用于控制逆变器的方法与流程

本公开内容涉及一种用于控制逆变器的方法。更具体地，本公开内容涉及一种用于控制逆变器以在针对紧急情况停止逆变器时中断输入功率并加速在平滑级处的残余能量的放电的方法。

背景技术：

逆变器用于通过接收DC功率以利用开关元件将其转换为AC功率并将AC功率供应到感应电机来驱动感应电机。逆变器生成脉宽调制(PWM)信号并利用PWM信号来控制开关元件以生成AC功率。之后，逆变器控制PWM信号的脉宽以改变AC功率的电压和频率并根据期望改变感应电机的扭矩和旋转速度。

如果在逆变器被驱动时安全信号被输入到逆变器，则为安全必须中断到逆变器的输入功率。然而，逆变器在安全跳闸模式待机直到操作员中断输入功率为止，并且因此存在二次事故的风险。此外，即使在操作员已经中断到逆变器的输入功率之后，也有残余能量剩余在平滑级中，并且因此存在提供服务的时间延迟单元。

图1是示出了当安全信号被输入时到逆变器的输入功率被接通/断开时平滑级的电压轮廓的图形。

参考图1，当电压被施加到逆变器时，在初始充电电路操作期间在平滑级处电压被逐渐地充电，并且SMPS开始操作(①)。之后，平滑级被连续地充电，并且初始充电继电器操作使得平滑级被充电直到输入功率(②)。

之后，如果安全信号被输入到I/O单元(③)，则逆变器进入安全跳闸模式并待机。之后，当操作员中断输入功率(④)时，在平滑级中剩余的能量被逐渐地放电。

之后，当在平滑级中剩余的能量被放电使得平滑级的电压变成预定电压(⑤)时，逆变器触发低电压跳闸。在低电压跳闸模式中，逆变器停止操作并 且初始充电继电器不操作，并且因此对平滑级的放电变得更慢。之后，在平滑级处剩余的残余能量继续被放电，并且SMPS被断开(⑥)，使得对平滑级的放电变得甚至更慢。

因此，花费更长时间来对在平滑级处的残余能量进行放电，并且因此延迟对服务的重新开始。

已经提出了一种用于通过在针对紧急情况停止逆变器时使用放电电阻器来对平滑级处的残余能量进行放电的方法。然而，放电电阻器占据很大体积并且存在在将放电电阻器附接到平滑级时电击的风险。

技术实现要素：

本公开内容的方面在于提供一种用于通过在针对紧急情况停止逆变器时中断输入功率来减少诸如电击的二次事故的风险的方法。

本公开内容的另一方面在于提供一种用于通过在针对紧急情况停止逆变器时加速在平滑级处剩余的能量的放电来减少由逆变器重新开始服务所花费的时间的方法。

本公开内容的方面在于提供一种用于快速地对在逆变器的平滑级处的残余能量进行放电而无需诸如在相关领域中使用的放电电阻器的任何额外元件的方法。

根据本公开内容的一个方面，一种用于在安全信号被输入到逆变器时加速在利用输入功率驱动的逆变器处的残余能量的放电的逆变器控制设备包括：输入功率开关设备，其根据开关操作来将输入功率供应到逆变器；I/O单元，其根据用户控制输入来将安全信号输入到逆变器并在生成安全信号时将故障输出继电信号输出到输入功率开关设备；以及控制器，其执行在输入功率被中断时对在逆变器处的残余能量的放电的加速。

输入功率开关设备可以从I/O单元接收故障输出继电信号以中断输入功率。

控制装置还可以包括在输入功率被中断时驱动风扇的风扇驱动单元。

控制器可以包括：旋转坐标系转换单元，其将从逆变器输出的abc坐标系中 的电流转换为旋转坐标系中的电流；电流控制单元，其通过使用电流命令和来自旋转坐标系转换单元的输出电流来生成电压命令；以及静止坐标系转换单元，其将从电流控制单元接收到的旋转坐标系中的电压命令转换为静止坐标系中的电压命令以将其提供到逆变器。

输入到电流控制单元的电流命令可以包括d轴电流命令和q轴电流命令，其中，d轴电流命令具有等于逆变器的平滑级的电压的值，q轴电流命令具有等于零的值。

控制器还可以包括接收故障输出继电信号以输出零矢量的零矢量输出单元。

根据本公开内容的另一方面，一种用于控制利用输入功率驱动的逆变器以在安全信号被输入到逆变器时加速在逆变器处的残余能量放电的方法包括：确定安全信号是否被输入到逆变器；如果确定了安全信号被输入则生成I/O故障输出继电信号以中断输入功率；以及执行对在逆变器的平滑级处的残余能量进行放电的过程和风扇驱动。

当逆变器执行电流控制时，对残余能量进行放电的过程可以包括：执行DC激励过程；确定在逆变器中是否触发低电压跳闸；以及确定逆变器的平滑级的电压是否小于预定电压。

执行DC激励过程可以包括：将从逆变器输出的abc坐标系中的电流转换为旋转坐标系中的电流；通过使用旋转坐标系中的电流和电流命令来生成旋转坐标系中的电压命令；将旋转坐标系中的电压命令转换为静止坐标系中的电压命令；以及将静止坐标系中的电压命令施加到逆变器。

电流命令可以包括d轴电流命令和q轴电流命令，其中，d轴电流命令具有等于逆变器的平滑级的电压的值，q轴电流命令具有等于零的值。

确定在逆变器中是否发生低电压跳闸可以包括如果确定了发生低电压跳闸则重新开始DC激励过程和风扇驱动。

确定在逆变器的平滑级处的电压是否小于预定电压可以包括如果确定了逆变器的平滑级的电压小于预定电压则完成DC激励过程和风扇驱动。

预定电压可以大于逆变器的SMPS_off电压。

当逆变器执行V/F控制时，对残余能量进行放电的过程可以包括：执行零矢量驱动；确定在逆变器中是否触发低电压跳闸；以及确定逆变器的平滑级的电压是否小于预定电压。

确定在逆变器中是否发生低电压跳闸可以包括如果确定了发生低电压跳闸则重新开始零矢量驱动和风扇驱动。

确定在逆变器的平滑级处的电压是否小于预定电压可以包括如果确定了逆变器的平滑级的电压小于预定电压则完成零矢量驱动和风扇驱动。

预定电压可以大于逆变器的SMPS_off电压。

如以上所阐述的，可以减少在针对紧急情况停止逆变器时诸如电击的二次事故的风险。

另外，根据本公开内容的示例性实施例，可以在针对紧急情况停止逆变器时快速地对在逆变器的平滑级处的残余能量进行放电而无需诸如在相关领域中使用的放电电阻器或传感器的任何额外元件。

因此，可以缩短由逆变器重新开始服务所花费的时间。

附图说明

图1是示出了当安全信号被输入到逆变器时的平滑级电压轮廓的图形；

图2是根据本公开内容的示例性实施例的逆变器的框图；

图3是用于示出用于加速对执行电流控制的逆变器的平滑级的放电的控制的框图；

图4是用于示出用于在逆变器执行电流控制时加速平滑级的放电的控制的流程图；

图5是示出了根据图4的控制的平滑级电压轮廓的图形；

图6是用于示出在d-q轴静止坐标系中表示的逆变器的输出电压矢量的示意图；

图7是用于示出用于加速在逆变器V/F控制时的平滑级的放电的控制的流 程图；以及

图8是示出了根据图7的控制的平滑级电压轮廓的图形。

具体实施方式

在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应以传统的且词典定义来解释而且应以与基于如下原理的本公开内容的技术构思相对应的意义和概念来解释：允许发明人适当地定义术语的概念以便以最好的方式描述他的或她的公开内容。因此，尽管参考某些特定实施例和附图描述了本公开内容，但是要理解各实施例仅仅是说明性的，并且能够在不脱离如随附权利要求书限定的本公开内容的精神和范围的情况下进行等效方案和修改。在下文中，将参考附图详细描述本公开内容的示例性实施例。在本文中类似的附图标记被用于在各视图中指代类似的元件。

图2是根据本公开内容的示例性实施例的逆变器控制器100的框图。尽管逆变器控制器100和逆变器2在图2中被示出为单独的元件，但是要理解逆变器控制器100可以与逆变器2一起集成。将简单地描述逆变器2的操作。当功率从电源1被供应到逆变器2时，三相AC功率(R、S和T)被输入到转换器级21以被转换为DC功率，使得平滑级22开始被充电。当平滑级的电压增大到达到Vsmps_on或更高时，SMPS 25开始操作，使得用于逆变器驱动、保护和/或感测等的功率被生成。当逆变器被驱动时，根据逆变器级23的开关的状态来将三相功率(U、V和W)输出到负载3。

根据本公开内容的示例性实施例的逆变器控制设备100包括输入功率开关设备120、I/O单元140和控制器160。

具体地，如图2所示，输入功率开关设备120被布置在输入电源1与逆变器2的转换器级21之间并且可以将输入功率供应到逆变器2或者取决于开关操作而中断被供应到逆变器2的功率。

I/O单元140连接到逆变器2以执行数据输入/输出等并且可以取决于用户控制输入而将安全信号应用到逆变器2。另外，I/O单元140可以在发出安全信号时将故障输出继电信号输出到输入功率开关设备120。

另外，在从I/O单元140接收到故障输出继电信号后，输入功率开关设备120中断到逆变器2的输入功率。当到逆变器2的输入功率被中断时，控制器160执行用于加速对在逆变器处的残余能量的放电的控制。

下面将参考附图详细描述用于加速对在逆变器处的残余能量的放电的控制。

根据本公开内容的示例性实施例的用于加速对在逆变器处的残余能量的放电的控制可以主要被分成其中逆变器执行电流控制的情况和其中逆变器执行V/F控制的情况。

首先，将参考图3描述用于加速对通过DC激励过程执行电流控制的逆变器的平滑级的放电的控制方法。

如图3所示，根据本公开内容的示例性实施例的逆变器控制设备100的控制器160包括电流控制单元162、静止坐标系转换单元164和旋转坐标系转换单元166.

逆变器输出电流Ia、Ib和Ic从abc坐标系被转换为d-q旋转坐标系(Id和Iq)并被输入到电流控制单元162。更具体地，旋转坐标系转换单元166通过使用下面的等式1来将abc坐标系上的信号Ia、Ib和Ic转换为旋转坐标系上的两相AC电流Id和Iq：

[等式1]

Id＝Ia

Iq＝1/sqrt(3)(Ib-Ic)

其中，Id表示旋转坐标系的d轴上的AC电流，并且Iq表示旋转坐标系的q轴电流上的AC电流。

电流控制单元162使用逆变器输出电流和电流命令来生成电压命令。所生成的电压命令是旋转坐标系的电压命令。在电流控制单元162中生成的电压命令被施加到静止坐标系转换单元164。

另外，静止坐标系转换单元164将旋转坐标系的电压命令转换为静止坐标系的电压命令。更具体地，静止坐标系转换单元164通过使用下面的等式2来 将旋转坐标系的两相DC电压Vdse和Vqse转换为静止坐标系的两相AC电压Vdss和Vqss:

[等式2]

Vdss＝Vdse x cosθ-Vqse x sinθ

Vqss＝Vdse x sinθ+Vqse x cosθ

其中，Vdss和Vqss是静止坐标系的AC电压。

另外，静止坐标系转换单元164将静止坐标系的所转换的电压命令施加到PWM逆变器2。输入到电流控制单元162的电流命令包括d轴电流命令Id_ref和q轴电流命令Iq-ref。为了执行用于加速对逆变器的平滑级的放电的控制，d轴电流命令Id_ref被设置为等于平滑级电压Vcap。

另外，q轴电流命令Iq-ref被设置为“0”以执行电流控制。逆变器进行的这种DC激励过程可以被执行直到逆变器触发低电压跳闸。下面将参考图4对其进行详细描述。

图4是用于示出用于加速对在逆变器电流控制时的平滑级的放电的序列的流程图。

如图4所示，监控逆变器的状况以确定在逆变器中是否生成了安全信号(步骤S10)。如果确定在逆变器中生成了安全信号，则生成故障输出继电信号以中断到逆变器的输入功率(步骤S12)。

当输入功率被中断时，执行上述DC激励过程(步骤S14)。另外，在执行DC激励过程的同时也可以驱动风扇。

随后，确定是否发生低电压跳闸(步骤S16)。如果在逆变器的平滑级处的能量被放电并且确定发生低电压跳闸(步骤S16中的是)，则中断逆变器并且风扇停止，并且因此执行上述DC激励过程并且再次在低电压跳闸模式中驱动风扇。

随后，确定逆变器的平滑级的电压是否小于预定电压V1(步骤S18)。如果确定电压小于预定电压V1(步骤S18中的是)，则完成DC激励过程和风扇驱动，并且因此完成对平滑级进行放电的序列。

在这样做时，通过将预定电压V1设置为大于SMPS_off电压，可以在逆变器开关中的全部被断开的同时完成对平滑级进行放电的序列。

在图5中示出了示出在逆变器的控制期间根据输入功率ON/OFF的平滑级电压轮廓的图形。

具体地，当电压被施加到逆变器时，平滑级电压在初始充电电路操作期间被逐渐地充电，并且SMPS开始操作(①)。之后，当平滑级被连续地充电以达到预定水平时，初始充电继电器操作使得平滑级利用等于输入功率(②)的电压来充电。

当安全信号被输入到逆变器时，输入功率通过I/O故障输出继电信号(③)被中断，并且用于加速对平滑级的放电的控制(DC激励过程和风扇驱动)被执行以对平滑级进行放电。

要指出，对平滑级的放电甚至在逆变器的低电压跳闸模式(④)期间被执行，并且因此残余能量可以比在现有逆变器中更快地被放电。之后，当平滑级电压变得小于V1(V1>SMPS_off)时，该序列被完成。

在下文中，将参考图6描述用于加速对执行V/F控制的逆变器的平滑级的放电的控制。

图6是用于示出在d-q轴静止坐标系中表示的逆变器的输出电压矢量的示意图，其中示出了逆变器的八个输出电压矢量。

在空间矢量电压调制方案中，可以在逆变器中针对特定控制时间段生成的八个输出电压矢量V0到V7被合成以生成通常等于命令电压的电压。

参考图6，电压V0和V7是零电压矢量并且不可以供应驱动负载的有效电压，然而电压V1到V6是有源电压矢量并且供应驱动负载的有效电压。

根据本公开内容的示例性实施例的逆变器控制设备100的控制器160包括零矢量输出单元(未示出)，并且在到逆变器的输入功率被中断时针对预定时间段输出零矢量，使得用于加速对逆变器的平滑级的放电的控制。

另外，零矢量可以被输出直到逆变器触发低电压跳闸，下面将参考图7详细进行描述。

图7是用于示出加速在逆变器V/F控制时的平滑级的放电的序列的流程图。

如图7所示，监控逆变器的状况以确定在逆变器中是否生成了安全信号(步骤S20)。例如，如果确定由用户控制输入在逆变器中生成了安全信号，则生成故障输出继电信号以中断到逆变器的输入功率(步骤S22)。

之后，当输入功率被中断时，执行零矢量驱动(步骤S24)。可以通过输出以上参考图6描述的零矢量来执行零矢量驱动。

用于加速对平滑级的放电的控制可以通过如附图所示的驱动风扇连同零矢量驱动来执行。随后，确定是否发生低电压跳闸(步骤S26)。如果在逆变器的平滑级处的能量被放电并且确定发生低电压跳闸(步骤S26中的是)，则中断逆变器并且风扇停止，并且因此执行上述零电压驱动并且再次在低电压跳闸模式中驱动风扇。

随后，确定逆变器的平滑级的电压是否小于预定电压V1(步骤S28)。如果确定该电压小于预定电压V1(步骤S28中的是)，则完成零电压驱动和风扇驱动，并且因此完成对平滑级进行放电的序列。在这样做时，通过将预定电压V1设置为大于SMPS_off电压，可以在逆变器开关中的全部被断开的同时完成对平滑级进行放电的序列。

在图8中示出了示出在逆变器的控制期间根据输入功率ON/OFF的平滑级电压轮廓的图形。当电压被施加到逆变器时，平滑级电压在初始充电电路操作期间被逐渐地充电，并且SMPS开始操作(①)。之后，当平滑级被连续地充电以达到预定水平时，初始充电继电器操作使得平滑级利用等于输入功率(②)的电压来充电。

当安全信号被输入到逆变器时，输入功率通过I/O故障输出继电信号(③)被中断，并且用于加速对平滑级的放电的控制(零电压驱动和风扇驱动)被执行以对平滑级进行放电。

要指出，对平滑级的放电甚至在逆变器的低电压跳闸模式(④)期间被执行，并且因此残余能量可以比在现有逆变器中更快地被放电。之后，当平滑级电压变得小于V1(V1>SMPS_off)时，该序列被完成。

如以上所描述的，可以减少在针对紧急情况停止逆变器时诸如电击的二次 事故的风险。另外，可以实现一种能够在针对紧急情况停止逆变器时快速地对在逆变器的平滑级处的残余能量进行放电而无需诸如在相关领域中使用的放电电阻器的任何额外元件的逆变器控制设备以及用于控制该逆变器控制设备的方法。

因此，可以缩短由逆变器重新开始服务所花费的时间。

尽管已经详细描述了本公开内容的示例性实施例，但是这些仅仅是说明性的。本领域技术人员将认识到能够在不脱离本公开内容的范围的情况下进行各种修改和等效方案。因此，想要被保护的本公开内容的真正范围仅仅由随附权利要求书限定。