具有集成的前端整流器和旁路的可变频率驱动器制造技术

本发明专利技术题为“具有集成的前端整流器和旁路的可变频率驱动器”。本发明专利技术提供一种电机控制系统，包括VFD单元，其包括：具有多个相脚的整流器电路，多个相脚各自在其上包括上部开关单元和下部开关单元；通过DC链路连接到整流器电路并且在其中具有多个开关的逆变器，该多个开关可控以向负载提供三相AC输出功率；以及包括旁路继电器的旁路继电器单元，该旁路继电器耦接到下部开关单元下游的整流器电路的相脚中的每一个相脚。隔离接触器单元位于逆变器与负载之间并且可操作以选择性地将逆变器连接到负载并将逆变器与负载断开。旁路继电器单元在第一位置和第二位置可操作以将整流器电路耦接到逆变器并将整流器电路耦接到绕过逆变器的旁路路径。

Variable frequency driver with integrated front end rectifier and bypass

【技术实现步骤摘要】
具有集成的前端整流器和旁路的可变频率驱动器
技术介绍
本专利技术的实施方案整体涉及电机控制系统，并且更具体地涉及包括集成的前端整流器和旁路电路的可变频率驱动器(VFD)。工业上常用的执行功率转换的一种类型的系统为可调速驱动器(也称为可变频率驱动器(VFD))。VFD是一种工业控制装置，为驱动系统诸如AC感应电机提供可变频率、可变电压的操作。在使用中，VFD通常作为电机控制系统以及整体控制和保护组件的一部分来提供，该组件包括VFD，并且布置有输入/输出熔断器、断开器、断路器或其他保护装置、控制器、滤波器、传感器和旁路组件，该旁路组件包括旁路接触器和软起动器中的一个或多个，它们提供用于控制驱动系统的替代控制路径或机构。一般来讲，在已知的电机控制系统中，VFD以及相关联的保护和控制装置作为具有它们自己的壳体的分立部件来提供。所容纳的分立部件位于大的金属外壳内并且固定到外壳内的支撑件(诸如DIN导轨)，其中在部件之间提供接线以用于它们之间的电连接和/或通信。当所有部件集合装配为一个整体时，容纳这些部件所需的外壳会变得非常大而笨重，并且部件之间需要大量的接线，这会增加安装时间并增加因接线和接线连接件而引起故障的可能性，这降低了电机控制系统的总体效率。因此，期望提供一种成本降低、效率提高且操作灵活性改善的电机控制系统。还期望这样的电机控制系统在可能的情况下集成和组合单独的部件，以限制所需部件的数量并提供全面的产品供应。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的电机控制系统。该电机控制系统包括VFD单元，该VFD单元包括：输入端，该输入端可连接到电源；以及整流器电路，该整流器电路连接到输入端，该整流器电路包括多个相脚，该多个相脚各自在其上包括上部开关单元和下部开关单元。该VFD单元还包括：逆变器，该逆变器通过DC链路连接到整流器电路并且在其中具有多个开关，该多个开关可控以向负载提供三相AC输出功率；以及旁路继电器单元，该旁路继电器单元包括旁路继电器，该旁路继电器耦接到下部开关单元下游的整流器电路的相脚中的每一个相脚。该电机控制系统还包括隔离接触器单元，该隔离接触器单元位于逆变器与负载之间并且可操作以选择性地将逆变器连接到负载并将逆变器与负载隔离。该旁路继电器单元在第一位置可操作以将整流器电路耦接到逆变器，并且在第二位置可操作以将整流器电路耦接到绕过逆变器的旁路路径。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于选择性地控制从AC电源到负载的功率的VFD单元。该VFD单元包括：输入端，该输入端可连接到AC电源；以及整流器电路，该整流器电路连接到输入端，该整流器电路包括多个相脚，该多个相脚各自在其上包括上部开关单元和下部开关单元。该VFD单元还包括：逆变器，该逆变器通过DC链路连接到整流器电路并且在其中具有多个开关，该多个开关可控以向负载提供三相AC输出功率；以及旁路继电器，该旁路继电器耦接到下部开关单元下游的整流器电路的相脚中的每一个相脚，该旁路继电器在第一位置可操作以将整流器电路耦接到逆变器，并且在第二位置可操作以将整流器电路从逆变器脱离。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种操作VFD单元的方法，该VFD单元包括整流器电路、逆变器和位于整流器电路与逆变器之间的旁路继电器单元。该方法包括以VFD操作模式操作VFD单元以向负载提供功率，其中以VFD操作模式操作VFD单元包括：在第一位置操作旁路继电器单元以将整流器电路耦接到逆变器；以及操作逆变器中的多个开关以向负载提供受控的三相AC输出功率。该方法还包括以旁路操作模式操作VFD单元以向负载提供功率，其中以旁路模式操作VFD单元包括：在第二位置操作旁路继电器单元以将整流器电路从逆变器脱离并将整流器电路耦接到绕过逆变器的旁路路径；操作逆变器中的多个开关以提供受控的三相AC输出功率；以及操作整流器电路中的多个低侧开关单元以向负载提供斜变的三相AC输出功率，从而提供负载的软起动。根据以下具体实施方式和附图，本专利技术的各种其他特征和优点将变得显而易见。附图说明附图示出了目前预期用于执行本专利技术的优选的实施方案。在附图中：图1为根据本专利技术的一个实施方案的包括具有集成的前端整流器和旁路的可变频率驱动器的电机控制系统的示意图。图2为根据本专利技术的一个实施方案的示出用于以功率转换操作模式和旁路操作模式操作图1的电机控制系统的技术的流程图。具体实施方式本专利技术的实施方案涉及电机控制系统，该电机控制系统包括可变频率驱动(VFD)单元和位于VFD单元与负载之间的隔离接触器。该VFD单元包括集成的前端整流器和旁路电路，其中旁路继电器布置为与前端整流器的低侧开关以及与隔离接触器结合操作，以选择性地提供VFD操作模式和旁路操作模式用于操作负载。尽管下文将本专利技术的实施方案描述和示出为涉及电机控制系统，但应当认识到，本专利技术的实施方案并不意味着限于这样的电路。也就是说，本专利技术的实施方案可以更广泛地扩展到具有不同构造和实施方式的功率/能量转换电路，包括例如电机起动器、电机控制中心以及用于驱动非电机负载的功率/能量转换电路。因此，以下对电机控制系统的讨论并不意味着限制本专利技术的范围。参考图1，示出了根据本专利技术的一个实施方案的电机控制系统10的示意图。一般来讲，电机控制系统10由VFD单元12、隔离接触器单元14(该隔离接触器单元在VFD单元12的三相输出端18的每一相上包括接触器16)和控制器20组成，该控制器选择性地控制VFD单元12和隔离接触器单元14的操作。如图1所示，VFD单元12被构造为具有一般标准结构的VFD单元，使得VFD单元12包括三相整流器电路22和用于对所接收的AC输入进行整流和逆变的逆变器24，但VFD单元12还包括附加的旁路继电器单元26(该附加的旁路继电器单元在整流器电路22的每个相脚30上包括旁路继电器28)。可以经由输入端32向三相整流器电路22馈送AC功率，其中整流器电路22将AC功率输入转换为DC功率，使得在DC链路34上在整流器电路22与逆变器24之间存在DC电压。通过DC链路电容器组36对链路电压进行平滑处理。逆变器24可以由一系列绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关38和反并联二极管40(诸如六个IGBT开关38和二极管40的布置)组成，这些绝缘栅双极晶体管开关和反并联二极管共同形成逆变器24，其中经由例如脉冲宽度调制(PWM)技术控制逆变器24，以合成具有固定频率和振幅的AC电压波形以便输送到负载42，该负载为三相电机诸如感应电机的形式。虽然上文将逆变器24描述为包括IGBT开关38，但应当认识到，本专利技术的其他实施方案考虑了本领域中已知的其他功率开关装置(例如，MOSFET)。经由控制器20进行逆变器24的操作，该控制器还可以由多个PI控制器组成，其中控制器20经由栅极驱动信号与逆变器24交互，并感测DC总线电压和极电流(通过例如电压传感器)，使得可以感测DC总线电压的变化。可以将这些电压变化解释为瞬态负载条件，并且用于控制逆变器24的开关38的切换，使得可以维持接近稳态的负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的电机控制系统，所述电机控制系统包括：/n可变频率驱动(VFD)单元，所述可变频率驱动单元包括：/n输入端，所述输入端可连接到所述电源；/n整流器电路，所述整流器电路连接到所述输入端，所述整流器电路包括多个相脚，所述多个相脚各自在其上包括上部开关单元和下部开关单元；/n逆变器，所述逆变器通过DC链路连接到所述整流器电路并且在其中具有多个开关，所述多个开关可控以向所述负载提供三相AC输出功率；和/n旁路继电器单元，所述旁路继电器单元包括旁路继电器，所述旁路继电器耦接到所述下部开关单元下游的所述整流器电路的所述相脚中的每一个相脚；和/n隔离接触器单元，所述隔离接触器单元位于所述逆变器与所述负载之间，并且可操作以选择性地将所述逆变器连接到所述负载并将所述逆变器与所述负载隔离；/n其中所述旁路继电器单元在第一位置可操作以将所述整流器电路耦接到所述逆变器，并且在第二位置可操作以将所述整流器电路耦接到绕过所述逆变器的旁路路径。/n

【技术特征摘要】
20181114 US 62/7609881.一种用于选择性地控制从电源到负载的功率的电机控制系统，所述电机控制系统包括：
可变频率驱动(VFD)单元，所述可变频率驱动单元包括：
输入端，所述输入端可连接到所述电源；
整流器电路，所述整流器电路连接到所述输入端，所述整流器电路包括多个相脚，所述多个相脚各自在其上包括上部开关单元和下部开关单元；
逆变器，所述逆变器通过DC链路连接到所述整流器电路并且在其中具有多个开关，所述多个开关可控以向所述负载提供三相AC输出功率；和
旁路继电器单元，所述旁路继电器单元包括旁路继电器，所述旁路继电器耦接到所述下部开关单元下游的所述整流器电路的所述相脚中的每一个相脚；和
隔离接触器单元，所述隔离接触器单元位于所述逆变器与所述负载之间，并且可操作以选择性地将所述逆变器连接到所述负载并将所述逆变器与所述负载隔离；
其中所述旁路继电器单元在第一位置可操作以将所述整流器电路耦接到所述逆变器，并且在第二位置可操作以将所述整流器电路耦接到绕过所述逆变器的旁路路径。


2.根据权利要求1所述的电机控制系统，还包括控制器，所述控制器操作地耦接到所述旁路继电器单元和所述隔离接触器单元，所述控制器被编程为控制所述多个开关装置在导通状态与关断状态之间的切换，以选择性地将功率路由到功率转换器并绕过所述功率转换器。


3.根据权利要求2所述的电机控制系统，其中所述控制器被编程为：
接收包括所述VFD单元的操作状态和所述负载的期望操作状况中的一者或多者的输入；
基于所述接收的输入确定所述电机控制系统的期望操作状况，所述期望操作状况包括VFD模式和旁路模式中的一者；以及
控制所述旁路继电器单元和所述隔离接触器单元的操作，以使所述电机控制系统以所述VFD模式和所述旁路模式中的一者操作。


4.根据权利要求3所述的电机控制系统，其中在使所述电机控制系统以所述VFD模式操作时，所述控制器被编程为：
在所述第一位置操作所述旁路继电器单元以将所述整流器电路耦接到所述逆变器；以及
在关闭状态下操作所述隔离接触器单元以将所述逆变器连接到所述负载。


5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其中所述控制器操作地耦接到所述逆变器，其中所述控制器被编程为经由脉冲宽度调制(PWM)技术来控制所述逆变器中的所述多个开关，以在所述VFD操作模式期间向所述负载提供所述三相AC输出功率。


6.根据权利要求3所述的电机控制系统，其中在使所述电机控制系统以所述旁路模式操作时，所述控制器被编程为：
在所述第二位置操作所述旁路继电器单元以将所述整流器电路耦接到所述旁路路径；以及
在打开状态下操作所述隔离接触器单元，以将所述逆变器与所述负载隔离。


7.根据权利要求6所述的电机控制系统，其中所述控制器操作地耦接到所述整流器电路和所述逆变器，其中所述控制器被编程为：
在关断状态下控制所述逆变器中的所述多个开关，以阻止电流流过所述逆变器；以及
控制所述相脚中的每一个相脚上的所述下部开关单元，以便限制到所述负载的电压并提供所述负载的软起动。


8.根据权利要求7所述的电机控制系统，其中在控制所述相脚中的每一个相脚上的所述下部开关单元时，所述控制器被编程为经由电压缺口控制技术使所述下部开关单元换向。


9.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中每个旁路继电器包括单刀双掷(SPDT)继电器。


10.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中所述上部...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·M·伍德利，
申请(专利权)人：伊顿智能动力有限公司，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE