專利名稱：用于控制三相異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制具有三相的異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止操作的軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)器控制電動(dòng)機(jī)的三相中的兩相。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)一 直使用包括半導(dǎo)體器件的、用于三相異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器，其通過(guò)調(diào)節(jié)在流過(guò)其中的電流的過(guò)零處關(guān)斷的這種半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角，而控制在一相、二相或三相上到電動(dòng)機(jī)的電壓，其中在每相上，兩個(gè)半導(dǎo)體器件互相反并聯(lián)地連接。通過(guò)控制各個(gè)相上的電壓，達(dá)到在啟動(dòng)和停止操作期間轉(zhuǎn)矩和被提供給電動(dòng)機(jī)的電流的減小。半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角被用來(lái)控制提供給電動(dòng)機(jī)的能量總量。這些的軟啟動(dòng)器的每個(gè)軟啟動(dòng)器通常配備有三個(gè)這樣的半導(dǎo)體器件對(duì)，諸如晶閘管。然而，半導(dǎo)體器件已經(jīng)成為這樣的軟啟動(dòng)器的成本決定因素，所以，僅僅使用具有兩對(duì)用于三相的、這樣的半導(dǎo)體器件的軟啟動(dòng)器用于控制到三相電動(dòng)機(jī)的電壓。這意味著，剰余的第三相是不能進(jìn)行開(kāi)關(guān)的導(dǎo)體。本發(fā)明涉及這類軟啟動(dòng)器。希望具有上述類型的軟啟動(dòng)器能夠以想要的轉(zhuǎn)矩斜率啟動(dòng)和停止電動(dòng)機(jī)，以使得電源中的電涌動(dòng)和/或在電動(dòng)機(jī)中的過(guò)熱最小化，和減小機(jī)械沖擊或震動(dòng)，否則會(huì)在啟動(dòng)/停止條件下發(fā)生這種機(jī)械沖擊或震動(dòng)，造成對(duì)于由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵、風(fēng)扇等等的磨損和損壞。這樣的損壞可能導(dǎo)致更高的維護(hù)成本，而且也縮短管道系統(tǒng)的壽命。然而，當(dāng)控制限于僅僅兩相時(shí)，在啟動(dòng)與停止操作期間在電動(dòng)機(jī)電流中出現(xiàn)例如以直流分量形式的不想要的影響。在啟動(dòng)或關(guān)斷操作期間，希望平滑的和逐漸增加或減小的轉(zhuǎn)矩，但在啟動(dòng)或關(guān)斷期間出現(xiàn)的這個(gè)直流分量有時(shí)生成制動(dòng)或振蕩轉(zhuǎn)矩。這會(huì)擾動(dòng)和損壞控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷。而且，在具有導(dǎo)體形式的第三相上執(zhí)行測(cè)量是很花費(fèi)的，因?yàn)閮H僅為了進(jìn)行測(cè)量，必須構(gòu)建額外的測(cè)量單元和連接點(diǎn)。公布號(hào)為WO 2008/033088的專利申請(qǐng)描述了在具有三相，三相中的僅兩相由兩對(duì)半導(dǎo)體器件控制的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間用于減小這樣的直流分量的方法和軟啟動(dòng)器，其中半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角調(diào)節(jié)為流經(jīng)半導(dǎo)體器件的電流過(guò)零處。然而，這個(gè)發(fā)明在觸發(fā)半導(dǎo)體器件的時(shí)序上可能仍舊具有某些誤差，這樣，直流分量不能有效地減小。公布號(hào)為WO 2008/046885的專利申請(qǐng)描述了控制方法和電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器裝置，其中電動(dòng)機(jī)具有三相，這三相的姆ー相由一對(duì)半導(dǎo)體器件控制，以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩基于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與參考轉(zhuǎn)矩值之間的計(jì)算的差值的轉(zhuǎn)矩誤差信號(hào)被控制，這樣，在停止或啟動(dòng)時(shí)間間隔期間電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩顯示出相對(duì)于時(shí)間的改變的速率。然而，這個(gè)發(fā)明涉及包括三對(duì)半導(dǎo)體器件的軟啟動(dòng)器，姆ー對(duì)控制電動(dòng)機(jī)的三相中的姆ー相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于平滑地啟動(dòng)和停止具有三相的異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器，其中只有兩相被兩對(duì)半導(dǎo)體器件控制。這個(gè)目的是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明限定的軟啟動(dòng)器達(dá)到的，其特征在于，軟啟動(dòng)器還包括第二電壓測(cè)量單元，用于測(cè)量在第一和第二相中或在第一與第二相之間的輸入電壓；第ニ過(guò)零檢測(cè)單元，被配置成檢測(cè)在第一與第二相之間的輸入電壓的過(guò)零，并且將過(guò)零信號(hào)提供給直流減小單元；以及直流減小單元被配置成計(jì)算在第一與第二相之間的測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零與兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零之間的相延時(shí)；根據(jù)最新的兩個(gè)相延時(shí)或ニ的倍數(shù)個(gè)最新的相延時(shí)計(jì)算平均相延時(shí)；以及根據(jù)在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止期間在第一和第二相之間測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零和所計(jì)算的平均相延時(shí)，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。在第一和第二相線之間的相-相電壓，即輸入電壓，被用作為參考值，用于對(duì)兩對(duì)半導(dǎo)體器件的觸發(fā)定吋。在第一和第二相線之間的輸入電壓可以被直接測(cè)量，或可以根據(jù) 在第一和第二相上測(cè)量的電壓而進(jìn)行計(jì)算。第二過(guò)零檢測(cè)單元被設(shè)置成檢測(cè)在第一和第二相之間的輸入電壓的過(guò)零，以及第一過(guò)零檢測(cè)單元被設(shè)置成檢測(cè)在兩對(duì)半導(dǎo)體器件上電壓的過(guò)零。檢測(cè)的過(guò)零作為數(shù)字信號(hào)被提供給直流減小單元。這些信號(hào)被用作為用于半導(dǎo)體器件點(diǎn)火的參考值，并且計(jì)算相延時(shí)，計(jì)算在正或負(fù)的半個(gè)周期內(nèi)從第一和第二相之間的輸入電壓的過(guò)零到在兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零。為了調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的觸發(fā)時(shí)間，在第一和第二相之間的輸入電壓的更穩(wěn)定的過(guò)零被用作為用于半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火的參考點(diǎn)。因?yàn)橄嘌訒r(shí)是在正或負(fù)半周期的半個(gè)周期內(nèi)計(jì)算的，最新的兩個(gè)相延時(shí)或ニ的倍數(shù)個(gè)最新的相延時(shí)的平均值被計(jì)算，以便均等在正半周期與負(fù)半周期之間的時(shí)間差值，這消除定時(shí)誤差，即，在半導(dǎo)體器件點(diǎn)火期間在正的與負(fù)的半周期內(nèi)的相延時(shí)之間的時(shí)間差。因此，與在公布號(hào)WO 2008/033088的現(xiàn)有技術(shù)中描述的、其中使用在半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零-即，實(shí)際電流的過(guò)零-作為參考點(diǎn)的方法相比較，可以更有效地減小在啟動(dòng)與停止操作期間出現(xiàn)的直流分量。由于本發(fā)明能夠調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的觸發(fā)時(shí)間，并且半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角被等效地調(diào)節(jié)，本發(fā)明導(dǎo)致在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與停止期間直流分量的有效的和可靠的減小，這使得有可能分別以想要的啟動(dòng)和停止斜率平滑地啟動(dòng)和停止三相異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，軟啟動(dòng)器也適配于平滑地啟動(dòng)和停止所述電動(dòng)機(jī)，所述軟啟動(dòng)器包括電流測(cè)量単元，用于測(cè)量在至少兩相中的電流；電壓估計(jì)單元，被配置成根據(jù)由第二電壓測(cè)量單元測(cè)量的測(cè)量電壓估計(jì)在第三相與另外的一個(gè)相之間的輸入電壓；功率計(jì)算單元，被配置成根據(jù)至少一個(gè)估計(jì)的輸入電壓和測(cè)量的電流，計(jì)算提供給電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率；以及轉(zhuǎn)矩控制単元，包括轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，配置為基于計(jì)算的瞬時(shí)功率計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以及扭矩控制単元適于根據(jù)所計(jì)算的電磁轉(zhuǎn)矩和對(duì)于電磁轉(zhuǎn)矩的參考轉(zhuǎn)矩值，控制在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。為了能夠計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，首先需要計(jì)算被提供給電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率。由于本發(fā)明有可能估計(jì)在第三相與第一或第二相之一之間的輸入電壓，被提供給電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率可以根據(jù)估計(jì)的輸入電壓和測(cè)量/估計(jì)的電流而進(jìn)行計(jì)算。在盡可能少的相線上進(jìn)行電流和電壓的測(cè)量，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。然而，這需要估計(jì)沒(méi)有被測(cè)量的那些相的電流和電壓，以便計(jì)算被提供給電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率，并由此進(jìn)ー步計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。
取決于第二電壓測(cè)量單元的類型，所測(cè)量的電壓可以是在第一和第二相之間的輸入電壓，或是在第一和第二相上測(cè)量的電壓。在后者的情形下，在第一和第二相之間的輸入電壓是根據(jù)所測(cè)量的電壓-它 可以是相-地電壓-進(jìn)行計(jì)算的。在第三相與第一和第二相之一之間的輸入電壓是根據(jù)測(cè)量的或計(jì)算的輸入電壓進(jìn)行估計(jì)的，使得功率計(jì)算單元能夠計(jì)算瞬時(shí)功率。優(yōu)選地，輸入電壓的測(cè)量被設(shè)置在由一對(duì)半導(dǎo)體器件所控制的相線上，其中測(cè)量設(shè)備通常已被設(shè)置為用于控制半導(dǎo)體器件的目的。這意味著，單組測(cè)量?jī)x器可被用于幾種用途，這在經(jīng)濟(jì)上是有利的。使用在相之間的輸入電壓的好處是使得估計(jì)和計(jì)算更精確。用于主電路和控制電路的阻抗隔離的地電平，例如，可能干擾相-地測(cè)量，而相之間的輸入電壓可以使得這樣的擾動(dòng)最小化。在第三相與其他相之一之間的輸入電壓的估計(jì)是基于從第二電壓測(cè)量単元接收的、現(xiàn)在的和歷史的測(cè)量的電壓。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電流測(cè)量単元被配置成測(cè)量在第一和第二相中的電流，以及功率計(jì)算單元被配置成根據(jù)在第一和第二相的測(cè)量的電流、和在第一和第三相之間與在第二和第三相之間的估計(jì)的輸入電壓計(jì)算瞬時(shí)功率。這可以通過(guò)熟知的方法，例如ニ瓦特計(jì)法(two-watt meter method),而完成。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例，軟啟動(dòng)器還包括電流估計(jì)單元，被配置成根據(jù)其他兩相的測(cè)量的電流，估計(jì)這些相中的一相的電流；以及功率計(jì)算單元，被配置成根據(jù)所測(cè)量的電流之一、一個(gè)估計(jì)的電流和在第一和第二相之間的測(cè)量的輸入電壓來(lái)計(jì)算瞬時(shí)功率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，功率計(jì)算單元被配置成以第一頻率執(zhí)行功率的計(jì)算，轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元被配置成以第二頻率執(zhí)行所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，第二頻率顯著地小于第ー頻率。所測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓被采樣和被保存，以便于估計(jì)在未測(cè)量的第三相與另兩個(gè)相之一之間的輸入電壓。第一頻率大于250Hz是有利的。這樣的過(guò)米樣使得估值更精確。為了節(jié)省計(jì)算功率，第二頻率小于250Hz，優(yōu)選地，小于IOOHz。本發(fā)明的目的還是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明限定的方法而達(dá)到的。這樣的方法包括以下步驟測(cè)量在兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓；檢測(cè)在兩對(duì)半導(dǎo)體器件之間的電壓的過(guò)零和將所檢測(cè)的過(guò)零作為信號(hào)發(fā)送；測(cè)量在第一和第二相中或在第一與第二相之間的輸入電壓；檢測(cè)在第一與第二相之間的測(cè)量的輸入電壓的過(guò)零和將所檢測(cè)的過(guò)零作為信號(hào)發(fā)送；在接收到信號(hào)后，計(jì)算在第一與第二相之間的測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零與兩對(duì)半導(dǎo)體器件間的電壓的過(guò)零之間的相延時(shí)；根據(jù)最新的兩個(gè)相延時(shí)或ニ的倍數(shù)個(gè)最新的相延時(shí)計(jì)算平均相延時(shí)；以及根據(jù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間在第一和第二相之間測(cè)量的或計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零和所計(jì)算的平均相延時(shí)，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。為了平滑地啟動(dòng)和停止電動(dòng)機(jī)，該方法還可包括以下步驟測(cè)量在至少兩個(gè)相中的電流；根據(jù)至少ー個(gè)測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓，估計(jì)在第三相與其它相之一之間的輸入電壓；根據(jù)至少一個(gè)估計(jì)的輸入電壓和測(cè)量的電流計(jì)算提供到電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率；根據(jù)所計(jì)算的瞬時(shí)功率計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；由此根據(jù)計(jì)算的電磁轉(zhuǎn)矩和對(duì)于電磁轉(zhuǎn)矩的參考轉(zhuǎn)矩值，控制在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。在第三相與其它相之一之間的輸入電壓的估計(jì)可以是基于在第一和第二相之間的輸入電壓，該輸入電壓可以是直接測(cè)量的，或可以根據(jù)在第一和第二相中的輸入電壓，即相-地電壓，進(jìn)行計(jì)算。


現(xiàn)在通過(guò)本發(fā)明的不同的實(shí)施例的描述和參考附圖更貼切地說(shuō)明本發(fā)明。圖Ia示意地顯示包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的軟啟動(dòng)器的系統(tǒng)的總貌，其中直流減小單元適于根據(jù)計(jì)算的、在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的相延時(shí)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。圖Ib示意地顯示作為圖Ia所示的系統(tǒng)的變化的第二實(shí)施例，其中第二電壓測(cè)量単元被設(shè)置在半導(dǎo)體器件后面。圖2a示意地顯示作為圖Ia所示的系統(tǒng)的另一個(gè)變化的第三實(shí)施例，其中直流減小單元適于通過(guò)使用輸入電流的過(guò)零作為用于計(jì)算在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的點(diǎn)火角的 參考而調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。圖2b示意地顯示作為圖2a所示的系統(tǒng)的變化的第四實(shí)施例，其中第二電壓測(cè)量単元被設(shè)置在半導(dǎo)體器件后面。圖3顯示當(dāng)用于圖Ia所示的系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件被接通或關(guān)斷時(shí)，在三相中的兩相之間的輸入電壓、在一相的半導(dǎo)體器件上的電壓、和在該相中到電動(dòng)機(jī)的電流對(duì)時(shí)間點(diǎn)的曲線圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于減小具有三相的電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和停止期間的直流分量的本發(fā)明的方法的流程圖，其中所述三相中的兩相由軟啟動(dòng)器控制。優(yōu)詵實(shí)施例說(shuō)明到電動(dòng)機(jī)的交流電源的頻率可以是50Hz或60Hz，提供給電動(dòng)機(jī)的工作電流和エ作電壓的范圍是很大的。在包括配備有軟啟動(dòng)器設(shè)備的電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的角速度通常由提供的頻率和電動(dòng)機(jī)的極數(shù)決定。應(yīng)當(dāng)看到，也可以使用其它頻率。圖Ia顯不一種系統(tǒng),其包括具有三相的電動(dòng)機(jī)I、軟啟動(dòng)器設(shè)備2,用于通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的三相線中的兩相線而控制供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電流和電壓，和由電動(dòng)機(jī)I驅(qū)動(dòng)的、諸如泵那樣的設(shè)備，圖I上未示出。電動(dòng)機(jī)I在這種情形下是交流(AC)三相電動(dòng)機(jī)，諸如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。軟啟動(dòng)器設(shè)備2與電動(dòng)機(jī)I串聯(lián)連接。供應(yīng)到軟啟動(dòng)器設(shè)備2的電流因而等于供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電流。在本例中，第一相線L1和第三相線L3被控制，而第二相線L2具有不能進(jìn)行切換的導(dǎo)體的形式。對(duì)于每個(gè)被控制的相線L1和L3，提供與線串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)3A，3C。每個(gè)開(kāi)關(guān)3A，3C包括在流過(guò)的電流的過(guò)零處關(guān)斷的那種類型的一對(duì)半導(dǎo)體器件，且其互相反并聯(lián)地連接，即，背靠背地并聯(lián)。這樣的半導(dǎo)體可以是例如晶閘管。軟啟動(dòng)器設(shè)備2適于通過(guò)根據(jù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的計(jì)算的相延時(shí)來(lái)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角而減小在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間在負(fù)荷電流中的直流分量。所述軟啟動(dòng)器設(shè)備2包括直流減小單元16 ;第一電壓測(cè)量単元，其包括電壓測(cè)量設(shè)備8A和SC，用于提供在圖4的步驟100中的、在兩個(gè)開(kāi)關(guān)3A和3C上的測(cè)量電壓；第一過(guò)零檢測(cè)單元14，O-X-Detect1，被配置成檢測(cè)在兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的測(cè)量的電壓的過(guò)零和在圖4的步驟110，將過(guò)零信號(hào)提供到直流減小單元；第二電壓測(cè)量単元7，用于在步驟120，測(cè)量在第一和第三相上或第一和第二相之間的輸入電壓；第二過(guò)零檢測(cè)單元12，0-X-DeteCt2，用于在步驟130，檢測(cè)在第一相L1和第三相L3之間的輸入電壓的過(guò)零；和觸發(fā)器單元15，用于將點(diǎn)火信號(hào)發(fā)送到每個(gè)開(kāi)關(guān)的晶閘管。姆個(gè)電壓測(cè)量設(shè)備8A和8C與姆對(duì)晶閘管3A, 3C并聯(lián)連接,分別在它的輸出端處提供數(shù)字信號(hào)Xl和X3，代表測(cè)量的電壓Ul和U3。當(dāng)所提到的電壓，諸如Ul，在開(kāi)關(guān)3A的晶閘管上的電壓實(shí)際上是零時(shí)，即，當(dāng)至少ー個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)或在相電壓的過(guò)零期間，則信號(hào)Xl是邏輯“O”。在所有的其它情形下，即，當(dāng)在開(kāi)關(guān)上有電壓時(shí)，信號(hào)Xl是邏輯“I”。信號(hào)Xl和X3被轉(zhuǎn)發(fā)到直流減小單元。因此，由第二過(guò)零檢測(cè)單元12生成的數(shù)字信號(hào)XI’和X3’也被轉(zhuǎn)發(fā)到直流減小單元，它們將被用作為用于點(diǎn)火在每個(gè)開(kāi)關(guān)3A和3C中的每個(gè)晶閘管的參考點(diǎn)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間，直流減小單元是工作的，它被配置成分別根據(jù)接收的信號(hào)Xl和XI’、X3和X3’計(jì)算相延時(shí)，以便通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)開(kāi)關(guān)3A和3C的晶閘管的點(diǎn)火角，即，使得它們導(dǎo)通而控制三相中的兩相的電壓。在本例中，在相線L1和L3上的電壓分別由晶閘管對(duì)的每個(gè)開(kāi)關(guān)3A和3C控制。因?yàn)樵诰чl管上的電壓的過(guò)零和實(shí)際的電流的過(guò)零是同時(shí)的，從O-X-Detect2到O-X-Detect1的時(shí)間延時(shí)等于在兩相間的輸入電壓的過(guò)零與對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體器件對(duì)上的電壓的過(guò)零之間的相延時(shí)。所以，晶閘管的觸發(fā)時(shí)間是根據(jù)在三個(gè)相線中的兩個(gè)相線，在本例中為第一和第二相線之間的檢測(cè)的輸入電壓的過(guò)零進(jìn)行計(jì)算的，步驟160，用在輸入電壓的過(guò) 零與在半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零之間的平均相延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償如下，圖4中的步驟140 ttrig = turef+phase_delay+a = tmef+(tiref_turef) + a = tiref+ a其中ttaig是晶閘管的觸發(fā)時(shí)間，tm6f是當(dāng)輸入電壓的過(guò)零出現(xiàn)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，a是通過(guò)高級(jí)別的算法，例如，由斜坡生成器或正如在本例中那樣的轉(zhuǎn)矩控制單元所生成的點(diǎn)火角，以及相延時(shí)是在兩相之間的輸入電壓的過(guò)零與在兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零之間的平均時(shí)間差值/延時(shí)，它等于實(shí)際電流的過(guò)零的發(fā)生時(shí)間減去輸入電壓的過(guò)零的發(fā)生時(shí)間，即，為了均衡掉在正的半個(gè)周期和負(fù)的半個(gè)周期之間的時(shí)間差值，平均相延時(shí)通過(guò)最新的兩個(gè)相延時(shí)，或替換地，通過(guò)2的倍數(shù)的最新的相延時(shí)，例如，四個(gè)或六個(gè)最新的相延時(shí)，進(jìn)行計(jì)算，圖4的步驟150。每個(gè)最新的相延時(shí)當(dāng)它們被計(jì)算出時(shí)可被保存在存儲(chǔ)裝置中。為了計(jì)算晶閘管的觸發(fā)時(shí)間，在三相的兩相之間的輸入電壓的過(guò)零-而不是等效于晶閘管對(duì)上的電壓的過(guò)零的、實(shí)際的電流的過(guò)零-被用作為時(shí)間上的參考點(diǎn)。這個(gè)參考點(diǎn)然后通過(guò)最新的兩個(gè)相延時(shí)或2的倍數(shù)的最新的相延時(shí)的平均值和預(yù)生成的點(diǎn)火角而被補(bǔ)償，這樣，點(diǎn)火角被調(diào)節(jié)。所以，本發(fā)明在減小由在正的和負(fù)的半個(gè)周期中使用tiMf作為參考點(diǎn)而造成的計(jì)時(shí)誤差方面具有顯著的效果。這樣，根據(jù)本發(fā)明，定時(shí)誤差可以幾乎全部被消除，相反，在公布號(hào)為No. WO 2008/033088的現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法通過(guò)使用電流的過(guò)零用作為參考點(diǎn)，仍舊剩下某些定時(shí)誤差。這是因?yàn)檩斎腚妷旱倪^(guò)零的定時(shí)比起流過(guò)晶閘管的實(shí)際的電流過(guò)零的定時(shí)是更穩(wěn)定的。由于后者取決于許多因素，例如，在三相中的兩相之間的輸入電壓、電動(dòng)機(jī)的功率因子/相延時(shí)、諧波、以及最重要的是晶閘管的點(diǎn)火如何進(jìn)行的方式。所有的這些因素都影響實(shí)際的電流的過(guò)零的定時(shí)。本發(fā)明因此使得有可能減小轉(zhuǎn)矩變化和振蕩，這又使得轉(zhuǎn)矩控制執(zhí)行得更好，因?yàn)檩^少的“噪聲”被輸入到轉(zhuǎn)矩控制環(huán)路。圖3顯示對(duì)于圖Ia所示的系統(tǒng)當(dāng)半導(dǎo)體器件接通或關(guān)斷時(shí)，在三相中的兩相之間的輸入電壓、在一相的半導(dǎo)體器件上的電壓、和在這相中流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流對(duì)時(shí)間點(diǎn)的曲線圖。通過(guò)逐漸増加或減小點(diǎn)火角a，在電動(dòng)機(jī)端子上的電壓被對(duì)應(yīng)地調(diào)節(jié)。
通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，軟啟動(dòng)器2適于以期望的啟動(dòng)和停止斜率平滑地啟動(dòng)和停止電動(dòng)機(jī)。該軟啟動(dòng)器包括電流測(cè)量單元8,用于測(cè)量在三相中的兩相中一在本例中是第一和第三相一流過(guò)電動(dòng)機(jī)的輸入電流；電流估計(jì)單元10,用于估計(jì)一相的電流一在在本例中是第二相的電流；電壓估計(jì)單元9，用于根據(jù)測(cè)量的輸入電壓估計(jì)在第三相與另兩相中的一相之間一在本例中是第二與第三相之間一的輸入電壓；功率計(jì)算單元20和轉(zhuǎn)矩控制單元30，用于借助于調(diào)節(jié)供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的電壓而控制開(kāi)關(guān)3A和3C，和由此控制電流。電流和電壓測(cè)量單元都可以是傳感器。電流測(cè)量單元8將測(cè)量的輸入電流提供到電流估計(jì)單元10，以便估計(jì)第二相的電流。估計(jì)的電流被輸入到功率計(jì)算單元。在本例中，第二電壓測(cè)量單元7被設(shè)置成測(cè)量第一和第三相的相-地電壓，并且計(jì)算在第一和第三相之間的輸入電壓u13。然而，它也可以被配置成直接測(cè)量在第一和第三相之間的輸入電壓。對(duì)于另外的實(shí)施例，也可以測(cè)量在開(kāi)關(guān)后面的電壓，即，將第二電壓測(cè)量單元7設(shè)置在開(kāi)關(guān)與電動(dòng)機(jī)之間，如圖Ib所示。電壓估計(jì)單元9被配置成接收在兩相之間一在本例中在第一和第三相之間一的測(cè)量的或計(jì)算的輸入電壓，并由此估計(jì)在第二和第三相之間的另一輸入電壓u23。功率計(jì)算 單元20被配置成在接收測(cè)量的電流和電壓、估計(jì)的電流和電壓后，根據(jù)測(cè)量的電流與計(jì)算的和估計(jì)的輸入電壓的依賴關(guān)系，計(jì)算被供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率Pin。對(duì)于如圖Ia所示的系統(tǒng)，瞬時(shí)功率Pin的計(jì)算可以如下地完成，P = Ii1=Ku1Ji2=Ku23其中，P是要計(jì)算的瞬時(shí)功率；i2 = -I1-I3, I1和i3是瞬時(shí)測(cè)量和采樣的電流；U13是第一與第三相之間的輸入電壓，它可以是瞬時(shí)直接測(cè)量的，或通過(guò)在第一和第二相上的瞬時(shí)測(cè)量的電壓而進(jìn)行計(jì)算的；U23是第二與第三相之間的估計(jì)的輸入電壓。通過(guò)瞬時(shí)測(cè)量的/計(jì)算的輸入電壓u13，U23可以被估計(jì)為U23 (k) = U13 (k_x)其中，U23GO是對(duì)于當(dāng)前時(shí)間/最新的樣本在第二和第三相之間的估計(jì)的瞬時(shí)輸入電壓；U13(k-x)是在120°以前測(cè)量/采樣的、在第一和第三相之間的瞬時(shí)電壓，X =(120/360) * (T/Ts)，被舍入到最接近的整數(shù)，T是對(duì)于輸入電壓的周期時(shí)間而Ts是樣本之間的時(shí)間間隔。正如可以看到的，瞬時(shí)功率的這種計(jì)算需要估計(jì)一個(gè)電流和在第二與第三相之間的一個(gè)輸入電壓。然而，也可以應(yīng)用其它的計(jì)算形式；例如，使用兩個(gè)測(cè)量的電流和兩個(gè)估計(jì)的輸入電壓。轉(zhuǎn)矩控制單元30包括轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元34，被配置成根據(jù)所計(jì)算的瞬時(shí)功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在本例中，轉(zhuǎn)矩控制單元還包括轉(zhuǎn)矩反饋調(diào)節(jié)器環(huán)路40，適于借助于調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)的電壓而控制轉(zhuǎn)矩。反饋調(diào)節(jié)器環(huán)路可以是比例積分反饋環(huán)路，也稱為PI-調(diào)節(jié)器。通過(guò)這個(gè)參數(shù)，轉(zhuǎn)矩控制單元30根據(jù)標(biāo)稱電流Iniis與定子電阻Rstatm之間的關(guān)系計(jì)算在電動(dòng)機(jī)中的功率損耗P1()SS從計(jì)算的供應(yīng)的瞬時(shí)功率Pin中減去電動(dòng)機(jī)功率損耗，計(jì)算供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)I的真實(shí)功率PMal。然后，通過(guò)使用真實(shí)功率PMal確定電動(dòng)機(jī)I的電磁轉(zhuǎn)矩Τ12。電動(dòng)機(jī)I的轉(zhuǎn)矩T12，在這種情形下，正比于到電動(dòng)機(jī)的真實(shí)功率PMal。轉(zhuǎn)矩反饋調(diào)節(jié)器環(huán)路18被用來(lái)提供對(duì)于電動(dòng)機(jī)的減速和加速的更好的控制。在調(diào)節(jié)環(huán)路中，計(jì)算在估計(jì)的電磁轉(zhuǎn)矩T12與對(duì)于電磁轉(zhuǎn)矩的參考值Tm之間的差值。根據(jù)計(jì)算的轉(zhuǎn)矩與參考值之間的比較結(jié)果，計(jì)算誤差信號(hào)。根據(jù)轉(zhuǎn)矩誤差信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的速度。參考轉(zhuǎn)矩值Tm是從由負(fù)荷模型根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，例如，對(duì)于諸如泵那樣的二次負(fù)載而確定的轉(zhuǎn)矩T設(shè)置點(diǎn)斜率得出的。T設(shè)置點(diǎn)斜率是基于與啟動(dòng)和停止時(shí)間有關(guān)的輸入設(shè)置和額定電流I6，和由第二電壓測(cè)量單元7測(cè)量的電壓。當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器設(shè)備2具有可以等于至少標(biāo)稱輸入電流乘以所測(cè)量的電壓的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。這具有轉(zhuǎn)矩目標(biāo)的效果很可能超過(guò)電動(dòng)機(jī)I加負(fù)荷達(dá)到的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的增加速率基本上是線性的，優(yōu)選地，是均勻、穩(wěn)定地增加轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩目標(biāo)和轉(zhuǎn)矩控制的使用使得加速更平滑和更均勻。這個(gè)原理可被應(yīng)用到轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定減小的電動(dòng)機(jī)的停止操作。因此，達(dá)到平滑地啟動(dòng)和停止三相電動(dòng)機(jī)的目的。還有可能組合轉(zhuǎn)矩控制單元與另一個(gè)直流減小單元，以達(dá)到如圖2a所示的本發(fā)明的目的，其中直流減小單元，如在現(xiàn)有技術(shù)中描述的，使用輸入電流的過(guò)零作為用于計(jì)算點(diǎn)火角的參考，適于在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。圖2b是如圖2a所示的系統(tǒng)的變例，其中用于測(cè)量在第一和第二相中或在第一和第二相之間的電壓的電壓測(cè)量單兀被設(shè)置在開(kāi)關(guān)與電動(dòng)機(jī)之間。應(yīng)當(dāng)指出，雖然上面描述了本發(fā)明的示范性實(shí)施例，但可以對(duì)于所描述的解決方案作出幾個(gè)變例，而不背離如在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍。例如，一個(gè)變化可以是僅僅測(cè)量由軟啟動(dòng)器控制的電流。
權(quán)利要求
1.一種用于啟動(dòng)和停止具有三相(L1,L2,L3)的異步電動(dòng)機(jī)(I)的軟啟動(dòng)器(2)，包括 兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件，這種類型的半導(dǎo)體器件在流過(guò)的電流的過(guò)零處關(guān)斷，其中每個(gè)所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件被反并聯(lián)地連接，以及第一對(duì)半導(dǎo)體器件適于控制電動(dòng)機(jī)的一相的電壓，和第二對(duì)半導(dǎo)體器件適于控制電動(dòng)機(jī)的另ー相的電壓， 直流減小單元(16)，與所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件相關(guān)聯(lián)，用于減小在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)期間在三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷電流中的直流分量， 第一電壓測(cè)量単元(8A，SC)，用于測(cè)量在所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件上的電壓，以及 第一過(guò)零檢測(cè)單元(14)，被配置成檢測(cè)在所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件上的測(cè)量的電壓的過(guò)零，并將過(guò)零信號(hào)(XI，X3)提供到直流減小單元，以及其特征在于，軟啟動(dòng)器還包括 第二電壓測(cè)量單元(7)，用于測(cè)量在第一和第二相上或在第一和第二相之間的輸入電壓， 第二過(guò)零檢測(cè)單元(12)，被配置成檢測(cè)在第一和第二相之間的輸入電壓的過(guò)零，并將過(guò)零信號(hào)(XI’，X3’ )提供到直流減小單元，以及 直流減小單元(16)，被配置成計(jì)算在第一與第二相之間的測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零與所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零之間的相延時(shí)，根據(jù)最新的兩個(gè)相延時(shí)或ニ的倍數(shù)個(gè)最新的相延時(shí)，計(jì)算平均相延時(shí)，以及根據(jù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間在第一和第二相之間測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零和計(jì)算的平均相延時(shí)，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中第二過(guò)零檢測(cè)單元還被配置成根據(jù)在第一和第二相上的測(cè)量的電壓，計(jì)算在第一和第二相之間的輸入電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中軟啟動(dòng)器還適于平滑地啟動(dòng)和停止所述電動(dòng)機(jī)，并且軟啟動(dòng)器包括 電流測(cè)量単元，用于測(cè)量在至少兩個(gè)相中的電流， 電壓估計(jì)單元，被配置成根據(jù)由第二電壓測(cè)量單元測(cè)量的至少ー個(gè)測(cè)量的輸入電壓，估計(jì)在第三相與其他的相之一之間的輸入電壓， 功率計(jì)算單元，被配置成根據(jù)至少一個(gè)估計(jì)的輸入電壓和測(cè)量的電流，計(jì)算被提供給電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率，以及 轉(zhuǎn)矩控制單元，包括轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元，被配置成根據(jù)所計(jì)算的瞬時(shí)功率，計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以及轉(zhuǎn)矩控制単元適于根據(jù)所計(jì)算的電磁轉(zhuǎn)矩和對(duì)于電磁轉(zhuǎn)矩的參考轉(zhuǎn)矩值，控制在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中電流測(cè)量単元被配置成測(cè)量在第一和第二相中的電流，以及功率計(jì)算單元被配置成根據(jù)第一和第二相的測(cè)量的電流以及在第一和第三相之間和在第二和第三相之間的估計(jì)的輸入電壓，計(jì)算瞬時(shí)功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中軟啟動(dòng)器還包括電流估計(jì)單元，被配置成根據(jù)其他兩相的測(cè)量的電流，估計(jì)這些相中的一相的電流；以及功率計(jì)算單元，被配置成根據(jù)所測(cè)量的電流之一、一個(gè)估計(jì)的電流和在第一與第二相之間的測(cè)量的輸入電壓，計(jì)算瞬時(shí)功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中電壓估計(jì)單元被配置成根據(jù)從第二電壓測(cè)量単元接收的、當(dāng)前和歷史地測(cè)量的電壓，估計(jì)在第三相與其他的相之一之間的輸入電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的軟啟動(dòng)器，其中功率計(jì)算單元被配置成以第一頻率執(zhí)行功率的計(jì)算，以及轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元被配置成以第二頻率執(zhí)行所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，所述第二頻率顯著地小于所述第一頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的軟啟動(dòng)器，其中第一頻率高于250Hz，以及第ニ頻率低于250Hz。
9.一種用于減小在啟動(dòng)和停止具有三相的異步電動(dòng)機(jī)期間的直流分量的方法，其中三相中的兩相由軟啟動(dòng)器控制，所述軟啟動(dòng)器包括兩對(duì)半導(dǎo)體器件，這種類型的半導(dǎo)體器件在流過(guò)的電流的過(guò)零處關(guān)斷，所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件中的每個(gè)被反并聯(lián)地連接，第一對(duì)半導(dǎo)體器件被設(shè)置成控制電動(dòng)機(jī)的一相的電壓，和第二對(duì)半導(dǎo)體器件適于控制電動(dòng)機(jī)的另ー相的電壓，所述方法包括 測(cè)量在所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓，以及 檢測(cè)在所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的測(cè)量的電壓的過(guò)零，并將檢測(cè)的過(guò)零作為信號(hào)發(fā)送，以及 其特征在于，該方法還包括 測(cè)量在第一和第二相上或在第一與第二相之間的輸入電壓， 檢測(cè)在第一與第二相之間的測(cè)量的輸入電壓的過(guò)零，并將檢測(cè)的過(guò)零作為信號(hào)發(fā)送， 在接收所發(fā)送的信號(hào)后，計(jì)算在第一與第二相之間的測(cè)量/計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零與所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓的過(guò)零之間的相延時(shí)， 根據(jù)最新的兩個(gè)相延時(shí)或ニ的倍數(shù)個(gè)最新的相延時(shí)計(jì)算平均相延時(shí)，以及 根據(jù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間在第一和第二相之間的計(jì)算的輸入電壓的過(guò)零和計(jì)算的平均相延時(shí)，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體器件的點(diǎn)火角。
10.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該方法還包括根據(jù)在第一和第二相上的測(cè)量的電壓，計(jì)算在第一和第二相之間的輸入電壓的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該方法還包括以下的用于平滑地啟動(dòng)和停止所述電動(dòng)機(jī)的步驟 測(cè)量在至少兩相中的電流， 根據(jù)至少ー個(gè)測(cè)量的輸入電壓，估計(jì)在第三相與其他的相之一之間的輸入電壓， 根據(jù)至少一個(gè)估計(jì)的輸入電壓和測(cè)量的電流，計(jì)算供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率， 根據(jù)計(jì)算的瞬時(shí)功率，計(jì)算所述電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，以及由此 根據(jù)計(jì)算的電磁轉(zhuǎn)矩和對(duì)于電磁轉(zhuǎn)矩的參考轉(zhuǎn)矩值，控制在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停止期間的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于啟動(dòng)和停止具有三相(L1，L2，L3)的異步電動(dòng)機(jī)(1)的軟啟動(dòng)器(2)，包括兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件，這種類型的半導(dǎo)體器件在流過(guò)的電流的過(guò)零處關(guān)斷，其中每個(gè)所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件被反并聯(lián)地連接，第一對(duì)半導(dǎo)體器件適于控制電動(dòng)機(jī)的一相的電壓，和第二對(duì)半導(dǎo)體器件適于控制電動(dòng)機(jī)的另一相的電壓；與所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件相關(guān)聯(lián)的直流減小單元(16)，用于減小在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間在所述三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷電流中的直流分量；第一電壓測(cè)量單元(8A，8C)，用于測(cè)量在所述兩對(duì)半導(dǎo)體器件上的電壓，以及第一過(guò)零檢測(cè)單元(14)，被配置成檢測(cè)在所述兩對(duì)(3A，3C)半導(dǎo)體器件上的測(cè)量的電壓的過(guò)零，并將過(guò)零信號(hào)(X1，X3)提供到直流減小單元。
文檔編號(hào)H02P3/18GK102656794SQ200980162666
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者H·倫登曼, J·克里斯騰森, M·?？?申請(qǐng)人:Abb研究有限公司