用于永磁电动机驱动的安全联锁和保护电路制造技术

一种用于防止控制器故障的电路，其中所述控制器提供用于控制通过ＤＣ总线供电的直流至交流变频器并驱动永磁电动机的控制信号，所述电路包括第一电路，所述第一电路用于监视ＤＣ总线电压，并在ＤＣ总线电压超过由电动机产生的反电动势引起的第一阈值的情况下，用于产生发送给控制器的信号，以便为变频器提供开关状态，从而使所述反电动势在永磁电动机的电动机电路电阻中由变频器开关状态提供的短路情况而被充分地耗尽，由此，防止变频器的ＤＣ总线电压超过第一阈值，并使得永磁电动机的转速降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在DC-AC (直流-交流)变频器电动机控制器中驱 动永磁电动机的安全联锁和保护电路，例如，驱动洗衣机的滚筒。根据本发 明的电路执行门锁功能，并且在当永磁电动机仍然运转时主电动机控制器发 生故障以及失控的情况下提供过压保护和电动机制动。
技术介绍
永磁电动机较感应电动机具有更高的功率密度和每安培转矩。感应电动 机过去通常用于洗衣机。永磁电动机用于更现代的洗衣机，并且己经成为如 洗衣机、以及包括空调和冰箱在内的节能电器的重要能源。永磁电动机通常通过以AC电源供电的DC-AC变频器电路驱动，即首 先将AC主电源转换为DC电压，该DC电压保持在DC总线中，且DC总 线电压之后被提供给变频器以转换为用于永磁电动机的每个相位的AC信 号，所述永磁电动机通常为三相。不同于感应电动机，永磁电动机需要额外 的安全电路和机械装置，特别在应用于具有以旋转模式运行的高速滚筒的洗 衣机时更是如此。微控制器和/或DSP (数字信号处理器)是用于控制变频器电源开关(通常为IGBT或者FET)，以便向永磁电动机提供期望电压的常见的控制器组 件。当控制器发生故障或失控时，传统的用于解决失控的电动机的问题的方 法是通过用于安全门锁和制动机械装置的独立的机械方法来实现的。此方法 由分立继电器、计时器和具有用于过压保护的功率晶体管的撬杆开关组成， 所述过压保护与机械制动协作运转。虽然此机械方法是可行的，但相当昂贵 和复杂，并且同样容易出现机械故障。如果发生控制器故障，永磁电动机会出现两种潜在的危险情况。 一种情 况为永磁电动机在惰行减速时高速旋转。在此情况下，如果洗衣机的门或盖 子被打幵，若人体试图接近旋转的滚筒，将会产生导致人身伤害的安全危险。 因此，必要的是，在电动机运转时，门或盖子必须被锁住，且如果发生控制 器故障，那么优选地，旋转速度必须尽快降至停止状态(制动)。另一种情况为，当控制器因为控制器故障而停止供给电动机电能时，永 磁电动机会在DC总线上产生过电压。这是由于电动机在顺畅运转时产生了 反电动势。当电动机在弱磁控制下工作以达到很高旋转运行时，所述电压可 以非常高。如果这时候发生故障，所产生的电压会相当高。所述电压与电动 机转速(w)和永磁体通过相对于线圈的运动产生的通量(O)的乘积成比 例关系。在弱磁模式下，如果控制器发生故障且无法控制电动机，那么当电 动机转速达到其运转模式转速决定的额定运转速度的三至四倍时，由于通量 弱化的损失，弱化的通量变为满额通量。如果在弱磁运行中发生这种控制器 故障的情况下不采取任何行动，那么对230伏AC均方根输入主电压，额定 值约为310伏DC的DC总线电压，将会达到大约1000伏(为额定DC总 线电压的三或四倍)。这样会导致系统中的电力设备和高压集成电路的损坏， 因为对于230伏AC均方根主输入，所述电力设备和高压集成电路的电压值 通常为600伏。DC总线电容器也会被损坏。 一旦在电力系统中发生损坏， 由于电路板上的任何电路也将可能被损坏或失效，从而将可能无法再提供安全门锁/制动机械装置。因此，有必要1)在控制器出现故障的情况下防止这 种过压情况发生，2)迅速降低电动机和滚筒转速，以及3)提供安全联锁以 防止人体伤害。
技术实现思路
本专利技术不需要任何用于制动的机械组件或额外的电力设备来移除或耗 尽存储于旋转状态的电动机中的多余的动能。本专利技术提供一种通过单一或多 个集成电路，或通过分立或整体组件来实现的简单电路，该简单电路可以实 现上述所有目的。根据本专利技术，提供一种用于防止控制器故障的电路，其中所述控制器提供控制信号，该控制信号用于控制通过DC总线供电的直流到交流变频器并 驱动永磁电动机，所述电路包含第一电路，所述第一电路用于监视DC总线 电压，并在DC总线电压超过由电动机产生的反电动势引起的第一阈值的情 况下，用于产生信号至控制器，以便为变频器提供开关状态，从而使所述反 电动势在永磁电动机的电动机电路电阻中由变频器的开关状态提供的短路 情况而被充分地耗尽，由此，防止变频器的DC总线电压超过第一阈值，并 导致永磁电动机转速降低。根据本专利技术另外的方面，当所述DC总线电压被降低至第二阈值以下时， 产生短路情况的所述开关状态被移除。如果所述DC总线电压再次升高到超 过第一阈值，那么产生短路情况的开关状态将再次被恢复，并重复多次直至 将电动机转速降低至基本值。所述第一电路还产生联锁信号，例如，门锁信 号，以防止接近所述电动机驱动组件。监视反电动势电动机相电压的第二电 路用以防止联锁信号在达到停止状态前被移除。本专利技术的其他目的、特点和优点将从以下的详细描述中变得显而易见。附图说明下面将参考附图对本专利技术做更加详细的描述，其中图1显示了在控制器故障期间的波形；图2显示了在弱磁运行下的转矩速度的曲线示意图；图3显示了本专利技术的过压保护、自动制动和安全门锁电路的结构/示意图；图4显示了如何通过使用零向量达到永磁电动机制动和短路保护；图5显示了用于基于洗衣机的永磁电动机的安全门锁的电路的具体情况；图6显示了惰行减速时永磁电动机的相电压；以及图7显示了在图5中点A处的永磁电动机的线电压求和后的电压。具体实施方式现在参考附图，图1显示了如果控制器在旋转模式下的电动机的弱磁运 行期间发生故障所出现的最危险情况的状态。所示的运行模式处于具有永磁 电动机深弱磁运行状态的高速旋转模式。在所示情况下，当进行到旋转模式 的最后时刻，转速达到旋转模式的最高值，并且弱磁运行处于最深区域时， 所述控制器发生故障。所述故障由图1的顶部图(图1A)中的星形显示。 图2显示了电动机扭矩转速曲线图。如图2所示，故障点靠近高速旋转运行 的末端，如示例所示，接近每分钟8800转。图3显示了驱动变频器I的控制器C电路的一部分，众所周知，所述变 频器包括含有绝缘栅双极晶体管(IGBT)的三个半桥。施加到控制器C的 控制信号通过微处理器或数字信号处理器(DSP)提供，提供信号HIN1、 LIN1、 HIN2、 LIN2禾卩HIN3、 LIN3，在图中未示出。所述信号被提供给驱 动器级D、停滞时间电路DT (以确保高边和低边开关不同时导通)，并且之后所述信号被提供给零向量插入电路24。高边控制信号被水平移动(25)， 并被提供给高边驱动器HS。所述低边信号被提供给低边控制器LS。来自驱 动器HS和LS的信号被提供给栅极驱动电路10，且之后到达各自的IGBT 栅极。如所示，处理器可以经由栅极G提供制动请求信号。然而，如下所述， 如果处理器发生故障，那么制动请求信号22同样可以通过包括比较器20的 电路被命令。当控制器发生故障时，通常所有用于栅极驱动电路IO，如高压栅极驱动 器IC10的栅极信号均不出现。电动机基本上惰行。如果处于运行的弱磁模 式下，那么所述电动机和滚筒高速旋转，例如，转速为每分钟6000至9000 转。DC总线电压V立即开始显现比额定电压更高的电压，例如，在末端的 前期，当采用230伏AC均方根主输入和二极管整流电路时，DC总线电压 升至310伏。这是由于电动机产生了反电动势。根据本专利技术，所述DC总线 电压一旦达到最高允许电压，例如此例中为430伏，那么所述栅极驱动电路 10就自动地将开关状态提供给IGBT变频器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于防止控制器故障的电路，其中所述控制器提供用于控制通过ＤＣ总线供电的直流至交流变频器和驱动永磁电动机的控制信号，所述电路包括：第一电路，用于监视ＤＣ总线电压，并在所述ＤＣ总线电压超过由电动机产生的反电动势引起的第一阈值的情况下 ，用于产生发送给所述控制器的信号，以便为所述变频器提供开关状态，从而使所述反电动势在所述永磁电动机的电动机电路电阻中由所述变频器开关状态导致的短路情况而被充分地耗尽，由此，防止所述变频器的ＤＣ总线电压超过所述第一阈值，并使得所述永磁电动机转速降低。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G加利，T塔卡哈希，
申请(专利权)人：国际整流器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]