具有外部電感的工業驅動器的製作方法

2023-07-11 17:07:41

專利名稱：具有外部電感的工業驅動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工業驅動器。具體地，涉及一種諸如交流電機驅動器的具有外部電感的工業驅動器，所述外部電感附帶有通信模塊，該工業驅動器，通過綜合設計考慮，能夠在某些功率應用需求上最大程度地優化用戶的支出成本。
背景技術：
隨著電氣自動化的發展，工業驅動器已經成為一種廣泛應用於電機調速的控制器。
例如，傳統的用於交流電機的驅動器一般包括由功率二極體或者晶閘管組成的整流器部分、濾波器部分以及逆變器部分。其中整流器部分接收交流電輸入，並對交流電輸入進行全橋或半橋的整流。濾波器部分對整流器部分輸出的DC電壓進行濾波。逆變器部分將濾波器輸出的DC電壓進行逆變得到適合於電機的輸出電壓、頻率的功率輸出信號。用戶對驅動器的額定功率要求可能各種各樣，市場常規的驅動器產品的根據額定功率的不同，分為不同大小的尺寸。因此，如果能夠在較小尺寸的工業驅動器上面進行簡單的設計，以在不增加太多的支出成本的基礎上擴大產品的應用功率，則能夠極大地優化用戶的支出成本。

發明內容
針對該應用背景，本發明的目的就是通過為驅動器提供外部的電感，並且在驅動器尺寸不改變前提下，適當的做一些設計修改，實現驅動器應用功率的擴展，能極大地優化用戶的支出成本。根據本發明，提供一種工業驅動器，包括整流器部分，接收交流電輸入，並對交流電輸入進行整流；濾波器部分，對整流器部分輸出的DC電壓進行濾波；以及逆變器部分，將濾波器部分輸出的DC電壓進行逆變得到用於驅動的輸出電壓，其特徵在於，所述工業驅動器還包括電感，用於抑制工業驅動器的電流諧波，減小輸入和母線電流有效值，改善電路的功率因數；包含電感參數信息的第一通信模塊；以及與第一通信模塊進行通信的第二通信模塊。其中電感和第一通信模塊位於第一空間，工業驅動器的其他部分位於第二空間，第一空間和第二空間物理上分開。其中電感串聯在整流器部分和濾波器部分之間，電感是直流電感。其中，電感串聯在交流電輸入和整流器部分之間，電感則是交流電感。其中，所述工業驅動器通過第一通信模塊與第二通信模塊之間的通信來識別電感的參數信息，其中當從第一通信模塊獲得正確的電感參數時，所述工業驅動器將啟動並可以工作。當從第一通信模塊獲得不正確的電感參數時，所述工業驅動器將被禁止工作。其中，濾波器部分由高壓大容量的電容器進行串並聯來形成。其中逆變器部分包括諸如IGBT、MOSFET的功率電晶體以及相應的控制、以及驅動和保護電路，
其中整流器部分通過由功率二極體或者晶閘管組成的全橋或半橋整流電路來實現。根據本發明的具有外部電感的工業驅動器可以在不改變產品尺寸，不增加太多額外成本的基礎上，擴展驅動器的應用功率。這樣當用戶選用根據本發明的驅動器產品，可以使其產品支出成本得到優化，遠遠低於購買相同應用功率的常規驅動器的支出成本。


通過下面結合附圖對示例實施例的詳細描述，將更好地理解本發明。應當清楚地理解，所描述的示例實施例僅僅是作為說明和示例，而本發明不限於此。本發明的精神和範圍由所附權利要求書的具體內容限定。下面描述附圖的簡要說明，其中圖I是根據本發明第一實施例的用於交流電機的帶有外部直流電感的驅動器的原理示意圖。圖2是根據本發明第二實施例的用於交流電機的帶有外部交流電感的驅動器的原理示意圖。
具體實施例方式現在參照附圖詳細介紹本發明的示例實施例。對於驅動器而言，功率元器件(包括整流部分，輸入輸出端子，印刷電路板的走線等)的選取主要取決於交流電輸入電壓和輸入電流的有效值，而很多時候這種限制可能直接帶來了產品尺寸的增加。因此如果能夠減小輸入電流有效值並改善電路的功率因數，則常規驅動器在尺寸不變的前提下額定功率能夠在一定程度上得到擴展。在驅動器的整流器部分和交流電輸入之間選用交流電感或者在整流器和濾波器之間選用直流電感可以減小輸入電流諧波，減小輸入和母線電流有效值，並改善電路的功率因數。本發明正是基於這一思路的。圖I是根據本發明第一實施例的用於交流電機的帶有外部直流電感的驅動器的原理示意圖。參見圖1，根據本發明的驅動器I包括由功率二極體或者晶閘管組成的整流器部分2、濾波器部分3以及逆變器部分4。其中整流器部分2接收交流電輸入，並對交流電輸入進行全橋或半橋整流，圖I所示為全橋整流。濾波器部分3對整流器部分2輸出的DC電壓進行濾波，濾波器部分3通常由高壓大容量的電容器進行串並聯來形成。逆變器部分4將濾波器部分3輸出的DC電壓進行逆變得到適合於電機的輸出電壓、頻率的功率輸出信號，逆變器部分4通常包括諸如IGBT、MOSFET的功率電晶體以及相應的控制、以及驅動和保護電路。除此之外，根據本發明的驅動器I在整流器部分2和濾波器部分3之間串聯有DC電感5，用於減小輸入電流諧波，從而減小輸入和母線電流有效值，改善電路的功率因數。由於交流電頻率是50-60HZ，所以電感的體積一般比較大，如果將電感放入產品內部，會增加產品的尺寸；或者需要考慮大體積電感對產品震動測試的影響，需要增加很多額外的產品部件，更進一步的增加了產品尺寸和成本。因而將電感放在常規驅動器的外部，這樣可以對常規驅動器不做過多的修改，簡化了本發明的實現。
根據本發明的具有上述DC電感的驅動器與傳統的驅動器相比，在選用元件參數相同或者類似、以及產品尺寸不變的情況下可以在一定程度上提高驅動器的額定功率，滿足用戶的更多應用需求，優化用戶的應用成本。
此外，在驅動器的外部扼流圈上可以附加一個通信模塊61，通信模塊61可以與驅動器內部的通信模塊62進行通信。在通信模塊61的存儲器中包含有電感5的參數，驅動器I通過通信模塊61、62之間的通信來識別電感的參數信息。當從通信模塊61獲得正確的電感參數時，驅動器I將啟動並可以工作。當從通信模塊61獲得不正確的電感參數時，驅動器I將被禁止工作。圖2是根據本發明第二實施例的用於交流電機的帶有外部交流電感的驅動器的原理示意圖。參見圖2，根據本發明的驅動器I包括由功率二極體晶閘管組成的整流器部分2、濾波器部分3以及逆變器部分4。其中整流器部分2接收交流電輸入，並對交流電輸入進行全橋的整流。濾波器部分3對整流器部分2輸出的DC電壓進行濾波，濾波器部分3通常由高壓大容量的電容器進行串並聯來形成。逆變器部分4將濾波器部分3輸出的DC電壓進行逆變得到適合於電機的輸出電壓、頻率的功率輸出信號，逆變器部分4通常包括諸如IGBT、MOSFET的功率電晶體以及相應的控制、以及驅動和保護電路。除此之外，根據本發明的驅動器I在每相交流電輸入和整流器部分2之間串聯有AC電感5，用於減小交流輸入電流諧波，從而減小輸入和母線電流有效值,改善電路的功率因數。由於交流電頻率是50-60HZ，所以電感的體積一般比較大，如果將電感放入產品內部，會增加產品的尺寸；或者需要考慮大體積電感對產品震動測試的影響，需要增加很多額外的產品部件，更進一步的增加了產品尺寸和成本。因而將電感放在常規驅動器的外部，這樣可以對常規驅動器不做過多的修改，簡化了本發明的實現。根據本發明的具有上述AC電感的驅動器與傳統的驅動器相比，在選用元件參數相同或者類似、以及產品尺寸不變的情況下可以在一定程度上提高驅動器的額定功率，滿足用戶的更多應用需求，優化用戶的應用成本。此外，在驅動器的外部電感上可以附加一個通信模塊61，通信模塊61可以與驅動器內部的通信模塊62進行通信。在通信模塊61的存儲器中存有電感5的參數，驅動器I通過通信模塊61、62之間的通信來識別電感的參數信息。當從通信模塊61獲得正確的電感參數時，驅動器I將啟動並可以工作。當從通信模塊61獲得不正確的電感參數時，驅動器I將被禁止工作。在交流電機驅動器的輸入部分中使用本發明的外部的帶通信模塊的AC或DC電感，使得例如額定功率為18. 5kW的電機驅動器能夠擴展到較高功率要求的(例如22kW)應用中，這可稱為「增加額定應用」。為了實現該「增加額定應用」方案，必須考慮下面的特殊設計(I)考慮「增加額定應用」的要求來設計，例如考慮「增加額定應用」的驅動器PCB板的功率導線寬度、輸入/輸出功率電纜的規格、功率端子的參數、預充電繼電器、功率總線上的電容器參數、電流傳感器參數、功率開關及散熱片選擇等等；(2)實現並確保AC或DC電感與驅動器之間的通信以避免在「增加額定應用」中使用無外部電感驅動器時對驅動器的損傷。雖然已經圖示和描述了所考慮的本發明的示例實施例，但是本領域技術人員可以理解，隨著技術 的進步，可以作出各種變更和修改並可以用等價物替換其元素而不背離本發明的真實範圍。
權利要求
1.一種工業驅動器(1)，包括 整流器部分(2)，接收交流電壓輸入，並對交流電壓輸入進行整流； 濾波器部分(3)，對整流器部分(2)輸出的DC電壓進行濾波；以及 逆變器部分(4)，將濾波器部分(2)輸出的DC電壓進行逆變得到用於電機驅動的輸出電壓， 其特徵在於，所述工業驅動器(I)還包括電感(5)，用於抑制工業驅動器(I)的電流諧波，減小輸入和母線電流有效值，改善電路的功率因數；包含電感(5)參數信息的第一通信模塊￠1);以及與第一通信模塊￠1)進行通信的第二通信模塊(62)， 其中電感(5)和第一通信模塊(61)位於第一空間,工業驅動器(I)的其他部分位於第二空間，第一空間和第二空間物理上分開。
2.如權利要求I所述的工業驅動器(I)，其中電感(5)串聯在整流器部分(2)和濾波器部分⑶之間，電感(5)是直流電感。
3.如權利要求I所述的工業驅動器(I)，其中，電感(5)串聯在交流電輸入和整流器部分⑵之間，該電感(5)是交流電感。
4.如權利要求I所述的工業驅動器(I)，其中，所述工業驅動器(I)通過第一通信模塊(61)與第二通信模塊(62)之間的通信來識別電感(5)的參數信息，其中 當從第一通信模塊￠1)獲得正確的、相匹配的電感參數時，所述工業驅動器(I)將啟動並可以工作。當從第一通信模塊￠1)獲得不正確的電感參數時，所述工業驅動器(I)將被禁止工作。
5.如權利要求1-4之一所述的工業驅動器(I)，其中，濾波器部分(3)由高壓大容量的電容器進行串並聯來形成。
6.如權利要求1-4之一所述的工業驅動器(I)，其中逆變器部分(4)包括諸如IGBT、MOSFET的功率電晶體以及相應的控制、以及驅動和保護電路。
7.如權利要求1-4之一所述的工業驅動器(I)，其中整流器部分(2)通過由功率二極體或者晶閘管組成的全橋或半橋整流電路來實現。
全文摘要
本發明提供一種工業驅動器(1)，包括整流器部分(2)，接收交流電輸入，並對交流電輸入進行整流；濾波器部分(3)，對整流器部分(2)輸出的DC電壓進行濾波；以及逆變器部分(4)，將濾波器部分(2)輸出的DC電壓進行逆變得到用於電機驅動的輸出電壓，其特徵在於，所述工業驅動器(1)還包括電感(5)，用於抑制工業驅動器(1)的電流諧波，減小輸入和母線電流有效值，改善電路的功率因數；包含電感(5)參數信息的第一通信模塊(61)；以及與第一通信模塊(61)進行通信的第二通信模塊(62)。其中電感(5)和第一通信模塊(61)位於第一空間，工業驅動器(1)的其他部分位於第二空間，第一空間和第二空間物理上分開。
文檔編號H02P27/06GK102655389SQ201110049798
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月2日 優先權日2011年3月2日
發明者李欣, 陳奉國 申請人:施耐德東芝換流器歐洲公司