技术领域
本发明涉及频率转换器的控制安排。更特别地，本发明涉及用于控制设有两个辅助电压源的频率转换器的方法和装置，以及设有这样两个辅助电压源的频率转换器。
背景技术：
基于功率电子学的所有器件（例如频率转换器）均包括为了器件的正常工作而设置的控制单元。控制单元需要一个或多个工作电压（例如5V直流和12V直流）以便工作，该电压在所谓的辅助电压源中产生。辅助电压源的输入功率可以直接来自器件的输入电压，或者来自待连接至该器件的一些其他源电压。例如在频率转换器中，辅助电压源通常由所谓的中间电路的电压供应，该电压通过对输入电压进行整流而产生。根据功率等级，实际功率部分、控制单元、及辅助电压源可以是独立的，或者它们可以例如作为嵌入系统布置在同一板卡上。
正如对本领域技术人员显而易见的，将辅助电压源仅标定为器件工作所处的功率范围和电压范围是技术上和经济上最大的优点。例如，在将要用于400V-500V交流的输入电压的频率转换器中，300V-1000V直流的中间电路电压的工作范围足以用于辅助电压源，该电压范围除了受到输入电压容限的影响，还受到本领域技术人员已知的某些特殊情况的要求的影响，例如功率半导体元件的过压保护。
在频率转换器的一些工作场合，在正常输入电压范围之外的频率转换器的工作能力（当然，尽管具有有限的能力）同样是一个要求。例如，在由专利公布WO2008/031915所述的用频率转换器控制的马达的工作情况下，即使在输入电压已经切断时，也需要逆变器下支路的开关的控制能力。根据专利公布FI121293，问题的解决方式是，频率转换器包括两个辅助电压源，第一辅助电压源的工作范围在足够低的电平开始，用于实现所需的控制功能。然而，根据这两个专利公布的解决方案存在缺点，因为只有上支路或下支路中的一个的开关受到控制，逆变器的功率半导体元件开关承受的压力不均衡，这在极端情况下会导致器件损坏。此外，上述专利公布对马达类型进行了明确的限定，根据上述专利公布的解决方案将与该马达类型结合使用。
在本领域同样已知的是用频率转换器控制的马达的其他工作情况，其中当来自网络的电源供应断开后希望以有限的能力进行短期工作。对于这种暂时性工作，例如电池可以作为工作电源，然而此类电池的电压通常低于频率转换器的辅助电压源的正常工作范围。
技术实现要素：
本发明的目标是获得一种新的安排，用于使得频率转换器能够在宽的电压范围内工作，并且更特别地使得频率转换器在低于正常输入电压电平的工作电压下工作。通过一种方法和一种装置实现该目标，所述方法和装置的特征在独立权利要求的特征部分进行说明。本发明其他的优选实施例是从属权利要求的内容。
根据本发明的频率转换器设有两个辅助电压源，它们的工作范围彼此不同，该频率转换器还设有与两个辅助电压源对应的两个控制单元，这两个控制单元能够产生用于控制逆变器的三相电压脉冲图形。
这种安排实现了例如在异常情况下马达驱动装置的电力制动，在该情况下，频率转换器来自配电网的正常电力供应不再起作用。
根据本发明，当中间电路电压上升至第一电平（其可以是大约20V直流）时，第一辅助电压源进行运作，并且其至少向第一控制单元和门驱动器供应控制逆变器的功率半导体元件的工作电压。第一控制单元在其能力方面相对于第二控制单元是更加有限的，但是根据本发明，第一控制单元能够产生可控频率的三相电压脉冲图形，以控制逆变器。
此外，根据本发明的频率转换器包括第二辅助电压源和第二控制单元。这些是旨在工作在频率转换器的正常工作电压电平的单元，并因此对应现有技术的频率转换器的辅助电压源和控制单元。根据本发明，当第二辅助电压源和第二控制单元通电以便工作时，第一辅助电压源的工作可以停止，并且由第一控制单元产生的控制信号不再用于控制逆变器。
根据本发明，当依靠第一辅助电压源和控制单元工作时，频率转换器能够产生输出电压，借助于该输出电压（出于一些机械上的原因，例如，由于重力拉动的负载），能够通过电力制动来限制或降低旋转的电动马达的旋转速度。由于三相输出电压，本发明不像例如根据专利公布WO2008/031815的解决方案那样对马达类型进行限制，而是适用于工业上最常见的马达类型，例如鼠笼式马达。
此外，在供电网断开的情况下，根据本发明，通过第一辅助电压源和第一控制单元的操作，通过例如将电池连接至频率转换器的中间电路作为暂时电源，可以用有限的电力将由马达运输的负载控制到最近的安全停止位置。
根据本发明的安排将使用频率转换器的机会扩展到来自供电网的正常电力供应已经断开的情况中。凭借本发明，通过减慢已经由自身开始旋转的马达的旋转速度（例如由于负载），或者通过将负载控制到安全停止位置，可以提高装置的工作安全。
附图说明
以下通过一些实施例并参照附图，对本发明进行更加详细的描述，其中
图1示出了频率转换器的主电路及马达，
图2示出了根据本发明用于控制逆变器的功率元件的安排，
图3示出了根据本发明的辅助电压源的工作范围，以及
图4示出了电池与频率转换器的中间电路的连接。
具体实施方式
图1示出了普通三相PWM频率转换器的主电路的示例，在该电路中，由二极管组成的三相网桥REC将供电网的三相交流电压L1、L2、L3整流为中间电路的直流电压UDC，该直流电压由滤波电容器CDC滤波，逆变器INU由利用功率半导体元件实现的三相开关组成，该逆变器从中间电路的直流电压产生用于控制马达M的三相输出电压U、V、W。术语相位开关意味着要连接至同一输出相位的元件（例如关于U相位的元件V1、V4、D1、D4），这些元件能够将输出相位连接至中间电路的任何一极。此外，该频率转换器包括辅助电压源PS，辅助电压源PS从中间电路的直流电压产生主要用于冷却该频率转换器的风扇及用于控制逆变器工作的控制单元CU的工作电压。在现代的频率转换器中，控制相位开关的功率半导体元件V1...V6大多是IGBT晶体管（根据图中示例），所谓的零偏二极管D1...D6与IGBT晶体管并联连接。没有在图中示出正常情况下用在网桥的任一侧以过滤频率转换器携带的网电流谐波的感应元件，因为其从本发明的角度看来并不重要。
正如本领域已知的，频率转换器还可以设有所谓的有源网桥，其采用能够将马达的制动功率反馈给供电网的类型。本发明对使用的网桥类型并不进行任何限制。
图2示出了用于控制本发明相位开关的元件所连接的部分。对该图进行了简化以使原理清晰，对于本领域技术人员来说显而易见的是，实用的实施例将包括多个其他元件，能够使这些元件进行连接，从而配置信号的电压电平和功率水平以滤除干扰等。
根据本发明，频率转换器包括从中间电路产生工作电压的两个辅助电压源PS1和PS2，所述辅助电压源产生例如主要用于控制单元的标称5V直流的工作电压U1和U2。每个辅助电压源均具有其自身相应的控制单元CU1和CU2，控制单元CU1和CU2产生控制信号G11、G12，控制信号G11、G12在或电路（ORcircuit）中组合成逆变器的功率半导体元件V1的最终控制信号G1。或逻辑（ORlogic）意味着如果输入信号G11、G12中的任何一个是有效的，则输出信号G1也是有效的。或电路经由二极管选择器SEL接收其工作电压，从而用于产生输出信号，这在辅助电压源PS1、PS2中的任何一个处于工作中的情况下即可。
还必须注意，尽管没有在图中示出，控制脉冲的正确的逻辑操作还要求每次仅有一个控制单元产生控制脉冲。因此，例如如果CU2是有效的，则阻止来自CU1的信号，以防止控制脉冲的交叠及潜在的冲突。
图3以电压－功率图示出了根据本发明的两个辅助电压源的工作范围APS1、APS2的示例。根据该示例，第一辅助电压源PS1工作在电压范围UDC1-UDC2（例如20V-400V直流）内，以产生最大功率P1；而相应地，第二辅助电压源PS2工作在电压范围UDC3-UDC4（例如300V-1000V直流）内，以产生最大功率P2。凭借这种安排，通过第一辅助电压源和控制单元的操作，频率转换器已经能够凭借中间电路的20V直流电压产生三相输出电压。在中间电路电压UDC已经上升到300V直流以上时，第二辅助电压源PS2启动，在这种情况下与该第二辅助电压源对应的控制单元CU2接管对频率转换器的控制，同时停止第一控制单元CU1的工作。第一辅助电压源PS1的工作能够在第二辅助电压源已经运作（例如，独立地基于中间电路的电压电平或者通过控制单元CU2的操作）后停止。第一电压源PS1的最大功率可以低于第二电压源PS2的最大功率，因为例如在频率转换器有限的能力期间风扇同样不会工作。
应当指出，当连接至频率转换器的电动马达例如由于负载而旋转时，本发明还能够实现专利公布FI121293展示的功能。根据本发明，第一辅助电压源和控制单元能够以低电压运作并产生对马达进行制动的三相输出电压，在这种情况下制动能量对中间电路的电压充电，直到第二电压源和与其对应的控制单元进行运作为止。
图4包含电池B如何连接至频率转换器的中间电路以用于紧急情况下的工作的示例。在该实施例中，所述连接借助于双极开关SB完成，并且电路还包括二极管VB，如果供电网L1、L2、L3刚好同时连接至频率转换器，则二极管VB防止电池的过度充电。
当电池的电压高于第一辅助电压源的激励电压时，第一控制单元能够控制逆变器以产生三相输出电压，在这种情况下可以用有限的电力将由马达传输的负载控制到最近的安全停止位置。
对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的不同实施例并不仅限于以上描述的示例，它们可以在下面呈现的权利要求书的范围内有所变化。