三相交流电动机的起动控制设备及方法技术

本发明专利技术涉及控制三相交流电动机起动的设备，以及当交流电动机受到预激励时使逆变器中功率开关设备产生的功率损耗达到最小的方法。在预定开关周期内，控制三相交流电动机起动的设备使一相的开关设备保持导通状态，使其他两相的其他开关设备执行开关操作，从而使开关设备中产生的功率损耗达到最小。此外，预先找出使功率损耗最小的电压指令信号的角速度并存储在预定存储单元中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三相交流电动机的起动控制设备及方法本专利技术涉及三相交流电动机的起动控制设备及方法，尤其涉及控制交流电动机起动的设备，以及在起动时利用切换两相并在预定开关周期内使一相保持导通状态的两相调制方法，目的是当电动机受到预激励时使逆变器中开关设备内产生的功率损耗最小。近来，交流(AC)电动机广泛应用于不同领域中。因此，人们需要了解交流电动机的特性并将其适当应用于相应领域。例如，用于电梯的交流电动机具有以下特性。由于交流电动机的次生磁通具有关于定子d轴电流的初始延迟特性，一旦电梯在交流电动机励磁之前起动，就会对交流电动机造成起动冲击。起动冲击是导致交流电动机故障的主要原因之一，因此，有必要防止出现驱动冲击。为此，交流电动机的定子d轴电流必须在电梯起动之前流入，从而使交流电动机被激励。起动后，由此能够线性控制交流电动机的转轴转矩，从而防止产生起动冲击。在此，交流电动机的励磁时间越短，即预激励时间越短，交流电动机起动越快。结果，为了缩短预激励时间，使远大于标准电流的电流流过定子d轴。但是，在大量电流流到定子d轴以缩短预激励时间的情况下，逆变器中开关设备产生的热量却大大增加。在这种情况下，如果通过接收用于每一相的电压指令信号来控制例如功率晶体管这样的开关设备有效地执行开关操作，开关设备就不会由于过热而损坏。因此，以下将描述产生用于每一相的电压指令信号的方法。为逆变器提供用于每一相的电压指令信号的方法分为：通过将正弦波与三角波相比较来提供脉宽调制的PWM电压指令信号的方法，以及提供通过脉冲放大调制PAM的指令电压大小而获得的电压指令信号的方法。前述方法为三相调制方法，其中三相开关设备依照预定开关频率即在每个采样时间(三角波周期)内执行开关操作。-->下面参考附图描述通过根据三相调制方法产生的电压指令信号控制开关设备来控制交流电动机速度的现有方法。图1的方框图示出了控制现有三相交流电动机速度的设备，包括：AC/DC转换器2，用于将三相交流电源1转换为直流电源；电容器C，用于平滑AC/DC转换器2输出的直流电源；逆变器3，用于将平滑后的直流电源转换为可变交流电源并将其供给交流电动机IM；控制器5，根据预定数据和程序输出控制信号；以及脉宽调制PWM信号发生单元4A、4B，分别用于产生脉宽调制PWM信号，并根据控制器5输出的控制信号将所述信号分别提供给AC/DC转换器2和逆变器3。在此，转换器2包括开关设备2-1，逆变器3包括开关设备3-1。下面参考图2至5来说明控制交流电动机IM速度的现有设备和方法。当接收三相交流电的AC/DC转换器2根据PWM信号发生单元4A输出的控制信号输出直流电时，接收直流的逆变器3按照PWM信号发生单元4B输出的控制信号将可变三相交流电输出到交流电动机IM，从而使交流电动机IM转动。图2示出了为在交流电动机IM中形成预定磁通而输入的电流以及与磁通的关系。如上所述，为了防止在交流电动机IM中产生起动冲击，必须在交流电动机IM中形成预定磁通。因此，通过将远大于标准电流Id的最大电流值Idmax输入定子d轴，而在延迟时间TB内激励出预定磁通。为了缩短延迟时间，必须将远大于输入到交流电动机的额定值Id的最大电流值Idmax输入到交流电动机中。图3根据起动时的角速度θ示出了三相电流指令信号，分别表示为“IA(θ)＝IO·Sin(θ)”，“IB(θ)＝IO·Sin(θ-2/3π)”，“IC(θ)＝IO·Sin(θ-4/3π)”。这里，IO表示初始电流。图4A为在起动期间角速度(θ)为0°时根据时间示出的三相电流指令，图4B示出了与图4A中所示三相电流指令信号相对应的三相电压指令信号。如图4B所示，接收接近‘0’的电压指令信号VA、VB、VC的PWM信号发生单元4B将电压指令信号VA、VB、VC与控制单元5输出的一个周期的三角波41相比较，在冲击波高于电压VA、VB、VC电平的部分输出正脉冲信号，在三角波低于电压VA、VB、VC电平的部分输出‘0’信号，从而产生占空比约50％的PWM信号。因此，按照PWM信号发生单元4B-->输出的PWM信号控制逆变器3的运行。因对开关设备3-1进行操作，而产生了功率损耗。开关设备3-1中的功率损耗分为开关功率损耗和导通功率损耗。开关损耗由输入电流、外加电压和开关频率的大小来确定。导通功率损耗由功率晶体管这样的功率设备的集电极和发射极之间的饱和电压、输入电流大小和设备导通时间来确定。图5A至5C分别示出了功率开关设备运行时产生的损耗。参照图4B来解释图5A所示的PWM信号。图5B示出了通过接收PWM信号来操作的开关设备3-1的导通功率损耗51。图5C示出了在PWM信号边沿所产生的开关功率损耗52、53。也就是说，根据三相调制方法控制交流电动机速度的现有方法将按照三相调制方法所产生的PWM信号(例如，图5A)输入到交流电动机IM中，从而控制交流电动机IM的转速。但是，根据控制交流电动机速度的现有方法，远大于标准电流Id的电流必须在预激励周期内流过定子d轴以缩短预激励时间，因此，逆变器3中流动大量电流。结果，开关设备消耗很多功率，由此产生大量热量。因此，本专利技术的主要目的是提供一种控制交流电动机起动的设备，该设备在交流电动机受到预激励时能降低开关设备产生的功率损耗。本专利技术的另一目的是提供一种控制交流电动机起动的设备，该设备能利用容量和尺寸均小的功率开关设备。本专利技术的再一目的是提供一种控制交流电动机起动的方法，该方法在交流电动机受到预激励时能降低开关设备产生的功率损耗。本专利技术的再一目的是提供一种控制交流电动机起动的方法，该方法能采用容量和尺寸均小的功率开关设备。为了实现本专利技术的上述目的，提供一种控制三相交流电动机驱动的设备，包括：三相交流电源，用于提供三相交流电；转换器，具有用于每一相的开关设备，目的是将来自电源的三相交流电转换为直流电；电容器，用于平滑和输出来自转换器的直流；逆变器，用于将电容器输出的直流转换为三相交流电并将其提供给电动机，逆变器具有分别对应于三相交流电中每一相的开关设备；第一脉宽调制信号发生单元，用于将脉宽调制后的电流指令信号和电压指令信号提供给转换器中各自的三相开关设备；第二脉宽调制信号发生单元，将脉宽调制后的电流指令信号和电压指令信号提供给逆变器中每-->一相的开关设备；以及控制器，用于将每一相的电流指令信号和电压指令信号提供给第一脉宽调制发生单元和第二脉宽调制信号发生单元，以及用于将电压指令信号输出到第二脉宽调制信号发生单元以在开关周期内使对应于一相的一个开关设备保持导通状态，并且在同一周期内使对应于另两相的其他开关设备执行开关操作，目的是预先激励电动机以及在电动机起动过程中使功率损耗达到最小。还提供一种控制交流电动机起动的方法，该方法为了防止电动机起动时由预激励产生的驱动冲击和防止开关设备功率损耗，在预定开关周期内使对应于三相交流电中每一相的开关设备中与一相对应的一开关设备保持导通状态，使对应于其他两相的其他开关设备在同一周期内执行开关操作。参照附图可以更好地理解本专利技术，附图是通过图示方式给出的，因此不限制本专利技术，其中：图1示出了控制交流电动机转速的现有设备框图；图2示出了定子d轴电流和磁通的响应特性；图3是三相电流的波形图；图4A和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制三相交流电动机起动的设备，包括：三相交流电源，用于提供三相交流电；转换器，包括用于每一相的开关设备，用于将来自电源的三相交流电转换为直流电；电容器，用于平滑来自转换器的直流电；逆变器，包括对应于每一相的开关设备，用于 接收来自电容器的平滑后的直流并将其转换为三相交流电；第一脉宽调制信号发生单元，用于对电流指令信号和电压指令信号进行脉宽调制并输出到转换器中各自的三相开关设备；第二脉宽调制信号发生单元，用于对电流指令信号和电压指令信号进行脉宽调制并输 出到逆变器中的开关设备；以及控制器，用于将每一相的电流指令信号和电压指令信号提供给第一脉宽调制信号发生单元和第二脉宽调制信号发生单元，以及用于将电压指令信号输出到第二脉宽调制信号发生单元，以便在开关周期内使对应于一相的一个开关设备保持导 通状态，以及在同一周期内使对应于另两相的其他开关设备执行开关操作，为的是预先激励电动机以及在电动机起动过程中使功率损耗达到最小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 1998-9-3 36298/981.一种控制三相交流电动机起动的设备，包括：三相交流电源，用于提供三相交流电；转换器，包括用于每一相的开关设备，用于将来自电源的三相交流电转换为直流电；电容器，用于平滑来自转换器的直流电；逆变器，包括对应于每一相的开关设备，用于接收来自电容器的平滑后的直流并将其转换为三相交流电；第一脉宽调制信号发生单元，用于对电流指令信号和电压指令信号进行脉宽调制并输出到转换器中各自的三相开关设备；第二脉宽调制信号发生单元，用于对电流指令信号和电压指令信号进行脉宽调制并输出到逆变器中的开关设备；以及控制器，用于将每一相的电流指令信号和电压指令信号提供给第一脉宽调制信号发生单元和第二脉宽调制信号发生单元，以及用于将电压指令信号输出到第二脉宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：金翰钟，
申请(专利权)人：LG产电株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]