CN108631692B - 用于控制逆变器的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于控制逆变器的方法。该方法包括检测来自逆变器的输出电流，以根据输出电流的输出频率来确定软件过电流抑制(S/W OCS)电平。

Description

用于控制逆变器的方法

技术领域

本公开涉及一种用于控制逆变器的方法。

背景技术

通常，逆变器是将商用交流(AC)功率转换成直流(DC)功率并且然后将DC功率转换成适合于电动机的AC功率以向其供应AC功率的功率转换器。该逆变器有效地控制电动机以降低其电力消耗，从而提高能量效率。

电动机的转差频率被定义为由逆变器生成的参考频率与电动机的转速之间的差，并且当电动机的转差频率显着增加时，发生过电流，并且因此逆变器或电动机被烧毁。

通常，逆变器具有防止过电流的保护，使得当发生过电流时，逆变器控制器抑制过电流或生成跳闸来保护逆变器或电动机。

然而，在抑制过电流的常规逆变器控制方法中，无关乎输出频率而施加恒定的参考，所以当输出频率低时，存在无法获得过载性能的问题。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种用于控制逆变器的方法，该方法在高输出频率范围内将软件过电流抑制电平保持为恒定，并且在低输出频率范围内增加软件过电流抑制电平来改善过载性能。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于控制被配置为控制电动机的逆变器的方法，所述方法包括：检测逆变器的输出电流；根据输出电流的输出频率来确定软件过电流抑制(S/W OCS)电平；并且当逆变器的输出电流大于S/W OCS电平时衰减输出频率。

在本公开的一个实施例中，确定S/W OCS电平可以包括：当输出电流的输出频率大于预定的第一频率时，以逆变器的额定电流的第一比率来确定S/W OCS电平。

在本公开的一个实施例中，确定S/W OCS电平可以包括：当输出电流的输出频率小于比预定的第一频率小的第二频率时，以大于逆变器(2)的额定电压的第一比率的第二比率来确定S/W OCS电平。

在本公开的一个实施例中，确定S/W OCS电平可以包括：当输出电流的输出频率小于第一频率且大于第二频率时，使用线性地连接第一比率和第二比率的连续函数来确定S/W OCS电平。

在本公开的一个实施例中，确定S/W OCS电平可以包括通过基于逆变器的输出电流的不平衡对输出频率的函数进行建模来确定S/W OCS电平。

根据本公开，通过在低输出频率下增加软件过电流抑制(S/W OCS)电平，而具有改善过载性能的效果。

附图说明

图1是应用根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法的逆变器系统的示意性框图。

图2示出了为了过电流保护而执行逆变器控制时的电流电平。

图3是用于描述当软件过电流抑制(S/W OCS)操作时由于输出频率的降低而引起的转差频率和转矩的变化的曲线图。

图4是用于描述感应电动机的转差频率、输出转矩以及输入电流之间的关系的曲线图。

图5是用于描述单相输入型逆变器中的输出电流不平衡的波形图。

图6A和图6B是用于描述根据输出频率的输出电流不平衡的示例图。

图7A和图7B是用于描述根据输入功率的纹波电压的大小的示例图。

图8是用于描述根据本公开的一个实施例的控制S/W OCS操作的过程的示例图。

图9是用于描述根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法的示例性流程图。

图10是用于描述根据本公开的另一实施例的控制S/W OCS操作的过程的示例图。

具体实施方式

本公开可以以各种形式进行修改并且可以具有各种实施例，并且因此，将在附图中示出具体实施例，并且将在以下详细描述中描述其描述。然而，下面将要公开的实施例不应被理解为将本公开限制为具体实施例，并且应该被解释为包括在本公开的精神和技术范围内的修改、等同或替代。

为了充分传达本公开的配置和效果，将参考附图描述本公开的优选实施例。然而，本公开不限于以下描述的实施例，而是可以以各种形式来实现，并且可以进行各种修改。然而，本实施例的描述旨在提供本公开的完整公开，并且向本公开所属领域的普通技术人员完全公开本公开的范围。在附图中，为了便于描述，组件的尺寸被放大，并且每个组件的比例可以被放大或缩小。

当组件被描述为在其他组件“上”或与其“接触”时，该组件可以与其他组件直接接触或连接，并且这一点应该被解释为另一组件可以存在于该组件和其他组件之间。另一方面，当组件被描述为“直接”在其他元件“上”或与其“直接接触”时，可以理解，在该组件与其他组件之间不存在另一组件。描述组件之间的关系的其他表述、例如“之间”和“直接……之间”可以类似地被解释为如上面描述的。

术语“第一”和“第二”等可以被用于描述各种组件，但是这些组件不应该被这些术语限制。这些术语仅可以被用于区分一个组件和另一组件的目的。例如，在不背离本公开的范围的情况下，第一组件可以被称为第二组件，并且类似地，第二组件也可以被称为第一组件。

除非上下文另有明确说明，否则单数形式包括复数形式。在此描述中，术语“包括”或“具有”等被用于指定存在在此描述的特征、数字、步骤、操作、组件、元件或其组合，并且它们不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、元件或其组合。

除非另外定义，否则本公开的实施例中使用的术语可以被解释为本领域技术人员公知的。

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。

图1是应用根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法的逆变器系统的示意性框图。

如图中示出的，应用了根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法的系统其特征在于，可以将三相电源3施加到逆变器2，并且逆变器的输出2可以被施加到电动机4，并且当逆变器2的三相输出电流被检测器5检测到并且被施加到控制器1时，脉宽调制(PWM)控制信号可以被输出到逆变器2的逆变部分2C。

当逆变器2接收到来自三相电源3的交流(AC)功率时，整流部分2A可以将AC电压转换为直流(DC)电压，DC链路电容器2B可以将DC电压存储为DC链路电压，并且然后逆变部分2C可以根据控制器1的PWM控制信号将DC电压转换成AC电压，以将AC电压输出到电动机4。

从控制器1输出的PWM控制信号控制逆变部分2C的多个开关元件的闭合(ON)/断开(OFF)操作，并且因此逆变部分2C可以将具有预定的输出频率的AC电压输出到电动机4。

电动机4的转差频率被定义为在逆变器2处生成的参考频率与电动机4的转速之间的差，并且当电动机4的转差频率显着增加时，发生过电流，并且因此逆变器2或电动机4被烧毁。通常，逆变器2具有防止过电流的保护，使得当发生过电流时，控制器1可抑制过电流或生成跳闸以保护逆变器2或电动机4。

在下文中，将描述控制用于过电流保护的逆变器的常规方法，并且将描述根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法。

图2示出了为了过电流保护而执行逆变器控制时的电流电平，图3是用于描述当软件过电流抑制(S/W OCS)操作时由于输出频率的降低而引起的转差频率和转矩的变化的曲线图，并且图4是用于描述感应电动机的转差频率、输出转矩以及输入电流之间的关系的曲线图。

参考图2，用于控制电动机4的转差频率的S/W OCS操作为：控制器1监视逆变器2的输出电流，并且当逆变器2的输出电流增加超过S/W OCS电平时，控制器1衰减逆变器2的输出频率以减小电动机4的转差频率。S/W OCS电平通常是超过逆变器2的额定电流的固定电平。

电动机4的转差频率可以被表示如下。

[等式1]

s＝(Ns-N)/Ns

其中s表示转差频率，Ns表示同步速度，并且N表示电动机4的速度。

在图3中，3A表示常规输出频率的转矩-转差(torque-slip)曲线，并且3B表示降低的输出频率的转矩-转差曲线。通常，同步速度与输出频率成正比，使得当由于输出频率的降低而引起转差频率降低时，输出转矩在点3P处暂时增加，使得同步速度增加，并且当输出频率恢复到其原始值时，转差频率相比于前一个转差频率而言降低。如从图4可以看出，当转差频率降低时，输出电流的大小减小。

S/W OCS操作的目的是为了防止由于过电流而引起的逆变器2或电动机4的热损伤。由电流而引起的电动机4的发热与电动机4的输出成比例，并且电动机4的输出与转矩和输出频率的乘积成比例。

同时，当输出频率接近输入电压频率时，在由整流部分2A对输入电压进行整流期间生成的电压纹波对三相输出电压中的每个的大小的影响是不同的。在这种情况下，输出电流的一个相位由于不平衡而变得大于由检测器5检测到的电流，使得在一个相位处可能发生局部过电流。

图5是用于描述单相输入型逆变器中的输出电流不平衡的波形图。图5表示三相输出电流的不平衡。

即使当输出频率低时，逆变器也可以在没有热损伤的情况下输出大电流，使得可以获得过载性能。然而，当如现有技术中那样无论输出频率如何S/WOCS操作都基于恒定的S/W OCS电平时，当输出频率低时不能输出大电流，使得过载性能可能不会在低频带获得。

当输出频率增加时，由于整流部分的纹波而引起的三相输出电流之间的不平衡倾向于增加。在使用单相输入电流的逆变器的情况下，当使用三相输出电流时，不平衡更趋于增加，并且出现电压纹波是输入频率的两倍，使得当输出频率接近输入频率时，输出电流的一个相位的峰值输出可以通过电压纹波与整流部分的电压的高点和低点同步。

图6A和图6B是用于描述根据输出频率的输出电流不平衡的示例图，图6A示出了当输出频率为10Hz时的单相输入型逆变器中的输出电流波形，并且图6B示出了当输出频率为60Hz时的单相输入型逆变器中的输出电流波形。如图中示出的，当输出频率高时，输出电流的不平衡变大。因此，由于输出电流不平衡而引起热损伤的风险增加。

此外，相比在整流三相输入功率的情况下而言，在整流单相输入功率的情况下电压纹波变大，使得相位之间的不平衡更糟。

图7A和图7B是用于描述根据输入电压的电压纹波的大小的示例图，图7A示出了单相输入型逆变器的DC链路电压，并且图7B示出了三相输入型逆变器的DC链路电压。如图中示出的，可以看出，在单相输入型逆变器的DC链路电压处的电压纹波电压的大小7A大于在三相输入型逆变器的DC链路电压处的电压纹波的大小7B。

因此，在输出电流的大小较大的方向上出现不平衡的相位的情况下，当与其他相位相比而言时，由于过电流而引起在电动机的绕组、功率半导体、和电线等中可能发生热损伤，使得S/W OCS电平应该与不平衡成比例地保持较低。另一方面，当输出频率相对较低时，电压纹波的频率变得比输出频率大几倍，并且因此由于输出相位和电压之间的同步而引起的不平衡相对较小。此外，当输出转矩恒定时，由于输出频率的降低而引起输出相对减小，使得由于过电流而引起的热损伤的可能性减少。

综上所述，当不论输出频率如何而使用恒定的参考进行过电流抑制时，确保了高输出频率的保护功能，但当输出频率低时，该电平不必要地高，并且因此存在可能无法获得过载性能的问题。由于感应电动机的特性，所以当感应电动机启动时，即当输出频率低时，需要大的转矩和大的输出电流，降低低频输出过载性能是不合适的。

因此，根据本公开的用于控制逆变器的方法可以通过在输出频率为高的区段中将软件过电流抑制电平保持为恒定并且在输出频率为低的区段中增加软件过电流抑制电平来改善过载性能。

图8是用于描述根据本公开的一个实施例的控制S/W OCS操作的过程的示例图。

如图中示出的，根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法可以通过将逆变器2的输出电流的输出频率分成三个区段来改变S/W OCS电平。

即，在输出频率相对高的区段8C中(即当输出频率大于f2时)，存在由于DC链路电压的电压纹波而导致的输出相位之间的不平衡而造成局部过电流出现的可能性，并且由于高输出频率而导致电动机4的输出增加，并且因此生成的热量增加。因此，在区段8C中，通过降低和设置S/W OCS电平8R为恒定，可以确保过电流保护性能。此时，区段8C中的S/W OCS电平8R可以与常规S/W OCS电平相同，并且可以是额定电流的约160％。然而，这仅仅是说明性的，并且本公开不限于此。

此外，在输出频率最低的区段8A中(即，当输出频率小于f1时)，由于不平衡而导致的局部过电流的可能性降低，并且因为由于低输出频率而导致电动机4的输出也很低，所以增加了S/W OCS电平8P，使得在没有保护功能的操作的情况下可以输出甚至更大的输出电流。也就是说，区段8A中的S/W OCS电平8P可以大于常规S/W OCS电平，例如额定电流的约180％。然而，这仅仅是说明性的，并且本公开不限于此。通过这种方式，当输出频率低时，可以提高过载功能。

同时，在输出频率处于中间的区段8B中(即，当输出频率大于f1且小于f2时)，S/WOCS电平8Q可以线性地减小以成为连续函数。也就是说，S/W OCS电平8Q可以被设置为从区段8A中的S/W OCS电平8P线性地减少到区段8C中的S/W OCS电平8R。这是因为，当S/W OCS电平不是连续函数时，当输出频率在区段之间的边界处细微地变化时，S/W OCS电平的不连续变化可能导致针对相同大小的输出电流的突然电流抑制操作。

图9是用于描述根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法的示例性流程图。

如图中示出的，在根据本公开的一个实施例的用于控制逆变器的方法中，控制器1接收来自检测器5的输出电流(S11)并确定输出电流的输出频率。

之后，当输出频率大于预定值f2时(S12)，控制器1可以将S/W OCS电平设置为额定电流的160％(S13)。然而，这仅仅是说明性的，本公开不限于此，并且S/W OCS电平可以被设置为高于额定电流的电平。此时，f2可以是例如20Hz，但是本公开不限于此。

当在(S12)中输出频率小于f2时，控制器1可以确定输出频率是否小于比f2小的f1(S14)。当输出频率小于f1时，控制器1可以将S/W OCS电平设置为额定电流的180％(S15)。然而，这仅仅是说明性的，本公开不限于此，并且S/W OCS电平可以被设置为高于在(S13)中设置的S/W OCS电平的电平。此时，f1可以是例如10Hz，但是本公开不限于此。

当在(S14)中输出频率大于f1时，控制器1可以将S/W OCS电平设置为(200-2×输出频率)(S16)。在这种情况下，如上面描述的，额定电流的160％和180％被线性地连接。因此，本公开不限于上面描述的示例，并且确定等式可以随着每个区段中的电平被线性地连接而改变。

之后，控制器1监视由检测器5检测到的输出电流是否大于如上面描述设置的S/WOCS电平，并且当输出电流变得大于S/W OCS电平时(S17)，控制器1可以执行转差控制(S18)。也就是说，控制器1可以通过衰减逆变器2的输出频率来降低电动机4的转差频率。

如上面描述的，本公开可以通过从低输出频率处的电平增加S/W OCS电平来改善过载性能。

S/W OCS电平从低输出频率处的电平的增加不会不利地影响保护功能，这出于以下原因：

首先，电压纹波的频率高于对应电平处的输出的频率，并且因此输出相位之间的不平衡减少，使得考虑到由于不平衡而导致在一个相位中流动的过电流变得大于检测到的电压的情况，减少了降低参考电流的需要。

其次，由于输出频率在对应电平处较低，所以为输出频率与转矩的乘积的输出因此变低，使得电线的发热减小，从而减少了降低参考电流的需要。

在本公开中，当由于高输出频率而导致在电动机4和逆变器2中由于过电流而造成的热损伤的可能性增加时，施加低S/W OCS电平，使得过电流抑制操作的性能可能不受限制。

图10是用于描述根据本公开的另一实施例的控制S/W OCS操作的过程的示例图。

在图8的实施例中，输出频率的区段被划分成三个区段，S/W OCS电平在低频带和高频带中保持恒定，并且S/W OCS电平被设置为随着频率在中间频带中增加而线性地减小，但在图10的一个实施例中，控制器1可以利用输出电流的不平衡和逆变器2中的电线的发热量，以输出频率为函数来将S/WOCS电平建模为电平10B。

因此，可以导出使用所需热特性和所需输出频率来输出理想参考电流的函数。

因此，根据本公开的用于控制逆变器的方法可以通过在输出频率为高的区段中保持S/W OCS电平并且增加输出频率为低的区段中的S/W OCS电平来提高过载性能。

虽然已经参照本公开的实施例描述了本公开，但是这些实施例仅仅是说明性的，并且应该理解，本领域技术人员可以得出各种修改和等同的实施例。因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求来确定。

Claims (2)

1.一种控制用于控制电动机的逆变器的方法，其中，包括：

检测来自所述逆变器的输出电流；

根据所述输出电流的输出频率来确定软件过电流抑制电平；并且

如果所述逆变器的输出电流大于所述软件过电流抑制电平，则衰减所述输出频率；

确定所述软件过电流抑制电平包括：

将所述输出电流的输出频率分成三个区段；

当所述输出电流的所述输出频率为所述三个区段中的大于预定的第一频率的第一区段时，以所述逆变器的额定电流的第一比率来确定所述软件过电流抑制电平；

当所述输出电流的所述输出频率为所述三个区段中的小于比所述第一频率小的第二频率的第二区段时，以大于所述逆变器的额定电流的第一比率的第二比率来确定所述软件过电流抑制电平；

当所述输出电流的所述输出频率为所述三个区段中的小于所述第一频率且大于所述第二频率的第三区段时，使用将所述第一比率和所述第二比率线性地连接的连续函数来确定所述软件过电流抑制电平。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述软件过电流抑制电平包括：通过基于所述逆变器的输出电流的不平衡对所述输出频率的函数进行建模来确定所述软件过电流抑制电平。

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