[发明专利]变频器及其感应电动机的转速搜寻装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种转速搜寻装置，尤其涉及一种感应电动机的转速搜寻装置。

背景技术

感应电动机(induction motor)在工业发展中是相当重要且不可或缺的一项设备。现今感应电动机已经应用于许多工业应用的场合，例如泵(pump)或风机(fan)等。图1显示传统的感应电动机以及其变频器的系统方块图。如图1所示，感应电动机100由一变频器101驱动。一输入交流电压V_in，提供于一整流器104的输入侧，并且由整流器104整流成一直流V_dc。一电容105设置于整流器104的输出端，以稳定直流V_dc且降低链波。直流V_dc经由逆变器106转换成一输出交流电压V_out与一输出交流电流I_out，并且将输出交流电压V_out与输出交流电流I_out提供给感应电动机100。感应电动机100受逆变器106所提供的输出交流电压V_out与输出交流电流I_out所驱动来带动负载102运作。此外，为了控制逆变器106输出所想要的电压与电流，一电压调整模块108连接至逆变器106的开关单元Q₁-Q₄的控制端，用以接收一电压信号V与一频率信号f，来产生用来控制逆变器106的开关单元Q₁-Q₄的开关切换运作的脉冲信号PWM1-PWM4。逆变器106的开关单元Q₁-Q₄根据脉冲信号PWM1-PWM4来进行开关切换。一控制单元110连接至电压调整模块108以接收逆变器106的直流V_dc、输出电流I_out、由用户界面112a所提供的操作者所想要的感应电动机100的旋转频率命令信号f^*₁，以及由系统控制电路112b所提供的系统欲设定的旋转频率命令信号f^*₂。控制单元110根据旋转频率命令信号f^*₁或f^*₂、直流总线电压V_dc、输出电流I_out计算出用来驱动该电压调整模块108的电压信号V与频率信号f，借此让电压调整模块108控制逆变器106以输出交流电流I_out与交流电压V_out。

一般而言，感应电动机100的转速控制是利用变频器(variable frequency drive)101来完成。然而，当准备利用变频器启动感应电动机100时，感应电动机100可能因为先前突然发生电力中断而仍在自由旋转，或是感应电动机100会受到外在环境的影响，例如水流、风速或其他负载的影响而自由旋转。若变频器101在无法得知此时转轴转速的情况下，强行对感应电动机100进行转速控制，有可能会因为感应电动机100的转子磁场频率与定子磁场频率相差过大，而造成感应电动机100的过电流或是能量再生，因而导致变频器101跳脱保护，长久下来，会对感应电动机100造成伤害。

一般解决感应电动机100启动时无法确切得知感应电动机100的转速的问题的方案有以下二种。第一种解决方案为采用直流刹车技术(DC braking)。直流刹车技术主要是让变频器101输出直流电压到感应电动机100的定子侧，并利用电磁铁原理吸住转子转轴，借此固定转子不动。然而，直流刹车技术却有下列缺点。首先，若逆变器106的输出电压太小，使得感应电动机100的定子磁场的磁力太弱，转子不容易被吸附住而难以固定。若逆变器106的输出电压V_out太大，有可能产生过电流。其次，所需要的逆变器106输出时间无法确定，若是逆变器106的输出时间太短，会造成感应电动机100仍未降低其速度至固定转子不动。若是逆变器106的输出时间太长，会造成感应电动机100过热。