CN1214156A - 用于一种电动机的频率变换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于一种电动机(14)的频率变换器(15),它有一个中间电路(3、4、6、7),其中配置了备有开关(8)和负载(10)的制动电路。用这样一个频率变换器,可以减轻对保护措施的要求,尽管把负载(10)放在频率变换器(15)的外面。为此目的,负载(10)与中间电路(6、7)是电隔离的。

Description

用于一种电动机的频率变换器

本发明涉及为一种电动机用的频率变换器，它有一个中间电路，其中配置了备有一个开关和一个负载的制动电路。

频率变换器通常包含有一个整流器，它把单相或多相的交流电压整流后并供给中间电路。用另一种方法，中间电路也可以由不同的直流电源来供电。中间电路供电给变换器，变换器再供给所连接的电动机以所希望频率的电压。当希望中断一次电动机工作时，电压/频率关系减弱，因此电流改变它的方向。现在频率变换器不再提供电流。在这种情况下，电动机的作用像一台发生器提供功率反回给频率变换器，因为电动机内的端电压高于变频器的端电压。为了电动机的制动，反回来的电能常常被引导到一个负载上，由此电能提供给负载受一个亦可称为制动断读器的开关控制。负载可以定义为把电能变换为不同能量形式(譬如热量)的所有各种器件。

作为例子从US 5420491已经知道这样的一种频率变换器，这里负载为一个欧姆电阻。

具有高惯性转矩的电动机，反回到频率变换器的能量总量常常相当高。所以负载不再能在全部情况下放在频率变换器的机壳内部，这意味着必须把它安置在机壳外部。在这样情况下，举例来说，冷却会好一些。并且，由电能变换成能量的其他形式的其他种类能量也容易实现一些。然而，负载放在频率变换器外面将承受负载被暴露在环境条件下这样的缺点。因此，湿气和机械的或电机的条件会影响这个负载，它可能导致如接地故障和短路这些电气上的故障。

由于此原因，一些国家规定对这样的电子设备必须提供保护设备，举例来说如一个故障电流保护开关(接地漏电断路器=FI-开关)。

这种FI-开关根据它们必需满足的要求是不同的。举例来说，IEC755，章节4.2.10，把A型开关和B型开关之间作了区别。例如B型开关能够检出接地漏电电流中的直流分量，当负载与直流中间电路连接，接地故障出现在负载上时就是这一情况。这导致流过的电流包含直流分量。这样的直流分量一个A型FI-开关不能检出。

但是B型FI-开关比较昂贵，并且承受安装复杂和化费也大的缺点。此外，在B型FI-开关之前不允许连接其他FI-开关。

因此，本发明的目的就是要降低有关频率变换器保护措施的要求。

用一个概述中描述的那种型式的频率变换器，这任务便解决，在那里负载与中间电路是电隔离的。这阻止了直流分量流过负载。这样就不再需要去安装昂贵的B型FI-开关。可以采用化费较少的A型FI-开关。所有的直流分量保留在频率变换器内部。当在电流和电压到达特别是外部负载的情况下，它们不再必需分开来保护。

为达此目的优选方案是：制动电路包含一个四端网络，它的输出与负载相接，它的输入与中间电路相连，从而四端网络只是将随时间改变的电信号量传给它的输出端。这样，四端网络形成为一个直流屏障。只有交流电流传送到输出端。因此，必须用昂贵的保险丝保护的直流电流不能出现在负载上。如上面提到的那样，对于接地故障，交流电流的保护可以用较少化费的方法做到。

四端网络的输入与开关相串联是有利的。这样，四端网络输入边受到控制。通过开关的开路，串联连接中断，没有无功电流产生，这对频率变换器的正常工作是特别重要的。

四端网络做成一个变压器是优选的方案。在如这里所用的变压器中，初级绕组和次级绕组是电隔离的。尽管那样，交流电流可以以相当低的损耗传送到负载。而直流电流分量以一种可靠的方式与负载相隔离。

在这种连接中，变压器的输出电压低于变压器的输入电压是被优先选择的。这样负载可以工作在较低的电压、较高的电流。这也减低了对保护措施的要求。

制动电路被安置在中间电路的正电缆与负电缆之间是优选的。这使得从电动机反馈回来能量所引起的电压增加有一个快速的和可靠的减弱。

开关做成一个具有控制接线的电子开关是优先选用的。为此目的，例如晶体管或其它半导体器件可以采用。用这样的半导体开关，可以达到相当高的开关频率，使变压器的尺寸可以大大减小。此外，它们可以按照众所周知的方法进行控制。

负载做成欧姆电阻是优选的。这是把从发动机反馈回频率变换器的电能变换成一种不同能量形式如热量的最简单方法。

下面，本发明在一个与附图共同的优选实施例基础上进行描述，这唯一的附图示出：

一个频率变换器的原理图

频率变换器15包含一个三相输入口R、S、T，三相输入口通过一个故障电流保护器1连接到用三根电缆L1、L2、L3表示的一个三相电源上。

频率变换器15在它的输入口有一个三相整流器2，把电源L1、L2、L3来的电流整流并把它供给中间电路，在本实施例中，中间电路包含有一个由电感3和电容4组成的LC-滤波器。LC-滤波器的目的是均衡由整流器2供给的DC电压。DC电压通过一根正电缆6和一根负电缆7加到变频器5。变频器设计成三相，通过它的三相输出口U、V、W供电到电动机14，例如，一台能量异步机。为此目的，变频器的每一相有二个晶体管Q1到Q6，空载二极管D1到D6与每个晶体管并联。在一个没有详细示出、但一般地都知道的方法中，变频器5用一个控制器以这样一种方式来开关晶体管Q1至Q6，即使电源电压在输出端U,V,W以所希望的频率供电给发动机14。

当发动机14被停转，所有晶体管Q1到Q6都断开，或者电压/频率关系因一个快速制动而调低，这样，电流的方向改变。发动机14的作用像一个发生器把电功率反回到频率变换器。因此，电流经二极管D1到D6到达中间电路，导致正电缆6和负电缆7间一个电压增加。为了保持电压增加低于一个预定最大值，但主要是为了加速发动机14的制动，在正电缆6和负电缆7之间的中间电路中提供了一个制动电路。

制动电路包含一个以变压器9形式的四端网络。这里，变压器9的初级绕组11构成四端网络的输入，变压器9的次级绕组12构成四端网络的输出。欧姆电阻器10构成的负载与次级绕组12相接。如原理图中所示，这电阻器10是放置在频率变换器15的外面。这样，与其说电阻器10的尺寸和性能不再受频率变换器15内部的尺寸和环境条件的限制，或者倒不如说不再受频率变换器15机壳内部的尺寸和环境条件的限制。这意味着较大的电能总量可以被消耗，也就是说，在电阻器10转换成的热不会冒频率变换器15自已被热损坏的危险。其他的负载亦可以预见到，它以另一种方式传送电能，然而不能放在频率变换器15机壳的内部，例如带驱动器的飞轮或电场中的一个电极器件。

变压器9的初级绕组11与开关晶体管8串联，开关晶体管8又被控制开关13经一控制接线16控制。控制开关13测量正电缆6与负电缆7之间的电压。例如根据电容器4上测量得到的电压，它可以控制晶体管8。

晶体管8，亦可以叫做制动断续器，闭合或断开一条从正电缆6经变压器9的初级绕组11到负电缆7的电流通道。通过占空度，也就是晶体管闭合时间与断开和闭合时间和之间的关系，在电缆6,7之间的中间电路中，一个精密的和受控制的电压缩减便可得到。当晶体管8闭合时，电流从正电缆6流到负电缆7，因此这电流也流经变压器9的初级绕组11。因为这电流是不恒定的，但是随时间的增大和减小取决于晶体管8的闭合和断开，变压器9的次级绕组12感应产生一个电流。这电流是纯粹的交流电流没有直流电流分量，在电阻器10上变换为热量。这样，能量就从中间电路除去。

如果，在正常工作期间，一个接地故障产生在电阻器10中，这没有消极的影响，因为在变压器的初级绕组这边只有直流电压是有效的，它不能被传送到电阻器10。在制动工作期间也是同样。这里也不能把一个直流电流传送到电阻器10，这意味着故障电流保护设备可以以较少花费的方法制成。例如，一个A型FI-开关可以用来替代一个B型FI-开关。

此外，变压器9可以用作电压变换。举例说，通过初级绕组11和次级绕组12的绕组数量之间的关系，当做成变压器的输出电压小于输入电压时，在负载10上出现一个较低的电压。当然这与较高的电流联系在一起，但这也降低了对保护措施的要求。

其他种类的变换器当然也可以用来替代图示的有一个与初级绕组电气上隔离的次级绕组12的变压器9，只要它在初级边和次级边之间有电隔离、通过电、磁或其它场能把电能从初级边传送到次级边。

Claims (8)

1．用于一种电动机的频率变换器，它有一个中间电路，其中配置了备有一个开关和一个负载的制动电路，其特征在于负载(10)与中间电路(6,7)是电隔离的。

2．按照权利要求1的频率变换器，其特征在于：制动电路有一个四端网络(9)，它的输出(12)与负载(10)相接，它的输入(11)与中间电路(6,7)相连，从而四端网络(9)只是通过随时间改变的电信号量传给它的输出端(12)。

3．按照权利要求2的频率变换器，其特征在于：输入口(11)与开关(8)串联。

4．按照权利要求2或3中任何一条的频率变换器，其特征在于： 四端网络(9)被做成为一个变压器。

5．按照权利要求4的频率变换器，其特征在于：变压器的输出电压低于输入电压。

6．按照权利要求1至5中任何一条的频率变换器，其特征在于：制动电路被安置在中间电路的正电缆和负电缆(6,7)之间。

7．按照权利要求1至6中任何一条的频率变换器，其特征在于：开关(8)被做成为一个带有控制线(16)的电子开关。

8．按照权利要求1至7中任何一条的频率变换器，其特征在于：负载(10)被做成为一个欧姆电阻器。

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