专利名称：：变频器的电流测量装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于测量变频器的电流的方法和装置。尤其，本发明涉及一种用于测量变频器的网络电流和电机电流的方法和装置，网络电流即输入电流，电机电流即输出电流，所述变频器包括能连接到AC网络的网桥和能连接到AC负载的负载桥、以及它们之间的DC中间电路。
背景技术：
：通常变频器的输出电流通过两个或者三个电流互感器(currenttransformer)测量，期望所述变频器具有好的电机调节的性能。采集输出电流的样值(sample)用于通常在输出电压的零向量的中点处的调节目的，在该中点处测量信号的谐波含量最小。由于需要3个互感器，所以所述测量方法的缺点是方法费用昂贵。公开号为116337的芬兰专利^t是出了一种用于测量变频器的输出电流的装置，其中位于DC中间电路中的一个电流传感器被用于形成对应变频器的DC电路和测量单元的电流的信号，在测量单元中，变频器的DC中间电路的电流值被转换成对应所述电流的信号。除此之外，测量单元包括存储器，在所述存储器中记录在该时刻的信号值和前一个信号值，和用于形成对应于每一相的输出电流的电流值作为连续信号间的差值的差分元件(differenceelement)。然而，对于该方法，由于在一个调制周期内仅仅两个开关对被调制，输出电压的形成存在限制。仅仅当变频器的网桥起作用时，通常测量变频器的供应网侧上的电流。根据现有技术，在这种情况下，电流互感器被用在输出侧，2个单元或者3个单元。
发明内容本发明的目的是获取一种新的用于测量变频器的电流的测量装置，通过所述测量装置，仅仅使用一个电流传感器可以获得关于输出电流和输入电流的即时值的设备数据。无论使用的是有源或者无源网桥，获取输入电流数据。根据本发明，通过位于中间电^^中的一个电流传感器测量电流，所述电流传感器和滤波中间电路的DC电压的电容串联或者和与所述电流传感器并联的较小的测量电容串连。传感器例如可以为并联电阻也就是分流电阻，或者为基于霍尔效应的变换器。在某些情况下，没有单独的电流传感器，在滤波电容的电压的测量的基础上，也能够推导得到电容的电流。当网桥或者负载桥的功率开关的位置改变时，本发明所设置的电流传感器的测量结果通常示出了阶梯形改变。电流改变的大小与输入相电流或者输出相电流的即时值相同。根据本发明在改变之前和之后从功率开关的位置推导得到所述相位。另外，通过考虑以下事实，能够计算在期望时间的电流的即时值，所述事实为在每个输入电压矢量或者输出电压矢量有效期间，可以合理地准确地估计输入电流和输出电流的改变率。因此，利用基于大量电流变换器的传统系统获得粗略相同的位置，其中采集电流样值，例如在调制周期中两次在零矢量的开始和中间点获取电流样值。为了得到以期望的方式获得的电流样值，使用本发明的方法要求有源网桥和负载桥的功率开关的控制是彼此同步的。下面详细描述在权利要求中的本发明方案的特征。下面将结合附图通过一些实施例对本发明进行更详细地描述，其中图l示出了具有无源网桥的变频器的主电路；图2示出了具有起作用的无源网桥(activepassivenetworkbridge)的变频器的主电路；图3示出了负载桥的正弦三角调制和中间电路的输出电流；图4示出了网桥的正弦三角调制和中间电路的输入电流；图5示出了相位开关的转向、中间电路的电流和电流的样值；图6示出了三相鼠笼式电机的简化的单相等效电路；图7示出了在有效矢量(activevector)的过程中电^/L电流的改变率。具体实施例方式图1示出了通常的三相P丽变频器的主电路，其中为供电侧的滤波电容Lac(filtercapacitor)，网桥10,所述网桥10包括二才及管D1-D6、DC电压的滤波电容CDC、负载桥ll,以及控制单元12。所述二极管用于把供电网络的三相交变电压整流为DC中间电路的DC电压UDC,所述负载桥ll包括由功率半导体实现的三相开关，所述三相开关由中间电路的DC电压形成三相输出电压Uu、Uv、Uw。相开关包括上分支和下分支的可控制的功率半导体开关，优选IGBTVll-V16，和与其并联的二极管Dll-D16。通常使用位于DC中间电路中的DC电抗器(DCchoke),而不是图中示出的供电网络侧的滤波电抗器Lac(fi1terchoke),所述方案从本发明的角度是可比较的。相位开关将输出相位连接到U+汇流排(busbar)(上位置)或者U-汇流排(下位置)。例如根据图5发生从上位置到下位置的开关转向如，使得上分支的主IGBT(leadingIGBT)的第一控制脉冲停止并且在所谓的失效时间(deadtime)t。结束之后，下分支的IGBT的控制脉冲开始。在控制单元的所谓的调制器中形成控制脉沖。本发明的电流测量通过一个电流传感器实现，所述电流传感器与中间电路的滤波电容串连，用于测量其电流ic,根据图示，电流ic为网桥侧的DC中间电路的电流iL与负载桥的DC中间电^^的电流iM之间的差。图2示出了具有有源网桥的P丽变频器的主电路，所述主电路不同于图1示出的主电路，主要由于由控制单元22控制的网桥20包括由功率半导体V21-V26和二极管D21-D26实现的如图1的负载桥11的三个类似的相位开关。本图示出了作为网络电流的滤波单元的电抗器Lac(chokeLac)。在控制单元的所谓的脉宽调制器(P丽)中确定负载桥的相位开关的位置。现有技术的调制方法为正弦-三角调制，所述方法被用作本发明的方法的说明书中的一个例子，并且在图3中示出了利用所述方法的本发明的测量电流信号L的实现原理和形式。在正弦-三角调制中，每个相电压具有其本身的正弦参考信号(UUref、UVref、U歸)，所述正弦参考信号与通常的三角形信号U,M比较。作为比较的结果，获得图3的相位开关的三个位置参数U、V和W,其中'T，位置意味着在主电路中功率半导体开关由上分支的导线(lead)控制并且在"0"位置由下分支的开关控制。三角形信号的周期时间被设定为开关周期，在所述周期中每个相位开关在位置上来回改变。其中，不同位置的相位开关的开关位置被设定为有效矢量(activevector)(例如，t2-t3)并且相应地，每个在相同位置的相位开关的开关位置被设定为零矢量(例如，tl-t2)。由于本发明设有的电流传感器，附图还示出了关于输出电流的数据。例如，在间隔tl-t2中，当所有的相位开关位于低位置时，中间电路的负载桥侧的电流(iM)为0。在这种情况下，电流传感器的电流与中间电路的网桥侧的电流L相同。同样地，例如在t2-t3的间隔中，当U相开关位于上位置并且其他相位开关位于下位置时，中间电路的负载桥侧的电流与U相的电流iu相同，在这种情况下，电流传感器的电流U=iu。表l示出了根据图l标记的所有不同开关位置之间的相依性和在ic信号处可见的输出相电流，在此基础上，可以对于每个相位重建输出电流。在这种情况下，对于每个特定的相位，既不能重建网络电流也不存在通常地对于设有二极管桥的变频器的需要。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>图4示出了由图2所示的有源网桥的相位开关的位置决定的正弦-三角调制在原理上的实现和本发明所测量的电流信号"的形式。在正弦-三角调制中，每个相位电压具有其本身的正弦参考信号(URref、USref、UTref)，所述正弦参考信号与普通三角形信号lLv比较。作为比较的结果，获得图4的相位开关的三个位置参数R、S和T，其中'T，位置表示主电路中功率半导体开关由上分支的导线控制，在"0"位置由下分支的开关控制。由于本发明的电流传感器，图形还示出了关于输出电流的数据。例如，在间隔tu-tu中，当所有相位开关位于低位置时，在中间电路的网桥侧的电流L为0。在这种情况下，电流传感器的电流与中间电路的负载桥侧的电流相同但是为负电流-iM。同样地，例如在间隔t12-"中，当R相位开关位于上位置并且其他相位开关位于下位置时，中间电路的网桥侧的电流与R相位的电流in相同，在这种情况下，电流传感器的电流ic=iu-iM。根据图2的标记，表2示出了在所有不同开关位置之间的相依性和在ic信号的可见输入相电流，在此基础上，对于每个相位可以重建输入电流。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>来自电流传感器的信号的输出电流的重建是基于三相系统的一般特性(输入电流和输出电流的和为0),并且是以基于正弦三角形比较的调制器的特点为基础的。结合图5所示方式的相位开关的转向，从本发明的DC中间电路的电流(来自h电流)获取样值。附图示出了功率开关的典型控制设置，其中，例如当相位开关的位置参数从上到下时，首先上分支的主IGBT(leadingIGBT)的控制脉沖停止并且在所谓的终止时间tD(例如，2ps)之后，下分支的控制脉冲开始。有源网桥或者负载桥的每个相位开关的转向引起由电流传感器测量的电流ic的改变。在主IGBT门控制脉沖停止时，例如，在图5的时刻tl和t3时，根据本发明获取待测电流的第一样值。相应地，在触发IGBT(firingIGBT)控制脉冲开始之后的恰当延迟之后，获取第二样值，在附图的示例中，在t2和t4时刻。延迟(图5中的t2-"和t4-t3)是优选的，所述延迟如此长以至于IGBT触发后的振荡现象减弱，例如5ps。这种lt量级的延迟(delayofthisorderofmagnitude)是如此短以^吏得要测量的输入电流和專lr出电流基本没有时间在这段时间内改变，以便对于输入电流和输出电流，第一和第二样值实际上是同时的。除了其他因素外，干扰采集样值的幅值和持续时间取决于电机电缆的容量，电缆的长度部分影响所述电机电缆的容量。由振荡引起的在采集样值中的任何的随机误差可以通过利用图5中示出的综合采样原理(integratingsample-takingprinciple)消除。在该方法中,在定义的测量周期L,例如3ps的过程中，执行要测量的信号的时间积分并且在该周期的末端采集样值。对于上面所描述的采样原理，在考虑的转换周期中两次获得输出电流变化率，在实际中是同时的，计算两个相电流的样值并且在此基础上计算第三相电流的即时值。例如，在图3中的时刻U和ts处，测量输出电流的样值iu和-iv,从所述样值可以计算第三电流iw=_iu-iv(在这种情况下，在零矢量-h和/或t4-L过程中网桥侧的DC电流的值是确定的，以便该部分可以从测量结果中消除)。基于这些样值，来自相电流的改变率的测量也是确定的(例如，在间隔t2...t3中的电流iu的改变率di/dt可以直接从这些时刻的电流样值计算得到)。根据图6和图7和关于它们的说明，其他相电流的改变率可以以足够的精度计算。在有源网桥的情况下，从输入电流采样类似于上面描述的输出电流的采样。对于电流传感器的测量结果和连接到其上的输入电流或输出电流之间的连接，为了以本发明的方法运行，在这种情况下网桥和负载桥的调制器必须彼此同步，以便在此时仅仅一个或者其他桥的相位开关转换位置。图6示出了三相鼠笼式电机的单相简化的等效电路，其通常由变频器控制，从形成本发明的测量的电机电流的角度出发，不重要的部件已经从所述等效电路中删除。在图中使用以下标记-U-O=相电压-Ul-反EMF(电动势)-Ls=卩艮制电流改变的电抗(reactancerestrictingchangeincurrent)(主要定子和转子的杂散电抗(strayreactance)的和)-R//s-转子电路的阻抗基于附图，可以看出，当供应到电机的相电压、反电动势和定子的杂散电抗已知时，可以计算电机的电流改变率di/dt=[(U-0)-Ul]/Ls图7示出了在电机电路的情况下，用于确定电流的改变率的数据是如何得到的。为了清楚，附图还示出了全部的输出电压位置，所谓的"六步，，电压图。图示出了-U、V和W的相位开关的位置/电势，在U+和U-之间改变-虚星形点(virtualstarpoint)的电势O与平均输出电压相同，以便在附图的情况下，虚星形点的电势0在11+/3和11-/3之间变化，在该位置处所有的输出开关都位于相同位置，根据其定义，虚星形点的电势也与相位开关的势相同(在图中未示出)。-应用到电机的相电压，例如图中示出的u,为正在讨论的输出电压和虚星形点之间的电压差，在图示中，所述相电压在4/3*11+和4/3*11-之间变化。当所有的相位开关位于相同位置时，所有的相电压也为0。电机的反EMF的正弦曲线描述符Ul可被用作粗略值(其与用于正弦三角调制器中的正弦波比较)，Ul或者在电机模型的基础上计算或者可选地在相电压U的基本波形的基础上计算。由于在充分短的时间间隔上估计的电流，简化产生的误差较小。-相电压U和反EMFUl之间的差的电压图，其如图6所示，并且对于其的说明是与相电流的改变率diu/dt是可比的。在附图的简化情形下，相位开关从不在相同位置，其中在所讨论的电压和相电流的改变率之间的差别的位置类型当然为反EMF的即时值的幅值。-用相应的方法计算的其他相电流的改变率div/dt和diw/dt。由于相电流的改变的和为0并且其改变率的相互幅^f直(mutualmagnitude)可以用上面的方法计算，在相同间隔内的其^也相位的电流改变可以在一个测得的相电流的改变的基础上计算。因此，在最接近输出电压矢量的改变的每个点处(图3中的时间tht2…t7等)或者在期望时间的任意点处预先或者追溯重建每个相电流的即时值是可能的。在有源网桥的情况下，电流改变的计算以类似的方式运行-从网桥的调制器获得的估计的网络电流对应图6的反EMF,并且滤波电抗Lac对应限制电流改变的电抗-根据图7的逻辑完全对应电机侧运行。观察到的好的传统的电流测量瞬间位于零矢量的中点(=三角形的顶点，因此例如大约在图3的时刻t4…ts的中点)。根据本发明的方法，获得相同的结果(通过计算在时间t4和t5测量的和计算的电流的平均值)。-在重载(heavy-duty)变频器中，其中滤波电容的容量是非常大的并且所述滤波电容包括并联的多个不同的部件，电流传感器优选地与单独的测量电容(measuringcapacitor)串连，所述单独的测量电容与滤波电容并联。与其他存储电容的容量的并联相比，测量的电流在这种情况下比图1和图2的实际电流"小。当中间电路的滤波电容非常小时，例如公开号为FI108819的专利公开文本，根据本发明的实施例，在滤波电容的电压测量的基础上而没有单独的电流传感器，电流可以减少，其基于这样的事实，电容的电压改变率与电容的电流是直接可比的。本发明的不同实施例不仅仅限于上面所描述的例子而是可以在本发明的权利要求范围内改变，这对于本领域技术人员是显而易见的。权利要求1.一种用于测量变频器的输出电流的方法，所述变频器包括能够连接到AC网络的网桥(10，20)、能够连接到AC负载的可控制的三相负载桥(11)，以及所述网桥和负载桥之间的包括滤波电容的DC中间电路，所述负载桥在每一相位包括可控制的半导体开关，所述半导体开关通过脉冲宽度调制控制，其特征在于，由DC中间电路的滤波电容的测量得到的电流样值确定输出相的电流。2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于，结合负载桥的相位开关的转向测量滤波电容的电流的样值，和在所述方法中，在每个与主半导体相位开关的门控制脉沖停止同时的时刻采集要测量的电流的第一样值，并且在触发半导体开关的控制脉冲开始后的延迟之后采集第二样值，所述延迟使得要测量的输出电流基本没有时间在此周期内改变。3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，结合设有有源网桥(20)的变频器，其中，网桥还为具有可控制半导体开关的三相可控制的桥，其特征在于，通过DC中间电路的滤波电容的电流的测得样值确定输入相的电流.4.根据权利要求l-3中任一项所述的方法，其特征在于，网桥和负载桥的功率开关的控制彼此同步，并且结合网桥和负载桥的相位开关的转向，测量滤波电容的电流的样值。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，利用与DC冲间电路的滤波电容串联的电流测量传感器，测量所述DC中间电路的滤波电容的电流。6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，利用电流测量传感器确定DC中间电路的滤波电容的电流，所述电流测量传感器对测量电容的电流进行测量，所述测量电容容量比较小并且与电流测量传感器并联。7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在中间电路的滤波电容的测量的电压改变的基础上，计算电流的结果。8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，由采样之前的电流测量信号形成时间积分。9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在电压矢量改变的时刻之间测得的样值和时间的基础上，计算输出电流和输入电流的改变率(di/dt)。10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在测得的电流改变率的基础上计算期望时刻的所有输出电流和输入电流的值。11.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在零矢量的中点处的计算得到的即时值的基础上估计输出电流和输入电流的值。12.—种用于测量变频器的输出电流的装置，所述变频器包括连接到AC网络的网桥(10，20)、连接到AC负载的可控制的三相负载桥(11)，以及在所述网桥和所述负载桥之间的包括滤波电容的DC中间电路，其中，所述装置为控制单元，所述负载桥包括在每一相位的可控制的半导体开关，并且控制单元包括调制器，所述调制器通过脉冲宽度调制控制半导体开关，其特征在于，控制单元通过输出相DC中间电路的滤波电容的测得电流样值确定输出相位的电流。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，结合负载桥的相位开关的转向，测量滤波电容的电流的样值，并且在主半导体开关的门控制脉冲停止的相同时刻，控制单元获取每次待测量电流的第一样值，并且在触发半导体开关的控制脉冲开始后的延迟之后采集第二样值，所述延迟使得测量的输出电流基本没有时间在此时期内改变。14.根据权利要求12-13中任一项所述的装置，结合具有有源网桥(20)的变频器，其特征在于，通过DC中间电路的滤波电容的电流的测量样值，控制单元还确定输入相的电流。15.根据权利要求12-14中任一项所述的装置，其特征在于，网桥和负载桥的功率开关的控制是彼此同步的，并且结合网桥和负载桥的相位开关的转向，测量滤波电容的电流样值。16.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括电流测量传感器，所述电流测量传感器与DC电压的滤波电容串连，用于测量滤波电容的电流。17.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，通过电流测量传感器确定DC中间电3各的滤波电容的电流，所述电流测量传感器对测量电容的电流进行测量，所述测量电容容量较小并且与电流测量传感器并联。18.根据权利要求12-15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于测量滤波电容的电压的装置，并且在中间电路的滤波电容的测量电压改变的基础上控制单元计算电流测量结果。19.根据权利要求12-18中任一项所述的装置，其特征在于，由采样之前的电流测量信号形成时间积分。20.根据权利要求12-19中任一项所述的装置，其特征在于，在矢量改变的时刻之间的测量样值和时间的基础上，计算输出电流和输入电流的改变(di/dt)。21.根据权利要求12-20中任一项所述的装置，其特征在于，在测量的电流改变率的基础上，计算期望时刻的所有输出电流和输入电流的值。22.根据权利要求12-21中任一项所述的装置，其特征在于，在零矢量的中间点处的计算即时值的基础上，估计输出电流和输入电流的值。23.根据权利要求12-17、19-22中任一项所述的装置，其特征在于，电流测量传感器为中间电路中的分流电阻。24.根据权利要求12-17、19-22中任一项所述的装置，其特征在于，电流测量传感器为中间电中的基于霍尔效应的变换器。全文摘要本发明提出了一种用于测量变频器的输出电流的方法和装置，所述变频器包括能连接到AC网络的网桥(10)、能连接到AC负载的可控制的三相负载桥(11)和它们之间的DC中间电路，所述DC中间电路包括滤波电容，所述负载桥包括在每一相位上的可控制的半导体开关，所述半导体开关通过脉冲宽度调制控制，并且在三相负载桥中，输出相的电流由DC中间电路的滤波电容的电流测量样值确定。文档编号H02M7/00GK101207337SQ20071015980公开日2008年6月25日申请日期2007年12月21日优先权日2006年12月21日发明者亚科·奥利拉,拉塞·科特拉赫蒂,里斯托·科穆莱宁申请人:瓦孔厄伊公司