用于不同电源电压的频率转换器制造技术

本发明专利技术涉及通过频率转换器对电机进行速度控制的方法，以及应用该方法的频率转换器。频率转换器可以连接到几种不同的电源电压中的一种上，因此是所谓的多电压设备。当连接到低于频率转换器所设计的电压的标称电源电压时，或者当电源电压下降时，频率转换器将从电源要求更大的电流以满足电机的功率要求。但是，由于电流过大这可能会损坏频率转换器的输入。依照本发明专利技术，当实际电源电压低于频率转换器所设计的最大标称电源电压时通过限制频率转换器的最大输出功率从而解决了这个问题，在限制期间频率转换器在最高可达受限的最大输出功率的功率范围内控制电机的速度。这导致了真正的可以连接到大范围电源电压的多电压设备。此外，描述了自适应的电流极限，该极限适应温度、频率或负载特征。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于不同电源电压的频率转换器本专利技术涉及一种频率转换器，它可以被连接到几种不同的电源电压之一上，本专利技术还涉及一种通过频率转换器来对电机进行速度控制的方法。因为需要有产品差异，美国和欧洲电源电压的不同增加了生产成本。因此，多年以来，要制造能够连接到不同电源电压的频率转换器，(例如)见US 4,656,571。但是，当频率转换器被连接到一个频率转换器能够处理的、低于最大标称电源电压的电源电压时，这导致了一个问题。这种情况下设备中的电流将会增大以维持对电机相同的电功率输出。增大的电流可能损坏频率转换器。为了避免这种情况的发生，可以把频率转换器设计为用于高电流，但这是一种比较昂贵的解决方案，而且需要更多的空间，因为(例如)中间电路线圈会更大。因而，需要对频率转换器进行保护。但是，在另一连接中，从EP0431563B1可以知道在频率转换器中减少电流。当过载时，即这里用在HVAC系统的压缩器中的电机消耗了过多电流时，一个控制设备降低逆变器的输出频率。由电源端(即，在频率转换器之前)的电流测量来检测电流的振幅。当降低输出频率时，就降低从电源流向整流器的电流，并由此保护了私人家庭中的装置不致遭受过电流。但是，所描述的频率转换器并不是用于连接到几种不同电源电压中的一个。上面提到的US 4,656,571中描述了一种电源电压自适应频率转换器。在整流器之前放置一电压检测器，它向控制设备给出与电源电压振幅有关的信息。控制设备包含存储元件，其中为每种可能的电源电压存储了一张表。每张表包含多个U/f关系，其本质是由逆变器施加的电机电压和电机频率之间的关系。为了获得最优的电机操作，这个关系必须保持恒定。对电源电压100V、115V、200V、230V，都有包含了U/f关系的表，并且通过选择合适的U/f关系，频率转换器的输出功率被调整到一个恒定值。在这个解决方案中，试图保持中间电路电压恒定，为此目的输入电路包含了一个转换装置，当设备被连-->接到115V时它切换到电压加倍模式，而在连接该设备到230V时转换设备保持不变。固而，电机接收到相同的电压，但这个系统的缺点是在使用115V电源电压时输入电路必须接收更高的电流。必须为最低电源电压设计完整的输入电路，这意味着对较高的电源电压该设备将显得有些浪费。这个设计进一步的问题是没有考虑非标准电压。因而不清楚控制设备将怎样处理从230V到170V的电源电压下降。没有描述无分级的操作。频率转换器的自适应性不应仅限于适应电源电压。另外，对电流极限的适应也是感兴趣的。今天，频率转换器通常包含三个电流极限，较高的极限是短路保护，当电流达到标称频率转换器电流的300％时它会被激活，其响应时间为1到2μs。当在相位线圈之间出现接地或短路时这个极限会被激活。第二个极限是硬件极限，它通常是标称电流的220％，响应时间为15μs。硬件极限表示频率转换器的半导体和线圈能够承受的最大电流。短路极限和硬件极限都是用电子元件实现的，而第三个极限(软件极限)是由频率转换器的程序控制的。通常软件极限是标称电流的160％，响应时间为60s，在60s之后频率转换器通过降低电机频率来减小负载。通常，在制造期间就已经在频率转换器中锁住了硬件电流极限，但US 4,525,660公开了一种过流电路，在该电路中电流极限在操作期间是可变的。这里比较器的一个输入接收来自中间电路或电机线中测量的电流的电流测量信号，另一输入接收电流基准信号，它根据频率转换器的电压频率比(U/f)而变化。当电流测量信号超过电流基准时，比较器发送信号，以便降低电流或完全停止频率转换器。可变的电流基准信号由两个部分组成，第一个固定部分是通过电位器设置的，第二个部分是作为U/f比的函数而被确定的。第二个部分是通过查表或函数计算而找到的，U/f比是记录的键值，并且电流极限部分随着增加U/f而增加。因而，所产生的电流基准信号在频率转换器的操作期间是变化的。但是。这个电路的缺点是电流极限的变化被锁定到U/f比，它单独决定电流基准的特征，即曲线轮廓。WO 97/36777也描述了一种用于产生电流基准的电路，电流基准在电机控制操作期间变化，并且该变化是机器速度的函数。电流基准发生器通过包含速度和电流之组合的存储器元件中的表来产生硬-->件极限，而微处理器形成软件电流极限。通过数据线，微处理器与电流基准发生器的存储器元件相连，因而能够改变硬件特征的简档。与US 4,525,660相比，该电路的优势是仅仅通过改变微处理器的程序设计就能改变电流极限特征。这给了制造商更大的自由度。当制造商想制作可以用于不同大小的电机的通用电机驱动器时，他们尤其需要更大的自由度。通常的问题是系列制造的大功率频率转换器被连接到低功率电机。频率转换器的硬件电流极限随即被锁住，并且与电机相比显得过高。就应用领域(即使用频率转换器的领域)而言，需要更进一步的自由度。例如，有不同电流极限特征的HVAC(加热、通风、空气调节)和传送带应用，但通常在制造期间它们已经被固定在了频率转换器中。因而，频率转换器制造商被迫制作多种变体，每一种有它特定的硬件电流极限。基于以上论述，本专利技术的目标是设计一种通用频率转换器，它在电学上能够适应周围环境或者很容易地被周围的环境适应。依照本专利技术，这个目标是由一个方法解决的，在该方法中调整放置在整流器和逆变器之间的DC/DC转换器，以输出在几种电源电压的任一种上操作期间保持不变的DC电压，极限值信号与一个或多个测量出的或计算出的参数进行比较，控制设备通过降低由逆变器产生的电机频率来限制最大输出功率，并且频率转换器在来自逆变器的输出功率受限期间，在最高达受限最大输出功率的功率范围内控制电机的速度。这个解决方案提供了一个通用的频率转换器，它原则上能够连接到大范围、连续的电源电压特例上。该频率转换器通过根据其所连接的电源电压来限制输出功率，从而自动适应可用的电源电压。例如，如果频率转换器是为230V的最大标称电源电压而设计的(最大标称电源电压会出现在电机控制器的说明书中)，当连接到115V的实际电源电压时控制设备将降低输出功率。更准确地说，控制设备将限制最大输出功率，以便频率转换器被从一个期望的工作点移到另一个工作点，然后频率转换器将继续工作在新的工作点中。本专利技术可以用在下列情况中：频率转换器初始时连接到具有较低初始电压的电源上并在随后的操作阶段中用这个电压工作，或者在操作期间交流电源电压下降。在这个较低电压的持续时间内，最大输出功率受限，直到-->交流电源电压再次达到它的标称值。采用这种方式，控制设备保护频率转换器不受过大电流所害，其结果是通用的电机控制器。虽然电机减载运行，但在很多情况下对在其仓库中只需要处理一种频率转换器和电机的OEM制造商和终端用户来说会更实用。不考虑所用极限值的种类，通过降低电机频率可以降低逆变器的输出功率。电机频率是由逆变器施加的，并且其方式实质与电机速度直接相关。因为(例如)泵或风扇马达的功率消耗与第三功率中的速度成比正比，电机频率的降低对功率消耗将有明显的影响，并因而对频率转换器所消耗的电流也有明显的影响。本专利技术使用安装在整流器之后放大转换器，而不是使用受控制的整流器，放大转换器的输出电压由控制设备控制为恒定的，而受控整流器通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过频率转换器对电机进行速度控制的方法，频率转换器包括整流器、逆变器和控制设备，频率转换器可以连接到几种电源电压之一上，当实际电源电压低于频率转换器所设计的最大标称电源电压时该控制设备限制频率转换器的最大电功率输出，这种方法的特征是：调整整流器（２）和逆变器（４）之间的ＤＣ／ＤＣ转换器（９）以输出在几种电源电压的每一个上操作期间保持恒定的ＤＣ电压Ｕ↓［ｄｃ］，将极限值信号（Ｉ↓［ｌｉｍ］，Ｐ↓［ｌｉｍ］）同一个或多个测量出的（Ｕ↓［ｒｅｃ］、Ｉ↓［ｒｅｃ］、Ｕ↓［ｄｃ］、Ｉ↓［ｄｃ］、Ｔ）或计算出的参数（Ｐ↓［ｉｎｖ］）进行比较，控制设备（６）通过降低由逆变器产生的电机频率来限制最大输出功率，并且在限制期间频率转换器在最高到所限制的最大输出功率的功率范围内控制电机的速度。

【技术特征摘要】
DK 2001-11-23 PA200101750;DK 2001-11-23 PA200101751.一种通过频率转换器对电机进行速度控制的方法，频率转换器包括整流器、逆变器和控制设备，频率转换器可以连接到几种电源电压之一上，当实际电源电压低于频率转换器所设计的最大标称电源电压时该控制设备限制频率转换器的最大电功率输出，这种方法的特征是：调整整流器(2)和逆变器(4)之间的DC/DC转换器(9)以输出在几种电源电压的每一个上操作期间保持恒定的DC电压Udc，将极限值信号(Ilim，Plim)同一个或多个测量出的(Urec、Irec、Udc、Idc、T)或计算出的参数(Pinv)进行比较，控制设备(6)通过降低由逆变器产生的电机频率来限制最大输出功率，并且在限制期间频率转换器在最高到所限制的最大输出功率的功率范围内控制电机的速度。2.权利要求1的方法，其特征在于，控制设备在频率转换器连接到电源电压之后，如果所测量出的或计算出的参数(Urec、Irec、Udc、Idc、T、Pinv)大于极限值就立即根据它们限制最大电输出功率。3.权利要求2的方法，其特征在于，控制设备包含带极限值(Plim)的表(41)，并且控制设备根据测量出的(Urec)或计算出的参数来选择期望振幅的极限值。4.权利要求1的方法，其特征在于，控制设备(6)在频率转换器的操作期间连续确定极限值(Ilim、Plim)。5.权利要求3或4的方法，其特征在于，极限值是被确定为电机频率和/或测量出的温度(T)的函数的电流极限(Ilim)。6.权利要求1的方法，其特征在于，电机频率的基准信号(fref)是作为期望的电机频率(fset)和频率降低项(flim)之间的差而被产生的，频率降低项是根据电流差(Irec、Ilim)、功率差(Plim、Pinv)或中间电路电压(Udc)产生的。7.权利要求1的方法，其特征在于，控制设备降低电机频率和电机电压二者。8.权利要求7的方法，其特征在于，DC/DC转换器之后的中间电路电压(Udc)也被降低。9.前述任一权利要求中的方法，其特征在于，频率转换器包含用于对实际电源电压进行直接或间接检测的电压或电流传感器(20、21)。10.权利要求1的方法，其特征在于，测量整流器和放大转换器之间的第一电流(Irec)并把它和极限值进行比较，测量放大转换器和逆变器之间的第二电流并把它和第二个极限值(Ioc)进行比较，并且当第二电流(Idc、Igl)超过第二个极限值时给出过电流信号(OC)。11.权利要求10的方法，其特征在于，第二个极限值是可变的，可以将第二极限值的特征确定为电机的标称额定功率、实际的电机频率或电机轴上的转矩负载的函数。12.一种对电机进行速度控制的频率转换器，该频率转换器包括整流器、逆变器和控制设备，所述频率转换器可以连接到几种电源电压中的一种，当实际电源电压低于频率转换器所设计的最大标称电源电压时该控制设备限制频率转换器的最大电功率输出，该频率转换器的特征在于：整流器(2)和逆变器(4)之间的放大转换器(9)调整中间电压(Udc)为在几种电源电压的每一个上操作期间都保持恒定的值，将第一极限值信号(Ilim，Plim)同一个或多个测量出的(Urec、Irec、Udc、Idc、T)或计算出的参数(Pinv)相比较，如果测量出的值大于第一极限值，则控制设备(6)就通过降低由逆变器产生的电机频率来限制最大输出功率，代表逆变器的硬件电流极限的第二极限值(Ioc)在频率转换器的操作期间是可调整的，以及如果电流测量信号(67)超过了第二极限值就给出过电流信号(OC)。13.权利要求12的频率转换器，其特征在于，用于检测过电流的电路包括比较器(66)，它比较电流测量信号和由基准发生器(61)所产生的第二极限值，一旦电流测量信号大于第二极限值，比较器就给出过电流信号，该电路还包括存储在可编程存储元件(70)中的电流基准特征，该特征取决于至少一个第一变量(A1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：K斯考，M滕内斯，NO哈维斯特，E克罗，A奥普克，
申请(专利权)人：丹福斯驱动器公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]