CN113271052A - 具有可变的与转速相关的开关频率的脉冲逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有可变地调节的开关频率的脉冲逆变器以产生用于电动马达的马达电流，其特征在于，设有控制装置并且按规定地构造成，与马达的转速n相关地设定脉冲逆变器的开关频率f开关。

Description

具有可变的与转速相关的开关频率的脉冲逆变器
技术领域
本发明涉及一种用于运行脉冲逆变器的方法以及具有可变的与转速相关的开关频率的脉冲逆变器。
背景技术
在驱动技术领域的各种应用中已知的是，对于电驱动装置的转速可变的运行设有直流电压回路以及后置的脉冲逆变器作为变频器。这种直流电压回路用作蓄能器，以便使得交变电压被整流的馈送电源与为电驱动装置馈送可变频率的交变电压的逆变器分开。借助电路技术的拓扑学实现大的转速范围，因为直流电流回路引起转子转速与电源频率地完全分离。
已知的脉冲逆变器具有恒定的开关频率或时钟时长(也称为脉冲频率)并且经由接通时间或断开时间的比例形成待产生的交变电压的期望的电压形式(正弦、方框、…)作为在产生的交变电压的脉冲周期上的平均值。接通或断开开关的时钟时长在此为恒定的并且由脉冲逆变器的损耗功率限定。
大多情况下使用这些逆变器为三相电机馈送频率和幅度可变的在脉冲周期上平均值为正弦的电压。还使用这些脉冲逆变器将例如由同步发电机产生的交变电压转变为频率和幅度固定的电源电压。通过对发电机电压和回路中的暂存器进行整流可使得同步发电机以可变的转速运行，因为发电机转速与电源频率分离。
由DE 19748479 C1已知一种具有脉冲频率可变的脉冲逆变器以产生正弦的交变电流，其中，脉冲频率变化与待产生的交变电流的走向相关，在该走向中在待产生的交变电流的零通过中的脉冲频率比在交变电流的最大幅度的区域中大四倍。
在典型的工业应用中借助可变的脉冲频率运行频率逆变器来防止温度过高并且防止高温断开。其原理是直接的温度检测或耦联在输出电流上。
由此可实现频率逆变器通过较低的开关损耗可实现较高的输出功率，但是没有过热。另一想法是改变开关频率，使得大功率半导体的温度尽可能保持恒定，这对功率级的使用寿命是有利的。但是为此需要预先计算静态和动态的温度水平。
期望的是进一步改进脉冲逆变器，使得在考虑温度需求和电子器件的极限温度的情况下无需麻烦的技术方式就可提高功率。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术中的前述缺点并且提供优化的脉冲逆变器运行。
该目的通过权利要求1的特征组合实现。
根据本发明，对此提出具有可变地调节的开关频率的脉冲逆变器以产生用于马达的正弦的交变电流，其中设有控制装置，以便与电动马达的转速n相关地设定脉冲逆变器的开关频率f开关，由此可与转速相关地实现用于电动马达的期望的转速范围的可变的开关频率。
因此在本发明的优选设计方案中提出，脉冲逆变器的开关频率f开关在耦联的电动马达的转速范围中的低转速中至少处于16kHz的频率或高于16kHz的频率并且随着转速增加而减小。尤其在通风机驱动时，需要由脉冲逆变器提供的功率以及损耗功率随着转速增加而提高。
还有利的是，脉冲逆变器的开关频率f开关直接与获取的以其运行的电动马达的转速耦联，因此当前的相应转速n是用于设定脉冲逆变器的开关频率的控制变量。
在本发明的第一有利设计方案中规定，脉冲逆变器的开关频率f开关使用与其耦联的电动马达的转速n线性地调节。因此，基于该线性，随着转速增加，脉冲逆变器的开关频率f开关从初始值开始连续下降。
在本发明的替代方案中，脉冲逆变器的开关频率f开关根据具有一个或多个梯级的梯级函数依照与其耦联的电动马达的转速n设定，其中，为每个预先确定的转速范围ni选择脉冲逆变器的固定的开关频率f开关，i。以这种方式可设置梯级的数量，从而为每个确定的转速窗口设定仅一个用于相应的开关频率f开关的预定值。在此也可在用于低频的驱动电流调节装置的转换点ni周围设置迟滞，从而防止频繁的转换。
也可以根据非线性函数依照与其耦联的电动马达的转速n设定脉冲逆变器的开关频率f开关。由此根据预设的与转速相关的算法函数也可实现完全特定的用于脉冲逆变器的开关频率曲线。
在本发明的另一有利设计方案中，尤其在用于低频的驱动电流调节装置的电流测量中优选如前所述借助控制装置调节梯级函数，这在需要频繁使用的基于PWM频率对驱动调节装置的同步化的情况下对于决定性的驱动性能是有利的，因为必须在PWM周期内的特定时间点进行电流测量。
本发明的另一方案涉及用于使与电动马达耦联(如前所述)的脉冲逆变器运行的方法，其中，检测电动马达的转速n并且作为输入变量输送给控制装置，其中，该控制装置与电动马达的转速n相关地设定脉冲逆变器的开关频率f开关。
附图说明
本发明的其他有利的改进方案在从属权利要求中示出或在下面根据附图与对本发明的优选实施方式的描述一起详细阐述。
其中示出：
图1示出了与电动马达的转速n相关地实现的控制曲线的视图，其中还绘出了马达功率P通风机的走向；
图2示出了与电动马达的转速n相关地实现的具有梯级走向的控制曲线的视图，其中还绘出了马达功率P通风机的走向；
图3示出了与电动马达的转速n相关地实现的在多重梯级走向中的替代控制曲线的视图。
具体实施方式
下面参考图1至图3根据实施例详细描述本发明。
在图中示出了与通风机连接的脉冲逆变器的开关频率f开关与通风机的转速n的相关性。
在图1中示出了控制曲线，其中与电动马达的转速n相关地实现线性的走向，其中，在直至转速n1的第一转速范围中使用恒定的开关频率f开关，该开关频率然后线性减小直至转速n2并且以低的开关频率f开关恒定地继续伸延。还示例性地绘出马达功率P通风机的相应走向，该马达功率以转速的三次方提高。
在图2中示出了控制曲线，其中与电动马达的转速n相关地实现梯级的走向，其中，在直至转速n1的第一转速范围中使用恒定的开关频率f开关，该开关频率然后跳跃式地减小并且以低的开关频率f开关恒定地继续伸延。还绘出马达功率P通风机的相应走向。
在图3中示出了与图2类似的控制曲线，但是与电动马达的转速n相关地实现双重梯级的走向，其中，在直至转速n1的第一转速范围中使用恒定的开关频率f开关，该开关频率然后跳跃式地减小并且以低的开关频率f开关恒定地继续伸延直至转速n2。然后在达到转速n2时，开关频率f开关重新跳跃式地减小特定的值并且恒定地以更低的开关频率f开关继续伸延。还绘出马达功率P通风机的相应走向，该马达功率在开关频率f开关的走向的相应突变处分别具有功率突变。
本发明的实施方式不限于前面给出的优选实施例。而是可想到多种变型方案，这些变型方案即使在原则上不同类型的实施方式中也可使用示出的方案。

Claims (9)

1.一种具有可变地调节的开关频率的脉冲逆变器以产生用于电动马达的马达电流，其特征在于，设有控制装置并且按规定地构造成，与所述马达的转速n相关地设定所述脉冲逆变器的开关频率f开关。
2.根据权利要求1所述的脉冲逆变器，其特征在于，所述脉冲逆变器的开关频率f开关在电动马达的转速范围的范围中的低转速时高于限定的频率。
3.根据权利要求1或2所述的脉冲逆变器，其特征在于，所述脉冲逆变器的开关频率f开关在电动马达的转速范围的范围中的高转速时减小。
4.根据前述权利要求中任一项所述的脉冲逆变器，其特征在于，所述脉冲逆变器的开关频率f开关直接与获取的以其运行的电动马达的转速耦联。
5.根据权利要求4所述的脉冲逆变器，其特征在于，所述脉冲逆变器的开关频率f开关使用与其耦联的电动马达的转速n线性地调节。
6.根据权利要求4所述的脉冲逆变器，其特征在于，所述脉冲逆变器的开关频率f开关根据具有一个或多个梯级的梯级函数依照与其耦联的电动马达的转速n来改变，其中，为每个预先确定的转速范围ni选择所述脉冲逆变器的固定的开关频率f开关，i。
7.根据权利要求4所述的脉冲逆变器，其特征在于，根据非线性函数依照与其耦联的电动马达的转速n来改变所述脉冲逆变器的开关频率f开关。
8.根据前述权利要求中任一项所述的脉冲逆变器，其特征在于，经由电流测量装置测量电流。
9.用于使与电动马达耦联的根据前述权利要求中任一项所述的脉冲逆变器运行的方法，其中，检测所述电动马达的转速n并且作为输入变量输送给控制装置，其中，所述控制装置与所述电动马达的转速n相关地设定所述脉冲逆变器的开关频率f开关。
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