变频驱动过电压保护的制作方法_2

文档序号:9355521阅读:来源:国知局
理接收命令以向驱动模块240提供开关控制信号,其进而 向逆变器290的开关元件输出控制信号。在所示实施例中,开关控制信号是IGBT栅极控制 电压,其被中间升压单元升压至最终控制电压。然而,设想可取决于逆变器290的配置而利 用多种不同配置。
[0020] DSP 241从系统200的许多其它部件接收信息。在一个方面中,DSP 241被配置成 接收指示DC总线285的电压的信息。可利用此接收信息来提供用于包括保护器件220的 多种其它部件的控制功能性。在示例性实施例中,DSP 241被配置成实现并联跳闸函数,其 触发保护器件220以提供开路条件以避免灾难性系统失效。在某些形式中,保护器件220 是并联跳闸断路器,然而,应理解的是,可利用接触器、固体开关或被配置成使电路断开或 开路的其它器件。因此,虽然根据并联跳闸断路器描述的某些实施例,但应理解的是,本描 述也适用于其它保护器件,除非另外指明。
[0021] 在瞬态或异常/全功率供应条件下,可以向系统200施加超过正常值和典型供应 容限(supply tolerance)的电压。在示例性成本/性能优化系统中,所使用的许多部件不 能容忍这些过电压持续到检测到所述电压并由于过电流条件而导致保护器件跳闸所经历 的时间段。这些部件的成功操作和保护可通过部件技术、值和电压额定值的选择来实现,使 得组件容忍在期望正常容限带之上的操作输入电压并符合如下:限制阻抗容忍由电力供应 中的故障/失效引起的非典型电压偏移直到检测值且持续到使得保护器件跳闸的充分时 间。可实现在本文中公开的技术以通过将操作限制于其设计额定值内并完全避免破坏性过 电流条件来提供驱动部件的主动保护。
[0022] 在某些实施例中,用DSP 241来实现并联跳闸函数,并且优选地配置成激励在电 源供应与变频驱动之间提供的断路器的并联跳闸继电器以防止驱动的灾难性失效。在示例 性实施例中,并联跳闸函数被设计成感测DC总线电压且检测失效机制并在可能时防止失 效。并联跳闸函数优选地被配置成在失效促使断路器经由其过电流保护功能而跳闸之前中 断到驱动的功率。
[0023] 举例来说,包括上文结合图2所述的特征的示例性变频驱动系统的分析识别示例 性并联跳闸函数必须虑及的若干准则,包括MOV能量吸收曲线、DC总线过电压以及保护器 件响应时间和感测电路的实际极限。在本示例中,将MOV识别为对过电压失效最敏感的系 统部件,并且利用MOV连接曲线和能量吸收曲线来确定失效准则。然而,应认识到的是,在 其它实施例中,可利用具有不同最小传导曲线的不同部件或器件作为对失效模式进行建模 的基础。在某些实施例中,最小传导曲线可以是共同地多个部件或器件(例如,并联或串联 的多个M0V、与其它保护器件并联以扩展其最小传导曲线的MOV或保护器件的其它组合)的 特性的函数。
[0024] DC总线过电压在启动时发生,并且当总线MOV刚好遵循最大传导曲线时最坏。诸 如激励线圈的延迟时间和总线电压感测电路的量值极限之类的实际极限在可实现的保护 功能之前约束左上电压时间边界。基于这些考虑,可将示例性并联跳闸函数定义为相对于 时间的六阶差分电压累加器,例如,如由等式1描述的:
在等式1中,VDC是DC总线电压,STminV是可以在理论上触发并联跳闸的最小电压, STmaxV是在其之上应总是触发并联跳闸的阈值,STt ime是当DC总线电压等于STmaxV 时要触发并联跳闸所花费的时间,并且t是时间。为了简单起见,可将项(STmaxV、、、 StiBkVf * STibe.视为恒定stk,并且可进行代入以根据等式2提供并联跳闸函数:
应认识到的是,在多种实施方式中可提供根据等式1或2的并联跳闸函数。
[0025] 在某些实施例中,可通过向累加器添加泄放常数来更详细地对MOV的行为进行建 模。举例来说,如果MOV具有2. 5W的最大功耗和2325J的最大能量吸收,并且进行最大功 耗是恒速的保守性假设,则可以基于这些参数对MOV的行为进行建模。如果MOV在2325J 下接收到相对强的浪涌,则其将花费2325J/2. 5 W或930秒以进行平复。可以提供虑及此 行为的并联跳闸函数。在四个时间常数下,函数将衰减至其原始值的〇. 67%,因此取930/4 给出232. 5的第二时间常数。在12Khz下,2. 325秒乘以1200样本/秒为2790000个样本。 因此,向并联跳闸函数添加2790000/2790001或0. 99999964的乘法器常数将允许其在用以 模拟MOV泄放的近似所需时间常数下进行泄放。
[0026] 参考图3,图示出根据示例性并联跳闸控制过程300的流程图。过程300是上文所 述技术的示例性实施方式,其对一个或多个驱动部件的物理系统进行建模,并被配置成在 即将发生失效的情况下先行地将变频驱动从电源断开。通过这样做,可以使驱动免于可能 需要替换整个驱动的灾难性失效。
[0027] 在过程300中,操作者310接收可校准量STmaxV 301、STminV 302以及STtime 303作为输入。操作者310还接收电压样本VDC (k) 304。可校准量301、302和303可以 是存储在控制器的计算机可读存储器中的预定值,其被可执行例程实现过程300访问和利 用。可凭经验来确定可校准量30U302和303的值,并且其可取决于在变频驱动中利用的 特定部件和被应用该过程的驱动的尺寸而改变。
[0028] 可校准STmaxV 301充当阈值。可使用大于值STmaxV的任何电压来激活并联跳闸。 另外,可校准STmaxV 301与并联跳闸时间变量STtime303相结合地设定并联跳闸曲线的 "拐点",例如,如结合图4所示和所述。可校准STminV 302是可以在理论上触发并联跳闸的 最小电压。由于并联跳闸是幂函数,所以其将由于渐进而花费无穷大的时间达到此最小值, 然而,仍然有利地利用该变量。可校准STtime303是当电压等于并联跳闸最大电压时触发 并联跳闸函数要花费的时间,所述并联跳闸最大电压等于或大于并联跳闸最大电压STmaxV 301。变量304 VDC(k)是可使用电压感测电路来感测、测量或确定的样本DC总线电压。 [00291 操作者3〗0朴理其捽收剞的输入以枏据等式3夹确宙累和并滕跳闸倌:
其中,k是样本数,STaccum是给定样本数下的累积并联跳闸值,VDC是给定样本数下的 DC链路的电压,MINV是在该处应发生电源供应中断的最小电压,并且Ts是时间。其它实施 例可根据等式4与泄放常数Kb相结合地利用上述项来确定累积并联跳闸值:
[0030] 过程300从操作310继续前进至操作者320。操作者320确定累积并联跳闸值 STaccum(k)是否大于并联跳闸常数STK。如果STaccum(k)不大于STK,则过程300返回到 操作310。如果STaccum (k)大于STK,则过程300继续前进至操作330,其通过发送并联跳 闸命令而激活并联跳闸。应认识到的是,可与多种器件相结合地利用并联跳闸命令,所述多 种器件包括但不限于并联跳闸断路器、接触器、固态开关或可以响应于信号或命令而提供 开路的其它器件。
[0031] 参考图4,图示出纵轴上的DC总线电压对比以秒为单位的横轴上的对数时间的图 表。图4的图表图示出示例性并联跳闸函数的特性。将电压410定义为并联跳闸最大电压。 将电压420定义为并联跳闸最小电压。并且并联跳闸时间遍及持续时间430。
[0032] 参考图5,图示出DC电压对比以秒为单位的对数时间的图表。图5图示出定义用 于MOV失效的最大和最小时间-电压曲线的最大传导曲线501和最小传导曲线502。MOV 针对这些时间-电压传导曲线具有一些统计变化。最大传导曲线501表示统计上限,在其 之上,统计样本组中的所有MOV将在稳态条件下失效。最小传导曲线502表示统计下限,在 其以下,将没有样本组中的MOV在稳态条件下失效。曲线501和502之间的区域包含用于 样本集合中的MOV的所有失效点。取决于期望的水平或可靠性,并联跳闸函数可设法相对 于在曲线50
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