專利名稱：電源裝置和電源布置的制作方法
技術領域：
本發明旨在提供一種在權利要求1的前序部分定義的電源裝置，在權利要求8的 前序部分定義的輸送系統的電源布置，以及在權利要求10的前序部分定義的控制電源裝 置的方法。
背景技術：
當利用變頻器例如向電動機供電時，變頻器的開關的操作造成電動機電流中的開 關頻率波動。電流的波動在電動機中產生噪聲，這可能是煩人的。常規地，向電動機和變 頻器之間的供電電纜添加單獨的噪聲濾波器，試圖利用該噪聲濾波器來減少前述的電流波動。在例如沒有電機房的現代電梯系統中(其中電梯電動機被布置在電梯的提升間 (elevator hoistway)內)，電動機噪聲也可能是煩人的。

發明內容
本發明的目的是解決前述問題以及在以下對本發明的描述中公開的問題。由此， 在本發明中公開了一種電源裝置，利用該電源裝置向其供電的負載的噪聲比在現有技術中更安靜。根據本發明的電源裝置的特征在于權利要求1的特征部分所公開的內容。根據本 發明的輸送系統的電源布置的特征在于權利要求8的特征部分所公開的內容。根據本發明 的控制電源裝置的方法的特征在于權利要求10的特征部分所公開的內容。本發明的其他 特點的特征在于由其他權利要求中所公開的內容。某些發明實施例還在本申請的描述部分 進行討論。還可以按以下表示的與所附權利要求不同的方式來定義本申請的發明內容。特 別是如果按照表達式或隱含的子任務、或者從所實現的優點或者優點的類別的視點來考慮 本發明，則發明內容還可包含若干單獨的發明。在這種情形下，從單獨的發明構思的視點， 在權利要求中包含的某些屬性可能是冗余的。可以改變根據本發明的電源裝置中的主電路的拓撲。然而，該主電路包括至少一 個可控的固態開關，諸如IGBT晶體管、MOSFET晶體管、晶閘管、雙極晶體管或者SCR(可控 硅整流器)開關。根據本發明的電源裝置例如可以是DC/DC變換器、AC/DC變換器、DC/AC 變換器或者AC/AC變換器。電源裝置例如可以是變頻器、矩陣轉換器或者具有H橋電路的 DC電動機的電源裝置。根據本發明的負載例如可以是電動機、發電機或者其他感性負載，例如電磁制動 器的線圈、諸如電梯電機的制動器的線圈。根據本發明的一種電源裝置可以連接到電源，該電源例如可以是電網，并且該電 源還可以是某些備用電源，諸如發電機、燃料電池、蓄電池或者超級電容器。根據本發明的輸送系統例如可以是電梯系統、自動扶梯系統、自動人行道系統、直 接驅動電梯系統、起重機系統或者車輛系統。輸送器械指輸送系統的移動部分，諸如電梯轎廂、或者自動扶梯/自動人行道的移動軌道。根據本發明的電梯系統可以具有電機房或者 沒有電機房。此外，該電梯系統可以具有配重或者沒有配重。在本發明中所指的多個開關頻率可以是離散的或者連續的。可以基于例如某些量測或者估算的電參數，諸如固態開關的電壓、電流和瞬時功 率來進行固態開關的功率損耗(power loss)的確定。還可以基于例如對開關的溫度或者 可能與開關連接的冷卻元件的溫度的量測或估算來進行該確定。如果必要，還可以對超過 一個固態開關進行根據本發明的功率損耗的確定。根據本發明的電動機可以例如是交流電動機或直流電動機。這種類型的電動機是 例如同步電動機、永磁電動機、鼠籠電動機、有刷或無刷直流電動機、磁阻電動機或步進電 動機。電動機可以是旋轉電動機或直線電動機。當使用電動機來移動輸送器械時，該電動機還可以包括用于在電動機和輸送器械 之間傳送功率的機械配件(fitting)。這種類型的配件可以是例如軸、齒輪箱，或者例如電 梯的牽引輪。在根據本發明的一個輸送系統中，基于輸送器械的負載來確定固態開關的功率損^^ ο在本發明中所指的固態開關可以是例如IGBT晶體管、MOSFET晶體管、晶閘管、 SCR(可控硅整流器)開關，或者雙極晶體管。根據本發明的電源裝置的控制部件可以通過例如利用微處理器編程或者利用可 編程邏輯電路來實現，并且還可以利用例如集成的或分立的模擬或數字電子裝置來實現。根據本發明的固態開關的功率損耗的確定可以是單獨的或者還可以被全部或者 部分地與電源裝置的控制部件集成在一起。根據本發明的電源裝置的控制部件的存儲器可以是例如半導體存儲器，諸如 EEI3ROM存儲器。在交流電源的各相與DC中間電路之間安裝有根據本發明的一個網橋。該網橋包 括被連接為用于將交流電源的電壓整流為DC中間電路的電壓的整流橋的二極管。根據本 發明的另一網橋另外包括與前述二極管并聯連接的可控的固態開關，在此情形下，與前述 類型的網橋一起，可以在交流電源和DC中間電路之間雙向供電。電源裝置的固態開關的操作造成向負載提供開關頻率波動的電流和電壓。開關頻 率及其諧波造成負載中諧振頻率振動，其作為聲音輻射。該振動還可以例如經由環繞負載 的支撐結構而從負載傳導到環境。由此，例如電梯提升間中的電梯電動機的噪聲可能從提 升間傳到建筑物中的其他地方，或者例如傳到電梯轎廂內部。當根據本發明基于與開關頻 率對應的負載噪聲來選擇要使用的開關頻率時，可以在沒有單獨的噪聲濾波器的情況下實 現安靜的負載噪聲，或者當另外使用噪聲濾波器時，可以實現比現有技術的負載噪聲更安 靜的負載噪聲。電源裝置的固態開關的功率損耗隨著負載的增加而增加。功率損耗通常被劃分為 導通損耗和開關損耗。開關損耗隨開關的開關頻率的增加而增加。在這種情形下，當負載 增加時，通過降低開關頻率可以降低開關的功率損耗以及開關的溫升。當基于對固態開關 的功率損耗的確定、按照本發明所表示的對所允許的多個開關頻率進行限定(delimit)，并 且基于與開關頻率對應的負載來進一步選擇要使用的頻率時，可以在大負載的情況下將所允許的開關頻率限定地比在小負載的情況下更低。以此方式，可以在每個可能的負載情況 下實現可能的最安靜的負載噪聲。


以下，參照附圖借助本發明的實施例的幾個示例來詳細地描述本發明，在附圖中，圖1表示根據本發明的電源裝置。圖2表示根據本發明的與電動機的不同頻率對應的噪聲級。圖3表示根據品質因數評估的開關頻率。圖4表示作為電源裝置的負載的函數的所允許的多個開關頻率。圖5表示根據本發明的電動機的電源裝置的負載橋的主電路的連接。圖6表示根據本發明的電梯系統。
具體實施例方式圖1表示電源裝置1。該電源裝置連接在電動機2和電網20之間。該電源裝置包 括連接到電網的各相的網橋5、以及連接到電動機的各相的負載橋4。所述網橋和負載橋通 過DC中間電路6，6’彼此連接。負載橋的主電路的連接例如是在圖5中表示的類型。該負 載橋包括固態可控開關3。所述開關被安裝來作為在DC中間電路6，6’的正極性和負極性 的中間電路母線之間的切換開關。電動機的各相連接到該切換開關的輸出端25。控制部 件7將固態切換開關交替地連接到DC中間電路6，6’的正極性6和負極性6’的中間電路 母線上，以在電動機的各相中產生可變頻率和可變幅度的供電電壓。控制部件7被安裝來 利用脈寬調制以所選擇的開關頻率控制固態切換開關。圖2表示在不同開關頻率處電動機2的噪聲。在此情況下，該電動機的電源是例 如利用根據圖1的電源裝置1來布置的。該電動機的噪聲被確定為聲壓量測，在該情況下， 所確定的噪聲級的單位是dbA。根據圖2表示的圖形的噪聲級具有局部極小點和極大點。 確定開關頻率8、9、10、11(在這些開關頻率8、9、10、11的情況下，噪聲級具有局部極小點)、 以及與這些開關頻率對應的噪聲級的極小值16、17、18、19。基于所確定的噪聲級，選擇其對 應的負載噪聲級為最小的開關頻率，并且將所選擇的開關頻率設置為電源裝置1的控制部 件7的開關頻率。在本發明的一個實施例中，該電源裝置還包括圖5中表示的固態開關3的功率損 耗的確定部件13的類型。在該情形下，確定部件13包括對開關的電流的至少一個量測15。 該確定部件還可以包括對開關的電壓的量測14，但這不是必須的，尤其在電網的電壓或者 電源裝置的中間電路的電壓是已知的情況下。另一方面，還可以基于固態開關的溫度或者 開關的冷卻元件的溫度來執行該確定。在控制部件7中的存儲器中對開關頻率8、9、10、 11 (在這些開關頻率8、9、10、11的情況下，噪聲級具有局部極小點)、以及與這些開關頻率 對應的噪聲級的局部極小值16、17、18、19進行制表。功率損耗的確定部件13確定一個或 多個固態開關的功率損耗。電源裝置的控制部件7讀取所確定的功率損耗，并且基于所確 定的功率損耗從多個被制表的開關頻率中限定所允許的多個開關頻率10、11。控制部件比 較負載的、對應于所允許的開關頻率的被制表的噪聲級18、19，并且基于該比較，從所允許 的多個開關頻率中選擇與其對應的負載噪聲級為最小的開關頻率。
還可以對于電動機的相電流(例如對于電源裝置的DC中間電路的電流)執行開 關的電流的前述量測15。圖3表示根據品質因數Q評估的電源裝置的固態開關的開關頻率f。在該情形下， 可以選擇在按照固態開關的負載設置的極限內具有最好的品質因數的開關頻率作為要使 用的開關頻率。圖4中的圖形表示作為電源裝置的固態開關的負載I的函數的所允許的開關頻率 f。隨著負載的增加，所允許的開關頻率的最大值降低。在圖上標記了其中負載噪聲處于其 最大點的開關頻率的禁止區域21、22。圖6表示根據本發明的電梯系統。圖1中表示的電源裝置1的類型被安裝到該電 梯系統。通過控制電源裝置1的固態開關，在電網20和電梯電動機2之間進行供電。電梯 電動機2經由連接到電梯電動機的牽引輪的繩索在電梯提升間內移動電梯轎廂22。在本發 明的該實施例中，利用其來確定電梯轎廂的負載的負載稱重傳感器M被安裝到電梯轎廂。 電源裝置的負載依賴于電梯系統中作用的力的不均衡性，使得隨著在電梯轎廂和配重之間 的不均衡性的增加，電源裝置的負載也增加。另一方面，如果電梯系統不具有配重，則電源 裝置的負載隨著電梯轎廂的負載的增加而增加。在本發明的該實施例中，還基于對電梯轎 廂的負載的確定來確定電源裝置1的固態開關的功率損耗，并且基于對功率損耗的確定來 限定電源裝置1的固態開關所允許的多個開關頻率。從所允許的多個開關頻率中選擇與其 對應的電梯電動機2的噪聲級為最小的開關頻率以供使用。為此目的，可以通過在電梯提 升間中在電梯電動機的附近處放置的麥克風來測量該噪聲級，另一方面，還可以例如在電 梯轎廂22中測量傳送的噪聲。以上借助于本發明的幾個示例描述了本發明。對于本領域技術人員而言，很明顯， 本發明不限于上述的實施例，而是在由所附權利要求書定義的本發明構思的范圍內可以有 許多其他應用。
權利要求
1.一種電源裝置(1)，其包括至負載( 的接口 ；并且該電源裝置包括至少一個可控的 固態開關(3)，用于在所述負載和電源裝置之間進行供電；該電源裝置包括控制部件(7)，其被安裝來以所選擇的開關頻率(8)控制所述至少一 個固態開關⑶；其特征在于，確定至少在兩種不同的開關頻率(8，9，10，11)處的負載噪聲，并且其特 征在于，選擇所述至少一個固態開關(3)的開關頻率使得與所選擇的開關頻率(8)對應的 負載噪聲(16)滿足選擇標準。
2.根據權利要求1所述的電源裝置，其特征在于，該電源裝置包括所述至少一個固態 開關(3)的功率損耗的確定部件(11)；該電源裝置被安裝來確定所述至少一個固態開關的 功率損耗并且基于所確定的功率損耗來限定所允許的多個開關頻率(10，11)；并且其特征 在于，該電源裝置被安裝來從所允許的多個開關頻率中選擇與其對應的負載噪聲(18)滿 足所述選擇標準的開關頻率(10)。
3.根據權利要求1或2所述的電源裝置，其特征在于，該電源裝置包括網橋( 和連接 到負載O)的負載橋G)，該負載橋包括可控的固態開關(3)，并且該網橋和負載橋利用直 流中間電路(6，6’)彼此連接；并且其特征在于，該電源裝置包括控制部件(7)，其被安裝來 以所選擇的頻率控制負載橋的固態開關(3)。
4.根據之前的權利要求中的任一項所述的電源裝置，其特征在于，所述控制部件包括 存儲器，并且其特征在于，在所述控制部件的存儲器中記錄多個開關頻率(8，9，10，11)以 及與所述開關頻率對應的負載噪聲級(16，17，18，19)。
5.根據之前的權利要求中的任一項所述的電源裝置，其特征在于，通過比較與至少兩 個開關頻率(8，9，10，11)對應的負載噪聲級(16，17，18，19)來選擇至少一個固態開關的開 關頻率，并且其特征在于，基于所述比較，選擇與其對應的負載噪聲級(16)為最小的開關 頻率(8)。
6.根據之前的權利要求中的任一項所述的電源裝置，其特征在于，所述控制部件被安 裝來進行以下操作基于對至少一個固態開關(3)的功率損耗的確定，限定所允許的多個 開關頻率(10，11)，比較與所允許的開關頻率對應的負載噪聲級(18，19)，并且基于所述比 較，選擇與其對應的負載噪聲級(18)為最小的開關頻率(10)。
7.根據之前的權利要求中的任一項所述的電源裝置，其特征在于，在所述供電期間，重 復地選擇開關頻率(8,9,10, ll)o
8.—種輸送系統的電源布置，其包括用于移動輸送器械的電動機O)；所述輸送系統包括電源裝置(1)，所述電源裝置(1)連接到所述電動機，并且該電源裝 置包括至少一個可控的固態開關(3)，用于在所述電動機(2)和電源裝置(1)之間進行供 電；并且該電源裝置包括控制部件(7)，其被安裝來以所選擇的開關頻率控制所述至少一 個固態開關；其特征在于，確定至少在兩種不同的開關頻率(8，9，10，11)處的電動機噪聲，并且其 特征在于，選擇所述至少一個固態開關(3)的開關頻率使得與所選擇的開關頻率(8)對應 的電動機噪聲(16)滿足選擇標準。
9.根據權利要求8所述的輸送系統，其特征在于，該電源裝置包括至少一個固態開關 (3)的功率損耗的確定部件(11)；該電源裝置被安裝來確定所述至少一個固態開關(3)的功率損耗并且基于所確定的功率損耗來限定所允許的多個開關頻率(10，11)；并且其特征 在于，該電源裝置被安裝來從所允許的多個開關頻率中選擇與其對應的電動機噪聲(18) 滿足所述選擇標準的開關頻率(10)。
10.一種控制電源裝置的方法，在所述方法中-連接負載⑵至電源裝置⑴；-將至少一個可控的固態開關(3)安裝為所述電源裝置；-以所選擇的頻率來控制所述至少一個可控的固態開關，用于在所述負載(2)和電源 裝置⑴之間進行供電；其特征在于，-確定至少在兩種不同的開關頻率(8，9，10，11)處的負載噪聲，-選擇所述至少一個固態開關(3)的開關頻率使得與所選擇的開關頻率(8)對應的負 載噪聲(16)滿足選擇標準。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，-確定至少一個固態開關(3)的功率損耗；-基于對所述至少一個固態開關的功率損耗的確定來限定所允許的多個開關頻率 (10，11)；-從所允許的多個開關頻率中選擇開關頻率(10)，使得與所選擇的開關頻率(10)對應 的負載噪聲(18)滿足選擇標準。
全文摘要
本發明涉及一種電源裝置(1)以及一種電源布置。該電源裝置包括至負載(2)的接口。該電源裝置還包括至少一個可控的固態開關(3)，用于在前述的負載和電源裝置之間進行供電。該電源裝置包括控制部件(7)，其被安裝來以所選擇的開關頻率控制前述的至少一個可控的固態開關(3)。選擇開關頻率使得與所選擇的開關頻率對應的負載噪聲滿足選擇標準。
文檔編號B66B1/30GK102056829SQ200980121413
公開日2011年5月11日 申請日期2009年3月26日 優先權日2008年4月7日
發明者賈西·拉蒂恩馬基 申請人:通力股份公司