專(zhuān)利名稱(chēng):變頻、變壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
本發(fā)明涉及控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，更詳細(xì)地說(shuō)是涉及變頻、變壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
本發(fā)明提供了一種通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)電源頻率和電源電壓以控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明，交流電源經(jīng)全波整流后，加到直流鏈路上，再變換成頻率和電壓都可變的電源，最后加到電動(dòng)機(jī)上。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是通過(guò)控制變換器的輸出電壓和輸出頻率來(lái)完成的。變換器的輸出頻率則由速度控制給定值來(lái)進(jìn)行控制。
控制邏輯電路以地為基準(zhǔn)點(diǎn)，并不浮動(dòng)在直流鏈路電壓上?？刂七壿嬰娐放c直流鏈路電壓隔離，這樣提高了安全性，并使控制邏輯電路可直接與過(guò)程控制設(shè)備連接。
供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的電流是經(jīng)過(guò)監(jiān)控的，且電流信號(hào)與直流鏈路電壓隔離。當(dāng)受監(jiān)控的電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)預(yù)定的電動(dòng)機(jī)限流給定值時(shí)就出現(xiàn)限流情況。電動(dòng)機(jī)在加速過(guò)程中進(jìn)入限流情況時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置就使加速速率降低，直至電動(dòng)機(jī)電流降低至限流情況以下為止。若電流繼續(xù)進(jìn)入限流并超出更高的第二閾值，電動(dòng)機(jī)就減速以克服過(guò)電流情況。若這些控制操作都無(wú)濟(jì)于事而電流還是進(jìn)一步超出限流值，則電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置就跳閘，脫離線(xiàn)路。
若在電動(dòng)機(jī)減速過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電流情況，則加速速率控制電路受抑制，使減速速率增加，因而使電動(dòng)機(jī)以更低的速率減速，從而使電動(dòng)機(jī)電流下降至限流值以下。
為實(shí)現(xiàn)控制、警報(bào)和跳閘各項(xiàng)功能，對(duì)直流鏈路電壓進(jìn)行了監(jiān)控，并將其與一系列給定值進(jìn)行比較。當(dāng)轉(zhuǎn)速受控制的電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能進(jìn)入負(fù)的轉(zhuǎn)差率(go into negative slip)，從而作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使直流鏈路電壓上升。減速速率控制裝置控制電動(dòng)機(jī)的減速。直到直流鏈路電壓超過(guò)第一預(yù)定電壓值。在直流鏈路電壓超過(guò)第一預(yù)定電壓情況下，加速速率控制裝置受抑制，以確保電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置不會(huì)測(cè)檢到限流情況并使電電動(dòng)機(jī)減速，從而使電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步進(jìn)入限流情況;減速速率控制的作用是以較低的速率使電動(dòng)機(jī)減速，從而使直流鏈路電壓降至第一預(yù)定電壓值以下。萬(wàn)一減速速率控制不奏效，而直流鏈路電壓超出第二預(yù)定給定值，則能量回輸電路(pump back circuit)啟動(dòng)，使至少一部分產(chǎn)生的電能返送回交流電源中。若能量回輸電路未能防止直流鏈路電壓超過(guò)大于第二預(yù)定電壓給定值的第三預(yù)定電壓給定值，則電動(dòng)機(jī)加速，作為降低直流鏈路電壓的最后一手控制操作。若直流鏈路電壓繼續(xù)上升并超過(guò)第四預(yù)定電壓給定值，則變頻變壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置跳閘，脫離線(xiàn)路，以保護(hù)變換器中的固體開(kāi)關(guān)。
在電動(dòng)機(jī)低頻，低速運(yùn)行時(shí)加到電動(dòng)機(jī)上的電壓，要比如果電動(dòng)機(jī)處于恒定的電壓/頻率比運(yùn)行時(shí)所加的電壓要高。
根據(jù)本發(fā)明，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以保持恒定，可以從零速加速到預(yù)定的運(yùn)行速度，或從某一運(yùn)行速度加速到更高的運(yùn)行速度，從轉(zhuǎn)高的運(yùn)行速度減速到較低的運(yùn)行速度，也可以將轉(zhuǎn)速減速至零。令方向指令信號(hào)反向，可以使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，于是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)使電動(dòng)機(jī)減速至零，倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向，并使電動(dòng)機(jī)再加速到相應(yīng)于速度控制給定值的轉(zhuǎn)速。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的原理圖;
圖2是監(jiān)控直流鏈路電流和電壓的原理圖;
圖3是變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電壓和頻率控制原理圖;
圖4是表示監(jiān)控各種電壓和電流情況的比較器和報(bào)警器的方框圖;
圖5是表示電壓和頻率關(guān)系的曲線(xiàn)圖，顯示了升壓和升壓斜率在低頻時(shí)對(duì)電壓/頻率關(guān)系曲線(xiàn)的影響。
現(xiàn)在讓我們先看看圖1，圖中畫(huà)出了按本發(fā)明設(shè)計(jì)的變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10。交流電源12供電(通常是三相正弦電壓)給限流和電源切斷電路14，從那果再供電給全波整流器16。限流和電源切斷電路14包括聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW和熔斷器F1、F2和F3，用以斷開(kāi)三相電源12的每一相。全波整流器16包括二極管D1、D2、D3、D4、D5和D6，此整流器將來(lái)自交流電源12的三相交流電壓進(jìn)行全波整流，產(chǎn)生一直流電壓。全波整流器16的直流電壓輸出由濾波器18濾波，整平直流電壓上的波紋。直流鏈路20有正極導(dǎo)線(xiàn)和負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)將濾波器18和變換器22彼此連接起來(lái)。變換器22采用固體開(kāi)關(guān)(一般是達(dá)靈頓晶體管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6)把直流電壓變換成受控制的三相交流正弦波電壓，此正弦波電壓的頻率和電壓值是通過(guò)控制固體開(kāi)關(guān)成對(duì)起動(dòng)的速率和控制固體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)。變換器22采用分別跨接在每個(gè)晶體管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的各發(fā)射極和集電極之間的逆平行二極管D7、D8、D9、D10、D11和D12，作為當(dāng)開(kāi)關(guān)從一個(gè)晶體管對(duì)切換至另一晶體管對(duì)時(shí)或電動(dòng)機(jī)24作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)24的電流返回直流鏈路20的返回通路。
信號(hào)發(fā)生器28用以合成三個(gè)相位彼此相差120度的信號(hào)，這些信號(hào)的平均電壓值在零赫至零赫以上的寬闊頻率范圍內(nèi)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。信號(hào)發(fā)生器28提供六個(gè)產(chǎn)生三個(gè)電壓相位的正半周和負(fù)半周用的控制信號(hào)。而信號(hào)發(fā)生器28可以采用任何已知的設(shè)計(jì)，包括強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換式、順序轉(zhuǎn)換式或脈寬調(diào)制式的，結(jié)果能使變換器將直流鏈路20上的直流電源變換成控制在一定頻率和有效電壓的交流電源，在控制情況下操縱交流電動(dòng)機(jī)24。本發(fā)明的最佳實(shí)施例中所介紹的信號(hào)發(fā)生器28是脈寬調(diào)制式的。在市場(chǎng)上可買(mǎi)到的一種這樣的器件是Signetics HEF 4752V專(zhuān)用微處理機(jī)。信號(hào)發(fā)生器28具有控制受控電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的能力，控制時(shí)根據(jù)方向指令信號(hào)(順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较?通過(guò)控制其所產(chǎn)生的六個(gè)控制信號(hào)的順序來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。在檢測(cè)出所要求的轉(zhuǎn)向之后，信號(hào)發(fā)生器28按一定順序輸出六個(gè)控制信號(hào)來(lái)獲得所需要的電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
脈沖放大器30、32、34、36、38和40在信號(hào)DL啟動(dòng)與門(mén)電路46、48、50、52、54和56時(shí)，分別通過(guò)這些與門(mén)電路從信號(hào)發(fā)生器28接收脈沖，并將收到的脈沖加以放大，來(lái)分別驅(qū)動(dòng)晶體管Q1至Q6。諸脈沖放大器30至40還可以將從信號(hào)發(fā)生器28接收到的控制信號(hào)與各脈沖放大器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)加以隔離。諸脈沖放大器30至40可以采用任何公知的脈沖放大設(shè)計(jì)，用以驅(qū)動(dòng)變換器半導(dǎo)體閘流管，例如，晶體管Q1至Q6。
信號(hào)發(fā)生器28控制變換器22交流輸出的頻率和電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速。壓控振蕩器(VCO)42的輸入是一個(gè)模擬電壓，此模擬電壓的大小控制壓控振蕩器42輸出的頻率。壓控振蕩器42的輸出頻率加到信號(hào)發(fā)生器28上，以而控制變換器22輸出的頻率。壓控振蕩器44的輸入是一個(gè)模擬電壓，此模擬電壓的大小控制壓控振蕩器44的輸出頻率。壓控振蕩器44的輸出頻率加到信號(hào)發(fā)生器28上，從而控制變換器22輸出的電壓。
帶圈的字母用以表示圖1至圖4中各電路相互連接的對(duì)應(yīng)部分。表一列出了這些字母，表中第一欄表示信號(hào)發(fā)生的所在圖號(hào)，第二欄表示所加信號(hào)的所在圖號(hào)。
表一公共點(diǎn) 信號(hào)發(fā)生所在圖號(hào) 所加信號(hào)的所在圖號(hào)A 1或2 3B 1或2 3C 2 3D 3 1E 3 1F 3 1G 4 3H 4 3I 4 3和1J 1 4K 4 1L 3 4M 3 4N 3 4向感應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)加線(xiàn)電壓進(jìn)行起動(dòng)時(shí)，在產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)以抵抗所加線(xiàn)電壓從而使電流降至額定值之前，起動(dòng)電流一般升達(dá)額定工作電流的600%。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置是在低頻率下起動(dòng)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，然后提高頻率，使電動(dòng)機(jī)加速，同時(shí)監(jiān)控電動(dòng)機(jī)電流。在電動(dòng)機(jī)從靜止加速至預(yù)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，或從第一預(yù)定轉(zhuǎn)速加速至第二預(yù)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程中(其中第二預(yù)定轉(zhuǎn)速大于第一預(yù)定轉(zhuǎn)速)，變頻的速率，從而加速度均受到控制，而使電動(dòng)機(jī)電流不致超出約電動(dòng)機(jī)額定電流的150%。通過(guò)調(diào)節(jié)頻率提高的速率即可調(diào)節(jié)加速速率。因此加速速率是通過(guò)控制加速時(shí)升頻的速率來(lái)進(jìn)行控制的。
直流鏈路20的電壓和電流受到監(jiān)控，并被用于控制變頻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)、報(bào)警和跳閘等的功能。檢測(cè)直流鏈路的電流可以采用電流互感器，但要使電流互感器準(zhǔn)確運(yùn)行，工作頻率則不得低于約15赫。由于考慮在頻率低至2赫的范圍情況下運(yùn)行，因此采用了諸如分流電阻、霍爾效應(yīng)變換器或無(wú)觸點(diǎn)式直流傳感器等能檢測(cè)低到此頻率范圍的電流的傳感器。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，采用了分流電阻來(lái)檢測(cè)直流鏈路電流。變換器的輸出是三相輸出。三相處于平衡狀態(tài)，因而三相輸出的每一相都相等。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的典型的直流鏈路電壓和電流監(jiān)控電路如圖2所示。采用了包括由串聯(lián)連接在正、負(fù)直流鏈路導(dǎo)線(xiàn)20之間的電阻器100、102、104和106所組成的分壓器網(wǎng)絡(luò)，來(lái)監(jiān)控直流鏈路電壓。電阻器100接在直流鏈路正極導(dǎo)線(xiàn)與電阻器102之間。電阻器102接在電阻器100和104之間。電阻器104接在電阻器102和106之間。電阻器106接在電阻器104和直流鏈路負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)之間。電阻器100和106阻值相等，電阻器102和104阻值相等。電阻器102和104的阻值比電阻器100和106小得多。電阻器102和104之間的公共接點(diǎn)接地，直流鏈路上的電壓對(duì)稱(chēng)于此公共接點(diǎn)。這樣，電阻器100和102之間公共點(diǎn)108上的電壓與直流鏈路正極導(dǎo)線(xiàn)上的電壓成正比。公共點(diǎn)108上電壓的大小與形成分壓器的電阻器100和102的阻值的大小有關(guān)。電阻器100和102阻值的大小應(yīng)這樣選擇，使得在公共點(diǎn)108上的比例電壓信號(hào)，其電平與控制電子設(shè)備相適應(yīng)。知道直流鏈路的工作電壓和組成分壓器各電阻器的阻值之后，就可按周知的分壓器法確定公共點(diǎn)108上的實(shí)際電壓值。
同樣，電阻器104和106之間公共接點(diǎn)110上的電壓與直流鏈路負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)上的電壓成正比。這導(dǎo)致相對(duì)于地的一個(gè)電壓信號(hào)可以表示出直流鏈路電壓處在非直流鏈路電壓的可使用的電壓電平。
在公共點(diǎn)108和110測(cè)出的直流鏈路電壓值表示直流鏈路20正負(fù)電位的減壓電平，它與直流鏈路電壓成正比，用以指示各種控制情況何時(shí)接通能量回輸電路，何時(shí)調(diào)整減速等變率(deceleration ramp)，以及在電壓不足或過(guò)電壓情況下何時(shí)令變頻驅(qū)動(dòng)裝置跳閘。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，采用了在直流鏈路的一個(gè)導(dǎo)線(xiàn)上的分流電阻器來(lái)監(jiān)控直流鏈路電流。圖中介紹的是把分流電阻112接在負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)上，如果把分流電阻接在正極導(dǎo)線(xiàn)上也可以取得同樣的效果。分流電阻器112與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，因此電動(dòng)機(jī)的三相相電流都流經(jīng)此電阻。分流電阻器112與連接它的導(dǎo)線(xiàn)同電位。圖2中，分流電阻器112是接在直流鏈路負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)上，因此分流電阻器112處在直流鏈路的負(fù)電壓電位上。對(duì)一般工作電壓為460伏的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，分流電阻器112上的電位約為負(fù)325伏。分流電阻器112在其兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)在幾百毫伏范圍內(nèi)，與直流鏈路電流成正比。直流鏈路電流通過(guò)在下面將談到的控制邏輯電路來(lái)補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率，改變加速和減速速率，并在電動(dòng)機(jī)過(guò)電流時(shí)使驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘。
控制邏輯電路是可以直接接到分流電阻器112上的，但這種設(shè)計(jì)會(huì)使控制邏輯電路漂浮在直流鏈路負(fù)電位上。若邏輯電路浮動(dòng)在直流鏈路負(fù)電壓上(對(duì)工作電壓為460伏的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，此電壓約為負(fù)325伏)，接觸邏輯電路時(shí)就會(huì)有危險(xiǎn)，測(cè)試設(shè)備的連接也較復(fù)雜，而且不能與大多數(shù)過(guò)程控制設(shè)備直接連接。因此為了能很容易地與其它過(guò)程控制設(shè)備連接，控制邏輯電路就不能以直流鏈路電壓為基準(zhǔn)，最好以地為基準(zhǔn)。因此，與其將整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置與同其相連接的所有過(guò)程設(shè)備隔離，例不如將邏輯電路與直流鏈路20隔離。
由于全波整流器16整流的是典型的對(duì)稱(chēng)三相交流輸入，因而直流鏈路上的線(xiàn)電壓是對(duì)地對(duì)稱(chēng)的。分路電阻器112兩端產(chǎn)生的電壓信號(hào)與流經(jīng)其上的直流鏈路電流成正比。分路電阻器112的阻值是這樣選擇的，使其上產(chǎn)生的電壓約小于1伏以減少分路電阻器112中的功率損失。
分流器112兩端的電壓即為放大器114的輸入電壓，此電壓經(jīng)電阻器116加至放大器114的倒相輸入端，并經(jīng)電阻器118加至放大器114的非倒相輸入端。運(yùn)算放大器114是一個(gè)微分放大器，用以監(jiān)控分流電阻器112兩端上的與流經(jīng)其上的鏈路電流成正比的電壓。
微分放大器114的非倒相輸入端120經(jīng)電阻器122接地。微分放大器114在其輸出端124上的輸出經(jīng)反饋電阻器128接至它的倒相輸入端126。微分放大器114的輸入阻抗高，它按電阻器128對(duì)電阻器116的阻值比，提高在分流電阻器112兩端檢測(cè)到的電壓值使其達(dá)到可使用的電平。微分放大器114在其輸出端124上的輸出還通過(guò)由電阻器130和電容器132組成的阻容網(wǎng)絡(luò)。阻容網(wǎng)絡(luò)自微分放大器114的輸出端124獲得約1至2伏的信號(hào)并調(diào)制光耦合器136中紅外二極管134的電流。電容器132起改善鏈路電流突然上升時(shí)的高頻率響應(yīng)的作用。監(jiān)控整個(gè)電路的直流鏈路電流對(duì)不正常電流的響應(yīng)速度應(yīng)相當(dāng)快，從而足以保護(hù)變換器22中的固體開(kāi)關(guān)。
阻容網(wǎng)絡(luò)的輸出加到運(yùn)算放大器140的倒相輸入端138上。運(yùn)算放大器140的倒相輸入端138通過(guò)電阻器144接到隔離電源142的邏輯正電壓。它的非倒相輸入端146接地。運(yùn)算放大器140是作為光耦合器136中光二極管134的電流源。光二極管134的陽(yáng)極接至運(yùn)算放大器140的倒相輸入端138。其陰極接至運(yùn)算放大器140的輸出端148。運(yùn)算放大器114和140的電源142與其它電源隔離。
電阻器144為微分放大器114經(jīng)阻容網(wǎng)絡(luò)濾波的輸出信號(hào)提供偏流，使流入光二極管134的起始電流足以使光二極管134工作。雖然象光耦合器136之類(lèi)的光耦合器線(xiàn)性度不太高，但這種光耦合器在很小的工作范圍內(nèi)工作時(shí)，其輸出可視為是線(xiàn)性的。光耦合器136中光二極管134發(fā)出的光激勵(lì)同一個(gè)光耦合器136中的光敏晶體管150。由光二極管134所發(fā)出的并由光敏晶體管150所接收的信號(hào)，與分流電阻器112兩端的電壓成正比，且其強(qiáng)度是可調(diào)的。光耦合器在寬工作范圍的電流下工作時(shí)，具有非線(xiàn)性特性。因此，本發(fā)明電路設(shè)計(jì)成偏流光耦合器，使其電流最終達(dá)到可使用的程度。微分放大器114通過(guò)電阻器130供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)僅為通過(guò)電阻器144供應(yīng)的偏流的10%左右。只要光耦合器136是在小工作范圍內(nèi)工作，其工作特性基本上可視為是線(xiàn)性的。光敏晶體管150的集電極接至隔離電源154上。隔離電源154可以是與下面將談到的供電給邏輯電路和比較器電路的同一個(gè)電源，但與電源142不同，因?yàn)楣怦詈掀髟谥绷麈溌冯娏骱腿魏斡晒怦詈掀?36中光敏晶體管150驅(qū)動(dòng)的電路之間起隔離作用。
電阻器156接在光敏晶體管150的發(fā)射極與地之間，使在其兩端所產(chǎn)生的電壓正比于流過(guò)其中的電流，而此電流又正比于分流器112兩端的電壓(包括電阻器144和運(yùn)算放大器114引入的偏壓)。在電阻器156兩端產(chǎn)生的電壓通過(guò)輸入電阻器162加到運(yùn)算放大器160的非倒相輸入端158。非倒相輸入端158還通過(guò)串聯(lián)的電阻器166和電位器168接至負(fù)電源164。電阻器166和168連同負(fù)電源164一起從隔離信號(hào)中除去由電源142、電阻器144和微分放大器114引入的偏壓。電位器168是一個(gè)可變電阻，經(jīng)調(diào)節(jié)后來(lái)確保由電阻器144和放大器140引入的偏壓除去。
運(yùn)算放大器160在輸出端170上的輸出經(jīng)串聯(lián)電阻器174和電位器176接至它的倒相輸入端172。運(yùn)算放大器160的倒相輸入端172還通過(guò)電阻器178接地。運(yùn)算放大器160是一個(gè)非倒相增益控制放大器。串聯(lián)電阻器174和電位器176構(gòu)成的可調(diào)反饋電阻用以最后校準(zhǔn)表示出現(xiàn)在運(yùn)算放大器160的輸出端170上的直流鏈路電流的輸出信號(hào)。
運(yùn)算放大器160輸出端170上的輸出電壓與直流鏈路隔離，并以三相的中性點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，因而可表示流入驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流。下面將談到的變頻控制功能和跳閘功能正是應(yīng)用了這個(gè)信號(hào)。此電路所監(jiān)控的電流用以進(jìn)行安全控制，其中包括檢測(cè)過(guò)電流、進(jìn)行跳閘和控制，因此在過(guò)電流情況下必須具有容許的響應(yīng)時(shí)間。這樣，與其在邏輯電路與輔助過(guò)程設(shè)備之間進(jìn)行隔離，倒不如在直流鏈路與邏輯電路之間進(jìn)行隔離。
表二(圖2的組件)組件號(hào) 最佳實(shí)施例中各組件的數(shù)值電阻以歐為單位，電容以微法為單位100 33K102 510104 510106 33K112 0.1116 5.1118 5.1122 10K128 10K130 1K132 0.22144 1.5K156 220162 10K166 10K168 5K174 10K176 5K178 10K
變換器可以采用任何設(shè)計(jì)，例如強(qiáng)迫轉(zhuǎn)換式、順序轉(zhuǎn)換式或脈寬調(diào)制式的設(shè)計(jì)。本發(fā)明最佳實(shí)施例中介紹的是脈寬調(diào)制式的變換器。但不言而喻，本發(fā)明可以采用任何公知的變換技術(shù)，只要是變換器由直流鏈路取得直流電源，并給電動(dòng)機(jī)提供，頻率和電壓由控制邏輯電路確定的交流電源。
壓控振蕩器42接收由調(diào)速電位器180引發(fā)的模擬電壓輸入信號(hào)。調(diào)整電位器180和串聯(lián)電阻182的電阻是結(jié)合加至其兩端的電壓電源值一起這樣進(jìn)行選擇的使在調(diào)整電位器180兩端產(chǎn)生范圍約在零至10伏的電壓，表示零至100%電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此外作為一種變換，速度控制給定值也可由過(guò)程控制信號(hào)產(chǎn)生，例如，在一電阻兩端的4至20毫安的電流信號(hào)。加法放大器186將由調(diào)速電位器180產(chǎn)生的速度控制給定值信號(hào)加到由轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償電位器184(下面即將談到)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償信號(hào)上。加法放大器186兩端跨接有反饋電阻器188，還并聯(lián)有電容器190，其作用是保證調(diào)速電位器180上的速度控制給定值發(fā)生的瞬時(shí)變化不會(huì)在壓控振蕩器42的模擬電壓輸入中引起瞬時(shí)變化。速度控制給定值信號(hào)的輸入電阻器192和轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償信號(hào)的輸入電阻器194(這些都是加法放大器一般都有的輸入電阻器)在阻值上可以是相等的，也可以是不等的。
上面已經(jīng)談過(guò)，過(guò)程控制信號(hào)可成為速度控制信號(hào)。過(guò)程控制信號(hào)，例如，4至20毫安信號(hào)，接至精密電阻器476的兩端472和474上，可在此兩端上產(chǎn)生正比于過(guò)程控制信號(hào)的電壓信號(hào)。放大器478在端子480上的輸出提供速度控制給定值以取代調(diào)速電位器180滑動(dòng)桿給定的速度控制給定值。
加法放大器186的輸出信號(hào)經(jīng)輸入電阻器198加到加法放大器196上，并由加法放大器196加到兩個(gè)信號(hào)RST和IAS(如有的話(huà))上。信號(hào)RST經(jīng)由二極管200和輸入電阻器204加到加法放大器196上;信號(hào)IAS經(jīng)由二極管206和輸入電阻器208加到加法放大器196上。信號(hào)RST和IAS取邏輯1值或邏輯0值。加法放大器兩端跨接有反饋電阻器210，并有二極管212與之并聯(lián);二極管212的陰極與放大器196的輸出端連在一起。放大器196的輸出經(jīng)由輸入電阻器214給電容器216充電，并輸入比較放大器218的倒相輸入端。
有信號(hào)RST或IAS存在時(shí)，12伏信號(hào)超出可能出現(xiàn)在放大器186輸出端上的電壓。因此，放大器196的輸出電壓具有變負(fù)值的傾向，而且盡量按箝位二極管212所能容許的負(fù)值而變負(fù)。在有RST或IAS信號(hào)存在，且比速度控制給定值信號(hào)占優(yōu)勢(shì)的情況下，由于電阻器214/電容器216網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)小，因而電容器上的信號(hào)很快就經(jīng)由電阻器214泄放，從而使放大器196輸出端上的速度控制信號(hào)趨于零。在起動(dòng)的初始階段和復(fù)位期間，信號(hào)RST取邏輯1值。
放大器220與兩端跨接的電容器222一起構(gòu)成積分器。比較器218的輸出經(jīng)電阻器224、228和232輸入到放大器220的倒相輸入端。電阻器224和228交接點(diǎn)(箝位點(diǎn)226)上的電壓由下面即將談到的加速或減速限制電路箝位。電阻器228和232的交接點(diǎn)(箝位點(diǎn)230)是下面即將談到的在過(guò)電流或過(guò)電壓下進(jìn)行控制的最后手段。放大器220的非倒相輸入端接地。放大器220的輸出作為比較放大器218的第二輸入，經(jīng)由電阻器234接至比較放大器218的非倒相輸入端。這樣，放大器220由于在箝位點(diǎn)226和230進(jìn)行箝位，就處在跟隨放大器218的輸出的跟隨器狀態(tài)。
當(dāng)放大器220的電壓輸出值超出比較放大器218倒相輸入端的電壓值，表明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)在端子480上或在電位計(jì)180滑動(dòng)桿上給定的速度控制給定值時(shí)，比較放大器218的輸出改變極性，使積分器驅(qū)向相反的方向。這樣，比較放大器218的輸出在干線(xiàn)正電壓和干線(xiàn)負(fù)電壓之間振蕩，以把電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速保持在電位計(jì)180的速度控制給定值上。由于放大器218的輸出振蕩和各積分器固有特性的原因，放大器220的輸出有脈動(dòng)，因而在作為模擬輸入電壓加到壓控振蕩器42之前，先由電阻器236和電容器238組成的阻容網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，以除去上述脈動(dòng)。
當(dāng)在放大器196的輸入端有RST或IAS信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，其輸出基本上趨向于零電壓，因而使跟隨器級(jí)將積分放大器220的輸出積分至零，從而使壓控振蕩器42的模擬輸入電壓趨于零;這進(jìn)一步使壓控振蕩器42的頻率下降，從而使電動(dòng)機(jī)24減速。
可以利用放大器220的輸出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速表以顯示電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，放大器220的輸出通過(guò)緩沖放大器240和限流電阻器242來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速表244。
輸入壓控振蕩器42的模擬信號(hào)也輸入到放大器246的倒相輸入端，在比較放大器246中與在電阻器248和250接點(diǎn)上建立的出現(xiàn)在非倒相端的預(yù)定最小頻率給定值信號(hào)進(jìn)行比較。電阻器251跨接在放大器兩端，形成放大器246的反饋通路。當(dāng)去壓控振蕩器42的模擬信號(hào)相應(yīng)于電動(dòng)機(jī)24的減速而減少，并且該模擬信號(hào)降至電阻器248和250接點(diǎn)上的給定值信號(hào)以下時(shí)，放大器246的輸出變正。放大器246的輸出經(jīng)二極管252和電阻器254接地。于是，當(dāng)壓控振蕩器42的模擬電壓輸入低于在電阻器248和250交接點(diǎn)上的預(yù)定給定值時(shí)，在二極管252和電阻器254交接點(diǎn)上有INH信號(hào)產(chǎn)生，且因放大器246的增益而取邏輯1值。當(dāng)INH信號(hào)是邏輯1時(shí)，從信號(hào)發(fā)生器28輸?shù)矫}沖放大器30至40的輸出控制信號(hào)被與門(mén)46至56所阻制，表明電動(dòng)機(jī)停開(kāi)或正在轉(zhuǎn)向。
不存在主要信號(hào)RST或IAS，且在箝位點(diǎn)226或230箝位時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可藉調(diào)整由調(diào)整電位器180確定的速度控制給定值來(lái)控制。在電動(dòng)機(jī)24停開(kāi)且滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件(例如，不處在過(guò)載情況，電源已加到整流器上，因而也通過(guò)限流和電源斷開(kāi)電路14加到直流鏈路上，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器電路已鎖在接通狀態(tài)且電源已加到邏輯電路上)的情況下，將調(diào)整電位器的給定值從零增加到表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速百分率的非零值，可以使電動(dòng)機(jī)24加速到對(duì)應(yīng)于調(diào)速電位器180上的速度控制給定值的轉(zhuǎn)速。在電位器180上速度控制給定值連續(xù)增加的增量會(huì)通過(guò)放大器186、196、218和220，因而使加到壓控振蕩器42的模擬輸入電壓按比例增加，從而使電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速提高到對(duì)應(yīng)于電位計(jì)180上新的速度控制給定值的轉(zhuǎn)速。
同樣，降低電位計(jì)180上的速度控制給定值時(shí)，該速度的降低量通過(guò)放大器186、196、218和220，并降低壓控振蕩器42的模擬輸入電壓，從而降低電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速。當(dāng)把調(diào)速電位計(jì)給定值從非零給定值降到零值時(shí)，則積分放大器220的輸出越積分越少，從而減少壓控振蕩器42的模擬輸入電壓，直至放大器246的輸出增高，因而使電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速降至零為止。
表三最佳實(shí)施例中各組件的值組件編號(hào) 電阻以歐為單位，電容以微法為單位180 10K182 2K188 47K190 0.1192 100K194 500K198 20K204 20K208 20K210 33K214 47K216 10
222 10224 12K228 220K232 150K234 10K236 10K238 4.7242 3.3K248 20K250 1K251 100K254 2.2K476 500484 100K486 100K488 100K490 100K交流電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速是通過(guò)控制變換器22輸出的頻率來(lái)進(jìn)行控制的。鑒于電動(dòng)機(jī)一般是按工作在一定的電源頻率而設(shè)計(jì)的電磁器件，因此改變變換器22輸出的頻率時(shí)，必須考慮周知的磁飽和現(xiàn)象。為防止產(chǎn)生磁飽和，當(dāng)為降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而降低加到電動(dòng)機(jī)的電源頻率時(shí)，也應(yīng)成比例地降低加到電動(dòng)機(jī)上的電壓值。相反，增加電動(dòng)機(jī)電源頻率時(shí)，若要使轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定值，則應(yīng)成比例增加加到電動(dòng)機(jī)上的電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通量維持在容許范圍內(nèi)。上述的關(guān)系是恒定的電壓/頻率比關(guān)系。但應(yīng)該指出，在未事先詢(xún)問(wèn)制造廠(chǎng)家之前不應(yīng)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高到電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速值以上。
本發(fā)明的變頻交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10，提供了用于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或交流同步電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行的變頻電源。交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和電源頻率確定了交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)總是在低于同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差叫做轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率通常以同步轉(zhuǎn)速的百分率表示。轉(zhuǎn)差率隨轉(zhuǎn)矩的增加而增加，一直增加到額定轉(zhuǎn)矩為止。同步電動(dòng)機(jī)無(wú)論所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩如何，運(yùn)行時(shí)都不存在轉(zhuǎn)差率。
從圖5可以清楚地看到，恒定電壓/頻率比繪出的曲線(xiàn)為曲線(xiàn)256。例如，當(dāng)一個(gè)230伏60赫的電動(dòng)機(jī)在90赫下工作時(shí)，要使其轉(zhuǎn)矩恒定則需要加345伏電壓。要使電動(dòng)機(jī)中的磁通維持恒定，需要使電壓成線(xiàn)性地增加。
在低頻(約15赫以下)運(yùn)行時(shí)，為改善電動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩特性，需要使電壓/頻率比偏離恒定情況。這里的偏離是指高出恒定值的升壓，是在給定頻率下使加到電動(dòng)機(jī)的電壓高于沿恒定電壓/頻率比直線(xiàn)256往較低頻率偏離時(shí)所應(yīng)施加的電壓。
在低頻下運(yùn)行時(shí)，壓控振蕩器42的模擬輸入電壓影響壓控振蕩器44的模擬輸入電壓。電壓/頻率比用電壓/頻率比電位器258滑動(dòng)桿上的電壓進(jìn)行調(diào)定。電位計(jì)258接在負(fù)12伏和地之間，確定了表示電壓/頻率比的通過(guò)縱座標(biāo)為電壓值橫座標(biāo)為頻率值的坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)256。圖5中的電壓/頻率比直線(xiàn)256的斜率由表示電壓/頻率比給定值的電位計(jì)258滑動(dòng)桿電壓確定。電壓/頻率比給定值經(jīng)輸入電阻器262加到加法放大器260的倒相輸入端。放大器260的非倒相輸入端接地。電阻器284是跨接在放大器260兩端的反饋電阻器。電容器286與電阻器284并聯(lián)，用以防止放大器260的輸出電壓(即壓控振蕩器44的模擬輸入電壓)產(chǎn)生瞬時(shí)變化。
升壓電平由升壓電平電位器264的滑動(dòng)桿上的電壓確定，且確定縱坐標(biāo)軸上非零截矩274。在縱坐標(biāo)軸上的截矩274與電壓/頻率比直線(xiàn)256之間的線(xiàn)段276的斜率由升壓斜率電位計(jì)272上的給定值確定。升壓斜率電位計(jì)272確定線(xiàn)段276的斜率273。一旦縱軸上截矩274由電位計(jì)264確定，線(xiàn)段276的斜率由升壓斜率電位計(jì)272確定，就確定了點(diǎn)275，該點(diǎn)表示加到電動(dòng)機(jī)24的電壓偏離由電位器258所確定的恒定的電壓/頻率比。
電壓/頻率比給定值和升壓電平分別經(jīng)由輸入電阻器262和270由加法放大器260加在一起。電壓/頻率比給定值總是影響此相加之和。而只有當(dāng)二極管266的陽(yáng)極接加法放大器268的輸出端，其陰極接升壓電平電位計(jì)264，加法放大器268輸出端的電壓為正時(shí)，升壓電平才參加這一相加。當(dāng)二極管266陽(yáng)極上的電壓為正時(shí)，其陰極上的電壓比陽(yáng)極上的電壓低一個(gè)壓降。當(dāng)二極管266陰極上的電壓為正時(shí)，在加法放大器260倒相輸入端的升壓電平電壓降低了在倒相輸入端的由電壓/頻率比給定值所提供的電壓電平。通過(guò)降低加法放大器260倒相輸入端上的電壓，使加法放大器260的輸出降低。加法放大器260的輸出電壓是壓控振蕩器44的模擬輸入電壓。降低壓控振蕩器44的模擬輸入電壓使壓控振蕩器44輸出的頻率降低。電壓/頻率比隨壓控振蕩器44的模擬電壓輸入成正比地變化，而變換器22的電壓輸出則隨其成反比地變化。這樣，當(dāng)二極管266的陰極電壓變正時(shí)，變換器22的電壓輸出偏離恒定的電壓/頻率比。升壓電平參加由加法放大器260所進(jìn)行的電壓相加，與二極管266陰極電壓大小及由升壓電平電位器264的滑動(dòng)桿所確定的升壓電平給定值有關(guān)。對(duì)固定的升壓電平給定值，壓控振蕩器42的模擬輸入與升壓斜率電位器272的給定值分別通過(guò)輸入電阻器278和280由加法放大器268加以比較。加法放大器268有一個(gè)反饋電阻器282接在其輸出端與倒相輸入端之間。放大器268的非倒相輸入端接地。當(dāng)加到壓控振蕩器42的電壓值不超過(guò)升壓斜率給定值時(shí)，加法放大器268輸出端上的電壓為負(fù)，升壓電平不貢獻(xiàn)于放大器260的輸出。當(dāng)壓控振蕩器42的模擬電壓輸入值(此壓控振蕩器控制著變換器22輸出的頻率)超過(guò)升壓斜率電位計(jì)262的給定值時(shí)，加法放大器268的輸出變正，且電壓/頻率比偏離電位計(jì)258給定的恒定電壓/頻率比，其中升壓電平由電阻器264確定，升壓斜率由電阻器272確定。
圖5中顯示了升壓電平電位器264給定值與升壓斜率電位計(jì)272給定值的一系列可能的組合方式。這樣，升壓電平電位器264電壓給定值與升壓斜率電位器272給定值的無(wú)數(shù)組合實(shí)際上偏離恒定電壓/頻率曲線(xiàn)256上任何點(diǎn)達(dá)約15赫。一旦升壓電平電位計(jì)264給定值確定下來(lái)，升壓斜率電位計(jì)272給定值就可以確定頻率上升時(shí)變換器輸出回到恒定電壓/頻率比256，或頻率下降時(shí)變換器輸出偏離恒定電壓/頻率比256的頻率。
表四最佳實(shí)施例中各組件的值組件編號(hào) 電阻以歐為單位，電容以微法為單位258 10K262 100K264 1M270 100K272 100K278 33K280 100K282 220K284 470K286 0.1
上面談過(guò)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率是為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率，通常以轉(zhuǎn)速百分比表示，取決于所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。受監(jiān)控的直流鏈路電流表示電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)受監(jiān)控的鏈路電流上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也增加，因而轉(zhuǎn)差率增加。相反，受監(jiān)控的鏈路電流下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也減少，因而轉(zhuǎn)差率減少。因此，可以按預(yù)定的鏈路電流和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系使變換器輸出的頻率偏離原值以補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償使基于電動(dòng)機(jī)電流的驅(qū)動(dòng)裝置頻率少量地呈線(xiàn)性提高，以這種方式補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。
直流鏈路20的電流在受監(jiān)控的情況下輸入緩沖放大器288的非倒相輸入端。二極管291接在放大器288的輸出端與由電阻器301和電容器294組成的阻容網(wǎng)絡(luò)之間，使放大器288起峰值檢波器的作用。阻容網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)大，因而儲(chǔ)存在電容器294上的電荷通過(guò)電阻器301耗散出去。放大器296防止電容器294經(jīng)由那里放電，并使限流信號(hào)更為平滑但保持其峰值。放大器288的輸出代表直流鏈路的電流，可用以驅(qū)動(dòng)電流計(jì)以顯示電動(dòng)機(jī)24的電流。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，放大器288的輸出通過(guò)電壓跟隨驅(qū)動(dòng)放大器466和限流電阻器468來(lái)驅(qū)動(dòng)電流表470。放大器296的部分電壓輸出代表直流鏈路20的電流(由轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償電位器184的轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償給定值確定)，輸入到加法放大器186以補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)24的速度控制信號(hào)，從而補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)24因轉(zhuǎn)差率而引起的轉(zhuǎn)速下降。
表五最佳實(shí)施例中的各組件值組件編號(hào) 電阻以歐為單位，電容以微法為單位184 10K290 10K292 10K294 1.0298 10K300 10K302 1M468 3.3K加速速率是可以調(diào)節(jié)的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷慣性小或沒(méi)有慣性時(shí)，適宜采用較大的加速速率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷慣性較大時(shí)，適宜采用較小的加速速率。電動(dòng)機(jī)的加速極限無(wú)論在使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)碾妱?dòng)機(jī)靜止增加到預(yù)定的轉(zhuǎn)速，或使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡谝活A(yù)定轉(zhuǎn)速增加到第二預(yù)定轉(zhuǎn)速(其中第二預(yù)定轉(zhuǎn)速高于第一預(yù)定轉(zhuǎn)速)情況下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流在監(jiān)控情況下達(dá)約150%額定電流值時(shí)，都比所選用的電動(dòng)機(jī)加速速率占優(yōu)勢(shì)，為的是防止電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)約150%的額定電流值。主控制電路可以使電動(dòng)機(jī)在約150%電動(dòng)機(jī)額定電流提供的加速速率下加速，直至電動(dòng)機(jī)操作人員所選用的加速速率重新限制了加速速率，或電動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速為止。
因此在起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)無(wú)需加串聯(lián)電阻以限制電動(dòng)機(jī)的電流。倒是有有源電路按直流鏈路中受監(jiān)控的電流來(lái)限制電動(dòng)機(jī)的電流。電動(dòng)機(jī)及其負(fù)荷的加速是利用了超出工作轉(zhuǎn)矩的那部分轉(zhuǎn)矩。
受監(jiān)控的直流鏈路電流用來(lái)限制加速速率。加速時(shí)，當(dāng)正比于受監(jiān)控電流的直流電流信號(hào)超出相當(dāng)于約150%額定電流的預(yù)定水平就調(diào)整加速速率。調(diào)整加速速率的目的是為了確保電動(dòng)機(jī)電流不超過(guò)約150%額定電流。一般說(shuō)來(lái)，這意味著電動(dòng)機(jī)會(huì)在較低的速率下加速。
同樣，電動(dòng)機(jī)在某給定負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若負(fù)荷增加從而使電動(dòng)機(jī)電流超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定電流，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的交流驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的頻率，從而降低電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以使電動(dòng)機(jī)電流降低至額定電流或額定電流以下。這個(gè)頻率降低過(guò)程將持續(xù)下去，直至電動(dòng)機(jī)電流降至額定電流以下或電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)為止。
本發(fā)明的變壓變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括加速電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷用的預(yù)置增頻率。預(yù)置增頻率可以調(diào)節(jié)、選用來(lái)適應(yīng)用途;慣性大的負(fù)荷比慣性小的負(fù)荷預(yù)置增頻率慢。若直流鏈路電流(如上述那樣受監(jiān)控)超出第一預(yù)定電動(dòng)機(jī)電流，則預(yù)置增頻率下降，從而使直流鏈路電流不致超出第一預(yù)定電動(dòng)機(jī)電流。
放大器296的電壓輸出是表示直流鏈路20電流的信號(hào)，它通過(guò)電阻器304出現(xiàn)在求和點(diǎn)302上。限流電位計(jì)306確定電動(dòng)機(jī)的限流給定值。限流電位計(jì)306與電阻器308串聯(lián)接在負(fù)12伏和求和點(diǎn)302之間。當(dāng)電動(dòng)機(jī)24運(yùn)行并不處在限流情況時(shí)，在求和點(diǎn)302上的電壓保持負(fù)值。
放大器310是個(gè)高增益電壓跟隨放大器。放大器310的輸出電壓通過(guò)電阻器316輸入到放大器318的倒相輸入端。放大器318的非倒相輸入端接地;電阻器320是放大器318從其輸出端反饋至其倒相輸入端的反饋電阻器。當(dāng)求和點(diǎn)302上的電壓為負(fù)(表明不處在過(guò)電流的情況)時(shí)，放大器310的輸出，從而放大器318的輸入為負(fù)。放大器318的輸出保持為正，給電容器322充電的同時(shí)，在與電容器322并聯(lián)的串聯(lián)組合電阻器324和加速速率電位計(jì)326兩端形成電壓，因而提高加速速率，一直到在電容器322兩端出現(xiàn)作為最大值的正干線(xiàn)電壓(減去一個(gè)二極管壓降)。
在限流情況下，求和點(diǎn)302為正，放大器310的輸出，因而放大器318的輸入為正，從而使放大器318的輸出為負(fù)。接在放大器318的輸出端和電阻器324與電容器322的接點(diǎn)之間的二極管328，用以防止電流回流至放大器318中。電容器322通過(guò)電阻器324和加速速率電位計(jì)326放電時(shí)，電容器322兩端的電壓降低至最小值一地電位。電容器322的放電使加速電位計(jì)326兩端的電壓下降，因而也相應(yīng)地、成比例地降低因超限流值情況而使加速速率降低的加速速率給定值。由于加速速率下降，電動(dòng)機(jī)24的電流應(yīng)下降至限流給定值以下。當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流降至電流給定值以下時(shí)，求和點(diǎn)302上的電壓變負(fù)，放大器310的輸出也變負(fù)，而放大器318的輸出變正，給電容器322充電，從而提高串聯(lián)組合的電阻器324和加速速率電位計(jì)326兩端的相應(yīng)電壓。
電動(dòng)機(jī)在限流情況下加速時(shí)，在電動(dòng)機(jī)電流降至限流情況以下之前，可以改變電阻器324和電容器322交接點(diǎn)上的電壓來(lái)降低加速速率。電動(dòng)機(jī)24并不處在減速狀態(tài)。所降低的是加速速率。電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速仍在上升，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流越來(lái)越趨近限流值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只是以較慢的速率上升而已。
放大器330連同電阻器332和334以及二極管336和338一起提供了加速鉗位功能。在鉗位點(diǎn)226上的電壓值被限制為加速電位計(jì)326的加速速率給定值的負(fù)電壓范圍內(nèi)。由于比較放大器218的輸出在正負(fù)干線(xiàn)電壓值之間振蕩，因而只有當(dāng)放大器218的電壓輸出為負(fù)時(shí)，加速鉗位功能才起鉗位作用。
當(dāng)求和點(diǎn)302由于限流情況和加速速率控制電路被啟動(dòng)而為正的情況下，存在一個(gè)加速速率控制電路要降低電動(dòng)機(jī)24的加速速率，使電流降至限流給定值以下的一個(gè)降速范圍。若電流繼續(xù)上升至限流值且超出更高的第二閾值，電動(dòng)機(jī)就減速以克服限流情況。上面談過(guò)，由于限流情況，求和點(diǎn)302上的電壓為正。當(dāng)求和點(diǎn)302上的電壓因電動(dòng)機(jī)電流繼續(xù)上升而變得更正時(shí)，放大器310的輸出正得也更多，因而通過(guò)二極管312和電阻器314使鉗位點(diǎn)230上的電壓變得更正，從而使電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)速降低，直至電動(dòng)機(jī)電流降至限流值以下為止。電動(dòng)機(jī)電流下降時(shí)，放大器310輸出電壓下降，消除了放大器310輸出對(duì)鉗位點(diǎn)230上電壓的影響，從而只對(duì)加速速率控制電路恢復(fù)控制。使電阻器314的阻值比電阻器228大，可以獲得加速速率控制電路通過(guò)降低加速速率來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電流的范圍。應(yīng)該指出，放大器310對(duì)鉗位點(diǎn)230的影響一旦解除，積分放大器220的積分作用就會(huì)得到一個(gè)較低的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，只要限流情況的電位存在，就維持這個(gè)較低的轉(zhuǎn)速。
若這些控制操作都無(wú)濟(jì)于事，受監(jiān)控的電流繼續(xù)趨向限流值并超過(guò)電位計(jì)428上的給定值，變頻變壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10就如下面將談到的那樣跳閘，脫離電源。
表六最佳實(shí)施例中各組件的值組件編號(hào) 電阻以歐為單位，電容以微法為單位304 4.7K306 10K308 10K314 220K316 20K320 470K322 10K324 2K326 10K332 100K334 100K
處理電動(dòng)機(jī)在高慣性負(fù)荷情況下減速時(shí)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行所產(chǎn)生的能量，傳統(tǒng)的辦法是在直流鏈路兩端接入一個(gè)電阻器，使所產(chǎn)生的電流流經(jīng)該電阻器，由此將電能以熱的形式消散掉。按本發(fā)明設(shè)計(jì)的變頻變壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置至少將所產(chǎn)生的部分能量返送回交流電源12中。當(dāng)電動(dòng)機(jī)24作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，直流鏈路上的電壓會(huì)上升，上升的情況與儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷中的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成電能的速率有關(guān)。如本說(shuō)明書(shū)所談到的那樣，直流鏈路電壓是處于受監(jiān)控狀態(tài)的。當(dāng)直流鏈路電壓因電動(dòng)機(jī)24作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行而上升時(shí)，減速速率電路會(huì)調(diào)整減速速率。一直到直流鏈路20的電壓超出第一預(yù)定電壓(通常為額定線(xiàn)電壓的112%)之前，電動(dòng)機(jī)24的減速過(guò)程是受減速速率控制裝置控制的。在直流鏈路電壓超出第一預(yù)定電壓情況下，加速速率控制受抑制，以保證電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置不會(huì)對(duì)限流情況起反應(yīng)而使電動(dòng)機(jī)減速，從而使電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步趨向限流。當(dāng)直流鏈路電壓超出第二預(yù)定電壓(通常為額定線(xiàn)電壓的115%)時(shí)，能量回輸電路被啟動(dòng)。能量回輸電26是一個(gè)發(fā)電制動(dòng)器(dynamic brake)，此制動(dòng)器將電動(dòng)機(jī)24作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的電能(例如，當(dāng)帶大慣性負(fù)荷減速時(shí))加到交流電源，從而無(wú)需單純地將電能作為熱能消散掉。當(dāng)能量回輸電路被啟動(dòng)且所產(chǎn)生的電流與個(gè)別相電壓同步時(shí)，直流鏈路電壓大于交流線(xiàn)路上的峰值電壓，因而不需要進(jìn)行同步。
為使能量回輸電路啟動(dòng)，由電壓監(jiān)控器產(chǎn)生且出現(xiàn)在放大器358輸出端的受監(jiān)控直流鏈路電壓信號(hào)與由正12伏電源和電阻器398確定的預(yù)定給定值在比較放大器400中進(jìn)行比較。當(dāng)受監(jiān)控的直流鏈路電壓超出預(yù)定電壓給定值時(shí)，與門(mén)406的輸出增高，激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器409，使晶體管Q7以及一系列D13至D15的二極管導(dǎo)通，將作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)24所產(chǎn)生的能量，通過(guò)逆平行二極管D7、D8、D9、D10、D11和D12送回交流輸入線(xiàn)路中。若減速電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量比能量回輸電路所能消散的能量多，直流鏈路電壓會(huì)繼續(xù)上升。因此，只要能量回輸電路(這是一個(gè)發(fā)電制動(dòng)器)能將減速電動(dòng)機(jī)及負(fù)荷所產(chǎn)生的能量消散掉，從而防止直流鏈路上的電壓超出下面即將談到的第三預(yù)定電壓值，發(fā)電制動(dòng)器就繼續(xù)以原來(lái)給定的同一個(gè)預(yù)定減頻速率使電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷減速。但若預(yù)定減頻速率使減速中的電動(dòng)機(jī)和負(fù)荷所產(chǎn)生的能量比發(fā)電制動(dòng)器所能消散的能量多，則直流鏈路電壓會(huì)超出第三預(yù)定電壓值。
若能量回輸電路不能阻止直流鏈路電壓超出第三預(yù)定電壓給定值(一般為額定線(xiàn)電壓的117%)，則電動(dòng)機(jī)就加速，作為降低直流鏈路電壓的最后控制操作。當(dāng)過(guò)高的直流鏈路電壓使電阻器350和354交接點(diǎn)上的電壓具有足夠的正值因而使放大器358的輸出電壓具有足夠的負(fù)值，從而使鉗位點(diǎn)230上的電壓通過(guò)電阻器392和二極管394而下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)24就進(jìn)入加速狀態(tài)。
若上述各項(xiàng)控制操作都起不到限制直流鏈路電壓的作用使其不超出電位計(jì)412所確定的第四預(yù)定電壓給定值，則變頻變壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10就如下面即將談到的那樣，跳閘并脫離線(xiàn)路。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)從第一預(yù)定轉(zhuǎn)速減速到可能是零或非零的第二預(yù)定轉(zhuǎn)速，特別是在使大慣性負(fù)荷減速時(shí)，會(huì)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。為了履行減速，變頻變壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置降低了驅(qū)動(dòng)裝置的頻率和電壓。若電源頻率下降得比負(fù)荷的慣性快，且風(fēng)阻損耗和摩擦損耗能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，則交流電動(dòng)機(jī)就作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，發(fā)出電能送回驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由此產(chǎn)生的電流給直流鏈路上的濾波電容器充電。若不加以控制，則濾波電容器兩端的電壓會(huì)上升到超出變換器中諸固體開(kāi)關(guān)上最大電壓值的程度從而損壞這些開(kāi)關(guān)。因此，需要控制電動(dòng)機(jī)減速的速率或有控制地將產(chǎn)生的能量消散掉。
在點(diǎn)108上產(chǎn)生的表示直流鏈路正導(dǎo)線(xiàn)電壓的減壓電平的電壓通過(guò)輸入電阻342輸進(jìn)放大器340的倒相輸入端。在點(diǎn)110產(chǎn)生的表示直流鏈路負(fù)導(dǎo)線(xiàn)電壓減壓電平的電壓通過(guò)輸入電阻器344輸進(jìn)高輸入阻抗放大器340的非倒相輸入端。放大器340的輸出表示直流鏈路的電壓電平并通過(guò)反饋電阻348接至自身的非倒相輸入端。放大器340的輸出通過(guò)由電阻器350和電容器352組成的網(wǎng)絡(luò)以便迅速響應(yīng)直流鏈路電壓突然發(fā)生的變化。
直流鏈路電壓控制著減速速率。只要直流鏈路上的電壓不超過(guò)預(yù)定電壓值，電動(dòng)機(jī)就按由放大器364和378執(zhí)行的減速速率控制功能進(jìn)行減速。減速速率電路起作用的方式與上述由放大器318和330組成的加速速率電路相似。兩個(gè)鉗位電路的區(qū)別在于，加速速率電路是當(dāng)電壓為負(fù)且低于加速速率電位計(jì)326的給定值時(shí)在鉗位點(diǎn)226上對(duì)電壓鉗位。而減速速率電路則當(dāng)電壓為正且其值高于減速速率電位計(jì)374的給定值時(shí)在鉗位點(diǎn)226對(duì)電壓鉗位用。
在正常運(yùn)行和處于直流鏈路上的電壓不超值的受控減速情況下，在電阻器350、354和356的交接點(diǎn)上的電壓為負(fù)。在直流鏈路電壓超過(guò)由負(fù)電壓源和電阻器354所確定的預(yù)定電壓之前，該交接點(diǎn)上的電壓一直保持負(fù)值。電阻器350、354交接點(diǎn)上的負(fù)電壓通過(guò)電阻器356輸進(jìn)放大器358的倒相輸入端。放大器358是將電阻器350和354交接點(diǎn)上的電壓與地電位進(jìn)行比較的比較器，且提供相反極性的輸出。因此在正常運(yùn)行和受控的減速情況下，放大器358的輸出為正。
放大器358的輸出通過(guò)輸入電阻器362輸進(jìn)放大器364的負(fù)輸入端。放大器364有一個(gè)反饋電阻器366，這構(gòu)成一個(gè)倒相放大器即當(dāng)放大器364的輸入為正時(shí)，其輸出為負(fù)，例如，在直流鏈路上的電壓不超值時(shí)。
在放大器364的輸出為負(fù)的情況下，電容器370被充電至更高的負(fù)電壓值，從而由于電阻器372和減速速率電位計(jì)374的串聯(lián)組合與電容器370并聯(lián)而在該串聯(lián)組合件兩端產(chǎn)生更高的負(fù)電壓。減速速率電位計(jì)兩端提高了的負(fù)電壓使放大器378(此放大器與二極管382和384及電阻器380一道起電壓鉗位的作用)在鉗位點(diǎn)226鉗位電壓所確定的減速速率給定值提高。減速速率提高了，電動(dòng)機(jī)就可以更快地減速。減速速率提高，表明直流鏈路電壓不超值，且不存在限流情況。放大器378所起的改變符號(hào)的作用，使放大器378在鉗位點(diǎn)226上的電壓為正時(shí)對(duì)鉗位點(diǎn)226上的電壓起鉗位作用。就象鉗位點(diǎn)226上的電壓為正時(shí)鉗位放大器330基本上對(duì)鉗位點(diǎn)226上的電壓沒(méi)有影響一樣，當(dāng)鉗位點(diǎn)226上的電壓為負(fù)時(shí)，鉗位放大器378對(duì)鉗位點(diǎn)226上的電壓基本上也沒(méi)有影響。
當(dāng)直流鏈路上的電壓因電動(dòng)機(jī)24作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而提高，從而使電阻器350和354的交接點(diǎn)為正(相當(dāng)于直流鏈路電壓超出預(yù)定給定值)時(shí)，放大器386的輸入變正，其輸出變負(fù)。放大器的輸出變負(fù)通過(guò)二極管388和電阻器390實(shí)際上使求和點(diǎn)302保持負(fù)電位，從而防止加速控制過(guò)程降低加速速率給定值。防止加速速率給定值降低可以避免將減速過(guò)程與超出限流給定值的電流相組合，加速控制過(guò)程即試圖靠降低加速速率以適應(yīng)該限流給定值。
放大器386的輸入變正時(shí)，放大器358的輸入變正，這促使放大器358的輸出變負(fù)。能量回輸電路沒(méi)有被啟動(dòng)，給減速速率控制電路控制電動(dòng)機(jī)24減速的機(jī)會(huì)。放大器358的輸出變負(fù)，促使放大器364的輸出變正，使二極管368獲得反向偏壓，從而使電容器370通過(guò)電阻器372和減速速率給定點(diǎn)放電，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)24的減速速率。
若直流鏈路上的電壓續(xù)續(xù)提高，且超過(guò)另一預(yù)定給定值，則放大器340的輸出變得更正，放大器358的輸出變得更負(fù)，促使比較器400的輸出狀態(tài)改變，通過(guò)二極管402、電阻器404、門(mén)電路406和倒相器408藉導(dǎo)通晶體管Q7啟動(dòng)能量回輸電路，從而至少使作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)24所產(chǎn)生的部分能量回輸?shù)浇涣鬏斎腚娫粗小?br>如上面已經(jīng)談過(guò)的那樣，作為最后控制措施，電動(dòng)機(jī)24加速，以降低直流鏈路電壓。為了防止直流鏈路電壓超出另一更高的電壓給定值時(shí)損壞變換器22中的固體開(kāi)關(guān)，如上關(guān)于比較器410所述，驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘脫離線(xiàn)路。
不存在直流鏈路上的過(guò)電壓需要使驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘脫離線(xiàn)路時(shí)，在能量回輸電路被啟動(dòng)的情況下，直流鏈路上的電壓若降至使能量回輸電路接通的給定值以下，會(huì)使能量回輸回路斷開(kāi)，并使減速速率控制在加速速率控制受抑制的情況下，控制減速中的電動(dòng)機(jī)24。若直流鏈路電壓進(jìn)一步降至加速速率控制受抑制的給定值以下，則會(huì)使加速速率控制起作用并使減速速率電路控制電動(dòng)機(jī)24的減速過(guò)程。
從圖4中可以最清楚地看到，由放大器340輸出表示的直流鏈路20的受監(jiān)控的電壓在比較器410中與在412的過(guò)電壓給定值進(jìn)行比較。在412的過(guò)電壓給定值不超過(guò)直流鏈路上的最高容許電壓極限值，此過(guò)電壓給定值一般為額定線(xiàn)電壓的120%。直流鏈路受監(jiān)控的電壓達(dá)到在412的過(guò)電壓給定值時(shí)，閂鎖電路414動(dòng)作，激勵(lì)報(bào)警器416通知操作入員發(fā)生了過(guò)電壓，于是電源切斷電路14使變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘，脫離線(xiàn)路。
由放大器340的輸出表示的直流鏈路20的受監(jiān)控的電壓在比較器418中與在420的欠壓給定值進(jìn)行比較。當(dāng)直流鏈路受監(jiān)控的電壓降至在420的欠壓給定值以下，閂鎖電路422動(dòng)作，報(bào)警器424被啟動(dòng)，通知操作人員發(fā)生了欠電壓，于是電源切斷電路14使變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘，脫離線(xiàn)路。
由放大器288的輸出表示的直流鏈路受監(jiān)控的電流在比較器426中與在428的過(guò)電流跳閘給定值進(jìn)行比較。當(dāng)直流鏈路受監(jiān)控的電流超出在428的過(guò)電流跳閘給定值，閂鎖電路430動(dòng)作，啟動(dòng)報(bào)警器432，通知操作人員發(fā)生了過(guò)電流的情況，于是電源切斷電路14使變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置10跳閘，脫離線(xiàn)路。
諸閂鎖電路414、422和430由單觸發(fā)計(jì)時(shí)器434復(fù)位。若閂鎖電路414、422或430任何一個(gè)的動(dòng)作，表明處在跳閘情況，作為或門(mén)438的一個(gè)輸入的或門(mén)436的輸出變成邏輯1值。或門(mén)438的其它輸入為RST和INH。倒相器440使或門(mén)438的輸出倒相成DL。這樣，當(dāng)或門(mén)438的任何一個(gè)輸入為邏輯1時(shí)，DL成為邏輯0，當(dāng)或門(mén)436的輸出變低時(shí)，DL為邏輯1。
輸進(jìn)信號(hào)發(fā)生器28的順時(shí)針/逆時(shí)針信號(hào)，用以控制確定電動(dòng)機(jī)24轉(zhuǎn)向的控制信號(hào)順序，是由雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器442產(chǎn)生的，如圖4所示。當(dāng)順時(shí)針/逆時(shí)針繼電器448的觸點(diǎn)447由順時(shí)針/逆時(shí)針開(kāi)關(guān)464控制而處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器442的J輸入端通過(guò)電阻器444接至邏輯1，而當(dāng)順時(shí)針/逆時(shí)針繼電器448的觸點(diǎn)閉合時(shí)，J輸入端通過(guò)電阻器446接地。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器442的K輸入因倒相器450而總是與J輸入相反。這樣，J-K觸發(fā)器作為D觸發(fā)器工作，其Q輸出跟隨J輸入，其
Q輸出跟隨K輸入，同時(shí)為信號(hào)發(fā)生器28提供方向指令信號(hào)。當(dāng)同時(shí)輸入與非門(mén)452的INH和RCT取邏輯1值時(shí)，觸發(fā)器442歸零。與非門(mén)454、456和458能檢測(cè)出何時(shí)方向指令信號(hào)在電動(dòng)機(jī)24運(yùn)行過(guò)程中反向，使電動(dòng)機(jī)24開(kāi)始減速、反轉(zhuǎn)和加速到相當(dāng)于轉(zhuǎn)速給定值但方向相反的轉(zhuǎn)速。
當(dāng)不存在跳閘條件時(shí)，或門(mén)436的輸出為低電平，因而倒相器460的輸出為高電平。當(dāng)順時(shí)針/逆時(shí)針開(kāi)關(guān)464的位置發(fā)生變化，表明希望改變電動(dòng)機(jī)24的轉(zhuǎn)向時(shí)，與非門(mén)458的輸出變?yōu)榈碗娖?，這促使與非門(mén)462的輸出(即IAS信號(hào))變?yōu)楦唠娖健?br>本發(fā)明的變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)觸點(diǎn)的閉合使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置收到反轉(zhuǎn)指令時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速按上述的減速限制下降至零。電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)后，按上述加速控制過(guò)程在反方向上加速至轉(zhuǎn)速給定值。
權(quán)利要求
1.一種供電給交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并控制交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用的變頻變壓電動(dòng)機(jī)控制電路，該交流電動(dòng)機(jī)有一個(gè)轉(zhuǎn)子和多個(gè)定子繞組，該控制電路的特征在于，它包括整流器裝置，用以從交流電源接收交流電壓并將交流電壓變換成直流電壓；變頻變壓變換器裝置，接至整流器裝置上，可用以將直流電壓變換成加到交流電動(dòng)機(jī)上去的電壓和頻率受控制的交流輸出電壓；用以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制所說(shuō)的變換器裝置輸出頻率的裝置；和配合所說(shuō)的頻率控制裝置以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制變換器裝置輸出電壓用的裝置，所說(shuō)的電壓控制信號(hào)產(chǎn)生的電壓正比于大于約15赫的頻率，但不正比于小于約15赫的頻率。
2.如權(quán)利要求
1所述的供電給交流電動(dòng)機(jī)用的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，其中變換器輸出電壓控制信號(hào)不正比于頻率，結(jié)果是變換器受控制的低于約15赫的輸出電壓大于變換器受控制的正比于頻率的輸出電壓。
3.如權(quán)利要求
1所述的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，該控制電路還包括發(fā)電制動(dòng)器，它接在變換器裝置和交流電源之間，以便在交流電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)將電能送回交流電源中;和開(kāi)關(guān)裝置，它設(shè)在發(fā)電制動(dòng)器與變換器裝置之間，以控制發(fā)電制動(dòng)器的工作狀態(tài)。
4.一種供電給交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)并控制該交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速用的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，該交流電動(dòng)機(jī)具有一個(gè)轉(zhuǎn)子和多個(gè)定子繞組，該控制電路的特征在于，它包括整流器裝置，用以從交流電源接收交流電壓并將交流電壓變換成直流電壓;變換器裝置，接至整流器裝置，可用以將直流電壓變換成加到交流電動(dòng)機(jī)上去的電壓和頻率受控制的交流輸出電壓;直流鏈路，插接在整流器裝置和變換器裝置之間;用以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制所說(shuō)的變換器裝置輸出頻率的裝置;配合所說(shuō)的頻率控制裝置以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制變換器裝置輸出電壓用的裝置，所說(shuō)的電壓控制信號(hào)產(chǎn)生的電壓正比于大于約15赫的頻率，不正比于小于約15赫的頻率;用以檢測(cè)供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的電流大小，并產(chǎn)生正比于該電流的檢測(cè)電流信號(hào)的裝置;配合所說(shuō)的電流檢測(cè)裝置及所說(shuō)的變換器輸出頻率控制裝置工作的裝置，用以接收變換器輸出頻率控制信號(hào)，并用以調(diào)整頻率控制信號(hào)以形成一個(gè)使轉(zhuǎn)差率得到補(bǔ)償?shù)念l率控制信號(hào)，來(lái)改變所說(shuō)的變換器裝置的輸出頻率，從而按正比于所檢測(cè)的電流信號(hào)來(lái)調(diào)整所說(shuō)的變換器裝置的頻率，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即是用該變換器裝置的輸出頻率進(jìn)行控制，并補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率的。
5.如權(quán)利要求
4所述的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，其中電流檢測(cè)裝置包括一個(gè)裝在直流鏈路中的分流電阻。
6.如權(quán)利要求
4所述的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，其中頻率控制信號(hào)調(diào)整裝置還包括功能發(fā)生器裝置，用以接收所檢測(cè)的電流信號(hào)，并按所檢測(cè)的電流信號(hào)與轉(zhuǎn)差頻之間的預(yù)定關(guān)系響應(yīng)該電流產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于頻率變化增量的增量控制信號(hào);和組合兩個(gè)信號(hào)用的求和裝置，該求和裝置具有第一輸入口用以接收增量頻率控制信號(hào)，第二輸入口用以接收變換器輸出頻率控制信號(hào)，還有一個(gè)輸出口，轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償頻率控制信號(hào)即出現(xiàn)在此輸出口上。
7.如權(quán)利要求
4所述的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，該電路還包括發(fā)電制動(dòng)器，它接在變換器裝置和交流電源之間，用以在交流電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)將電能輸回交流電源中;和開(kāi)關(guān)裝置，它設(shè)在發(fā)電制動(dòng)器和變換器裝置之間以控制發(fā)電制動(dòng)器的工作狀態(tài)。
8.一種用以供電給交流電動(dòng)機(jī)并控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，該交流電動(dòng)機(jī)有一個(gè)轉(zhuǎn)子和多個(gè)定子繞組，該控制電路的特征在于，它包括整流器裝置，用以從交流電源接收交流電壓，并將交流電壓變換成直流電壓;變換器裝置，它接至整流器裝置，可用以將直流電壓變換成電壓和頻率受控制的加到交流電動(dòng)機(jī)上去的交流輸出電壓;直流鏈路，它插接在整流器裝置和變換器裝置之間;用以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制所說(shuō)的變換器裝置的輸出頻率的裝置;配合所說(shuō)的頻率控制裝置以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制變換器裝置輸出電壓的裝置，所說(shuō)的電壓控制信號(hào)產(chǎn)生正比于約15赫以上頻率的電壓，并產(chǎn)生大于正比于約15赫以下頻率的電壓的電壓;在直流鏈路中用以檢測(cè)供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的電流值，并用以產(chǎn)生正比于該電流的檢測(cè)電流信號(hào)的裝置;用以將所檢測(cè)的電流信號(hào)與直流鏈路電壓隔離因而使電流信號(hào)被隔離的裝置;功能發(fā)生裝置，用以接收該隔離的電流信號(hào)，并按電流與轉(zhuǎn)差率之間預(yù)定關(guān)系響應(yīng)該隔離電流信號(hào)以產(chǎn)生增量頻率信號(hào);和把兩個(gè)信號(hào)加起來(lái)的求和裝置，該求和裝置有一個(gè)第一輸入口，用以接收變換器輸出頻率控制信號(hào)，一個(gè)第二輸入口用以接收增量頻率信號(hào)，還有一個(gè)輸出口;轉(zhuǎn)差率補(bǔ)償頻率控制信號(hào)即出現(xiàn)在此輸出口上以控制變換器的輸出電壓。
9.如權(quán)利要求
8所述的變頻電動(dòng)機(jī)控制電路，其特征在于，其中將所檢測(cè)的電流信號(hào)與變換器裝置輸出電壓隔離的裝置還包括有一個(gè)輸出口的第一放大器裝置，用以接收電流信號(hào)，并將該電流信號(hào)增大到可使用的程度，并用以向該電流信號(hào)加偏流，結(jié)果使在第一放大器裝置的輸出口出現(xiàn)偏流信號(hào);隔離裝置，用以將在第一放大器裝置輸出口的偏流信號(hào)與具有電流檢測(cè)裝置的電路進(jìn)行電氣隔離，由此產(chǎn)生隔離偏流信號(hào);有一個(gè)輸出口的第二放大器裝置，用以接收隔離的偏流信號(hào)，并用以向隔離偏流信號(hào)以相反的極性加大小基本相同的偏流，從而從隔離偏流信號(hào)中除去偏流，并由此得出隔離電流信號(hào)。
10.一種加速交流電動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟預(yù)定加速速率給定值;提高速度控制給定值，從而提高速度控制信號(hào);連續(xù)監(jiān)控供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的變換器電流;連續(xù)把受監(jiān)控電流與第一限流給定值進(jìn)行比較;只要受監(jiān)控電流小于第一限流給定值，即提高電動(dòng)機(jī)的加速速率;在受監(jiān)控電流超出第一限流給定值情況下，即降低電動(dòng)機(jī)的加速速率，由此使受監(jiān)控電流降低到第一限流給定值以下;連續(xù)將受監(jiān)控電流與第二限流給定值進(jìn)行比較，其中第二限流給定值大于第一限流給定值;在受監(jiān)控電流超出第二限流給定值情況下，就使電動(dòng)機(jī)減速，由此使受監(jiān)控電流降低到第一限流給定值以下;和響應(yīng)速度控制信號(hào)，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
11.如權(quán)利要求
10所述的加速交流電動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟預(yù)定受監(jiān)控電流與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系;調(diào)整正比于受監(jiān)控電流的速度控制給定值信號(hào)以補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率;和響應(yīng)所調(diào)整的速度控制給定值，控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率。
12.如權(quán)利要求
10所述的加速交流電動(dòng)機(jī)的方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟連續(xù)將受控電流與第三限流給定值進(jìn)行比較，其中第三限流給定值大于第二限流給定值;和在受監(jiān)控電流超出第三限流給定值情況下，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置就跳閘，脫離線(xiàn)路。
13.一種具有加速控制并由交流電源供電的交流電動(dòng)機(jī)的減速方法，其特征在于，該方法包括下列步驟預(yù)定減速速率給定值;降低速度控制給定值，從而降低電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào);連續(xù)監(jiān)控變換器輸入電壓;將受監(jiān)控電壓與變換器進(jìn)行隔離，由此得出隔離監(jiān)控電壓;連續(xù)將隔離監(jiān)控電壓與第一限壓給定值進(jìn)行比較;只要隔離監(jiān)控電壓小于第一限壓給定值，就響應(yīng)受監(jiān)控電壓，控制電動(dòng)機(jī)的減速速率;在隔離監(jiān)控電壓超出第一限壓給定值情況下，就抑制電動(dòng)機(jī)的加速控制并降低電動(dòng)機(jī)的減速速率，以使受監(jiān)控電壓降至第一限壓給定值以下。
14.如權(quán)利要求
13所述的交流電動(dòng)機(jī)減速方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟連續(xù)將隔離監(jiān)控電壓與第二限壓給定值進(jìn)行比較，其中第二限壓給定值大于第一限壓給定值;和在隔離監(jiān)控電壓超出第二限壓給定值情況下，就啟動(dòng)至少能將一部分減速中的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能回輸?shù)浇涣麟娫慈サ脑偕娐罚⒔档碗妱?dòng)機(jī)的減速速率，以使受監(jiān)控的電壓降低至第一限壓給定值以下。
15.如權(quán)利要求
14所述的交流電動(dòng)機(jī)減速方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟連續(xù)將隔離監(jiān)控電壓與第三限壓給定值進(jìn)行比較，其中第三限壓給定值大于第二限壓給定值;和在隔離監(jiān)控電壓超出第三限壓給定值情況下，就加速電動(dòng)機(jī)，使受監(jiān)控電壓降至第一限壓給定值以下。
16.如權(quán)利要求
15所述的交流電動(dòng)機(jī)減速方法，其特征在于，該方法還包括下列步驟連續(xù)將隔離監(jiān)控電壓與第四限壓給定值進(jìn)行比較，其中第四限壓給定值大于第三限壓給定值;和受監(jiān)控電壓一旦超出第四限壓給定值，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置就跳閘，脫離線(xiàn)路。
17.接至交流電源用以控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的裝置，其特征在于，該裝置包括整流器裝置，用以從交流電源接收交流電壓，并將該交流電壓變換成直流電壓;變頻變壓變換器裝置，工作時(shí)接至整流器裝置上，可用以將直流電壓變換成加到電動(dòng)機(jī)上去的頻率和電壓受控制的交流輸出電壓;插接在整流器裝置和變換器裝置之間的直流鏈路;產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)的裝置;響應(yīng)電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)，控制所說(shuō)的變換器裝置的輸出電壓頻率的裝置;監(jiān)控供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)的電流的裝置;電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)調(diào)整裝置，用以在受監(jiān)控電動(dòng)機(jī)電流小于第一預(yù)定電流給定值情況下，響應(yīng)受監(jiān)控電動(dòng)機(jī)電流，控制電動(dòng)機(jī)的加速速率;監(jiān)控加到直流鏈路上電壓用的裝置;電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)調(diào)整裝置，用以在受監(jiān)控電壓小于第一預(yù)定電壓給定值的情況下，響應(yīng)受監(jiān)控直流鏈路電壓，控制電動(dòng)機(jī)的減速速率;再生電路，接在直流鏈路與交流電源之間;再生電路起動(dòng)裝置，用以啟動(dòng)再生電路以便在超過(guò)第二預(yù)定電壓給定值的受監(jiān)控的直流鏈路電壓大于第一預(yù)定電壓給定值情況下，至少將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的一部分電能回輸至交流電源;和配合頻率控制裝置工作以控制變換器裝置的輸出電壓的裝置。
18.如權(quán)利要求
17所述的控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括將受監(jiān)控電流與直流鏈路電壓隔離的裝置。
19.如權(quán)利要求
17所述的控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)調(diào)整裝置，用以在受監(jiān)控的直流鏈路電壓超過(guò)第三預(yù)定電壓給定值時(shí)使電動(dòng)機(jī)加速，其中第三預(yù)定電壓給定值大于第二預(yù)定電壓給定值。
20.如權(quán)利要求
19所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括在受監(jiān)控的直流鏈路電壓超出第四預(yù)定電壓給定值時(shí)，使交流電動(dòng)機(jī)控制裝置脫離交流電源用的裝置，其中第四預(yù)定電壓給定值大于第三預(yù)定電壓給定值。
21.如權(quán)利要求
17所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括顯示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置;和顯示受監(jiān)控電動(dòng)機(jī)電流的裝置。
22.如權(quán)利要求
17所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括改變方向指令信號(hào)的裝置;用以響應(yīng)改變的方向指令信號(hào)，超越速度控制信號(hào)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至零、調(diào)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向，并使電動(dòng)機(jī)加速到對(duì)應(yīng)于速度控制信號(hào)的轉(zhuǎn)速的裝置。
23.如權(quán)利要求
17所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)調(diào)整裝置，用以在受監(jiān)控的電動(dòng)機(jī)電流超出第一預(yù)定電流給定值時(shí)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)以降低電動(dòng)機(jī)的加速速率。
24.如權(quán)利要求
23所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)調(diào)整裝置，用以在受監(jiān)控的電動(dòng)機(jī)電流超出第二預(yù)定電流給定值時(shí)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度控制信號(hào)，以降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其中第二預(yù)定電流給定值大于第一預(yù)定電流給定值。
25.如權(quán)利要求
24所述的控制交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行用的裝置，其特征在于，該裝置還包括用以在受監(jiān)控的電動(dòng)機(jī)電流超出第三預(yù)定電流給定值時(shí)，使交流電動(dòng)機(jī)控制裝置脫離交流電源的裝置，其中第三預(yù)定電流給定值大于第一預(yù)定電流給定值。
專(zhuān)利摘要
一種變頻變壓交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和控制、調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。通過(guò)控制變換器輸出電壓和頻率的方法來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制邏輯電路與直流鏈路隔離，以地為基準(zhǔn)點(diǎn)，并不浮在直流鏈路電壓上。直流鏈路電流和電壓受監(jiān)控，并被用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)。用電動(dòng)機(jī)電流補(bǔ)償轉(zhuǎn)差率。用受監(jiān)控的直流鏈路電壓來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)何時(shí)減速并作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02P9/00GK86107650SQ86107650
公開(kāi)日1987年5月20日 申請(qǐng)日期1986年11月8日
發(fā)明者哈里·路易斯·惠勒 申請(qǐng)人:燃燒工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan