專(zhuān)利名稱(chēng)：變頻器裝置以及該變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻器裝置，尤其涉及一種具有過(guò)電流保護(hù)功能的變頻器裝置以及該變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法，該過(guò)電流保護(hù)功能是指，判斷在變頻器裝置中發(fā)生的過(guò)電流的狀態(tài)，并執(zhí)行用于抑制該過(guò)電流的動(dòng)作的功能。
背景技術(shù)：
變頻器裝置是一種將規(guī)定頻率的電力轉(zhuǎn)換為任意頻率的脈沖形式的三相交流電的電力轉(zhuǎn)換裝置。變頻器裝置因具有節(jié)能以及容易控制輸出等優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)常用于驅(qū)動(dòng)廣泛使用于洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等電氣產(chǎn)品中的電動(dòng)機(jī)。通常，為了利用上述變頻器裝置來(lái)正確地控制電動(dòng)機(jī)，采用如下方法檢測(cè)施加于電動(dòng)機(jī)的相電流，并根據(jù)檢測(cè)到的相電流，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式來(lái)控制施加于電動(dòng)機(jī)的電流。在檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的相電流時(shí)，通常采用霍爾電流傳感器(Hall CT)。此時(shí)，通過(guò)霍爾電流傳感器檢測(cè)到的各相相電流的波形如圖9的(a)、(b)、(c)所示。在圖9中，Ca)是利用霍爾電流傳感器檢測(cè)到的W相的電流波形，(b)是V相的電流波形，(c)是U相的電流波形。如圖9的(a)、(b)、(C)所示，通過(guò)霍爾電流傳感器檢測(cè)到的各相的相電流的波形雖然包含少量的高頻諧波，但大致呈正弦波的形態(tài)。就一般的通用變頻器裝置而言，都具有用于保護(hù)變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)電路。圖1示出了現(xiàn)有的變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)電路中的判斷電路。在圖1的判斷電路中，通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)由上述霍爾電流傳感器檢測(cè)到的各相的正弦波的相電流進(jìn)行放大，并計(jì)算出放大后的各相的相電流之和，然后將計(jì)算出的該相電流之和與預(yù)先決定的基準(zhǔn)電流值進(jìn)行比較，來(lái)判斷在變頻器裝置中是否發(fā)生了過(guò)電流。在相電流之和為基準(zhǔn)電流值以上的情況下，降低變頻器裝置的輸出頻率或者斷開(kāi)所有開(kāi)關(guān)元件，以避免過(guò)大的電流在變頻器裝置中流動(dòng)而引發(fā)故障，從而保護(hù)變頻器裝置。但是，就廉價(jià)、小容量變頻器裝置而言，不采用如上所述的通過(guò)霍爾電流傳感器來(lái)檢測(cè)相電流的方法，而采用如下的相電流檢測(cè)方法在該變頻器裝置的各橋臂(Leg)的下部橋臂上設(shè)置橋臂電阻(shunt resistance)，利用該橋臂電阻的兩端電壓來(lái)檢測(cè)相電流。這是因?yàn)椋脴虮垭娮铏z測(cè)相電流的方法不僅廉價(jià)，而且該方法的部件所占空間也比霍爾電流傳感器小很多，因此在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有很多優(yōu)點(diǎn)。利用橋臂電阻檢測(cè)到的流過(guò)各橋臂電阻Rl、R2、R3的電流的波形如圖9的(d)、(e)、(f)所示。圖9的(d)是流過(guò)設(shè)置在與變頻器裝置的W相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻R3中的電流的波形，(e)是流過(guò)設(shè)置在與變頻器裝置的V相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻R2中的電流的波形，(f)是流過(guò)設(shè)置在與變頻器裝置的U相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻Rl中的電流的波形。如圖9的(d)、(e)、(f)所示，流過(guò)各橋臂電阻Rl、R2、R3的電流具有斷續(xù)的波形，因此根據(jù)輸出波形的相位角，會(huì)發(fā)生難以檢測(cè)電流的區(qū)間，而且，根據(jù)這樣的流過(guò)各橋臂電阻的電流來(lái)計(jì)算出的各相的相電流的形態(tài)也具有斷續(xù)的波形，也不會(huì)如通過(guò)霍爾電流傳感器檢測(cè)到的相電流那樣具有正弦波的形態(tài)。關(guān)于利用橋臂電阻來(lái)檢測(cè)各相的相電流的方法以及這樣的電流的波形斷續(xù)的具體原因，以后再敘述。這樣的電流波形斷續(xù)的程度，會(huì)隨著V/F運(yùn)轉(zhuǎn)中的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的增大(隨著脈沖寬度變大)而變得更嚴(yán)重。若運(yùn)轉(zhuǎn)頻率變?yōu)橐?guī)定頻率(通常為額定頻率)以上，則在極端的情形下，也有可能無(wú)法通過(guò)橋臂電阻來(lái)檢測(cè)到電流。在這樣的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，橋臂電阻的兩端沒(méi)有產(chǎn)生電壓，因此無(wú)法檢測(cè)到相電流。在這樣的情況下，當(dāng)然可以通過(guò)檢測(cè)流過(guò)其他橋臂上的橋臂電阻的電流來(lái)計(jì)算該相的相電流。但是，要通過(guò)軟件來(lái)計(jì)算電流，則需要一定的時(shí)間，這會(huì)使作為對(duì)動(dòng)作時(shí)間敏感的保護(hù)電路的過(guò)電流保護(hù)電路無(wú)法充分發(fā)揮保護(hù)功能。其結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。S卩，若將通過(guò)利用橋臂電阻的相電流檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)到的相電流，導(dǎo)入至如圖1所示的現(xiàn)有的過(guò)電流保護(hù)電路的判斷電路，則實(shí)際能夠檢測(cè)到電流的時(shí)間會(huì)根據(jù)電流的極性而受到限制。因此，雖然過(guò)電流抑制的等級(jí)不受電流的極性的影響而恒定，但是在因電流的檢測(cè)誤差而判斷為過(guò)電流時(shí)，會(huì)發(fā)生電流不對(duì)稱(chēng)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決輸出電流因這樣的電流不對(duì)稱(chēng)而過(guò)度上升以使變頻器裝置故障的問(wèn)題而提出的，其目的在于提供具有過(guò)電流保護(hù)功能的變頻器裝置以及該變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法，該過(guò)電流保護(hù)功能是指，在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期中，通過(guò)硬件來(lái)檢測(cè)電流，根據(jù)電流檢測(cè)結(jié)果來(lái)計(jì)算并預(yù)測(cè)到之后的開(kāi)關(guān)周期為止的電流上升值來(lái)檢測(cè)輸出過(guò)電壓，從而在不對(duì)輸出電壓加以變形的情況下，也能夠產(chǎn)生所期望的輸出電壓的過(guò)電流保護(hù)功能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方式的變頻器裝置，通過(guò)利用PWM信號(hào)圖案的脈沖寬度調(diào)制來(lái)將工業(yè)電源轉(zhuǎn)換成任意頻率的交流電壓并施加于負(fù)載，該P(yáng)WM信號(hào)圖案是基于載波信號(hào)和輸入信號(hào)來(lái)生成的，其特征在于，具有:變頻部，該變頻部的各橋臂分別與上述負(fù)載的各相線相連接，就上述各橋臂中的任一橋臂而言，該橋臂被該橋臂和上述負(fù)載的相線相連接的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上部橋臂和下部橋臂，在上述上部橋臂和下部橋臂上分別設(shè)有用于根據(jù)上述PWM信號(hào)圖案來(lái)接通/斷開(kāi)該橋臂的開(kāi)關(guān)元件，相電流檢測(cè)部，包括多個(gè)橋臂電阻和電流檢測(cè)部，上述多個(gè)橋臂電阻分別設(shè)置在上述變頻部的各橋臂的下部橋臂上，上述電流檢測(cè)部用于檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓并輸出各相的相電流，過(guò)電流判斷部，包括預(yù)期電流運(yùn)算部和比較部，上述預(yù)期電流運(yùn)算部將在基于上述PWM信號(hào)圖案的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中從上述相電流檢測(cè)部接收到的當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流作為基準(zhǔn)，預(yù)測(cè)計(jì)算在之后的開(kāi)關(guān)周期中可能會(huì)發(fā)生的預(yù)期電流值，上述比較部將計(jì)算出的預(yù)期電流值與預(yù)先設(shè)定的過(guò)電流基準(zhǔn)值進(jìn)行比較；在上述預(yù)期電流值為上述過(guò)電流基準(zhǔn)值以上時(shí)，使過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作。
就上述變頻器裝置而言，優(yōu)選為，上述預(yù)期電流運(yùn)算部利用預(yù)先決定的最大電流上升坡度，根據(jù)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值，事先預(yù)測(cè)計(jì)算與當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期相鄰的下一開(kāi)關(guān)周期的相電流值作為上述預(yù)期電流值。就上述變頻器裝置而言，上述負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)，在將施加于上述電動(dòng)機(jī)的電壓設(shè)為Vs,將上述電動(dòng)機(jī)的電感值設(shè)為L(zhǎng)s,將上述最大電流上升坡度設(shè)為slope時(shí),可以利用關(guān)系式slope=Vs/Ls來(lái)決定上述最大電流上升坡度。就上述變頻器裝置而言，可以利用上述變頻器裝置的自動(dòng)調(diào)整功能來(lái)自動(dòng)獲取上述電動(dòng)機(jī)的電感值。就上述變頻器裝置而言，決定上述最大電流上升坡度可以采用如下方法在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)際測(cè)量變頻器裝置的輸出電流的上升坡度并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并繼續(xù)對(duì)這些輸出電流的上升坡度中的最大上升坡度進(jìn)行更新，由此決定上述最大電流上升坡度。就上述變頻器裝置而言，在將上述當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iul，將上述下一開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iu2，將上述載波信號(hào)的周期設(shè)為T(mén)s，將上述最大電流上升坡度設(shè)為slope時(shí),可以利用關(guān)系式iu2=slopeXTs+iul來(lái)計(jì)算上述預(yù)期電流值。就上述變頻器裝置而言，優(yōu)選為，上述過(guò)電流基準(zhǔn)值為上述變頻器裝置的額定電流的2 3倍。就上述變頻器裝置而言，優(yōu)選為，上述電流檢測(cè)部包括電流檢測(cè)器，檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓，由此計(jì)算流過(guò)上述各橋臂電阻的電流；相電流運(yùn)算部，根據(jù)上述電流檢測(cè)器計(jì)算出的電流值，來(lái)計(jì)算并輸出各相的相電流。就上述變頻器裝置而言，優(yōu)選為，上述電流檢測(cè)器為集成運(yùn)算放大器。就上述變頻器裝置而言，優(yōu)選為，上述橋臂電阻為無(wú)感電阻。就上述變頻器裝置而言，也可以根據(jù)上述輸入信號(hào)的波形特性值、上述當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值以及該相電流值的相位信息，計(jì)算出特定相位周期中的該相電流的波形的最大值作為上述預(yù)期電流值，上述特定相位周期是指，該相電流值在該相的相電流波形中所處的相位周期。另外，為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的另一方式的變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法，通過(guò)利用PWM信號(hào)圖案的脈沖寬度調(diào)制來(lái)將工業(yè)電源轉(zhuǎn)換成具有任意頻率的交流電壓并施加于負(fù)載，該P(yáng)WM信號(hào)圖案是基于載波信號(hào)和輸入信號(hào)來(lái)生成的，其特征在于，上述變頻器裝置具有變頻部，該變頻部的各橋臂分別與上述負(fù)載的各相線相連接，就上述各橋臂中的任一橋臂而言，該橋臂被該橋臂和上述負(fù)載的相線相連接的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上部橋臂和下部橋臂，在上述上部橋臂和下部橋臂上分別設(shè)有用于根據(jù)上述PWM信號(hào)圖案來(lái)接通/斷開(kāi)該橋臂的開(kāi)關(guān)元件，多個(gè)橋臂電阻，分別設(shè)置在上述變頻部的各橋臂的下部橋臂上；上述變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法包括決定最大電流上升坡度的步驟，
檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓，并根據(jù)檢測(cè)出的電壓計(jì)算當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的各相的相電流并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的步驟，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)的當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值和上述最大電流上升坡度的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)計(jì)算與當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期相鄰的下一開(kāi)關(guān)周期的預(yù)期相電流值的步驟，將計(jì)算出的下一開(kāi)關(guān)周期的預(yù)期相電流值與預(yù)先設(shè)定的過(guò)電流基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的步驟；在上述預(yù)期電流值為上述過(guò)電流基準(zhǔn)值以上時(shí)，使過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作。若采用本發(fā)明，則計(jì)算并預(yù)測(cè)到之后的開(kāi)關(guān)周期為止的電流上升值來(lái)檢測(cè)輸出過(guò)電壓，從而在不對(duì)輸出電壓加以變形的情況下，也能夠產(chǎn)生所期望的輸出電壓。由此，事先預(yù)測(cè)要發(fā)生過(guò)電流的情況，并使保護(hù)電路動(dòng)作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更加穩(wěn)定的保護(hù)動(dòng)作。


圖1是在現(xiàn)有的變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)電路中的判斷電路。圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例的具有過(guò)電流保護(hù)功能的變頻器裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是用于說(shuō)明利用本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置的相電流檢測(cè)部來(lái)檢測(cè)各相的相電流的方法的圖。圖4是在使用本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置時(shí)的電壓空間矢量圖。圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置的相電流檢測(cè)部的輸出相電流的波形斷續(xù)的原因的圖。圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置的相電流檢測(cè)部的輸出相電流的波形斷續(xù)的原因的圖。圖7是示意性地示出了通常的變頻器裝置的PWM信號(hào)圖案、輸入信號(hào)、載波信號(hào)以及相電流的最大電流上升坡度之間的關(guān)系的圖。圖8是本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法的流程圖。圖9是示出了利用霍爾電流傳感器檢測(cè)到的各相的相電流的波形以及利用橋臂電阻檢測(cè)到的流過(guò)各橋臂電阻的電流的波形的圖，其中，(a)是利用霍爾電流傳感器檢測(cè)到的W相的電流波形，(b )是V相的電流波形，(c )是U相的電流波形，(d)是利用橋臂電阻檢測(cè)到的流過(guò)設(shè)置在與變頻器裝置的W相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻R3的電流的波形，(e)是流過(guò)設(shè)置在與V相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻R2的電流的波形，Cf)是流過(guò)設(shè)置在與U相相線相連接的橋臂的下部橋臂上的橋臂電阻Rl的電流的波形。附圖標(biāo)記的說(shuō)明I…工業(yè)電源2…整流部21…二極管序列22…平滑電容器23...充電電路24…制動(dòng)電路3…變頻部

VTl VT6…開(kāi)關(guān)元件4…輸出部5…調(diào)制部
6…控制部7…相電流檢測(cè)部R1、R2、R3…橋臂電阻71…電流檢測(cè)部71A、71B、71C…電流檢測(cè)器711…相電流運(yùn)算部8…過(guò)電流判斷部81...相電流A/D轉(zhuǎn)換部82…預(yù)期電流運(yùn)算部83...比較部具體實(shí)施例下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例的具有過(guò)電流保護(hù)功能的變頻器裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本發(fā)明的一實(shí)施例的具有過(guò)電流保護(hù)功能的變頻器裝置，在通常的變頻器電路的基礎(chǔ)上，還包括相電流檢測(cè)部7以及設(shè)置于相電流檢測(cè)部7和控制部6之間的過(guò)電流判斷部8。其中，通常的變頻器電路包括:整流部2，對(duì)工業(yè)電源I進(jìn)行整流并進(jìn)行輸出；變頻部3，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)將從上述整流部2輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成具有任意頻率的脈沖方式的三相交流電壓(U、V、W)并供給輸出部4，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等負(fù)載；調(diào)制部5，接收所輸入的載波(開(kāi)關(guān))信號(hào)Uc和輸入信號(hào)Ur來(lái)生成PWM信號(hào)圖案并向上述變頻部3輸出，從而驅(qū)動(dòng)上述變頻部3 ;控制部6，通過(guò)將用于發(fā)生PWM信號(hào)圖案的載波信號(hào)Uc和輸入信號(hào)Ur輸入至調(diào)制部5，來(lái)控制變頻部3的動(dòng)作。
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上述整流部2可包括:二極管序列21，對(duì)工業(yè)電源I的交流電(R、S、T)進(jìn)行整流；平滑電容器22，對(duì)從二極管序列21輸出的電壓進(jìn)行平滑處理；充電電路23，防止在對(duì)平滑電容器22進(jìn)行初始充電時(shí)產(chǎn)生過(guò)度的突入電流；制動(dòng)電路24，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中回生(產(chǎn)生能量)時(shí)，防止平滑電容器22的電壓過(guò)度上升。上述變頻部3為通常的開(kāi)關(guān)電路，上述變頻部3的各橋臂分別與負(fù)載(例如為電動(dòng)機(jī))的各相線相連接，就這樣的各橋臂中的任一橋臂而言，該橋臂被該橋臂與負(fù)載的相線相連接的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上部橋臂和下部橋臂，在上述上部橋臂和下部橋臂上分別設(shè)有用于根據(jù)上述PWM信號(hào)圖案來(lái)接通/斷開(kāi)該橋臂的開(kāi)關(guān)元件，上述變頻部3通過(guò)由這樣的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的PWM開(kāi)關(guān)元件序列，來(lái)將直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓(U、V、W)，并將該三相交流電壓供給電動(dòng)機(jī)等負(fù)載。通常，以設(shè)在各橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件中的某一個(gè)接通則另一個(gè)斷開(kāi)的方式對(duì)變頻部3進(jìn)行控制，因此，在表示變頻部3的所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，通常利用上部橋臂上的開(kāi)關(guān)元件VT1、VT3、VT5的狀態(tài)來(lái)表示。上述控制部6通過(guò)現(xiàn)有的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式來(lái)控制變頻部3的動(dòng)作。為了控制電動(dòng)機(jī)的速度，將各相的期望輸入信號(hào)Ur (通常各相的輸入信號(hào)的相位差為120度)以及通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的時(shí)鐘發(fā)生器(未圖示)來(lái)產(chǎn)生的期望載波信號(hào)Uc (各相之間可以共享)輸入至調(diào)制部5，其中，該期望載波信號(hào)Uc是指，峰值比各相的輸入信號(hào)Ur的最大電平更大的基準(zhǔn)波形(三角波或鋸齒波)。在調(diào)制部5中，通過(guò)比較器來(lái)對(duì)該載波信號(hào)Uc和各相的輸入信號(hào)Ur進(jìn)行比較，來(lái)形成PWM調(diào)制用波形即PWM信號(hào)圖案。圖7是示意性地示出了通常的變頻器裝置的PWM信號(hào)圖案、輸入信號(hào)、載波信號(hào)以及相電流的最大電流上升坡度之間的關(guān)系的圖。載波信號(hào)Uc及輸入信號(hào)Ur和比較它們所得到的PWM調(diào)制用脈沖波形如圖7所示。就上部開(kāi)關(guān)元件VT1、VT3、VT5的任一個(gè)而言，在與該上部開(kāi)關(guān)元件相對(duì)應(yīng)的相的輸入信號(hào)大于載波信號(hào)時(shí)，PWM信號(hào)圖案變?yōu)椤癏”，在小于載波信號(hào)時(shí)，PWM信號(hào)圖案變?yōu)椤癓”(參照?qǐng)D7中的VTl的PWM信號(hào)圖案)。其結(jié)果，PWM信號(hào)圖案形成為接通/斷開(kāi)比率與輸入信號(hào)成正比的脈沖波形。調(diào)制部5根據(jù)這樣得到的PWM調(diào)制用脈沖信號(hào)即PWM信號(hào)圖案，來(lái)控制上述變頻部3的6個(gè)開(kāi)關(guān)元件VTl VT6的接通/斷開(kāi)，從而獲得任意電壓以及任意頻率的三相交流電壓。上述相電流檢測(cè)部7包括3個(gè)橋臂電阻Rl、R2、R3，分別設(shè)置在變頻部3的各橋臂的下部橋臂上；電流檢測(cè)部71，檢測(cè)各橋臂電阻Rl、R2、R3兩端的電壓，并根據(jù)電壓檢測(cè)結(jié)果來(lái)輸出各相的相電流。圖3是用于說(shuō)明利用本發(fā)明的一實(shí)施例的相電流檢測(cè)部來(lái)檢測(cè)各相的相電流的方法的圖，其中簡(jiǎn)略示出了各開(kāi)關(guān)元件VTI VT6，并且在輸出部4連接有三相交流電動(dòng)機(jī)。下面，參照?qǐng)D3，對(duì)上述相電流檢測(cè)部7以及通過(guò)該相電流檢測(cè)部7來(lái)檢測(cè)各相的相電流的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。上述電流檢測(cè)部71包括電流檢測(cè)器71A、71B、71C，檢測(cè)分別設(shè)置在變頻部3的各橋臂的下部橋臂上的3個(gè)橋臂電阻Rl、R2、R3的兩端的電壓，由此計(jì)算流過(guò)各橋臂電阻RU R2、R3的電流；相電流運(yùn)算部711，根據(jù)電流檢測(cè)器71A、71B、71C計(jì)算出的電流值，來(lái)計(jì)算并輸出各相的相電流iu、iv、iw。電流檢測(cè)器71A、71B、71C可以使用集成運(yùn)算放大器(integratedoperational amplifier)。另一方面，向相電流檢測(cè)部7的各橋臂電阻R1、R2、R3的兩端施加的電壓可以由下式示出。u=iXR+lXdi/dt其中，u為橋臂電阻兩端的電壓，i為流過(guò)橋臂電阻的電流，I為橋臂電阻的寄生電感，di/dt為電流對(duì)于時(shí)間的微分值?？蓮纳鲜龉娇闯?，為了確保電流計(jì)算的正確度，優(yōu)選應(yīng)盡可能地消除橋臂電阻的寄生電感給電壓帶來(lái)的影響。因此，優(yōu)選采用無(wú)感電阻。而且，如上所述，本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)控制6個(gè)開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作。并且，以設(shè)在各橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件中的某一個(gè)接通則另一個(gè)斷開(kāi)的方式，對(duì)變頻部3的開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制，通常，通過(guò)將上部開(kāi)關(guān)元件VT1、VT3、VT5的狀態(tài)顯示為I或0，來(lái)表示所有開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。此時(shí)，I表示開(kāi)關(guān)接通而通電的狀態(tài)，O表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的狀態(tài)。在以這樣的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式進(jìn)行控制的情況下，變頻部3的開(kāi)關(guān)元件處于與各開(kāi)關(guān)元件VTl VT6的接通/斷開(kāi)的組合相對(duì)應(yīng)的6種開(kāi)關(guān)狀態(tài)中的某一種狀態(tài)。調(diào)制部5通過(guò)發(fā)生分別與上述6個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)圖案，來(lái)控制各開(kāi)關(guān)元件。圖4是在使用本發(fā)明的一實(shí)施例的變頻器裝置時(shí)的電壓空間矢量圖，在六邊形的各頂點(diǎn)標(biāo)出的“100” “101”分別對(duì)應(yīng)于各上部開(kāi)關(guān)元件VT1、VT3、VT5的接通/斷開(kāi)狀態(tài)。并且，下部開(kāi)關(guān)元件VT4、VT6、VT2的接通/斷開(kāi)狀態(tài)分別與上部開(kāi)關(guān)元件VTl、VT3、VT5的接通/斷開(kāi)狀態(tài)相反。圖3不出了電壓空間矢量位于圖4所不的電壓空間矢量圖中的第一扇區(qū)時(shí)的情形。參照?qǐng)D3以及圖4，將流過(guò)三相交流電動(dòng)機(jī)的各相線的相電流值分別設(shè)為iu、iv、iw，將從各電流檢測(cè)器71A、71B、71C輸出的電流值設(shè)為iu_ad、iv_ad、iw_ad，將向三相交流電動(dòng)機(jī)流入的電流方向設(shè)為“ + ”方向，將從三相交流電動(dòng)機(jī)流出的電流方向設(shè)為“”方向，那么，在對(duì)應(yīng)于各扇區(qū)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的流過(guò)各橋臂電阻的電流值和各相電流之間的關(guān)系式如下表I所示。另外，在三相交流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有發(fā)生故障的情況下，在各相線上的負(fù)載相對(duì)稱(chēng)(SP，各相負(fù)載值相同)，因此在開(kāi)關(guān)狀態(tài)為110、101以及011的情況下，也能夠計(jì)算出各相的相電流。例如，在開(kāi)關(guān)狀態(tài)為110的情況下，由于在各相上的負(fù)載對(duì)稱(chēng)，因此成立關(guān)系式iu=iv=iw/2=iw_ad/2。同樣地,在開(kāi)關(guān)狀態(tài)為101、011的情況下,也能夠得出如下表I所示的關(guān)系式。表I
權(quán)利要求
1.一種變頻器裝置，通過(guò)利用PWM信號(hào)圖案的脈沖寬度調(diào)制來(lái)將工業(yè)電源轉(zhuǎn)換成任意頻率的交流電壓并施加于負(fù)載，該P(yáng)WM信號(hào)圖案是基于載波信號(hào)和輸入信號(hào)來(lái)生成的，其特征在于， 具有: 變頻部，該變頻部的各橋臂分別與上述負(fù)載的各相線相連接，就上述各橋臂中的任一橋臂而言，該橋臂被該橋臂和上述負(fù)載的相線相連接的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上部橋臂和下部橋臂，在上述上部橋臂和下部橋臂上分別設(shè)有用于根據(jù)上述PWM信號(hào)圖案來(lái)接通/斷開(kāi)該橋臂的開(kāi)關(guān)元件， 相電流檢測(cè)部，包括多個(gè)橋臂電阻和電流檢測(cè)部，上述多個(gè)橋臂電阻分別設(shè)置在上述變頻部的各橋臂的下部橋臂上，上述電流檢測(cè)部用于檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓并輸出各相的相電流， 過(guò)電流判斷部，包括預(yù)期電流運(yùn)算部和比較部，上述預(yù)期電流運(yùn)算部將在基于上述PWM信號(hào)圖案的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中從上述相電流檢測(cè)部接收到的當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流作為基準(zhǔn)，預(yù)測(cè)計(jì)算在之后的開(kāi)關(guān)周期中可能會(huì)發(fā)生的預(yù)期電流值，上述比較部將計(jì)算出的預(yù)期電流值與預(yù)先設(shè)定的過(guò)電流基準(zhǔn)值進(jìn)行比較； 在上述預(yù)期電流值為上述過(guò)電流基準(zhǔn)值以上時(shí)，使過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻器裝置，其特征在于， 上述預(yù)期電流運(yùn)算部利用預(yù)先決定的最大電流上升坡度，根據(jù)當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值，事先預(yù)測(cè)計(jì)算與當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期 相鄰的下一開(kāi)關(guān)周期的相電流值作為上述預(yù)期電流值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻器裝置，其特征在于， 上述負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)， 在將施加于上述電動(dòng)機(jī)的電壓設(shè)為Vs,將上述電動(dòng)機(jī)的電感值設(shè)為L(zhǎng)s,將上述最大電流上升坡度設(shè)為slope時(shí)，滿(mǎn)足如下關(guān)系式:slope=Vs/Ls0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻器裝置，其特征在于， 上述電動(dòng)機(jī)的電感值是利用上述變頻器裝置的自動(dòng)調(diào)整功能來(lái)自動(dòng)獲取的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變頻器裝置，其特征在于， 在將上述當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iul，將上述下一開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iu2，將上述載波信號(hào)的周期設(shè)為T(mén)s時(shí)，滿(mǎn)足如下關(guān)系式:iu2=slopeX Ts+iul。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變頻器裝置，其特征在于， 決定上述最大電流上升坡度采用如下方法:在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)際測(cè)量變頻器裝置的輸出電流的上升坡度并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，并繼續(xù)對(duì)這些輸出電流的上升坡度中的最大上升坡度進(jìn)行更新，由此決定上述最大電流上升坡度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變頻器裝置，其特征在于， 在將上述當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iul，將上述下一開(kāi)關(guān)周期的相電流設(shè)為iu2，將上述載波信號(hào)的周期設(shè)為T(mén)s，將上述最大電流上升坡度設(shè)為slope時(shí)，滿(mǎn)足如下關(guān)系式:iu2=slopeX Ts+iul。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的變頻器裝置，其特征在于，上述過(guò)電流基準(zhǔn)值為上述變頻器裝置的額定電流的2 3倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的變頻器裝置，其特征在于，上述電流檢測(cè)部包括:電流檢測(cè)器，檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓，由此計(jì)算流過(guò)上述各橋臂電阻的電流；相電流運(yùn)算部，根據(jù)上述電流檢測(cè)器計(jì)算出的電流值，來(lái)計(jì)算并輸出各相的相電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變頻器裝置，其特征在于，上述電流檢測(cè)器為集成運(yùn)算放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變頻器裝置，其特征在于，上述橋臂電阻為無(wú)感電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻器裝置，其特征在于，根據(jù)上述輸入信號(hào)的波形特性值、上述當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值以及該相電流值的相位信息，計(jì)算出特定相位周期中的該相電流的波形的最大值作為上述預(yù)期電流值，上述特定相位周期是指，該相電流值在該相的相電流波形中所處的相位周期。
13.一種變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法，通過(guò)利用PWM信號(hào)圖案的脈沖寬度調(diào)制來(lái)將工業(yè)電源轉(zhuǎn)換成具有任意頻率的交流電壓并施加于負(fù)載，該P(yáng)WM信號(hào)圖案是基于載波信號(hào)和輸入信號(hào)來(lái)生成的，其特征在于，上述變頻器裝置具有:變頻部，該變頻部的各橋 臂分別與上述負(fù)載的各相線相連接，就上述各橋臂中的任一橋臂而言，該橋臂被該橋臂和上述負(fù)載的相線相連接的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上部橋臂和下部橋臂，在上述上部橋臂和下部橋臂上分別設(shè)有用于根據(jù)上述PWM信號(hào)圖案來(lái)接通/斷開(kāi)該橋臂的開(kāi)關(guān)元件，多個(gè)橋臂電阻，分別設(shè)置在上述變頻部的各橋臂的下部橋臂上；上述變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法包括:決定最大電流上升坡度的步驟，檢測(cè)上述各橋臂電阻的兩端的電壓，并根據(jù)檢測(cè)出的電壓計(jì)算當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的各相的相電流并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的步驟，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)的當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流值和上述最大電流上升坡度的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)計(jì)算與當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期相鄰的下一開(kāi)關(guān)周期的預(yù)期相電流值的步驟，將計(jì)算出的下一開(kāi)關(guān)周期的預(yù)期相電流值與預(yù)先設(shè)定的過(guò)電流基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的步驟；在上述預(yù)期電流值為上述過(guò)電流基準(zhǔn)值以上時(shí)，使過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作。
全文摘要
一種變頻器裝置及該變頻器裝置的過(guò)電流保護(hù)方法。變頻器裝置具有變頻部、相電流檢測(cè)部及過(guò)電流判斷部，變頻部的各橋臂分別與各相線連接，就各橋臂而言，該橋臂被與相線的連接節(jié)點(diǎn)劃分為上、下部橋臂，在上、下部橋臂分別設(shè)有通/斷該橋臂的開(kāi)關(guān)元件，相電流檢測(cè)部包括多個(gè)橋臂電阻和電流檢測(cè)部，多個(gè)橋臂電阻分別設(shè)在各橋臂的下部橋臂上，電流檢測(cè)部檢測(cè)各橋臂電阻的兩端電壓并輸出各相相電流，過(guò)電流判斷部包括預(yù)期電流運(yùn)算部和比較部，預(yù)期電流運(yùn)算部將從相電流檢測(cè)部接收的當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的相電流作為基準(zhǔn)，計(jì)算之后的開(kāi)關(guān)周期中發(fā)生的預(yù)期電流值，比較部將預(yù)期電流值與過(guò)電流基準(zhǔn)值比較，若為過(guò)電流基準(zhǔn)值以上，則使過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作。
文檔編號(hào)H02M5/458GK103078520SQ20121040627
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者張東濟(jì) 申請(qǐng)人:樂(lè)星產(chǎn)電(無(wú)錫)有限公司