第一脈寬調(diào)制發(fā)生單元和第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，以及用于將電壓指令信號(hào)輸出到第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元以在開關(guān)周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于一相的一個(gè)開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài)，并且在同一周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于另兩相的其他開關(guān)設(shè)備執(zhí)行開關(guān)操作，目的是預(yù)先激勵(lì)電動(dòng)機(jī)以及在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中使功率損耗達(dá)到最小。
還提供一種控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法，該方法為了防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)由預(yù)激勵(lì)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)沖擊和防止開關(guān)設(shè)備功率損耗，在預(yù)定開關(guān)周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于三相交流電中每一相的開關(guān)設(shè)備中與一相對(duì)應(yīng)的一開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài)，使對(duì)應(yīng)于其他兩相的其他開關(guān)設(shè)備在同一周期內(nèi)執(zhí)行開關(guān)操作。
參照附圖可以更好地理解本發(fā)明，附圖是通過圖示方式給出的，因此不限制本發(fā)明，其中圖1示出了控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)有設(shè)備框圖；圖2示出了定子d軸電流和磁通的響應(yīng)特性；圖3是三相電流的波形圖；圖4A和4B所示為現(xiàn)有技術(shù)中三相電流指令信號(hào)變化和相應(yīng)的三相電壓指令信號(hào)大小的波形圖；圖5A至5C所示為現(xiàn)有逆變器中開關(guān)設(shè)備功率損耗特性的波形圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備的框圖；圖7A和7B所示為根據(jù)本發(fā)明的控制三相交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備及方法的三相電流指令信號(hào)變化和相應(yīng)的三相電壓指令信號(hào)的波形圖；圖8A和8B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法的功率損耗特性比較圖表；以及圖9是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法的功率損耗特性-初始磁場(chǎng)角的比較曲線圖。
下面參照?qǐng)D6來描述本發(fā)明的控制三相交流(AC)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備包括三相交流電源10，用于提供三相(A相，B相，C相)交流電；轉(zhuǎn)換器20，具有用于每一相的開關(guān)設(shè)備20-1，目的是將來自電源1的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電；電容器C，用于平滑和輸出來自轉(zhuǎn)換器20的直流電；逆變器30，包括與三相交流電的每一相相對(duì)應(yīng)的開關(guān)設(shè)備30-1，目的是將電容器C輸出的直流轉(zhuǎn)換為三相交流；第一脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生單元4A，將脈寬調(diào)制后的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給轉(zhuǎn)換器20內(nèi)的三相開關(guān)設(shè)備；第二脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生單元4B，用于將脈寬調(diào)制后的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給逆變器30內(nèi)用于每一相的開關(guān)設(shè)備；控制器50，將用于每一相的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給第一脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生單元4A和第二脈寬調(diào)制PWM信號(hào)發(fā)生單元4B；以及最佳角速度存儲(chǔ)單元60，用于存儲(chǔ)角速度值。標(biāo)號(hào)L1，L2，L3表示線圈。
下面來說明根據(jù)本發(fā)明的控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備的運(yùn)行。
當(dāng)電源10輸出的三相交流電經(jīng)線圈L1，L2，L3輸出到轉(zhuǎn)換器20時(shí)，分別對(duì)應(yīng)于三相交流電的開關(guān)設(shè)備20-1接收三相交流電的每相。在此，開關(guān)設(shè)備20-1按照第一PWM信號(hào)發(fā)生單元4A輸出的二進(jìn)制方波形中的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)將開關(guān)置為ON或OFF狀態(tài)，從而將輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出。
第一PWM信號(hào)發(fā)生單元4A通過將控制器5輸出的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)與每個(gè)參考三角波形相比較而對(duì)它們進(jìn)行脈寬調(diào)制，并以方波形式將它們輸出到轉(zhuǎn)換器20中。在此，來自第一PWM信號(hào)發(fā)生單元4A的輸出信號(hào)起到了控制轉(zhuǎn)換器20中開關(guān)設(shè)備20-1切換的作用。
從轉(zhuǎn)換器20輸出的直流電經(jīng)電容器C平滑并輸出到逆變器30。通過逆變器30中開關(guān)設(shè)備30-1的開關(guān)操作將電容器C輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，并輸出到三相交流電動(dòng)機(jī)。因此，三相交流電動(dòng)機(jī)得以運(yùn)行。
在逆變器30中設(shè)有三個(gè)開關(guān)設(shè)備30-1的目的是產(chǎn)生三相交流電。根據(jù)第二PWM信號(hào)發(fā)生單元4B輸出的脈寬調(diào)制后的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)執(zhí)行開關(guān)操作。第二PWM信號(hào)發(fā)生單元4B通過將來自控制器50輸出的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)與每個(gè)參考三角波進(jìn)行比較來對(duì)它們進(jìn)行脈寬調(diào)制，調(diào)制后的輸出以方波形式提供給對(duì)應(yīng)于逆變器30中每一相的每個(gè)開關(guān)設(shè)備30-1。
為了避免電動(dòng)機(jī)IM出現(xiàn)起動(dòng)沖擊，必須在短時(shí)間內(nèi)在電動(dòng)機(jī)IM內(nèi)激勵(lì)出預(yù)定大小的磁通。因此，必須向電動(dòng)機(jī)IM提供遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)電流的最大電流Idmax。
因此，為了起動(dòng)和預(yù)先激勵(lì)電動(dòng)機(jī)IM以及使功率損耗最小，控制器50向第二PWM信號(hào)發(fā)生單元4B輸出在勵(lì)磁時(shí)間TB的開關(guān)周期內(nèi)為電動(dòng)機(jī)IM提供最大電流Idmax的電流指令信號(hào)。在此，最大電流Idmax提供給逆變器30中的開關(guān)設(shè)備30-1，并且由于開關(guān)操作而產(chǎn)生功率損耗。功率損耗達(dá)到電動(dòng)機(jī)IM輸入功率的約3％，從而使開關(guān)設(shè)備30-1發(fā)熱。因此，有必要通過減小開關(guān)設(shè)備30-1的功率損耗來阻止開關(guān)設(shè)備30-1發(fā)熱。為此，為了在勵(lì)磁時(shí)間TB的開關(guān)周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于一相的一個(gè)開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài)，以及在同一周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于另兩相的其他開關(guān)設(shè)備30-1執(zhí)行開關(guān)操作，控制器50將電壓指令信號(hào)輸出到第二PWM信號(hào)發(fā)生單元4B。
另一方面，開關(guān)設(shè)備30-1的功率損耗被分解為導(dǎo)通功率損耗和開關(guān)功率損耗。尤其是，開關(guān)功率損耗主要受逆變器30的開關(guān)頻率的影響。此外，控制器50輸出的電流指令信號(hào)以角速度θ對(duì)電流值的正弦波形式輸出。逆變器30的開關(guān)頻率受角速度θ影響。
因此，有必要找到能使開關(guān)設(shè)備30-1的開關(guān)損耗最小的角速度θ。如圖9所示，例如通過仿真發(fā)現(xiàn)角速度大約69°時(shí)功率損耗最小，將該值預(yù)先存儲(chǔ)在最佳角速度存儲(chǔ)單元60中。結(jié)果，當(dāng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，控制器50讀出最佳角速度存儲(chǔ)單元60中使功率損耗最小的角速度θ的值，由此輸出電流指令信號(hào)。例如，最佳角速度存儲(chǔ)單元60可以由只讀存儲(chǔ)器ROM構(gòu)成。
下面參照波形圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明所述的控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行以及方法。
圖7A和7B依照時(shí)間示出了控制單元50輸出的三相電流指令信號(hào)IA、IB、IC以及相應(yīng)的三相電壓指令信號(hào)的大小。
圖7A示出了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明從圖3的陰影區(qū)域選出角速度θ(θ在60°和120°之間，最大電流流過A相)時(shí)相應(yīng)的三相指令電流。A相的電流最好為正值，B和C相的電流為接近零(0)的負(fù)值。此外，圖7B示出了與圖7A相對(duì)應(yīng)的三相電壓指令信號(hào)。A相的電流相對(duì)大于B和C相的電流，因此A相的電壓高于B和C相的電壓。B和C相的電壓都接近零(0)。
因此，為了對(duì)與A相對(duì)應(yīng)的開關(guān)設(shè)備30-1實(shí)現(xiàn)電壓控制操作以使其保持在導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)使對(duì)應(yīng)于B和C相的其他開關(guān)設(shè)備30-1執(zhí)行開關(guān)操作，在開關(guān)周期內(nèi)，A相的電壓指令信號(hào)VA必須一直大于三角波61的電壓值。在此，在三相開關(guān)設(shè)備30-1中，流過A相的開關(guān)設(shè)備的電流量最大。因此，通過A相的開關(guān)設(shè)備30-1提供A相的電流在電動(dòng)機(jī)中激勵(lì)出磁通，在A相的開關(guān)設(shè)備30-1中不產(chǎn)生開關(guān)功率損耗。結(jié)果，A相的開關(guān)設(shè)備30-1中產(chǎn)生的熱量?jī)H受導(dǎo)通功率損耗的影響。
另一方面，下面參照?qǐng)D8A和8B，通過將控制三相交流電起動(dòng)的方法與根據(jù)三相調(diào)制方法控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的現(xiàn)有方法相比較來描述開關(guān)設(shè)備30-1的損耗特性。
圖8A和8B示出了逆變器30中開關(guān)設(shè)備30-1的功率損耗特性。圖8A所示為根據(jù)現(xiàn)有方法控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的開關(guān)設(shè)備功率損耗特性，圖8B所示為根據(jù)本發(fā)明的控制交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和方法的開關(guān)設(shè)備的功率損耗特性。
如圖8A所示，根據(jù)現(xiàn)有三相調(diào)制的損耗特性，當(dāng)角速度θ為0°時(shí)，在勵(lì)磁期間產(chǎn)生的損耗為圖7A所示的開關(guān)功率損耗52、53和導(dǎo)通功率損耗51。因此，一相(例如，A相)的開關(guān)設(shè)備總損耗量為‘51+52+53’。同樣，在B和C相的開關(guān)設(shè)備中產(chǎn)生的損耗與A相的開關(guān)設(shè)備損耗一樣多。開關(guān)設(shè)備30-1的功率損耗通常達(dá)到約3％；1％為導(dǎo)通功率損耗，2％為開關(guān)功率損耗。這樣，開關(guān)功率損耗量為導(dǎo)通功率損耗量的兩倍。開關(guān)頻率越高，例如約10KHz，開關(guān)功率損耗越多。
另一方面，如圖8B所示，在本發(fā)明控制交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備和方法的損耗特性方面，開關(guān)功率損耗PSW不是由最大電流流過的A相產(chǎn)生的。而是電流增加到最大值時(shí)的導(dǎo)通功率損耗(PON，72)大于現(xiàn)有開關(guān)設(shè)備電導(dǎo)通的導(dǎo)通功率損耗(PON，71)，且導(dǎo)通時(shí)間T增加。因此，總的導(dǎo)通功率損耗量為71與72之和。
因此，現(xiàn)有三相調(diào)制的總功率損耗量為“51+52+53”，而本發(fā)明的總功率損耗量為“71(現(xiàn)有導(dǎo)通功率損耗(51))+72(本發(fā)明所增加的導(dǎo)通功率損耗)”。
另一方面，當(dāng)“開關(guān)功率損耗(52或53)”等于“導(dǎo)通功率損耗(51×2)”時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中的總功率損耗量變?yōu)椤?1+(2×51)+(2×51)＝5×51”。相反，本發(fā)明的總功率損耗量變?yōu)椤?1+72＝51+51＝2×51”。本發(fā)明的功率損耗小于現(xiàn)有技術(shù)中功率損耗的一半。結(jié)果，顯著減少了開關(guān)設(shè)備30-1中產(chǎn)生的熱量。
圖9示出了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)以及本發(fā)明的控制交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備和方法的功率損耗特性-角速度曲線。例如，所示為在選擇使A相電流最大的角速度(60＜θ＜90°)作為起動(dòng)角速度時(shí)的開關(guān)設(shè)備的功率損耗特性。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如功率損耗曲線81所示，功率損耗在“θ＝60°”處最小，此時(shí)A相電流最小。但是，根據(jù)本發(fā)明，如功率損耗曲線82所示，由于開關(guān)設(shè)備的性能和開關(guān)頻率，功率損耗的最小點(diǎn)約為70°。
因此，根據(jù)本發(fā)明的控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備及方法，通過仿真預(yù)先找出使開關(guān)設(shè)備30-1的功率損耗達(dá)到最低的點(diǎn)，并將與最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角速度值存儲(chǔ)在最佳角速度存儲(chǔ)單元60中。因此，當(dāng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，利用最佳角速度值產(chǎn)生電流指令信號(hào)，通過輸出電流指令信號(hào)預(yù)先激勵(lì)電動(dòng)機(jī)，從而有效降低開關(guān)設(shè)備的功率損耗。
由于本發(fā)明是在不違背本發(fā)明主題和實(shí)質(zhì)特征的情況下以幾種不同形式舉例說明，因此應(yīng)當(dāng)理解的是，除非特別指出，否則上述實(shí)施例不受限于前面所述的任何具體情況，其主題和范圍在權(quán)利要求中概括限定，因此，落在權(quán)利要求范圍內(nèi)的或等同于權(quán)利要求范圍的所有變化和修改都包括在權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備，包括三相交流電源，用于提供三相交流電；轉(zhuǎn)換器，包括用于每一相的開關(guān)設(shè)備，用于將來自電源的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電；電容器，用于平滑來自轉(zhuǎn)換器的直流電；逆變器，包括對(duì)應(yīng)于每一相的開關(guān)設(shè)備，用于接收來自電容器的平滑后的直流并將其轉(zhuǎn)換為三相交流電；第一脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，用于對(duì)電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制并輸出到轉(zhuǎn)換器中各自的三相開關(guān)設(shè)備；第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，用于對(duì)電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制并輸出到逆變器中的開關(guān)設(shè)備；以及控制器，用于將每一相的電流指令信號(hào)和電壓指令信號(hào)提供給第一脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元和第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，以及用于將電壓指令信號(hào)輸出到第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元，以便在開關(guān)周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于一相的一個(gè)開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài)，以及在同一周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于另兩相的其他開關(guān)設(shè)備執(zhí)行開關(guān)操作，為的是預(yù)先激勵(lì)電動(dòng)機(jī)以及在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中使功率損耗達(dá)到最小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中輸出到第二脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元的電流指令信號(hào)為關(guān)于角速度的正弦波形，還包括一存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)使逆變器中開關(guān)設(shè)備功率損耗最小的角速度值和將存儲(chǔ)的角速度值輸出到控制單元。
3.一種通過具有開關(guān)設(shè)備的逆變器來控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的方法，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)于三相中的每一相，包括在預(yù)定開關(guān)周期內(nèi)，在對(duì)應(yīng)于三相交流電中每一相的開關(guān)設(shè)備中使對(duì)應(yīng)于一相的一個(gè)開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài)，在同一周期內(nèi)使對(duì)應(yīng)于另兩相的其他開關(guān)設(shè)備執(zhí)行開關(guān)操作，以防止電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)預(yù)先激勵(lì)所引起的起動(dòng)沖擊和開關(guān)設(shè)備的功率損耗。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備,以及當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)受到預(yù)激勵(lì)時(shí)使逆變器中功率開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的功率損耗達(dá)到最小的方法。在預(yù)定開關(guān)周期內(nèi),控制三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的設(shè)備使一相的開關(guān)設(shè)備保持導(dǎo)通狀態(tài),使其他兩相的其他開關(guān)設(shè)備執(zhí)行開關(guān)操作,從而使開關(guān)設(shè)備中產(chǎn)生的功率損耗達(dá)到最小。此外,預(yù)先找出使功率損耗最小的電壓指令信號(hào)的角速度并存儲(chǔ)在預(yù)定存儲(chǔ)單元中。
文檔編號(hào)H02P1/26GK1247409SQ9911979
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月3日
發(fā)明者金翰鐘 申請(qǐng)人:Lg產(chǎn)電株式會(huì)社