CN1032948C - 用于转换器的电源故障制动电路 - Google Patents

Abstract

这种转换器单元的控制电路具有适当的结构，以便当检测出电源故障时，无论此时运行状态如何，都通过把专用于电源故障的减速方式用于转换器单元的功率变换器驱动电路，使马达减速。因此，通过利用从马达来的返回功率，能使直流母线电压近乎保持恒定，且在发生电源故障时无需附加任何外部电路或机械制动，就可使马达尽可能迅速地停止运行。

Description

用于转换器的电源故障制动电路

本发明涉及到一种转换器控制电路，特别是一种转换器电源故障制动电路，以便在电源故障瞬间尽可能迅速地停止马达。

美国专利4,445,167公开了一种PWM电压型逆变器系统。该逆变器系统包括一个整流器，与交流电源相连接以接收交流功率并将其转换为直流功率；一个逆变桥，用来接收整流器输出的直流功率并将其转换为频率可变的交流功率，将该交流功率提供给交流电动机；一个导通控制电路，用于控制通常处于第一方式的逆变桥臂的导通，其中它的运行频率由频率基准信号确定；一个功率控制电路，用来接收交流电源输出的功率和电动机输出的再生交流功率，并向导通控制电路提供恒压直流功率；一个服务故障检测装置，其有一个电压比较器，用于检测交流电源的电源故障；以及一个转换装置，其将目标速度指令与正常运行时的输出频率指令相比较，并响应电源故障检测装置输出一个与运行方式无关的减速制动方式，以将再生电压维持到预定值。此外，它还包括用于输出频率指令的放大器；一个电压控制放大器和两个运算放大器，当检测到电源故障时由转换装置接通这些放大器；还包括一个PWM电路和一个驱动电路。

英国专利申请2,106,342A公开了一种交流电梯控制系统。在该交流电梯控制系统中，一个速度传感器机械连到感应电动机，产生一个电梯轿箱实际速度信号，并且电连接到一个加法器，该加法器上还连接有速度指令发生器。该加法器的一个输入端连接到一个转换装置，该转换装置包括两组通常闭合的触点和两组通常打开的触点。该加法器施加有速度传感器输出的负极性的实际速度信号和速度指令发生器输出的正极性速度指令信号，以产生一个差值信号。转换装置响应加法器输出的差值信号的极性，将处于闭合及打开位置的触点组从一组切换到另一组。速度指令发生器还经过通常打开的触点组连接到第一增益调节器，该第一增益调节器又连接到频率指令发生器，该速度指令发生器还分别经过通常闭合的触点组连接到频率指令发生器和电压指令发生器。第一增益调节器响应速度指令发生器向其施加的输入信号产生一个输出信号。加法器的另一输出端与第二增益调节器相连接，第二增益调节器经过通常打开的触点组连接到电压指令发生器。第二增益调节器响应加法器向其施加的输入信号产生一个输出信号。

采用该PWM电压型逆变器系统，当发生持续时间较长的电源故障时，它能继续运行并且当清除使该逆变器系统的驱动运行中断的电源故障时能自动恢复其正常运行。

然而，在电动机控制着工作机械用的切削刀的情况下，当其输入电源发生故障时，该切削刀必须尽快停止。但采用上述逆变器系统和控制系统不能满足这种要求。

本发明的一个目的是提供一个新的用于变频器的电源故障的制动电路。

本发明的另一个目的是提供一个用于变频器电源故障的制动电路它可尽快地停止马达，具有低的透价和简单的结构，而不需装备任何外部电路或机械制动单元。

本发明还有一个目的是提供一个用于变频器的电源故障制动电路它能在电源故障时候减速以及停止马达，并保持直接母线电压为恒值。

按照本发明的用于变频器的电源故障制动电路，具有一个用来控制马达4的电功率变频器20；一个用于检测直流母线电压的电压检测电路5等等；一个运转模式判别电路15，它在器正常运转情况下，借助于比较目标速度指令和输出频率指令输出一个与电源故障时运转模式相应的减速模式；一个输出频率指令判别电路10选定一个频率指令，按照运转模式随接输出该指令；一个电源故障输出频率判别电路16，借助于内部对电源故障专用的减速模式，选定一个输出频率指令和一个在电源故障时候从运转模式判别电路来的减速模式信号；一个加速/减速方式选择电路17在没有电源故障信号输入时，从一个输出频率指令判别电路选择输出频率指令，以及在有电源故障信号输入时，从上述电源故障输出频率指令判别电路输出频率指令；一个PWM信号发生电路11借助于加速/减速方式选择电路17接收输出频率指令选择；和一个用于功率转换器单元3的驱动电路13，根据从PWM信号发生电路来的指令控制马达转动。

图1是表示用的转换器电路的电源故障制动电路的结构的电路框图。

图2是本发明中的一个实施方案中的转换器电源故障制动电路的结构的电路框图。

图3是表示按照本发明的输入电压、转出频率、和转换器直流母线电压之间相互关系的图。

图4是运转模式确定电路15的详细电路框图。

图5是输出频率确定电路10的详细电路框图。

以下将参照附图叙述本发明的最佳实施方案，其中与图1所示的相同的部分，在图2中用相同的符号表示，只省略其解释。

标号15表示运转模式确定电路，它在正常运转状态下，通过比较目标速度指令fi和输出频率指令f。确定操作模式，例如加速模式、正常模式和减速模式，当输入电源故障信号b输入时不论工作状态如何它都输出减速模式信号。标号16表示电源故障输出频率指令判别电路，它内部包括专用于电源故障的减速模式，并借助于上述减速模式和从运转模式确定电路15来的减速模式信号确定将要随后输出的频率指令。标号17表示加速/减速方式选择电路，当没有上述电源故障信号b输入时，它从普通输出频率确定电路10来的输出频率选择指令f_o；当输入上述电源故障信号b时，它从电源故障输出频率确定电路16选择输出频率指令f_o′。

这些电路的细节将在下面参照图4和5叙述。

在图4中显示了一种运转模式确定电路15的实施方案，它包括比较器15a和“或”门15b。

在图4中，比较器15a比较目标速度指令fi和输出频率指令f_o，前者是使用者借助一种外部设置装置，诸如音量或外部程序电路(未示出)来设置的；后者是借助加速/减速方式选择电路17选择的，并分别在fi＜f_o时输出减速信号“L”，在fi＞f_o时输出加速信号“H”。另外，“或”门15b输入从比较器15a来的输出信号和从保持电路8来的电源故障信号b，当电源故障信号b变为“H”时，输出减速信号“H”，电源故障就那样被检测出来。

图5示出了输出频率确定电路10的一个实施方案。在图5中，存储器101、102存贮加到现行输出频率指令f_o之上或从其减去的数据，并按照使用者设置的加速时间设置信号或减速时间设置信号把它们输出。103是一个加法器，104是一个减法器。存储器107、108为加速计时器109和减速计时器110存贮定时设定值，并当进位信号c从计时器109、110输入其内时，输出上述计时设置值。保持电路105、106在进位信号C从计时器109、110进入其内时，保持或存储将随后从加法器103和减法器104输出的输出频率信号。

数据选择器111根据运转模式信号fm有选择地输出来自保持电路105的输出频率指令f_o1或来自保持电路106的输出频率指令f_o2，例如，当运转模式信号fm是加速信号(“L”)时，输出输出频率指令f_o1或当运转模式信号fm是减速信号(“H”)时，送出输出频率指令f_o2。

功率故障输出频率确定电路16和输出频率判别电路10除了存储器101、102和107、108在电源故障输出频率确定电路16中作为存储减速方式数据之外，彼此相同，同此，电源故障时的恢复功率变为恒定。

随后，加速/减速方式选择电路17由数据选择器构成，它在电源故障信号b为“H”时选择电源故障输出频率指令f_o′，并在电源故障信号b为“L”时选择正常输出频率指令f_o。

以下将叙述运转。在正常运转情况下，运转模式选择电路15比较目标速度指令fi和输出频率指令f_o，并当f_o＜fi时确定为加速模式；当fi＝f_o时为稳志稳式，以及当f_o＞fi时为减速模式从而确定相应的运转模式并输出指令到输出频率指令判别电路10。该输出频率指令判别电路10从上述相应于加速/减速方式的运转模式指令等，计算出所要输出的频率指令后，并将之输出到PWM信号发生电路11。该PWM信号发生电路11根据上述输出频率指令f_o计算出PWM信号，并把它输出到功率变换器驱动电路13。然后，这一功率变换器驱动电路13借助于上述PWM信号，通过功率变换器单元3的开关元件的开/关操作，实现感应马达4的同步转动。

以下将叙述变频器20的输入电源被切断时的电路工作。

图3示出了变频器的输入电压18、输出频率指令19和直流母线电压20的状态。假定电源故障发生在图中AV所示的点，直流母线电压20按照图中所示的主电路的时间常数下降，然后当直流母线电压20变成低于BV点的参考电压电平时，电源故障信号a如上所述，从比较器7输出，它由保持电路8保持，并输出电源故障信号b。

当电源故障发生时，信号b输入到运转模式判别电路15和加速/减速方式选择电路17，减速模式信号从运转模式选择电路15输出，并在同时，加速/减速方式选择电路17从电源故障频率判别电路16选择出输出频率指令和把它输出到PWM信号发生电路11，结果，输出频率指令19从BV时刻开始随着专门用于电源故障的减速方式减速。由于马达的减速，电功率从感应马达4返回到变频器20，同此能阻止直流母线电压进一步下降。此外，因为被返回的电能与减速时间有关(减速时间越短，返回的电能越大)，这就有可能用减速方式来调节返回的能量。同此，假如一个减速方式具有换和用电源故障输出频率判别电路16专门用于电源故障的减速方式时所返回的电能几乎相等。则可保持直流母线电压20近乎恒定，如图3所示它在电源故障期间平稳不变，而继续到输出频率指令变为零即感应马达4停止为止。

在上述实施方案中，示出了检测直流母线电压值作为监视电源发生故障的方法。但是它也可以用变频器20的功率转换单元3输入的三相交流电源中的一相电压值的方法，或者检测变频器20的功率转换单元的输出电压的一个相的电压峰值。

在上述实施方案中示出的只有一种专门用于电故障的减速方式的型式。但是它也可那样设置，使之具有几种减速方式，可根据转换器单元的负载状况进行选择。

Claims (7)

1.用于转换器(20)的电源故障制动电路，该转换器(20)包括功率整流器单元(1)和功率转换器单元(3)，其特征在于该制动电路包括：用于检测直流母线电压或上述转换器(20)中的交流相电压的电压检测电路(5)；

运转模式确定电路(15)，在所述转换器的正常运行状况下，它通过比较目标速度指令和输出频率指令确定运转模式，并在发生电源故障时输出与运转模式无关的减速模式信号；

输出频率指令确定电路(10)，它按照上述运转模式确定要随后输出的频率指令；

电源故障输出频率指令确定电路(16)，它借助于内部专用于电源故障的减速方式和在发生电源故障时从运转模式确定电路来的减速模式信号确定输出频率指令；

加速/减速方式选择电路(17)，当没有输入上述电源故障信号时，它从输出频率指令确定电路选择输出频率指令，当输入上述电源故障信号时，从上述电源故障输出频率指令确定电路选择输出频率指令；

脉冲宽度调制信号发生电路(11)，它接收由上述加速/减速模式选择电路选择的输出频率指令；

用于功率转换器单元(3)的驱动的电路(13)，它根据来自上述脉冲宽度调制信号发生电路的指令，控制马达的速度。

2.根据权利要求1的电路，其特征在于它进一步包括：

电压电平给定装置(6)，用于整定一个用作判别电源故障的参考电压，和

比较器(7)以比较从上述电平给定装置(6)来的参考电压信号和从上述电压检测电路(5)来的信号，并当上述从电路(5)来的信号变得低于上述参考电压信号时，输出一个电源故障信号。

3.根据权利要求2的电路，其特征在于上述借助于比较器(7)产生的电源故障信号通过上述保持电路(8)被输入到上述运转模式判别电路(15)和上述加速/减速模式选择电路(17)，从而一个减速模式信号从上述运转模式判别电路(15)输出，加速/减速模式选择电路(17)选择输出的频率指令并把它输出到上述脉冲宽度调制(PWM)信号发生电路(11)。

4.根据权利要求1的电路，其特征在于从上述马达返回的功率可借助于专门用于电源故障的减速方式来调节，因此当电源故障被检测到时，返回功率和功率损耗变成相等。

5.根据权利要求1的电路，其特征在于上述电压检测电路(5)检测一个上述转换器(20)的功率整流器单元(1)的输入电压。

6.根据权利要求1的电路，其特征在于上述电压测电路(5)检测一个上述转换器(20)的功率转换器单元(3)的输出电压。

7.根据权利要求1的电路，其特征在于一组电源故障输出频率判别电路(16)，它们中的每一个有一个不同的电源故障专用减速方式，按照上述转换器的负载条件分别提供用作选择。

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