CN113424431A - 具有逆变器和电机的驱动系统和用于运行驱动系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有逆变器和电机的驱动系统和一种用于运行驱动系统的方法，电机由逆变器的交流电压侧端子供电，由制动电阻和第一可控半导体开关形成的第一串联电路连接到逆变器的直流电压侧端子，由阻抗和第二可控半导体开关形成的第二串联电路与第一串联电路并联，特别是与逆变器的直流电压侧端子并联。

Description

具有逆变器和电机的驱动系统和用于运行驱动系统的方法

技术领域

本发明涉及一种具有逆变器和电机的驱动系统和一种用于运行驱动系统的方法。

背景技术

众所周知，驱动系统可以实施为由逆变器馈电的电机。

发明内容

因此本发明的目的是，实施一种具有更高安全性的驱动系统、并改进一种装置和一种方法，其中

根据本发明，该目的通过具有权利要求1中给出的特征的驱动系统和具有权利要求8中给出的特征的方法来实现。

在具有逆变器和电机的驱动系统中本发明的重要特征是，电机由逆变器的交流电压侧端子馈电，

其中，由制动电阻和第一可控半导体开关形成的第一串联电路连接在逆变器的直流电压侧端子上，

其中，由阻抗和第二可控半导体开关形成的第二串联电路与第一串联电路并联，特别是与逆变器的直流电压侧端子并联。

在此优点是，可以将过剩的功率引出到制动电阻上，其中，当达到制动电阻的功率限值时，可以断开第一半导体开关。同时，可以断开逆变器的半导体开关。因为由电机的漏电感驱使的、继续流经与半导体开关并联布置的续流二极管的电流导致电压升高，因此这可以通过闭合第二半导体开关来限制。在此阻抗仅需具有比制动电阻低得多的功率限值，这是因为只需要消耗掉中间电路中存在的多余能量。额外功率不再流入中间电路。

因此，驱动器配备了更高的安全性。特别是，驱动器可以自我保护免受过电压。

在有利的设计方案中，阻抗可以实施为电感或欧姆电阻。在此优点是，可以实现廉价的实施。

在有利的设计方案中，驱动系统具有信号电子装置，该信号电子装置连接到用于检测逆变器的直流电压侧端子处的电压的装置，并且该信号电子装置被适当地实施成，使得以如下方式生成用于第一半导体开关的驱控信号和用于第二半导体开关的驱控信号，即：使得

-当电压超过第一阈值时，使第一半导体开关闭合，当电压超过第三阈值时，使第一半导体开关断开，以及

-当电压超过第四阈值时，使第二半导体开关闭合，特别是并且，当第二半导体开关闭合了最大时间段后，使第二半导体开关断开。

在此优点是，当电压升高时，首先尝试将中间电路的多余的能量引出到制动电阻处。如果电压继续上升，则在超过临界阈值后，使制动电阻分离/断开，逆变器的半导体开关也断开。这些半导体开关布置在三个彼此并联的半桥中，其中在每个半桥中，一个上半导体开关和一个下半导体开关串联连接。当半导体开关断开时，电机的漏电感驱使电流经过与半导体开关并联的续流二极管。此时电压一直上升到第二临界值、即第四阈值，当超过第四阈值时，阻抗被接通，以便通过从中间电路提取多余的能量并通过阻抗将其转化为热量来降低电压。

在有利的设计方案中，逆变器具有半导体开关，特别是其中，半导体开关布置在并联连接的半桥中，其中每个半桥具有一个上半导体开关和与上半导体开关串联连接的下半导体开关，特别是其中，半桥的并联电路形成逆变器直流电压侧端子或与其特别是直接连接。在此优点是，可以通过对逆变器的半导体开关进行脉宽调制的驱控，以简单的方式为电机提供单相或多相交流电压。

在有利的设计方案中，当电压超过第三阈值时，逆变器的半导体开关断开。在此优点是，保护逆变器免受危险的高压。

在有利的设计方案中，第一阈值小于第三阈值，并且第三阈值小于第四阈值。在此优点是，在电压升高时，首先尝试借助于制动电阻停止电压升高。然而，如果这不成功，例如因为制动电阻的数值太小或不存在，则电压达到第四阈值。因此然后断开逆变器的半导体开关和制动电阻的半导体开关，即保护变流器的部件。

在有利的设计方案中，当电压低于第二阈值时，断开第一半导体开关，其中第二阈值小于第一阈值。在此优点是，通过滞后实现制动电阻的再次关闭。由此可以避免振荡。

驱动系统运行方法的重要特征在于，由制动电阻和第一可控半导体开关形成的第一串联电路连接到驱动系统的逆变器的直流电压侧的端子上，

其中由阻抗和第二可控半导体开关形成的第二串联电路与第一串联电路并联，特别是与逆变器的直流电压侧端子并联，

其中，检测逆变器的直流电压侧端子上的电压，并以如下方式生成用于第一半导体开关的驱控信号和用于第二半导体开关的驱控信号，即：使得

-当电压超过第一阈值时，使第一半导体开关闭合，当电压超过第三阈值时，使第一半导体开关断开，以及

-当电压超过第四阈值时，使第二半导体开关闭合，特别是并且使第二半导体开关在闭合了最大时间段后断开。

在此优点是，实现了对变流器的高度保护。因为如果借助于制动电阻不能充分地将以发电机模式产生的功率以热量的形式引出，并因而使得电压继续升高，则可以断开半导体开关，其方式为：利用阻抗吸收来自中间电路的能量而降低还继续升高的电压。

在有利的设计方案中，当电压超过第三阈值时，使逆变器的半导体开关断开。在此优点是，可以保护逆变器不被过电压损坏。

在有利的设计方案中，第一阈值小于第三阈值，并且第三阈值小于第四阈值。在此优点是，如果电压高到很危险，制动电阻会断开，并且如果电压继续升高，则中间电路中仍然存在的所有能量都通过阻抗转化为热量。这是因为整流器不会向中间电路馈送任何能量，因为电压高于进行供电的公共交流电网的峰值电压。

在有利的设计方案中，当电压低于第二阈值时断开第一半导体开关，其中第二阈值小于第一阈值。在此优点是，制动电阻在允许的电压值下与中间电路分离，因为不需要将中间电路的能量转换为热量。

另外的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，尤其是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

下面根据示意性附图详述本发明：

图1示意性地示出了根据本发明的驱动系统，其具有由变流器馈电的电机，其中该变流器包括逻辑控制装置3。

图2更详细地示出了逻辑控制装置3。

具体实施方式

如在附图中所示，驱动系统具有变流器6，该变流器的整流器13可由交流电网提供电能。

在整流器13的直流电压侧的端子处布置有电容5，该电容可以被称为中间电路电容器。逆变器14可以由这样平滑的中间电路电压供电。为此，逆变器14的直流电压侧的端子连接到整流器13的直流电压侧端子。该端子处的电压、特别是即中间电路电容器上的电压借助于电压检测装置被检测，由电压检测装置产生的电压信号被提供给电子评估装置7。根据电压信号和/或其曲线，生成用于第一可控半导体开关11的第一驱控信号4和用于第二可控半导体开关12的第二驱控信号2。

第一半导体开关11与制动电阻1串联布置，该制动电阻布置在变流器6的壳体外部或者替代地布置在变流器的壳体内部。

由第一半导体开关11和制动电阻1形成的串联电路由逆变器14的直流电压侧端子处的电压供电。

第二半导体开关12与布置在变流器的壳体内的阻抗9、尤其是电阻或电感串联布置。

由第二半导体开关12和阻抗9形成的串联电路也由逆变器14的直流电压侧端子处的电压供电。

电机M、特别是三相交流电机连接到逆变器的交流电压侧输出端，该电机的转速可以由变流器闭环控制或至少可由变流器开环控制。

如图2所示，在信号电子装置7中实施的逻辑控制装置3被实施为，使得在超过例如850伏的第一阈值U1时，使第一半导体开关11被接通，并且进而制动电阻1起作用(如果制动电阻存在的话)。因此，如果引导到制动电阻1上的功率大于引入中间电路中的功率、特别是以发电机模式产生的电机功率，则阻止中间电路电压的进一步升高。

如果中间电路电压低于小于第一阈值U1的第二阈值U2，则第一半导体开关11再次关断。

然而，如果由于向中间电路提供大量以发电机模式产生的功率而使中间电路电压继续上升，则当超过第三阈值U3、特别是例如1000伏时，关断制动电阻1和逆变器14，即断开第一半导体开关11，逆变器的半导体开关也断开。

因为尤其在制动电阻1的所述关断时引起电压过度升高，所以中间电路电压在所述关断时首先升高，直到超过特别是例如1050伏的第四阈值U4，从而然后第二半导体开关12闭合，并且阻抗9以这种方式从中间电路中提取电能。

电压过度升高由电机的漏磁场电感来驱使，因为当逆变器14的半导体开关关断时，电机的主场电感被分离。在关断时由漏磁场电感驱使的电流流经与逆变器半导体开关并联的续流二极管。

阻抗9只需要吸收少量能量，这是因为逆变器14的半导体开关和第一半导体开关11是断开的，并且整流器13没有向中间电路供能，因为阈值都大于交流电网中出现的峰值电压。

如图2所示，在第二半导体开关12闭合之后，定时器20启动，该定时器在达到最大时间段tmax之后使第二半导体开关12断开。因此，定时器可以防止过载。最大时间段tmax的大小优选被确定成，使得在第一半导体开关11和逆变器14的半导体开关断开时在中间电路中出现的可预见的过剩能量可被消耗掉。

在低于第二阈值U2、例如750伏时，第二半导体开关11再次断开。特别地，第一半导体开关11和第二半导体开关12同时断开。

在根据本发明的其他实施例中，不存在制动电阻1。例如，这可能是由于制动电阻在制造或启动时被遗忘了或制动电阻被超载并损坏了而造成的。

附图标记列表：

1 制动电阻，尤其是外部制动电阻

2 第二驱控信号

3 逻辑控制装置

4 第一驱控信号

5 电容，尤其是电容器

6 变流器

7 信号电子装置

8 检测的中间电路电压值，尤其是电压信号

9 阻抗

10 限制器单元

11 第一可控半导体开关

12 第二可控半导体开关

13 整流器

14 逆变器

20 定时器

M 电机

tmax 最大时间段

Claims (11)

1.一种具有逆变器和电机的驱动系统，所述电机由所述逆变器的交流电压侧端子馈电，由制动电阻和第一可控半导体开关形成的第一串联电路连接在所述逆变器的直流电压侧端子上，

其特征在于，由阻抗和第二可控半导体开关形成的第二串联电路与第一串联电路并联连接和/或接通，特别是与所述逆变器的直流电压侧端子并联连接和/或接通。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述阻抗能实现为电感或欧姆电阻。

3.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统具有信号电子装置，所述信号电子装置与用于检测所述逆变器的直流电压侧端子处的电压的装置相连接，该信号电子装置被适当地实施为以如下方式生成用于第一半导体开关的驱控信号和用于第二半导体开关的驱控信号，即：使得

-当所述电压超过第一阈值时，所述第一半导体开关闭合，当所述电压超过第三阈值时，所述第一半导体开关断开，以及

-当所述电压超过第四阈值时，所述第二半导体开关闭合，

特别是当第二半导体开关闭合了最大时间段后，该第二半导体开关断开。

4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述逆变器具有多个半导体开关，

特别是其中，所述半导体开关布置在多个并联连接的半桥中，每个半桥具有一上半导体开关和一与上半导体开关串联的下半导体开关，

特别是其中，半桥的并联电路形成所述逆变器的直流电压侧端子，或者与该直流电压侧端子特别是直接连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，当所述电压超过第三阈值时，所述逆变器的半导体开关断开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述第一阈值小于所述第三阈值，所述第三阈值小于所述第四阈值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，当所述电压低于第二阈值时，所述第一半导体开关断开，其中，所述第二阈值小于第一阈值。

8.一种用于运行驱动系统、特别是根据前述权利要求中任一项所述的驱动系统的方法，由制动电阻和第一可控半导体开关形成的第一串联电路连接在所述驱动系统的逆变器的直流电压侧端子上，由阻抗和第二可控半导体开关形成的第二串联电路与第一串联电路并联，特别是与所述逆变器的直流电压侧端子并联，其特征在于，对所述逆变器的直流电压侧端子处的电压进行检测，并以如下方式生成用于所述第一半导体开关的驱控信号和用于所述第二半导体开关的驱控信号，即：使得

-当所述电压超过第一阈值时，闭合所述第一半导体开关，当所述电压超过第三阈值时，断开所述第一半导体开关，以及

-当所述电压超过第四阈值时，闭合所述第二半导体开关，

特别是当所述第二半导体开关闭合了最大时间段后，断开该第二半导体开关。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述电压超过第三阈值时，断开所述逆变器的半导体开关。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一阈值小于所述第三阈值，所述第三阈值小于所述第四阈值。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述电压低于第二阈值时，断开所述第一半导体开关，其中，所述第二阈值小于第一阈值。

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