專利名稱：在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的方法和一種用于實(shí)施該方法的裝置，其中，該矩陣逆變器具有多個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的換向電路電容器、一個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的開(kāi)關(guān)單元和一個(gè)電阻單元。
背景技術(shù)：
在一些驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，例如在電梯設(shè)備中，人們希望在電網(wǎng)故障時(shí)還能夠確定驅(qū)動(dòng)并使其安全地關(guān)閉。對(duì)于具有電壓中間電路逆變器(Umrichter)的驅(qū)動(dòng)中，只需在電壓中間電路中安裝相應(yīng)大小的脈沖電阻。也就是說(shuō)，將這樣的脈沖電阻與中間電路電容器電氣并聯(lián)。該脈沖電阻具有一個(gè)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)和一個(gè)電阻的串聯(lián)電路。根據(jù)電機(jī)的制動(dòng)功率通過(guò)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的脈沖控制將電阻上的電壓這樣調(diào)節(jié)到中間值，使得在電阻中轉(zhuǎn)換的功率與電機(jī)的瞬間制動(dòng)功率相等。
除了該“電壓中間電路”的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，還存在其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如“矩陣逆變器”逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種矩陣逆變器通過(guò)可選電網(wǎng)濾波器或者EMV濾波器與供電電網(wǎng)連接。該電網(wǎng)濾波器例如由導(dǎo)線扼流圈和連接在矩陣逆變器輸入端的換向電路電容器實(shí)現(xiàn)?？梢园慈切位蛐切芜B接的換向電路電容器對(duì)于矩陣逆變器的運(yùn)行是絕對(duì)必要的。在輸入線中引入的扼流圈可以在一定的條件下省略。
因?yàn)榫仃嚹孀兤鞑痪哂须妷褐虚g電路，所以也不存在將公知的脈沖電阻用于關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的可能性。因?yàn)橐恍?qū)動(dòng)應(yīng)用要求可靠的關(guān)閉，所以在這些驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中不能使用矩陣逆變器來(lái)為電機(jī)供電。因此，在一些驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中排除了“矩陣逆變器”的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的方法和裝置。
本發(fā)明的目的通過(guò)權(quán)利要求1或2以及權(quán)利要求8或9的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的方法，在確定電網(wǎng)故障時(shí)立刻將矩陣逆變器與供電電網(wǎng)分離，并將一個(gè)電阻單元這樣地接入到該矩陣逆變器的輸入端子，使得加在該電阻單元上的電壓的幅度等于所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量的幅度，以及其中，將轉(zhuǎn)速額定值控制到零。
本發(fā)明方法的一個(gè)前提是在供電電網(wǎng)和該矩陣逆變器輸入端之間設(shè)置一個(gè)可操作的分離部位。該分離部位必須在確定電網(wǎng)故障時(shí)立刻斷開(kāi)，使得可以繼續(xù)運(yùn)行該矩陣逆變器。
借助于本發(fā)明的方法可以將由矩陣逆變器供電的電機(jī)的制動(dòng)能量類似于在電壓中間電路逆變器中一樣，也在電阻單元中轉(zhuǎn)換成熱量。通過(guò)按照本發(fā)明的方法將加在電阻單元上的電壓這樣調(diào)節(jié)到中間值，使得在電阻單元轉(zhuǎn)換的功率與電機(jī)瞬間的制動(dòng)功率相當(dāng)。為了對(duì)在電阻單元上的電壓進(jìn)行設(shè)置，該電阻單元至少具有一個(gè)可以關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。借助于該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)按照本發(fā)明的方法可以將公知的脈沖電阻與矩陣逆變器聯(lián)系起來(lái)。
如果作為電阻單元采用一個(gè)電阻和一個(gè)接觸器的串聯(lián)電路，其中，該電阻單元在矩陣逆變器的兩個(gè)相線之間與其接頭連接，使得該電阻單元的電阻不是脈沖式(getaktet)的，而是在兩個(gè)相線之間固定接通的。由此，在制動(dòng)運(yùn)行中矩陣逆變器的輸入電壓不是電網(wǎng)頻率的，而是直流電壓。該在電阻上的直流電壓通過(guò)矩陣逆變器輸入電壓的角度狀態(tài)設(shè)置。輸入電壓的旋轉(zhuǎn)借助于對(duì)矩陣逆變器輸入端的無(wú)功電流的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。
在這種優(yōu)選的方法中，矩陣逆變器本身用來(lái)在電阻單元上設(shè)置電壓，由此不需要額外的可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。這樣，使在矩陣逆變器的控制和調(diào)節(jié)單元中的銜接最少，而電阻單元僅具有唯一的電阻，該電阻通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的接觸器接入矩陣逆變器的兩個(gè)輸入相線之間。
用于實(shí)施本發(fā)明方法的本發(fā)明的裝置包括分別用于采集電容電壓空間向量和電網(wǎng)電壓空間向量的部件，一個(gè)電壓調(diào)節(jié)電路，一個(gè)電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件，一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，和一個(gè)過(guò)程控制部件。此外，該裝置具有一個(gè)定時(shí)的電阻單元。所提到的部件為對(duì)電網(wǎng)和矩陣逆變器進(jìn)行狀態(tài)采集所必需，其中，用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量的部件僅被設(shè)置為對(duì)于制動(dòng)運(yùn)行的初始化部件。用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量的部件后接電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件，該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件的輸出端與過(guò)程控制部件的輸入連接。過(guò)程控制部件的輸出端與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的一個(gè)控制輸入、電壓調(diào)節(jié)電路和開(kāi)關(guān)單元連接。電壓調(diào)節(jié)電路的輸入端與用于采集電容電壓實(shí)測(cè)空間向量的部件的幅度輸出連接，而輸出端與電阻單元的控制輸入連接。借助于該裝置可實(shí)施本發(fā)明方法，其中，該裝置僅僅額外地具有帶有可關(guān)斷半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電壓調(diào)節(jié)電路，一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和一個(gè)過(guò)程控制部件。
在一個(gè)優(yōu)選的裝置中，該電壓調(diào)節(jié)電路的輸出端與矩陣逆變器的控制調(diào)節(jié)部件的一個(gè)控制輸入連接，在該控制輸入上在正常運(yùn)行中加有一個(gè)可以用來(lái)調(diào)節(jié)矩陣逆變器輸入端的無(wú)功電流的調(diào)節(jié)參數(shù)。此外，該可關(guān)斷的電阻單元只具有一個(gè)電阻和一個(gè)接觸器。該電阻單元接入在矩陣逆變器的兩個(gè)輸入相線之間。通過(guò)對(duì)控制調(diào)節(jié)部件輸入端的無(wú)功電流使用調(diào)節(jié)參數(shù)輸入，電阻單元得到極大的簡(jiǎn)化。此外，不需要額外的可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，圖中示意地示出了實(shí)施按照發(fā)明、用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的方法的裝置的多個(gè)實(shí)施方式。其中圖1示出了具有一個(gè)電阻單元的矩陣逆變器的線路方框圖，圖2示出了按照?qǐng)D1的電阻單元的第一實(shí)施方式，圖3示出了按照?qǐng)D1的電阻單元的第二實(shí)施方式，圖4示出了按照?qǐng)D1的電阻單元的第三實(shí)施方式，圖5示出了具有一個(gè)電阻單元的矩陣逆變器的第一調(diào)節(jié)的信號(hào)流圖，圖6示出了具有一個(gè)電阻單元的矩陣逆變器的第二調(diào)節(jié)的信號(hào)流圖，圖7示出了按照?qǐng)D1的電阻單元的另一實(shí)施方式，圖8示出了按照?qǐng)D7的具有一個(gè)電阻單元的矩陣逆變器的優(yōu)選調(diào)節(jié)的信號(hào)流圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1的線路方框圖中，2表示矩陣逆變器而4表示所屬的控制調(diào)節(jié)部件，6表示換向電路電容器電路，8表示扼流圈電路，10表示開(kāi)關(guān)單元，12表示供電電網(wǎng)，14表示電阻單元和16表示要驅(qū)動(dòng)的電機(jī)。矩陣逆變器2輸出端與電機(jī)16的接點(diǎn)連接，而輸入端與換向電路電容器電路6連接。該換向電路電容器電路6具有三個(gè)在此接成三角形的換向電路電容器C1，C2和C3。這些換向電路電容器C1，C2和C3也可以按星形連接。換向電路電容器電路6前面接有扼流圈電路8，該扼流圈電路8輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)單元10可以與供電電網(wǎng)12連接。該扼流圈電路8具有三個(gè)分別設(shè)置在一個(gè)輸入線上的電感L1，L2和L3。開(kāi)關(guān)單元10具有三個(gè)開(kāi)關(guān)S1，S2和S3，利用這些開(kāi)關(guān)可以分開(kāi)從供電電網(wǎng)12至扼流圈電路8的輸入線。電阻單元14的輸入端與開(kāi)關(guān)單元10的輸出連接，而其輸出端與扼流圈電路8輸入連接。也可以將該電阻單元14設(shè)置在扼流圈電路8和換向電路電容器電路6之間。該電阻單元14的實(shí)施方式在圖2至4和圖7中示出，其中，在按照?qǐng)D7的電阻單元14的應(yīng)用中控制調(diào)節(jié)部件4必須能夠調(diào)節(jié)矩陣逆變器2的輸入無(wú)功電流。
矩陣逆變器2的控制調(diào)節(jié)部件4引入了至少兩個(gè)測(cè)得的電網(wǎng)相電壓uN2和uN3。還可以將測(cè)得的電網(wǎng)相電壓uN1引入。此外，將電容電壓uC1，uC2和uC3引入到該控制調(diào)節(jié)部件4。此外，在另外兩個(gè)輸入上加有一個(gè)測(cè)得的轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值nmeβ和一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值n*。該控制調(diào)節(jié)部件4的輸出端通過(guò)控制線與矩陣逆變器2的控制輸入、電阻單元8和開(kāi)關(guān)單元10的控制輸入耦合。這些電容電壓uC1，uC2和uC3在矩陣逆變器2的輸入端被測(cè)量，因此它們表示矩陣逆變器2的輸入電壓。扼流圈電路8和換向電路電容器電路6共同構(gòu)成電網(wǎng)濾波器。另外可以將測(cè)得的電網(wǎng)電流iN1，iN2和iN3送至該控制調(diào)節(jié)部件4，如果要調(diào)節(jié)輸入端的無(wú)功電流，則它們是必須的。這種選擇是通過(guò)將所屬的信號(hào)線分別用一條虛線表示出來(lái)而標(biāo)明的。
在用N標(biāo)示的正常運(yùn)行中，開(kāi)關(guān)單元10的開(kāi)關(guān)S1，S2和S3接通。也就是說(shuō)，這些開(kāi)關(guān)S1，S2和S3在位置N處接通。作為開(kāi)關(guān)S1，S2和S3分別采用快速開(kāi)關(guān)，以便在電網(wǎng)故障時(shí)可以將矩陣逆變器2立即與電網(wǎng)12分開(kāi)。作為快速開(kāi)關(guān)S1，S2和S3可以設(shè)計(jì)為半導(dǎo)體接觸器。通過(guò)它們使具有輸入端換向電路電容器電路6的矩陣逆變器2實(shí)現(xiàn)快速分離，可以不經(jīng)中斷地繼續(xù)運(yùn)行矩陣逆變器2。因此，在電網(wǎng)故障短暫之前確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ與分離之后的短暫時(shí)間內(nèi)確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ相當(dāng)。也就是說(shuō)，當(dāng)結(jié)合了快速開(kāi)關(guān)S1，S2和S3時(shí)，在短暫分離之后的輸入電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ與在分離之前短暫時(shí)刻的輸入電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ相比基本上沒(méi)有改變。該輸入電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ是具有額定幅度uNenn的電網(wǎng)電壓空間向量unetzmeβ。
圖2示出了圖1中的電阻單元14的第一實(shí)施方式。該電阻單元14具有一個(gè)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20和一個(gè)電阻22的串聯(lián)電路18。該可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20的控制接頭與電阻單元14的控制輸入24連接。又稱為脈沖電阻的串聯(lián)電路18的兩個(gè)接頭分別通過(guò)二極管D1，D2，D3或D1′，D2′，D3′與一個(gè)相線導(dǎo)體連接，該相線導(dǎo)體將電阻單元14的每個(gè)輸入26，28和30與電阻單元14的輸出32，34和36耦合。通過(guò)這種脈沖電阻18與相線導(dǎo)體的耦合在制動(dòng)運(yùn)行B中在電阻22上加有一個(gè)可以調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)頻率交變電壓。因?yàn)檫@里僅僅使用了一個(gè)電阻22，所以在制動(dòng)運(yùn)行中電機(jī)的瞬間制動(dòng)功率僅轉(zhuǎn)換為在電阻22上的功率。所屬的電阻電流也僅僅由可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20導(dǎo)引。
在圖3中示出了一個(gè)三相電阻單元14，該單元與圖2中的電阻單元14的區(qū)別在于，這里用三個(gè)電阻221，222和223替代了電阻22。此外，設(shè)置了兩個(gè)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)201和202，它們分別與二極管電橋38和40的直流電壓端接頭連接。該二極管電橋38或40具有四個(gè)二極管，其中，第一交流電壓端的接頭與電阻223或222的接頭連接，而第二交流電壓端的接頭與電阻221的接頭連接。由此，這些電阻221，222和223以星形連接。因此，所施加的電壓分別被分配在兩個(gè)電阻221，222或223上。此外，針對(duì)電網(wǎng)周期不是總將功率轉(zhuǎn)換到各個(gè)電阻上。
在圖4中示出了電阻單元14的另一三相的實(shí)施方式，該實(shí)施方式與圖3中實(shí)施方式的區(qū)別在于，僅使用了三個(gè)二極管D1，D2，D3或D1′，D2′，D3′來(lái)替代二極管電橋38和40。相對(duì)于按照?qǐng)D3的三相安排，電阻單元14需要更少的元件。
按照?qǐng)D3和4的電阻單元14的兩個(gè)實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于，不會(huì)出現(xiàn)低頻諧波，例如第5或7階諧波。由此，控制調(diào)節(jié)部件4可更安靜地工作，因?yàn)槿鄙僦C波，在電阻單元14上電壓的正弦變化失真更少。
圖5示出了圖1的控制調(diào)節(jié)部件4的信號(hào)流圖。該控制調(diào)節(jié)部件4首先具有調(diào)節(jié)單元42和控制單元44。在該調(diào)節(jié)單元42前接有一個(gè)疊加的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路46，該電路為該調(diào)節(jié)單元42提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩額定值m*。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路46由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器48和比較器50組成，該比較器將測(cè)得的轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值nmeβ和一個(gè)預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值n*進(jìn)行比較。此外，控制調(diào)節(jié)部件4具有一個(gè)用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的部件52。該用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的部件52具有一個(gè)坐標(biāo)變換器54，其后接另一個(gè)坐標(biāo)變換器56。在部件52的坐標(biāo)變換器54的輸入端上加有至少兩個(gè)測(cè)得的值uN2，uN3。還可以將所有三個(gè)測(cè)得的電網(wǎng)電壓值uN1，uN2，uN3送至坐標(biāo)變換器54的輸入端。借助于該坐標(biāo)變換器54將三相系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)正交的兩相系統(tǒng)。在坐標(biāo)變換器54的兩個(gè)輸出上形成圍繞電網(wǎng)頻率fN的電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的正交分量uNα和uNβ。借助于后接的另一個(gè)坐標(biāo)變換器56將電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的正交分量uNα和uNβ變換為電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的極化分量幅度unetzmeβ和相位角γnetz。
為了能夠確定電網(wǎng)故障，在部件52后接一個(gè)電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件58。其中，用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的部件52的幅度輸出與該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件58的輸入連接。該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件58具有一個(gè)起到比例積分作用的調(diào)節(jié)器60(也稱為PI調(diào)節(jié)器)，一個(gè)比較器62和一個(gè)加法器64。通過(guò)該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件58確定，電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的幅度unetz meβ是否低于一個(gè)預(yù)定的誤差極限。為此，確定一個(gè)幅度偏差Δunetz，并將其送至過(guò)程控制單元66。如果該確定的幅度偏差Δunetz上升到一個(gè)預(yù)定的值，則過(guò)程控制單元66從正常運(yùn)行N轉(zhuǎn)換到制動(dòng)運(yùn)行B。由于肯定(positive)的確定，過(guò)程控制單元66通過(guò)一個(gè)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換到制動(dòng)運(yùn)行B中。也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)68轉(zhuǎn)換到位置B，而所有用B標(biāo)志的調(diào)節(jié)器被釋放。
這里，屬于用B標(biāo)志的調(diào)節(jié)器只有電壓調(diào)節(jié)電路72的調(diào)節(jié)器70。電壓調(diào)節(jié)電路72除了調(diào)節(jié)器70之外還包括一個(gè)比較器74，在該比較器74的反相輸入端上加有電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ幅度uC，而在其非反相輸入端加有一個(gè)所確定電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的幅度值。
此外，控制調(diào)節(jié)部件4還具有一個(gè)用于采集電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的部件78。該電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ借助于用于采集電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的部件78從測(cè)得的電容電壓uC2和uC3或者uC1，uC2和uC3根據(jù)其相位角γC確定。為此該部件78具有坐標(biāo)變換器80和在坐標(biāo)變換器80后接的向量旋轉(zhuǎn)器82。借助于該坐標(biāo)變換器80從測(cè)得的電容電壓uC1，uC2和uC3產(chǎn)生兩個(gè)正交旋轉(zhuǎn)(umlaufende)的電壓分量uCα和uCβ。根據(jù)所確定的旋轉(zhuǎn)的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的相位角γC將這些電壓分量變換為兩個(gè)靜止極化電壓分量。極化分量幅度借助于濾波器84得到平滑。極化分量相位角同樣借助于向量相位調(diào)節(jié)電路86得到平滑。該向量相位調(diào)節(jié)電路86具有一個(gè)調(diào)節(jié)器88，一個(gè)積分器90和一個(gè)加法器92。在加法器92上此外加有電網(wǎng)頻率fN的額定值fnenn，從而使得相位角γC對(duì)應(yīng)地進(jìn)一步改變(旋轉(zhuǎn)向量)。輸入電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的這些平滑后的極化分量uC和γC被送至控制單元44，該單元從中為矩陣逆變器2計(jì)算出控制信號(hào)Sv。
另外，在轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)68后接有一個(gè)斜坡產(chǎn)生器(Rampengeber)94，其輸出端與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路46的比較器50的反相輸入端連接。在轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)68的兩個(gè)輸入端一方面加有轉(zhuǎn)速額定值n**，另一方面加有一預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值n**＝0。在用字母N表示的正常運(yùn)行中，將轉(zhuǎn)速額定值n**送至斜坡產(chǎn)生器94，在該產(chǎn)生器的輸出端形成一個(gè)被引導(dǎo)的轉(zhuǎn)速額定值n*’其從零均勻地上升到預(yù)定的值。在用字母B表示的制動(dòng)運(yùn)行中，將預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值n**＝0送至斜坡產(chǎn)生器94的輸入，由此，在該產(chǎn)生器的輸出端被引導(dǎo)的轉(zhuǎn)速額定值n*從一個(gè)預(yù)定值連續(xù)地降為零。該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)68由過(guò)程控制單元66控制。在確定了一個(gè)電網(wǎng)故障后，過(guò)程控制單元66釋放電壓調(diào)節(jié)電路72的調(diào)節(jié)器70。在該調(diào)節(jié)器70的輸入端加有比較器74的輸出信號(hào)，該信號(hào)與電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的幅度相等，但符號(hào)相反。在調(diào)節(jié)器70的輸出端形成一個(gè)信號(hào)SPW，該信號(hào)被送至電阻單元14的控制輸入24。借助于該控制信號(hào)SPW這樣地控制電阻單元14的可關(guān)斷半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20，將在電阻22上加有的電壓這樣調(diào)節(jié)到中間值，使得在電阻22上轉(zhuǎn)換的功率與電機(jī)16瞬間的制動(dòng)功率對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，在制動(dòng)運(yùn)行B中所測(cè)定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的幅度通過(guò)脈沖電阻18來(lái)調(diào)節(jié)。如果電機(jī)16停止，即所測(cè)定的轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值nmeβ等于零，則斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)。
在圖6中詳細(xì)示出了矩陣逆變器2的第二控制調(diào)節(jié)部件4的信號(hào)流圖。該信號(hào)流圖與圖5中的信號(hào)流圖的區(qū)別在于，額外地設(shè)置了一個(gè)用于采集電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的部件96，一個(gè)無(wú)功電流調(diào)節(jié)電路98，一個(gè)第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100和一個(gè)相位角調(diào)節(jié)電路102。實(shí)現(xiàn)該控制調(diào)節(jié)部件4的前提是，其控制單元44除了調(diào)節(jié)參數(shù)輸入“幅度”和“相位角”之外還具有一個(gè)用于調(diào)節(jié)參數(shù)“功率系數(shù)”的控制輸入。第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100的輸入與該控制輸入耦合。該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100的一個(gè)輸入端與相位角調(diào)節(jié)電路102的輸出連接，而其另一個(gè)輸入端與無(wú)功電流調(diào)節(jié)電路98的輸出耦合，該無(wú)功電流調(diào)節(jié)電路98的輸入端與用于采集電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ的部件96的一個(gè)無(wú)功電流輸出連接。
用于采集電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ的部件96在輸入端具有一個(gè)坐標(biāo)變換器104，該坐標(biāo)變換器104的輸出端后接一個(gè)向量旋轉(zhuǎn)器106。借助于坐標(biāo)變換器104從所加的測(cè)得的電網(wǎng)電流iN1，iN2和iN3中產(chǎn)生兩個(gè)正交分量iNα和iNβ。
為了使電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的波動(dòng)不影響到電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ在電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ上的投影，將電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的相位角γnetz通過(guò)一個(gè)第二向量調(diào)節(jié)電路108進(jìn)行平滑。該第二向量調(diào)節(jié)電路108同樣具有一個(gè)調(diào)節(jié)器110，一個(gè)積分器112和一個(gè)加法器114。在加法器114的一個(gè)輸入上加有電網(wǎng)頻率fN的額定值fnenn。該用于平滑電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的相位角γnetz的向量調(diào)節(jié)電路108的相位角輸出與用于采集電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ的部件96的一個(gè)角度設(shè)置輸入耦合。
借助于電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ的該極化分量相位角γnetz和用于采集電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ的部件96的向量旋轉(zhuǎn)器106，將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的正交電流分量iNα和iNβ變換成具有旋轉(zhuǎn)電網(wǎng)電壓空間向量unetzmeβ的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩個(gè)靜止電流分量iW和iμ。即，電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ被映射到電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量unetzmeβ。這兩個(gè)電流分量iW和iμ是在電網(wǎng)電壓空間向量unetzmeβ方向上的一個(gè)分量和在垂直于該電網(wǎng)電壓空間向量unetzmeβ的方向上的一個(gè)分量。出于這樣的原因?qū)⒎至縤W稱為有效電流而將分量iμ稱為無(wú)功電流。將測(cè)得的電網(wǎng)電流實(shí)測(cè)空間向量inetzmeβ的無(wú)功電流分量iμ在后接的無(wú)功電流調(diào)節(jié)電路98中調(diào)節(jié)到一個(gè)預(yù)定的無(wú)功電流額定值iμ*上。為此，該無(wú)功電流調(diào)節(jié)電路98具有一個(gè)調(diào)節(jié)器116和一個(gè)比較器118。在比較器118的反相輸入端加有一個(gè)無(wú)功電流額定值iμ*。
相位角調(diào)節(jié)電路102具有一個(gè)調(diào)節(jié)器120和一個(gè)相加位置121。借助于該相加位置121引入一個(gè)為調(diào)節(jié)器120去負(fù)荷的預(yù)先控制值。該相加位置121的輸出端與轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100的一個(gè)輸入連接。在相位角調(diào)節(jié)電路102的輸入加有測(cè)定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的相位角γC。
矩陣逆變器2的控制調(diào)節(jié)部件4就在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器的驅(qū)動(dòng)的方法而言與按照?qǐng)D5的控制調(diào)節(jié)部件4沒(méi)有差別。唯一的差別在于，具有按照?qǐng)D6的控制調(diào)節(jié)部件4的矩陣逆變器2還可以對(duì)輸入端的無(wú)功電流iμ進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是，該無(wú)功電流的調(diào)節(jié)對(duì)于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)的方法沒(méi)有影響。在兩種情況下，借助于由電壓調(diào)節(jié)電路72產(chǎn)生的控制信號(hào)SPW將在電阻單元14上的電壓這樣調(diào)節(jié)到中間值，使得在電阻單元14上轉(zhuǎn)換的功率與電機(jī)16的瞬間制動(dòng)功率相當(dāng)，并將轉(zhuǎn)速額定值n*斜坡形地降到零。
在圖7中詳細(xì)示出了電阻單元14的另一個(gè)實(shí)施方式。該電阻單元14具有一個(gè)電阻22，該電阻通過(guò)一個(gè)接觸器122接入矩陣逆變器2的兩個(gè)輸入相線之間。該電阻單元14的電阻22不是脈沖式的，而是在電網(wǎng)故障后為制動(dòng)運(yùn)行接通的。因此，加在電阻22上的僅為一個(gè)直流電壓，而沒(méi)有交流電壓，由此，在制動(dòng)運(yùn)行B中矩陣逆變器2的輸入電壓，即電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ不是電網(wǎng)頻率的。該電阻單元14的應(yīng)用要求改化的控制調(diào)節(jié)部件4，其詳細(xì)的信號(hào)流圖在圖8中示出。
圖8中示出了矩陣逆變器2的一個(gè)優(yōu)選的控制調(diào)節(jié)部件4的信號(hào)流圖，該控制調(diào)節(jié)部件4是通過(guò)采用按照?qǐng)D7的電阻單元14而實(shí)現(xiàn)的。該信號(hào)流圖與圖5中的信號(hào)流圖的區(qū)別在于，首先，采用了一個(gè)控制單元44，該單元除了幅度和相位角調(diào)節(jié)輸入之外還具有一個(gè)功率系數(shù)調(diào)節(jié)輸入。此外，其上加有控制信號(hào)SPW的電壓調(diào)節(jié)電路72的輸出端不再與電阻單元14的控制輸入24連接，而是與第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100的第一輸入連接。在該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)100的第二輸入上加有一個(gè)作為功率系數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)的預(yù)定值cosΦnormal，該調(diào)節(jié)參數(shù)在正常運(yùn)行N中被送至控制單元44的功率系數(shù)調(diào)節(jié)輸入端。另外，向量相位調(diào)節(jié)電路86的加法器92的一個(gè)輸入與第三轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)124的輸出連接，在轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)124的兩個(gè)輸入端上分別加有用于制動(dòng)運(yùn)行B和正常運(yùn)行N的預(yù)定頻率值fbrems和fnenn。此外，按照?qǐng)D7，過(guò)程控制單元66產(chǎn)生一個(gè)用于電阻單元14的接觸器122的信號(hào)SSW。借助于該控制信號(hào)SSW在電網(wǎng)故障時(shí)接觸器122接通，從而將電阻22接到矩陣逆變器2的兩條輸入相線之間。
由于這里該電阻單元14的電阻22不是通過(guò)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20定時(shí)的，所以在制動(dòng)運(yùn)行B中矩陣逆變器2的輸入電壓，即電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ不是電網(wǎng)頻率的，而是一個(gè)直流電壓。也就是說(shuō)，電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ不是以電網(wǎng)頻率ωN變化，而是靜止在一個(gè)角度狀態(tài)。在電阻22上的電壓通過(guò)電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ設(shè)置。如果該電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ這樣設(shè)置，使得在其間接入電阻22的兩條相線的耦合的電壓為零，則在電阻22上的電壓同樣為零。因此在電阻22上沒(méi)有功率轉(zhuǎn)換。在這種情況下，電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)于第三相線的相線電壓值。如果電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ這樣設(shè)置，使得該第三相線的相線電壓值為零，則其它兩個(gè)相線的耦合電壓值最大。由此，在電阻22上轉(zhuǎn)換的功率最大。為了可以在這兩種終端狀態(tài)之間連續(xù)變化，改變這里是直流量的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的相位角。電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的這種旋轉(zhuǎn)通過(guò)電壓調(diào)節(jié)電路72的輸出值實(shí)現(xiàn)，該輸出值在制動(dòng)運(yùn)行B中加在控制單元44的功率系數(shù)調(diào)節(jié)輸入端上。借助于該調(diào)節(jié)輸入矩陣逆變器2的輸入無(wú)功電流iμ和由此的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量uCmeβ的旋轉(zhuǎn)受到影響。同時(shí)在制動(dòng)運(yùn)行B中將轉(zhuǎn)速額定值n*斜坡形地降為零。如果電機(jī)16停止，則驅(qū)動(dòng)斷開(kāi)。
因?yàn)殡娮鑶卧?4只具有可關(guān)斷的電阻22，且只需對(duì)公知的矩陣逆變器2的控制調(diào)節(jié)部件4進(jìn)行很少改動(dòng)，這里涉及是用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器2的驅(qū)動(dòng)的優(yōu)選的實(shí)施方式。
利用本發(fā)明的方法開(kāi)啟對(duì)于矩陣逆變器2的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，這些應(yīng)用迄今為止由于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)的前提而被排除。由此，按照本發(fā)明方法的矩陣逆變器和電阻單元14對(duì)應(yīng)于具有脈沖電阻的電壓中間電路逆變器。
權(quán)利要求
1.一種用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器(2)的驅(qū)動(dòng)的方法，該矩陣逆變器具有多個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的換向電路電容器(C1，C2，C3)，一個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的開(kāi)關(guān)單元(10)和一個(gè)電阻單元(14)，其中，在確定電網(wǎng)故障時(shí)立刻將所述矩陣逆變器(2)與供電電網(wǎng)(12)分離，并將所述電阻單元(14)這樣地接入到該矩陣逆變器(2)的輸入端子，使得加在該電阻單元(14)上的電壓的幅度等于所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的幅度(uC)，以及其中，將轉(zhuǎn)速額定值(n*)控制到零。
2.一種用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器(2)的驅(qū)動(dòng)的方法，該矩陣逆變器具有多個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的換向電路電容器(C1，C2，C3)，一個(gè)在電網(wǎng)一側(cè)的開(kāi)關(guān)單元(10)和一個(gè)電阻單元(14)，其中，在確定電網(wǎng)故障時(shí)立刻將所述矩陣逆變器(2)與供電電網(wǎng)(12)分離，并在制動(dòng)運(yùn)行(B)期間這樣調(diào)節(jié)該矩陣逆變器(2)，使得加在該電阻單元(14)上的電壓的幅度最大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)，可以調(diào)節(jié)加在所述電阻單元(14)上的電壓的幅度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，從測(cè)得的電容電壓(uC1，uC2，uC3)構(gòu)成電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的兩個(gè)正交電壓分量(uCα，uCβ)，從中借助于該電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)平滑后的相位角(γC)確定其幅度(uC)和相位角(γC)，其中，對(duì)該相位角(γC)根據(jù)電網(wǎng)頻率(fN)的額定值(fnenn)進(jìn)行平滑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，從測(cè)得的相電壓(uN1，uN2，uN3)構(gòu)成電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的兩個(gè)正交電壓分量(uNα，uNβ)，然后將其變換為極化分量(unetzmeβ，γnetz)；將這樣確定的電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的幅度(unetzmeβ)與一個(gè)幅度額定值(uNenn)進(jìn)行比較，并計(jì)算出一個(gè)用于從正常運(yùn)行(N)向制動(dòng)運(yùn)行(B)轉(zhuǎn)換的確定的偏差(Δunetz)；以及，對(duì)所確定的電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的相位角(γnetz)根據(jù)電網(wǎng)頻率(fN)的額定值(fnenn)進(jìn)行平滑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，將所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的幅度(uC)與一個(gè)幅度(unetz)進(jìn)行比較，并將所確定的偏差(ΔuC)這樣用于對(duì)所述電阻單元(14)提供脈沖，使得所述偏差變?yōu)榱恪?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，從測(cè)得的電容電壓(uC1，uC2，uC3)構(gòu)成電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的兩個(gè)正交電壓分量(uCα，uCβ)，然后將其轉(zhuǎn)換成極化分量(uC，γC)；將所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的幅度(uC)與一個(gè)幅度(unetz)進(jìn)行比較，并將所確定的偏差(ΔuC)這樣用于對(duì)所述電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得所述偏差變?yōu)榱恪?br> 8.一種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的裝置，其具有一個(gè)開(kāi)關(guān)單元(10)和一個(gè)電阻單元(14)，其特征在于，所述裝置分別具有用于采集電容電壓和電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(78，52)，一個(gè)電壓調(diào)節(jié)電路(72)，一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68)，一個(gè)電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)和一個(gè)過(guò)程控制單元(66)；該電壓調(diào)節(jié)電路(72)的輸入端分別與該用于采集電容電壓和電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(78，52)的幅度輸出連接，其輸出端與電阻單元(14)的控制輸入(24)連接；所述過(guò)程控制單元(66)的輸入端與所述電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)連接，而輸出端與所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68)的一個(gè)控制輸入和與所述開(kāi)關(guān)單元(10)的一個(gè)控制輸入連接，該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)的輸入端與所述用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的部件(52)的幅度輸出連接；該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68)的輸出端借助于斜坡產(chǎn)生器(94)與所述矩陣逆變器(2)的控制調(diào)節(jié)部件(4)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路(46)的一個(gè)額定值輸入相耦合。
9.一種用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法的裝置，其具有一個(gè)開(kāi)關(guān)單元(10)和一個(gè)電阻單元(14)，其特征在于，所述裝置分別具有用于采集電容電壓、電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ，unetzmeβ，inetzmeβ)的部件(78，52，96)，一個(gè)電壓調(diào)節(jié)電路(72)，第一和第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68，100)，一個(gè)電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)和一個(gè)過(guò)程控制單元(66)；所述電壓調(diào)節(jié)電路(72)的輸入端分別與該用于采集電容電壓和電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ，unetzmeβ)的部件(78，52)的幅度輸出連接，其輸出端借助于所述第二轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(100)與所述矩陣逆變器(2)的控制調(diào)節(jié)部件(4)的控制單元(44)的一個(gè)控制輸入耦合；所述第一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68)的輸出端借助于一個(gè)斜坡產(chǎn)生器(94)與所述矩陣逆變器(2)的控制調(diào)節(jié)部件(4)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路(46)的一個(gè)額定值輸入相連接；所述過(guò)程控制單元(66)的輸入端與所述電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)連接，而輸出端分別與兩個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(68，100)的控制輸入連接，該電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)部件(58)的輸入端與所述用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的部件(52)的幅度輸出相耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述電阻單元(14)具有一個(gè)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(20)和一個(gè)電阻(22)的串聯(lián)電路(18)，該串聯(lián)電路的接頭分別與多個(gè)二極管(D1，D2，D3，D1′，D2′，D3′)耦合，這些二極管的陽(yáng)極和陰極端分別與所述矩陣逆變器(2)的一個(gè)相線連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述電阻單元(14)具有三個(gè)電阻(221，222，223)，一個(gè)可關(guān)斷的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(20)和多個(gè)二極管(D1，D2，D3，D1′，D2′，D3′)，其中，這些電阻(221，222，223)一端與所述矩陣逆變器(2)的一個(gè)相線連接，而另一端借助于所述二極管(D1，D2，D3，D1′，D2′，D3′)與所述可關(guān)斷半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(20)的接頭連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述電阻單元(14)具有一個(gè)電阻(22)和一個(gè)接觸器(122)的串聯(lián)電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求8，10和11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于采集電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的部件(78)具有一個(gè)帶有后接向量旋轉(zhuǎn)器(82)的坐標(biāo)變換器(80)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的部件(52)具有兩個(gè)串聯(lián)連接的坐標(biāo)變換器(54，56)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在所述用于采集電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(uCmeβ)的部件(78)的幅度輸出后接一個(gè)濾波部件(84)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述用于采集電網(wǎng)電壓實(shí)測(cè)空間向量(unetzmeβ)的部件(52)的相位角輸出后接一個(gè)向量相位調(diào)節(jié)電路(108)。
17.根據(jù)權(quán)利要求8至16中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置是所述矩陣逆變器(2)的控制調(diào)節(jié)部件(4)的組成部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求8至16中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置是信號(hào)處理器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在電網(wǎng)故障時(shí)關(guān)閉具有矩陣逆變器(2)的驅(qū)動(dòng)的一種方法和一種裝置，該矩陣逆變器具有多個(gè)電網(wǎng)一側(cè)的換向電路電容器(C1，C2，C3)，一個(gè)電網(wǎng)一側(cè)的開(kāi)關(guān)單元(10)和一個(gè)電阻單元(14)。按照本發(fā)明，在確定電網(wǎng)故障時(shí)立刻將矩陣逆變器(2)與供電電網(wǎng)(12)分離，并將所述電阻單元(14)這樣地接入到該矩陣逆變器(2)的輸入端子，使得加在該電阻單元(14)上的電壓的幅度等于一個(gè)所確定的電容電壓實(shí)測(cè)空間向量(u
文檔編號(hào)H02M5/27GK1533630SQ02814603
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2002年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月19日
發(fā)明者休伯特·希爾林, 休伯特 希爾林 申請(qǐng)人:西門子公司