專利名稱：控制調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)再生能流及直流母線電壓的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)頻驅(qū)動(dòng)(AFD)系統(tǒng)，更具體地說，涉及控制感應(yīng)電機(jī)，如交流(AC)電機(jī)的速度，轉(zhuǎn)矩，馬力，和/或方向的ADF系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
調(diào)頻驅(qū)動(dòng)(AFD)系統(tǒng)可用于各種工業(yè)應(yīng)用，如，HVAC，風(fēng)扇，泵類，輸送機(jī)，材料處理和加工設(shè)備，及其它產(chǎn)業(yè)，如，木材產(chǎn)品，采礦，金屬和印刷。
如果感應(yīng)電機(jī)的定子終端連接到一個(gè)三相AFD系統(tǒng)上，則轉(zhuǎn)子朝定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。這是感應(yīng)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作模式。當(dāng)載荷轉(zhuǎn)矩加到電機(jī)軸上時(shí)，穩(wěn)態(tài)速度小于同步速度。
當(dāng)感應(yīng)電機(jī)速度高于同步速度，且感應(yīng)電機(jī)朝與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則感應(yīng)電機(jī)處于發(fā)電工作模式。產(chǎn)生一個(gè)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反作用的發(fā)電轉(zhuǎn)矩。例如，為了停止AFD系統(tǒng)，逐漸地減少電源頻率。在減速過程中，由于系統(tǒng)慣性，AFD系統(tǒng)的瞬時(shí)速度高于瞬時(shí)同步速度。結(jié)果，感應(yīng)電機(jī)的發(fā)電作用將引起功率通量相反，并且AFD系統(tǒng)的動(dòng)能反饋到電源。
對(duì)AFD系統(tǒng)，系統(tǒng)的制動(dòng)或再生能，例如從電機(jī)流經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置變換器部分中的二極管流到直流(DC)母線電容器中。通常，上游轉(zhuǎn)換器的輸入二極管不提供用于這種能量返回AC電力線的路線。因此，再生電流流入DC母線電容器中，DC母線電壓因此增加。
有四種常用方法處理由于再生條件而產(chǎn)生的高DC母線電壓。第一種方法應(yīng)用可控硅整流器(SCRs)、絕緣柵雙極晶體管或門控晶閘管(GCTs或GTOs)作為轉(zhuǎn)換器，以便當(dāng)電動(dòng)機(jī)模式時(shí)提供電力給DC母線和當(dāng)制動(dòng)時(shí)從DC母線再生回到AC線。這種方法具有成本比較高的缺點(diǎn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器部分與變換器部分類似或相同。
第二種方法是當(dāng)DC母線電壓變得太高時(shí)簡(jiǎn)單地觸發(fā)一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置故障并跳閘。這種解決方案的缺點(diǎn)是由于斷路或討厭的跳閘而破壞過程。
第三種方法通過應(yīng)用制動(dòng)電阻器在不斷路情況下處理再生能量，上述制動(dòng)電阻提供一個(gè)消散再生能量的路線。一個(gè)制動(dòng)電阻器控制電路檢測(cè)高壓狀況，然后將制動(dòng)電阻器導(dǎo)電跨接在DC母線上。制動(dòng)電阻器(比如，母線箝位電路；緩沖器；電壓限制器)消散過量的能量。例如，對(duì)230伏交流(VAC)驅(qū)動(dòng)裝置，DC母線約為310伏直流(VDC)，而對(duì)460 VAC驅(qū)動(dòng)裝置，DC母線約為620 VDC。實(shí)際DC母線電壓約為AC線電壓均方根(RMS)的1.35倍。通過制動(dòng)電阻器的電流與DC母線電壓除以它的電阻成正比。例如，一個(gè)橫跨460 VAC線連接的20θ電阻器組件消散約10 kW，而同樣的電阻器當(dāng)導(dǎo)電連接到一個(gè)DC母線上時(shí)消散約20 kW，上述20 kW是通過整流460 VAC驅(qū)動(dòng)裝置用的三相AC線產(chǎn)生的。制動(dòng)電阻器的費(fèi)用可能是很大的，同時(shí)最終驅(qū)動(dòng)裝置組件的實(shí)際尺寸增加。這二者通常不是理想的結(jié)果。
第四種方法通過隨著再生狀況應(yīng)用合適的控制算法有效地將DC母線電壓限制在一個(gè)安全閾值處。然而，當(dāng)感應(yīng)電機(jī)以它的正常電動(dòng)機(jī)模式工作時(shí)，高輸入(實(shí)用)AC線電壓可以推動(dòng)DC母線電壓達(dá)到再生電壓閾值。為了防止控制算法這個(gè)種情況下限制DC母線電壓，已知應(yīng)用輸入AC電位變壓器或其它的電壓放大器裝置來(lái)測(cè)量AC線輸入電壓。這種方法同樣有成本比較高和實(shí)際尺寸較大的缺點(diǎn)。
已知的處理AFD再生狀況的解決方案具有中斷工業(yè)過程、比較高的設(shè)備成本和/或比較大實(shí)際尺寸的缺點(diǎn)。
AFD系統(tǒng)的發(fā)電模式使DC母線電壓升高。輸入到系統(tǒng)的AC線電壓可能高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的額定值。另外，在任何配電系統(tǒng)的這種電壓中，可能發(fā)生瞬時(shí)波動(dòng)，因而造成在這些情況下存在較高的DC母線電壓。因此，難以確定哪種來(lái)源產(chǎn)生造成在DC母線上過電壓狀態(tài)的能量。
在AFD系統(tǒng)中及用于控制上述AFD系統(tǒng)的方法和裝置中有改進(jìn)的余地。
發(fā)明概述本發(fā)明滿足這些要求和其它要求，本發(fā)明識(shí)別和控制用于調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(AFDs)的再生能流。這種再生能流在三相感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)和動(dòng)態(tài)工作條件兩種情況下產(chǎn)生，由AFD控制。本發(fā)明的方法和裝置識(shí)別在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)瞬時(shí)條件時(shí)的能源。
將AFD的三相電流變換成一個(gè)平穩(wěn)的(stationary)電流向量。三相AC電流通過應(yīng)用合適的電流傳感器(如霍爾效應(yīng))測(cè)量，并在平穩(wěn)的參考系中通過Clark變換變換成二相AC電流。應(yīng)用空間向量技術(shù)來(lái)導(dǎo)出一個(gè)角。Park變換應(yīng)用二相AC電流和角來(lái)在旋轉(zhuǎn)參考系中產(chǎn)生二相DC電流向量。這些DC電流包括感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)生磁通量的分量。
如果當(dāng)指令的速度低于實(shí)際轉(zhuǎn)子速度時(shí)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流向量的極性(如方向，符號(hào))相反，則確認(rèn)再生條件。
如果再生條件真實(shí)，則接通控制算法，以便將升高的DC母線電壓限定在其預(yù)定閾值處。當(dāng)感應(yīng)電機(jī)處于再生模式時(shí)，DC母線電壓被箝位在預(yù)定的閾值處而不斷路。DC母線電壓通過一個(gè)補(bǔ)償組件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以便停留在預(yù)定的閾值處，由此控制再生能流而不必使AFD斷路或?qū)φ麄€(gè)電器系統(tǒng)增加成本和尺寸。當(dāng)再生能消散且感應(yīng)電機(jī)不再處于發(fā)電模式后，DC母線電壓自動(dòng)復(fù)原到電動(dòng)機(jī)模式中的正常水平。
如果再生條件不真實(shí)，則預(yù)定的閾值根據(jù)由AC線輸入所確定的DC母線電壓電平自身調(diào)節(jié)。
本發(fā)明提供一種穩(wěn)定的工作系統(tǒng)并消除了已知現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。此外，可以應(yīng)用旋轉(zhuǎn)的參考系中轉(zhuǎn)矩和磁通產(chǎn)生電流向量來(lái)很方便地計(jì)算感應(yīng)電機(jī)功率因數(shù)。
作為本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于動(dòng)態(tài)控制一個(gè)調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用的感應(yīng)電機(jī)再生能流和直流母線電壓的方法包括檢測(cè)直流母線的直流電壓；檢測(cè)一個(gè)變換器交流輸出處的多個(gè)交流電流；將測(cè)得的交流電流變換成一個(gè)平穩(wěn)的電流向量；將一個(gè)電壓值和一個(gè)頻率值轉(zhuǎn)換成一個(gè)平穩(wěn)的電壓向量和一個(gè)角；將上述角和平穩(wěn)的電流向量變換成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電流向量，上述旋轉(zhuǎn)的電流向量包括一個(gè)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流分量的和一個(gè)磁通產(chǎn)生電流分量；當(dāng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流分量的極性改變時(shí)，確定感應(yīng)電機(jī)的發(fā)電模式；響應(yīng)感應(yīng)電機(jī)發(fā)電模式，應(yīng)用電壓值和頻率值來(lái)將直流母線的直流電壓限定在一個(gè)預(yù)定閾值處；將平穩(wěn)電壓向量和角轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的控制信號(hào)用于變換器的控制輸入。
作為本發(fā)明的另一方面，用于感應(yīng)電機(jī)的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器，包括多個(gè)交流輸入和一個(gè)直流輸出，所述直流輸出具有一個(gè)第一節(jié)點(diǎn)和一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)；一個(gè)電容器，導(dǎo)電連接在直流輸出的第一和第二節(jié)點(diǎn)之間；一個(gè)變換器，所述變換器包括一個(gè)直流輸入，多個(gè)開關(guān)，多個(gè)控制輸入，和多個(gè)交流輸出，上述直流輸入導(dǎo)電連接到直流輸出上，上述各交流輸出適合于導(dǎo)電連接到感應(yīng)電機(jī)的交流輸入上；每個(gè)開關(guān)都導(dǎo)電連接在第一和第二節(jié)點(diǎn)之一與變換器各交流輸出之一之間，每個(gè)控制輸入都控制其中一個(gè)開關(guān)；一個(gè)電壓傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)換器直流輸出處的直流電壓并輸出測(cè)得的電壓值；多個(gè)電流傳感器檢測(cè)變換器各交流輸出處的多個(gè)交流電流并輸出多個(gè)測(cè)得的電流值；及一個(gè)處理器，所述處理器包括多個(gè)用于測(cè)得的電流值和測(cè)得的電壓值的輸入，多個(gè)用于變換器控制輸入的輸出，一個(gè)Clark變換組件把測(cè)得的電流值變換成一個(gè)平穩(wěn)電流向量，一個(gè)空間向量組件包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述空間向量組件的輸入包括一個(gè)設(shè)定的電壓值，一個(gè)設(shè)定的頻率值，一個(gè)變化電壓值，和一個(gè)變化頻率值，上述空間向量的輸出包括一個(gè)平穩(wěn)的電壓向量和一個(gè)角，一個(gè)脈寬調(diào)制組件包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述脈寬調(diào)制組件的輸入包括上述平穩(wěn)的電壓向量和角，上述脈寬調(diào)制組件的輸出提供變換器的控制輸入，一個(gè)Park變換組件把上述角和平穩(wěn)的電流向量變換成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電流向量，及一個(gè)再生超載組件(regeneration override module)，上述再生超載組件包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述再生超載組件的輸入包括測(cè)得的電壓值和旋轉(zhuǎn)的電流向量，上述再生超載組件的輸出包括變化電壓值和變化頻率值，再生超載組件動(dòng)態(tài)控制從感應(yīng)電機(jī)到轉(zhuǎn)換器直流輸出的再生能流。
作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)三相感應(yīng)電機(jī)及調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從下面優(yōu)選實(shí)施的說明可以充分理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于感應(yīng)電機(jī)的一種AFD系統(tǒng)方框圖；圖2是限定一種電動(dòng)機(jī)模式參考系的向量圖；圖3是限定一種發(fā)電模式參考系的向量圖；圖4包括一個(gè)電壓空間向量投影在旋轉(zhuǎn)參考系和平穩(wěn)參考系上的向量圖；圖5是包括一個(gè)電流空間向量投影在旋轉(zhuǎn)參考系和平穩(wěn)參考系上的向量圖；圖6是一種Clark變換的向量圖；圖7是三個(gè)Clark變換輸入電流信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系曲線；圖8是二個(gè)Clark變換輸出電流信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系曲線；圖9是一個(gè)Park變換的向量圖；圖10是二個(gè)Park變換輸入電流信號(hào)和Park變換輸入角與時(shí)間的關(guān)系曲線；圖11是二個(gè)Park變換輸出電流信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系曲線；圖12是限定一個(gè)空間向量的向量圖；圖13是示出IGBT在六個(gè)不同起作用狀態(tài)或60°扇段中選通脈沖用于圖1的空間向量脈寬調(diào)制(PWM)組件的示意圖；圖14是圖1的再生超載邏輯組件的方框圖；圖15是用于圖1的AC電機(jī)的感應(yīng)電機(jī)速度與時(shí)間關(guān)系的例子；
圖16是用于圖1的AC電機(jī)的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系例子；圖17是用于圖1的AFD系統(tǒng)的AFD DC母線電壓與時(shí)間關(guān)系的例子；圖18是用于圖1的AFD系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流與時(shí)間關(guān)系的例子；圖19是示出圖14再生超載邏輯算法三個(gè)輸出應(yīng)用的方框圖；圖20A是圖14的補(bǔ)償調(diào)制器輸出/輸入信號(hào)增益幅度與頻率的關(guān)系；圖20B是圖14的補(bǔ)償調(diào)制器輸出和輸入信號(hào)之間相位角與頻率的關(guān)系。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示出了一種三相調(diào)頻驅(qū)動(dòng)(AFD)系統(tǒng)2，上述系統(tǒng)2包括一個(gè)AFD 4和一個(gè)感應(yīng)電機(jī)，如交流(AC)電機(jī)(M)6。AFD 4包括一個(gè)合適的變換器，如一個(gè)全波橋式整流器8，一個(gè)直流(DC)母線電容器組10，一個(gè)變換器12，三個(gè)電流傳感器14，16，18，一個(gè)DC母線電壓傳感器20，和一個(gè)控制系統(tǒng)22，上述控制系統(tǒng)22包括一個(gè)處理器和多個(gè)控制算法。橋式整流器8將三相AC電壓24(從AC相位A，B，C)變換成一個(gè)中間的恒定DC母線電壓Vbus。優(yōu)選的是，橋式整流器8有效地阻擋大多數(shù)有干擾的諧波到達(dá)AC電源(未示出)。因?yàn)闃蚴秸髌?應(yīng)用二極管(未示出)并因此沒有觸發(fā)延遲，所以AFD系統(tǒng)2可以具有接近恒定的功率因數(shù)。
DC母線電容器組10包括一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能電容器(只示出一個(gè)電容器)，上述儲(chǔ)能電容器協(xié)助保持DC母線電壓Vbus恒定。優(yōu)選的是，DC母線電容器組10能控制電力系統(tǒng)瞬變并能保持控制系統(tǒng)22的電路有效。
變換器12把DC母線電壓變換到用于AC電機(jī)6的一種調(diào)頻，可調(diào)電壓的AC輸出。例如，在基本激勵(lì)頻率的每個(gè)周期期間，變換器12的絕緣柵雙極晶體管(IGBTs)26，28，30，32，34，36以高達(dá)約20 kHz通斷，以便形成一個(gè)用于AC電機(jī)6的可變電壓輸出。比較高IGBT開關(guān)頻率的好處是較低的電機(jī)噪音，更多的產(chǎn)生較少電機(jī)諧波加熱的正弦電流波形，及較高的控制精度。較高IGBT開關(guān)頻率的缺點(diǎn)包括較低的效率和峰值電壓損壞電機(jī)絕緣的可能性。
電流傳感器(如霍爾效應(yīng))14，16，18設(shè)置在AFD 4的AC輸出上，以便測(cè)量三相AC電機(jī)電流。優(yōu)選的是，DC母線電壓傳感器20應(yīng)用一合適的低成本電路，以便產(chǎn)生一個(gè)DC母線電壓Vbus的合適模擬值Vactual。
控制系統(tǒng)22優(yōu)選的是包括一個(gè)合適的處理器，如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)38，它執(zhí)行用于控制電動(dòng)機(jī)或再生能流的控制算法。DSP 38包括四個(gè)模擬輸入38A-38D，所述四個(gè)模擬輸入38A-38D對(duì)應(yīng)于用于三個(gè)電流信號(hào)Ia，Ib，Ic和一個(gè)電壓信號(hào)Vactual的四個(gè)DSP A/Ds(未示出)。DSP 38還包括多個(gè)用于變換器12控制輸入的數(shù)字輸出39。一個(gè)合適的接口(I/F)40緩沖從數(shù)字輸出39到變換器12的IGBTs的六個(gè)門控信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)22還包括一個(gè)Clark變換組件42，一個(gè)Park變換組件44，一個(gè)再生超載邏輯組件46，一個(gè)空間向量組件48，和一個(gè)空間向量脈寬調(diào)制(PWM)組件50，上述各組件都通過DSP 38執(zhí)行?？臻g向量PWM組件50輸出(如通過DSP輸出39)六個(gè)門控制信號(hào)到接口40。
如圖2和3所示，在圖1變換器12輸出處，分別從傳感器14，16，18測(cè)得的三相電流Ia，Ib，Ic用一個(gè)平穩(wěn)的參考系描述，其中平穩(wěn)的實(shí)軸a，b，c分開120°。一個(gè)平穩(wěn)的復(fù)數(shù)參考系d，q包括一個(gè)實(shí)軸d和一個(gè)虛軸q。將復(fù)合的實(shí)軸d平穩(wěn)到平穩(wěn)實(shí)軸a上，所述軸是AC電機(jī)6的定子繞組(未示出)的磁軸。定子電流I和定子電壓V二者都是復(fù)數(shù)空間向量，它們以激勵(lì)角速度T的速率繞這些軸旋轉(zhuǎn)，上述激勵(lì)角速度T由AFD 4產(chǎn)生。
如圖6-8中所示，利用圖1的Clark變換組件42將分別在軸a，b，c中的三相電流Ia，Ib，Ic分別變換成在軸d，q中的兩相量Id，Iq，上述Clark變換組件應(yīng)用Clark變換方程式(方程式1)。
(方程式1)分別在軸d，q中的投影兩相電流向量Id，Iq與從圖1的空間向量組件48所得到的角θ一起，被饋送到如圖9-11所示的Park變換組件44中。Park變換組件44應(yīng)用Park變換方程式(方程式2)。
ID=Idcosθ+IqsinθIQ=Idsinθ+Iqcosθ]]>(方程式2)結(jié)果，平穩(wěn)參考系兩相量Id和Iq分別被變換成在旋轉(zhuǎn)實(shí)軸D和旋轉(zhuǎn)虛軸Q上的旋轉(zhuǎn)兩相量ID和IQ。因此，當(dāng)從旋轉(zhuǎn)參考系D，Q上看時(shí)，電流和電壓空間向量I，V變成平穩(wěn)的。旋轉(zhuǎn)參考系的實(shí)軸D位于與平穩(wěn)參考系的實(shí)軸d成θ角處。用于θ的角速度通過空間向量組件48用圖1 AFD指令的頻率f作為輸入確定。
如圖4和5所示，N1是電壓空間向量V和D軸之間的夾角，和N2是電流空間向量I(如圖1-3和5所示)和D軸之間的夾角。角度關(guān)系是N＝N1-N2。在圖2中，當(dāng)電壓V比電流I超前φ時(shí)，感應(yīng)電機(jī)，如圖1中的AC電機(jī)6處于電動(dòng)機(jī)模式。在這種模式中負(fù)載是電感。在圖3中，在電壓V比電流I滯后φ情況下，感應(yīng)電機(jī)處于發(fā)電模式。負(fù)載起一種電容性分量的作用。因此，角度N可以區(qū)分感應(yīng)電機(jī)電動(dòng)機(jī)工作模式和發(fā)電工作模式。
參見圖3，5和18，在從電動(dòng)機(jī)工作模式轉(zhuǎn)變到發(fā)電工作模式的過程中，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流分量IQ實(shí)際上使其極性(比如方向或符號(hào))相反。這種轉(zhuǎn)變可以，例如通過DSP 38應(yīng)用一合適的高取樣速率收集。在比較快的減速指令下，如果處于發(fā)電模式工作，則這是極限指示。在相對(duì)慢的減速指令情況下，可以應(yīng)用這種方法和檢測(cè)指令速度與實(shí)際感應(yīng)電機(jī)速度差能力的組合。
當(dāng)感應(yīng)電機(jī)處于其正常電動(dòng)機(jī)模式工作時(shí)，圖14的再生DC母線電壓閾值Vthreshold根據(jù)圖1的三相AC電壓24從AC電源(未示出)上下移動(dòng)。例如，DC母線電壓Vbus約為AC線路輸入電壓的1.35倍。對(duì)一個(gè)480伏交流電壓(VAC)輸入而言，DC母線電壓約為670伏直流電壓(VDC)。對(duì)于這種條件，再生DC母線電壓閾值被預(yù)置為約730 VDC(例如，高于實(shí)際DC母線電壓約60 VDC)。對(duì)一500 VAC輸入，DC母線電壓約為700 VDC。此處，再生DC母線電壓閾值被預(yù)置到約760 VDC(比如高于實(shí)際DC母線電壓約60 VDC)。優(yōu)選的是，DC母線電壓閾值由合適數(shù)量的DC母線電壓取樣(比如，沒有限制情況下，8-10個(gè)取樣)的平均值確定。因此，DC母線電壓是動(dòng)態(tài)地單獨(dú)根據(jù)AC輸入線路進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是實(shí)際上利用任何輸入AC線路測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。盡管公開了一個(gè)在實(shí)際DC母線電壓和再生電壓閾值之間偏離約60 VDC的例子，但任何合適的正向偏離都可以應(yīng)用。
一旦檢測(cè)了再生模式，圖1的實(shí)時(shí)再生過載邏輯組件46就啟動(dòng)一系列的算法指令(如下面結(jié)合圖14的討論)，以便提供再生能流控制。再生超載邏輯組件46使AFD 4能在沒有高DC母線電壓斷路的情況下加速和減速。例如，對(duì)一種4極，三相，460 VAC，60Hz的感應(yīng)電機(jī)，性能可以包括(1)在480 VAC輸入電壓下以60 Hz/S(1S時(shí)間)的速率卸載從1800rpm加速/減速到1800 rpm；(2)在480VAC輸入電壓下以120 Hz/S(0.5S時(shí)間)的速率卸載從1800 rpm加速/減速到1800 rpm；(3)在480 VAC輸入電壓下以600 Hz/S(0.1S時(shí)間)的速率卸載從加速1800 rpm/減速到1800 rpm；(4)在504 VAC輸入電壓下以60 Hz/S(1S時(shí)間)的速率卸載從1800 rpm加速/減速到1800 rpm；(5)在504 VAC輸入電壓下以120Hz/S(0.5S時(shí)間)的速率卸載從1800 rpm加速/減速到1800 rpm；及(6)在504 VAC輸入電壓下以600 Hz/S(0.1S時(shí)間)的速率卸載從1800 rpm加速/減速到1800 rpm。
在圖14的再生超載邏輯組件46中，取樣的DC母線電壓Vactual和預(yù)定的電壓閾值Vthreshold之間的差值由一加和函數(shù)(SUM)52確定，上述加和函數(shù)52輸出負(fù)的預(yù)定電壓閾值。如果取樣的DC母線電壓低于預(yù)定的電壓閾值，則再生超載邏輯不起作用。然而，一旦達(dá)到電壓閾值，就有起作用的算法路線通過三種算法54，56，58來(lái)控制再生能流。第一種算法54把一個(gè)比例調(diào)節(jié)器增益G1加到電壓差60上，上述電壓差60由加和函數(shù)52輸出。如圖19所示，將所產(chǎn)生的量P1 62加到加速/減速邏輯64上。電機(jī)設(shè)定速度66由圖1的頻率輸入f設(shè)定。頻率輸入f通過加速/減速邏輯64，以便使電機(jī)6以一預(yù)設(shè)的加速或減速速率持續(xù)增加或持續(xù)減小。在電動(dòng)機(jī)模式中，量P1 62是零。在再生模式中，量P2 68代表待加到初始設(shè)定頻率f上的附加頻率指令量(由一用戶通過DSP 38和另一個(gè)微控制器(未示出)之間的通信線路(未示出)在DSP 38以外確定)，以便使頻率以一預(yù)定的速率持續(xù)增加或持續(xù)減小。例如，比例增益G1可以以前面一段里說明的六個(gè)性能項(xiàng)為基礎(chǔ)。在這個(gè)例子中，如果比例增益G1適當(dāng)?shù)嘏c增益G2和G3一起設(shè)定，則在六個(gè)性能項(xiàng)的測(cè)試條件下，DC母線電壓Vbus如圖17中所示被箝位。相反，如果增益G1沒有適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，則DC母線電壓Vbus可能失去控制，因而切斷AFD 4。
如圖14中所示，給予第二和第三算法56，58的補(bǔ)償電壓差70當(dāng)由補(bǔ)償調(diào)制器72補(bǔ)償時(shí)是正的電壓差60。補(bǔ)償調(diào)制器72的輸出74饋送到相應(yīng)算法56，58的增益G2和G3中。如果電動(dòng)機(jī)模式起作用，則量P2 68和P3 76二者都為零。在發(fā)電模式中，量P2 68是另一個(gè)附加的頻率量，由加和函數(shù)77加到加速/減速邏輯64的頻率輸出78上。量P3 76代表待加到電機(jī)6上的附加電壓量(dV)。在相對(duì)很低的頻率下，補(bǔ)償調(diào)制器輸出量P2 68和P3 76的幅度接近是一個(gè)恒定值，同時(shí)上述P3比P2大約若干倍，在補(bǔ)償調(diào)制器輸入80處的電壓差60通過補(bǔ)償調(diào)制器72具有一恒定的增益A 79(如圖20 A所示)。補(bǔ)償調(diào)制器輸出74的補(bǔ)償電壓差70的相位角與補(bǔ)償調(diào)制器72輸入80處電壓差60的相位角幾乎相同。在中間頻率處，補(bǔ)償電壓差70的幅度隨著如圖20A所示隨用于一給定輸入幅度的頻率而非線性增加。如圖20B中所示，補(bǔ)償電壓差70的相位角具有一種鐘形形狀，而結(jié)果，補(bǔ)償電壓差70的相位角在鐘形曲線的峰處比電壓差60的相位角超前約40°以上。在相對(duì)很高的頻率處，補(bǔ)償電壓差70的幅度接近一個(gè)恒定值，同時(shí)在補(bǔ)償調(diào)制器輸入80處的電壓差60具有一新的恒定增益B 81。補(bǔ)償電壓差70的相位角與電壓差60的相位角接近相同。從低頻控制特性轉(zhuǎn)變到高頻控制特性不用任何轉(zhuǎn)換裝置而自動(dòng)地進(jìn)行，如圖20A和20B所示。
正如在圖14和20A中所應(yīng)用的，在輸入80處的信號(hào)表示為Vin(f)，在輸出74處的信號(hào)表示為Vout(f)，Vin(f)和Vout(f)隨f(頻率)而變。在圖20 A中的曲線值是20 log(Vout(f)/Vin(f))。如果Vin(f)和曲線都已知，則Vout(f)可以由上面表達(dá)式確定。
第二種算法56把一個(gè)比例增益項(xiàng)G2加到補(bǔ)償電壓差70上。如圖19所示，量P2 68與加速/減速邏輯64的頻率輸出78相加，同時(shí)此旁路邏輯64得到快速的系統(tǒng)響應(yīng)。
第三種算法58通過將比例增益項(xiàng)G3加到補(bǔ)償電壓差70上提供量P376。這個(gè)第三種算法58在過渡狀態(tài)中再生模式期間增加了加到感應(yīng)電機(jī)上的電壓。在圖1的AFD系統(tǒng)2上低頻控制和高頻控制兩種情況下(亦即如上所述當(dāng)電壓差60從比較低頻率改變到中間頻率，到比較高頻率時(shí)，補(bǔ)償調(diào)制器的動(dòng)作)，如果電壓差60是負(fù)值，則感應(yīng)電機(jī)6處于電動(dòng)機(jī)模式，并且圖1的再生超載邏輯組件46的所有三種算法54，56，58都不能工作。
空間向量組件48的一個(gè)空間向量發(fā)生函數(shù)(未示出)分別通過量P3 76(dV)和量84(df)調(diào)節(jié)圖1的電壓輸入V和頻率輸入f，以便提供用于空間向量組件48的內(nèi)值((V+dV)86和(f+df)88)。反過來(lái)，空間向量組件48也提供輸出(Vd，Vq，2)。
再參見圖1，增量電壓dV和指令的頻率修改df在再生超載邏輯組件46中確定。增量電壓dV是加到初始感應(yīng)電機(jī)指令電壓V上的電壓變化。指令頻率修改df是加到初始AFD指令頻率f上的頻率變化。圖12中的最終電壓空間向量是Vref，上述Vref以一個(gè)角速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，上述角速度由頻率f+df確定。這個(gè)旋轉(zhuǎn)電壓向量(亦即通過Vd，Vq，2所定義)饋送到圖1的空間向量PWM組件50上，上述空間向量PWM組件50本身又輸出六個(gè)(亦即三個(gè)門信號(hào)和三個(gè)補(bǔ)充的門信號(hào))用于接口40的門信號(hào)到變換器12的六個(gè)IGBTs 26，28，30，32，34，36上。
空間向量PWM組件50利用供AFD應(yīng)用的數(shù)字計(jì)算并計(jì)算變換器12的IGBT轉(zhuǎn)換時(shí)間。這與常規(guī)的正弦-三角技術(shù)相比在DC母線電壓利用上提供15％的增加，并且比這種正弦-三角技術(shù)減少了在比較高調(diào)制指數(shù)下的諧波量。
如圖13所示，有八個(gè)變換器狀態(tài)，其中包括六個(gè)有效狀態(tài)S1-S6，和2個(gè)零狀態(tài)S0和S7(未示出)。當(dāng)(a)一個(gè)上面的(比如IGBTs 26，30，34之一)和二個(gè)下面的(比如IGBTs 28，32，36中的二個(gè))變換器IGBTs，還是(b)二個(gè)上面的和一個(gè)下面的變換器IGBTs同時(shí)導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生六個(gè)有效狀態(tài)S1-S6。無(wú)論是(a)三個(gè)上面的變換器IGBTs還是(b)三個(gè)下面的變換器IGBTs接通時(shí)，產(chǎn)生這二個(gè)零狀態(tài)。這兩種零狀態(tài)常常叫做空轉(zhuǎn)狀態(tài)(freewheeling)，因?yàn)樵谶@些構(gòu)形的運(yùn)行期間，所有的電機(jī)電流都是空轉(zhuǎn)。有六個(gè)60°的扇段(如圖13的狀態(tài)S1-S6所示)，并且在每個(gè)扇段中都提供一個(gè)特定的開關(guān)圖形(如圖13所示，此處“0”相應(yīng)于IGBT 26，“1”相應(yīng)于IGBT 30，和“2”相應(yīng)于IGBT 34)。轉(zhuǎn)換時(shí)間以高達(dá)約20kHz的速率計(jì)算，并將PWM電壓加到感應(yīng)電機(jī)6上。為了閉合回路，所產(chǎn)生的輸出電流(比如圖1的Ia，Ib，Ic)用電流傳感器14，16，18檢測(cè)并饋送到圖1的Clark變換組件42用于處理。
圖15-18示出了根據(jù)本發(fā)明的各種范例的AFD系統(tǒng)的性能。例如，AFD系統(tǒng)2可以在一個(gè)三相，15馬力(HP)，460 V，60 Hz，四極感應(yīng)電機(jī)，如AC電機(jī)6上工作。在圖15中，電機(jī)6開始是在約377 rad/s(亦即60 Hz激勵(lì)頻率)下工作。在約0.35 S之后，發(fā)出一個(gè)40 Hz的速度指令f，并將電機(jī)速度設(shè)定到以-120 Hz/S的速率減速。反過來(lái)，發(fā)生再生模式(亦即在約0.35 S和約0.65 S之間)，如圖17最佳示出的。
圖16示出了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。由于存在負(fù)的滑移，轉(zhuǎn)矩突然地(在T處)從10 Nm改變到接近-20 Nm。另外，在圖17的這點(diǎn)處，DC母線電壓Vbus(在V處)從標(biāo)稱的680 V轉(zhuǎn)變到740 V的水平。740 V是用于再生超載邏輯組件46的預(yù)定電壓閾值Vthreshold。因?yàn)橹灰偕鷹l件存在，DC母線電壓Vbus就在740 V處被箝位。
圖18示出了本發(fā)明用于檢測(cè)再生工作模式的一個(gè)重要方面。在這個(gè)例子中，當(dāng)感應(yīng)電機(jī)6的再生模式開始時(shí)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量IQ從+4A轉(zhuǎn)換到-7A。如果再生條件不真實(shí)，則預(yù)定的電壓閾值Vthreshold根據(jù)用三相AC電壓24所確定的DC母線電壓Vbus電平自己調(diào)節(jié)(比如高于實(shí)際DC母線電壓約60 VDC)。換句話說，740 V電壓閾值隨著三相AC電壓變動(dòng)而改變。
此外，圖1電流I 94的幅度在方程式3中示出，方程式3反映出測(cè)得的三相電流(比如圖1的Ia，Ib，Ic)峰值幅度。
I=ID2+IQ2]]>(方程式3)負(fù)載功率因數(shù)cos②可以很容易從方程式4計(jì)算，其中②是功率因數(shù)角。
Cosφ＝IQ/I (方程式4)應(yīng)該理解，盡管參考了示例性的DSP 38，采用內(nèi)部和/或外部A/D變換器，可以應(yīng)用各種各樣的其它合適的處理器，如例如，大型計(jì)算機(jī)，小型計(jì)算機(jī)，工作站，個(gè)人計(jì)算機(jī)(PCs)，微處理器，微計(jì)算機(jī)，及其它基于微處理器的計(jì)算機(jī)。
應(yīng)該理解，盡管參考了示例性的空間向量PWM組件50，但也可以使用其它合適的PWMs，例如，正弦-三角PWM。
盡管已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明特定的實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)整個(gè)公開內(nèi)容的說明，對(duì)那些細(xì)節(jié)可以研究出各種修改和替代。因此，所公開的一些特定安排意味著僅是示例性的，并沒有限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明了的范圍由所附權(quán)利要求確定并包括任何和所有等同物。
標(biāo)號(hào)明細(xì)表2 三相調(diào)頻驅(qū)動(dòng)(AFD)系統(tǒng)4 AFD6 感應(yīng)電機(jī)，如交流(AC)電機(jī)(M)8 全波橋式整流器10DC母線電容器組12變換器14電流傳感器16電流傳感器18電流傳感器20DC母線電壓傳感器22控制系統(tǒng)24三相AC電壓26絕緣柵雙極晶體管(IGBT)28IGBT30IGBT32IGBT34IGBT36IGBT38處理器，如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)40接口(I/F)42Clark變換組件44Park變換組件46再生超載邏輯組件48空間向量組件50空間向量PWM組件52加和函數(shù)(SUM)
54算法56算法58算法60電壓差62最終量P164加速/減速邏輯66電機(jī)設(shè)定速度68量P270補(bǔ)償后的電壓差72補(bǔ)償調(diào)制器74補(bǔ)償調(diào)制器的輸出76量P3(dV)77加和函數(shù)78頻率輸出79恒定的增益A80補(bǔ)償調(diào)制器輸入81恒定的增益B84量(df)86電壓值(V+dV)88頻率值(f+df)
權(quán)利要求
1.一種用于動(dòng)態(tài)控制調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)的感應(yīng)電機(jī)(6)再生能流和直流母線電壓的方法，上述調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)包括一個(gè)直流母線(Vbus)和一個(gè)輸入直流母線的變換器(12)，上述變換器(12)包括多個(gè)控制輸入和多個(gè)交流輸出，上述方法包括檢測(cè)(20)上述直流母線(Vbus)的直流電壓(Vactual)；在上述變換器(12)交流輸出處檢測(cè)(14，16，18)多個(gè)交流電流(Ia，Ib，Ic)；將上述測(cè)得交流電流(Ia，Ib，Ic)變換(42)成一個(gè)平穩(wěn)的電流向量(Iq，Id)；將一個(gè)電壓值(86)和一個(gè)頻率值(88)轉(zhuǎn)換(48)成一個(gè)平穩(wěn)的電壓向量(Vq，Vd)和一個(gè)角(2)；將上述角(2)和平穩(wěn)電流向量(Iq，Id)(44)轉(zhuǎn)換成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電流向量(ID，IQ)，上述旋轉(zhuǎn)的電流向量(ID，IQ)包括一個(gè)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(IQ)和一個(gè)產(chǎn)生磁通的電流分量(ID)；當(dāng)上述產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(IQ)極性相反及時(shí)確定(46)上述感應(yīng)電機(jī)(6)的發(fā)電模式；響應(yīng)上述感應(yīng)電機(jī)(6)的上述發(fā)電模式，利用(48)電壓值(86)和頻率值(88)來(lái)限制(72，54，56，58)上述直流母線(Vbus)的直流電壓(Vactual)至預(yù)定閾值(Vthresholod)；及將上述平穩(wěn)的電壓向量(Vq，Vd)和角(2)轉(zhuǎn)換(50)成用于上述變換器(12)控制輸入的脈寬調(diào)制控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括應(yīng)用上述具有一標(biāo)稱電壓的直流母線(Vbus)；及確定上述感應(yīng)電機(jī)(6)何時(shí)不再處于發(fā)電模式，并響應(yīng)地將上述直流母線的直流電壓(Vactual)復(fù)原到上述標(biāo)稱電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括隨著上述直流母線直流電壓(Vactual)的變化調(diào)節(jié)預(yù)定的閾值(Vthreshold)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括將預(yù)定的閾值(Vthreshold)計(jì)算成上述直流母線的直流電壓(Vactual)加一預(yù)定的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，還包括應(yīng)用+60 VDC作為上述預(yù)定的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定(52)上述直流母線(Vbus)的直流電壓(Vactual)和預(yù)定的閾值(Vthreshold)之間的電壓差(60)；利用一個(gè)補(bǔ)償調(diào)制器(72)來(lái)補(bǔ)償上述電壓差(60)并提供補(bǔ)償后的電壓差(70)；將上述電壓差(60)加到第一算法(54)上，上述第一算法(54)在發(fā)電模式中具有一第一增益(G1)和一第一輸出量(62)；將上述補(bǔ)償后的電壓差(70)加到第二和第三算法(56，58)上，上述第二和第三算法(56，58)在發(fā)電模式中分別具有第二和第三增益(G2，G3)及第二和第三輸出量(68，76)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括(64)從一個(gè)設(shè)定頻率(f)提供一中間頻率(78)并提供第一輸出量(62)；將第二輸出量(68)加(77)到上述中間頻率(78)上以便提供一個(gè)變化頻率值(84)；應(yīng)用第三輸出量(76)作為變化電壓值(dV)；把電壓值(86)作為一設(shè)定的電壓值(V)和一變化電壓值(dV)之和計(jì)算(48)，及把頻率值(88)作為一設(shè)定的頻率值(f)和一變化頻率值(df)之和計(jì)算(48)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括當(dāng)上述感應(yīng)電機(jī)(6)的發(fā)電模式不起作用時(shí)，確定(46)一個(gè)電動(dòng)機(jī)模式，并響應(yīng)地將第二和第三輸出量(68，70)設(shè)定到零。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括應(yīng)用上述交流電流(Ia，Ib，Ic)頻率的一個(gè)第一范圍；應(yīng)用上述交流電流(Ia，Ib，Ic)頻率的一個(gè)第二范圍，上述第二范圍大于上述第一范圍；應(yīng)用上述交流電流(Ia，Ib，Ic)頻率的一個(gè)第三范圍，上述第三范圍大于第二范圍；對(duì)頻率的第一范圍應(yīng)用電壓差(60)，以便提供補(bǔ)償后的電壓差(70)，上述補(bǔ)償后的電壓差(70)是具有一個(gè)第一恒定增益(A)的輸出；非線性增加具有上述交流電流(Ia，Ib，Ic)頻率的補(bǔ)償后電壓差(70)的幅度；及對(duì)頻率的第三范圍應(yīng)用電壓差(60)，以便提供補(bǔ)償后的電壓差(70)，上述補(bǔ)償后的電壓差(70)是具一個(gè)第二恒定增益(B)的輸出，上述第二恒定增益(B)大于第一恒定增益(A)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括將具有大約相等相位角的電壓差(60)和補(bǔ)償后的電壓差(70)應(yīng)用于上述頻率的第一范圍；將具有大約相等相位角的電壓差(60)和補(bǔ)償后的電壓差(70)應(yīng)用于上述頻率的第三范圍；將補(bǔ)償后的電壓差(70)的第一相位角應(yīng)用于頻率的第二范圍；及將電壓差(60)的第二相位角應(yīng)用于頻率的第二范圍，同時(shí)上述第一相位角超前第二相位角約40°以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括應(yīng)用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流向量(IQ)和產(chǎn)生磁通的電流向量(ID)來(lái)計(jì)算上述感應(yīng)電機(jī)(6)的功率因數(shù)。
12.一種用于包括多個(gè)交流輸入的感應(yīng)電機(jī)(6)的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，上述調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器(8)，包括多個(gè)交流輸入(24)和一個(gè)具有一個(gè)第一節(jié)點(diǎn)和一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)的直流輸出(Vbus)；一個(gè)電容器(10)，導(dǎo)電連接在上述直流輸出的第一和第二節(jié)點(diǎn)之間；一個(gè)變換器(12)，包括一個(gè)直流輸入，多個(gè)開關(guān)(26，28，30，32，34，36)，多個(gè)控制輸入，及多個(gè)交流輸出，上述直流輸入導(dǎo)電連接到上述直流輸出上，上述交流輸出適合于導(dǎo)電連接到上述感應(yīng)電機(jī)(6)的上述交流輸入上；上述開關(guān)中的每一個(gè)都導(dǎo)電連接在第一和第二節(jié)點(diǎn)之一與上述變換器各交流輸出之一之間，每個(gè)上述控制輸入都控制上述開關(guān)的其中之一；一個(gè)電壓傳感器(20)，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)換器(8)直流輸出(Vbus)處的直流電壓并輸出測(cè)得的電壓值(Vactual)；多個(gè)電流傳感器(14，16，18)，檢測(cè)上述變換器(12)交流輸出處的交流電流并輸出多個(gè)測(cè)得的電流值(Ia，Ib，Ic)；及一個(gè)處理器(38)，包括多個(gè)輸入(38A-38D)，用于上述測(cè)得的電流值(Ia，Ib，Ic)和測(cè)得的電壓值(Vactual)，多個(gè)輸出(39)，用于上述變換器的控制輸入；一個(gè)Clark變換組件(42)，上述Clark變換組件(42)把上述測(cè)得的電流值(Ia，Ib，Ic)變換成一個(gè)平穩(wěn)的電流向量(Iq，Id)，一個(gè)空間向量組件(48)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述空間向量組件的輸入包括一個(gè)設(shè)定的電壓值(V)，一個(gè)設(shè)定的頻率值(f)，一個(gè)變化電壓值(dV)，及一個(gè)變化頻率值(df)，上述空間向量組件的輸出包括一個(gè)平穩(wěn)的電壓向量(Vg，Vd)和一個(gè)角(2)，一個(gè)脈寬調(diào)制組件(50)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述脈寬調(diào)制組件的輸入包括平穩(wěn)的電壓向量(Vg，Vd)和角(2)，上述脈寬調(diào)制組件的輸出提供上述變換器(12)的控制輸入；一個(gè)Park變換組件(44)，將角(2)和上述平穩(wěn)電流向量(Ig，Id)變換成旋轉(zhuǎn)的電流向量(IQ，ID)，及一個(gè)再生超載組件(46)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述再生超載組件的輸入包括測(cè)得的電壓值(Vactual)和上述旋轉(zhuǎn)的電流向量(ID，IQ)，上述再生超載組件的輸出包括變化電壓值(dV)和變化頻率值(df)，上述再生超載組件(46)動(dòng)態(tài)控制從感應(yīng)電機(jī)(6)到上述轉(zhuǎn)換器(8)直流輸出(Vbus)的再生能流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，其中上述再生超載組件(46)將上述轉(zhuǎn)換器(8)的直流輸出(Vbus)動(dòng)態(tài)調(diào)整到一個(gè)預(yù)定值，因而控制上述再生能流。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，其中上述電流傳感器(14，16，18)是霍爾效應(yīng)電流傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，其中上述脈寬調(diào)制組件(50)應(yīng)用空間向量脈寬調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，其中上述平穩(wěn)電流向量(Iq，Id)包括在一平穩(wěn)參考系中的二相AC電流(Iq，Id)。
17.一種調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)，包括一臺(tái)三相感應(yīng)電機(jī)(6)；及一個(gè)調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)，上述調(diào)頻驅(qū)動(dòng)裝置(4)包括一個(gè)轉(zhuǎn)換器(8)，具有多個(gè)交流輸入(24)和一個(gè)具有一個(gè)第一節(jié)點(diǎn)和一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)的直流輸出(Vbus)；一個(gè)電容器(10)，導(dǎo)電連接在上述直流輸出的第一和第二節(jié)點(diǎn)之間；一個(gè)變換器(12)，包括一個(gè)直流輸入，多個(gè)開關(guān)(26，28，30，32，34，36)，多個(gè)控制輸入，和多個(gè)交流輸出，上述直流輸入導(dǎo)電連接到上述直流輸出上，上述交流輸出適合于導(dǎo)電連接到上述感應(yīng)電機(jī)(6)的上述交流輸入上；上述開關(guān)中的每一個(gè)都導(dǎo)電連接在上述第一和第二節(jié)點(diǎn)之一與上述變換器各交流輸出之一之間，上述控制輸入的每一個(gè)都控制上述開關(guān)之一；一個(gè)電壓傳感器(20)，檢測(cè)上述轉(zhuǎn)換器(8)直流輸出(Vbus)處的直流電壓并輸出測(cè)得的電壓值(Vactual)；多個(gè)電流傳感器(14，16，18)，檢測(cè)上述變換器(12)交流輸出處的多個(gè)交流電流并輸出多個(gè)測(cè)得的電流值(Ia，Ib，Ic)；及一個(gè)處理器(38)，所述處理器(38)包括多個(gè)輸入(38A-38D)，用于上述測(cè)得的電流值(Ia，Ib，Ic)和上述測(cè)得的電壓值(Vactual)，多個(gè)輸出(39)，用于上述變換器的若干控制輸入，一個(gè)Clark變換組件(42)，將上述測(cè)得電流值(Ia，Ib，Ic)變換成一個(gè)平穩(wěn)的電流向量(Iq，Id)，一個(gè)空間向量組件(48)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述空間向量組件的輸入包括一個(gè)設(shè)定的電壓值(V)，一個(gè)設(shè)定的頻率值(f)，一個(gè)變化電壓值(dV)，和一個(gè)變化頻率值(df)，上述空間向量組件的輸出包括一個(gè)平穩(wěn)的電壓向量(Vq，Vd)和一個(gè)角(2)，一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)組件(50)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述PWM組件的輸入包括上述平穩(wěn)的電壓向量(Vq，Vd)和角(2)，上述脈沖寬度調(diào)制組件的輸出提供上述變換器(12)的控制輸入，一個(gè)Park變換組件(44)，將上述角(2)和平穩(wěn)的電流向量(Iq，Id)變換成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的電流向量(ID，IQ)，及一個(gè)再生超載組件(46)，包括多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，上述再生超載組件的輸入包括測(cè)得的電壓(Vactual)和上述旋轉(zhuǎn)的電流向量(ID，IQ)，上述再生超載組件的輸出包括變化電壓值(dV)和變化頻率值(df)，上述再生超載組件(46)動(dòng)態(tài)控制從感應(yīng)電機(jī)(6)到上述轉(zhuǎn)換器(8)直流輸出(Vbus)的再生能流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)，其中上述再生超載組件(46)包括用于確定測(cè)得的電壓值(Vactual)和一預(yù)定閾值(Vthreshold)之間電壓差(60)的裝置(52)，用于補(bǔ)償電壓差(60)并提供補(bǔ)償后電壓差(70)的裝置(72)，用于提供在發(fā)電模式中來(lái)自電壓差(60)的一個(gè)第一輸出量(62)和一個(gè)第一增益(G1)的裝置，用于提供在發(fā)電模式中來(lái)自補(bǔ)償后電壓差(70)的一個(gè)第二輸出量(68)和一個(gè)第二增益(G2)的裝置(56)，及用于提供在發(fā)電模式中來(lái)自補(bǔ)償后電壓差(70)的一個(gè)第三輸出量(76)和一個(gè)第三增益(G3)的裝置(58)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)，其中上述再生超載組件(46)還包括用于提供設(shè)定的頻率值(f)中一個(gè)中間頻率(78)和第一輸出量(62)的裝置(64)，及用于將第二輸出量(68)加到中間頻率(78)上提供變化頻率值(84)的裝置(77)；其中上述第三輸出量(76)是變化電壓值(dV)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)，其中上述預(yù)定的閾值(Vthreshold)是測(cè)得的電壓值(Vactual)加上一預(yù)定的電壓。
全文摘要
一種用于動(dòng)態(tài)控制調(diào)頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2)的再生能流和直流母線電壓的方法，包括檢測(cè)(20)直流母線(V
文檔編號(hào)H02M5/00GK1492576SQ03154439
公開日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2003年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者K·李, S·K·貝克爾, K·J·施密特, K 李, 施密特, 貝克爾 申請(qǐng)人:伊頓公司