用於交流電動機的h橋逆變器的製作方法
2023-04-28 07:17:46 2
專利名稱：用於交流電動機的h橋逆變器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交流電動機的驅動控制，該電動機用作工業大功 率設備例如泵、風扇、壓縮機、攪拌器以及傳送器的驅動電源並且需
要高電壓的電源。
特別地，本發明涉及一種高電壓逆變器，其具有2千伏(KV)至 5KV的輸出電壓，而且尤其涉及一種高電壓逆變器，其能夠通過將多 個低電壓逆變器(例如，具有200V或400V輸出電壓的逆變器)的三 相中的每相串聯連接來獲得高輸出電壓。
更特別地，本發明涉及一種逆變器系統，其能夠由單元控制器和 主控制器來分布控制，其中該單元控制器用於每個功率單元的單個控 制並且主控制器用於控制這些單元控制器。
更特別地，本發明涉及一種高電壓逆變器系統，其中輸出電壓不 受每個功率單元輸入電壓變化的影響。
更特別地，本發明涉及一種高電壓逆變器系統，其中單元控制器 能夠不依靠主控制器就可以防止輸出電壓受到每個功率單元的輸入電 壓變化的影響。
更特別地，本發明涉及一種高電壓逆變器系統，其使用用於在主 控制器和多個單元控制器之間進行通信的串行通信，尤其特別的是使 用控制器區域網絡(CAN)通信。
背景技術：
H橋逆變器系統是一種高電壓逆變器系統，其包括每個功率單元 的單個電源，以向每個功率單元供應直流電源。
變壓器用於單個電源。整流器和電容器用於將由變壓器所提供的 交流電流轉換為直流電流並因此將直流電流提供給功率單元的半導體 開關。可以從電容器的兩端檢測由整流器所整流的並且由電容器所平 滑的電壓，同時作為功率單元的輸入電壓。該電壓就是現有技術中所
謂的DC鏈電壓。
但是，每個功率單元的DC鏈電壓可能由於變壓器的輸入交流電 源、亦即商業交流電源的電壓變化而變化。這不允許逆變器輸出交流 電動機所需的輸出電壓。
進而，若干用於功率單元的DC鏈電壓可能由於變壓器的百分比 阻抗電壓降、亦即變壓器的次級輸出電壓誤差或者電容器的單個電容 差異而不同於其他的用於功率單元的DC鏈電壓。因此，在逆變器每相 的輸出電壓之間會發生不平衡。這會在再生期間引起特定相的半導體 開關的過電壓，由此會燒掉相應的半導體開關。
為了解決上述問題，功率單元可以連接到電路斷路器，以便該電 路斷路器在過電壓出現的時候可以被脫扣以保護功率單元。
然而，問題還是會發生，原因是如果與一相的功率單元連接的電 路斷路器被脫扣，則施加到其它相的功率單元上的電壓增加，並且諸 如電動機之類的負載裝置的操作可能會隨著逆變器的操作停止而停止。
發明內容
因此，本發明的目的是提供用於交流電動機的H橋逆變器，其中 功率單元的輸出電壓和逆變器的最後輸出電壓甚至不受用於多個功率
單元的DC鏈電壓的集中變化或單個變化的影響。
本發明的另--個目的是提供用於交流電動機的H橋逆變器，其中 多個單元控制器而不是主控制器能夠控制各個功率單元以便不受功率 單元輸出電壓的影響，從而降低主控制器的計算負荷和通信負荷。
為了獲得這些和其它優點並且與本發明的目的相對應，正如這裡 所具體呈現並且概括描述的那樣，提供一種用於交流電動機的H橋逆
變器，其包括多個每三相串聯連接的功率單元，其每一個具有半導 體開關、整流電路和平滑電容器，半導體開關能夠切換控制，整流電 路和平滑電容器用於將DC鏈電壓作為輸入電壓提供給半導體開關；相 移變壓器，其具有初級線圈和多個次級線圈，次級線圈連接到每個功 率單元以供應單個三相交流電源；主控制器，用於根據預定速度指令
提供輸出頻率指令信號，該輸出頻率指令信號代表逆變器的輸出頻率； 多個單元控制器，其與主控制器可通信地連接並且每一個對應於功率 單元中的每-個提供，用於根據來自主控制器的輸出頻率指令信號與 交流電動機的預定額定頻率相比較來確定每個功率單元的輸入電壓與 輸出電壓的比率作為指令頻率的比率，用於根據交流電動機的額定電 壓來產生參考電壓，用於根據關於參考電壓和檢測的DC鏈電壓之間的 差的輸入電壓與輸出電壓的比率來計算補償電壓，用於將所計算出的 補償電壓補償到參考電壓，並且用於產生具有根據補償的參考電壓所 確定的脈衝寬度的脈寬調製信號以控制功率單元中的半導體開關的切
換；以及連接在主控制器和單元控制器之間的網絡，用於在主控制器 和單元控制器之間提供通信路徑。
結合附圖，本發明的前述和其它目的、特徵、方面以及優點將會 從本發明以下詳細的描述中更加顯而易見。
所包含的用以進一步理解本發明並且包含在內作為本說明書一部
分的附圖闡明了本發明的實施例並且與該描述一起用於解釋本發明的原理。
在附圖中
圖1是示出了根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變器的整個 結構的方框圖2是示出了根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變器中的主 控制器和單元控制器之間的通信的方框圖3是示出了根據本發明一個實施例的用於交流電動機的H橋逆
變器的單元控制器的詳細結構的方框圖4是示出了根據本發明另-個實施例的用於交流電動機的H橋
逆變器的單元控制器的詳細結構的方框圖5是示出了用於調製根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變 器的單元控制器中包括的脈寬調製信號發生器的脈衝寬度的方法的波 形圖6是示出了根據本發明一個實施例的用於交流電動機的H橋逆
變器的單元控制器的操作的流程圖；以及
圖7是示出了根據本發明另一個實施例的用於交流電動機的H橋
逆變器的單元控制器的操作的流程圖。
具體實施例方式
現在詳細參考本發明的優選實施例，其示例在附圖中示出。
圖1示出了根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變器的整個結 構的方框圖。
如圖l所示，根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變器包括相 移變壓器71。
相移變壓器71包括初級線圈71A和多個次級線圈71Bl 71Bn。
初級線圈71A由接收三相AC電源例如AC220V和頻率60Hz的三相 三角形線圈形成。次級線圈71Bl 71Bn例如將初級線圈71A的 AC220V的電壓轉換成24V並且將24V提供給功率單元Ul Un、V1 Vn、 Wl Wn中的每--個，而且由三角形線圈形成。TAB是位於初級 線圈71A和次級線圈71Bl 71Bn之間的中心抽頭。
U相功率單元Ul Un、 V相功率單元Vl Vn以及W相功率單 元Wl Wn每相串聯連接，以便將每相串聯連接的功率單元的輸出電 壓總和提供給交流電動機73作為每個對應相U、 V和W的輸出電壓。 如上所述，交流電動機73用作工業大功率設備例如泵、風扇、壓縮機、 攪拌器以及傳送器的驅動電源，並且需要2KV到5KV的高壓電源。
如圖l的虛線框所示，示出了 W相第n個功率單元Wn的放大內 部結構來作為功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn的例子，根據本 發明的每個功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn包括整流電路CON 和電容器C，其中整流電路CON將次級線圈71Bl 71Bn之中的三相 交流電流中的任何一個整流為直流電流，電容器C使得由整流電路 CON所整流的直流電流平滑並且將平滑的直流電流提供給半導體開關 SW。穿過電容器C的電壓是提供給功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn的電壓，詳細地說是提供給功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn 中的半導體幵關SW的輸入電壓。在下文中，將該電壓稱為DC鏈電壓。
例如，半導體開關SW例如是指絕緣柵雙極電晶體(IGBT)或者 矽控整流器(SCR)，其能夠通過柵極驅動信號、亦即本發明的逆變器 中的脈寬調製信號發生器的輸出信號來開啟或關閉。
每個功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn是低壓逆變器，用於 通過將輸入電壓、亦即電容器C的DC鏈電壓轉換為交流電壓來驅動 交流電動機73。
為了控制每個功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn，單元控制 器UlCCl UnCCn、 VlCCl VnCCn、 WlCCl WnCCn的數目對應 於功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn的數目，並且單元控制器分 別連接到功率單元Ul Un、 Vl Vn、 Wl Wn。
主控制器72控制所有單元控制器UlCCl UnCCn、 V1CC1 VnCCn、 WlCCl WnCCn，並且根據預定速度指令提供輸出頻率指令 信號，其中輸出頻率指令信號代表逆變器、亦即功率單元Ul Un、V1
Vn、 Wl Wn的輸出頻率。預定速度指令是指諸如程序裝入程序之類 的程序輸入裝置所輸入的程序設置的、諸如只讀存儲器(ROM)之類 的程序存儲裝置中存儲的速度指令數據，所述程序輸入裝置能夠通過 數據傳輸線連接到主控制器72。
主控制器72可以具有控制功能，例如在瞬時功率故障之後的重 啟、電動機速度搜索、緊急制動、自動節能、自診斷以及自調整。但 是，由於主控制器72的這些控制功能與本發明無關，因此省略對它們 的詳細描述。
主控制器72通過通信網絡N與單元控制器UlCCl UnCCn、 VlCCl VnCCn、 WlCCl WnCCn連接以便能夠進行相互通信。從主 控制器72傳遞到單元控制器UlCCl UnCCn、 VlCCl VnCCn、 WlCCl WnCCn的數據可以包括信息例如輸出電壓指令、同步信號、 電動機過熱、變壓器過熱、風扇錯誤以及輸出相缺失。從單元控制器 UlCCl UnCCn、 VlCCl VnCCn、 WlCCl WnCCn傳遞到主控制器 72的數據可以包括信息，例如過電壓、短路電壓、過電流、半導體開 關的臂短路、接地漏電、功率單元的相缺失。由於這些數據與本發明 無關，所以省略對它們的詳細描述。
如圖2所示，主控制器72和單元控制器UlCCl UnCCn、VlCC1 VnCCn、 WlCCl WnCCn之間的通信通過通信網絡N來實現。優選 地，通信網絡N的例子包括具有快速數據傳輸速度和良好噪音隔聲性 能的光纖電纜。
進而，主控制器72和單元控制器UlCCl UnCCn、 V1CC1 VnCCn、 WlCCl WnCCn之間的通信網絡使用在快速數據傳輸和噪音 隔聲方面具有卓越特性的控制器區域網絡(CAN)。
參考圖2，在主控制器72中所示的CAN模塊表示使主控制器72 中的CAN通信成為可能的結構。同樣，在圖2中，延伸到主控制器72 的通信網絡N包括光纖上的用絕緣材料塗覆的光連接器。除了上述結 構以外，CAN驅動器可以分離地連接到主控制器72和單元控制器 UlCCl UnCCn、 VlCCl VnCCn、 WlCCl WnCCn的外部以便能夠 通過通信網絡N在CAN驅動器之間通信。
與此同時，示出根據本發明的用於交流電動機的H橋逆變器的單 元控制器的詳細結構的方框圖將會參考圖3來描述。
由於根據本發明的單元控制器相互之間的結構相同，因此參考圖 3詳細描述串聯連接的U相單元控制器UlCCl UnCCn中的第一單元 控制器U1CC1。
與交流電動機73的預定的額定頻率相比，根據主控制器72 (參 見圖1)的輸出頻率指令信號，單元控制器U1CC1將功率單元U1 (參 見圖1)的輸出電壓與輸入電壓的比率確定為指令頻率比率。換句話說， 如果該交流電動機的額定頻率為60Hz並且根據輸出頻率指令信號的指 令頻率為30Hz，則單元控制器UlCCl將輸出電壓與輸入電壓的比率確 定為50%。
單元控制器U1CC1根據交流電動機73的額定電壓來產生參考電 壓。例如，如果交流電動機的額定電壓為200V，則單元控制器U1CC1
根據200V的10%計算出20V來作為參考電壓值並且將該計算出的值 存儲在其內。在這種情況下，預定並且存儲了 10%的比率。
關亍參考電壓和檢測的DC鏈電壓之間的差，根據輸出電壓與輸 入電壓的比率，單元控制器U1CC1計算補償電壓，並且補償計算的關 於參考電壓的補償電壓。例如，由於參考電壓為20V，所以若所檢測 到的DC鏈電壓為18 V，則電壓差為18V-20V=-2V，並且通過將輸入 電壓與輸出電壓的比率50%乘以電壓差-2V所得到的補償電壓為-IV。 單元控制器U1CC1將通過將-lV加到參考電壓20V而得到的19V確定 為新的參考電壓，其中輸入電壓的變化被補償了。換句話說，如果功 率單元的輸入電壓、亦即DC鏈電壓降低，則參考電壓降低，反之亦然。 儘管如下所述，參考電壓的升高會降低用於驅動功率單元的半導體開 關SW的脈寬調製信號的脈衝寬度，以便降低半導體開關的開啟時間， 藉此從功率單元提供到交流電動機的電壓會降低。另一方面，參考電 壓的降低增加了用於驅動功率單元的半導體開關SW的脈寬調製信號 的脈衝寬度，以便增加半導體開關的開啟時間，藉此從功率單元提供 到交流電動機的電壓會增加。
進而，單元控制器U1CC1產生具有根據補償參考電壓所確定的脈 衝寬度的脈寬調製信號以控制在功率單元U1中的半導體開關SW的切 換。換句話說，單元控制器U1CC1使用提供給半導體開關SW的柵極 的脈衝信號的脈寬來確定在功率單元U1中的半導體開關sw的開啟時 間。如圖5所示，通過在兩個虛線之間的時間間隔、亦即大於或等於 100V參考電壓的具有200V峰值的三角形載波的時間間隔，來確定脈 衝寬度。具有高電平矩形輸出波形的輸出信號在該時間間隔中從單元 控制器U1CC1輸出到在功率單元Ul中的半導體開關SW的柵極。不 像圖5所示的例子那樣，如果補償參考電壓是19V，則三角形載波的 峰值可以是20V。參考電壓的電壓被事先計算出來作為這樣的電壓值， 其具有根據連接到逆變器的交流電動機的額定電壓值所預先確定的比 率，同時是常規DC鏈電壓，亦即通過圖1的電容器C的常規充電電
壓所預先確定的值。因此，參考電壓值沒有變化，除非電容器C與另 --個具有不同電容值的電容器替換並且交流電動機的額定電壓值發生
變化。同樣，三角形載波的峰值電壓被預定為比參考電壓大的預定值 的電壓，並且事先選擇生成具有相應峰值電壓的三角形載波信號的三 角形載波產生電路。因此，三角形載波電路的峰值電壓沒有變化，除 非該三角形載波產生電路與另 一個替換。
在圖5中，為了方便描述，示意性地將三角形載波的峰值電壓和
參考電壓分別設定為200V和100V，而不是20V和19V。因此，這與
電壓值無關。
在大於或等於19V的參考電壓的三角形載波的時間間隔中，具有 高電平矩形輸出波形的輸出信號能夠從單元控制器U1CC1輸出到在功 率單元U1中的半導體開關SW的柵極。
以下描述根據圖3的單元控制器U1CC1的詳細結構和單元控制器 U1CC1的操作。
單元控制器U1CC1包括輸出電壓比率計算單元81。根據對應於 例如60Hz的交流電動機73的預定額定頻率的50%的例如30Hz的比率 的來自主控制器72的輸出頻率指令信號，輸出電壓比率計算單元81 計算指令頻率比率，並且確定關於DC鏈電壓的功率單元U1的輸出電 壓的比率為計算比率，即50%。
單元控制器U1CC1包括參考電壓發生器82。參考電壓發生器82 根據交流電動機的預定額定電壓產生參考電壓。假設用戶事先輸入 200V的額定電壓，參考電壓發生器82對應200V的10%計算出20V 並且將所計算出的值存儲在內部。在這種情況下，由逆變器的製造者 來預定10%的比率並且通過輸入裝置例如程序裝入程序事先將其存儲 在程序中。200610143507.8
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單元控制器U1CC1包括電壓差計算單元83。電壓差計算單元83 計算出在所檢測出的DC鏈電壓和從參考電壓發生器中所提供的參考 電壓之間的電壓差。例如，由於參考電壓是20V，所以若所檢測的DC 鏈電壓是18V，則電壓差是18V-20V = -2V。電壓差計算單元83提供 電壓差-2V作為結果值。
單元控制器U1CC1包括補償電壓計算單元84。補償電壓計算單 元84通過由輸出電壓比率計算單元81所提供的功率單元輸出電壓與 DC鏈電壓的比率即50%乘以電壓差計算單元83所提供的電壓差-2V 來得到補償電壓-lV。
單元控制器U1CC1包括脈寬調製信號發生器86。為了控制功率 單元Ul的半導體開關的切換，脈寬調製信號發生器86產生脈寬調製 信號，其具有根據通過將-lV的補償電壓補償到參考電壓發生器82的 20V的參考電壓所獲得的19V電壓所確定的脈衝寬度。
詳細地說，脈寬調製信號發生器86使用向半導體開關SW的柵極 供應的脈衝信號的脈衝寬度來確定功率單元U1中的半導體開關SW的 開啟時間。圖5所示的脈衝寬度由在兩個虛線之間的時間間隔即一個 具有大於或等於100V參考電壓的峰值電壓的三角形載波的時間間隔 所確定。在該時間間隔中，具有高電平的矩形輸出波形的輸出信號從 單元控制器U1CC1輸出到功率單元Ul中的半導體開關SW的柵極。 不像圖5所示的例子，若補償參考電壓為19V，則三角形載波的峰值 電壓可以是20V。在大於等於19V參考電壓的三角形載波的時間間隔 中，具有高電平的矩形輸出波形的輸出信號能夠從單元控制器U1CC1 輸出到功率單元U1中的半導體開關SW的柵極。
因此，功率單元U1在脈寬調製信號發生器86所發出的脈寬調製 信號的高電平時間間隔被幵啟。這樣，功率單元U1將DC鏈電壓逆變
15
為交流電壓以便將該交流電壓提供給交流電動機73。
參考圖6簡要描述根據本發明一個實施例的用於交流電動機的H 橋逆變器的單元控制器的操作。
圖6是示出了根據本發明一個實施例的用於交流電動機的H橋逆 變器的單元控制器的操作的流程圖。
在步驟l中，單元控制器U1CC1的輸出電壓比率計算單元81計 算根據來自主控制器72的輸出頻率指令信號的例如30Hz的指令頻率 對交流電動機73的例如60Hz的預定額定頻率的比率，即50% ，並且 確定功率單元U1的輸出電壓與DC鏈電壓的比率為計算出的比率，即 50% 。
在步驟2中，單元控制器U1CC1的電壓差計算單元83計算出所 檢測到的DC鏈電壓和由參考電壓發生器82所提供的參考電壓之間的 電壓差。例如，由於參考電壓是20V，所以若所檢測到的DC鏈電壓是 18V，則電壓差是18V-20V = -2V。電壓差計算單元83將電壓差-2V作 為結果值。
往下走，在步驟3中，單元控制器U1CC1的補償電壓計算單元 84通過將功率單元的輸出電壓與DC鏈電壓的比率即50%乘以由電壓 差計算單元83所提供的電壓差-2V而得到-lV的補償電壓。
在步驟4中，單元控制器U1CC1的脈寬調製信號發生器86產生 新的參考電壓，即通過將由補償電壓計算單元84所提供的-lV的補償 電壓加入到由參考電壓發生器82所提供的20V參考電壓所補償得到的 參考電壓19V。
接下來，在步驟5中，單元控制器U1CC1的脈寬調製信號發生器86產生脈寬調製信號，其通過比較具有20V的峰值電壓的三角形載波 與新的參考電壓來在大於等於新的參考電壓的三角形載波的時間間隔 內輸出高電平矩形波，並且將該脈寬調製信號提供給功率單元U1中的 半導體開關SW的柵極作為驅動信號。因此，功率單元U1將恆定交流 輸出電壓輸出到交流電動機，即使功率單元U1的輸入電壓即DC鏈電 壓發生變化。
與此同時，參考圖4詳細描述根據本發明另一個實施例的用於交 流電動機的H橋逆變器的單元控制器的操作。
由於根據本發明另一個實施例的單元控制器彼此間具有相同的結 構，因此參考圖4詳細描述串聯連接的U相單元控制器UlCCl UnCCn 的第 一單元控制器U1CC1。
根據本發明另一個實施例的用於交流電動機的H橋逆變器的單元 控制器U1CC1與根據本發明一個實施例的單元控制器的不同在於該單 元控制器的操作依靠用戶的選擇信息。因此，根據本發明另一個實施 例的單元控制器U1CC1基於與根據本發明一個實施例的單元控制器的 差異來描述以便避免重複描述。
取決於用戶的選擇信息，亦即輸入電壓變化補償模式或根據簡單 的頻率指令的輸出電壓指令模式的選擇信息，更加具體地即逆變器的
初始值設置期間輸入的用戶選擇信息，單元控制器U1CC1選擇性地執 行如下所述的兩個控制操作中的任 一 個。
首先，當用戶在逆變器的初始值設定期間輸入與逆變器相連的交 流電動機的額定電壓值並且同時用戶的選擇是輸入電壓變化補償模式 的時候，單元控制器U1CC1根據輸出電壓與輸入電壓的比率關於在參 考電壓與DC鏈電壓之間的差異來計算出補償電壓，並且將所計算出的 補償電壓補償到參考電壓。
為了控制功率單元U1的半導體開關的切換，脈寬調製信號發生器 產生脈寬調製信號，其脈寬根據被補償的參考電壓來確定。
第二，當用戶不能在逆變器的初始值設定期間輸入與逆變器相連 的交流電動機的額定電壓值或者用戶的選擇是根據簡單的頻率指令的 輸出電壓指令模式的時候，與交流電動機的預定額定頻率相比，根據 來自主控制器的輸出頻率指令信號，單元控制器U1CC1確定功率單元 Ul的輸入電壓與輸出電壓的比率作為指令頻率的比率，並根據所確定 的比率和具有依靠第二參考電壓而確定的脈衝寬度的脈寬調製信號來 產生與第一參考電壓不同的第二參考電壓。
與此同時，參考圖4詳細描述根據本發明另一個實施例的單元控
制器的詳細結構和操作。
將要基於與根據本發明的一個實施例的單元控制器的不同點來詳 細描述根據本發明另一個實施例的單元控制器的詳細結構和操作以便 避免重複描述。
根據本發明另一個實施例的單元控制器另外包括選擇器85，其根 據用戶的預定選擇模式提供輸出電壓比率單元所提供的輸出電壓比率 或者由補償電壓計算單元所提供的補償電壓。
位於選擇器85內部的接點85a根據預定選擇模式連接到輸出電壓 比率計算單元所輸出的輸出電壓比率，而且選擇器85內部的另一個接 點85b根據預定選擇模式連接到補償電壓計算單元所輸出的補償電壓。
優選地，圖4所示的選擇器85的開關和接點可以通過存儲在單元 控制器U1CC1中的選擇數據和根據選擇數據的處理程序來實現。
在根據本發明另一個實施例的單元控制器中所包括的脈寬調製信
號發生器86可以根據選擇器85的輸出來產生脈寬調製信號，其所具 有的脈衝寬度是根據通過將補償電壓計算單元84的補償電壓補償到參 考電壓發生器82的第一參考電壓所得到的新參考電壓來確定的。同樣， 脈寬調製信號發生器86可以根據選擇器85所提供的輸出電壓比率來 產生第二參考電壓並且也會產生具有根據第二參考電壓而確定的脈衝 寬度的脈衝調製信號。第二參考電壓通過將輸出電壓比率乘以另一個 參考電壓而不是參考電壓發生器82所提供的第一參考電壓來得到，其 中該另一個參考電壓是所檢測到的輸入電壓即DC鏈電壓，並且可能會 由於商用交流電源的電壓變化、電容器C的電容差異或者在相移變壓 器中的每個功率單元的次級電壓之間的差異而產生變化。
與此同時，參考圖7簡要描述了根據本發明另一個實施例的用於 交流電動機的H橋逆變器的單元控制器的操作。
圖7是示出了根據本發明另一個實施例的用於交流電動機的H橋 逆變器的單元控制器的操作的流程圖。
參考圖7的流程圖和圖4描述根據本發明另一個實施例的H橋逆 變器的單元控制器的操作。
首先，根據本發明另一個實施例的H橋逆變器的單元控制器 U1CC1檢查是否設置了逆變器將要控制的交流電動機的額定電壓，即 由用戶所輸入的額定電壓的數據是否在步驟10中被存儲。如果交流電 動機的額定電壓在步驟10中被設定，則單元控制器U1CC1從諸如存 儲器這樣的數據存儲裝置(未示出)中讀取所設定的額定電壓值並且 前進到步驟11。
如果在步驟IO中沒有設定交流電動機的額定電壓，則單元控制器 U1CC1前進到步驟12。
在步驟11 ，單元控制器U1CC1使用選擇器85檢査對於單元控制 器U1CC1的工作模式的用戶選擇是輸入電壓變化補償模式還是根據簡 單頻率指令的輸出電壓指令模式。
如果單元控制器U1CC1的工作模式在步驟11中已經選擇為輸入 電壓變化補償模式，則單元控制器U1CC1前進到步驟14。否則，如果 單元控制器U1CC1的工作模式已經選擇為根據簡單頻率指令的輸出電 壓指令模式，則單元控制器U1CC1前進到步驟12。
如果單元控制器U1CC1前進到步驟14，則與交流電動機的預定 額定頻率相比較，根據來自主控制器的輸出頻率指令信號，單元控制 器U1CC1的輸出電壓比率計算單元81計算指令頻率的比率，並且確 定功率單元的輸出電壓與DC鏈電壓的比率作為結果比率。
之後，單元控制器U1CC1前進到步驟15，以便單元控制器U1CC1 的電壓差計算單元83根據參考電壓發生器82所提供的額定電壓來計 算出在所檢測到的DC鏈電壓和參考電壓之間的電壓差。
然後，單元控制器U1CC1前進到步驟16，以便單元控制器U1CC1 的補償電壓計算單元84通過將由輸出電壓比率計算單元81所提供的 功率單元的輸出電壓與DC鏈電壓的比率乘以從電壓差計算單元83所 提供的電壓差而得到補償電壓。
接下來，單元控制器U1CC1前進到步驟17，以便單元控制器 U1CC1的脈寬調製信號發生器86通過向從參考電壓發生器82提供的 參考電壓添加從補償電壓計算單元84提供的補償電壓，產生新的參考 電壓，亦即補償參考電壓。
下一步，單元控制器U1CC1前進到步驟18，以便單元控制器
U1CC1的脈寬調製信號發生器86產生脈寬調製信號，其通過比較圖5 所示的三角形載波和新參考電壓在大於或等於新參考電壓的三角形載 波的時間間隔中輸出高電平的矩形波。
之後，儘管圖7未示出，功率單元中的半導體開關的柵極在脈寬 調製信號的高電平時間間隔內被驅動，以便開啟半導體開關，藉此來
自電容器C的DC鏈電壓被轉換為交流電流，並且將每相串聯連接的
功率單元的輸出電壓提供給交流電動機。
與此同時，如果單元控制器U1CC1前進到步驟12，則單元控制 器U1CC1的脈寬調製信號發生器86根據選擇器85所提供的輸出電壓
比率來產生第二參考電壓。在這種情況下，第二參考電壓是所檢測到 的輸入電壓即DC鏈電壓，並且可能會由於商用交流電源的電壓變化、 電容器C的電容差異或者在相移變壓器中的每個功率單元的次級電壓 之間的差異而產生變化。同樣，如果DC鏈電壓小於或大於期望電壓電 平，則由用戶所設定的正(+ )或負(一)的升壓電壓可以被加到第 二參考電壓上以產生新的第二參考電壓。
之後，單元控制器U1CC1前進到步驟13以便單元控制器U1CC1 的脈寬調製信號發生器86產生脈寬調製信號，其脈衝寬度根據新產生 的第二參考電壓來確定，並且提供所產生的脈寬調製信號作為相應功 率單元U1的半導體開關的柵極驅動信號。
如上所述，本發明的優點如下。
根據用於交流電動機的H橋逆變器，功率單元的輸出電壓和逆變 器的最後輸出電壓甚至不會受用於功率單元的DC鏈電壓的集中變化 或單個變化的影響。
同樣，根據用於交流電動機的H橋逆變器，用戶能夠選擇單元控
制器處於輸入電壓變化補償模式或者根據簡單頻率指令的輸出電壓指 令模式。
最後，根據用於交流電動機的H橋逆變器，多個單元控制器而不
是單個主控制器能夠控制各個功率單元以便不會受功率單元輸出電壓 的影響，因此降低了主控制器的計算負荷和通信負荷。
當在不脫離本發明的精神或者本質特徵的情況下本發明可以以幾 種形式具體化的時候，可以理解，上述實施例不限於前述任何細節，
除非特別指出，而是應該在其所附權利要求所定義的精神和範圍內作 出廣泛的解釋，並且因此落入權利要求範圍內的所有變化和修改或者 該範圍的等同物趨於被所附權利要求所包括。
權利要求
1.一種用於交流電動機的H橋逆變器，包括多個每三相串聯連接的功率單元，其每一個具有半導體開關、整流電路和平滑電容器，所述半導體開關能夠切換控制，並且所述整流電路和所述平滑電容器用於將DC鏈電壓作為輸入電壓提供給所述半導體開關；相移變壓器，其具有初級線圈和多個次級線圈，所述次級線圈連接到所述功率單元中的每一個，用於提供單個三相交流電源；主控制器，用於根據預定速度指令提供輸出頻率指令信號，所述輸出頻率指令信號代表所述逆變器的輸出頻率；多個單元控制器，其與所述功率單元中的每一個相對應地提供並且可通信地連接到所述主控制器，用於與所述交流電動機的預定額定頻率相比，根據來自所述主控制器的輸出頻率指令信號，確定每個功率單元的輸入電壓對輸出電壓的比率作為指令頻率的比率，用於根據所述交流電動機的額定電壓來產生參考電壓，用於關於所述參考電壓和所述檢測的DC鏈電壓，根據所述輸入電壓對輸出電壓的比率，計算補償電壓，用於將所述計算的補償電壓補償到所述參考電壓，並且用於產生具有根據所述補償的參考電壓確定的脈衝寬度的脈寬調製信號以控制所述功率單元中的所述半導體開關的切換；以及連接在所述主控制器和所述單元控制器之間的網絡，用於在所述主控制器和所述單元控制器之間提供通信路徑。
2. 如權利要求1所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中所述 單元控制器包括輸出電壓比率計算單元，用於與所述交流電動機的預定額定頻率 相比，根據來自所述主控制器的輸出頻率指令信號，計算指令頻率的 比率，並且用於使用所述計算的比率來確定所述功率單元的輸出電壓 對所述DC鏈電壓的比率；參考電壓發生器，用於根據所述交流電動機的預定額定電壓來產生參考電壓；電壓差計算單元，用於計算所述檢測的DC鏈電壓和從所述參考 電壓發生器提供的參考電壓之間的電壓差；補償電壓計算單元，用於通過將從所述輸出電壓比率計算單元提 供的所述功率單元的輸出電壓對所述DC鏈電壓的比率乘以從所述電 壓差計算單元提供的電壓差來得到補償電壓；以及脈寬調製信號發生器，用於產生具有根據這樣的參考電壓所確定 的脈衝寬度的脈寬調製信號，所述參考電壓通過將來自所述補償電壓 計算單元的補償電壓補償到來自所述參考電壓發生器的參考電壓而獲 得，從而用於控制所述功率單元中的所述半導體開關的切換。
3. 如權利要求1所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中所述 網絡由光纖電纜組成。
4. 如權利要求1所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中，通 過控制器區域網絡(CAN)通信來執行通過所述網絡的所述主控制器 和所述單元控制器之間的通信。
5. —種用於交流電動機的H橋逆變器，包括 多個每三相串聯連接的功率單元，其每一個具有半導體開關、整流電路和平滑電容器，所述半導體開關能夠切換控制，並且所述整流 電路和所述平滑電容器用於將DC鏈電壓作為輸入電壓提供給所述半 導體開關；相移變壓器，其具有初級線圈和多個次級線圈，所述次級線圈連 接到所述功率單元中的每一個，用於提供單個三相交流電源；主控制器，用於根據預定速度指令提供輸出頻率指令信號，所述 輸出頻率指令信號代表所述逆變器的輸出頻率；多個單元控制器，其與所述功率單元相對應地提供並且與所述主 控制器可通信地連接，用於與所述交流電動機的預定額定頻率相比， 根據來自所述主控制器的輸出頻率指令信號，確定所述功率單元的輸 入電壓對輸出電壓的比率作為指令頻率的比率，用於如果用戶事先選 擇輸入電壓變化補償模式，則根據所述交流電動機的額定電壓來產生第一參考電壓，用於關於所述第一參考電壓和所述檢測的DC鏈電壓之 間的差，根據所述輸入電壓對輸出電壓的比率，計算補償電壓，用於 將所述計算的補償電壓補償到所述第一參考電壓，用於產生具有根據 所述補償的第一參考電壓所確定的脈衝寬度的脈寬調製信號，或者， 如果用戶事先選擇根據簡單頻率指令的輸出電壓指令模式，則用於與 所述交流電動機的預定額定頻率相比，根據來自所述主控制器的輸出 頻率指令信號，確定所述功率單元的輸入電壓對輸出電壓的比率作為 指令頻率的比率，用於根據所述確定的比率來產生第二參考電壓並且 產生具有由所述第二參考電壓所確定的脈衝寬度的脈寬調製信號，從而控制所述功率單元中的所述半導體開關的切換；以及連接在所述主控制器和所述單元控制器之間的網絡，用於在所述 主控制器和所述單元控制器之間提供通信路徑。
6.如權利要求5所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中所述 單元控制器包括輸出電壓比率計算單元，用於與所述交流電動機的預定額定頻率 相比，根據來自所述主控制器的輸出頻率指令信號，計算指令頻率的 比率，並且用於使用所述計算的比率來確定所述功率單元的輸出電壓 對所述DC鏈電壓的比率；參考電壓發生器，用於根據所述交流電動機的預定額定電壓來產 生第-參考電壓；電壓差計算單元，用於計算所述檢測的DC鏈電壓和從所述參考 電壓發生器提供的所述第一參考電壓之間的電壓差；補償電壓計算單元，用於通過將從所述輸出電壓比率計算單元提 供的所述功率單元的輸出電壓對DC鏈電壓的比率乘以從所述電壓差 計算單元提供的電壓差來得到補償電壓；選擇器，用於根據用戶的預定選擇模式來提供來自所述輸出電壓 比率計算單元的輸出電壓比率或者來自所述補償電壓計算單元的補償電壓；以及脈寬調製信號發生器，用於產生具有根據這樣的參考電壓所確定的脈衝寬度的脈寬調製信號，所述參考電壓通過將從所述選擇器提供的補償電壓補償到來自所述參考電壓發生器的參考電壓而獲得，或者用於根據從所述選擇器提供的輸出電壓比率來產生第二參考電壓，以 便產生具有根據所述第二參考電壓所確定的脈衝寬度的脈寬調製信號，從而控制所述功率單元中的所述半導體開關的切換。
7. 如權利要求5所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中所述網絡的介質是光纖電纜。
8. 如權利要求5所述的用於交流電動機的H橋逆變器，其中所述 網絡使用串行通信的CAN通信來減少所述主控制器和所述單元控制器 之間的通信線路。
全文摘要
公開了一種用於交流電動機的H橋逆變器，其中即使在輸入電壓變化的情況下也能夠通過允許單元控制器補償功率單元的輸入電壓來輸出功率單元的輸出電壓。用戶能夠將每個單元控制器的工作模式選擇為用於輸入電壓的補償模式和根據簡單指令頻率的輸出電壓控制模式。由於單元控制器具有用於輸入電壓變化的補償控制功能，因此可以減少主控制器和單元控制器之間的通信負荷。
文檔編號H02P27/04GK101179255SQ20061014350
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月8日 優先權日2006年11月8日
發明者田在鉉 申請人:Ls產電株式會社