[发明专利]用于控制电动机的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制电动机的、在权利要求1的前序部分中限定的方法 和在权利要求8的前序部分中限定的设备。

背景技术

使用现代的频率转换器，在电动机的气隙中生成了作为时间的函数变化 的磁通量，以便通过将正弦电流馈送到电动机绕组来旋转电动机。作为时间 的函数变化的正弦电流组成旋转电流向量。旋转电流向量在电动机的气隙中 产生磁通量。通过将频率转换器的转换开关(chang-over switch)的转换触 点交替地连接到直流电压中间电路的正和负电压电势来控制绕组中的电流。 以实际上高于正弦电流的基波频率的频率来切换转换触点。

在频率转换器中使用的转换开关一般是半导体，诸如IGBT晶体管。在 这样的半导体中，产生了损耗，所述损耗可划分为导电损耗和切换损耗。当 电流流过导电半导体时发生导电损耗。在半导体被转变为导电状态以及当它 被切断时的两种情况下，与半导体的切换动作有关地再产生切换损耗。切换 损耗以如下的方式作为切换频率的函数增加，即在许多IGBT晶体管类型的 情况中、导电损耗和切换损耗在大约10千赫兹的切换频率处彼此相等的方 式。当半导体持续处于导电状态时，仅产生导电损耗。导电损耗和切换损耗 二者随电流的增加而增加。IGBT晶体管的电流容量除了取决于流过晶体管 的电流的幅度之外，还取决于晶体管被切换的切换频率。此外，电流容量取 决于晶体管的冷却，即取决于从晶体管产生的功率损耗的移除效率。

由于改善冷却效率需要结合热发散(heat developing)半导体而增加辅 助设施，诸如散热器、风扇、或水冷却装置，这引入了附加成本并同时增加 了频率转换器的大小。可通过使用为更大电流设计的半导体来减少功率损 耗，但是这也引入了附加成本。为此，已经努力开发可用于减少功率损耗同 时增加晶体管的电流范围的不同切换技术。

说明书US4096558公开了一种方法，其中频率转换器的转换触点(诸如 闸流管或IGBT晶体管)在频率转换器的相电压(phase voltage)的正弦基 波的每个半周期期间、连续地保持在导电状态一预定时间段。在所述半周期 的剩余部分中，一般根据调制参考通过以高频率进行切换来控制开关。根据 这个方法，开关的导电状态的最大比例可等于正弦波半周期的持续时间的三 分之一。在这个方法中，转换触点的导电状态对称地布置在最大电压值的每 一侧，所述最大电压值发生在正弦波的90度电角度处。这样，传导状态可 以从60度电角度开始并以120度电角度结束。这个方法的问题在于：由于 与频率转换器的相电压的基波相关地来定义传导状态，所以在以高频率切换 转换开关的瞬间、可能由于电动机的电流和电压之间的相位差而导致在转换 开关中发生相电流的最大值。在这个情况中的转换开关中的总损耗大于其中 转换开关被持续地保持在一直具有最大电流的导电状态中的情况。如果频率 转换器将要以电压和电流的基波的低频率来控制大电流，则电流将以低速率 改变，从而长时间地持续流过同一转换开关。如果这个情形中的电流以如下 的方式在电动机相位之间分布，即大约相同幅度的最大电流在两个不同的相 位中流动，则根据这个方法，至少一个转换开关连续地以最大电流被切换。 因此，功率损耗不均匀地分布在转换开关之间，并且对转换开关进行切换被 加热最多。在这样的情形中，基于连续地长时间切换的转换开关来确定频率 转换器的最大电流。这样的情形例如可发生在当电梯车厢通过电动机产生的 扭矩而保持在不可动时的电梯驱动中。在这个情况中，电流的频率较低，并 且最大电流可长时间仅流过一个转换开关。

说明书GB 2086102A公开了一种用于多相位电动机驱动的供电配置， 其中供电网络的相(phase)中的一个直接连接到电动机绕组，并且两个供电 网络相经由可控制的切换装置而连接到电动机的两个绕组。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于公开一种使得可以减少频率转换器的转换开关中的 切换损耗的方法。本发明的另一目的在于公开一种用于控制转换开关以便减 少切换损耗的设备。

发明特征