用于重启中压逆变器的装置和方法
【技术领域】
[0001] 根据本公开示例性实施例的教导一般涉及用于重启中压逆变器的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 一般来说，多电平中压逆变器意指具有其线间电压的rms (均方根）值超过600V 的输入电源的逆变器，且该多电平中压逆变器具有几个级的输出相电压。多电平中压逆变 器通常用于驱动范围从几 kW到几 MW容量的大容量电动机。
[0003] 由中压逆变器驱动的中压电动机通常具有很大惯性，使得，即使是中压逆变器的 逆变器单元由于输入电源的瞬时故障或瞬时停电而未能执行正常操作，中压电动机的转子 速度也几乎不会大幅降低。由于这个原因，当输入电源从故障状态返回至正常状态时，必须 等到转子速度达到零速度，才能重新启动中压电动机。
【发明内容】
[0004] 本公开提供一种用于重启中压逆变器的装置和方法，其配置为当输入电源从瞬时 缺陷状态返回至正常状态时通过以简单方式估算中压电动机的转子速度来稳定地重启中 压逆变器。
[0005] 在本公开的一个总体方案中，提供一种用于重启中压逆变器的装置，该装置包 括：
[0006] 测量单元，其被配置为测量电动机的输入电压；
[0007] 估算单元，其被配置为利用输入电压来估算电动机的转子频率；以及
[0008] 控制器，其被配置为利用输入电压和转子频率响应于与频率相对于预定电压相一 致的第一比率来可控地改变逆变器的输出电压或输出频率，其中
[0009] 该估算单元包括，
[0010] 产生单元，其被配置为产生由逆变器施加给电动机的第一电压和在相位上基本滞 后第一电压90°的第二电压，
[0011] 确定单元，其被配置为确定用于确定电动机输出电压的频率的控制带宽，以及
[0012] 第二检测单元，其被配置为基于控制带宽来确定转子频率。
[0013] 优选地，但不是必要地，估算单元可进一步包括被配置为对第一电压和第二电压 进行归一化的归一化单元。
[0014] 优选地，但不是必要地，当与转子频率相对于输入电压相一致的第二比率小于第 一比率时，控制器可保持逆变器的输出频率并增大输出电压直至第二比率达到第一比率。
[0015] 优选地，但不是必要地，当第二比率达到第一比率时，控制器可响应于第一比率而 增大逆变器的输出电压和输出频率。
[0016] 优选地，但不是必要地，当与转子频率相对于输入电压相一致的第二比率大于第 一比率时，控制器可保持逆变器的输出电压并增大输出频率直至第二比率达到第一比率。
[0017] 优选地，但不是必要地，当第二比率达到第一比率时，控制器可响应于第一比率而 增大逆变器的输出电压和输出频率。
[0018] 在本公开的另一总体方案中，提供一种用于重启中压逆变器的方法，该方法包 括：
[0019] 由电动机的输入电压产生施加给电动机的第一电压和在相位上基本滞后第一电 压90°的第二电压；
[0020] 确定控制带宽以确定电动机的输出电压的频率；以及
[0021] 基于控制带宽来估算电动机的转子频率。
[0022] 优选地，但不是必要地，该方法可进一步包括：当与频率相对于预定电压相一致的 第一比率小于与转子频率相对于输入电压相一致的第二比率时，保持逆变器的输出频率并 增大输出电压直至第二比率达到第一比率。
[0023] 优选地，但不是必要地，该方法可进一步包括：当第二比率达到第一比率时，响应 于第一比率而增大逆变器的输出电压和输出频率。
[0024] 优选地，但不是必要地，该方法可进一步包括：当与频率相对于预定电压相一致的 第一比率大于与转子频率相对于输入电压相一致的第二比率时，保持逆变器的输出电压并 增大输出频率直至第二比率达到第一比率。
[0025] 优选地，但不是必要地，该方法可进一步包括：当第二比率达到第一比率时，响应 于第一比率而增大逆变器的输出电压和输出频率。
[0026] 本公开的有益效果
[0027] 根据本公开的示例性实施例的用于重启中压逆变器的装置和方法具有的有益效 果在于，当输入电源从瞬时缺陷状态返回至正常状态时，能够通过估算转子速度来重启中 压逆变器，由此可通过简单的构造来减少重启中压逆变器的时间，而无需等到转子速度达 到零速度。
【附图说明】
[0028] 图1是示出根据本公开的示例性实施例的中压逆变器系统的框图。
[0029] 图2是示出根据现有技术的转子速度估算单元的框图。
[0030] 图3a和3b分别为示出图2的电压分量提取单元和转子频率检测单元的详细框 图。
[0031] 图4是示出根据本公开的示例性实施例的转子速度估算单元的原理框图。
[0032] 图5是图4的详细电路图。
[0033] 图6是示出根据本公开的中压逆变器的时序的原理图。
[0034] 图7是示出当估算的电压-频率比率小于预定的电压-频率比率时控制器的操作 的原理图。
[0035] 图8是示出当估算的电压-频率比率大于预定的电压-频率比率时控制器的操作 的原理图。
【具体实施方式】
[0036] 下文将参考附图更加全面地描述各种示例性的实施例，附图中示出了一些示例性 的实施例。然而，本发明构思可以采用许多不同的形式来具体实施并且不应该被解释为局 限于在此提出的示例实施例。相反，所描述的方案旨在包括落入本公开范围和新颖思想内 的所有这样的替换例、修改例和变化例。
[0037] 下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性的实施例。
[0038] 图1是示出了根据本公开的示例性实施例的中压逆变器系统的框图，其中举例说 明了使用级联配置的Η桥多电平逆变器。尽管图1已经示出了每个组包括三个单位功率单 元，但是本公开并不局限于此，则可以应用其他类型的中压逆变器。本领域技术人员还应当 理解单位功率单元的数量可以随输出电压而改变。
[0039] 参见图1，根据本公开的示例性实施例的中压逆变器2,其配置为从电源单元1接 收电力并将电力供应给中压逆变器系统中的3相电动机3,且可包括相移变压器21、多个单 位功率单元22和电压测量单元23。此外，本公开的系统可进一步包括：估算单元4,其被配 置为通过接收中压逆变器2所必需的电流和电压信息来估算电动机的转子速度；以及控制 器5,其被配置为利用估算单元4来控制中压逆变器2。
[0040] 电源单元1给电动机3供应3相电源，该3相电源的线间电压的rms (均方根）值 大于600V。此外，本公开的电动机3是中压3相电动机，并且例如可以是感应电机或同步电 机，但是本公开并不局限于此，各种类型的电动机均可以应用于本公开。
[0041] 中压逆变器2的相移变压器21可在电源单元1与中压逆变器2之间提供电气绝 缘并且可减少输入端处的谐波以提供输入3相电源给单位功率单元22。相移变压器21的 相移角可根据单位功率单元22的数量来确定。单位功率单元22通过从相移变压器21接 收电力来输出供应给电动机3的相电压。
[0042] 每个单位功率单元22响应于电动机3的每个3相电压而由三个组构成，并且图1 已经示出单位功率单元A1、A2和A3为串联连接，且从串联连接的单位功率单元输出的电压 被合成以作为a相电压提供给电动机3。同样地，单位功率单元Bl、B2和B3为串联连接， 并且从串联连接的单位功率单元输出的电压被合成以作为b相电压提供给电动机3。此外， 单位功率单元Cl、C2和C3为串联连接，并且从串联连接的单位功率单元输出的电压被合成 以作为c相电压提供给电动机3。合成后的b相电压与a相电压具有120°的相位差，合成 后的c相电压与b相电压也具有120°的相位差。
[0043] 电压测量单元23可测量输入至电动机3的电压。电压测量单元23可由包括电压 传感器或电阻器的无源元件形成。
[0044] 参考这里所讨论的对中压逆变器中转子速度的估算，将在讨论现有技术后对本公 开进行详细的描述。
[0045] 图2是示出了根据现有技术的转子速度估算单元的框图，其中转子速度估算单元 包括电压分量提取单元410和转子频率检测单元420。图3a和3b分别是示出图2中电压 分量提取单元410和转子频率检测单元420的详细框图。
[0046] 电压分量提取单元410可以从电动机3的输入相电压或线间电压中测得电动机3 的输入电压的频率，其中第一单元411可从电动机3的输入电压中产生对应于由中压逆变 器施加的频率的AC(交流）信号V'，和相位上滞后V' 90°的信号qV'，第二单元412可 检测来自电动机3的输入电压的频率，以及第三单元413可确定当检测到电动机的输出相 电压的频率时的控制带宽。
[0047] 图3b的转子频率检测单元420可允许第一单元421进行旋转坐标变换，且允许第 二单元进行比例积分补偿，由此使得第一单元421的输出G为零（0)。当第三单元423将初 始频率与第二单元422的输出相加并且第四单元424对该相加值进行积分时，输出估算相 位角（0est)。此外，通过对第三单元425的输出进行低通滤波来输出最终估算频率（co est)。
[0048] 此时，在传统的转子频率检测单元420中的第二单元422用于比例积分补偿以使 得通过坐标变换输出的输出G为零（0)，这通常被称为PLL(锁相环）。
[0049] 然而，PLL电路具有的缺陷在于，估算单元4花费过长的估算时间且控制器5的响 应过慢，以及其实现过于复杂。
[0050] 提供了本公开以去除现有技术中使用的PLL电路且使用更简单的电路来估算电 动机3的转子频率。
[0051] 图4是示出了根据本公开的示例性实施例的转子速度估算单元4的原理框图，且 图5是图4的详细电路图。
[0052] 在本公开的描述中，尽管估算单元4已经示出了产生单相电压信息的情况，但是 对于本领域技术人员来说也应该是显而易见的是，在本公开中估算单元可以用于3相电 压。
[0053] 参见图4和5,根据本公开的用于重启中压逆变器的装置可包括信号产生单元41、 控制带宽确定单元42和频率检测单元43,并可进一步包括归一化单元44。