逆變器的製作方法

2024-01-31 23:24:15

本公開內容涉及逆變器，並且更具體地涉及一種能夠通過當功率在逆變器中已經發生故障之後被供應時確定是否要重啟它而被穩定地重啟的逆變器。

背景技術：

中壓逆變器使用具有600v或更高的線間電壓rms值的輸入功率並且具有幾百kw到幾十mw的額定功率容量。逆變器通常被用於諸如風扇、泵、壓縮機、等等的應用中。

作為逆變器的電路，通常使用生成三級或更多級的輸出電壓的多級逆變器。例如，級聯h橋(chb)逆變器是已知的。

級聯h橋逆變器包括單位功率單元，其輸出被串聯連接並且具有的優點在於dv/dt很低並且由於各種輸出電壓，總諧波失真(thd)良好。另外，容易維護。

另外，逆變器輸出電壓的幅值和級的數量基於級聯h橋逆變器的功率單元的數量來確定。功率單元中的每個使用隔離的輸入電壓。

圖1是用於示出相關技術中的級聯h橋逆變器的示意圖。

參考圖1，級聯h橋逆變器100包括主電源102、相移變壓器104、多個功率單元106、電機108以及電壓感測設備。級聯h橋逆變器包括兩級的單位功率單元。單位功率單元160的數量可以取決於系統要求而變化。

主電源102表示具有600v或更高的線間電壓rms值的三相電壓。

相移變壓器104與主電源102隔離並如由單位功率單元106所需轉換電壓的相位和幅值。另外，相移變壓器104通過移相來改進在主電源105中流動的輸入電流的總諧波失真(thd)。

功率單元106可以使用來自相移變壓器104的輸出電壓作為它們自己的輸入功率。

電機108接收來自逆變器100的輸出電壓。輸出電壓與來自不同相中的功率單元的輸出的總和合成。電機108可以包括感應電機或同步機器作為中壓三相電機。

電壓感測設備112測量來自處於正常驅動狀態中的逆變器100的輸出電壓。所測量的輸出電壓被用於同步旁路和輸出功率計算。另外，其用於在主電源中存在故障時重啟電機108。

逆變器100的a相輸出電壓等於來自串聯連接的第一功率單元106a1和第二功率單元106a2的輸出電壓的總和。逆變器100的b相輸出電壓等於來自第三功率單元106b1和第四功率單元106b2的輸出電壓的總和。逆變器100的c相輸出電壓等於來自第五功率單元106c1和第六功率單元106c2的輸出電壓的總和。逆變器100的輸出電壓的相位電壓具有相同的幅值但是具有120度的相位差。

由逆變器100驅動的電機108具有大容量並且因此具有大慣性。因此，在主電源中存在故障或發生斷電之後，其花費很長的小時來等待直到感應電機的轉子停止以進行穩定地重啟。

為了克服這個問題，已經提出了如下方法：在感應電機正在旋轉時在沒有任何控制算法的情況下控制感應電機的速度和扭矩。然而，根據該方法，可能產生浪湧電流，使得逆變器100或電機108可能發生故障。

另外，當逆變器在負載下被重啟時，基於感應電機的殘留電壓來確定是否要重啟它。殘留電壓越大，重啟可用的電壓越大，並且因此在重啟中需要的電流的幅值可以被大大減小。

然而，殘留電壓越小，重啟可用的電壓越少，並且因此在生成扭矩中需要的電流的幅值被增大。因此，其不利地影響電機系統當殘留電壓很小時重啟，並且因此其在已經停止驅動之後穩定地啟動它。

技術實現要素：

本公開內容的一方面是要提供一種能夠通過當功率在由於主電源中的故障而在逆變器中已經發生故障之後被供應時確定是否要重啟它而被穩定地重啟的逆變器。

本公開內容的另一方面是要提供一種基於處於自由旋轉的電機的電壓來確定是否要重啟逆變器以防止逆變器或電機中的故障的逆變器。

本公開內容的另一方面是要提供一種基於電機的感應電動勢來確定是否要重啟它以在沒有浪湧電流的情況下重啟在重啟區中的電機的逆變器。

本公開內容的目標不限於上述目標，並且其他目標和優點可以由本領域技術人員從下面的描述中認識到。另外，將容易認識到，本公開內容的目標和優點可以由在隨附權利要求和其組合中記載的裝置來實踐。

根據本公開內容的一個方面，一種輸出用於驅動電機的電壓的逆變器包括：第一重啟電壓參考發生器，其被配置為接收從電機輸出的三相電流和逆變器的頻率以及電機的額定電流以輸出第一重啟電壓和第一重啟相位角；第二重啟電壓參考發生器，其被配置為接收從逆變器輸出的逆變器輸出電壓以輸出第二重啟電壓和第二重啟相位角；以及開關單元，其被配置為接收第一重啟電壓、第一重啟相位角、第二重啟電壓和第二重啟相位角以根據重啟標誌來輸出重啟電壓和相位角。

逆變器的頻率可以在其中重啟逆變器的重啟區的開始點處被測量。

由電機生成的最大負載扭矩和重啟區中的負載扭矩可以被計算。

最大負載扭矩可以通過將第二重啟電壓、電機的最大額定電流和功率因子相乘並將其除以重啟速度來計算。

負載扭矩可以通過將逆變器輸出電壓的幅值、電機的扭矩分量電流的幅值和從第二重啟電壓參考發生器輸出的重啟速度相除來計算。

將最大負載扭矩可以與負載扭矩進行比較，並且重啟模式標誌可以基於比較的結果來設置。

如果最大負載扭矩大於負載扭矩，則重啟模式標誌可以被設置為1，並且開關單元可以將第二重啟電壓和第二相位角輸出到逆變器，

如果最大負載扭矩小於負載扭矩，則重啟模式標誌可以被設置為0，並且開關單元可以將第一重啟電壓和第一相位角輸出到逆變器。

第一重啟電壓參考發生器可以包括：第一電壓發生器，其被配置為接收逆變器的輸出頻率以生成第一重啟電壓；以及第一相位角發生器，其被配置為接收電機的額定電流和從電機輸出的三相電流以生成第一重啟相位角。

第一相位角發生器可以包括：第一加法器，其被配置為將電機的額定電流與從電機輸出的三相電流相加以將其輸出；放大器，其被配置為取決於預定增益來調節從第一加法器輸出的結果以將其輸出；以及第一積分器，其被配置為對從放大器輸出的結果求積分以將其輸出為第一重啟相位角。

第二重啟電壓參考發生器可以包括：電壓感測單元，其被配置為感測從逆變器輸出的電壓；電壓測量單元，其被配置為接收由電壓感測單元感測的電壓以輸出在固定參考系上的d軸電壓和q軸電壓；電壓和相位檢測器，其被配置為接收d軸電壓和q軸電壓以輸出重啟電壓、重啟相位角和重啟速度；以及重啟電壓發生器，其被配置為接收重啟電壓、重啟相位角和重啟速度以輸出第二重啟電壓和第二重啟相位角。

根據本公開內容的示例性實施例，逆變器在逆變器的主電源中存在故障時確定是否要重啟逆變器，使得逆變器被穩定地重啟。

另外，根據本公開內容的另一示例性實施例，逆變器基於處於自由旋轉的電機的電壓來確定是否要重啟逆變器，使得防止逆變器或電機中的故障。

另外，根據本公開內容的另一示例性實施例，逆變器基於電機的感應電動勢來確定是否要重啟逆變器，使得能夠在沒有浪湧電流的情況下重啟在重啟區段中的電機。

附圖說明

圖1是用於示出相關技術中的級聯h橋逆變器的示意圖；

圖2是根據本公開內容的示例性實施例的逆變器的框圖；

圖3是根據本公開內容的示例性實施例的第一重啟電壓參考發生器的框圖；

圖4是根據本公開內容的示例性實施例的第二重啟電壓參考發生器的框圖；

圖5是根據本公開內容的示例性實施例的重啟電壓參考發生器的框圖；

圖6是示出了根據本公開內容的示例性實施例的中壓逆變器的操作的時序圖；以及

圖7是用於示出根據本公開內容的示例性實施例的處於重啟區中的中壓逆變器的操作的流程圖。

具體實施方式

以上目標、特徵和優點將從參考附圖的詳細描述中變得顯而易見。以使得本領域技術人員能夠容易地實踐本公開內容的技術構思的充分的細節來描述實施例。公知的功能或配置的詳細公開內容可以被省略以便不會不必要地使本公開內容的目標模糊不清。在下文中，將參考附圖詳細描述本公開內容的各實施例。在附圖中，類似的附圖標記指代類似的元件。

圖2是根據本公開內容的示例性實施例的逆變器的框圖。

參考圖2，根據本公開內容的示例性實施例的逆變器包括第一重啟電壓參考發生器210、第二重啟電壓參考發生器220、開關單元230、中壓逆變器240和電機250。

第一重啟電壓參考發生器210可以在由於中壓逆變器240的主電源中的故障而發生故障之後操作。

另外，第一重啟電壓參考發生器210接收中壓逆變器240的頻率ωref、電機的額定電流iabcs_max以及從電機250輸出的三相電流ias、ibs、ics並且輸出第一重啟電壓vref_fly1和第一重啟相位角θref_fly1。中壓逆變器240的頻率ωref是在重啟驅動區的開始點處測量的。第一重啟電壓vref_fly1可以為dc電壓。

第二重啟電壓參考發生器220可以在由於中壓逆變器240的主電源中的故障而發生故障之後操作。

另外，第二重啟電壓參考發生器220接收從中壓逆變器240輸出的逆變器輸出電壓vm並且輸出第二重啟電壓vref_fly和第二重啟相位角θref_fly。

開關單元230根據重啟模式標誌flying_start_mode_flag來操作。另外，開關單元230接收第一重啟電壓參考發生器210的第一重啟電壓vref_fly1和第一重啟相位角θref_fly1以及第二重啟電壓參考發生器220的第二重啟電壓vref_fly和第二重啟相位角θref_fly。

如果重啟模式標誌flying_start_mode_flag為零，則開關單元230將第一重啟電壓參考發生器210的第一重啟電壓vref_fly1和第一重啟相位角θref_fly1施加到中壓逆變器240。

另一方面，如果重啟模式標誌flying_start_mode_flag為一，則開關單元230將第二重啟電壓參考發生器220的第二重啟電壓vref_fly和第二重啟相位角θref_fly施加到中壓逆變器240。當重啟標誌flying_start_flag為一時，其指示在主電源中存在故障或發生斷電。

中壓逆變器240接收從開關單元230輸出的逆變器電壓vref_inv和相位角θref_inv以輸出電機電壓vm。由此生成的電機電壓vm被施加到電機250。電機電壓vm可以是ac電壓。

電機250通過接收從中壓逆變器240輸出的電機電壓vm來操作。電機電壓vm可以採用脈寬調製(pwm)的形式。

在下文中，下面將參考圖3詳細描述第一重啟電壓參考發生器。

圖3是根據本公開內容的示例性實施例的第一重啟電壓參考發生器的框圖。

參考圖3，根據本公開內容的示例性實施例的第一重啟電壓參考發生器210包括第一電壓發生器210和第一相位角發生器320。

第一電壓發生器310接收中壓逆變器240的輸出頻率ωref以生成第一重啟電壓vref_fly1。

第一相位角發生器320包括第一加法器322、放大器324和第一積分器326。

第一加法器322接收電機的額定電流iabcs_max和從電機250輸出的三相電流ias、ibs和ics以輸出經由第一加法器322的加法運算的結果。放大器324接收從第一加法器322輸出的加法運算的結果並取決於預定增益對其進行調節以輸出經調節的結果。第一積分器326接收從放大器324輸出的結果並對其進行積分運算以將其輸出為第一重啟相位角θref_fly1。

在下文中，下面將參考圖4詳細描述第二重啟電壓參考發生器。

圖4是根據本公開內容的示例性實施例的第二重啟電壓參考發生器的框圖。

參考圖4，根據本公開內容的示例性實施例的第二重啟電壓參考發生器220包括電壓感測單元222、電壓測量單元224、電壓和相位檢測單元226和重啟電壓生成單元228。

電壓感測單元222測量從處於正常驅動狀態中的中壓逆變器240輸出的電壓。從中壓逆變器240輸出的電壓vm是用於重啟電機250的信息並且被用於同步旁路和輸出功率計算。另外，當在主電源存在故障或發生斷電時，電壓vm被用於重啟電機250。

為了估計電機250的輸入電壓的幅值和相位，電壓測量單元224接收由電壓感測單元222測量的逆變器輸出電壓vm以輸出在固定參考系上的d軸電壓vd和q軸電壓vq。在這麼做時，電壓測量單元224執行參考系變換以由此將所測量的三相逆變器輸出電壓vmeans轉換成d軸電壓vd和q軸電壓vq。電壓測量單元224可以包括電壓感測單元或電阻器等。

電壓和相位檢測單元226接收從電壓測量單元224輸出的d軸電壓vd和q軸電壓vq以輸出重啟電壓vmag、重啟相位角θest和重啟速度ωest。重啟電壓vmag可以通過對d軸電壓vd和q軸電壓vq求平方以將它們相加並獲得和的平方根來計算。另外，重啟相位角θest和重啟速度ωest可以通過使用鎖相環(pll)來實現。

重啟電壓生成單元228接收從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟電壓vmag、重啟相位角θest和重啟ωest以輸出第二重啟電壓vref_fly和第二重啟相位角θref_fly。

在下文中，下面將參考圖5詳細描述重啟電壓發生器。

圖5是根據本公開內容的示例性實施例的重啟電壓參考發生器的框圖。

參考圖5，根據本公開內容的示例性實施例的重啟電壓生成單元228包括第二電壓發生器340和第二相位角發生器360。

第二電壓發生器340包括由用戶輸入的電壓的斜率342以及第二加法器344。電壓的斜率342可以是常數值。第二電壓發生器340將由用戶輸入的電壓的斜率342與從電壓和相位檢測器266輸出的重啟電壓經由第二加法器344進行相加以將其輸出為第二重啟電壓vref_fly。第二重啟電壓vref_fly可以被表示如下：

vref_fly＝vmag+a·t(1)

其中，vmag表示從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟電壓，並且a表示由用戶輸入的電壓的斜率。

第二相位角發生器360包括第二積分器362和第三加法器364。第二積分器362接收從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟速度ωest並對重啟速度ωest求積分以將其輸出。第三加法器364將從第二積分器342輸出的積分值與從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟相位角θest進行相加以將其輸出為第二重啟相位角θref_fly。第二重啟相位角θref_fly可以被表示如下：

θref_fly＝θest+∫ωestdt(2)

其中，θest表示重啟相位角，並且ωest表示從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟速度。

圖6是示出了根據本公開內容的示例性實施例的中壓逆變器的操作的時序圖。圖7是用於示出根據本公開內容的示例性實施例的處於重啟區中的中壓逆變器的操作的流程圖。

參考圖6，在根據本公開內容的示例性實施例的中壓逆變器240中，重啟標誌flying_start_flag在其中輸入電壓和輸出電壓兩者都被正常驅動的正常驅動區中被設置為零。重啟標誌flying_start_flag是指示其中的操作用於重啟中壓逆變器的區和從故障的時間到正常驅動的區的變量。

輸入功率(a)指示中壓逆變器240的主電源的幅值，並且逆變器輸出電壓(c)指示中壓逆變器240的輸出電壓vm的幅值。因此，當在主電源中存在故障時，中壓逆變器240出於安全目的而停止輸出。

另外，中壓逆變器的主電源故障區中的主電源的幅值(a)在額定電壓範圍以下操作，並且在該區中測量的電機的輸入級電壓(d)是電機的感應電動勢。電機的輸入級電壓(d)的所測量的幅值和電機的速度(f)取決於電機的負載和時間常數而減小，並且沒有形成針對電流(e)的路徑。重啟標誌flying_start_flag被設置為1。

在中壓逆變器240的重啟區中，已經由於主電源(a)中的故障而被中斷的中壓逆變器被重啟。

在根據本公開內容的另一示例性實施例的中壓逆變器中，主電源故障區與額定電壓相關聯。更具體地，中壓逆變器可以將主電源故障區設置為低於額定電壓的電壓範圍。例如，主電源故障區可以被設置為低於600v的線間電壓rms值的電壓範圍。

參考圖7，為了重啟中壓逆變器240，電機的最大負載扭矩tlimit可以取決於電機的感應電動勢的幅值而生成並且在重啟區中計算負載扭矩tload(步驟s11)。最大負載扭矩tlimit可以被表示如下：

公式3根據功率公式來計算電扭矩。其表示可以在殘留電壓下重啟的最大扭矩。如可以從公式3看到，irate在相同扭矩tlimit下隨著重啟電壓vmag減小而增大。

vmag表示從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟電壓，irate表示電機的最大額定電流，並且pf表示功率因子。irate可以增大中壓逆變器和電機的容差內的電流的幅值。

負載扭矩tload可以被表示如下：

公式4表示逆變器輸出扭矩，計算在中壓逆變器240的故障區之前的扭矩tload，將其與公式3中的故障區中的最大負載扭矩tlimit進行比較，並且取決於比較結果而執行不同的重啟算法。

vqse表示同步參考系上的q軸電壓並且表示來自中壓逆變器240的輸出電壓的幅值。iqse表示扭矩分量電流的幅值，並且ωest表示從電壓和相位檢測單元226輸出的重啟速度。重啟速度對應於轉子速度並且表示由電壓和相位檢測單元226估計的感應電動勢的頻率。

隨後，將所計算的最大負載扭矩tlimit和負載扭矩tload與彼此進行比較(步驟s12)。比較的結果對應於重啟模式標誌flying_start_mode_flag的變量。

如果最大負載扭矩tlimit大於負載扭矩tload，則重啟模式標誌flying_start_mode_flag被設置為1，使得運行基於感應電動勢的重啟算法。響應於重啟模式標誌flying_start_mode_flag，開關單元230將在第二重啟電壓參考發生器220中生成的第二重啟電壓vref_fly和第二重啟相位角θref_fly施加到中壓逆變器240。中壓逆變器240被重啟為第二重啟電壓vref_fly，並且第二重啟相位角θref_fly被施加到其(步驟s13)。

另一方面，如果最大負載扭矩tlimit小於負載扭矩tload，則感應電動勢是不足夠的。因此，重啟模式標誌flying_start_mode_flag被設置為零，電機被中斷以便防止中壓逆變器240或電機被損壞，或者運行另一重啟算法。響應於重啟模式標誌flying_start_mode_flag，開關單元230將在第一重啟電壓參考發生器210中生成的第一重啟電壓vref_fly1和第一重啟相位角θref_fly1施加到中壓逆變器240。中壓逆變器240被重啟為第一重啟電壓vref_fly1，並且第一重啟相位角θref_fly1被施加到其(步驟s14)。

如以上所描述的，根據本公開內容的示例性實施例，逆變器重啟設備在逆變器的主電源中存在故障時確定是否要重啟逆變器，使得穩定地重啟逆變器。

另外，根據本公開內容的示例性實施例，逆變器重啟設備基於處於自由旋轉的電機的電壓來確定是否要重啟逆變器，使得可以防止逆變器或電機中的故障。

另外，根據本公開內容的示例性實施例，逆變器重啟設備基於電機的感應電動勢來確定是否要重啟逆變器，使得能夠在沒有浪湧電流的情況下重啟在重啟區中的電機。

以上描述的本公開內容可以由本發明涉及的領域的技術人員在不脫離本公開內容的範圍和精神的情況下以各種方式替代、更改和修改。因此，本公開內容不限於上述示例性實施例和附圖。