專利名稱：變頻器的保護電路的制作方法
技術領域：
發明涉及一種按權利要求1所述的用于變頻器的保護電路。保護電路用于保護變頻器或者與之連接的電動機防止受到熱過載的損壞。
背景技術：
電動機及其控制電子裝置(變頻器)往往在其有效功率的極值處運行，以便用給定的花費(重量、體積、成本)實現功率的最大值。重要的是不使電動機及其變頻器過熱。若溫度超過某個極限值，那就或者使電動機線圈的絕緣，或者也使變頻器中的功率半導體受損。這直接地或者也可能在一定時間之后才引起電動機及其控制電子裝置的損壞。
因此已知有一些裝置，用這些裝置可以監測電動機線圈的溫度或者變頻器里的功率半導體的溫度。若溫度超過一個極限值，那么可以使電動機功率減小并避免受損。
一種這樣的溫度監控可以借助于溫度傳感器來進行。溫度傳感器然而具有一定的慣性，因此以短促而強烈的電流峰值就可能在溫度傳感器動作之前使電動機或者變頻器破壞。而且溫度傳感器并不直接置于功率半導體的芯片上，因此其實際的阻擋層溫度無法測量到。
也已知有一些裝置，它們不用溫度傳感器。為了運行電動機常常借助于電流傳感器來測量流入各自電動機相里的電流。當電動機相或者功率半導體的內電阻為已知時就可以由所測的電流計算出在線圈或者功率半導體里的損失功率。用一個熱力模型就可以推斷出各自的溫度。通過對每個時間間隔所產生的損失能量設定一個極限值就可以保護電動機及其控制電子裝置可靠地防止過熱。
一種這樣的裝置已在DE 10 2004022 005A1中詳細進行了說明。在那里所應用的模型里考慮到了在電動機停機時或者在旋轉頻率很低時這在每個相中最大允許的電流明顯低于在較高旋轉頻率時。所用的模型但是只能在這樣的變頻器里方便地變換，這些變頻器可能產生一定的計算功率。

發明內容
本發明的任務是提出一種可以特別簡單地實現的用于變頻器的保護電路，它考慮了在不同的旋轉頻率時用于變頻器的相電流的不同的極限值。
此任務通過一種具有權利要求1的特征的裝置來解決。有利的實施形式見那些在從屬于權利要求1的權利要求中所述的特征。
描述了一種用于具有多個相的變頻器的保護電路，其中對于每個相電流都接入一個正比于相應相電流的信號至一個輸送器電路，輸送器電路在一個極限值以下和在這極限值范圍里起到具有極限頻率的低通濾器的作用，而在極限頻率以上起到分壓器的作用。這個輸送器電路的輸出接入一個最大值生成器用于形成數值上的最大值。該最大值輸入一個比較器，在比較器里使最大值與一個參照值進行對比。
若最大值超出了參照值，那么比較器就產生一個信號，它例如可以用作為斷開信號用于斷開變頻器。
盡管保護電路可以設有一種相當簡單的電子裝置，然而它能夠對相電流根據其頻率(并因此根據電動機的轉動頻率，它以一個因素與相電流的頻率一致)進行評估。對于在極限頻率以下的相當低的頻率來說使與相電流成比例的信號由于輸送器電路的低通作用不減小地輸送給最大值生成器，而在極限頻率之上則使與相電流成比例的信號減小(劃分降低)一定的比例。若輸送器電路設計得合適，那就確保了在在極限頻率之上的高頻時允許比頻率在極限頻率以下時具有明顯更高的最大相電流。極限頻率通常為幾Hz，例如大約3Hz。


本發明的其它優點和細節情況可見以下按照附圖對優選實施形式所作的說明。所示為圖1a保護電路的一個示意圖；圖1b一個簡化的保護電路的示意圖；圖2輸送器電路的取決于頻率的最大電流和傳輸功能；圖3第一具體的實施例，和圖4第二具體的實施例。
具體實施例方式
圖1a示意表示了用于變頻器的一個保護電路。在其輸入處有正比于相電流I1，I2，I3的信號U1，U2，U3。這些信號U1，U2，U3例如可以用電流傳感器求出，這些傳感器產生正比于相電流I1，I2，I3的電壓。
每個信號U1，U2，U3并聯地被輸入給一個低通濾波器1和一個分壓器2。每一個低通濾波器1和分壓器2因此一起構成一個輸送器電路。
所有的低通濾波器1和分壓器2在輸出側與一個最大值生成器3連接，其由所有的輸出求出數值最大的值作為最大值Max并使其繼續輸送至一個比較器4。因為低通濾波器1在頻率低于一個極限頻率時并不減少地繼續傳輸成比例的信號U1，U2，U3，而分壓器2也在這個部位里對應于其分壓器比使成比例的信號U1，U2，U3減小，因此各由一個低通濾波器1和一個分壓器2組成的并聯電路針對在最大值生成器3里最大值的生成在低頻范圍里起到如同一個低通濾波器的作用。當頻率明顯在一個低通濾波器的極限頻率以上時使比例信號U1，U2，U3很強烈地衰減，以至于針對最大值生成器3中的最大值生成來說分壓器2是有效的。若將由低通1和分壓器2組成的并聯電路看作為輸送器電路，那么這個電路針對最大值生成來說在極限頻率以下和極限頻率的范圍里起到低通過濾器的作用，而在極限頻率之上起到分壓器作用。
比較器4將最大值Max與一個參照值Ref對比。若最大值超過參照值，那么比較器4就輸出一個斷開信號S，它例如可以用來斷開變頻器，或者也可以用來降低由變頻器輸出的功率，從而又低于參照值Ref。
優先使參照值Ref減小一個正比于溫度的值Temp。這個溫度例如可以是變頻器里功率半導體的溫度或者其冷卻體的溫度。也可以使用連接于變頻器的電動機的溫度或者一個這樣的電動機的線圈的溫度。可以這樣考慮，使最大允許的相電流I1，I2，I3也取決于在變頻器里的或在相連的電動機里已經達到的溫度。
參照值Ref此外還可以降低一個與PWM-頻率(用此使變頻器運行)成比例的值FPWM，因為這PWM頻率越高，在變頻器功率半導體里產生的開關損耗就越高。因此在較高PWM-頻率時變頻器里的功率半導體就更快地升溫，因此降低參照值Ref是合理的。
由于既考慮了已達到的溫度又考慮了PWM頻率，因此可以隨時考慮比較器4中一個最大的高的極限值。該極限值否則的話必須被設計用于最壞的情況，也就是說例如用于那些已經接近極限溫度用高的PWM-頻率運行的功率半導體。
保護電路也可以如在圖1b中那樣簡化地表示。此處在一個唯一的輸送器電路10中可以這樣說包括了一個低通濾波器1和一個分壓器2。這個輸送器電路10對于在上面所述的極限頻率以下和在此范圍里的低頻起到如同一個低通濾波器1的作用，這個濾波器具有同樣是這個極限頻率，對于明顯在極限頻率之上的高頻率然而起到分壓器2的作用。以下或者在圖3和4中進一步說明了按照圖1a和1b的保護電路各自的具體的線路實現情況。
圖2按照一個實例表示了在一個相中最大允許的電流I的變化曲線，它取決于相電流I1，I2，I3的頻率。可見，明顯在一個極限頻率fg之下只允許電流I的一定比例(60安培)，明顯在極限頻率fg之上這電流I可以120A。這如上所述在于在高頻時所有相的負載大致相同，而在低頻時或者甚至在電動機停機時在負載作用下在變頻器的單個功率半導體里或者在電動機相里的熱損失是很不均勻地分布的。實例中在兩個極限值之間的一個系數大約為2。這個系數很取決于邊界條件(相數量，所應用的功率半導體等)，但實例涉及一種實際的三相變頻器并且很適合于闡明保護電路的原理。
設計低通濾波器1或者輸送器電路10這樣來設計，使有一個極限值，它大致對應于所示的電流特性的極限頻率fg。明顯低于極限頻率fg時輸送器電路10如同一個低通濾波100使100％的比例信號U1，U2，U3通過，正如在圖2中所示的傳送功能TP。明顯在極限頻率fg以上時該值恒定地位于大約50％處，相應于一個分壓器比1∶2。可見，輸送器電路10在極限頻率fg以下和在此范圍里時起到具有極限頻率fg的低通濾波器1的作用，而在極限頻fg以上時作為具有分壓器比為1∶2的分壓器。
在圖2所示的情況下則可以使參照值Ref設定為60A。具有明顯低于極限頻率fg(例如小于0.1Hz)的頻率的大于60A相電流I1，I2，I3則導致一個斷開信號S，因為相應的信號U1，U2，U3未衰減地到達最大值生成器3里。在較高頻率(例如自100Hz起)完全地允許有直至120A的較高電流，因為與相電流I1，I2，I3成比例的信號U1，U2，U3通過分壓作用只減小系數2地到達這最大值生成器3。
由此說明可見，輸送器電路的分壓器比對于高頻率來說大致應該對應于在低頻和高頻時在允許的電流之間的比值。
圖3表示了具體的第一實施例。這里實現了一種按照圖1a的電路。變頻器5供給一個電動機6的三個相U，V，W相電流I1，I2，I3。通過電流傳感器9來檢測這電流。
在按照圖3的電路中人們利用了相電流I1，I2，I3之和總是必須為零并且用電流傳感器9只是檢測了三個相電流中的兩個。第三個相電流則是另外二個相電流之和與-1的乘積。這通過如下方法加以考慮將兩個電流傳感器9的信號輸送給放大器電路7用于形成比例信號U1，U2，而為了生成比例信號U3將兩個傳感器信號之和輸送給一個反相的放大器電路8。
這三個放大器電路7，8的輸出分別通向一個低通濾波器，它由一個串聯的由一個電阻R1、一個電容C1和一個電阻R2構成的電路組成，以及通向一個分壓器，它由一個電阻R3和一個電阻R4組成。這些器件的準確接線可以容易地從圖3所示的線路圖中看到。
低通R1，C1，R2和分壓器R3，R4的輸出一方面直接通向二極管D1，另一方面通過反相的放大器8(放大系數為1)通向另一個二極管D1。
通過二極管D1的所有輸出的接線因此形成一個最大值生成器3，它將所有低通濾波器R1，C1，R2和分壓器R3，R4的按數值的最大值max輸送給比較器4(此處為一個比較器電路)。在比較器4的第二個輸入處正如圖1a所述那樣有一個減小了與溫度成比例的值Temp和減小了與變頻器5的PWM-頻率成比例的值FPWM的參照值Ref。若最大值max超過極限值，也就是這樣減小了的參照值Ref的話，那么比較器4就產生一個斷開信號S。
按圖3所示電路用三個低通濾波器R1，C1，R2三個分壓器R3，R4和六個反相的放大器電路8來實現。
如果人們直接使這些比例信號U1，U2，U3反相，那么有三個反相的放大器電路8就夠了，但分別需要六個低通濾波器R1，C1，R2和分壓器R3，R4。
圖4表示了一個大大簡化的保護電路。按此實施例在三個反相的放大器8里進行比例信號U1，U2，U3的反相。這樣所得到的六個信號U1，U2，U3， 則輸送給六個輸送器電路10。通過圖3所示低通濾波器的器件R1，C1，R2的適合的尺寸設計它可以單獨起到輸送器電路器的作用。其方法是使兩個電阻R1，R2具有相同的值，例如10KΩ，并且設計這電容C1例如為8.2μF，那么對于輸送器電路10來說人們就得到一種輸送功能TP如在圖2中所示那樣。如在圖3中所示所有輸送器電路10的輸出都通過二極管D1通向一個比較器4，后者將這樣形成的最大值Max與一個如上所述的減小了的參照值Ref相比較并且當最大值Max超過這個極限值或者減小的參照值Ref時，就產生一個斷開信號S。
用這里所述保護電路可以簡單地實現對變頻器5或電動機6的熱過載的有效保護。
權利要求
1.用于具有多個相(U，V，W)的變頻器(5)的保護電路，在此電路中對于相(U，V，W)的每個相電流(I1，I2，I3)都有與各自的相電流(I1，I2，I3)成比例的信號(U1，U2，U3)接入輸送器電路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)，該輸送器電路在極限頻率(fg)之下和其范圍內起到具有極限頻率(fg)的低通濾波器(1)的作用，而在極限頻率(fg)之上起到分壓器(2)的作用，而且其中輸送器電路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)的輸出接入最大值生成器(3，D1)用于生成輸送器電路(1，2，10，R1，C1，R2，R3，R4)的輸出的按數值的最大值(Max)，其中最大值(Max)通入比較器(4)，在此比較器里將最大值(Max)與參照值(Ref)進入比較。
2.按權利要求1所述的保護電路，其特征在于，如果最大值生成器(3)的輸出(Max)超過參照值(Ref)的話，由比較器(4)產生斷開信號(S)。
3.按權利要求1所述的保護電路，其特征在于，給比較器(4)接入與溫度成比例的值(Temp)，它使參照值(Ref)降低。
4.按權利要求3所述的保護電路，其特征在于，與溫度成比例的值(Temp)對應于器件的，尤其是變頻器(1)里功率半導體的溫度。
5.按權利要求3所述的保護電路，其特征在于，與溫度成比例的值(Temp)對應于在連接于變頻器(5)的電動機(6)里的溫度，尤其是電動機(6)里的繞組溫度。
6.按權利要求1所述的保護電路，其特征在于，變頻器(5)可以用PWM-頻率來運行，而且給比較器(4)接入與PWM-頻率成比例的值(FPWM)，它降低了參照值(Ref)。
7.按權利要求1所述的保護電路，其特征在于，輸送器電路(10)作為取決于頻率起作用的串聯電路實現，這串聯電路由第一電阻(R1)、電容(C1)和第二電阻(R2)組成，其中輸送器電路(10)的輸出位于第一電阻(R1)和電容(C1)之間，而且其中這種串聯電路在相電流(I1，I2，I3)的頻率在極限頻率(fg)范圍里和在其之下時起到具有極限頻率(fg)的低通過濾器(2)的作用，而在極限頻率(fg)之上起到分壓器(1)的作用。
全文摘要
發明涉及一種具有多個相(U、V、W)的變頻器的保護電路，在此電路中對于相(U、V、W)的每個相電流(I1，I2，I3)都有一個與各自相電流(I1，I2，I3)成比例的信號(U1，U2，U3)接到輸送器電路(1，2，10)，該輸送器電路在極限頻率(fg)之下和極限頻率(fg)范圍里起到具有極限頻率(fg)的低通濾波器的作用，而在極限頻率(fg)之上起到分壓器的作用。輸送器電路(1，2，10)的輸出接入一個最大值生成器(3)用于生成按數值的最大值(Max)。該最大值通入一個比較器(4)，在此比較器里將最大值與一個參照值(Ref)進行比較。
文檔編號H02P29/02GK101079541SQ20071010424
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月23日 優先權日2006年5月23日
發明者N·胡伯 申請人:約翰尼斯海登海恩博士股份有限公司