專利名稱：損耗功率的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定電子開關(guān)的損耗功率的方法和設(shè)備。本 發(fā)明此外還涉及一種逆變器以及一種用于控制逆變器的方法和一種 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知下列文件作為現(xiàn)有技術(shù)US 2004/0196678 Al 、 US 2004/0125523 Al、 US 5,841,262 A、 US 2004/0085117 Al、 DE 101 41 125 Al、 DE 103 19 354A1、 DE35 26 836A1、 DE39 05 701A1、 EP 0 397 514 A2、WO 02/080343 Al、WO 2004/012326 Al、 WO 03/065567 Al、 WO 02/07315 Al?，F(xiàn)在逆變器經(jīng)常使用稱作為IGBT形式的開關(guān)，以便從直流電產(chǎn) 生交流電，其中這種逆變器的結(jié)構(gòu)本身公知。這些開關(guān)的開關(guān)損耗完 全不可避免，所述開關(guān)損耗可以借助于公知的公式計算。在這里需要 指出的是，與IGBT相關(guān)的自振蕩二極管應(yīng)當(dāng)同時包括在概念"開關(guān)" 內(nèi)。因此在設(shè)計逆變器時，能夠確定工作參數(shù)并將工作參數(shù)作為計算 的依據(jù)使用。為了使計算與事實相一致，在逆變器工作期間必須保持 這些參數(shù)。實際上，逆變器通常在監(jiān)測開關(guān)溫度的情況下進(jìn)行控制。這種控 制基于如下事實，即開關(guān)由于損耗而溫度增加并因此溫度增加是這種 損耗的度量。如果現(xiàn)在確定監(jiān)測溫度超過預(yù)定的極限值，那么切斷逆 變器以避免損壞。此外，基于半導(dǎo)線構(gòu)成的這種開關(guān)對熱過載反應(yīng)靈 敏。這種開關(guān)的熱負(fù)荷越高，其熱老化就相應(yīng)地越快并因此其必須被 更早地更換。如果這種逆變器在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上使用，那么切斷逆變器的后果 是也必須切斷風(fēng)力發(fā)電j殳備。為了能夠測量損耗功率，例如需要在接通IGBT的情況下測量集 電極-發(fā)射極電壓。該電壓是在下單數(shù)位范圍內(nèi)的數(shù)值并必須盡可能 精確地被檢測，以便在非常高的電流(幾百安培)時得到足夠精確的 結(jié)果。但在斷開狀態(tài)下全部中間電路的電壓(幾百伏)仍存在于這些 接線端上。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的在于，能夠確定開關(guān)中實際出現(xiàn)的損耗功率。依據(jù)本發(fā)明該目的通過一種用于確定電子開關(guān)損耗功率的方法 得以實現(xiàn)，其特征在于，檢測物理量的瞬時值，從第一存儲器查詢與 瞬時值相關(guān)的數(shù)值，以預(yù)定的方式同時處理兩個數(shù)值并輸出處理的結(jié) 果。在此方面本發(fā)明基于這種認(rèn)識，即在數(shù)據(jù)表中公開的開關(guān)已知的 數(shù)據(jù)中可以獲得與通過測量確定的測量值相關(guān)的數(shù)值。在本示例中， 在已知通過開關(guān)的電流時，可以從數(shù)據(jù)表中確定例如集電極-發(fā)射極 電壓(Vce)。流動的電流與該集電極-發(fā)射極電壓相乘得出通過開關(guān) 流動的瞬時電流的損耗功率。此外還有接通和斷開開關(guān)時的開關(guān)損耗。為了可以確定不但開關(guān)的損耗功率，而且全部逆變器的損耗功 率，在本發(fā)明的改進(jìn)方案中，檢測多個開關(guān)的物理量并從存儲器中讀 出相應(yīng)多個的相關(guān)數(shù)值。特別優(yōu)選儲存處理的測量值和中間結(jié)果。由此以后也可以例如為 了統(tǒng)計計算等存取這些數(shù)值。為了實施該方法，提供一種用于確定電子開關(guān)的損耗功率的設(shè) 備，其特征在于用于檢測電子開關(guān)的至少一個物理量瞬時值的數(shù)據(jù) 輸入端，存儲與物理量相關(guān)數(shù)據(jù)的笫一存儲器，用于以預(yù)定的方式同 時處理物理量和從該存儲器調(diào)用數(shù)值的處理單元，以及用于輸出處理 結(jié)果的裝置。依據(jù)本發(fā)明的這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，可以檢測開關(guān)的實際損耗 功率。這一點(diǎn)不僅取決于流動電流而且取決于開關(guān)的特征值。確切地 說，例如像環(huán)境溫度這種環(huán)境影響也具有重要作用。因此通過依據(jù)本 發(fā)明的設(shè)備可以在所要求的時間點(diǎn)上檢測實際損耗功率。因此可以比 利用現(xiàn)有技術(shù)中公開的計算機(jī)預(yù)測更精確地確定開關(guān)的實際負(fù)荷。在一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，該設(shè)備包括用于檢測多個開關(guān)物理量 瞬時值的多個輸入端。按照這種方式，利用該設(shè)備可以檢測例如整個 逆變器的損耗功率。為了能夠在較長時間上的算出損耗功率的變化，特別優(yōu)選的是設(shè) 有用于儲存測量值和中間結(jié)果的第二存儲器。但該存儲器在結(jié)構(gòu)上可 與第一存儲器結(jié)合。因為電子開關(guān)具有用于其工作的預(yù)定極限值，超過該極限值它們 則不能工作，所以該設(shè)備的特征優(yōu)選在于用于將處理結(jié)果與預(yù)定的極限值進(jìn)行比較且在達(dá)到或超過極限值時輸出信號的裝置。在此方面， 該設(shè)備可以有利地構(gòu)成為獨(dú)立的設(shè)備，其在需要時可以按照簡單方式 運(yùn)輸?shù)矫總€的使用地點(diǎn)?；蛘?，該設(shè)備也可與逆變器或者風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備的控制裝置一體化。除了輸出可以用于例如通知這種設(shè)備的操作者或者操作機(jī)構(gòu)的 信號外，該信號特別優(yōu)選還可以輸出到逆變器或者風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控 制裝置以便以預(yù)定的方式影響控制裝置。在根據(jù)公差帶方法工作的逆變器的情況下，這種影響有利地提供 了在設(shè)備輸出表示超過極P艮值的信號時增加公差帶寬。也就是說，如 果開關(guān)的損耗功率過高，可以加大公差帶寬。因此開關(guān)頻率和與之相 關(guān)的接通或斷開損耗降低，并且因此開關(guān)(包括自振蕩二極管)的整 體損耗功率降低。特別優(yōu)選的是，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備裝備有至少一個這種逆變器。在此 方面， 一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，其特征在于，通過表示超 過預(yù)定極限值的信號，降低由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的功率。因此減少通 過逆變器處理的功率并相應(yīng)也減少開關(guān)上的損耗功率。在此方面，依據(jù)本發(fā)明的設(shè)備連接在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制裝置 上，以便能夠直接影響風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制而不必通過逆變器來影風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制。


下面借助于附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的設(shè)備簡圖；圖2示出該設(shè)備在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上使用的示例；圖3示出本發(fā)明在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上的第二應(yīng)用示例；圖4示出依據(jù)本發(fā)明方法的簡圖；圖5示出用于逆變器相位的開關(guān)電橋簡圖；以及圖6示出依據(jù)本發(fā)明方法的視圖。
具體實施方式
在圖1所示的仿4l本發(fā)明的i史備筒圖中，附圖標(biāo)記10表示導(dǎo)線， 其連接在開關(guān)12 (例如IGBT)上并輸出所產(chǎn)生的交流電。開關(guān)由控制 裝置14控制。在導(dǎo)線10中所測量的電流利用測量傳感器16檢測并輸 送到處理單元18。該處理單元18從控制裝置14收到作為觸發(fā)結(jié)果的控 制信息，以便可以精確確定各個開關(guān)瞬間。根據(jù)通過測量傳感器16確 定的導(dǎo)線10中的電流，中調(diào)用集電極-發(fā)射極電壓的相應(yīng)電壓 值并從這些數(shù)值中可以確定開關(guān)12的實際損耗功率。該結(jié)果例如可以 在顯示器22上顯示。當(dāng)然，這些數(shù)值也可以存入(附圖中未示出的) 存儲器內(nèi)。該存儲器然后可以收集數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)為了計值目的例如通 過(同樣未示出的)接口傳輸?shù)接嬎銠C(jī)。圖2的視圖與圖l的視圖基本上相應(yīng)。此外該附圖示出了風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備24的吊搶的視圖，其中設(shè)有的控制裝置26。因此取決于處理單元 18的計算結(jié)果，不僅可以在顯示器22上顯示計算結(jié)果，而且還可以同 時或者替代地影響風(fēng)力發(fā)電設(shè)備24的控制裝置26，以便例如可以按照 這種方式對超過極P艮值作出反應(yīng)。相應(yīng)地可以使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備降低所產(chǎn) 生的功率。在節(jié)距可調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備情況下，這可以以公知的方式 通過改變轉(zhuǎn)子葉片的迎角進(jìn)行。圖3與圖2相比補(bǔ)充了測量傳感器和控制裝置。該附圖示出多個導(dǎo) 線100、 101、 102,利用測量傳感器161、 162、 163檢測在導(dǎo)線中流過 的電流。為了使附圖更清楚沒有示出附加的開關(guān)。導(dǎo)線169表示，作為 檢測物理量的示例，這里當(dāng)然還可有多個測量傳感器連接于處理單元 18。根據(jù)導(dǎo)線的數(shù)量，也設(shè)有相應(yīng)的控制裝置141、 142、 143。導(dǎo)線從 每個控制裝置通向處理單元18,從而可以為向?qū)Ь€100、 101、 102中一 個供電的每個開關(guān)發(fā)出觸發(fā)脈沖。如上所述，相對于每個所檢測的電流 值420中調(diào)用開關(guān)的集電極-發(fā)射極電壓的相應(yīng)數(shù)值并從中確定瞬時 損耗功率。結(jié)果然后可以重新輸出到顯示器22或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備24的控 制裝置26。當(dāng)然，也可以將相應(yīng)的信號輸出到如移動電話、遠(yuǎn)距離監(jiān)測 中心等其他裝置，以便觸發(fā)相應(yīng)的通知。圖4示出依據(jù)本發(fā)明方法的流程圖。在開始之后首先確定開關(guān)的測 量值?；谠摐y量值在下個步驟中從表中讀出相關(guān)的數(shù)據(jù)值并且此后對 兩個數(shù)值進(jìn)行處理，在這種情況下相乘，以確定開關(guān)的瞬時損耗功率。 此后可以檢查所確定的數(shù)值是否處于預(yù)定的限度內(nèi)。如果否，可以輸出 信號。作為可替代地或者補(bǔ)充，當(dāng)然也可以進(jìn)行顯示。然后可以重復(fù)測 量或者也可以不測量。在此方面可以對同一開關(guān)或者對其他開關(guān)進(jìn)行重 復(fù)。圖5示意性示出兩個開關(guān)12a和12b的設(shè)置，利用其可以產(chǎn)生用于 一個相位的電流。自振蕩二極管12c和12d也屬于開關(guān)。處于兩個開關(guān) 12a與12b之間中心的是相位的分支并且導(dǎo)線10與圖1至3中所示導(dǎo)線 10相應(yīng)。通過測量傳感器16檢測該導(dǎo)線10上流動的電流并被送到處理 單元18?？刂茊卧?4控制開關(guān)12a和12b。該控制單元同時向處理單元18 輸出相應(yīng)的觸發(fā)信號。這些觸發(fā)信號可以包含于開關(guān)12a和12b的控制 時鐘中。處理單元18從表20中讀出與電流值相關(guān)的集電極-發(fā)射極電壓的數(shù) 值并將結(jié)果輸出到輸出端19。這種輸出例如可以是顯示、輸向監(jiān)測裝置 的信號和/或影響逆變器或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的信號。為了理解下面的說明，有益的是設(shè)想開關(guān)12a和自振蕩二極管12c或開關(guān)12b和自振蕩二極管12d的分別共同作用。這一點(diǎn)在圖5左側(cè)部 分對開關(guān)12a以及自振蕩二極管12c示例性示出。所示為三個重疊的開 關(guān)圖形。左邊采用矩形標(biāo)注的下部開關(guān)圖形是由控制裝置14為IGBT 12a輸出的開關(guān)脈沖。在此方面，下降沿接通IGBT并且上升沿斷開 IGBT并接通自振蕩二極管。在控制裝置的脈沖開始時處于高電平期間， 相應(yīng)地斷開IGBT并接通自振蕩二極管。那里相應(yīng)地存在流動損耗。在 時間點(diǎn)tl控制信號具有下降沿。IGBT接通且二極管斷開。相應(yīng)地開關(guān) 上現(xiàn)在出現(xiàn)流動損耗，這一點(diǎn)正如在視圖中間所看到的那樣。出于完整 性的原因，應(yīng)該指出，在二極管斷開的狀態(tài)下由于二極管上的泄漏電流 也出現(xiàn)相應(yīng)的泄漏損耗。在時間點(diǎn)t2時鐘信號具有上升沿。相應(yīng)地IGBT 12a斷開且自振蕩 二極管12c接通。在時間點(diǎn)t3時鐘信號下降，IGBT 12a接通且二極管 斷開。這樣繼續(xù)示出直到時間點(diǎn)t8。圖6示出這里再一次作為方波脈沖示出的時鐘脈沖與導(dǎo)線10上的 電流之間的相互聯(lián)系。在時間點(diǎn)ta時鐘信號具有下降沿。相應(yīng)地開關(guān) 接通并且電流開始在公差帶內(nèi)上升，直至開關(guān)在時間點(diǎn)tb斷開。開關(guān) 12a的這種斷開導(dǎo)致開關(guān)12b接通并且電流重新下降直至達(dá)到下限值。 然后通過下降沿開關(guān)12a重新接通。當(dāng)然，開關(guān)12b然后斷開并且電流 重新上升。這些開關(guān)過程持續(xù)進(jìn)行，從而整體上產(chǎn)生正弦形的電流分布。因為開關(guān)時間點(diǎn)取決于達(dá)到相應(yīng)的公差值，所以不存在固定的示意 圖。確切地說，這些開關(guān)時間點(diǎn)同樣從達(dá)到各自的極限值中得出。開關(guān)接通期間，每隔25jis (該數(shù)值為示例，其也可以或長或短)測 量導(dǎo)線上的電流并從表中調(diào)用集電極-發(fā)射極電壓的相應(yīng)數(shù)值。因此可 以精確確定瞬時電流流動的損耗。總共需要區(qū)分IGBT上三種類型的損耗。接通瞬間出現(xiàn)接通損耗。 對這種損耗進(jìn)行檢測。斷開瞬間同樣出現(xiàn)斷開損耗，對其也進(jìn)行檢測。 晶體管接通期間出現(xiàn)流動損耗。這種損耗也進(jìn)行檢測并可以將所有這些 數(shù)值累計，以便因此得出IGBT的損耗。與通過IGBT流動的電流交替地，產(chǎn)生通過二極管的流動電流。這 里在斷開二極管的情況下，同樣導(dǎo)致流動損耗以及泄漏損耗。這些數(shù)值 也進(jìn)行檢測、累計并與為IGBT獲取的數(shù)值全部匯總成開關(guān)損耗。這些開關(guān)損耗例如可以在電網(wǎng)頻率的一個周期或者也可以在其他 預(yù)定的時間例如一秒鐘確定，以^便然后可以確定一個周期的開關(guān)損耗或 者例如可以更簡單地?fù)Q算成一秒鐘的開關(guān)損耗。M這種情況下，不僅可以考慮一個相位的開關(guān)(參照圖5)。確切 地說，也可以同時檢測三個相位的開關(guān)以及例如升壓變流器上或者中間 電路削波器上的開關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種用于確定電子開關(guān)的損耗功率的方法，其特征在于，檢測物理量的瞬時值，從第一存儲器中查詢與瞬時值相關(guān)的數(shù)值，以預(yù)定的方式同時處理兩個數(shù)值，以及輸出處理的結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測多個開關(guān)的所 述物理量并從存儲器中讀出相應(yīng)多個的相關(guān)數(shù)值。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，儲存處理的測量值 和中間結(jié)果。
4. 一種用于確定電子開關(guān)的損耗功率的設(shè)備，其特征在于，用 于檢測所述電子開關(guān)的至少一個物理量的瞬時值的數(shù)據(jù)輸入端，存儲 與物理量相關(guān)的數(shù)據(jù)的第一存儲器，用于以預(yù)定的方式同時處理物理 量和從所述存儲器調(diào)用的數(shù)值的處理單元，以及用于輸出處理結(jié)果的 裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于用于檢測多個開關(guān)的 物理量瞬時值的多個輸入端。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于用于儲存測量值和中 間結(jié)果的第二存儲器。
7. 如權(quán)利要求4至6中任一項所述的設(shè)備，其特征在于用于將號的裝置,
8.如權(quán)利要求4至7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于構(gòu)成為 獨(dú)立的單元。
9. 如權(quán)利要求4至7中任一項所述的設(shè)備，其特征在于與風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備的逆變器的控制裝置一體化。
10. 如權(quán)利要求4至9中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，向逆 變器或者風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制裝置輸出信號以便以預(yù)定的方式影響 所述控制裝置。
11. 一種用于控制根據(jù)公差帶方法工作的逆變器的方法，其特征 在于，在如權(quán)利要求4至10中任一項所述的設(shè)備輸出表示超過極限 值的信號時，增加公差帶寬。
12. —種用于實施如權(quán)利要求11所述方法的逆變器，其中根據(jù) 公差帶方法控制所述逆變器，其特征在于，在施加有當(dāng)超過預(yù)定極限 值時由如權(quán)利要求4至10中任一項所述的設(shè)備輸出的信號時，增加 公差帶寬。
13. —種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括至少一個如權(quán)利要求12所述的逆 變器。
14. 一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，其特征在于，通過表示 已超過預(yù)定極限值的信號，降低由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的功率。
15. —種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，包括如權(quán)利要求4至10中任一項所述 的與控制裝置連接的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定電子開關(guān)的損耗功率的方法。依據(jù)所述方法，檢測物理量的瞬時值，從第一存儲器中查詢與瞬時值相關(guān)的數(shù)值，以預(yù)定的方式同時處理這兩個數(shù)值，以及輸出處理的結(jié)果。
文檔編號G01R21/133GK101248359SQ200680027450
公開日2008年8月20日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本