三相感應電動機的驅動裝置和方法
2023-10-25 21:40:27
專利名稱：三相感應電動機的驅動裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種三相感應電動機的驅動裝置和方法，更具體地說，涉及這樣一種感應電動機的驅動裝置和方法，它們能夠防止可能由在向逆變器提供直流電壓以驅動三相感應電動機時引起的功率因數下降，能夠消除諧波，並且由於未使用高價的逆變器元件能夠降低費用。
背景技術：
通常使用感應電動機來驅動空調機。感應電動機意指由不旋轉的定子和可旋轉的轉子組成的感應電動機。
換句話說，當提供電流以便在線圈繞組(coil winding)中產生旋轉磁場時，由於電磁感應在轉子繞組中流入感應電流，根據該感應電流產生轉矩使感應電動機旋轉。
圖1示出了根據常規技術的單相感應電動機的驅動裝置的結構。
如圖1中所示，當從單相電源裝置1提供單相220伏交流電壓時，整流器2將該交流電壓整流成約300伏的直流電壓。通過功率放大(power)電路3該整流電壓被增壓到約400伏，並被轉送到逆變器裝置。然後，最終驅動感應電動機。
最近，為了驅動空調機，利用三相電源的三相感應電動機的使用不斷增加。
圖2是表示根據常規技術的三相感應電動機驅動裝置的結構方塊圖。
如圖2中所示，三相感應電動機的驅動裝置包括三相電源裝置11，用於提供380伏三相電壓；整流器12，用於對三相電壓進行整流；以及逆變器裝置13，用於根據已由整流器12整流成為530伏直流電壓的電壓來驅動三相感應電動機14。
然而，由於該三相感應電動機驅動裝置對高電壓進行整流，並且反覆地將其提供到逆變器裝置，功率因數不可避免地下降並不可避免地產生諧波。
此外，為了實現逆變器裝置，要使用耐壓1200伏的高價逆變器電路元件。在這種情況下，實現三相感應電動機驅動裝置的所需的費用增加，以及對於已有的單相電源系統，新近要開發使用高壓壓縮機而不是低壓壓縮機。
因此，本發明的目的是提供一種三相感應電動機的驅動裝置和方法，它們能夠防止可能由在向逆變器提供直流電壓以驅動三相感應電動機時引起的功率因數下降，並且由於未使用高價的逆變器元件能夠降低費用。
為了實現這些和其它優點，且根據其中所體現和說明的本發明的目的，提供的三相感應電動機的驅動裝置包括三相電源裝置，用於提供380伏三相電壓；整流器，用於對自三相電源裝置提供的三相電壓進行整流成530伏直流電壓；降壓裝置，用於降低從整流器輸出的直流電壓以將該電壓穩定；以及逆變器裝置，用於將從降壓裝置輸出的穩定直流電壓改變為三相交流電壓並驅動三相感應電動機。
為了實現上述目的，還提供一種三相感應電動機的驅動方法，包括整流步驟，對三相電壓進行整流；測量步驟，對整流步驟中的整流電壓的量值進行測量；整流電壓量值控制步驟，對提供到逆變器裝置的整流電壓量值進行控制，該逆變器裝置根據在測量步驟中測量的電壓的量值驅動三相感應電動機。
通過結合附圖對本發明的如下詳細介紹，使本發明的上述和其它目的、特徵、方面和優點將變得更清楚。
為了進一步理解本發明而提供的附圖結合到說明書中並構成為說明書的一部分，其表示本發明的一些實施例，並和本說明書一起用於解釋本發明的原理。
各附圖中圖1表示根據常規技術的單相感應電動機驅動裝置的結構方框圖。
圖2是表示根據常規技術的三相感應電動機驅動裝置的結構方塊圖。
圖3是表示根據本發明的三相感應電動機驅動裝置的結構方塊圖。
圖4是表示圖3中的降壓裝置結構的詳細電路圖。
圖5A和5B是表示關於圖4中的直流穩壓器、直流耦合(link)裝置和負載裝置的等效電路圖。
具體實現方式下面詳細介紹本發明的一些優選實施例，其中的一些示例表示在附圖中。
圖3是表示根據本發明的三相感應電動機驅動裝置的結構方塊圖。
如圖所示，根據本發明的三相感應電動機的驅動裝置包括三相電源裝置21，用於提供380伏三相電壓；整流器22，用於對自三相電源裝置21提供的三相電壓進行整流成為530伏直流電壓；降壓裝置23，用於降低從整流器22輸出的直流電壓以將該電壓穩定；以及逆變器裝置24，用於將從降壓裝置23輸出的穩定直流電壓改變為三相交流電壓並驅動三相感應電動機25。
由於本領域普通技術人員可以容易地實現三相電源裝置21、整流器22和逆變器裝置24，所以略去對它們的介紹。
圖4是表示圖3中的降壓裝置結構的詳細電路圖。
如圖所示，降壓裝置23包括集成電路裝置41，用於測量由整流器22產生的電壓，並根據測量的電壓輸出直流控制信號，以便控制向逆變器裝置24輸出的直流電壓；控制極驅動器(gate drive)裝置42，用於根據從集成電路裝置41輸出的控制信號，產生驅動逆變器裝置24的驅動信號；直流穩壓器43，用於根據控制極驅動器裝置42的驅動信號，降低由整流器22產生的直流電壓並產生穩壓的直流電壓；直流耦合裝置44，用於耦合由直流穩壓器43產生的直流電壓；負載裝置45，用於將施加到直流耦合裝置44的直流電壓提供到逆變器裝置24；電壓測量裝置46，用於測量耦合該直流耦合裝置44的直流電壓；以及開關裝置47，用於向集成電路裝置41提供電源。
電壓測量裝置46中串聯的電阻R1和R7與直流耦合裝置44中並聯的電容C6和C7並聯。
開關裝置47包括開關S1，用於選擇性地輸出18伏的電源(J4)並將一電壓輸入到集成電路裝置41；與開關S1和電容C1串聯的電阻R2；以及與電阻R2串聯的LED二極體D2。
特別是，當開關S1連接到端3時，電源電壓(Vcc)不提供到集成電路裝置41，因此集成電路裝置41不工作。同時，當開關S1連接到端2時，電源電壓(Vcc)提供到集成電路裝置41，因此集成電路裝置41工作。
集成電路裝置41測量從整流/輸出端22A通過電容C4和C5輸出的直流電壓的量值，其中電容C4和C5與整流器22的整流/輸出端22A並聯，並因此控制從集成電路裝置41的控制極驅動器輸出的控制信號。換句話說，集成電路裝置41將從整流/輸出端22A輸出的直流電壓變換為電流值，將該電流值與一基準電流亦即基準直流電壓有效值相比較，並根據比較值產生一控制信號。
集成電路裝置41測量通過電阻R8提供到直流穩壓器43的直流電壓的量值，且如果測量的電流是基準電流之上的過電流，集成電路裝置41斷開控制信號的輸出。
集成電路裝置41通過電壓測量裝置46測量施加到直流耦合裝置44的電壓，且如果施加到直流耦合裝置44的電壓是基準電壓之上的過電壓，集成電路裝置41斷開控制信號的輸出。
在集成電路裝置41中，為了進行濾波操作，多個電阻R11、R13、R14、R16、R17、R18、R20、R21、R22、R24、R27、R28、R29和多個電容C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17相互連接，通過多個接腳ENA、IAC、Vrms、Soft Start、GND、Vaout、Mult、CA、PK和Vcc輸入和輸出不同的信號。這些通常配置在以常規方式使用的集成電路裝置41中，並非特意添加到用於產生和輸出控制信號的集成電路，因此略去對它們的介紹。
如圖所示，根據從集成電路裝置41輸出的控制信號而輸出驅動信號的控制極驅動器裝置42包括第一光電耦合器件(photocoupler)IS01，根據輸出的控制信號接通/斷開；第一NPN電晶體Q7，當笫一光電耦合器件IS01接通時斷開；第一PNP電晶體Q4，當第一光電耦合器件IS01接通時斷開；第二NPN電晶體Q3，當第一光電耦合器件IS01接通時導通。
由電阻R10和R30對第一光電耦合器件IS01輸出端的輸出進行分壓，且該輸出端連接到電晶體Q7的基極。電阻R12與第一NPN電晶體Q7的集電極串聯。第二NPN電晶體Q3的基極和第一PNP電晶體Q4的基極相互連接，且與第一NPN電晶體Q7的集電極連接。第二NPN電晶體Q3的發射極連接到電阻R15，二極體D3與電阻R15並聯。
將工作電源通過Vcc2提供到第一光電耦合器件IS01並提供到電晶體Q3和電晶體Q4。
第二NPN電晶體Q3的發射極與第一PNP電晶體Q4的集電極相互串聯。當第一光電耦合器件IS01處於導通狀態時，第一PNP電晶體Q4斷開，使得從第二NPN電晶體Q3發射極輸出的電流作為驅動信號，其通過控制極2而不是SOURCE2輸出。
為了增加通過驅動信號輸出的電流強度，控制極驅動器裝置42還包括第二光電耦合器件IS02、第三NPN電晶體Q5、第二PNP電晶體Q6、第四NPN電晶體Q8、多個電阻R23、R25、R26、R31以及二極體D4，它們分別對應於光電耦合器件IS01、第二NPN電晶體Q3、第一PNP電晶體Q4和第一NPN電晶體Q7、多個電阻R10、R12、R15以及二極體D3。
第二光電耦合器件IS02、第三NPN電晶體Q5、第四NPN電晶體Q8、第二PNP電晶體Q6以與上述的光電耦合器件IS01、第二NPN電晶體Q3和第一NPN電晶體Q7、第一PNP電晶體Q4以相同的方式工作。
直流穩壓器43包括絕緣柵電晶體Q1(下文稱為「IGBT」)，根據從控制極驅動器裝置42輸出的驅動信號而導通/斷開；電阻R4，其連接到IGBT Q1的發射極和基極；和並聯到IGBT Q1的電容C2和電阻R5。電容C2和電阻R5相互串聯。
當輸出驅動信號時，IGBT(Q1)導通，無該驅動信號時，IGBT(Q1)則斷開。電容C2和電阻R5作為一緩衝電路工作，用於降低當IGBT(Q1)斷開時產生的高電壓，且二極體D1當IGBT(Q1)斷開時提供所需的電流通道。
直流穩壓器43還包括IGBT(Q2)、電阻R3和R6以及電容C3，其分別與IGBT(Q1)、電阻R4和R5與電容C2相對應。IGBT(Q2)、電阻R3和R6以及電容C3提高通過直流穩壓器43提供到直流耦合裝置44的電流容量。
因此，將施加到直流耦合裝置44的電壓提供到負載裝置45，並且最終輸入到逆變器裝置24的該直流電壓是已經降低的且限制諧波發生的電壓。
下面通過等效電路工作情況來介紹直流穩壓器43、直流耦合裝置44和負載裝置45的工作情況。
圖5A和5B是表示關於圖4中的電壓直流穩壓器、直流耦合裝置和負載裝置的等效電路圖。
如圖所示，直流穩壓器43、直流耦合裝置44和負載裝置45的等效電路包括開關S100，串聯到整流/輸出端22A的一側；電阻R101，串聯到整流/輸出端22A其中的另一側；電感L100，串聯到開關S100和電阻R101；二極體D100，串聯到開關S100的一端；電容C100，串聯到電感L100。
電容C100和電阻R101相互並聯。開關S100等效於IGBT(Q1)和IGBT(Q2)。二極體D100等效於二極體D1。電容C100等效於電容C7。
電阻R101是與負載裝置45相對應的等效電阻。集成電路裝置41根據由電阻R1和R2組成的電壓測量裝置所檢測的電壓值，將控制信號的輸出接通/斷開，控制極驅動器裝置42根據該控制信號將使開關S100導通/斷開的驅動信號的輸出接通/斷開。
如圖5A中所示，如果開關S100斷開，即開關S100處於斷開狀態，將所提供的從整流/輸出端22A輸出的直流電壓中斷，由於施加到電容C100的電壓和存儲在電感L100中的能量的作用，電流流到二極體D100和負載裝置45。
如圖5B中所示，如果集成電路裝置41輸出一控制信號，當開關S100導通時，二極體D100斷開，直流電壓通過電感L100向電容C100重新充電，同時，將電流提供到負載裝置45，即電阻R101。
如果在電阻R8上測量的電流在基準值之上，或者如果將在基準值之上的電壓提供到負載裝置45，集成電路裝置41檢測到這種情況，控制信號的輸出中斷，並因此，開關S100斷開。
因此，經降低和持續均勻的直流電壓最終被提供到逆變器裝置24。
正如迄今所介紹的，本發明的三相感應電動機的驅動裝置和方法具有如下的優點。
即，能夠防止由在向逆變器提供直流電壓以驅動三相感應電動機期間產生的功率因數下降，並消除了諧波，並且因為不需要高價的逆變器元件，使其相關的費用降低。
由於在不脫離本發明構思或主要特徵的情況下，本發明可以按幾種形式體現，還應理解，除非另加說明，上述實施例不受以上說明的細節的限制，而是，在所提出的權利要求限定的構思和範圍內可以按廣義方式構成，因此，所提出的權利要求意在包含落入由這些權利要求的邊界和界限內或這些邊界和界限的等效物內所有的變化和修改。
權利要求
1.一種三相感應電動機的驅動裝置，包括三相電源裝置，用於提供三相電壓；整流器，用於對自三相電源裝置提供的三相電壓進行整流；降壓裝置，用於降低由整流器產生的直流電壓，並輸出穩定的直流電壓；和逆變器裝置，用於將從降壓裝置輸出的穩定直流電壓改變為三相交流電壓並驅動三相感應電動機。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中該降壓裝置包括集成電路裝置，用於測量由整流器產生的電壓，並輸出控制信號以便控制從整流器向逆變器裝置輸出的直流電壓；控制極驅動器裝置，用於根據從集成電路裝置輸出的控制信號，產生驅動逆變器裝置的驅動信號；直流穩壓器，用於根據控制極驅動器裝置的驅動信號，降低由整流器產生的直流電壓，並產生穩定的直流電壓；直流耦合裝置，用於耦合由直流穩壓器產生的直流電壓；負載裝置，用於將施加到直流耦合裝置的直流電壓提供到逆變器裝置。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中輸入到逆變器裝置的直流電壓是已經降低的且限制諧波發生的電壓。
4.根據權利要求2所述的裝置，其中集成電路裝置測量由整流器向直流穩壓器提供的電流，如果該提供的電流是過電流，則斷開控制信號的輸出。
5.根據權利要求2所述的裝置，其中降壓裝置包括電壓測量裝置，用於測量通過直流穩壓器耦合到直流耦合裝置的電壓。
6.根據權利要求2所述的裝置，其中降壓裝置還包括開關裝置，用於選擇性地提供從外側向集成電路裝置施加的電源。
7.根據權利要求2所述的裝置，其中該直流穩壓器包括電晶體，當從控制極驅動器裝置輸入驅動信號時導通，和相互串聯的電容和電阻，且與電晶體並聯。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中當由於從集成電路裝置輸出控制信號而從控制極驅動器裝置輸入的驅動信號使電晶體導通時，直流穩壓器降低施加到該電容和電阻的整流器的直流電壓，並將其耦合到直流耦合裝置
9.根據權利要求4所述的裝置，其中如果提供到直流耦合裝置的電壓在基準值之上，該集成電路裝置中斷控制信號的輸出。
10.根據權利要求2所述的裝置，其中該控制極驅動器裝置包括第一光電耦合器件，根據該集成電路裝置輸出的控制信號而接通/斷開；第一NPN電晶體，當第一光電耦合器件接通時斷開；第一PNP電晶體，當第一光電耦合器件接通時斷開；和第二NPN電晶體，當第一光電耦合器件接通時導通。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中為了增加通過驅動信號輸出的電流，控制極驅動器裝置還包括第二光電耦合器件、第三NPN電晶體、第二PNP電晶體、第四NPN電晶體和第三PNP電晶體，它們分別對應於第一光電耦合器件、第一NPN電晶體、第一PNP電晶體第二NPN電晶體。
12.根據權利要求10所述的裝置，其中在控制極驅動器裝置中，由第一和第二電阻將從光電耦合器件輸出的電壓進行分壓並施加到第一NPN電晶體的基極，第三電阻連接到其集電極和第二NPN電晶體的基極連接端，第一PNP電晶體的基極連接到第一NPN電晶體的集電極，第二NPN電晶體的發射極連接到第四電阻，一個二極體與第四電阻並聯，第二NPN電晶體的發射極串聯到第一NPN電晶體的發射極。
13.一種三相感應電動機的驅動方法，包括整流步驟，對三相電壓進行整流；測量步驟，對整流步驟中的整流電壓的量值進行測量；整流電壓量值控制步驟，對提供到逆變器裝置的整流電壓量值進行控制，該逆變器裝置根據在測量步驟中測量的電壓的量值驅動三相感應電動機。
14.根據權利要求13所述的方法，其中整流的電壓量值控制步驟包括測量施加的電流的量值，以便向逆變器裝置施加電壓，並相應地控制向逆變器裝置提供的整流電壓的量值。
15.一種三相感應電動機的驅動方法，包括電源提供步驟，提供三相電壓；整流步驟，對提供的三相電壓進行整流；降壓步驟，降低在整流步驟中產生的直流電壓並輸出穩定的直流電壓；以及將從降壓步驟輸出的直流電壓改變為三相交流電壓並驅動三相感應電動機。
全文摘要
一種三相感應電動機的驅動裝置，包括三相電源裝置，用於提供三相電壓；整流器，用於對自三相電源裝置提供的三相電壓進行整流；降壓裝置，用於降低由整流器產生的直流電壓並輸出穩定的直流電壓；以及逆變器裝置，用於將從降壓裝置輸出的穩定直流電壓改變為三相交流電壓並驅動三相感應電動機。能夠防止由在向逆變器提供直流電壓以驅動三相感應電動機期間產生的功率因數下降，並消除了諧波，並且因為不需要高價的逆變器元件，使其相關的費用降低。
文檔編號H02P29/00GK1490929SQ03131470
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月15日 優先權日2002年10月17日
發明者李在春 申請人:Lg電子株式會社