TWI711262B - 變頻器裝置以及依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法 - Google Patents

Abstract

一種變頻器裝置包含一變頻器模組、一輸出濾波器、一旁通電路、一輸出電壓檢測電路及一控制模組，變頻器模組電性連結於一市電電源，輸出濾波器電性連結於變頻器模組與一負載，旁通電路與輸出濾波器並聯設置。在上述變頻器裝置之基礎下，一種依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，主要是利用輸出電壓偵測器偵測輸出濾波器與負載間之一輸出電壓值；然後利用控制模組比較輸出電壓值是否大於一輸出電壓限制值；最後，當輸出電壓值大於輸出電壓限制值時，控制模組發送一斷路信號至導通開關，以驅使導通開關由預設之導通狀態切換至斷路狀態。

Description

變頻器裝置以及依據輸出電壓值而選 擇性輸出電流之方法

本發明係關於一種變頻器裝置以及選擇性輸出電流之方法，尤其是指一種內建有輸出濾波器之變頻器裝置以及依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法。

一般來說，較大型或較為精密的馬達通常都需要使用變頻器等驅動裝置進行控制，以依據使用者的需求來調整馬達輸出的功率，但由於這類型馬達的電力來源都是市電，因此在使用馬達時，除了需要安裝驅動器外，通常還需要在市電與驅動裝置之間裝設輸入濾波器，以防止市電所提供之交流電因波形雜亂而導致驅動裝置毀損。此外，由於脈衝電壓在電纜上傳輸時，如果電纜的阻抗與負載的阻抗不匹配，在負載端會產生反射，而反射的結果會導致入射波與反射波疊加，進而形成更高的電壓，其幅度最大可以達到直流母線電壓的2 倍，大約相當於變頻器輸入電壓的3倍，因此當過高的尖峰電壓加在電機定子的線圈上時，線圈很容易會因為頻繁的過電壓衝擊而導致電機過早失效，甚至因此造成線圈的絕緣層破損而引發其他危害。

承上所述，為了避免輸出電壓損壞設備或造成人員受傷，通常會在驅動裝置上直接外掛輸出濾波器，藉以將驅動裝置所輸出的電流加以濾波，進而避免脈衝電壓在負載端產生反射而形成高電壓，然而此方法雖然可以有效的避免高電壓的形成，但卻會因為過度的濾波而造成電力損失。

有鑒於在先前技術中，利用外掛輸出濾波器來避免形成高電壓的方式會造成電力的損失；緣此，本發明的主要目的在於提供一種變頻器裝置以及依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，可以有效的避免形成高電壓，也不會因為多度的濾波而造成電力的損失。

本發明為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一種變頻器裝置，包含一變頻器模組、一輸出濾波器、一旁通電路、一輸出電壓檢測電路以及一控制模組。

變頻器模組係電性連結於一市電電源，用以將該市電電源所提供之一工頻交流電轉換成一頻率或電壓可變之變頻交流電。

輸出濾波器係電性連結於該變頻器模組 與一負載，用以將該變頻器模組所提供之該變頻交流電加以濾波後提供至該負載。

旁通電路包含一輸入接點、一輸出接點以及一導通開關。輸入接點係電性連結於該變頻器模組與該輸出濾波器。輸出接點係電性連結於該輸出濾波器與該負載。導通開關係電性連結於該輸入接點與該輸出接點，以與該輸出濾波器並聯設置，且該導通開關預設為一導通狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電經由該旁通電路輸送至該負載。

輸出電壓檢測電路包含一檢測接點以及一輸出電壓偵測器。檢測接點係電性連結於該輸出接點與該負載。輸出電壓偵測器係電性連結於該檢測接點，用以偵測經過該旁通電路輸送至該負載之該變頻交流電而產生一輸出電壓值，並據以發送出一輸出電壓信號。

控制模組係電性連結於該變頻器模組、該導通開關與該輸出電壓偵測器，用以依據該輸出電壓信號發送出一斷路信號至該導通開關，使該導通開關由該導通狀態切換至一斷路狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電受到該輸出濾波器加以濾波後提供至該負載。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，該變頻器模組包含一輸入濾波器以及一變頻器。輸入濾波器係電性連結於該市電電源，用以對該市電電源所提供之該工頻交流電進行濾波。變頻器係電性連結於該輸入濾波器與該輸出濾波器，用以將該經過濾 波之工頻交流電轉換成該變頻交流電。較佳者，變頻器為一矩陣式變頻轉換器。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，該控制模組更包含一比較器，該比較器內建有一輸出電壓限制值，該比較器係用以比較該輸出電壓值與該輸出電壓限制值，並在該輸出電壓值大於該輸出電壓限制值時發送出該斷路信號。較佳者，該輸出電壓限制值為該工頻交流電之電壓的1.5至2倍。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，該導通開關為一繼電器。

本發明為解決先前技術之問題，所採用的另一必要技術手段是提供一種依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，是應用於上述之變頻器裝置，該依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法包含以下步驟：首先，步驟(a)是利用該輸出電壓偵測器偵測該輸出濾波器與該負載間之該輸出電壓值，並依據該輸出電壓值發送出該輸出電壓信號至該控制模組；然後，步驟(b)是利用該控制模組接收到該輸出電壓信號，並比較該輸出電壓值是否大於一輸出電壓限制值；最後，步驟(c)是當該輸出電壓值大於該輸出電壓限制值時，該控制模組發送該斷路信號至該導通開關，以驅使該導通開關由預設之該導通狀態切換至該斷路狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電受到該輸出濾波器加以濾波後提供至該負載。

在上述必要技術手段所衍生之一附屬技 術手段中，在步驟(a)之前更包含一步驟(a0)，利用該變頻器模組接收該市電電源所提供之該工頻交流電，並該將工頻交流電轉換成該變頻交流電。

如上所述，本發明主要是將導通開關預設為導通狀態，並透過輸出電壓偵測器偵測經過旁通電路輸送至負載之變頻交流電是否因為電壓反射而造成電壓過高，進而判斷變頻器模組所輸出的變頻交流電是否需經過輸出濾波器而加以控制，有效的避免因為濾波所造成的無謂損失。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

100‧‧‧變頻器裝置

1‧‧‧變頻器模組

11‧‧‧輸入濾波器

12‧‧‧變頻器

2‧‧‧輸出濾波器

3‧‧‧旁通電路

31‧‧‧輸入接點

32‧‧‧輸出接點

33‧‧‧導通開關

4‧‧‧輸出電壓檢測電路

41‧‧‧檢測接點

42‧‧‧輸出電壓偵測器

5‧‧‧控制模組

51‧‧‧比較器

511‧‧‧輸出電壓限制值

6‧‧‧輸入電壓偵測電路

61‧‧‧市電電壓偵測接點

62‧‧‧輸入電壓偵測器

7‧‧‧電流回授電路

71‧‧‧輸出電流偵測接點

200‧‧‧市電電源

300‧‧‧負載

S1‧‧‧輸出電壓信號

S2‧‧‧斷路信號

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之變頻器裝置之系統方塊圖；以及

第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法之步驟流程圖。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之變頻器裝置之系統方塊圖。如圖所示，一種變頻器裝置100包含一變頻器模組1、一輸出濾波器2、一旁通電路3、一輸出電壓檢測電路4、一控制模組5、一輸入電壓偵測電路6以及一電流回授電路7。

變頻器模組1包含一輸入濾波器11與一變頻器12。輸入濾波器11是電性連結於一市電電源200，用以將市電電源200所提供之一工頻交流電加以濾波。變頻器12是電性連結於輸入濾波器11，用以將經過輸入濾波器11濾波過的工頻交流電轉換成一頻率或電壓可變之變頻交流電。此外，在本實施例中，變頻器12為一種將九個SiC MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)電子開關以矩陣排列之矩陣式變頻轉換器，但不限於此，在其他實施例中，變頻器模組1亦可為現有的整流器與逆變器的組合。

輸出濾波器2係電性連結於變頻器模組1之變頻器12與一負載300，用以將變頻器模組1所提供之變頻交流電加以濾波後提供至負載300。

旁通電路3包含一輸入接點31、一輸出接點32以及一導通開關33。輸入接點31是電性連結於變頻器模組1與輸出濾波器2。輸出接點32是電性連結於輸出濾波器2與負載300。導通開關33是電性連結於輸入接點31與輸出接點32，以使導通開關33與輸出濾波器2並聯設置，且導通開關33預設為一導通狀態，藉此，當本發明之變頻器裝置100開機運作時，變頻器模組1會先將市電電源200所提供之工頻交流電加以濾波並轉換成變頻交流電，然後因為導通開關33預設為導通狀態，因此變頻器模組1所提供之變頻交流電會先經由旁通電路3輸送至負載300。此外，在本實施例中，導通開關33為一繼電器。

輸出電壓檢測電路4包含一檢測接點41以 及一輸出電壓偵測器42。檢測接點41是電性連結於輸出接點32與負載300；更詳細的說，檢測接點41是設置在輸出濾波器2與負載300間之電路上，並位於輸出接點32與負載300之間。輸出電壓偵測器42是電性連結於檢測接點41；其中，由於檢測接點41位於輸出接點32與負載300之間，因此當變頻器模組1所提供之變頻交流電經由旁通電路3輸送至負載300時，輸出電壓偵測器42便可透過檢測接點41偵測經過旁通電路3輸送至負載300之變頻交流電所產生之一輸出電壓值，並在偵測到輸出電壓而產生輸出電壓值時，依據輸出電壓值發出一輸出電壓信號S1。

控制模組5是電性連結於變頻器模組1、導通開關33與輸出電壓偵測器42，並具有一比較器51，且比較器51內建有一輸出電壓限制值511，輸出電壓限制值511為工頻交流電之電壓的1.5至1.5倍；其中，比較器51是用以比較輸出電壓值與輸出電壓限制值511，並在輸出電壓值大於輸出電壓限制值511時發送出斷路信號S2至導通開關33，使導通開關33由預設之導通狀態切換至斷路狀態，進而使變頻器模組1所提供之變頻交流電改經過輸出濾波器2加以濾波後提供至負載300。

輸入電壓偵測電路6包含一市電電壓偵測接點61與一輸入電壓偵測器62。市電電壓偵測接點61是設置於市電電源200與變頻器模組1之間，而輸入電壓偵測器62是電性連結於市電電壓偵測接點61與控制模組5，用以偵測市電電源200輸入變頻器模組1之工頻交流電 的電壓值，並將偵測到的電壓值傳送至控制模組5。

電流回授電路7包含一輸出電流偵測接點71，輸出電流偵測接點71是設置於變頻器模組1之變頻器12與輸入接點31之間，並電性連結於控制模組5，藉以偵測自變頻器12輸出之變頻交流電之電流值，並將偵測到的電流值傳送至控制模組5。在本實施例中，控制模組5主要是透過輸入電壓偵測器62所偵測到的工頻交流電之電壓值與變頻交流電之電流值等資訊來控制變頻器模組1的工作參數，由於此為現有技術，故不再多加敘述。

請繼續參閱第二圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法之步驟流程圖。如圖所示，在上述之變頻器裝置100的基礎下，本發明所提供之依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，首先步驟S11是利用變頻器模組1接收市電電源200所提供之工頻交流電，並將工頻交流電轉換成變頻交流電。接著，步驟S12是利用輸出電壓偵測器42偵測輸出濾波器2與負載300間之輸出電壓值，並依據輸出電壓值發送出輸出電壓信號S1至控制模組5。然後，步驟S13是利用控制模組5接收到輸出電壓信號S1，並比較輸出電壓值是否大於一輸出電壓限制值511。最後，當輸出電壓值大於輸出電壓限制值511時，會接著進入步驟S14，然而若輸出電壓值小於輸出電壓限制值511時，則會直接結束；其中，步驟S14是控制模組5發送斷路信號S2至導通開關33，以驅使導通開關33由預設之導通狀態切換至斷路狀態。

綜上所述，由於本發明之變頻器裝置是將導通開關33預設為導通狀態，因此市電電源200所提供之工頻交流電在經過變頻器模組1之變頻而輸出變頻交流電後，由於旁通電路3的電阻遠小於輸出濾波器2之電阻，因此變頻器模組1所輸出之變頻交流電會先經由旁通電路3輸送至負載300；此時，由於檢測接點41設置於旁通電路3之輸出接點32與負載300之間，因此電性連結於檢測接點41之輸出電壓偵測器42可以偵測到經過旁通電路3輸送至負載300之變頻交流電之電壓值是否過高，並在輸出電壓偵測器42偵測到輸出電壓時發送出輸出電壓信號S1至控制模組5，以使控制模組5之比較器51比較輸出電壓值與輸出電壓限制值511。

當偵測到的輸出電壓值大於輸出電壓限制值511時，控制模組5會發送斷路信號S2至導通開關33，以使導通開關33切斷旁通電路3之連通，使變頻器模組1所輸出之變頻交流電先經過輸出濾波器2加以濾波後再輸送至負載300，而由於輸出濾波器2可以過濾掉反射波，進而避免形成高電壓，有效的保護負載300之線圈的絕緣層等元件。此外，由於本發明之變頻器裝置是將導通開關33預設為導通狀態，因此當偵測到的輸出電壓值未大於輸出電壓限制值511時，則可以在不用經過輸出濾波器2濾波的情況下提供變頻交流電至負載，有效的避免因過度濾波所造成的能量損失。

相較於先前技術之變頻器裝置大都是透過外接輸出濾波器的方式來過濾反射波，進而避免產生 高電壓，導致即使原本不會形成高電壓的變頻交流電也會因為輸出濾波器的濾波而降低輸出的功率；相較於此，本發明之變頻器裝置與依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，確實可以有效的透過輸出電壓偵測來控制變頻器模組所輸出的變頻交流電是否需經過輸出濾波器，藉以有效的避免因為過度濾波所造成的無謂損失。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

100‧‧‧變頻器裝置

1‧‧‧變頻器模組

11‧‧‧輸入濾波器

12‧‧‧變頻器

2‧‧‧輸出濾波器

3‧‧‧旁通電路

31‧‧‧輸入接點

32‧‧‧輸出接點

33‧‧‧導通開關

4‧‧‧輸出電壓檢測電路

41‧‧‧檢測接點

42‧‧‧輸出電壓偵測器

5‧‧‧控制模組

51‧‧‧比較器

511‧‧‧輸出電壓限制值

6‧‧‧輸入電壓偵測電路

61‧‧‧市電電壓偵測接點

62‧‧‧輸入電壓偵測器

7‧‧‧電流回授電路

71‧‧‧輸出電流偵測接點

200‧‧‧市電電源

300‧‧‧負載

S1‧‧‧輸出電壓信號

S2‧‧‧斷路信號

Claims (8)

1. 一種變頻器裝置，包含：

   一變頻器模組，係電性連結於一市電電源，用以將該市電電源所提供之一工頻交流電轉換成一頻率或電壓可變之變頻交流電；

   一輸出濾波器，係電性連結於該變頻器模組與一負載，用以將該變頻器模組所提供之該變頻交流電加以濾波後提供至該負載；

   一旁通電路，包含：

   一輸入接點，係電性連結於該變頻器模組與該輸出濾波器；

   一輸出接點，係電性連結於該輸出濾波器與該負載；以及

   一導通開關，係電性連結於該輸入接點與該輸出接點，以與該輸出濾波器並聯設置，且該導通開關預設為一導通狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電經由該旁通電路輸送至該負載；

   一輸出電壓檢測電路，包含：

   一檢測接點，係電性連結於該輸出接點與該負載；以及

   一輸出電壓偵測器，係電性連結於該檢測接點，用以偵測經過該旁通電路輸送至該負載之該變頻交流電而產生一輸出電壓值，並據以發送出一輸出電壓信號；以及

   一控制模組，係電性連結於該變頻器模組、該導通開關 與該輸出電壓偵測器，用以依據該輸出電壓信號發送出一斷路信號至該導通開關，使該導通開關由該導通狀態切換至一斷路狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電受到該輸出濾波器加以濾波後提供至該負載。
2. 如申請專利範圍第1項所述之變頻器裝置，其中，該變頻器模組包含：

   一輸入濾波器，係電性連結於該市電電源，用以對該市電電源所提供之該工頻交流電進行濾波；以及

   一變頻器，係電性連結於該輸入濾波器與該輸出濾波器，用以將該經過濾波之工頻交流電轉換成該變頻交流電。
3. 如申請專利範圍第2項所述之變頻器裝置，其中，該變頻器為一矩陣式變頻轉換器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之變頻器裝置，其中，該控制模組更包含一比較器，該比較器內建有一輸出電壓限制值，該比較器係用以比較該輸出電壓值與該輸出電壓限制值，並在該輸出電壓值大於該輸出電壓限制值時發送出該斷路信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之變頻器裝置，其中，該輸出電壓限制值為該工頻交流電之電壓的1.5至2倍。
6. 如申請專利範圍第1項所述之變頻器裝置，其中，該導通開關為一繼電器。
7. 一種依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，係利用如申請專利範圍第1項所述之變頻器裝置將該變頻交流電選擇性地輸出至該負載，該依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法包含以下步驟：(a)利用該輸出電壓偵測器偵測該輸出濾波器與該負載間之該輸出電壓值，並依據該輸出電壓值發送出該輸出電壓信號至該控制模組；(b)利用該控制模組接收到該輸出電壓信號，並比較該輸出電壓值是否大於一輸出電壓限制值；以及(c)當該輸出電壓值大於該輸出電壓限制值時，該控制模組發送該斷路信號至該導通開關，以驅使該導通開關由預設之該導通狀態切換至該斷路狀態，藉以使該變頻器模組所提供之該變頻交流電受到該輸出濾波器加以濾波後提供至該負載。
8. 如申請專利範圍第7項所述之依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法，其中，在步驟(a)之前更包含一步驟(a0)，利用該變頻器模組接收該市電電源所提供之該工頻交流電，並該將工頻交流電轉換成該變頻交流電。

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