專利名稱：具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，現(xiàn)如今最常用的就是變頻器控制的鼠籠式交流電動(dòng)機(jī)，以下稱之為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。目前最常見的變頻器類型是電壓控制的PWM(脈沖寬度調(diào)制)，該變頻器首先對(duì)交流電源電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后在中間回路中通過具有高電容的電容器進(jìn)行過濾，以產(chǎn)生恒定的直流電壓，最后通過逆變橋逆變成可調(diào)的交流輸出電壓，該電壓所含脈沖的幅值達(dá)到恒定的中間回路直流電壓。在某些應(yīng)用中，比如電梯，交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置無需時(shí)刻工作，不過須時(shí)刻準(zhǔn)備就緒，在接到啟動(dòng)命令后，能立即運(yùn)行?？焖賳?dòng)的要求是，裝置處在待機(jī)狀態(tài)期間，變頻器須帶電，即在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通過控制邏輯單元始終與交流電壓源連接。另一方面，一般對(duì)低能耗損失有要求，也就是說在此類交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用中(大多數(shù)時(shí)候可能處于閑置狀態(tài))，應(yīng)將驅(qū)動(dòng)單元的待機(jī)功耗降至最低。通常，在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，PWM變頻器消耗的功率主要由輔助電源及中間直流回路的平衡電阻器提供。輔助電源將中間直流回路的高電壓(該電壓在正常輸送電壓水平可能達(dá)到數(shù)百伏)逆變成較低的隔離電壓，比如控制邏輯回路、測(cè)量回路、門驅(qū)動(dòng)器回路所需的5V和15V。例如，在100 kW現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)裝置中，運(yùn)行期間該回路的功耗數(shù)量級(jí)可能為50W。在待機(jī)狀態(tài)下，該功耗可能降至25W，主要是因?yàn)槔鋮s風(fēng)扇及門驅(qū)動(dòng)器停止運(yùn)行。如果仍要求保持較低的待機(jī)功耗，則可通過繼電器等閉合不必要的回路，該解決方案增加了部件數(shù)量，因而成本高。平衡電阻器用于平衡變頻器中間直流回路中的串聯(lián)電容器電壓。使用的是最常見的電容器類型-電解質(zhì)電容器時(shí)，電容器通常必須串聯(lián)。比如，在100 kW現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)裝置中，平衡電阻器功率損耗數(shù)量級(jí)可能約為30W。功率損耗與驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，能降低功耗(特別是平衡電阻器的功耗)，從而克服了現(xiàn)有方法存在的問題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，由一交流電動(dòng)機(jī)、一變頻器，及一位于交流供電網(wǎng)和變頻器之間的總開關(guān)組成，所述變頻器包括一整流器、一帶可控開關(guān)的逆變器、一帶電容器單元的中間直流回路、一控制所述變頻器運(yùn)行的控制單元，及一用于給所述中間直流回路的電容器單元進(jìn)行充電的充電裝置，所述充電裝置包括與所述中間直流回路電性連接、并為所述電容器單元提供恒定充電電流的調(diào)節(jié)電源，所述總開關(guān)控制所述調(diào)節(jié)電源的運(yùn)行。優(yōu)選的，所述的調(diào)節(jié)電源為提供可調(diào)或可程控恒定電流的電源。優(yōu)選的，所述的調(diào)節(jié)電源包括能為恒定電流源和巴克型逆變器提供直流電壓的直流電壓源，以及一連接到所述直流電壓源的電源開關(guān)、一連接到所述直流中間回路的正、負(fù)極的續(xù)流二極管、一連接到所述中間直流回路的電抗器。優(yōu)選的，所述的直流電壓源包括與至少兩個(gè)電源電壓相連接的整流橋電路。優(yōu)選的，所述的電源開關(guān)與一起控制作用的調(diào)節(jié)控制器、及一進(jìn)行電流測(cè)量的電流表電性連接。本實(shí)用新型的有益效果是中間直流回路電壓的降低增大了交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置從待機(jī)狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)間；在中間直流回路電壓上升到正常運(yùn)行電壓的過程中，即當(dāng)變頻器與供電網(wǎng)相連、或從待機(jī)狀態(tài)恢復(fù)時(shí)，調(diào)節(jié)電源將提供其容量范圍內(nèi)的最高充電電流，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的問題；可以縮短和精確預(yù)測(cè)充電時(shí)間，從而估計(jì)出交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的啟動(dòng)時(shí)間；因?yàn)橹虚g直流回路在閉合總開關(guān)前可以充電到全電壓，所以恒定 的程控電流源還能提供另一個(gè)電壓，該電壓可以消除閉合總開關(guān)前充電回路中由不完全電阻充電引起的常見的高輸入電流尖脈沖，消除大電流尖脈沖，降低了總開關(guān)應(yīng)力，從而延長(zhǎng)了總開關(guān)的使用壽命。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的主電路圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在啟動(dòng)階段的特性示意圖；圖3是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖4是本實(shí)用新型調(diào)節(jié)電源優(yōu)選實(shí)施例的電路圖；圖5是本實(shí)用新型交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在啟動(dòng)階段的特性示意圖；圖6是本實(shí)用新型交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置在待機(jī)狀態(tài)的特性示意圖。
具體實(shí)施方式
圖I舉出了由變頻器控制的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的主電路圖。所述交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)三相交流電線連接端子U、！^、!^一個(gè)總開關(guān)^充電電阻器!^、Rc2并聯(lián)到電源兩相觸點(diǎn)間；由6個(gè)二極管組成的整流器REC ;—個(gè)中間直流回路，該中間直流回路的DC+、DC-極之間的電壓是uDC，該中間直流回路由兩個(gè)帶有平衡電阻器RpR2的電容器單元Q、C2組成；由6個(gè)可控開關(guān)組成的逆變器INU，比如，帶有反相并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBTs
IGBT在輸出連接U、V、W生成頻率和幅值可調(diào)的三相交流輸出電壓；一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)M。 變頻器還包括一個(gè)輔助電源PS，如本例所示，輔助電源PS的輸入功率一般由所述中間直流回路產(chǎn)生，輔助電源PS再生成輔助電壓，就如同控制單元CU的U⑶，門驅(qū)動(dòng)器GD的UeD。在變頻器中，整流器REC的交流側(cè)或直流側(cè)通常還包括一個(gè)主要限流電抗器。因?yàn)樵撾娍蛊髟诒緦?shí)用新型裝置中不是必須的，所以圖I略去了電抗器。圖2顯示了圖I中采用現(xiàn)有技術(shù)的變頻器的中間直流回路初次充電的典型波形。該圖假設(shè)在時(shí)間點(diǎn)t21，交流電壓源與三相交流電線連接端子L1, L2, L3相連。而后，線電流L快速升至尖峰電流Im，由于電容器單元Cp C2最初并未充電，因此，Ilpi受充電電阻器Ra、Rc2限制。當(dāng)中間直流回路電壓uDC上升時(shí)，線電流逐漸降低。由于充電過程滿足指數(shù)特性，因而，達(dá)到全直流電壓需要很長(zhǎng)的時(shí)間，這也是達(dá)到一定的電壓水平Udci時(shí)，總開關(guān)K1通常閉合的原因。這種情況出現(xiàn)在時(shí)間點(diǎn)t22，因?yàn)镵1閉合后，回路中沒有主要的限流元件，便會(huì)出現(xiàn)短暫的高線電流脈沖Im，使直流電壓快速充電到最終水平Uirc2，之后線電流保持在全電壓待機(jī)水平ISK，直到驅(qū)動(dòng)裝置在時(shí)間點(diǎn)啟動(dòng)為止。自此，線電流iu主要由電動(dòng)機(jī)負(fù)載確定。圖3中為了清楚地闡明本實(shí)用新型裝置原理，略去了圖I主電路中不必要的零部件。中間直流回路主要由包含一個(gè)整流器RECl、一個(gè)向中間直流回路提供恒定電流Ic的調(diào)節(jié)電源PSl組成的回路進(jìn)行充電。整流器RECl由二極管組成，可以連接到所有的電源相，例如圖中所示的兩相電源。本實(shí)用新型中，如圖I中的常規(guī)充電電阻器1^和R⑵不是必須的。圖4用簡(jiǎn)化格式顯示了圖3的一個(gè)調(diào)節(jié)電源PSl實(shí)施方案。該調(diào)節(jié)電源PSl包含由一個(gè)電源開關(guān)(優(yōu)選的功率場(chǎng)效應(yīng)管Vs)、續(xù)流二極管Ds和一個(gè)電抗器Ls組成的巴克型逆變器。電源開關(guān)Vs由控制器仏控制，采用電阻器民測(cè)量電源電流。測(cè)得的電流在控制器A1內(nèi)過濾，以產(chǎn)生反饋電流信號(hào)IACT，，該信號(hào)與電流參考信號(hào)Iref在放大器A2內(nèi)進(jìn)行比較后，形成控制電源開關(guān)Vs的PWMkef控制信號(hào)。電流參考信號(hào)Ikef由變頻器的控制單元CU形成。為了生成參考信號(hào)Ikef，必須向變頻器的控制單元CU提供控制器A1中形成的電流或功率反饋信號(hào)FB(為了保持清晰的數(shù)字信號(hào)，圖中略去了技術(shù)熟練人員熟知的信號(hào)，如直流電 壓的反饋信號(hào))。圖5顯示了充電回路對(duì)本實(shí)用新型的變頻器進(jìn)行初始充電的典型波形。充電從時(shí)間點(diǎn)t41開始，此時(shí)，電源(圖3中的調(diào)節(jié)電源PSl)開始向中間直流回路電容器單元(圖I的C1^ C2)提供恒定的大電流(線電流L中的Ich),導(dǎo)致電壓總和線性增大。在時(shí)間點(diǎn)t42，電壓達(dá)到全電壓UDC2，此時(shí)，總開關(guān)(圖I的1)閉合。由于閉合前達(dá)到全直流電壓，從而消除了現(xiàn)有技術(shù)(圖I的Im)中出現(xiàn)的大電流尖脈沖，進(jìn)而降低了總開關(guān)觸點(diǎn)的應(yīng)力，可以延長(zhǎng)其使用壽命。在時(shí)間點(diǎn)U之后，回路特性與圖2相似。待機(jī)結(jié)束后，總開關(guān)(圖3中的K1)閉合，變頻器將在時(shí)間點(diǎn)t43啟動(dòng)。圖6顯示了本實(shí)用新型裝置在待機(jī)狀態(tài)下的回路特性。最初，交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置已加載，因而驅(qū)動(dòng)裝置的線電流k達(dá)到高負(fù)荷U。驅(qū)動(dòng)裝置在時(shí)間點(diǎn)t51停止，總開關(guān)(圖I的K1)打開，也就是說連接到交流供電網(wǎng)的主電路中斷。由于輔助電源及平衡電阻器等的功率消耗，中間直流回路電壓1 開始從初始全電壓水平Udc2下降。當(dāng)直流電壓在時(shí)間點(diǎn)t52達(dá)到預(yù)定值Uio時(shí)，本實(shí)用新型裝置的調(diào)節(jié)電源(圖3的SPl)被激活，并向中間直流回路提供低電壓待機(jī)電流ISD1，并使電壓保持在恒定的Udci水平。待機(jī)電流與直流電壓成正t匕，也就是說低電壓電流Isdi遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全電壓電流ISD2。當(dāng)變頻器在時(shí)間點(diǎn)t53重新啟動(dòng)時(shí)，電源電流增大到另一個(gè)程控水平，最好達(dá)到最高水平(Iai時(shí)的線電流以便快速將中間直流回路充電到最高電壓水平(時(shí)間點(diǎn)t54達(dá)到的值)。然后，總開關(guān)閉合，經(jīng)過可能的延時(shí)后，驅(qū)動(dòng)裝置在時(shí)間點(diǎn)t55啟動(dòng)。需要強(qiáng)調(diào)的是，以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施列而已，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，由一交流電動(dòng)機(jī)(M)、一變頻器，及一位于交流供電網(wǎng)和變頻器之間的總開關(guān)(K1)組成，所述變頻器包括一整流器(REC)、一帶可控開關(guān)(V1、\ ,V3、V4、V5、V6，D1、D2、D3、D4、D5、D6)的逆變器、一帶電容器單元(CpC2)的中間直流回路、一控制所述變頻器運(yùn)行的控制單元(CU、GD)，及一用于給所述中間直流回路的電容器單元(Cp C2)進(jìn)行充電的充電裝置，其特征在于所述充電裝置包括與所述中間直流回路電性連接、并為所述電容器單元(CpC2)提供恒定充電電流的調(diào)節(jié)電源(PS1)，所述總開關(guān)(K1)控制所述調(diào)節(jié)電源(PSl)的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的調(diào)節(jié)電源(PSl)為提供可調(diào)或可程控恒定電流的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的任一具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的調(diào)節(jié)電源(PSl)包括能為恒定電流源和巴克型逆變器提供直流電壓的直流電壓源，以及一連接到所述直流電壓源的電源開關(guān)(vs)、一連接到所述直流中間回路的正、負(fù)極的續(xù)流二極管、一連接到所述中間直流回路的電抗器(Ls)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的直流電壓源包括與至少兩個(gè)電源電壓相連接的整流橋電路(RECl)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的電源開關(guān)(Vs)與一起控制作用的調(diào)節(jié)控制器(A1X及一進(jìn)行電流測(cè)量的電流表(Rs)電性連接。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種具有充電功能的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，由一交流電動(dòng)機(jī)、一變頻器、一總開關(guān)組成，所述變頻器包括一整流器、一逆變器、一帶電容器單元的中間直流回路、一控制所述變頻器運(yùn)行的控制單元，及一用于給所述電容器單元進(jìn)行充電的充電裝置，所述充電裝置包括與所述中間直流回路電性連接、并為所述電容器單元提供恒定充電電流的調(diào)節(jié)電源，所述總開關(guān)控制所述調(diào)節(jié)電源的運(yùn)行。本實(shí)用新型的有益效果是提供一可調(diào)或可程控恒定電流的電源為電容器單元充電，降低了能耗，消除了現(xiàn)有技術(shù)大電流尖脈沖，降低了總開關(guān)應(yīng)力，從而延長(zhǎng)了總開關(guān)的使用壽命。
文檔編號(hào)H02M1/32GK202586862SQ201220452269
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者帕沃梅瑞琳娜, 尤哈維泰寧 申請(qǐng)人:偉肯(蘇州)電氣傳動(dòng)有限公司