專利名稱：用于電壓/頻率型逆變器的電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器的電流限制器，特別是涉及一種用于電壓/頻率(V/F)型逆變器(DC至AC變換器)的電流限制器，其中當(dāng)對于選用一種V/F型逆變器的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的電流時(shí)，通過使該逆變器的輸出中斷一個(gè)預(yù)定的時(shí)間能夠保證該逆變器連續(xù)和可靠的操作。
一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度表示為N＝Ns(1-s)，其中Ns是被定義為Ns＝120f/p的同步速度，因此，為了控制速度可改變3個(gè)可變量即滑差(s)、頻率(f)或極數(shù)(p)中的一個(gè)。在此，最有效的方法是改變頻率。同樣地，一般當(dāng)頻率改變時(shí)，為了維持一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩和高效率，電壓隨著頻率成比例地變化。這稱為一種V/F方法，其中電壓與對應(yīng)預(yù)定速度的頻率成正比例地輸出。目前，采用這種方法來控制一種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的速度。由于一個(gè)使用者能夠容易地獲得和操作這種系統(tǒng)，所以廣泛地使用這種方法。
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)根據(jù)在定子的一個(gè)線圈中的電壓和/或電流的變化在定子和轉(zhuǎn)子之間感應(yīng)一個(gè)磁通。因此，不同于DC電動(dòng)機(jī)或AC同步電動(dòng)機(jī)的情況，在一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中磁通的強(qiáng)度不是恒定的。同樣地維持磁通在一個(gè)恒定水平是困難的。另一方面，磁通的強(qiáng)度近似地與輸出電壓與頻率的比(V/F)成比例。因此，當(dāng)頻率是恒定的時(shí)，能夠產(chǎn)生恒定的磁通，以致于能夠獲得與DC電動(dòng)機(jī)或AC同步電動(dòng)機(jī)相同的轉(zhuǎn)矩特性。也就是說，基于象極數(shù)和類似的這樣的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的預(yù)定的速度來確定輸出頻率。因此，為電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)與輸出頻率成比例的電壓。然而，由于電壓和頻率被恒定地維持，所以已廣泛地使用一種把恒定電壓和頻率變換成可變電壓和可變頻率的脈沖寬度調(diào)制(PWM)型逆變器。這種用于通過把輸出電壓的強(qiáng)度變換成一種與其對應(yīng)的脈沖寬度來施加輸出電壓的PMW方法需要防止一個(gè)功率晶體管的過熱，該過熱導(dǎo)致了減少增益。
圖1是在普通三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中接近在正操作狀態(tài)中的一個(gè)單相電路的典型電路圖。
如在圖1中所示，通過施加到該電動(dòng)機(jī)的定子電壓Vs所產(chǎn)生的在該電路中流動(dòng)的輸出電流Ii是電阻R、電感器L和滑差S的函數(shù)。在此，R8表示為定子的電阻、RL表示為轉(zhuǎn)子的電阻、Lr1代表轉(zhuǎn)子的漏電感，M代表互感，S代表滑差。另一方面，由于滑差S根據(jù)負(fù)載狀態(tài)和轉(zhuǎn)速來變化，所以輸出電流Ii不能夠用V/F方法自由地控制。然而，用在該逆變器中的功率裝置，例如功率晶體管、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、或類似物對電流值是敏感的，以致于在輸出電流上設(shè)置一個(gè)預(yù)定的電流限制。也就是說，當(dāng)根據(jù)操作狀態(tài)或負(fù)載狀態(tài)輸出電流超過開關(guān)裝置允許的范圍時(shí)，該開關(guān)裝置被損壞。因此，為了防止這樣的損壞，應(yīng)該通過中斷施加給電動(dòng)機(jī)的電流來使電動(dòng)機(jī)停止，該電流是大于一個(gè)預(yù)定的基準(zhǔn)電流值。
然而，中斷電流輸出也能引起許多問題。例如，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)使用可能試圖操作電動(dòng)機(jī)。同樣地，為了在突然加速期間所產(chǎn)生的過電流，使電動(dòng)機(jī)不能停止，使用者必須通過試驗(yàn)手動(dòng)來調(diào)節(jié)加速時(shí)間和誤差。在V/F方法，為了防止電動(dòng)機(jī)損壞，由于過電流的中斷使電動(dòng)機(jī)的操作不能連續(xù)地操作，所以在該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的外圍系統(tǒng)的操作中是有困難的。此外，在實(shí)際應(yīng)用中V/F方法是復(fù)雜的。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于電壓/頻率型逆變器的電流限制器，在該逆變器中，當(dāng)由于輸出電流超過一個(gè)最大值使該電壓/頻率逆變器的操作停止時(shí)，通過使該逆變器的輸出中斷一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期來保證連續(xù)和可靠的操作。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在此作為具體的和廣泛描述的一種V/F型逆變器的電流限制器包括一個(gè)比較器，用于把輸出電流與一個(gè)施加的基準(zhǔn)值相比較以便于產(chǎn)生一個(gè)電流比較器輸出信號(hào)；一個(gè)延遲電路，它與該比較器連接，用于根據(jù)比較的結(jié)果把電流比較輸出信號(hào)的時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)定的時(shí)間期限，以便產(chǎn)生一個(gè)電流限制信號(hào)；和一個(gè)脈沖輸出電路，用于根據(jù)電流限制信號(hào)輸出一個(gè)預(yù)定的脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種V/F型逆變器的電流限制器包括一個(gè)比較器，用于把一個(gè)輸出電流與一個(gè)由外加電壓基準(zhǔn)值得來的基準(zhǔn)電流相比較，以便于產(chǎn)生一個(gè)具有ON或OFF狀態(tài)的電流比較器輸出信號(hào)；一個(gè)延遲電路，用于當(dāng)電流比較器輸出信號(hào)從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)時(shí)使電流比較器輸出信號(hào)的時(shí)間延遲，并且電流比較器輸出信號(hào)從ON狀態(tài)變?yōu)镺FF狀態(tài)時(shí)立即輸出沒有延遲的電流比較器輸出信號(hào)，以便于產(chǎn)生一個(gè)電流限制信號(hào)；一個(gè)脈沖輸出電路，用于根據(jù)電流限制信號(hào)來輸出一個(gè)預(yù)定的脈沖。
可以理解上述一般的描述和下面的詳細(xì)描述是示范性的和說明性的，其目的是對如權(quán)利要求的本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
為了更進(jìn)一步地理解本發(fā)明，還包括附圖，該附圖構(gòu)成了說明書的一部分，它解釋說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例并與對它的描述一起來說明本發(fā)明的原理。
本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)通過結(jié)合下面附圖詳細(xì)描述的優(yōu)選實(shí)施例將變得更明顯。
圖1是在常規(guī)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中接近正常操作狀態(tài)中一個(gè)單相電路的典型的電路圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一種V/F型逆變器的電流限制器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖3是表示一種電壓型PWM逆變器的基本結(jié)構(gòu)的電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的逆變器表示當(dāng)輸出電流Ii大于零并且所有輸出開關(guān)裝置是關(guān)斷時(shí)電流流動(dòng)的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的逆變器表示當(dāng)輸出電路Ii小于零并且所有輸出開關(guān)裝置是關(guān)斷時(shí)，電流流動(dòng)的電路圖。
在根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的V/F型逆變器的電流限定器中，在利用一個(gè)比較器把輸出電流和一個(gè)基準(zhǔn)值比較之后，在一個(gè)導(dǎo)通(ON)延遲電路中一個(gè)預(yù)定時(shí)間期間該電流值被暫時(shí)地減少，隨后實(shí)施加一個(gè)導(dǎo)通(ON)或關(guān)斷(OFF)脈沖以到于該電流值被增加并且能夠連續(xù)地操作電動(dòng)機(jī)。
參照圖2，在根據(jù)本發(fā)明的一種V/F型逆變器的電流限制器20中，在此作為一個(gè)整體，在該電路的前面設(shè)置有一個(gè)比較器21，它用于把與外加電壓相對應(yīng)的一個(gè)輸出電流Ii和一個(gè)基準(zhǔn)值相比較以便產(chǎn)生一個(gè)電流比較器輸出信號(hào)CL′。一個(gè)ON延遲電路22與比較器21的輸出相連接，該電路22用于接收電流比較器輸出信號(hào)CL′并輸出一個(gè)電流限制信號(hào)CL。同時(shí)設(shè)置一個(gè)與ON延遲電路22的輸出連接的脈沖輸出部分23，它用于邏輯地把電流限制信號(hào)CL和PWMon/off脈沖P1′，P2′和P3′相乘以便于輸出一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)PWM逆變器的門驅(qū)動(dòng)器31(見圖3)的預(yù)定脈沖。
0N延遲電路22是由4個(gè)D鎖存器22a、22b、22c和22d及4個(gè)AND門電路22h、 22i、22j和22k的組合電路構(gòu)成的。同樣地，脈沖輸出部分23是由6個(gè)NAND門電路23a、23b、 23c、23d、23e和23f的組合電路構(gòu)成的。
根據(jù)本發(fā)明的一種V/F型逆變器的電流限制器的操作下面參照圖2至5將簡單地被描述，其結(jié)構(gòu)如上面所述。
在圖2中，首先，當(dāng)施加一個(gè)用于操作電動(dòng)機(jī)的預(yù)定電壓時(shí)，輸出電流Ii輸入到比較器21并且與一個(gè)預(yù)定的基準(zhǔn)值相比較。然后，比較器21輸出一個(gè)預(yù)定的電流比較器輸出信號(hào)CL′。當(dāng)輸入電流Ii大于基準(zhǔn)值時(shí)，由比較器21輸出的電流比較輸出信號(hào)CL′是低電位。電流比較輸出信號(hào)CL′輸入到由4個(gè)D鎖存22a、22b、22c和22d及4個(gè)AND門電路22h、 22i、22j和22k組合構(gòu)成的ON延遲電路22，并且被延遲一個(gè)預(yù)定的時(shí)間。此后，ON延遲電路22輸出電流限制信號(hào)CL。電流限制信號(hào)CL與PWM導(dǎo)通/關(guān)斷脈沖P1′，P2′和P3′邏輯相乘，并且輸入到由6個(gè)NAND門電路23a、23b、23c、23e和23f組合的脈沖輸出部分23。然后，脈沖輸出部分23輸出一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)PWM逆變器的門驅(qū)動(dòng)器31的預(yù)定脈沖。當(dāng)電流限制信號(hào)CL是低電平時(shí)，所有脈沖同樣是低電平以致于所有輸出開關(guān)裝置是關(guān)斷的。
同時(shí)，輸出電流根據(jù)外加電壓和負(fù)載狀態(tài)來變化。當(dāng)輸出電流超過基準(zhǔn)值Vref時(shí)，利用本發(fā)明的電流限制器的操作來減小輸出電流Ii，并且當(dāng)電流限制被解除時(shí)，也就是說，當(dāng)電流限制信號(hào)CL是高電平時(shí)，輸出電流再次增加。當(dāng)電流限制信號(hào)CL是低電平時(shí)，電流限制信號(hào)CL中斷輸出脈沖，以便由此減小輸出電流。由于使用了4個(gè)D鎖存器，所以電流限制信號(hào)CL的電流限制時(shí)間tCL能夠表示為3T＜tCL＜4T，其中T是D鎖存的輸入時(shí)鐘周期。通過控制T，輸出能夠被中斷一個(gè)預(yù)定時(shí)間，以致于電動(dòng)機(jī)不停地連續(xù)操作。
參照圖3、4和5，下面將詳細(xì)描述中斷輸出一個(gè)預(yù)定時(shí)間的工作過程。
圖3是一個(gè)表示一種電壓型PWM逆變器的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。如在圖3中所示，該電壓型PWM逆變的是由6個(gè)輸出開關(guān)裝置31a、31b、31c、31d、31e和31f和6個(gè)續(xù)流二極管32a、 32b、32c、32d、32e和32f結(jié)合構(gòu)成的。該輸出開關(guān)裝置被設(shè)置為適當(dāng)?shù)膶?dǎo)通或關(guān)斷位置，以致于預(yù)計(jì)的電壓被施加給電動(dòng)機(jī)。在此，輸出開關(guān)裝置是根據(jù)各種方法來設(shè)置，特別是利用一種三角波比較方法。在此作為實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的V/F型PWM逆變器電流限制器選用這種三角波比較方法并且在一個(gè)預(yù)定時(shí)間(三角波周期)期間所有輸出開關(guān)裝置是關(guān)斷的(open)。
圖4和5是表示當(dāng)所有輸出開關(guān)裝置關(guān)斷時(shí)電流在其中流動(dòng)的一種狀態(tài)的電路。當(dāng)輸入到輸出開關(guān)裝置的電流Qi和Qi′是關(guān)斷的時(shí)輸出電流Ii沿著輸出電流Ii的值被減小時(shí)方向流過續(xù)流二極管。如在圖4中所示，輸出電流Ii大于0時(shí)，二極管Di是“關(guān)斷”而二極管Di′是“導(dǎo)通”，以致于輸出電流Ii幾乎是0。同樣地如在圖5中所示，當(dāng)輸出電流Ii小于零時(shí)，二極管D1是“導(dǎo)通”而二極管D1′是“關(guān)斷”，以致于輸出電流Ii幾乎是零。因此，當(dāng)利用減少輸出電流的絕對值時(shí)來保護(hù)這些晶體管時(shí)，所有輸出開關(guān)裝置是“關(guān)斷”的。
在根據(jù)本發(fā)明的V/F型逆變器的電流限制器中，所有開關(guān)裝置僅對一個(gè)預(yù)定的時(shí)間是“關(guān)斷”的，并且隨后再次施加“導(dǎo)通”或“關(guān)斷”脈沖。所以，在電流暫時(shí)被減小之后，該電流被增加，以致于電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)地被操作。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的V/F型逆變器的電流限制器中，在此作為實(shí)施例，一個(gè)輸出電流通過一個(gè)比較器與一個(gè)基準(zhǔn)值相比較，該電流在ON延遲電流中可以暫時(shí)地被減少一個(gè)預(yù)定的時(shí)間，并且隨后施加導(dǎo)通或關(guān)斷脈沖，以致于增加該電流值。在這種方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)地操作。同樣地，由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的外圍系統(tǒng)不停止，所以能夠防止在操作期間的故障并且利用一個(gè)瞬時(shí)的加速度停止的電動(dòng)機(jī)的加度時(shí)間能夠容易地被控制。
上面描述的裝置和方法包括本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，在本發(fā)明的裝置和方法中能夠進(jìn)行各種變型和改型而不脫離本發(fā)明的精神或范圍這對本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說是顯而易見的。本發(fā)明包括象在附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)的變型和改變和它們等效的變型。
權(quán)利要求
1.一種電壓/頻率型逆變器的電流限制器，包括一個(gè)比較器，用于把一個(gè)輸出電流與一個(gè)外加的基準(zhǔn)值相比較，以便產(chǎn)生一個(gè)電流比較輸出信號(hào)；一個(gè)延遲電路，它與所述比較器相連接，用于把所述電流比較器輸出信號(hào)的時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)定的時(shí)間期限，以便根據(jù)比較的結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)電流限制信號(hào)；和一個(gè)脈沖輸出電路，用于根據(jù)所述電流限制信號(hào)輸出一個(gè)預(yù)定的脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電流限制器，其特征是所述延遲電路包括4個(gè)D鎖存器和4個(gè)AND門電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電流限制器，其特征是所述脈沖輸出電路包括6個(gè)NAND門電路。
4.一種電壓/頻率型逆變器的電流限制器，包括一個(gè)比較器，用于把一個(gè)輸出電流與一個(gè)由外加電壓基準(zhǔn)值得來的基準(zhǔn)電流相比較，以便于產(chǎn)生一個(gè)具有ON或OFF狀態(tài)的電流比較器輸出信號(hào)；一個(gè)延遲電路，用于當(dāng)所述電流比較器輸出信號(hào)從所述OFF狀態(tài)變到所述ON狀態(tài)時(shí)使所述電流比較器輸出信號(hào)的時(shí)間延遲，并且當(dāng)所述電流比較器輸出信號(hào)從所述ON狀態(tài)變?yōu)樗鯫FF狀態(tài)時(shí)立即輸出沒有延遲的所述電流比較器輸出信號(hào)，以便于產(chǎn)生一個(gè)電流限制信號(hào)；和一個(gè)脈沖輸出電路，用于根據(jù)所述電流限制信號(hào)來輸出一個(gè)預(yù)定的脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電流限制器，其特征是所述延遲電路包括4個(gè)D鎖存器和4個(gè)AND門電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的電流限制器，其特征是所述脈沖輸出電路包括6個(gè)NAND門電路。
全文摘要
一種電壓/頻率型逆變器的電流限制器，包括，一個(gè)比較器，用于把一個(gè)輸出電流與一個(gè)外加基準(zhǔn)值相比較以便產(chǎn)生一個(gè)電流比較輸出信號(hào)、一個(gè)延遲電路，它與比較器相連接，用于把電流比較輸出信號(hào)的時(shí)間延遲一個(gè)預(yù)定的時(shí)間期限，以便于根據(jù)比較的結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)電流限制信號(hào)；和一個(gè)脈沖輸出電路，用于根據(jù)電流限制信號(hào)來輸出一個(gè)預(yù)定脈沖。
文檔編號(hào)H02H3/093GK1123972SQ95116328
公開日1996年6月5日 申請日期1995年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月10日
發(fā)明者洪福永 申請人:三星航空產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社