CN1846347A - 变流器 - Google Patents

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Abstract

变流器，至少包含用于检测输入由该变流器供电的电机电流的单元，其中在该变流器内部布置有用于电流检测的单元，其中该单元的信号被输入一个非线性滤波器，其输出信号被输入一个另外的滤波器，该滤波器与一个模数转换器连接。

Description

变流器
技术领域
本发明涉及一种(电力)变流器(Umrichter)。
背景技术
对变流器已知，检测电机电流的实际值I-ist，其中电流检测单元布置在变流器中。由电流检测单元提供给电子控制设备的信号首先输入一个滤波器1-例如在图1中示出的PT1滤波器。因此给微控制器2提供已平滑滤波的测量信号使用并且抑制干扰信号。PT1滤波器作为低通滤波器有益地具有例如20μs的时间常数。
这种变流器的缺点是，当在变流器和被供电的电机之间使用长的电缆时电缆的电容导致较高的再充电电流峰值(Umladestromspitzen)。因为变流器脉宽调制运行，并且在变流器输出端上的电压变化，导致电缆电容的短暂出现的大的充电电流峰值。
发明内容
因此本发明的目的在于，改善变流器中的电流检测。
根据本发明用具有权利要求1中给出的特征的变流器来实现该目的。
对于变流器本发明的主要特征是，其至少包含用于检测输入由变流器供电的电机的电流的单元，其中用于电流检测的单元布置在变流器内部，该单元的信号被输入一个非线性滤波器，其输出信号被输入到与一模数转换器连接的另一个滤波器。
对此优点是，在通过长电缆与各自供电的电机连接的变流器中可以实现较高的调节质量和调节特性。因为可突出地滤除由于大的电缆电容而产生的再充电电流峰值，特别是比仅具有一个PT1滤波器的情形好至少一个数量级。对此重要的是，不仅被过滤信号的峰值较低而且特别是电压-时间面积可以设置成比只有一PT1滤波器或其它的线性滤波器情况下小很多。
始终如此设计该非线性滤波器，即基本上无干扰地通过取决于机器的、也就是由电机的设计确定的电流值的变化。而在测量信号中抑制带有与非线性滤波器的特征时间相比较小时间间隔的再充电电流峰值。相反基本上无变化地通过例如由于电机转子的机械负载变化引起的电流变化。
在一个有益的设计方案中，在微控制器或微处理器中集成模数转换器。对此优点是可以应用尽可能少的、低成本的器件。
在一个有益的设计方案中非线性滤波器是一个斜坡函数发生器。对此优点是可以制造一个结构特别简单的元件。
在一个有益的设计方案中斜坡函数发生器包含一个比较器和一个积分器。对此优点是可以使用标准元件。
在一个有益的设计方案中另外的滤波器是一个PT1滤波器。对此优点是只需对现有技术的电路进行特别简单和少的变化。
在一个有益的设计方案中对于斜坡函数发生器来说在5至10μs的时间内可以达到与变流器的额定电流对应的值。对此优点是滤波非常高效并且与在应用具有相应时间常数的PT1滤波器相比电压-时间面积非常低。
在一个有益的设计方案中PT1滤波器的时间常数为15至25μs、特别是为大约20μs。对此优点是可以使用现有技术的元件。
在从属权利要求中得出另外的优点。
参考标号表：
1  滤波器
2  微控制器
3  斜坡函数发生器
31 比较器
32  具有电平变换器的积分器
41  运算放大器
42  运算放大器
R1  电阻
R2  电阻
C1  电容
C2  电容
在图2中刻画出了本发明的主要特征。在电流检测单元后面连接一个斜坡函数发生器(Hochlaufgeber)3。其输出信号被输入常规滤波器也就是低通滤波器1，然后如此已平滑滤波的信号被输入微控制器2。
斜坡函数发生器在理想情况下具有这样的特性，即只要输出电压小于输入电压，就以固定的变化速度升高其输出信号。同样只要输出电压大于输入电压，就以固定的变化速度降低其输出信号。如果输入信号比这两个变化速度改变得慢，则输出信号与输入信号相等。在实际的结构中与这种理想特性存在偏差。
在图3中指出了这种斜坡函数发生器的原理结构。对此比较器31的输出端引向积分器32并且积分器32的输出信号由比较器31使用。只要在根据图3的斜坡函数发生器的输入量和输出量之间存在差值，则比较器31的输出端取决于差值符号具有正值或负值。积分器32的输出信号随着时间线性增大或者随着时间线性减小。概括起来也就是短时间出现的矩形输入量变换为小的三角形脉冲。三角形曲线的斜率取决于积分器的时间常数。在本发明中如此选择该时间常数，即使其大于电缆电容充电的再充电电流峰值的典型的时间间隔。
如此选择斜坡函数发生器输出信号的最大斜率，即使其在数值上始终大于电机电流曲线的最大出现的斜率。主要通过电机的电感和施加的电压以及在电机内的感应电压确定电机电流曲线的最大斜率。因此不发生电机电流的低通滤波而是要测量的电流曲线基本上没有改变地通过后面的电路部分。但与此相反显著降低再充电电流峰值，因为该电流峰值具有比斜坡函数发生器输出信号的所谓的最大斜率高得多的斜率。
在图4中指出了一个具体的示例电路接线图。可是有益地也可以使用用于实施本发明的其它电路接线图。在图4中借助于运算放大器41并包括外围布线来形成比较器。其输出信号被输入具有电平变换的积分器42、R4、R5、R6、R7和C1，其中该积分器的时间常数在2至10μs之间，运算放大器42用于电平变换。通过电阻R8实现输出信号反馈到比较器的输入端。电容C2有助于防止该装置的震荡特性。也可以如此设置其它的器件并设定相应的参数，即防止波动特性，比如C3。该比较器设计为具有通过R1、R9、R2和R8确定的较高增益的放大器。
在图5中指出了一个示例的脉冲，其象征性地刻画了标准化/归一为1的再充电电流峰值的时间曲线，该电流峰值的脉宽为1μs多一点。在屏蔽的、几米例如20m长的电缆中实际的再充电电流峰值的峰值为几安培例如10安培或更大。实际的时间曲线不是如在图5中示出的矩形脉冲，而是具有很大阻尼的震荡特性，该震荡特性也由电缆的电感和另外的参量共同确定。可是再充电电流峰值的象征性的曲线有助于与现有技术相比更好地理解本发明和示出的斜坡函数发生器的特性。示出的象征性的再充电电流峰值的电压时间面积可以与实际的再充电电流峰值相当。
图6指出了时间常数为20μs的常规PT1滤波器对根据图5的再充电电流峰值的测量响应，这对应于现有技术。被滤波的值达到0.08，也就是实际再充电电流峰值的8％。PT1滤波器的放电时间非常大。电压-时间面积也非常大。
图7指出了斜坡函数发生器对根据图5的再充电电流峰值的测量响应。峰值达到0.05，也就是仅为实际再充电电流峰值的5％。斜坡函数发生器的放电时间非常小并且在大约2μs。电压-时间面积也非常小。这样得出与理想的三角形响应的偏差，即比较器不具有无限大的增益而是为了抑制震荡特性仅具有有限增益。
有益地如此选择运算放大器41，即其在不到200ns的时间内从饱和达到有效的调节区域内。
图8指出了当在斜坡函数发生器后面连接一个常用的滤波器1时测量的响应。明显看出，再充电电流峰值对输入微控制器2的输出信号仅有最低的影响。
因此在本发明中设置一个非线性滤波器，其突出地抑制再充电电流峰值并因此在具有到供电的电机长的电缆的变流器中有非常好的调节特性。

Claims (7)

1.变流器，
至少包含用于检测输入由该变流器供电的电机的电流的单元，
其中用于电流检测的单元布置在该变流器内部，
其特征在于，
该单元的信号被输入一个非线性滤波器，其输出信号被输入另一个与一模数转换器相连的滤波器。
2.按照权利要求1的变流器，其特征在于，所述模数转换器集成在微控制器或微处理器内部。
3.按照至少一个上述权利要求的变流器，其特征在于，所述非线性滤波器是一个斜坡函数发生器。
4.按照至少一个上述权利要求的变流器，其特征在于，所述斜坡函数发生器包含一个比较器和一个积分器。
5.按照至少一个上述权利要求的变流器，其特征在于，所述另一个滤波器是PT1滤波器。
6.按照至少一个上述权利要求的变流器，其特征在于，对于斜坡函数发生器在5至10μs的时间内可以达到与该变流器的额定电流对应的值。
7.按照至少一个上述权利要求的变流器，其特征在于，PT1滤波器的时间常数为15至25μs，特别是为大约20μs。
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