CN1490929A - 三相感应电动机的驱动装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相感应电动机的驱动装置，包括：三相电源装置，用于提供三相电压；整流器，用于对自三相电源装置提供的三相电压进行整流；降压装置，用于降低由整流器产生的直流电压并输出稳定的直流电压；以及逆变器装置，用于将从降压装置输出的稳定直流电压改变为三相交流电压并驱动三相感应电动机。能够防止由在向逆变器提供直流电压以驱动三相感应电动机期间产生的功率因数下降，并消除了谐波，并且因为不需要高价的逆变器元件，使其相关的费用降低。

Description

三相感应电动机的驱动装置和方法
技术领域
本发明涉及一种三相感应电动机的驱动装置和方法，更具体地说，涉及这样一种感应电动机的驱动装置和方法，它们能够防止可能由在向逆变器提供直流电压以驱动三相感应电动机时引起的功率因数下降，能够消除谐波，并且由于未使用高价的逆变器元件能够降低费用。
背景技术
通常使用感应电动机来驱动空调机。感应电动机意指由不旋转的定子和可旋转的转子组成的感应电动机。
换句话说，当提供电流以便在线圈绕组(coil winding)中产生旋转磁场时，由于电磁感应在转子绕组中流入感应电流，根据该感应电流产生转矩使感应电动机旋转。
图1示出了根据常规技术的单相感应电动机的驱动装置的结构。
如图1中所示，当从单相电源装置1提供单相220伏交流电压时，整流器2将该交流电压整流成约300伏的直流电压。通过功率放大(power)电路3该整流电压被增压到约400伏，并被转送到逆变器装置。然后，最终驱动感应电动机。
最近，为了驱动空调机，利用三相电源的三相感应电动机的使用不断增加。
图2是表示根据常规技术的三相感应电动机驱动装置的结构方块图。
如图2中所示，三相感应电动机的驱动装置包括：三相电源装置11，用于提供380伏三相电压；整流器12，用于对三相电压进行整流；以及逆变器装置13，用于根据已由整流器12整流成为530伏直流电压的电压来驱动三相感应电动机14。
然而，由于该三相感应电动机驱动装置对高电压进行整流，并且反复地将其提供到逆变器装置，功率因数不可避免地下降并不可避免地产生谐波。
此外，为了实现逆变器装置，要使用耐压1200伏的高价逆变器电路元件。在这种情况下，实现三相感应电动机驱动装置的所需的费用增加，以及对于已有的单相电源系统，新近要开发使用高压压缩机而不是低压压缩机。
因此，本发明的目的是提供一种三相感应电动机的驱动装置和方法，它们能够防止可能由在向逆变器提供直流电压以驱动三相感应电动机时引起的功率因数下降，并且由于未使用高价的逆变器元件能够降低费用。
为了实现这些和其它优点，且根据其中所体现和说明的本发明的目的，提供的三相感应电动机的驱动装置包括：三相电源装置，用于提供380伏三相电压；整流器，用于对自三相电源装置提供的三相电压进行整流成530伏直流电压；降压装置，用于降低从整流器输出的直流电压以将该电压稳定；以及逆变器装置，用于将从降压装置输出的稳定直流电压改变为三相交流电压并驱动三相感应电动机。
为了实现上述目的，还提供一种三相感应电动机的驱动方法，包括：整流步骤，对三相电压进行整流；测量步骤，对整流步骤中的整流电压的量值进行测量；整流电压量值控制步骤，对提供到逆变器装置的整流电压量值进行控制，该逆变器装置根据在测量步骤中测量的电压的量值驱动三相感应电动机。
通过结合附图对本发明的如下详细介绍，使本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点将变得更清楚。
附图说明
为了进一步理解本发明而提供的附图结合到说明书中并构成为说明书的一部分，其表示本发明的一些实施例，并和本说明书一起用于解释本发明的原理。
各附图中：
图1表示根据常规技术的单相感应电动机驱动装置的结构方框图。
图2是表示根据常规技术的三相感应电动机驱动装置的结构方块图。
图3是表示根据本发明的三相感应电动机驱动装置的结构方块图。
图4是表示图3中的降压装置结构的详细电路图。
图5A和5B是表示关于图4中的直流稳压器、直流耦合(link)装置和负载装置的等效电路图。
具体实现方式
下面详细介绍本发明的一些优选实施例，其中的一些示例表示在附图中。
图3是表示根据本发明的三相感应电动机驱动装置的结构方块图。
如图所示，根据本发明的三相感应电动机的驱动装置包括：三相电源装置21，用于提供380伏三相电压；整流器22，用于对自三相电源装置21提供的三相电压进行整流成为530伏直流电压；降压装置23，用于降低从整流器22输出的直流电压以将该电压稳定；以及逆变器装置24，用于将从降压装置23输出的稳定直流电压改变为三相交流电压并驱动三相感应电动机25。
由于本领域普通技术人员可以容易地实现三相电源装置21、整流器22和逆变器装置24，所以略去对它们的介绍。
图4是表示图3中的降压装置结构的详细电路图。
如图所示，降压装置23包括：集成电路装置41，用于测量由整流器22产生的电压，并根据测量的电压输出直流控制信号，以便控制向逆变器装置24输出的直流电压；控制极驱动器(gate drive)装置42，用于根据从集成电路装置41输出的控制信号，产生驱动逆变器装置24的驱动信号；直流稳压器43，用于根据控制极驱动器装置42的驱动信号，降低由整流器22产生的直流电压并产生稳压的直流电压；直流耦合装置44，用于耦合由直流稳压器43产生的直流电压；负载装置45，用于将施加到直流耦合装置44的直流电压提供到逆变器装置24；电压测量装置46，用于测量耦合该直流耦合装置44的直流电压；以及开关装置47，用于向集成电路装置41提供电源。
电压测量装置46中串联的电阻R1和R7与直流耦合装置44中并联的电容C6和C7并联。
开关装置47包括：开关S1，用于选择性地输出18伏的电源(J4)并将一电压输入到集成电路装置41；与开关S1和电容C1串联的电阻R2；以及与电阻R2串联的LED二极管D2。
特别是，当开关S1连接到端3时，电源电压(Vcc)不提供到集成电路装置41，因此集成电路装置41不工作。同时，当开关S1连接到端2时，电源电压(Vcc)提供到集成电路装置41，因此集成电路装置41工作。
集成电路装置41测量从整流/输出端22A通过电容C4和C5输出的直流电压的量值，其中电容C4和C5与整流器22的整流/输出端22A并联，并因此控制从集成电路装置41的控制极驱动器输出的控制信号。换句话说，集成电路装置41将从整流/输出端22A输出的直流电压变换为电流值，将该电流值与一基准电流亦即基准直流电压有效值相比较，并根据比较值产生一控制信号。
集成电路装置41测量通过电阻R8提供到直流稳压器43的直流电压的量值，且如果测量的电流是基准电流之上的过电流，集成电路装置41断开控制信号的输出。
集成电路装置41通过电压测量装置46测量施加到直流耦合装置44的电压，且如果施加到直流耦合装置44的电压是基准电压之上的过电压，集成电路装置41断开控制信号的输出。
在集成电路装置41中，为了进行滤波操作，多个电阻R11、R13、R14、R16、R17、R18、R20、R21、R22、R24、R27、R28、R29和多个电容C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17相互连接，通过多个接脚ENA、IAC、Vrms、Soft Start、GND、Vaout、Mult、CA、PK和Vcc输入和输出不同的信号。这些通常配置在以常规方式使用的集成电路装置41中，并非特意添加到用于产生和输出控制信号的集成电路，因此略去对它们的介绍。
如图所示，根据从集成电路装置41输出的控制信号而输出驱动信号的控制极驱动器装置42包括：第一光电耦合器件(photocoupler)IS01，根据输出的控制信号接通/断开；第一NPN晶体管Q7，当笫一光电耦合器件IS01接通时断开；第一PNP晶体管Q4，当第一光电耦合器件IS01接通时断开；第二NPN晶体管Q3，当第一光电耦合器件IS01接通时导通。
由电阻R10和R30对第一光电耦合器件IS01输出端的输出进行分压，且该输出端连接到晶体管Q7的基极。电阻R12与第一NPN晶体管Q7的集电极串联。第二NPN晶体管Q3的基极和第一PNP晶体管Q4的基极相互连接，且与第一NPN晶体管Q7的集电极连接。第二NPN晶体管Q3的发射极连接到电阻R15，二极管D3与电阻R15并联。
将工作电源通过Vcc2提供到第一光电耦合器件IS01并提供到晶体管Q3和晶体管Q4。
第二NPN晶体管Q3的发射极与第一PNP晶体管Q4的集电极相互串联。当第一光电耦合器件IS01处于导通状态时，第一PNP晶体管Q4断开，使得从第二NPN晶体管Q3发射极输出的电流作为驱动信号，其通过控制极2而不是SOURCE2输出。
为了增加通过驱动信号输出的电流强度，控制极驱动器装置42还包括：第二光电耦合器件IS02、第三NPN晶体管Q5、第二PNP晶体管Q6、第四NPN晶体管Q8、多个电阻R23、R25、R26、R31以及二极管D4，它们分别对应于光电耦合器件IS01、第二NPN晶体管Q3、第一PNP晶体管Q4和第一NPN晶体管Q7、多个电阻R10、R12、R15以及二极管D3。
第二光电耦合器件IS02、第三NPN晶体管Q5、第四NPN晶体管Q8、第二PNP晶体管Q6以与上述的光电耦合器件IS01、第二NPN晶体管Q3和第一NPN晶体管Q7、第一PNP晶体管Q4以相同的方式工作。
直流稳压器43包括：绝缘栅晶体管Q1(下文称为“IGBT”)，根据从控制极驱动器装置42输出的驱动信号而导通/断开；电阻R4，其连接到IGBT Q1的发射极和基极；和并联到IGBT Q1的电容C2和电阻R5。电容C2和电阻R5相互串联。
当输出驱动信号时，IGBT(Q1)导通，无该驱动信号时，IGBT(Q1)则断开。电容C2和电阻R5作为一缓冲电路工作，用于降低当IGBT(Q1)断开时产生的高电压，且二极管D1当IGBT(Q1)断开时提供所需的电流通道。
直流稳压器43还包括：IGBT(Q2)、电阻R3和R6以及电容C3，其分别与IGBT(Q1)、电阻R4和R5与电容C2相对应。IGBT(Q2)、电阻R3和R6以及电容C3提高通过直流稳压器43提供到直流耦合装置44的电流容量。
因此，将施加到直流耦合装置44的电压提供到负载装置45，并且最终输入到逆变器装置24的该直流电压是已经降低的且限制谐波发生的电压。
下面通过等效电路工作情况来介绍直流稳压器43、直流耦合装置44和负载装置45的工作情况。
图5A和5B是表示关于图4中的电压直流稳压器、直流耦合装置和负载装置的等效电路图。
如图所示，直流稳压器43、直流耦合装置44和负载装置45的等效电路包括：开关S100，串联到整流/输出端22A的一侧；电阻R101，串联到整流/输出端22A其中的另一侧；电感L100，串联到开关S100和电阻R101；二极管D100，串联到开关S100的一端；电容C100，串联到电感L100。
电容C100和电阻R101相互并联。开关S100等效于IGBT(Q1)和IGBT(Q2)。二极管D100等效于二极管D1。电容C100等效于电容C7。
电阻R101是与负载装置45相对应的等效电阻。集成电路装置41根据由电阻R1和R2组成的电压测量装置所检测的电压值，将控制信号的输出接通/断开，控制极驱动器装置42根据该控制信号将使开关S100导通/断开的驱动信号的输出接通/断开。
如图5A中所示，如果开关S100断开，即开关S100处于断开状态，将所提供的从整流/输出端22A输出的直流电压中断，由于施加到电容C100的电压和存储在电感L100中的能量的作用，电流流到二极管D100和负载装置45。
如图5B中所示，如果集成电路装置41输出一控制信号，当开关S100导通时，二极管D100断开，直流电压通过电感L100向电容C100重新充电，同时，将电流提供到负载装置45，即电阻R101。
如果在电阻R8上测量的电流在基准值之上，或者如果将在基准值之上的电压提供到负载装置45，集成电路装置41检测到这种情况，控制信号的输出中断，并因此，开关S100断开。
因此，经降低和持续均匀的直流电压最终被提供到逆变器装置24。
正如迄今所介绍的，本发明的三相感应电动机的驱动装置和方法具有如下的优点。
即，能够防止由在向逆变器提供直流电压以驱动三相感应电动机期间产生的功率因数下降，并消除了谐波，并且因为不需要高价的逆变器元件，使其相关的费用降低。
由于在不脱离本发明构思或主要特征的情况下，本发明可以按几种形式体现，还应理解，除非另加说明，上述实施例不受以上说明的细节的限制，而是，在所提出的权利要求限定的构思和范围内可以按广义方式构成，因此，所提出的权利要求意在包含落入由这些权利要求的边界和界限内或这些边界和界限的等效物内所有的变化和修改。

Claims (15)

1.一种三相感应电动机的驱动装置，包括：
三相电源装置，用于提供三相电压；
整流器，用于对自三相电源装置提供的三相电压进行整流；
降压装置，用于降低由整流器产生的直流电压，并输出稳定的直流电压；和
逆变器装置，用于将从降压装置输出的稳定直流电压改变为三相交流电压并驱动三相感应电动机。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该降压装置包括：
集成电路装置，用于测量由整流器产生的电压，并输出控制信号以便控制从整流器向逆变器装置输出的直流电压；
控制极驱动器装置，用于根据从集成电路装置输出的控制信号，产生驱动逆变器装置的驱动信号；
直流稳压器，用于根据控制极驱动器装置的驱动信号，降低由整流器产生的直流电压，并产生稳定的直流电压；
直流耦合装置，用于耦合由直流稳压器产生的直流电压；
负载装置，用于将施加到直流耦合装置的直流电压提供到逆变器装置。
3.根据权利要求2所述的装置，其中输入到逆变器装置的直流电压是已经降低的且限制谐波发生的电压。
4.根据权利要求2所述的装置，其中集成电路装置测量由整流器向直流稳压器提供的电流，如果该提供的电流是过电流，则断开控制信号的输出。
5.根据权利要求2所述的装置，其中降压装置包括：电压测量装置，用于测量通过直流稳压器耦合到直流耦合装置的电压。
6.根据权利要求2所述的装置，其中降压装置还包括：开关装置，用于选择性地提供从外侧向集成电路装置施加的电源。
7.根据权利要求2所述的装置，其中该直流稳压器包括：
晶体管，当从控制极驱动器装置输入驱动信号时导通，和
相互串联的电容和电阻，且与晶体管并联。
8.根据权利要求7所述的装置，其中当由于从集成电路装置输出控制信号而从控制极驱动器装置输入的驱动信号使晶体管导通时，直流稳压器降低施加到该电容和电阻的整流器的直流电压，并将其耦合到直流耦合装置
9.根据权利要求4所述的装置，其中如果提供到直流耦合装置的电压在基准值之上，该集成电路装置中断控制信号的输出。
10.根据权利要求2所述的装置，其中该控制极驱动器装置包括：
第一光电耦合器件，根据该集成电路装置输出的控制信号而接通/断开；
第一NPN晶体管，当第一光电耦合器件接通时断开；
第一PNP晶体管，当第一光电耦合器件接通时断开；和
第二NPN晶体管，当第一光电耦合器件接通时导通。
11.根据权利要求10所述的装置，其中为了增加通过驱动信号输出的电流，控制极驱动器装置还包括：第二光电耦合器件、第三NPN晶体管、第二PNP晶体管、第四NPN晶体管和第三PNP晶体管，它们分别对应于第一光电耦合器件、第一NPN晶体管、第一PNP晶体管第二NPN晶体管。
12.根据权利要求10所述的装置，其中在控制极驱动器装置中，由第一和第二电阻将从光电耦合器件输出的电压进行分压并施加到第一NPN晶体管的基极，第三电阻连接到其集电极和第二NPN晶体管的基极连接端，第一PNP晶体管的基极连接到第一NPN晶体管的集电极，第二NPN晶体管的发射极连接到第四电阻，一个二极管与第四电阻并联，第二NPN晶体管的发射极串联到第一NPN晶体管的发射极。
13.一种三相感应电动机的驱动方法，包括：
整流步骤，对三相电压进行整流；
测量步骤，对整流步骤中的整流电压的量值进行测量；
整流电压量值控制步骤，对提供到逆变器装置的整流电压量值进行控制，该逆变器装置根据在测量步骤中测量的电压的量值驱动三相感应电动机。
14.根据权利要求13所述的方法，其中整流的电压量值控制步骤包括：
测量施加的电流的量值，以便向逆变器装置施加电压，并相应地控制向逆变器装置提供的整流电压的量值。
15.一种三相感应电动机的驱动方法，包括：
电源提供步骤，提供三相电压；
整流步骤，对提供的三相电压进行整流；
降压步骤，降低在整流步骤中产生的直流电压并输出稳定的直流电压；以及
将从降压步骤输出的直流电压改变为三相交流电压并驱动三相感应电动机。
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