用于重啟中壓逆變器的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 根據本公開示例性實施例的教導一般涉及用于重啟中壓逆變器的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 一般來說，多電平中壓逆變器意指具有其線間電壓的rms (均方根）值超過600V 的輸入電源的逆變器，且該多電平中壓逆變器具有幾個級的輸出相電壓。多電平中壓逆變 器通常用于驅動范圍從幾 kW到幾 MW容量的大容量電動機。
[0003] 由中壓逆變器驅動的中壓電動機通常具有很大慣性，使得，即使是中壓逆變器的 逆變器單元由于輸入電源的瞬時故障或瞬時停電而未能執行正常操作，中壓電動機的轉子 速度也幾乎不會大幅降低。由于這個原因，當輸入電源從故障狀態返回至正常狀態時，必須 等到轉子速度達到零速度，才能重新啟動中壓電動機。
【發明內容】
[0004] 本公開提供一種用于重啟中壓逆變器的裝置和方法，其配置為當輸入電源從瞬時 缺陷狀態返回至正常狀態時通過以簡單方式估算中壓電動機的轉子速度來穩定地重啟中 壓逆變器。
[0005] 在本公開的一個總體方案中，提供一種用于重啟中壓逆變器的裝置，該裝置包 括：
[0006] 測量單元，其被配置為測量電動機的輸入電壓；
[0007] 估算單元，其被配置為利用輸入電壓來估算電動機的轉子頻率；以及
[0008] 控制器，其被配置為利用輸入電壓和轉子頻率響應于與頻率相對于預定電壓相一 致的第一比率來可控地改變逆變器的輸出電壓或輸出頻率，其中
[0009] 該估算單元包括，
[0010] 產生單元，其被配置為產生由逆變器施加給電動機的第一電壓和在相位上基本滯 后第一電壓90°的第二電壓，
[0011] 確定單元，其被配置為確定用于確定電動機輸出電壓的頻率的控制帶寬，以及
[0012] 第二檢測單元，其被配置為基于控制帶寬來確定轉子頻率。
[0013] 優選地，但不是必要地，估算單元可進一步包括被配置為對第一電壓和第二電壓 進行歸一化的歸一化單元。
[0014] 優選地，但不是必要地，當與轉子頻率相對于輸入電壓相一致的第二比率小于第 一比率時，控制器可保持逆變器的輸出頻率并增大輸出電壓直至第二比率達到第一比率。
[0015] 優選地，但不是必要地，當第二比率達到第一比率時，控制器可響應于第一比率而 增大逆變器的輸出電壓和輸出頻率。
[0016] 優選地，但不是必要地，當與轉子頻率相對于輸入電壓相一致的第二比率大于第 一比率時，控制器可保持逆變器的輸出電壓并增大輸出頻率直至第二比率達到第一比率。
[0017] 優選地，但不是必要地，當第二比率達到第一比率時，控制器可響應于第一比率而 增大逆變器的輸出電壓和輸出頻率。
[0018] 在本公開的另一總體方案中，提供一種用于重啟中壓逆變器的方法，該方法包 括：
[0019] 由電動機的輸入電壓產生施加給電動機的第一電壓和在相位上基本滯后第一電 壓90°的第二電壓；
[0020] 確定控制帶寬以確定電動機的輸出電壓的頻率；以及
[0021] 基于控制帶寬來估算電動機的轉子頻率。
[0022] 優選地，但不是必要地，該方法可進一步包括：當與頻率相對于預定電壓相一致的 第一比率小于與轉子頻率相對于輸入電壓相一致的第二比率時，保持逆變器的輸出頻率并 增大輸出電壓直至第二比率達到第一比率。
[0023] 優選地，但不是必要地，該方法可進一步包括：當第二比率達到第一比率時，響應 于第一比率而增大逆變器的輸出電壓和輸出頻率。
[0024] 優選地，但不是必要地，該方法可進一步包括：當與頻率相對于預定電壓相一致的 第一比率大于與轉子頻率相對于輸入電壓相一致的第二比率時，保持逆變器的輸出電壓并 增大輸出頻率直至第二比率達到第一比率。
[0025] 優選地，但不是必要地，該方法可進一步包括：當第二比率達到第一比率時，響應 于第一比率而增大逆變器的輸出電壓和輸出頻率。
[0026] 本公開的有益效果
[0027] 根據本公開的示例性實施例的用于重啟中壓逆變器的裝置和方法具有的有益效 果在于，當輸入電源從瞬時缺陷狀態返回至正常狀態時，能夠通過估算轉子速度來重啟中 壓逆變器，由此可通過簡單的構造來減少重啟中壓逆變器的時間，而無需等到轉子速度達 到零速度。
【附圖說明】
[0028] 圖1是示出根據本公開的示例性實施例的中壓逆變器系統的框圖。
[0029] 圖2是示出根據現有技術的轉子速度估算單元的框圖。
[0030] 圖3a和3b分別為示出圖2的電壓分量提取單元和轉子頻率檢測單元的詳細框 圖。
[0031] 圖4是示出根據本公開的示例性實施例的轉子速度估算單元的原理框圖。
[0032] 圖5是圖4的詳細電路圖。
[0033] 圖6是示出根據本公開的中壓逆變器的時序的原理圖。
[0034] 圖7是示出當估算的電壓-頻率比率小于預定的電壓-頻率比率時控制器的操作 的原理圖。
[0035] 圖8是示出當估算的電壓-頻率比率大于預定的電壓-頻率比率時控制器的操作 的原理圖。
【具體實施方式】
[0036] 下文將參考附圖更加全面地描述各種示例性的實施例，附圖中示出了一些示例性 的實施例。然而，本發明構思可以采用許多不同的形式來具體實施并且不應該被解釋為局 限于在此提出的示例實施例。相反，所描述的方案旨在包括落入本公開范圍和新穎思想內 的所有這樣的替換例、修改例和變化例。
[0037] 下文中，將參考附圖詳細描述本公開的示例性的實施例。
[0038] 圖1是示出了根據本公開的示例性實施例的中壓逆變器系統的框圖，其中舉例說 明了使用級聯配置的Η橋多電平逆變器。盡管圖1已經示出了每個組包括三個單位功率單 元，但是本公開并不局限于此，則可以應用其他類型的中壓逆變器。本領域技術人員還應當 理解單位功率單元的數量可以隨輸出電壓而改變。
[0039] 參見圖1，根據本公開的示例性實施例的中壓逆變器2,其配置為從電源單元1接 收電力并將電力供應給中壓逆變器系統中的3相電動機3,且可包括相移變壓器21、多個單 位功率單元22和電壓測量單元23。此外，本公開的系統可進一步包括：估算單元4,其被配 置為通過接收中壓逆變器2所必需的電流和電壓信息來估算電動機的轉子速度；以及控制 器5,其被配置為利用估算單元4來控制中壓逆變器2。
[0040] 電源單元1給電動機3供應3相電源，該3相電源的線間電壓的rms (均方根）值 大于600V。此外，本公開的電動機3是中壓3相電動機，并且例如可以是感應電機或同步電 機，但是本公開并不局限于此，各種類型的電動機均可以應用于本公開。
[0041] 中壓逆變器2的相移變壓器21可在電源單元1與中壓逆變器2之間提供電氣絕 緣并且可減少輸入端處的諧波以提供輸入3相電源給單位功率單元22。相移變壓器21的 相移角可根據單位功率單元22的數量來確定。單位功率單元22通過從相移變壓器21接 收電力來輸出供應給電動機3的相電壓。
[0042] 每個單位功率單元22響應于電動機3的每個3相電壓而由三個組構成，并且圖1 已經示出單位功率單元A1、A2和A3為串聯連接，且從串聯連接的單位功率單元輸出的電壓 被合成以作為a相電壓提供給電動機3。同樣地，單位功率單元Bl、B2和B3為串聯連接， 并且從串聯連接的單位功率單元輸出的電壓被合成以作為b相電壓提供給電動機3。此外， 單位功率單元Cl、C2和C3為串聯連接，并且從串聯連接的單位功率單元輸出的電壓被合成 以作為c相電壓提供給電動機3。合成后的b相電壓與a相電壓具有120°的相位差，合成 后的c相電壓與b相電壓也具有120°的相位差。
[0043] 電壓測量單元23可測量輸入至電動機3的電壓。電壓測量單元23可由包括電壓 傳感器或電阻器的無源元件形成。
[0044] 參考這里所討論的對中壓逆變器中轉子速度的估算，將在討論現有技術后對本公 開進行詳細的描述。
[0045] 圖2是示出了根據現有技術的轉子速度估算單元的框圖，其中轉子速度估算單元 包括電壓分量提取單元410和轉子頻率檢測單元420。圖3a和3b分別是示出圖2中電壓 分量提取單元410和轉子頻率檢測單元420的詳細框圖。
[0046] 電壓分量提取單元410可以從電動機3的輸入相電壓或線間電壓中測得電動機3 的輸入電壓的頻率，其中第一單元411可從電動機3的輸入電壓中產生對應于由中壓逆變 器施加的頻率的AC(交流）信號V'，和相位上滯后V' 90°的信號qV'，第二單元412可 檢測來自電動機3的輸入電壓的頻率，以及第三單元413可確定當檢測到電動機的輸出相 電壓的頻率時的控制帶寬。
[0047] 圖3b的轉子頻率檢測單元420可允許第一單元421進行旋轉坐標變換，且允許第 二單元進行比例積分補償，由此使得第一單元421的輸出G為零（0)。當第三單元423將初 始頻率與第二單元422的輸出相加并且第四單元424對該相加值進行積分時，輸出估算相 位角（0est)。此外，通過對第三單元425的輸出進行低通濾波來輸出最終估算頻率（co est)。
[0048] 此時，在傳統的轉子頻率檢測單元420中的第二單元422用于比例積分補償以使 得通過坐標變換輸出的輸出G為零（0)，這通常被稱為PLL(鎖相環）。
[0049] 然而，PLL電路具有的缺陷在于，估算單元4花費過長的估算時間且控制器5的響 應過慢，以及其實現過于復雜。
[0050] 提供了本公開以去除現有技術中使用的PLL電路且使用更簡單的電路來估算電 動機3的轉子頻率。
[0051] 圖4是示出了根據本公開的示例性實施例的轉子速度估算單元4的原理框圖，且 圖5是圖4的詳細電路圖。
[0052] 在本公開的描述中，盡管估算單元4已經示出了產生單相電壓信息的情況，但是 對于本領域技術人員來說也應該是顯而易見的是，在本公開中估算單元可以用于3相電 壓。
[0053] 參見圖4和5,根據本公開的用于重啟中壓逆變器的裝置可包括信號產生單元41、 控制帶寬確定單元42和頻率檢測單元43,并可進一步包括歸一化單元44。