CN105763122A - 转换器装置和用于运行转换器装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转换器装置和用于运行转换器装置的方法，转换器装置包括基础模块和信号电子装置，基础模块包括功率电子装置和控制电子装置。所述基础模块具有电气机械接口，以使信号电子装置与基础模块形锁合地和/或力锁合地连接，使得通过该接口能以电的方式传输转速和/或转矩的理论值。功率电子装置具有整流器，整流器由供电网被输送以交流电压，且由整流器产生的直流电压被输送到一电容器，电容器为功率电子装置的输出级馈电，输出级具有设置在半桥中的功率半导体开关且输出级通过电机相导线为电机馈电，从而通过检测附属于每个电机相导线的电机相电流，形成电机电流空间矢量，电机电流空间矢量的时间变化用于确定转速和/或转矩的实际值。

Description

转换器装置和用于运行转换器装置的方法

本申请是申请日为2012年3月7日、名称为“转换器装置，用于制造转换器装置的方法和用于运行转换器装置的方法”的发明专利申请No.201280015265.8的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种转换器装置/转换器组件和一种用于运行转换器装置的方法。

背景技术

由EP0994559A2已知了一种模块化构造的转换器，其中功率部件配有可安放的控制头和可嵌入其中的手动操纵仪。

发明内容

因此本发明的目的是，实现一种用于制造转换器装置的低成本的方法，其中根据应用情况需要根据极为不同的功能性。

关于转换器装置本发明的重要特征是：基础模块包括功率电子装置和控制电子装置，其中所述基础模块具有壳体——尤其是为功率电子装置和控制电子装置至少部分地形成壳体的壳体部件，其中所述基础模块具有电气和机械接口，通过所述接口使信号电子装置与基础模块形锁合地和/或力锁合地连接用以形成转换器装置，其中所述信号电子装置具有壳体，尤其是由此在连接后信号电子装置的壳体与基础模块的壳体共同形成转换器装置的壳体，其中通过接口能以电的方式传输转速和/或转矩的理论值，其中所述信号电子装置具有用于接收、确定和/或输入理论值的单元。

在此有利的是，转换器装置和标准组件为了实现其制造而设计具有基础模块，该基础模块是功能受限制的转换器，即只调节到转矩或转速的理论值。在此能省去输入单元或显示单元。因此根据转换器在规定的设备中的应用需求使相应的信号电子装置模块能与基础模块连接，由此提供所期望的功能，尤其用于操作者的输入和显示可能性和/或要被连接的装置的所期望类型的数据接口。

在一个有利的设计方案中，所述信号电子装置具有调节单元，该调节单元由参数——尤其是位置的——理论值与实际值之间的偏差确定调整值，该调整值被作为转速的理论值或者转矩的理论值通过接口传输到控制电子装置，和/或所述信号电子装置包括位置控制器，该位置控制器确定调整值作为调整参数，该调整值被作为转速的理论值或者转矩的理论值通过接口传输到控制电子装置。在此有利的是，在信号电子装置中能实现上一级的调节，由此由这个调节单元确定的调整值能传输到控制电子装置。在此，这种上一级的调节能根据应用情况选择。

在一个有利的设计方案中，所述控制电子装置具有调节单元，该调节单元由被信号电子装置输送的理论值与实际值之间的偏差确定电机电压的调整值，并且产生相应的脉宽调制的用于功率电子装置的功率半导体的控制信号，该控制信号能相应地被控制用以产生待提供的电机电压。在此有利的是，能够实现电机的简单且快速的调节。

所述基础模块——尤其是所述控制电子装置——具有转速调节器和/或转矩调节器，所述信号电子装置具有位置调节器，尤其所述位置调节器的输出是转速理论值或转矩理论值，其通过机械接口被传输到基础模块中——尤其控制电子装置中——的相应的调节器中并且被预先给定。

在一个有利的设计方案中，一个或每个调节单元具有线性的调节器——尤其是具有或不具有预控制的PI调节器。在此有利的是，能够实现快速有效的、高效的、计算投入低的调节。

在一个有利的设计方案中，所述信号电子装置具有：用于输入和/或显示参数的单元——尤其是触敏的屏幕；和/或用于电导线——尤其是信号导线或功率电缆导线——的连接装置。在此有利的是，能够使用符合应用情况的信号电子装置。

在一个有利的设计方案中，所述信号电子装置具有现场总线接口。在此有利的是，所述接口根据应用情况设计。

所述电气机械接口设计为插接连接接口，尤其其中所述基础模块具有插接连接器部件并且所述信号电子装置具有相应的对应插接连接器部件。

所述信号电子装置的壳体与所述基础模块的壳体能密封地连接，尤其也就是说在信号电子装置的壳体与基础模块的壳体之间设置密封件，其中机械的接口设置在由此被壳体密封地包围的空间区域中，尤其也就是说由壳体以形成壳体的方式包围。

在用于制造转换器装置的方法中的重要的特征是，转换器装置包括标准组件，所述标准组件具有彼此不同的基础模块和彼此不同的信号电子装置模块，其中每个基础模块与每个信号电子装置模块能通过接口以电和机械的方式连接，尤其是其中各种功率电子装置模块设计用于制造基础模块，其中在功率电子装置与控制电子装置之间设有相应的电气和机械接口，其中由基础模块和信号电子装置模块——尤其是根据应用需求——组成不同功能的转换器装置的变体。

在此有利的是，能根据各种应用情况和那里的需求组合和制造转换器装置，该转换器装置满足要求，尤其是也就是说具有适合的数据接口和/或输入-输出接口。

在用于运行转换器装置的方法中的重要的特征是，由信号电子装置通过控制电子装置的接口输送转矩或者转速的理论值，其中将电机电流的检测值和/或转子轴的角度值输送给所述控制电子装置并且由此确定转矩或者转速的实际值，该实际值由控制电子装置的调节单元调节到理论值，其方法是：将电机电压确定为调整值，这种确定尤其通过确定相应的脉宽调制的控制信号进行，该控制信号被输送给功率半导体开关，其中转矩或转速的理论值通过信号电子装置的调节单元被确定为信号电子装置的调节单元的调整参数的调整值，其中将由转换器装置供电的电机所驱动的部件的参数——尤其是位置——的理论值和实际值输送给所述信号电子装置，并且确定理论值与实际值之间的偏差，并且由此由信号电子装置的调节单元确定调整值。在此有利的是，在信号电子装置中能设置符合应用情况的上一级的调节器，其中相应地选择信号电子装置的从属的微控制器或者微处理器。由此对于控制电子装置的微控制器或者微处理器有利地不具有附加的负荷。尤其所述控制电子装置可以由其计算功率和储存器容量根据转速调节或转矩调节的需求相应地设计。信号电子装置能根据应用特有的需求——例如在位置控制器中运行程序的大的储存容量——相应地设计。

在一个有利的设计方案中，所述或每个调节单元具有线性的调节器——尤其是具有或不具有预控制的P调节器、PI调节器或者PID调节器——。在此有利的是，可以使用简单编程的调节器。

在信号电子装置与控制电子装置之间的转矩接口或转速接口中的重要的特征是，这两者分别具有计算机——尤其是微控制器或者微处理器——，其中所述控制电子装置形成具有功率电子装置的基础模块并且两个计算机作为调节单元起作用，其中所述控制电子装置的调节单元作为转矩调节器或者转速调节器起作用并且所述信号电子装置的调节单元作为上一级的调节器起作用，该上一级的调节器通过控制电子装置的调节单元的转矩接口或转速接口提供规定理论值作为调整参数。

在此有利的是，每个电子装置都能匹配于所提出的需求并且不必提供过容量。此外提高了安全性，这是因为简单的更明确的结构更加不容易发生故障。

其它优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员而言由权利要求和/或各个权利要求特征和/或说明书的特征和/或附图的特征、尤其由目的的提出和/或与由现有技术提出的目的的比较得到其它有意义的组合可能性。

附图说明

下面根据示意图详细说明本发明。

在图1中示意性地示出根据本发明的转换器。

具体实施方式

转换器具有功率电子装置1，该功率电子装置与控制电子装置2相连接。通过接口3——该接口尤其能设计为插接式连接器或包括这种插接式连接器——能够实现与能插上的信号电子装置4的数据交换。

在此，由信号电子装置4将转矩理论值或转速理论值传输给控制电子装置。

控制电子装置2具有调节单元，这个理论值被输送到调节单元。此外，调节单元产生用于功率电子装置1的功率半导体的脉宽调制的控制信号。在此，功率电子装置具有整流器，由供电网将交流电压输送到整流器。由整流器产生的直流电压被输送到电容器，由电容器为功率电子装置的输出级馈电，它具有设置在半桥中的功率半导体开关。由输出级通过电机相导线(U、V、W)为电动机——优选是三相交流电动机——馈电。借助于传感器或者设置在半桥中的并联电阻检测流到电机的电流，其中检测附属于每个电机相导线的电机相电流。也可以替代地在源于电容器的电流路径中设置并联电阻，该并联电阻根据通断状态被询问。由检测的电机相电流值形成电机电流空间矢量，并且由调节单元作为实际值向理论值调节。在此，调节路径的调整参数是由脉宽调制的控制信号产生的电机电压、即电机电压空间矢量。

在根据本发明的第一个实施例中，调节单元输送转速值作为理论值。要么由检测的电机电流空间矢量的时间变化确定转速的实际值，要么在电机上设置转速传感器，该转速传感器检测电机转子轴转速的实际值并且输送到转换器。由转速实际值与理论值的偏差由例如包括线性调节器的调节单元确定输出信号，该输出信号被用于调整电机电压。为此由输出信号确定脉宽调制的控制信号，由此调整电机电压到确定的调整值。

在根据本发明的第二个实施例中，调节单元输送转矩作为理论值。在使用检测的电机电流空间矢量条件下确定的转矩实际值被用于确定转矩实际值与转矩理论值的偏差。由该偏差由例如包括线性调节器的调节单元确定输出信号，该输出信号被用于调整电机电压。为此由输出信号确定脉宽调制的控制信号，由此调整电机电压到确定的调整值。

功率部件1连同控制电子装置2也就已经表现为转换器，通过控制电子装置2与信号电子装置4之间的接口为该转换器预先给定转速和/或转矩的理论值，然后转换器这样调整电机电压，使各实际值被调整到预先给定的理论值。功率部件1也就包括转速调节器和/或转矩调节器。

功率部件1连同控制电子装置2被这样组合成一个整体，使两个部分形成具有壳体的电气设备。

在形成的电气设备上面或里面装有信号电子装置4，尤其是其中借助于插接连接器在信号电子装置4与控制电子装置2之间建立电连接。另选地也能够实现无接触的传输——例如通过无线电波或者红外波。

信号电子装置4具有连接装置，用于连接现场总线连接器——尤其是以太网总线、CAN总线、“Devicenet”总线、“Profibus”或“Interbus”。因此数据能由其它通过现场总线连接器连接的设备——例如上一级的计算机——传输和/或传输到这样的设备。

此外，信号电子装置4在其形成壳体的外侧面上具有显示单元5、输入单元6和/或触敏的显示单元7。因此也就能输入参数——尤其是理论值——或者通过现场总线连接器接收参数并且由信号电子装置4通过接口传输到控制电子装置2。

信号电子装置4不仅具有显示单元5、输入单元6、触敏的显示单元7，而且还具有连接装置，用于连接功率导线、现场总线电缆、光导体和/或信号导线。

由于在控制电子装置2与信号电子装置4之间实现的接口能够实现模块化的结构，即，方便且快速地实现用在功能和/或输入单元和/或输出单元方面是不同的和/或不具有连接装置的另一信号电子装置4来更换信号电子装置4。相应地，也能用另一功率部件——例如更高功率的功率部件来更换功率部件，和/或代替三相供电使用单相供电，这是因为在控制电子装置2与功率电子装置1之间存在相应的接口。因此通过少量组件能制造多种不同的转换器。这些组件在此形成标准组件，由该标准组件能根据需要选择相应的组件并由此制造整个转换器装置系列的各个转换器。

因此代替或相对于信号电子装置4的现场总线接口附加地，在标准组件的各个信号电子装置4中能设置其它总线接口和/或数据接口用以实现与计算机的数据交换。

在标准组件中也就设有信号电子装置4，该信号电子装置具有连接到第一总线系统——例如CAN总线——的接口，还设有另一信号电子装置4，其具有连接到第二总线系统——例如过程现场总线——的接口。

此外也能设置具有扩展的功能的信号电子装置4，该扩展的功能例如是上一级的位置控制，其控制可利用电机进行运动的部分运动到目标位置，其方法是：它由检测到的实际位置与理论位置之间的偏差确定这样的转速值并且传输到控制电子装置2，该实际位置由检测部件的实际位置的相应的传感器系统输送，该部件被导引到目标位置。在此，信号电子装置4也就包括位置调节器，该位置调节器将实际位置调节到在各时刻所预先给定的理论位置，其中能预先给定时间上的理论位置变化曲线。

在此也能将过程控制集成到位置控制中，其中能设置用于传感器和/或致动器的输入端和输出端。

在功率电子装置的壳体上面或里面也能安装其它模块——例如通风模块——，该模块使冷却空气流沿着功率电子装置1的冷却体流动并因此改善散热。

此外能安装制动阻力模块，由此使在电机的以发电机方式的运行中产生的能量作为热量排出到外部环境。同样能安装电源滤波器作为模块，其改善对于馈电的交流电网的电的反作用。

信号电子装置4的壳体与基础模块的壳体优选能密封地连接，但是这在图1中未明显示出。尤其也就在信号电子装置的壳体与基础模块的壳体之间设置密封件——尤其是O形环密封件或者喷射注塑的弹性体密封件。插接连接器——也就是在基础模块与信号电子装置4之间的电气和机械接口——被设置在被两个壳体密封并因此形成壳体的包围的空间范围里面。因此防止了实现接口的插接连接器部件和配对插接连接器部件被腐蚀。

附图标记列表

1功率电子装置

2控制电子装置

3接口，尤其是插接式连接器

4信号电子装置

5显示单元

6输入单元

7触敏的显示单元

Claims (10)

1.一种转换器装置，包括基础模块和信号电子装置，其中基础模块包括功率电子装置和控制电子装置，其中，

所述基础模块具有电气机械接口，通过所述接口使信号电子装置与所述基础模块形锁合地和/或力锁合地连接用以进行数据交换，

其中通过所述接口能以电的方式传输转速和/或转矩的理论值，其特征在于，

所述功率电子装置具有整流器，该整流器由供电网被输送以交流电压，且由整流器产生的直流电压被输送到一电容器，该电容器为功率电子装置的输出级馈电，该输出级具有设置在半桥中的功率半导体开关且该输出级通过电机相导线为电机馈电，从而通过检测附属于每个电机相导线的电机相电流，形成电机电流空间矢量，该电机电流空间矢量的时间变化用于确定转速和/或转矩的实际值。

2.根据权利要求1所述的转换器装置，其特征在于，所述信号电子装置具有调节单元，所述调节单元由参数的理论值与实际值之间的偏差确定调整值，所述调整值被作为转速的理论值或者转矩的理论值通过接口传输到控制电子装置，

和/或

所述信号电子装置包括位置控制器，所述位置控制器确定各实际的调整值作为调整参数，所述调整值被作为转速的理论值或者转矩的理论值通过接口传输到控制电子装置。

3.根据权利要求1所述的转换器装置，其特征在于，所述控制电子装置具有调节单元，所述调节单元由被所述信号电子装置输送的理论值与实际值之间的偏差确定电机电压的调整值，并且产生相应的脉宽调制的用于功率电子装置的功率半导体开关的控制信号，所述控制信号能相应地被控制用以产生待提供的电机电压。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置，其特征在于，借助于传感器或者设置在半桥中的并联电阻检测流到电机的电流。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置，其特征在于，在源于电容器的电流路径中设置并联电阻，该并联电阻根据通断状态被询问。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置，其特征在于，所述功率电子装置的壳体上面或里面安装有通风模块，使冷却空气流沿着功率电子装置的冷却体流动。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置，其特征在于还安装有制动阻力模块，由此使在电机的以发电机方式的运行中产生的能量作为热量排出到外部环境。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的转换器装置，其特征在于安装有电源滤波器作为模块。

9.一种用于运行转换器装置的方法，该转换器装置包括基础模块和信号电子装置，其中基础模块包括功率电子装置和控制电子装置，其中，

由信号电子装置通过控制电子装置的接口输送转矩或者转速的理论值，其特征在于，

由供电网将交流电压输送到包括在功率电子装置中的整流器；

由整流器产生的直流电压被输送到电容器；

由电容器为功率电子装置的输出级馈电，该输出级具有设置在半桥中的功率半导体开关；

由输出级通过电机相导线为电机馈电；

检测附属于每个电机相导线的电机相电流，并由检测的电机相电流值形成电机电流空间矢量；

由该电机电流空间矢量的时间变化确定转速和/或转矩的实际值；

所述实际值由控制电子装置的调节单元调节到理论值，其方法是：将电机电压确定为调整值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，转矩或转速的理论值通过信号电子装置的调节单元被确定为信号电子装置的调节单元的调整参数的调整值，其中将一参数的理论值和实际值输送给所述信号电子装置，并且确定理论值与实际值之间的偏差，并且由此由信号电子装置的调节单元确定调整值。