CN103384138B - 计算、控制组件温度的方法及驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计算、控制组件温度的方法及驱动装置。该组件是驱动装置的一部分，该驱动装置为通过导电元件驱动电机。该方法包括：确定该导电元件的属性值；基于所述导电元件已确定的属性值配置可计算组件温度的模型；使用该模型来计算组件温度；如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布控制命令来控制该驱动装置的运行情况，以改变组件温度，使其满足预定的温度条件。

Description

计算、控制组件温度的方法及驱动装置
技术领域
本发明涉及电气模型，尤其涉及其在通过电缆驱动电动机的驱动装置中的应用，具体为一种控制组件温度的方法，一种计算组件温度的方法，一种用于控制驱动装置运行情况的方法，一种用于计算驱动装置组件的开关损耗的方法，一种使驱动装置做好运行准备的方法，一种校准驱动装置运行情况的方法，一种被配置控制组件温度的驱动装置，以及一种驱动装置。
背景技术
通过导电电缆控制电动机的驱动器（也被称为“驱动装置”）通常都具有其自身的额定功率，从而可以为驱动器设置最大允许功率。在特定条件下所设定的驱动装置额定功率可以确保驱动装置内变流器的温度不会超过预定值。这样是为了确保驱动装置的运行保持在安全状况下。使用具有相当长度的电力电缆的效果是其具有输电线路的各种特性。众所周知，端接不良的输电线路会导致电流反射。与驱动装置一起使用的屏蔽电力电缆具有固有电容。当驱动装置输出了一个电流，并且该电流通过了电缆时，部分电流会被用于为电缆充电，而不是到达所要求的目的地，如电动机。一般情况下，在驱动装置内的各个组件所发现的反射电缆充电电流及其对于该类组件功率损失的影响会随着电缆长度的改变而有所改变。
如果利用屏蔽电缆将驱动装置连接到电动机上，则在切换过程中电缆充电电流会被填加到输出电流中。随着电缆长度的增加，反射充电电流到达驱动装置所需要的时间也会增加。在切换过程完成之后出现反射情况时，电缆长度对于开关损耗的影响达到最高水平。在每一个切换边缘，电容都会吸收电荷，并随后在下降沿释放。这种情况会导致出现必须由变流器输出予以支持的电容性高频电流。充电电流会随着切换频率的提高而增加。这是一项特别在小型驱动装置中会产生的问题，因为同驱动装置的额定电流相比，电缆充电电流可能更加显著。如果过量，则电缆充电电流可以导致驱动装置跳闸，从而使变流器失效。因此，根据惯例，为驱动装置设定的额定功率具有相当的限制性，以避免出现跳闸或产生不安全的运行状况。
按照惯例，驱动装置的额定功率应当基于具有预定长度的电缆进行计算。每一个驱动装置同样具有最大电缆额定长度；如果将驱动装置用于长于额定长度的电缆，则有可能产生不安全的状况。应当依照预先确定的最大允许电缆长度设定驱动装置的额定功率，这样就可以确保在使用该长度电缆或较短电缆的情况下不会产生不安全的状况。尤其重要的是，驱动装置内的变流器温度不会超过预定值。
本发明的发明人已经认识到，利用上述传统的额定功率系统，当所使用的电动机电缆的特性不同于用于确定驱动装置额定值的电缆的特性时，预定的额定功率（以及驱动装置的其他额定值）具有过度的限制性。如果使用的电缆长度小于最大电缆额定长度，就会出现这种情况。
发明内容
一方面，本发明提供了一种控制组件温度的方法，所述组件是驱动装置的一部分，所述驱动装置通过导电元件驱动电机。该方法包括：确定所述导电元件的属性值；基于所述导电元件的属性值来配置模型；使用所述模型来计算组件温度；如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布控制命令来控制所述驱动装置的运行情况，以改变组件温度，使其满足预定的温度条件。
上述配置模型包括从多个不同的与所述导电元件的属性值相关的模型中选择模型。
上述配置模型包括提供所述导电元件的已确定属性值，并将该属性值作为所述模型的输入参数。
上述预定的温度条件设有一个温度范围。
上述温度范围包含所述组件预定的安全运行温度范围。
当计算出的上述组件温度超过预定阈值时，便不满足预定的温度条件；而当计算出的组件温度低于预定阈值时，便满足预定的温度条件。
通过用户输入值来确定上述属性值。
上述属性是所述导电元件的电容。
上述属性是所述导电元件的长度。
上述导电元件的确定长度是零。
上述模型使用一个或多个输入参数来计算组件温度。
直流电压的测量值是一个或多个上述输入参数中的其中之一。
电流测量值是一个或多个上述输入参数中的其中之一。
温度测量值是一个或多个上述输入参数中的其中之一。
开关频率是一个或多个上述输入参数中的其中之一。
功率因数是一个或多个上述输入参数中的其中之一。
上述模型包含数据，所述数据可以是被一个或多个输入参数影响。
上述输入参数会在驱动装置使用期间被更新，且所述模型计算所述组件更新后的温度。
上述更新为实时更新。
上述模型会计算组件温度与基准温度之间的温差。
上述模型会将温差添加到基准温度，以计算出组件温度。
上述模型可计算组件的开关损耗。
上述模型可计算组件的功率损耗。
上述功率损耗为所述部件的传导损耗和开关损耗之和。
上述模型会收所述到驱动装置的外部壳体的温度测量值并将其作为输入参数，并计算所述组件与所述外部壳体之间的温差。
上述模型会将温差添加到外部温度，以计算出组件温度。
上述组件是驱动装置变频器中的晶体管，或与晶体管相关的二极管。
上述驱动装置可通过使用脉宽调制，并发布控制驱动装置运行情况的控制命令，包括发布控制命令以改变脉宽调制信号。
上述电机是电动机。
上述导电元件是电缆。
第二方面，本发明提供了一种计算组件温度的方法，该组件是驱动装置的一部分，所述驱动装置通过电缆驱动电机。所述方法包括：确定所述电缆的属性；基于所述电缆已确定的属性来配置模型；使用所述模型来计算组件温度。
第三方面，本发明提供了一种用于控制驱动装置运行情况的方法，所述驱动装置可被连接到电缆上。所述方法包括：获得所述电缆的属性；使用所述属性来确定驱动装置的运行限制条件；配置驱动装置，在连接到电缆的情况下在限制条件范围内运行。
上述运行限制条件包含将所述驱动装置组件温度控制在阈值以下。
第四方面，本发明提供了一种用于计算驱动装置组件的开关损耗的方法，所述驱动装置通过电缆驱动电机。所述方法包括：确定所述电缆的属性；配置一个可计算组件的开关损耗的模型，可根据所述电缆已确定的属性来配置所述模型；实施所述模型。
第五方面，本发明提供了一种使驱动装置做好运行准备的方法，所述驱动装置包含一个组件，且所述驱动装置可连接至导电元件。所述方法包括：
测量一个或多个输入参数变化对组件温度的影响，其中一个或多个参数中的至少一个参数为导电元件的属性；根据测量结果制定一个模型，所述模型使用一个或多个输入参数来计算组件温度；配置驱动装置以运行所述模型；对所述驱动装置进行如下配置：如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布命令来控制所述驱动装置的运行情况，以改变所述组件的温度，使所述组件的温度满足预定的温度条件。
上述导电元件的属性为所述导电元件的长度。
第六方面，本发明提供了一种校准驱动装置运行情况的方法，所述驱动装置可连接到电缆上。所述校准方法包括：
提供与电缆的属性相对应的输入值，所述驱动装置可连接至所述电缆；
至少提供一项规则，以便根据输入值计算所述驱动装置的运行阈值；
根据所述规则和输入值计算运行阈值；
保存可表示输入值与计算出的运行阈值之间关系的数据，其中可访问所述数据以根据电缆的属性确定所述驱动装置的运行阈值，所述驱动装置在运行期间可连接或准备连接至所述电缆。
第七方面，本发明提供了一种被配置控制组件温度的驱动装置，所述组件是所述驱动装置的一部分，所述驱动装置被配置为可通过导电元件来驱动电动机，所述驱动装置被配置为：
确定所述导电元件的属性值；
基于所述导电元件已确定的属性值配置一个可计算组件温度的模型；
使用所述模型来计算组件温度；
如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布命令来控制所述驱动装置的运行状况，以改变所述组件的温度，使其满足预定的温度条件。
第八方面，本发明提供了一种驱动装置，所述驱动装置被配置为通过导电元件来驱动电动机，所述驱动装置包括根据上述任一所述的被配置为执行某一方法的驱动装置。本发明通过使用模型可以快速地计算，从而能够实现对相关参数的实时计算。所需要的少量参数减少了计算资源的负担。
附图说明
根据附图，并进一步举例说明本发明的各个实施例，其中：
附图1属于驱动系统的图解说明；
附图2是驱动系统的另一图解说明；
附图3显示了热模型的运行状况；以及附图4a和4b分别为电流(a)和温度(b)的测量和曲线匹配绝缘栅双极晶体管切换能量比较图表。
概述
综上所述，本发明提供了供变流器驱动装置（或与变流器驱动装置系统）使用的，计算和限制变流器温度的系统。该系统考虑到在给定时间实际连接到驱动装置上的电缆性质（例如电缆长度），并相应地改变了其计算情况，从而不会过度限制驱动装置的性能。因此，驱动装置的额定功率（以及其他额定值）可以根据所使用的实际电动机电缆的性质不同而改变，而不是根据具有特定性质的单一（假定）电缆而固定不变，例如固定的长度等。该系统考虑了电缆性质的变化性，以便对驱动装置在实际运行条件下的使用情况进行优化，例如在使用了相对较短的电缆时。这样就可以在给定的电缆条件下对驱动装置的额定值进行优化，从而实现了驱动装置可用输出电流的最大化，并确保驱动装置受到完全的保护，保持了安全性。
可以使用开关损耗模型和/或传导损耗模型分别计算出驱动装置的切换功率损耗和/或传导功率损耗。所计算出的损耗或两种损耗可以用于确定驱动装置某一组件的运行温度。应当使用充足的输入参数，以确保计算具有足够的准确性。
具体实施方式
如图1和图2所示，驱动装置2包含了整流器4、直流链路滤波器6和变流器8。驱动装置2可以接收到电力电缆10所发出的交流输入电压，并产生可以沿着电动机电缆12输送的交流输出电压。电动机电缆12的另一端连接到电动机14上。因此，驱动装置2能够控制电动机14。
整流器4包含了多个二极管15。它可以收到电力电缆10所发出的交流输入电压。该输入电压为三相电压，具有固定的峰值电压和频率。滤波器6包含了电感器16和电容器18，能够对整流器4的输出进行滤波。整流器4和滤波器6一起可以将交流输入电压转换为直流电压。然后，该直流电压被变流器8接收。变流器8包含了多个绝缘栅双极晶体管（IGBT）17，每一个绝缘栅双极晶体管都具有一个相关的反平行续流二极管，该续流二极管能够在绝缘栅双极晶体管17关断时对电感输出电流进行传导。变流器8能够将其收到的直流电压转换为三相交流输出电压，该交流输出电压具有可变峰值电压和可变频率。该交流输出电压通过电动机电缆12进行输送，以控制电动机14。通过脉宽调制可以实现电压和频率的可变性，包括对变流器内的绝缘栅双极晶体管17进行快速的接通和关断。
对电力电缆10和电动机电缆12进行屏蔽和绝缘。每一条电缆都具有同其长度成比例的电容。电动机电缆12和电力电缆10分别具有连接到地面20的屏蔽装置。因此，电动机电缆12内的充电电流能够通过电力电缆10的接地线并经过驱动装置2的整流器4和滤波器6返回到变流器8中。同样还可能存在电动机电缆12中的高频率电流返回到驱动装置2的其他路径。
如图3所示，为了防止变流器8超过温度阈值，我们创建了一个热模型，可以根据一组相关的输入参数计算变流器8的温度。在驱动装置的开发过程中创建了该热模型，然后将其保存，并在驱动装置的运行过程中予以使用，以提供有关驱动装置的动态、准确额定值。开发热模型的过程可以分为两个阶段：测量阶段和建模阶段。在测量阶段，在各种运行条件下测量了变流器8其中一个绝缘栅双极晶体管17及其相关二极管19的切换功率损耗，在下文将进一步对其进行描述。然后，利用测量的结果在建模阶段创建了功率损耗模型。
在测量阶段（也可以被视为数据采集阶段），所测得的参数包括绝缘栅双极晶体管17的接通能量（简称为Eon），绝缘栅双极晶体管17的关断能量（简称为Eoff）和二极管19的逆向恢复损失（简称为Erec）。在驱动装置的开发过程中根据各种具体运行条件，对上述三种能量损失进行了测量。会发生变化的运行条件包括绝缘栅双极晶体管17或二极管19的温度、电流、电压和电缆长度。利用电感双脉冲测试电路测量了各种切换能量，这种技术可以确定功率半导体元件的特性。
Eon、Eoff和Erec的值为绝缘栅双极晶体管17或二极管19进行一次切换时所发生的能量损耗。正如本领域技术人员所知，可以用每秒钟所发生的转换次数（即转换频率）乘以该数值，从而将其转换为功率损失。
热模型开发过程的建模阶段包括根据所获得的测量结果进行计算，并利用该类计算结果确立将被用于定义模型的功能性关系。对于绝缘栅双极晶体管17和二极管19的损耗进行实时计算。该项计算分为两个部分：即开关损耗和传导损耗。开关损耗是为了产生可变电压和频率输出而进行装置切换所产生的损耗。传导损失是在上述切换之间进行输出电流的传导所产生的损耗。通过使用插值法，可以通过在全部测量参数范围内提取的测量值直接估计该类损耗。但是，这样会产生大量的输入数据。根据本发明中的披露，减少了处理功率和存储空间的数量。
为了计算功率损失，用具有12项系数的多项式表示所测得的开关损耗和通态电压。利用一系列的多项式可以估算变流器中绝缘栅双极晶体管17和二极管19的损耗参数，然后用该类参数估算变流器内的总功率损耗。
在下文中说明了计算绝缘栅双极晶体管导通能量（Eon）系数的各个步骤。可以用类似的方法计算其他切换和传导损耗参数的系数。为了简洁，不再重复进行详细说明。
在热模型中所使用的损耗模型分三个阶段开发。在每一个阶段，都有额外的从属因素被整合到了模型中，如工作电流（IC）（变流器8的输出电流）、变流器8中绝缘栅双极晶体管17（依赖于切换能量Eon和Eoff）的或二极管19（依赖于切换能量Erec）的温度（Tj）、以及经过整流的直流链路电压（VD））（使用绝缘栅双极晶体管17的温度，以产生Eon和Eoff的模型；并使用二极管19的温度，以产生Erec的模型。）
在下文中说明了以变流器模块为例，其Eon在各个阶段进行的计算；但是可以认识到，也可以将该类计算应用到其他变流器中。该类计算以额定电流为75安培、最高工作温度为150°C和最高直流链路电压为800伏的变流器模型为基础。
在第一阶段，二级多项式为：
Eon(IC)＝k1·IC 2+k2·IC+k3[mJ] (1.1)
即根据整个电流工作范围（IC=0安培至75安培）以及温度和电压范围测量的接通能量Eon拟合的曲线（利用最小二乘法）；对于本实例而言，即为以下温度和电压：
·装置的温度为25°C和150°C
·直流链路电压为600伏。
如图4a和图4b所示，对所测得的切换能量和由（a）电流和（b）温度曲线拟合的切换能量进行的比较显示，对于所选定的运行条件，二级多项式充分逼近所测得切换能量。
在等式1.1中的各项系数仅可以用于估算选定运行条件下的切换能量，即具有固定温度和电压的条件。其他各级能够确保开发出更加综合性的功率损失模型，现在对此进行说明。
功率损耗模型开发的第二级是整合装置温度的性能（即绝缘栅双极晶体管17或二极管19的温度中，开发了损失模型以对其温度进行估算）。为了实现这一点，在等式1.1中的每一项系数自身都由一个二级多项式表示：
k1＝k11·Tj 2+k12·Tj+k13[mJ/A2] (1.2)
k2＝k21·Tj 2+k22·Tj+k23[mJ/A] (1.3)
k3＝k31·Tj 2+k32·Tj+k33[mJ] (1.4)
将上面所显示的三个等式代入到等式1.1中，可以计算出该类系数。然后将所得出的等式同根据装置最高工作温度（Tj=25°C至150°C）测得的切换能量以及该级的各种电流和电压进行曲线拟合。在本实例中为以下电流和电压：
·装置电流为5安培和75安培
·直流链路电压为600伏。
为了保持在第1级中所开发的模型特性，计算出了各种系数，以确保在装置温度25°C或150°C的情况下运行时，所计算出的数值k1、k2和k3与等式1.1所计算的系数相同。
多项表达式提供了在确定运行条件下切换能量的充分逼近。通过使用在该级计算出的系数，可以估算出任何电流或温度下的切换能量。
本项开发的第三级即最后级为整合直流链路电压的效应。对由于电压变化而产生的切换能量变化则用以下公式建模：
kV＝kV1·VDC 2+kV2·VDC+kV3 (1.5)
将本公式同第2级中所确定的公式结合起来，就可以计算在任何电流、温度或电压条件下的切换能量：
Eon(IC,Tj,VDC)＝Eon(IC,Tj)·kV＝(k1·IC 2+k2·IC+k3)·kV[mJ](1.6)
利用曲线拟合等式1.6（利用等式1.2至1.4所计算的系数）与根据全部直流链路电压（VDC=500伏至800伏）以及各种电流和温度所测得的切换能量可计算出该系数；在本实例中，即为下列电流和温度：
·装置电流为5安培和75安培；
·装置温度为150°C。
由于该项曲线拟合，创建了有关驱动装置的功率损失模型。在驱动装置的运行过程中，可以保存和使用该模型。
在本部分中所开发的功率损失模型（等式1.6）确保能够在任何电流、温度或电压条件下对绝缘栅双极晶体管的接通能量进行估算。该表达式仅需要12个系数。为了显示切换能量的性能，使用了完整的功率损失模型估算整个工作电流和温度范围内的接通能量。根据论述，在本部分中所说明的方法也可以用于计算其他损耗参数的系数。损耗参数包括：
·绝缘栅双极晶体管接通能量损失（Eon）；
·绝缘栅双极晶体管关断能量损失（Eoff）；
·二极管关断能量损失（Erec）；
·绝缘栅双极晶体管通态（正向）电压（VCE），以及
·二极管通态（正向）电压（VF）。
为每一个参数都建立了功率损失模型。
总的说来，通过测量各种运行条件下有关变流器运行的不同参数创建了功率损失模型，即根据各种电压、温度和电流。该类测量用于产生每一种条件组合情况下的Eon图。该模型用于计算所测得的参数，并且不需要保存各个点上的所有测量值。该类与绝缘栅双极晶体管17的切换频率（即每秒钟发生的切换次数，使驱动装置2能够对其自身进行设定）相关的参数，被用作计算开关损耗的输入参数。
一般情况下，绝缘栅双极晶体管17的接通功率损耗主要受电缆充电电流的影响。Eon会随着电缆长度的增加而提高。
只要进行了测量并且计算出了功率损耗模型的参数，就可以将模型用于驱动装置2。可以用功率损耗模型计算出驱动装置所测得的实时运行条件下装置（如绝缘栅双极晶体管17或二极管19）的总功率损耗，并将其输入到模型中。装置所产生的总功率损耗可以同已知的热阻抗和测得的壳体温度（如变流器8模块的壳体温度）一起用于计算变流器装置的绝对温度，并通过确保其温度不会超过一定的阈值对驱动装置2进行保护。如果温度超过了最高阈值，驱动装置就会采取适当的措施，以防止变流器受到损坏。该类措施包括限制对功率损耗具有影响的运行参数、或关断变流器。
利用给定长度的电缆可以进行上文所述的模型创建过程。在创建了该模型之后，可以用相同的方式创建第二个模型，但是要采用长度不同的电缆。根据不同的电缆长度和特性，可以创建任何数量的开关损耗模型（以及其他类型的模型）。这样从本质上可以对驱动装置2进行校准，使其能够同所连接的各种电缆（具有不同长度和特性）进行准确安全的运行。在运行时，如果连接到了具有特定长度的电缆上，则驱动装置会使用在瞬时运行条件下的适当模型。
在运行时，电缆12的长度和/或其他特性可以同驱动装置2的一系列运行条件相匹配。例如，用户可以输入同电缆12的长度相对应的数据。或者，可以针对给定的驱动装置和电缆组确定实际容许运行条件。由于考虑到了电缆长度，因此可以准确的确定变流器8的计算温度。
如图3所示，为用于计算变流器8温度的热模型21。用加法器28将开关损耗计算22和24同传导损耗计算26组合在一起。这些计算是针对变流器8中的特定装置所进行的各种计算。开关损耗计算22涉及从多个同类模型中选择一个开关损耗模型。在本实施例中，有三个模型，即模型A30、模型B32和模型C34。应当根据电动机电缆特性36选择特定模型。在该实施例中，该特性即为电缆的长度。一旦选定了模型，就可以将输入参数38引入到模型中，并根据上文说明进行开关损耗计算24。在本实施例中，输入参数为直流链路电压、电流、温度和切换频率。在本实施例中，传导损耗计算26接收的输入参数40为调制深度、电流和温度。传导损耗计算26同样应当根据上文说明而进行。
只要利用加法器28将计算出的开关损耗24和计算出的传导损耗26组合在一起，就可以计算出装置（绝缘栅双极晶体管17或二极管19）的总功率损耗，并将其提供给乘法器44，然后用总功率损耗（单位：瓦）乘以接合点与变流器8模块壳体之间的热阻抗（单位：K/W），以计算出温度差46。（“接合点”是必须保持在规定温度之下的半导体组成部分。）所计算出的温度差46为装置与壳体之间的温度差（即温度增加量）。测量壳体48的温度，并将其用作参考值，利用加法器50将其加到所计算出的温度差46上，以计算出装置的温度52。然后，将该温度值提供给变流器保护计算程序54，以确保绝缘栅双极晶体管17的温度不会超过预定的阈值，该阈值即为装置的最高工作温度。在超过温度阈值时，通过关断变流器8即可实现这一要求。
如果使用了长度较短的电缆，则实际功率损耗较低，因此装置的温度也比较低。这样就可以提高输出电流、切换频率或电压，而装置的温度则仍然保持在阈值以下。
综上所述的具体实施例仅为范例，并不以此来限制发明的披露范围。对本发明所说明的实施例的修改（目前说明了其中一些修改）或者组合都被视为在本发明的披露范围之内。
在某些实施例中，没有创建多个单一模型（每一个模型都对应电动机电缆12的不同长度），而是创建了一个单一的模型，其中电缆的长度作为输入参数以与上文所述的其他输入参数类似的方式提供给模型。因此，模型同电缆的长度具有持续性的关系，确保电缆长度的微小变化也会导致不同的模型输出，从而确保模型非常适合于在任何给定时间同驱动装置一起使用的特殊电缆。
在某些实施例中，使用了上文所提及的不同的输入参数和/或输入参数子集。在某些实施例中，通过假设一项或多项参数为常数而获得了上述损耗模型的近似值。在某些实施例中，忽略了温度的影响，并且假定温度为最大值。在某些实施例中，将功率因素视为传导损耗计算中的常数。
在某些实施例中，模型所考虑的电缆性质是除电缆长度以外的某种性质，例如电缆的电容等。在某些实施例中，模型可以接收用户输入的所使用电缆类型，并且该模型可以检索有关该类型电缆的信息（例如通过数据库或互联网），并相应的改变模型。
在上述某些实施例中，使用了绝缘栅双极晶体管（IGBT）。在某些实施例中，另一种类型的晶体管或其他切换装置也可一起使用或作为替代。
在某些实施例中，没有使用传感损耗模型，因此只使用了开关损耗模型。在某些实施例中，没有使用开关损耗模型，因此只使用了传感损耗模型。
在上述某些实施例中，传感损耗模型并没有将任何电缆特性用作输入参数，因为电缆特性对于传感损耗模型的影响通常并不显著。
在某些实施例中，传感损耗模型并没有以与开关损耗模型类似的方式使用电缆特性。
在某些实施例中，在测量阶段仅测量了绝缘栅双极晶体管接通能量（称为Eon）、绝缘栅双极晶体管关断能量（称为Eoff）、以及二极管逆向恢复损耗（称为Erec）这一子集，并在随后将其用于建模阶段。
在某些实施例中，将上述披露应用于温度以外的参数中，即模型计算出组件的另一个参数，并使用该参数相应地控制装置。
尽管在上文有关模型开发部分中使用了具体的数值和范围，该类数值和范围只具有说明性，并不作为任何限制。也可以使用其他数值和范围。
可以用驱动装置控制各种应用中的各种不同类型的电动机，包括但不限于电梯、传送机、起重机、风机和泵。

Claims (38)

1.一种控制组件温度的方法，所述组件是驱动装置的一部分，所述驱动装置通过导电元件驱动电机，其特征在于，该方法包括：
确定所述导电元件的属性值；
基于所述导电元件的属性值来配置模型；
使用所述模型来计算组件温度；
如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布控制命令来控制所述驱动装置的运行情况，以改变组件温度，使其满足预定的温度条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配置模型包括从多个不同的与所述导电元件的属性值相关的模型中选择模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配置模型包括提供所述导电元件的已确定属性值，并将该属性值作为所述模型的输入参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定的温度条件设有一个温度范围。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述温度范围包含所述组件预定的安全运行温度范围。
6.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，当计算出的组件温度超过预定阈值时，便不满足预定的温度条件；而当计算出的组件温度低于预定阈值时，便满足预定的温度条件。
7.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，通过用户输入值来确定所述属性值。
8.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述属性是所述导电元件的电容。
9.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述属性是所述导电元件的长度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导电元件的确定长度是零。
11.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述模型使用一个或多个输入参数来计算组件温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，直流电压的测量值是一个或多个所述输入参数中的其中之一。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，电流测量值是一个或多个所述输入参数中的其中之一。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，温度测量值是一个或多个所述输入参数中的其中之一。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，开关频率是一个或多个所述输入参数中的其中之一。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，功率因数是一个或多个所述输入参数中的其中之一。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述模型包含数据，所述数据是被一个或多个输入参数影响。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述输入参数会在驱动装置使用期间被更新，且所述模型计算所述组件更新后的温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述更新为实时更新。
20.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述模型会计算组件温度与基准温度之间的温差。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述模型会将温差添加到基准温度，以计算出组件温度。
22.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述模型可计算组件的开关损耗。
23.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述模型可计算组件的功率损耗。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述功率损耗为所述组件的传导损耗和开关损耗之和。
25.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述模型会收到所述驱动装置的外部壳体的温度测量值并将其作为输入参数，并计算所述组件与所述外部壳体之间的温差。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述模型会将温差添加到外部温度，以计算出组件温度。
27.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述组件是驱动装置变频器中的晶体管，或与晶体管相关的二极管。
28.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述驱动装置可通过使用脉宽调制，并发布控制驱动装置运行情况的控制命令，包括发布控制命令以改变脉宽调制信号。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述电机是电动机。
30.根据权利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，所述导电元件是电缆。
31.一种计算组件温度的方法，该组件是驱动装置的一部分，所述驱动装置通过电缆驱动电机；所述方法包括：
确定所述电缆的属性；
基于所述电缆已确定的属性来配置模型；
使用所述模型来计算组件温度。
32.一种用于控制驱动装置运行情况的方法，所述驱动装置可被连接到电缆上；所述方法包括：
获得所述电缆的属性；
使用所述属性来确定驱动装置的运行限制条件；
配置驱动装置，在连接到电缆的情况下在限制条件范围内运行，
其中，所述运行限制条件包含将所述驱动装置组件温度控制在阈值以下。
33.一种用于计算驱动装置组件的开关损耗的方法，所述驱动装置通过电缆驱动电机；所述方法包括：
确定所述电缆的属性；
配置一个可计算组件的开关损耗的模型，可根据所述电缆已确定的属性来配置所述模型；
实施所述模型。
34.一种使驱动装置做好运行准备的方法，所述驱动装置包含一个组件，且所述驱动装置可连接至导电元件；所述方法包括：
测量一个或多个输入参数变化对组件温度的影响，其中一个或多个参数中的至少一个参数为导电元件的属性；
根据测量结果制定一个模型，所述模型使用一个或多个输入参数来计算组件温度；
配置驱动装置以运行所述模型；
对所述驱动装置进行如下配置：如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布命令来控制所述驱动装置的运行情况，以改变所述组件的温度，使所述组件的温度满足预定的温度条件。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述导电元件的属性为所述导电元件的长度。
36.一种校准驱动装置运行情况的方法，所述驱动装置可连接到电缆上；所述校准方法包括：
提供与电缆的属性相对应的输入值，所述驱动装置可连接至所述电缆；
至少提供一项规则，以便根据输入值计算所述驱动装置的运行阈值；
根据所述规则和输入值计算运行阈值；
保存可表示输入值与计算出的运行阈值之间关系的数据，其中可访问所述数据以根据电缆的属性确定所述驱动装置的运行阈值，所述驱动装置在运行期间可连接或准备连接至所述电缆。
37.一种被配置控制组件温度的驱动装置，所述组件是所述驱动装置的一部分，所述驱动装置被配置为可通过导电元件来驱动电动机，所述驱动装置被配置为：
确定所述导电元件的属性值；
基于所述导电元件已确定的属性值配置一个可计算组件温度的模型；
使用所述模型来计算组件温度；
如果计算出的组件温度不满足预定的温度条件，则发布命令来控制所述驱动装置的运行状况，以改变所述组件的温度，使其满足预定的温度条件。
38.一种驱动装置，所述驱动装置被配置为通过导电元件来驱动电动机，并且所述驱动装置被配置为执行根据权利要求1-33的任一所述的方法。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201207915D0 (en) * 2012-05-04 2012-06-20 Control Tech Ltd Thermal model
JP6072290B2 (ja) * 2013-11-07 2017-02-01 三菱電機株式会社 車両用インバータの保護装置
US10033272B2 (en) * 2015-03-12 2018-07-24 Qualcomm Incorporated Switching loss correction circuitry and method
CN106197721B (zh) * 2015-04-29 2019-03-29 比亚迪股份有限公司 晶圆温度检测以及igbt模块温度检测处理的方法和装置
CN107167666B (zh) * 2017-06-21 2019-08-09 合肥工业大学 功率器件损耗测试方法
EP3505752A1 (en) * 2017-12-22 2019-07-03 Vestas Wind Systems A/S Method of controlling a wind turbine generator
CN111727537A (zh) * 2017-12-22 2020-09-29 维斯塔斯风力系统集团公司 控制风力涡轮发电机的方法
JP7006628B2 (ja) * 2019-01-24 2022-01-24 株式会社デンソー モータ制御装置
JP7385538B2 (ja) * 2020-07-31 2023-11-22 株式会社安川電機 電力変換装置、温度推定方法及びプログラム
US11699916B2 (en) 2021-11-12 2023-07-11 Bae Systems Controls Inc. Method for charging a battery using a thermal model for an electrical device connected to the battery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1837987A1 (fr) * 2006-03-23 2007-09-26 Schneider Toshiba Inverter Europe SAS Procédé d'identification des paramètres d'un câble moteur
WO2010114995A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Nextronex Energy Systems, Llc A grid tie solar system and a method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10191688A (ja) * 1996-12-25 1998-07-21 Hitachi Ltd 電動機システム
US6112808A (en) * 1997-09-19 2000-09-05 Isted; Robert Edward Method and apparatus for subterranean thermal conditioning
US5912813A (en) * 1997-10-01 1999-06-15 Allen-Bradley Company, Llc Method and apparatus for controlling reflected voltage using a motor controller
US6496916B1 (en) * 1998-04-17 2002-12-17 Agere Systems Inc. System for flexible memory paging in partitioning memory
US6573733B2 (en) * 2001-02-08 2003-06-03 Fluke Corporation Capacitance measuring technique for estimating cable length
SE0100974D0 (sv) * 2001-03-20 2001-03-20 Abb Ab Termisk optimeringsmetod
EP1278284B1 (en) * 2001-07-16 2004-12-29 Axa Power A/S Cable voltage drop compensation in an electric power supply system
JP4479990B2 (ja) * 2003-10-10 2010-06-09 学校法人慶應義塾 電力変換器及び電力変換器を用いたシステム
US8830021B2 (en) * 2004-06-17 2014-09-09 Ctm Magnetics, Inc. High voltage inductor filter apparatus and method of use thereof
JP2006280193A (ja) * 2005-03-03 2006-10-12 Toyota Motor Corp 駆動回路の異常判定装置およびこれを備える駆動装置並びに駆動回路の異常判定方法
DE102006013052B4 (de) * 2006-03-22 2015-05-21 Volkswagen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Begrenzung des Wicklungsstroms einer Generator-Elektromotor-Kombination
FI118875B (fi) * 2006-09-26 2008-04-15 Vacon Oyj Invertterien rinnankytkentä
US8148929B2 (en) * 2008-09-30 2012-04-03 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power electronic module IGBT protection method and system
GB201207915D0 (en) * 2012-05-04 2012-06-20 Control Tech Ltd Thermal model
FR3002646B1 (fr) * 2013-02-22 2015-04-17 Technofan Capteur electronique de temperature pour mesurer la temperature de jonction d'un interrupteur electronique de puissance en fonctionnement et procede de mesure de la temperature de la jonction par ce capteur electronique

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1837987A1 (fr) * 2006-03-23 2007-09-26 Schneider Toshiba Inverter Europe SAS Procédé d'identification des paramètres d'un câble moteur
WO2010114995A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Nextronex Energy Systems, Llc A grid tie solar system and a method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Remote and Sensorless Thermal Protection Scheme for Small Line-Connected AC Machines;Sang-Bin Lee等;《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》;20031231;1323-1332 *

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