对电动马达的供电进行控制的方法和装置制造方法及图纸

一种对连接至马达控制装置(1)的输出端子(3)的电动马达(M)的供电进行控制的马达控制装置包括：过电流保护电路(1A)，其具有电源开关(5)，电动马达(M)通过该电源开关(5)接收电气负载电流(I

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对电动马达的供电进行控制的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种对电动马达或将电能转换为机械能的电动机的供电进行控制的方法和装置。
[0002]大多数电动马达通过马达的磁场与导线绕组中的电流之间的相互作用来操作，以产生转轴的旋转的形式的机械力。电动马达总体上可以通过诸如电池的直流电源或诸如电网、逆变器或发电机的交流电源来供电。存在多种类型的电动马达，特别是异步马达或同步马达。连接至供电系统的负载、特别是电动马达要求过载和/或过电流保护。在电气系统中，可能发生过电流流过电导体导致产生大量热量并且损坏电气设备或负载的情况。可以有很多导致过电流的原因，包括短路、错误的电路设计或者接地故障。此外，存在多种传统的过电流保护装置，例如熔断器、机电式断路器或固态电源开关。熔断器在发生过电流时熔断，由此切断电流并随之保护所连接的负载。然而，熔断器仅在相对较高的电流幅值下熔断，从而使大部分的电能可以在熔断器确实熔断之前传输给所连接的负载，诸如电动马达。这增加了损坏所连接的电动马达的部件的风险。此外，在清除了过电流的原因之后，需要替换受影响的熔断器。
[0003]电动马达可包括额定功率。在电气工程中，设备的功率额定值是允许流过相应的设备的最高功率输入值。过电流保护保护电气设备以防止由短路、接地故障和过载状态产生的过大的电流或超过可接受的电流额定值的电流。相反，过电流保护防止了过载电流导致受保护的电气设备过热的情况。
[0004]过电流继电器可作为过载(热)保护来防止阻性负载。然而，针对马达负载，过电流继电器不能作为过载保护。过载继电器通常比过电流继电器具有更长的时间设置。
[0005]电气保护装置可使用电流传感器来测量流向所连接的负载的电流，以检测临界状态并且在达到临界状态时自动触发电子式或机电式开关。诸如霍尔传感器的电流测量元件可以测量电流并且向控制器或控制逻辑电路提供测量值，该控制器或控制逻辑电路可在所测得的电流超过预定阈值的情况下关闭开关部件。传统的保护传感器使用诸如MOSFET的半导体开关来保护所连接的负载免受过电流的影响。随着增大的电流通过打开的半导体开关进行流动，沿着半导体开关的电压降也增大，从而在半导体开关处产生更大的功率损耗。增大的功率损耗可以导致半导体开关和/或所连接的电动马达内的电子部件受到损伤甚至被破坏。因此，传统的保护电路评估沿着其半导体开关的电压降并且一旦该电压降超过阈值就关闭半导体开关。然而，这种传统的关闭机构仅在电流经过了相对较长的关闭时间已经达到较高幅值之后进行操作。这些传统的保护电路运行的相对较慢，并且要求较高的电流水平来触发相应的开关部件。
[0006]电动马达从电压供应系统接收电能并且将其转换为机械能，即转换为速度和扭矩。如果电动马达在没有损耗的情况下操作，则输出的机械能将对应于输入的电能。此外，电动马达可具有超过操作电流的浪涌电流。因此，通常需要对所连接的电动马达的供电进行控制，从而在电动马达启动期间暂时减小电气设备的电流浪涌。这减小了电动马达和转轴上的机械应力以及所附接的电缆和配电网上的电动应力，从而延长了受影响的系统的使用寿命。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种装置，其用于对电动马达的供电进行控制并且对所连接的电动马达进行有效保护。
[0008]该目的通过包含权利要求1的特征的马达控制装置来实现。
[0009]根据第一方面，本专利技术提供了一种对连接至马达控制装置的输出端子的电动马达的供电进行控制的马达控制装置，其包括：
[0010]过电流保护电路，OCPC，其具有电源开关，电动马达通过该电源开关接收电气负载电流，并且具有传感器部件，其与电源开关串联连接并且用于直接产生与经由传感器部件和电源开关从马达控制装置的输入端子流向输出端子的电气负载电流的电流上升速度对应的电压降，并且具有驱动电路，其用于根据传感器部件所产生的电压降和/或根据沿着电源开关的电压降来检测正在产生的过电流并且用于在检测到过电流时在小于1微秒的关闭时间内关闭电源开关；和/或包括：
[0011]供电控制电路，PSCC，其具有传感器部件，该传感器部件用于在输入端子处测量通知给马达控制装置的控制单元的电源电压，该控制单元用于根据电动马达的操作模式来控制供应给电动马达的电力。
[0012]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的一个可行的实施方式中，马达控制装置还包括过载保护电路，其具有传感器部件，该传感器部件用于连续地测量通知给马达控制装置的控制单元的、流向输出端子的负载电流，该控制单元用于根据所测得的负载电流分布来确定电动马达的过载状态。
[0013]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，控制单元用于在通过控制单元确定了电动马达的过载状态时控制驱动电路来关闭电源开关。
[0014]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，控制单元用于基于过载保护电路的传感器部件所测得的负载电流分布并且基于供电控制电路的传感器部件在马达控制装置的输入端子处所测得的电源电压分布根据电动马达的操作模式来控制供应给电动马达的电力。
[0015]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，过电流保护电路的传感器部件包括线圈，该线圈用于根据流过过电流保护电路的传感器部件的负载电流的电流上升速度来产生感应电压降。
[0016]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，过载保护电路的传感器部件包括霍尔传感器，其用于连续地测量流过马达控制装置的输出端子的负载电流，以提供负载电流分布。
[0017]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，供电控制电路具有由分压器形成的传感器部件，其用于在输入端子处向马达控制装置的控制单元供应一部分电源电压，以提供电源电压分布。
[0018]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，过载保护电路的传感器部件和供电控制电路的传感器部件连接至关联的模数转换器，该模数转换器用于将所测得的模拟负载电流分布和所测得的电源电压分布转换成作为负载电流分布数据和电源电压分布数据被存储在控制单元的数据存储器中的对应的测量值。
[0019]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，控制单元的处理器或FPGA用于基于存储在控制单元的数据存储器中的负载电流分布数据和电源电
压分布数据来计算功率因数。
[0020]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，电动马达包括以下操作模式：
[0021]空转操作模式，其中电动马达关闭并且电动马达的转速为零；
[0022]启动操作模式，其中电动马达启动并且电动马达的转速升高；
[0023]稳态操作模式，其中电动马达的转速保持恒定；以及
[0024]停止操作模式，其中电动马达停止并且电动马达的转速降低。
[0025]在根据本专利技术的第一方面的马达控制装置的另一个可行的实施方式中，驱动电路用于在关闭时间内所施加的总电压超过可配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对连接至马达控制装置(1)的输出端子(3)的电动马达(M)的供电进行控制的马达控制装置，其包括：过电流保护电路(1A)，其具有电源开关(5)，所述电动马达(M)通过所述电源开关(5)接收电气负载电流(I
L
)，并且具有传感器部件(4)，其与所述电源开关(5)串联连接并且用于直接产生与经由所述传感器部件(4)和所述电源开关(5)从所述马达控制装置(1)的输入端子(2)流向所述输出端子(3)的所述电气负载电流(I
L
)的电流上升速度对应的电压降(ΔU4)，并且具有驱动电路(6)，其用于根据所述传感器部件(4)所产生的所述电压降(ΔU4)和/或根据沿着所述电源开关(5)的电压降(ΔU5)来检测正在产生的过电流并且用于在检测到过电流时在小于1微秒的关闭时间内关闭所述电源开关(5)；和/或包括：供电控制电路(1C)，其具有传感器部件(9)，所述传感器部件(9)用于在输入端子(2)处测量通知给所述马达控制装置(1)的控制单元(8)的电源电压，所述控制单元(8)用于根据所述电动马达(M)的操作模式来控制供应给所述电动马达(M)的电力。2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其还包括：过载保护电路(1B)，其具有传感器部件(7)，所述传感器部件(7)用于连续地测量通知给所述马达控制装置(1)的所述控制单元(8)的、流向所述输出端子(3)的所述负载电流(I
L
)，所述控制单元(8)用于根据所测得的负载电流分布来确定所述电动马达(M)的过载状态。3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其中，所述控制单元(8)适于在通过所述控制单元(8)确定了所述电动马达(M)的过载状态时控制所述驱动电路(6)来关闭所述电源开关(5)。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的马达控制装置，其中，所述控制单元(8)用于基于所述过载保护电路(1B)的所述传感器部件(7)所测得的所述负载电流分布并且基于所述供电控制电路(1C)的所述传感器部件(9)在所述马达控制装置(1)的所述输入端子(2)处所测得的电源电压分布根据所述电动马达(M)的操作模式来控制供应给所述电动马达(M)的电力。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的马达控制装置，其中，所述过电流保护电路(1A)的所述传感器部件(4)包括线圈，所述线圈用于根据流过所述过电流保护电路(1A)的所述传感器部件(4)的所述负载电流(I
L
)的所述电流上升速度来产生感应电压降(ΔU4)。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的马达控制装置，其中，所述过载保护电路(1B)的所述传感器部件(7)包括霍尔传感器、GMR传感器、变压器或分流电阻器，其用于连续地测量流向所述马达控制装置(1)的所述输出端子(3)的所述负载电流(I
L
)，以提供负载电流分布。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的马达控制装置，其中，所述供电控制电路(1C)具有由分压器形成的至少一个传感器部件(9)，其用于在所述输入端子(2)处向所述马达控制装置(1)的所述控制单元(8)供应一部分所述电源电压(Vin)，以提供电源电压分布。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的马达控制装置，其中，所述过载保护电路(1B)的所述传感器部件(7)和所述供电控制电路(1C)的所述传感器部件(9)连接至关联的模数转换器(10，11)，所述模数转换器(10，11)用于将所测得的模拟负载电流分布和所测得的电源电压分布转换成作为负载电流分布数据和电源电压分布数据被存储在所述控制单元(8)的数据存储器(8B)中的对应的测量值。
9.根据权利要求8所述的马达控制装置，其中，所述控制单元(8)的处理器或FPGA(8A)用于基于存储在所述控制单元(8)的所述数据存储器(8B)中的所述负载电流分布数据和所述电源电压分布数据来计算功率因数10.根据权利要求1
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9中任一项所述的马达控制装置，其中，所述电动马达(M)包括以下操作模式：空转操作模式(模式0)，其中所述电动马达(M)关闭并且所述电动马达(M)的转速为零；启动操作模式(模式1)，其中所述电动马达(M)启动并且所述电动马达(M)的转速升高；稳态操作模式(模式2)，其中所述电动马达(M)的转速保持恒定；以及停止操作模式(模式3)，其中所述电动马达(M)停止并且所述电动马达(M)的转速降低。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的马达控制装置，其中，所述驱动电路(6)适于在所述关闭时间内所施加的总电压(U
Σ
)包括所述传感器部件(4)所产生的所述电压降(ΔU4)并且沿着所述电源开关(5)的所述电压降(ΔU5)超过可配置的阈值电压(UTH)时自动关闭所述电源开关(5)，以保护所述马达控制装置(1)自身和所述电动马达(M)免受过载和/或过电流的影响。12.根据权利要求8
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11中任一项所述的马达控制装置，其中，所述控制单元(8)的处理器或FPGA(8A)用于通过对存储在所述控制单元(8)的所述数据存储器(8B)中的所述负载电流分布数据和/或所述电源电压分布数据进行处理来确定所连接的所述电动马达(M)的操作模式和/或特定的操作状态。13.根据权利要求1
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12中任一项所述的马达控制装置，其中，所述控制单元(8)用于在接收到控制指令(CMD)时控制所述马达控制装置(1)的所述驱动电路(6)，使得所述电源开关(5)根据所接受到的所述控制指令(CMD)来打开或关闭。14.根据权利要求13所述的马达控制装置，其中，所述马达控制装置(1)的所述控制单元(8)用于从所述马达控制装置(1)的用户或数据接口(15)、从连接至所述马达控制装置(1)的计算机或从自动化系统所存储的程序控制接收所述控制指令(CMD)。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的马达控制装置，其中，所述电源开关(5)包括IGBT或功率MOSFET，特别是SiC MOSFET、GaN MOSFET或者ScAlN MOSFET。16.根据权利要求1
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15中任一项所述的马达控制装置，其中，所述马达控制装置(1)的所述控制单元(8)用于根据所连接的所述电动马达(M)的至少一个操作参数和所存储的分布数据来得出所述电动马达(M)的部件和/或所述马达控制装置(1)的部件的温度分布，并且控制所述驱动电路(6)在检测到...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安，
申请(专利权)人：未来系统产业有限公司，
类型：发明
国别省市：