逆变器的制作方法

本发明涉及一种逆变器并且更具体地涉及一种能够基于在电机的最小工作电压与被施加到dc链路的dc链路电压之间的幅值上的比较的结果来调节被输出到电机的三相电压的输出频率的逆变器。

背景技术：

在未来的替代能量源之中，用于将太阳能变换成电能的太阳能功率系统是最引人注目的。太阳能功率系统用于通过太阳能电池凝聚太阳光，使用电荷差来生成电功率，并且将电功率存储在电池中。电功率借助于逆变器从dc功率被变换为ac功率并且被供应到负载。

这样的太阳能功率系统具有的优点在于它仅仅以太阳光来获得高能量效率而没有任何单独的燃料并且能够被半永久性地使用，尽管其要求高初始设施成本。

因此，太阳能功率系统被用作例如针对在难以供应功率的偏远地区中被安装以供应水用于饮用、田地、畜牧业等等的泵的功率供应系统。

由太阳能电池产生的电能具有与传统电能的电气特性明显不同的电气特性。更具体地，由于传统电能具有线性电压源特性，所以其当线性或非线性负载被应用到负载状态时维持恒定电压并且稳定地工作。

另外，由于它具有单个工作点，所以它在任何输入/输出条件下总是稳定地工作。即，当具有线性电压源的电能被使用时，能够获得期望的工作条件，无论负载条件如何。

然而，由太阳能电池产生的电能具有电压和电流取决于通过作为非线性电压源的逆变器被输出到负载的功率而非线性地变化的特性。.

因此，传统上，为了将太阳能电池的输出控制为最大，最大功率点跟踪(mppt)算法被用于控制太阳能电池的输出电压。

更具体地，传统上，用于驱动mppt算法的控制器和逆变器被单独地提供并且被用于产生用于通过将太阳能电池的输出电压和输出电流输入到mppt算法来将太阳能电池的输出控制为最大的控制电压值。

其后，pid模块被用于基于在太阳能电池的实际输出电压与控制电压值之间的误差来执行反馈控制以允许输出电压被保持处于控制电压值。

然而，当前述mppt算法被应用到从太阳能功率系统接收功率的泵的逆变器时，存在如下问题：除了逆变器之外，必须提供用于计算用于将太阳能电池的输出控制为最大的控制电压值的昂贵的单独的控制器。

另外，当包含于用于将经变换的功率供应到泵的逆变器中的pid模块被用于将太阳能电池的输出电压控制为控制电压值时，存在另一问题：除了输出电压控制之外，有必要执行对泵驱动需要的变量(例如流速、压力、等等)的控制，其中包含于逆变器中的pid模块具有有限能力。

技术实现要素：

本发明的一方面是要提供一种逆变器，其能够通过进行在被施加到dc链路的dc链路电压与电机的最小工作电压之间的幅值上的比较并基于比较的结果来控制被输出到电机的三相电压的输出频率来以最大功率驱动电机。

本发明不限于以上方面，并且本发明的其他方面将由本领域技术人员从下面的描述中清楚地理解。本发明的以上方面和优点和/或其他方面和优点将从结合附图进行的对实施例的下面的描述中变得显而易见并且更容易地认识到。应当理解，本发明的目标和优点能够由权利要求书中阐述的特征及其组合来实现。

根据本发明的一个方面，提供了一种逆变器，包括：测量部件，其被配置为测量被施加到dc链路的dc链路电压；变换部件，其被配置为将dc链路电压变换到三相电压并将三相电压输出到电机；以及控制部件，其被配置为在dc链路电压与电机的最小工作电压之间进行幅值上的比较并且基于比较的结果来调节三相电压的输出频率。

根据本发明，能够通过进行在被施加到dc链路的dc链路电压与电机的最小工作电压之间的幅值上的比较并基于比较的结果来控制被输出到电机的三相电压的输出频率来以最大功率驱动电机。

另外，根据本发明，通过消除对用于计算最大功率点跟踪(mppt)算法来以最大功率驱动电机的单独的控制器的需要，能够仅仅使用逆变器来以最大功率驱动电机并且减小由单独的控制器需要的安装空间和生产成本。

另外，根据本发明，由于能够仅仅使用逆变器而没有pid模块来以最大功率驱动电机，所以能够利用pid模块用于控制驱动电机需要的变量，例如流速、压力、等等。

附图说明

图1是图示了根据本发明的一个实施例的在太阳能功率系统、电机泵和逆变器之间的连接的配置的视图。

图2是图示了根据本发明的一个实施例的逆变器的配置的视图。

图3是示出了从根据本发明的一个实施例的逆变器输出到电机的三相电压的输出频率随时间的变化的图形。

图4是示出了被施加到根据本发明的一个实施例的逆变器的dc链路的dc链路电压随时间的变化的图形。

图5是示出了由从根据本发明的一个实施例的逆变器供应的三相电压驱动的电机的输出随时间的变化的图形。

具体实施方式

以上目标、特征和优点将从结合附图的下面的详细描述中变得更清楚地显而易见。因此，本发明的技术构思能够容易地由本领域技术人员理解和实践。在本发明的下面的详细描述中，关于相关的功能或结构的详细描述将在认为该功能和/或结构可能不必要地使本发明的目的模糊不清时被省略。在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中，相同的或相似的元件由相同的附图标记表示。

图1是图示了根据本发明的一个实施例的在太阳能功率系统10、电机泵20和逆变器100之间的连接的配置的视图。图2是图示了根据本发明的一个实施例的逆变器100的配置的视图。

参考图1，根据本发明的一个实施例的逆变器100被配置为在其dc链路dcp和dcn处接收在太阳能功率系统10中产生的dc功率，将接收到的dc功率变换成三相电压的ac功率，并且将ac功率输出到电机20。更具体地，被形成在逆变器100的一侧中的dc链路dcp和dcn被连接到太阳能功率系统10，并且dc链路电压vdc被施加到dc链路dcp和dcn。三相电压的ac功率从逆变器100的另一侧被输出到电机20。

在该实施例中，太阳能功率系统10可以是功率发生器，其包括由多个串联/并联连接的多个太阳能电池构成的太阳能电池阵列(pv-阵列)并且将从太阳能电池阵列(pv-阵列)产生的dc功率供应到逆变器100。

另外，电机20可以是用于将水从低点向上泵送到高点的水泵的电机。

这里指出，太阳能功率系统10和电机20是通常在整个行业中使用的那些并且不受特别限制。

参考图2,根据本发明的一个实施例的逆变器100可以包括测量部件110、变换部件120和控制部件130。图2中示出的逆变器100仅仅是说明性的并且其元件不限于图2中示出的那些但是可以根据需要被部分地添加、修改或删除。

测量部件110测量从太阳能功率系统10应用到dc链路dcp和dcn的dc链路电压vdc。在该实施例中，尽管未在该图中示出，但是用于对由太阳能功率系统10产生的dc功率进行平滑并将经平滑的dc功率存储为dc链路电压vdc的dc链路电容器可以被连接到逆变器100的dc链路dcp和dcn。

从太阳能功率系统10供应的并且被施加到dc链路dcp和dcn的dc链路电压vdc是取决于电机20的输出w非线性地改变的。

更详细地，当由逆变器100变换的并且被供应到电机20的三相电压的输出频率f在逆变器100的控制下被增大时，电机20的输出w可以与增大的输出频率f的平方成比例地被增大。另外，由测量部件110测量的dc链路电压vdc可以随着电机20的输出w的增大而减小。

测量部件110可以通过电压传感器来测量存储在dc链路电容器中的dc链路电压vdc并且将所测量的dc链路电压vdc发送到稍后描述的控制部件130。

变换部件120将dc链路电压vdc变换成三相电压并且将该三相电压输出到电机20。更具体地，变换部件120能够通过对由dc链路电容器进行平滑和存储的dc链路电压vdc进行切换以被变换成三相电压并且将该三相电压输出到电机20来驱动电机20。

为此，在一个实施例中，变换部件120可以包括由多个开关元件和二极管构成的开关电路。变换部件120可以将dc链路电压vdc施加到开关电路并且通过控制多个开关元件的打开/关闭来将dc链路电压vdc变换成三相电压。

在该实施例中，开关元件可以是绝缘栅双极性晶体管(igbt)但是不限于此。

已经在上文中说明了变换部件120使用开关电路来将dc链路电压vdc变换成三相电压。然而，变换部件120可以采用其他电压变换方法，例如电压参考逆变方法、矢量控制方法、vf控制方法、等等，只要它们能够将dc链路电压vdc变换成三相电压。

图3是示出了从根据本发明的一个实施例的逆变器100输出到电机20的三相电压的输出频率f随时间的变化的图形。图4是示出了被施加到根据本发明的一个实施例的逆变器100的dc链路dcp和dcn的dc链路电压vdc随时间的变化的图形。图5是示出了由从根据本发明的一个实施例的逆变器100供应的三相电压驱动的电机20的输出随时间的变化的图形。

在下文中，将参考图3到图5描述控制部件130。

控制部件130将dc链路电压vdc与最小工作电压vmin进行比较并且基于比较的结果来调节三相电压的输出频率f。

此时，控制部件130能够通过响应于要被调整的三相输出频率f而控制包含于变换部件120中的多个开关元件的打开/关闭操作来调节三相电压的输出频率f。

另外，在电机20的操作的启动的时间，控制部件130将三相电压的输出频率f调节为最小工作频率fmin。

这里，最小工作频率fmin可以是指被供应到要被驱动的电机20的三相电压的最小频率值。即，当被供应到电机的三相电压的输出频率f等于或高于最小工作频率fmin时，电机20开始被驱动。

此时，最小工作频率fmin可以取决于电机20的额定规定而以不同方式来设定。

在其期间三相电压的输出频率f低于最小工作频率fmin的t0到t1间隔中，如图3所示，电机20的输出w可以为“0”，因为电机20未被驱动，如图5所示。

另外，如图4所示，由于其输出频率f低于最小工作频率fmin的三相电压被供应到电机20以防止电机200被驱动，所以dc链路电压vdc可以不被改变。

其后，在其处控制部件130将三相电压的输出频率f调节为最小工作频率fmin的点t1处，当电机20开始被驱动时，dc电压vdc开始减小。

此时，控制部件130能够通过在保持被供应到电机20的三相电压的输出频率f预定时间段时进行驱动来将由电机20致动的泵的液压调节为预定液压或更多。

在该实施例中，预定时间段可以取决于泵安装环境而变化。

接下来，控制部件130在预定时间段之后将dc链路电压vdc与电机20的最小工作电压vmin进行比较并且基于比较的结果来将三相电压的输出频率f增大第一频率或者将其减小第二频率。

更具体地，作为在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的比较的结果，如果dc链路电压vdc超过最小工作电压vmin，则控制部件130能够将三相电压的输出频率f增大第一频率。

相反，作为在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的比较的结果，如果dc链路电压vdc等于或低于最小工作电压vmin，则控制部件130能够将三相电压的输出频率f减小第二频率。

在该实施例中，最小工作电压vmin可以是被供应以驱动电机20的电压的最小电压值。最小工作电压vmin可以取决于电机20的额定规定而以不同的方式来设定。

即，当被施加到dc链路dcp和dcn的dc链路电压vdc高于最小工作电压vmin时，电机20能够被驱动。

同时，第一频率可以被设定为用于使可能通过对输出频率f的调节引起的dc链路电压vdc中的快速变化最小化的频率值。例如，第一频率可以为5hz。

另外，第一频率和第二频率可以为与预设常数成比例的频率。例如，第一频率可以是第二频率的两倍高。

控制部件130能够通过在对三相电压的输出频率f的调节之后保持经调节的输出频率f预设等待时间使可能由输出频率f中的变化引起的电机20的输出w和dc链路电压vdc中的变化延迟一时间。

如图3所示，控制部件130在t1到t2间隔期间将三相电压的输出频率f增大第一频率并且将随着三相电压的输出频率f的增大而减小的dc链路电压vdc与最小工作电压vmin进行比较。

如图4所示，作为在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的比较的结果，由于dc链路电压vdc超过最小工作电压vmin直到点t2，所以控制部件130将三相电压的输出频率f增大第一频率直到点t2。

其后，从点t2，作为在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的比较的结果，由于dc链路电压vdc等于或低于最小工作电压vmin，所以控制部件130将三相电压的输出频率f减小第二频率。

控制部件130可以重复在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的上述比较并且基于所重复的比较的结果来调节三相电压的输出频率f。因此，控制部件130能够在例如在点t2之后的间隔期间保持其中dc链路电压vdc超过最小工作电压vmin的操作状态的同时将三相电压的输出频率f调节为最大值。因此，如图5所示，电机20的输出w能够在点t2之后的间隔期间被保持处于最大值。

换言之，根据本发明的一个实施例的逆变器100能够以最大功率驱动由太阳能功率系统10的电能驱动的电机20而不使用用于计算最大功率点跟踪(mppt)算法的单独的控制器和pid模块。

结果，根据本发明的一个实施例的逆变器100能够减小由用于计算mppt算法的控制器需要的安装空间和生产成本并且利用pid模块用于控制用于泵的变量，例如流速、压力、等等。

在另一实施例中，作为在dc链路电压vdc与最小工作电压vmin之间的比较的结果，如果dc链路电压vdc等于最小工作电压vmin，则控制部件130能够在预定保持时间段期间将三相电压的输出频率f保持处于当前频率。

在另一实施例中，控制部件130可以在预定保持时间段期间将三相电压的输出频率f保持处于当前频率之后再次将dc链路电压vdc与最小工作电压vmin进行比较。

因此，控制部件130能够增加在其期间以最大功率驱动电机20的时间段。

尽管已经参考本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是将由本领域技术人员理解的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节上的各种改变。示例性实施例出于说明本发明的目的而非在限制性意义上被提供。因此，旨在将本发明涵盖本发明的修改和变型，只要它们落入随附权利要求及其等效方案的范围内。