CN86108659A - 逆变器 - Google Patents

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Abstract

一种逆变器包括不论供给如电动机等旋转驱动装置的驱动功率的电流大小如何，对应于恒定频率，靠手动设定恒定电压而输出恒定电压/频率变化模式的手动转矩提升功能，根据手动转矩提升所设定的恒定电压/频率模式、按照输入旋转驱动装置电流的大小自动校正电压/频率模式的自动转矩提升功能。该逆变器能在旋转驱动装置的输入电流处于低频范围时，利用手动和自动转矩提升功能补偿转矩的下降。

Description

本发明是关于给电动机等旋转驱动装置供电、且按照电动机的驱动电流来调整输出电压的逆变器，特别是关于在以低频电力供电时、使电动机的转矩特性得到明显改善的逆变器。
一般，各工业部门的各类设备其大多数是用如电动机那样的旋转驱动装置来驱动的。对这类使用旋转驱动装置的设备的最有效的控制方法是控制旋转驱动装置的旋转频率，例如，可以利用下列具体方法来实现：①改变极数、②控制初级电压、③控制初级频率、④涡流耦合控制。其中，初级频率控制法是利用控制电动机或类似物的供电频率来控制旋转频率的。在初级频率f变化时，如果加于电动机的电压V与频率f成比例地变化，那么电动机的输出特性实际上是恒转矩特性。
图1表示以作为旋转驱动装置的电动机为负载时，通常所用逆变器输出特性的特性图。这幅图中，沿纵轴和横轴分别表示输出电压V0和输出频率f0，图上，逆变器输出的电压/频率变化模式由基本模式P1和调整模式P2来表示。调整模式P2根据负载电流亦即输入电动机的电流来调节。假定负载电流超过设定值，那么控制的作用是在整个输出频率范围内使输出电压以相同程度增长，这样自动地完成电动机的转矩提升。采用了自动转矩提升，就使同样容量即同样额定输出电流的逆变器适用于比较大的负载。因此，具有自动转矩提升功能的电动机适用于，比如搅拌机和传送机之类起动时负载大、运转中负载减小的设备，或者适用于如带式传输机那样在定常运转中负载时而加大，然后趋于稳定的设备。
但是，当使用普通逆变器时，即使具备自动转矩提升功能，由于在低频范围，电动机线圈电阻造成的压降等影响，阻碍输出电流平滑的流向电动机，导致低频时，转矩比额定转矩小，如图2中曲线a所示，这就引起了在低频范围不能形成转矩提升特性的问题，因为，甚至电动机负载增大时，其输入电流还是小。
此外，当电动机加速时，在低频范围由于转矩不足，滑差就增大，使电动机等对速度指令的响应变劣。
再者，当在低频范围负载转矩大时，电动机转速降低，而且，当逆变器输出的频率增加到这样的频率范围以致如图2中曲线b或c所示流至电动机的电流过大时，流过电动机的电流超过了逆变器容许的输出电流，电动机就停车了。
本发明的目的就是提供一种即使在低频范围也可以实现转矩提升特性的逆变器。
本发明的另一个目的是提供一种能改善电动机在低频范围对给出指令响应的逆变器。
本发明还有一个目的是提供低频时转矩特性得到改善、因而使流过电动机的电流不超过其逆变器容许的输出电流、藉此防止电动机停车的逆变器。
为了达到这些目的，依据本发明的逆变器，不论供给旋转驱动装置的输入电流的大小如何，靠手动调节电压/频率（V/f）调整器，使输出具有恒定的V/f特性变化模式，并且根据输入电流值的大小，用V/f调整器自动输出校正值校正V/f特性。
假定这校正值表为第一校正值的话，那么用由电压补偿器输出的、和输出频率有关的第二校正值，对第一校正值进行校正。
图1是表明普通逆变器输出端的电压/频率特性的示意图。
图2是描述和普通逆变器的输出有关的滑差/转矩及滑差/电流特性的示意图。
图3是表示依据本发明的逆变器的第一种实施例结构的方框图。
图4是说明图3的实例中逆变器输出亦即电动机输入电流变化的时间图。
图5是描述图3的实例中逆变器输出即电动机输入电压变化的时间图。
图6是表明图3的实例中逆变器输出端电压/频率特性的示意图。
图7是说明图3的实例中和逆变器输出有关的滑差/转矩和滑差/电流特性的示意图。
图8是依据本发明的逆变器的第二种实施例的结构方框图。
图9表示以图8的实例为依据的逆变器输出端的电压/频率特性的示意图。
以下将对本发明逆变器的几种实施例作详细说明。
图3至图7是依据本发明的逆变器的第一种实施例的方框图和各种特性图。图3的方框图表示本发明第一种实施例的逆变器的概要结构，其中逆变器主要包括频率设定器1、软起动电路2、频率指令电路3、并联连接于软起动电路2和频率指令电路3之间结点处的电压指令电路4、后面将要详述的电压/频率调整器10、用来将电压/频率调整器10的输出和电压指令电路4的输出相加的加法器6。电压指令电路4和作为手动转矩提升装置、在频率降低时、使输出电压校正值增大的电压/频率设定器5相连接。在加法器6的输出端接有放大器7，将电压指令回路4的输出V0和电压/频率调整器10的输出K1（Im-I0）相加而得的加法器6的输出放大。
电压/频率调整器10包括检测电动机（未画出）输入电流用的输入电流检测电路11，用来设定自动转矩提升的初始电流I0的电流设定器12，用来将输入电流检测电路11的输出即电动机等的输入电流Im和电流设定电路12设定的初始电流I0相加或相减的加减器13，用来将加减器13的输出加以放大的放大器14以及用来以校正系数K1校正经放大器14放大了的起始电流I0和输入电流Im之差的设定器15。
下面将叙述具有上述结构的逆变器的工作。
首先，用频率设定器1设定一个决定逆变器输出频率的基准值。以此基准值为依据，经软起动电路2、由频率指令电路3得到输出频率f0，并且经软起动电路2、由电压指令电路4得到输出电压V0。因为电压指令电路4设有电压/频率设定器5，所以，对于诸如加工机床、传送设备之类要求循环工作的设备，通过电压/频率设定器5设定一种特别在低频范围获得大的加速转矩的电压/频率变化模式，按照这一模式输出电压V0。
另一方面，输入电流检测电路11连续监测电动机（未画出）输入电流即逆变器的负载电流Im的大小，并且将输入电流Im输出到加减器13。由电流设定器12设定的自动转矩提升的起始电流（基准电流）I0被输入到加减器13，这样藉加法或减法来计算电动机输入电流Im相对于起始电流I0的量Im-I0。图4表示输入电流Im和初始电流I0之间的关系。加减器13的输出经放大器14输至设定器15，对设定器15，校正系数K1是预先设定的，然后用校正系数K1乘加减器的输出Im-I0所得的校正值K1（Im-I0）被送至加法器6。图5的时间图表示校正值K1（Im-I0）。
输出电压V0也供给加法器6。如果在任何情况下逆变器的输出频率f0都恒定不变，那么输出电压V0自然也是一个恒值。在加法器中，输出电压V0被加到校正值K1（Im-I0）上以实现对输出电压V0的校正，而校正后的输出V0+K1（Im-I0）经放大器7输出。就是说，在电动机的输入电流Im超过初始电流I0的时间T如图5中所示，电压指令值受到校正而增大。
所以，电压/频率设定器5手动设定的电压/频率变化模式A，该模式用来使逆变器在输入频率（比如起动时）低于通常运行所用频率的情况下能够调高输出电压以完成手动转矩提升功能，以及由电压/频率调整器10根据校正值K1（Im-I0）自动设定的电压/频率模式B，将模式A和模式B结合在一起，得到图6所示的电压/频率特性。在这种情况下，当输入频率变低时，就能够对于输出频率f0设定较高的输出电压V0。结果，电动机的输入电流在低频范围可以增加，使输入转矩迅速增大到超过额定转矩，如图7中曲线a所示。
当输入转矩增加，电动机的滑差减小时，输入电流也降低，因此，逆变器的输出电压恢复到原始值。这和只应用自动转矩提升时的情况一样。
在只有自动转矩提升功能的场合，在负载变化大而迅速的情况，可能发生响应的延迟;但是，如果有了手动转矩提升功能，那么，靠手动转矩提升和自动转矩提升结合起作用，就能够得到所要求的足够大的加速转矩。
以下参照图8、图9详细说明本发明逆变器的第二种实施例。在图8的方框图中，号码1～7和10～15同描述第一种实施例的图3中的同一号码即指同样的部件，因此这里说明从略。
在第二实施例中增加了电压补偿器20，它并联连接于频率指令电路3的输出端。电压补偿器20包括用来输出由第二校正系数K2和频率指令电路3的输出频率f0相乘而得到的中间校正值-K2f0的设定器21，用来将常数a和校正值-K2f0相加的加法器22，用来将常数a输至加法器22的常数设定器23以及将加法器22输出的第二校正值a-K2f0加以放大的放大器24。
在输出第一校正值K1（Im-I0）的电压/频率调整器10以及输出第二校正值a-K2f0的电压补偿器20两者的输出侧设有加法器30，在加法器30的输出侧接有放大器31，用来放大两个校正值相加后的输出K1（Im-I0）+（a-K2f0）。放大器31的输出再经加法器6和依据手动转矩提升的电压指令电路4的输出电压V0相加。
以下说明按所述第二实施例构成的逆变器的工作情况。
因为主管手动转矩提升功能的电压/频率设定器5的工作以及电压压指令电路4的工作实质上和用图4、图5说明过的第一实施例中的一样，故不赘述。
在为电压补偿器20而设的第二校正系数设定器21中，频率指令电路3的输出频率f0乘以第二校正系数K2，校正值-K2f0在加法器22中和常数设定器23所设定的常数a相加，这样得到的第二校正值经放大器24输入到加法器30。在加法器30中，进行加法运算，用第二校正值a-K2f0来校正第一校正值K1（Im-I0），合成值由放大器31放大而得到第二实施例的校正值K1（Im-I0）+（a-K2f0），然后被输入到加法器6。在这里得到V0+｛K1（Im-I0）+（a-K2f0）｝，并且经放大器7输给电动机（未画出）。
所以，如图9所示，第二实施例能够得到具有包括用电压/频率设定器5手动设定的电压/频率模式A、由电压/频率调整器10自动设定的电压/频率模式B以及由电压补偿器20设定的电压/频率模式C的电压/频率特性的逆变器输出，当逆变器输出频率降低时，对于输出频率f0、输出电压V0能够充分地增大。
如上所详述的那样，根据本发明构成的逆变器，用电压/频率设定器来实行手动设定，不论供给旋转驱动装置的输入电流大小如何，都能输出具有恒定模式电压/频率特性的电流，并且，用电压/频率调整器和电压补偿器那样的自动电压/频率设定装置自动输出和输入电流相适应的校正值，这样来改善电压/频率特性，这导致下述效果。
首先，因为有了电压/频率设定器，在逆变器输出处于低频范围时，靠手动设定补偿转矩提升特性，这样，在低频范围也能防止逆变器输出的转矩下降。
此外，既使逆变器输出在低频范围，当给出旋转驱动装置的速度指令时，输出能即刻增大，因此，负载响应性能大为提高。
再者，如果电动机等旋转驱动装置连续工作在低频范围，为了防止旋转驱动装置过热，可以用和手动设定相关联的转矩提升装置降低逆变器输出电压，只有当存在重负载时才可以根据自动转矩提升特性提高逆变器的输出电压，这样来防止旋转驱动装置故障或停车。
另外，当机床设备或特殊运输机械要求迅速地加速运转时，可以靠靠调整手动转矩提升来提高逆变器的输出电压，于是不论负载状态如何，都可达到安全运转。

Claims (14)

1、一种逆变器包括手动转矩提升装置和自动转矩提升装置；手动转矩提升装置不论供给接于逆变器输出侧的旋转驱动装置的输入电流的大小如何，对于和频率相应的恒定电压，手动设定输入电流并输出恒定的电压/频率模式；自动转矩提升装置依据所述手动转矩提升装置设定的电压/频率模式，按照输入电流的大小自动校正电压/频率模式。
2、根据权利要求1的逆变器，其中设置的手动转矩提升装置是为获得输出电压的电压指令电路，它包括一个具有输出电压校正量的电压/频率设定器，当输入于旋转驱动装置的电流频率降低时，输出电压的校正量增大。
3、根据权利要求1的逆变器，其中所述自动转矩提升装置包括：用来检测所述旋转驱动装置的输入电流的输入电流检测电路;用来在自动转矩提升状态输出初始电流的电流设定器;为将所述输入电流检测电路的输出和所述电流设定器的输出相加或相减的加减器以及为了用校正系数校正所述加减器输出的设定器。
4、根据权利要求3的逆变器，当所述输入电流检测电路检测到的输入电流超过设定值时，校正输出经所述加减器和设定器输至加法器，用这个加法器使校正输出和所述手动转矩提升装置的输出相加，这样来校正电压/频率模式。
5、根据权利要求1的逆变器，其中所述旋转驱动装置包括电动机。
6、根据权利要求5的逆变器，其中所述电动机包括感应电动机。
7、一种逆变器包括手动转矩提升装置、第一自动转矩提升装置和第二自动转矩提升装置，手动转矩提升装置不论供给接于逆变器输出侧的旋转驱动装置的输入电流的大小如何，对于和频率相应的恒定电压，手动设定输入电流并输出恒定的电压/频率模式;第一自动转矩提升装置依据所述手动转矩提升装置设定的电压/频率模式，按照输入电流的大小自动校正电压/频率模式;第二自动转矩提升装置按照与输出频率有关的第二校正值校正所述第一自动转矩提升装置输出的第一校正值。
8、根据权利要求7的逆变器，其中设置的所述手动转矩提升装置是为获得输出电压的电压指令电路，它包括具有输出电压校正量的电压/频率设定器，当旋转驱动装置输入电流的频率降低时，输出电压校正量增大。
9、根据权利要求7的逆变器，其中所述自动转矩提升装置包括：为了检测所述旋转驱动装置的输入电流的输入电流检测电路;为了在自动转矩提升状态输出初始电流的电流设定器;为了把所述输入电流检测电路的输出和所述电流设定器的输出相加或相减的加减器以及为了利用第一校正系数校正所述加减器的输出，输出第一校正值的第一设定器。
10、根据权利要求9的逆变器，当所述输入电流检测电路检测到的所述输入电流超过设定值时，第一校正值就经所述加减器和第一设定器输至第一加法器，在所述的第一加法器中，将第一校正值和作为所述第二自动转矩提升装置的输出的第二校正值相加而得的校正值被输到第二加法器，用所述第二加法器将校正输出和所述手动转矩提升装置的输出电压相加，这样来校正电压/频率模式。
11、根据权利要求7的逆变器，其中所述第二自动转矩提升装置包括根据频率指令电路的输出频率输出第二校正值的电压补偿器，频率指令电路和设于电压指令电路中的所述手动转矩提升装置并联。
12、根据权利要求11的逆变器，其所述电压补偿器包括：用来根据第二校正系数校正所述频率指令电路输出频率而设定中间校正值的第二设定器;用来将常数和所述第二设定器输出的中间校正值相加并输出第二校正值的第三加法器。
13、根据权利要求7的逆变器，其中所述旋转驱动装置包括电动机。
14、根据权利要求13的逆变器，其所述电动机包括感应电动机。
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