专利名称：变频器的保护电路的制作方法
技术领域：
发明涉及一种按权利要求1所述的用于变频器的保护电路。保护电路用于保护变频器或者与之连接的电动机防止受到热过载的损坏。
背景技术：
电动机及其控制电子装置(变频器)往往在其有效功率的极值处运行，以便用给定的花费(重量、体积、成本)实现功率的最大值。重要的是不使电动机及其变频器过热。若温度超过某个极限值，那就或者使电动机线圈的绝缘，或者也使变频器中的功率半导体受损。这直接地或者也可能在一定时间之后才引起电动机及其控制电子装置的损坏。
因此已知有一些装置，用这些装置可以监测电动机线圈的温度或者变频器里的功率半导体的温度。若温度超过一个极限值，那么可以使电动机功率减小并避免受损。
一种这样的温度监控可以借助于温度传感器来进行。温度传感器然而具有一定的惯性，因此以短促而强烈的电流峰值就可能在温度传感器动作之前使电动机或者变频器破坏。而且温度传感器并不直接置于功率半导体的芯片上，因此其实际的阻挡层温度无法测量到。
也已知有一些装置，它们不用温度传感器。为了运行电动机常常借助于电流传感器来测量流入各自电动机相里的电流。当电动机相或者功率半导体的内电阻为已知时就可以由所测的电流计算出在线圈或者功率半导体里的损失功率。用一个热力模型就可以推断出各自的温度。通过对每个时间间隔所产生的损失能量设定一个极限值就可以保护电动机及其控制电子装置可靠地防止过热。
一种这样的装置已在DE 10 2004022 005A1中详细进行了说明。在那里所应用的模型里考虑到了在电动机停机时或者在旋转频率很低时这在每个相中最大允许的电流明显低于在较高旋转频率时。所用的模型但是只能在这样的变频器里方便地变换，这些变频器可能产生一定的计算功率。
发明内容
本发明的任务是提出一种可以特别简单地实现的用于变频器的保护电路，它考虑了在不同的旋转频率时用于变频器的相电流的不同的极限值。
此任务通过一种具有权利要求1的特征的装置来解决。有利的实施形式见那些在从属于权利要求1的权利要求中所述的特征。
描述了一种用于具有多个相的变频器的保护电路，其中对于每个相电流都接入一个正比于相应相电流的信号至一个输送器电路，输送器电路在一个极限值以下和在这极限值范围里起到具有极限频率的低通滤器的作用，而在极限频率以上起到分压器的作用。这个输送器电路的输出接入一个最大值生成器用于形成数值上的最大值。该最大值输入一个比较器，在比较器里使最大值与一个参照值进行对比。
若最大值超出了参照值，那么比较器就产生一个信号，它例如可以用作为断开信号用于断开变频器。
尽管保护电路可以设有一种相当简单的电子装置，然而它能够对相电流根据其频率(并因此根据电动机的转动频率，它以一个因素与相电流的频率一致)进行评估。对于在极限频率以下的相当低的频率来说使与相电流成比例的信号由于输送器电路的低通作用不减小地输送给最大值生成器，而在极限频率之上则使与相电流成比例的信号减小(划分降低)一定的比例。若输送器电路设计得合适，那就确保了在在极限频率之上的高频时允许比频率在极限频率以下时具有明显更高的最大相电流。极限频率通常为几Hz，例如大约3Hz。
本发明的其它优点和细节情况可见以下按照附图对优选实施形式所作的说明。所示为图1a保护电路的一个示意图；图1b一个简化的保护电路的示意图；图2输送器电路的取决于频率的最大电流和传输功能；图3第一具体的实施例，和图4第二具体的实施例。
具体实施例方式
图1a示意表示了用于变频器的一个保护电路。在其输入处有正比于相电流I1，I2，I3的信号U1，U2，U3。这些信号U1，U2，U3例如可以用电流传感器求出，这些传感器产生正比于相电流I1，I2，I3的电压。
每个信号U1，U2，U3并联地被输入给一个低通滤波器1和一个分压器2。每一个低通滤波器1和分压器2因此一起构成一个输送器电路。
所有的低通滤波器1和分压器2在输出侧与一个最大值生成器3连接，其由所有的输出求出数值最大的值作为最大值Max并使其继续输送至一个比较器4。因为低通滤波器1在频率低于一个极限频率时并不减少地继续传输成比例的信号U1，U2，U3，而分压器2也在这个部位里对应于其分压器比使成比例的信号U1，U2，U3减小，因此各由一个低通滤波器1和一个分压器2组成的并联电路针对在最大值生成器3里最大值的生成在低频范围里起到如同一个低通滤波器的作用。当频率明显在一个低通滤波器的极限频率以上时使比例信号U1，U2，U3很强烈地衰减，以至于针对最大值生成器3中的最大值生成来说分压器2是有效的。若将由低通1和分压器2组成的并联电路看作为输送器电路，那么这个电路针对最大值生成来说在极限频率以下和极限频率的范围里起到低通过滤器的作用，而在极限频率之上起到分压器作用。
比较器4将最大值Max与一个参照值Ref对比。若最大值超过参照值，那么比较器4就输出一个断开信号S，它例如可以用来断开变频器，或者也可以用来降低由变频器输出的功率，从而又低于参照值Ref。
优先使参照值Ref减小一个正比于温度的值Temp。这个温度例如可以是变频器里功率半导体的温度或者其冷却体的温度。也可以使用连接于变频器的电动机的温度或者一个这样的电动机的线圈的温度。可以这样考虑，使最大允许的相电流I1，I2，I3也取决于在变频器里的或在相连的电动机里已经达到的温度。
参照值Ref此外还可以降低一个与PWM-频率(用此使变频器运行)成比例的值FPWM，因为这PWM频率越高，在变频器功率半导体里产生的开关损耗就越高。因此在较高PWM-频率时变频器里的功率半导体就更快地升温，因此降低参照值Ref是合理的。
由于既考虑了已达到的温度又考虑了PWM频率，因此可以随时考虑比较器4中一个最大的高的极限值。该极限值否则的话必须被设计用于最坏的情况，也就是说例如用于那些已经接近极限温度用高的PWM-频率运行的功率半导体。
保护电路也可以如在图1b中那样简化地表示。此处在一个唯一的输送器电路10中可以这样说包括了一个低通滤波器1和一个分压器2。这个输送器电路10对于在上面所述的极限频率以下和在此范围里的低频起到如同一个低通滤波器1的作用，这个滤波器具有同样是这个极限频率，对于明显在极限频率之上的高频率然而起到分压器2的作用。以下或者在图3和4中进一步说明了按照图1a和1b的保护电路各自的具体的线路实现情况。
图2按照一个实例表示了在一个相中最大允许的电流I的变化曲线，它取决于相电流I1，I2，I3的频率。可见，明显在一个极限频率fg之下只允许电流I的一定比例(60安培)，明显在极限频率fg之上这电流I可以120A。这如上所述在于在高频时所有相的负载大致相同，而在低频时或者甚至在电动机停机时在负载作用下在变频器的单个功率半导体里或者在电动机相里的热损失是很不均匀地分布的。实例中在两个极限值之间的一个系数大约为2。这个系数很取决于边界条件(相数量，所应用的功率半导体等)，但实例涉及一种实际的三相变频器并且很适合于阐明保护电路的原理。
设计低通滤波器1或者输送器电路10这样来设计，使有一个极限值，它大致对应于所示的电流特性的极限频率fg。明显低于极限频率fg时输送器电路10如同一个低通滤波100使100％的比例信号U1，U2，U3通过，正如在图2中所示的传送功能TP。明显在极限频率fg以上时该值恒定地位于大约50％处，相应于一个分压器比1∶2。可见，输送器电路10在极限频率fg以下和在此范围里时起到具有极限频率fg的低通滤波器1的作用，而在极限频fg以上时作为具有分压器比为1∶2的分压器。
在图2所示的情况下则可以使参照值Ref设定为60A。具有明显低于极限频率fg(例如小于0.1Hz)的频率的大于60A相电流I1，I2，I3则导致一个断开信号S，因为相应的信号U1，U2，U3未衰减地到达最大值生成器3里。在较高频率(例如自100Hz起)完全地允许有直至120A的较高电流，因为与相电流I1，I2，I3成比例的信号U1，U2，U3通过分压作用只减小系数2地到达这最大值生成器3。
由此说明可见，输送器电路的分压器比对于高频率来说大致应该对应于在低频和高频时在允许的电流之间的比值。
图3表示了具体的第一实施例。这里实现了一种按照图1a的电路。变频器5供给一个电动机6的三个相U，V，W相电流I1，I2，I3。通过电流传感器9来检测这电流。
在按照图3的电路中人们利用了相电流I1，I2，I3之和总是必须为零并且用电流传感器9只是检测了三个相电流中的两个。第三个相电流则是另外二个相电流之和与-1的乘积。这通过如下方法加以考虑将两个电流传感器9的信号输送给放大器电路7用于形成比例信号U1，U2，而为了生成比例信号U3将两个传感器信号之和输送给一个反相的放大器电路8。
这三个放大器电路7，8的输出分别通向一个低通滤波器，它由一个串联的由一个电阻R1、一个电容C1和一个电阻R2构成的电路组成，以及通向一个分压器，它由一个电阻R3和一个电阻R4组成。这些器件的准确接线可以容易地从图3所示的线路图中看到。
低通R1，C1，R2和分压器R3，R4的输出一方面直接通向二极管D1，另一方面通过反相的放大器8(放大系数为1)通向另一个二极管D1。
通过二极管D1的所有输出的接线因此形成一个最大值生成器3，它将所有低通滤波器R1，C1，R2和分压器R3，R4的按数值的最大值max输送给比较器4(此处为一个比较器电路)。在比较器4的第二个输入处正如图1a所述那样有一个减小了与温度成比例的值Temp和减小了与变频器5的PWM-频率成比例的值FPWM的参照值Ref。若最大值max超过极限值，也就是这样减小了的参照值Ref的话，那么比较器4就产生一个断开信号S。
按图3所示电路用三个低通滤波器R1，C1，R2三个分压器R3，R4和六个反相的放大器电路8来实现。
如果人们直接使这些比例信号U1，U2，U3反相，那么有三个反相的放大器电路8就够了，但分别需要六个低通滤波器R1，C1，R2和分压器R3，R4。
图4表示了一个大大简化的保护电路。按此实施例在三个反相的放大器8里进行比例信号U1，U2，U3的反相。这样所得到的六个信号U1，U2，U3， 则输送给六个输送器电路10。通过图3所示低通滤波器的器件R1，C1，R2的适合的尺寸设计它可以单独起到输送器电路器的作用。其方法是使两个电阻R1，R2具有相同的值，例如10KΩ，并且设计这电容C1例如为8.2μF，那么对于输送器电路10来说人们就得到一种输送功能TP如在图2中所示那样。如在图3中所示所有输送器电路10的输出都通过二极管D1通向一个比较器4，后者将这样形成的最大值Max与一个如上所述的减小了的参照值Ref相比较并且当最大值Max超过这个极限值或者减小的参照值Ref时，就产生一个断开信号S。
用这里所述保护电路可以简单地实现对变频器5或电动机6的热过载的有效保护。
权利要求
1.用于具有多个相(U，V，W)的变频器(5)的保护电路，在此电路中对于相(U，V，W)的每个相电流(I1，I2，I3)都有与各自的相电流(I1，I2，I3)成比例的信号(U1，U2，U3)接入输送器电路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)，该输送器电路在极限频率(fg)之下和其范围内起到具有极限频率(fg)的低通滤波器(1)的作用，而在极限频率(fg)之上起到分压器(2)的作用，而且其中输送器电路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)的输出接入最大值生成器(3，D1)用于生成输送器电路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)的输出的按数值的最大值(Max)，其中最大值(Max)通入比较器(4)，在此比较器里将最大值(Max)与参照值(Ref)进入比较。
2.按权利要求1所述的保护电路，其特征在于，如果最大值生成器(3)的输出(Max)超过参照值(Ref)的话，由比较器(4)产生断开信号(S)。
3.按权利要求1所述的保护电路，其特征在于，给比较器(4)接入与温度成比例的值(Temp)，它使参照值(Ref)降低。
4.按权利要求3所述的保护电路，其特征在于，与温度成比例的值(Temp)对应于器件的，尤其是变频器(1)里功率半导体的温度。
5.按权利要求3所述的保护电路，其特征在于，与温度成比例的值(Temp)对应于在连接于变频器(5)的电动机(6)里的温度，尤其是电动机(6)里的绕组温度。
6.按权利要求1所述的保护电路，其特征在于，变频器(5)可以用PWM-频率来运行，而且给比较器(4)接入与PWM-频率成比例的值(FPWM)，它降低了参照值(Ref)。
7.按权利要求1所述的保护电路，其特征在于，输送器电路(10)作为取决于频率起作用的串联电路实现，这串联电路由第一电阻(R1)、电容(C1)和第二电阻(R2)组成，其中输送器电路(10)的输出位于第一电阻(R1)和电容(C1)之间，而且其中这种串联电路在相电流(I1，I2，I3)的频率在极限频率(fg)范围里和在其之下时起到具有极限频率(fg)的低通过滤器(2)的作用，而在极限频率(fg)之上起到分压器(1)的作用。
全文摘要
发明涉及一种具有多个相(U、V、W)的变频器的保护电路，在此电路中对于相(U、V、W)的每个相电流(I1，I2，I3)都有一个与各自相电流(I1，I2，I3)成比例的信号(U1，U2，U3)接到输送器电路(1，2，10)，该输送器电路在极限频率(fg)之下和极限频率(fg)范围里起到具有极限频率(fg)的低通滤波器的作用，而在极限频率(fg)之上起到分压器的作用。输送器电路(1，2，10)的输出接入一个最大值生成器(3)用于生成按数值的最大值(Max)。该最大值通入一个比较器(4)，在此比较器里将最大值与一个参照值(Ref)进行比较。
文档编号H02P29/02GK101079541SQ20071010424
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月23日 优先权日2006年5月23日
发明者N·胡伯 申请人:约翰尼斯海登海恩博士股份有限公司