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電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法

文檔序號:7314927閱讀:144來源:國知局
專利名稱:電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于由將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的變換器和將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器構(gòu)成的電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的控制單元,具體而言,本發(fā)明涉及適于抑制跳動現(xiàn)象的技術(shù)方法,當交流電動機被逆變器變速驅(qū)動時,變換器的整流引起的整流紋波導致跳動現(xiàn)象。
背景技術(shù)
在包含中間直流級的變換器-逆變器電源轉(zhuǎn)換設(shè)備中,當變換器的交流電源特別是單相(例如在交流架空電源線饋送電氣軌道的電力滾動臺座中)時,在經(jīng)過整流變換為直流的直流電壓中包含了頻率兩倍于交流電源頻率的紋波頻率成分。雖然可以通過提高直流級上平滑電容量的電容減少紋波頻率成分,但是卻難以完全去除紋波頻率,而且隨著平滑電容值的增加,相關(guān)設(shè)備的尺寸和重量也相應(yīng)增加。
當包含上述紋波分量的最終直流電壓被逆變器轉(zhuǎn)換為變頻變壓的交流并且提供給諸如交流電動機之類的負載時,逆變器輸出電壓和電動機電流中除逆變器工作頻率成分之外,還包含了上述紋波頻率與逆變器工作頻率之差與之和。在這些頻率成分中,當工作頻率與紋波頻率相互接近時,上述差的分量構(gòu)成低頻成分,由于電動機中阻抗在低頻時較小,而低頻分量下有較大紋波電流通過電動機,所以產(chǎn)生跳動現(xiàn)象,其中由電動機紋波產(chǎn)生扭矩。
例如,JA-A-64-77492揭示了跳動現(xiàn)象如何產(chǎn)生的原理以及如何抑制這種現(xiàn)象的方法。在專利文獻所揭示的跳動現(xiàn)象抑制方法中,檢測了逆變器直流輸入電壓的紋波程度,對應(yīng)工作頻率的補償增益和補償相差確定了直流輸入電壓中紋波度的頻率紋波度,并且根據(jù)頻率內(nèi)的紋波度調(diào)整逆變器頻率,從而抑制跳動效應(yīng)。
但是在專利文獻揭示的跳動現(xiàn)象抑制方法中,為了獲得較好跳動現(xiàn)象抑制效果,需要根據(jù)逆變器工作頻率調(diào)整補償增益和補償相位差。而且為了優(yōu)化抑制跳動效應(yīng),除了逆變器工作頻率以外,需要考慮電動機輸出的差異。但是如果需要考慮逆變器工作頻率和電動機輸出來調(diào)整補償增益與補償相位差,則在實踐中有控制復雜性和麻煩的問題。
而且正如JP-A-5-83976所揭示的,最近采用逆變器的矢量控制作為感應(yīng)電動機的控制單元以驅(qū)動電氣軌道機座,但是在專利文獻中未發(fā)現(xiàn)利用矢量控制來抑制上述跳動現(xiàn)象。而且發(fā)明人發(fā)現(xiàn)沒有其他涉及抑制跳動現(xiàn)象的文獻。
本發(fā)明的目標是提供一種電源變換設(shè)備和控制方法,即使在逆變器工作頻率和電動機輸出變化,也可以在不調(diào)整復雜增益與相位差的前提下抑制逆變器直流輸入電壓內(nèi)所含紋波分量引起的跳動效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電源變換設(shè)備包含在對交流電源電壓整流后轉(zhuǎn)換為直流電壓的轉(zhuǎn)換器;與轉(zhuǎn)換器直流側(cè)相連的平滑電容;將來自平滑電容的直流轉(zhuǎn)換為交流并提供給交流電動機的逆變器;以及控制逆變器交流輸出的電壓、頻率或相位的裝置。它利用根據(jù)逆變器交流輸出所含紋波頻率分量調(diào)整逆變器交流輸出中電壓、頻率和相位中至少一個并與變換器整流相關(guān)的裝置。
而且本發(fā)明的逆變器控制方法包含以下步驟將變換器整流交流電壓形成的直流電壓逆變?yōu)榻涣麟姴㈦S后提供給交流電動機,這通過控制逆變器交流輸出的電壓、頻率或相位以完成交流電動機的變速控制,根據(jù)逆變器交流輸出所含與抑制整流紋波引起的跳動現(xiàn)象方向的變換器整流相關(guān)的紋波頻率分量調(diào)整逆變器交流輸出中電壓、頻率和相位中的至少一個。
附圖的簡要說明

圖1為按照本發(fā)明實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;圖2為當本發(fā)明實施例應(yīng)用于電氣軌道機座時電源變換設(shè)備的主電路構(gòu)成圖;圖3為圖1實施例中本發(fā)明特征部分的構(gòu)成圖;圖4為圖1實施例中本發(fā)明特征部分的另一構(gòu)成圖;圖5為圖1實施例中本發(fā)明特征部分的另一構(gòu)成圖;圖6為圖1實施例中本發(fā)明特征部分的另一構(gòu)成圖;圖7A-7E為普通控制方法下各部分的工作波形圖;圖8A-8E為按照本發(fā)明控制方法下各部分的工作波形圖;
圖9為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;圖10為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;圖11為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;圖12為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;圖13為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖;以及圖14為按照本發(fā)明另一實施例的電源變換設(shè)備控制單元的功能框圖。
實施發(fā)明的較佳方式以下描述本發(fā)明的實施例。圖1示出了控制圖2所示電源變換設(shè)備中的逆變器的控制單元的功能框圖。圖2示出了電氣軌道中電源變換設(shè)備的主電路構(gòu)成圖。首先描述圖2。主電路由以下部分構(gòu)成變換器13,它經(jīng)由電弓10和電抗器12對從單相交流電源11饋送至架空電源線9的輸入進行整流和轉(zhuǎn)換;平滑電容14,它連接在變換器13的直流側(cè)并平滑變換器13整流的直流電壓;以及逆變器,它接收平滑電容14平滑的直流電壓作為輸入電壓并向三相交流電動機16(這里為感應(yīng)電動機)提供變頻和變壓的交流電。而且在附圖中提供了以下將作詳述的用于控制單元的各種檢測器,即檢測平滑電容14電壓ed的電壓檢測器141、檢測從逆變器15至交流電動機16的三相輸出電流(U-W相電流iu-iw)的電流檢測器151-153、檢測逆變器16三相輸出電壓(Vu-Vw)的電壓檢測器161以及檢測交流電動機16轉(zhuǎn)動頻率fr的速度檢測器154。
圖1中控制單元基于JP-A-5-83976揭示的矢量控制方法。標號31為操作命令產(chǎn)生裝置,它產(chǎn)生代表被驅(qū)動交流電動機轉(zhuǎn)動坐標系內(nèi)兩個正交軸電流分量的激發(fā)電流命令I(lǐng)d*和扭矩電流命令I(lǐng)q*。標號21為電流矢量計算裝置,它根據(jù)下面將要詳述的方程式(2)對基本逆變器頻率finv0下轉(zhuǎn)動坐標系各相的檢測即時輸出電流iu、iv和iw進行作坐標轉(zhuǎn)換,分解為正交的兩根軸的電流分量并計算矢量中的激發(fā)電流分量Id和扭矩電流Iq。標號32為電流控制裝置,它計算逆變器的輸出電壓(有效值)V和滑移頻率fs的各個命令從而使上述Id和Iq與各個命令I(lǐng)d*和Iq*一致。標號34為逆變器補償頻率生成裝置,它根據(jù)計算的扭矩電流分量Iq產(chǎn)生逆變器補償頻率fc。標號35和36為加法器,加法器35將交流電動機的轉(zhuǎn)動頻率fr與滑移頻率fs相加以計算逆變器基本頻率finv0,加法器36將逆變器基本頻率finv0與逆變器補償頻率fc相加以計算逆變器工作頻率finv的命令。標號90為相位計算裝置,它根據(jù)逆變器工作頻率finv計算逆變器輸出電壓的相位命令θ0(=2πfinvt其中t為時間)。標號33為PWM脈沖生成裝置,它根據(jù)逆變器輸出電壓命令V和逆變器相位命令θ0完成眾所周知的脈寬調(diào)制控制并產(chǎn)生PWM信號。逆變器15在PWM信號下工作。
本發(fā)明的特征在于將逆變器補償頻率生成裝置34與加法器36(它被加入普通矢量控制單元的基本結(jié)構(gòu)中)組合。
在詳細描述上述控制結(jié)構(gòu)的本發(fā)明之前,先描述本發(fā)明的原理。
在矢量控制中,激發(fā)電流與扭矩電流被獨立控制。在第一種方法中,眾所周知,將三相交流電動機的各即時相位電流iu、iv和iw分解為上述兩個矢量分量,以下詳細描述。
下列方程(1)表示沒有跳動現(xiàn)象時的三相交流電動機的即時相位電流(fc=0和finv=finv0),其中IM為交流電動機的有效值,t為時間而φ為電動機電流的功率因子角。
iu=2IMsin(2πfinv0t-φ)]]>iv=2IMsin(2πfinv0t-φ-23π)]]>iw=2IMsin(2πfinv0t-θ+23π)···(1)]]>下列方程(2)表示當上述即時三相電流被坐標轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動2πfinv0相位的轉(zhuǎn)動坐標系內(nèi)正交的d-q兩軸分量(Id,Iq)。其中δ為逆變器輸出電壓矢量與扭矩電流分量之間的相位差I(lǐng)dIq=23-cos(2πfinv0t-δ)-cos(2πfinv0t-23π-δ)-cos(2πfinv0t+23π-δ)sin(2πfin0t-δ)sin(2πfinv0t-23π-δ)sin(2πfinv0t+23π-δ)iuiviw···(2)]]>按照方程式(2)獲得的計算結(jié)果Id和Iq表示finv0分量的激發(fā)電流矢量與扭矩電流矢量并且獲得如下結(jié)果;Id=-IM·sin(φ-δ)and Iq=IM·cos(φ-δ).
以下描述當頻率f0的紋波電壓疊加在逆變器輸入的輸出電壓上時的實例。在逆變器交流輸出電壓中,除了逆變器基本頻率finv0之外,還產(chǎn)生了代表逆變器基本頻率finv0與直流電壓紋波頻率f0的總和頻率分量finv0+f0以及差頻分量finv0-f0的頻率分量??紤]到頻率越低,電動機阻抗越小,引起跳動現(xiàn)象的主要因素是頻率分量finv0-f0。因此包含紋波頻率分量的電動機電流可以利用finv0和finv0-f0表示如下。其中IM是finv0分量的有效值而IB是finv0-f0分量的有效值。
iu=2IMsin(2πfinv0t-φ)+2IBsin(-2π(finv0-f0)t+θ0-φ0)]]>iv=2IMsin(2πfinv0t-φ-23π)]]>+2IBsin(-2π(finv0-f0)t+23π+θ0-φ0)]]>iw=2IMsin(2πfinv0t-φ+23π)]]>-2IBsin(-2π(finv0-f0)t-23π+θ0-φ0)···(3)]]>其中θ0為直流電壓紋波分量的相位而φ0為相對頻率分量finv0-f0的電動機功率因子角。
下列方程(4)表示當上述方程式(3)表示的即時三相電流被坐標轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動2πfinv0相位的轉(zhuǎn)動坐標系內(nèi)正交的d-q兩軸分量(Id,Iq)。
Id=-IMsin(φ-δ)+IBcos(2πfOt-θ0-φ0-δ)Iq=IMcos(φ-δ)+IBsin(2πf0t-θ0-φ0-δ)…(4)由方程式(4)可見,在Id和Iq中,除了分別表示finv0分量的激發(fā)電流矢量大小和扭矩電流矢量大小的IM.sin(φ-δ)和IM.cos(φ-δ)之外,分別包含了頻率分量f0的d和q軸電流分量。
即,通過檢測轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動坐標系的電動機電流Id和Iq,基本波電流分量以直流信號形式出現(xiàn),因此可以容易地取出疊加在直流信號上的紋波頻率分量。
在本發(fā)明中,f0的電流分量從通過將檢測到三相電動機電流轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動坐標系獲得的Id和Iq至少一個取出,并且將逆變器工作頻率(輸出頻率)finv控制在減少取出f0電流分量的方向上,從而抑制finv0-f0頻率上對電動機電流的跳動現(xiàn)象。
以下描述基于上述原理的圖1內(nèi)本發(fā)明的特征部分結(jié)構(gòu)。在逆交器補償頻率生成裝置34中,f0頻率分量從電流矢量計算裝置21的扭矩電流Iq提取并根據(jù)提取的f0頻率分量計算補償頻率fc。隨后補償頻率fc被加入逆變器基本頻率finv0以生成逆變器輸出頻率(工作頻率)finv,并且根據(jù)逆變器輸出頻率控制逆變器。因此形成電動機電流內(nèi)所含紋波頻率分量的反饋系統(tǒng),從而不管工作條件如何都可以抑制跳動現(xiàn)象。在本實施例中,利用Iq形成反饋系統(tǒng),但是由于可以在Id中檢測到f0頻率分量,所以也可以形成利用Id的反饋系統(tǒng)。
而且由于當逆變器工作頻率通過紋波頻率時產(chǎn)生跳動現(xiàn)象,所以如果只是在紋波頻帶附近完成補償頻率fc與逆變器基本頻率finv0的相加,則這是足夠的。
圖3示出了圖1中逆變器補償頻率生成裝置34詳細結(jié)構(gòu)的實例。在圖3實施例中,在紋波分量檢測器61檢測到扭矩電流分量Iq所含頻率分量f0之后,在減法器41內(nèi)將紋波分量檢測器61的輸出從目標值0中減去并且減法器41的輸出被輸入至補償器62。補償器62產(chǎn)生逆變器補償頻率fc從而使得輸入假定為零,即紋波分量減為零。而且作為紋波分量檢測器61的特殊結(jié)構(gòu),例如可以提及只是檢測f0附近頻率分量的帶通濾波器。而且補償器62是由比例元件和比例與積分元件構(gòu)成的補償元件。
圖4示出了圖1內(nèi)逆變器補償頻率生成裝置34的另一結(jié)構(gòu)實例。在圖4的實施例中,在減法器42內(nèi)將扭矩電流分量Iq從目標值0中減去并且減法器42的輸出被輸入至紋波分量補償器63。紋波分量補償器63例如是具有下列方程式(5)表示的傳遞函數(shù)表示的特性的補償元件。其中Ks為補償增益而s為微分算子。
Ks·ss2+(2πf0)2···(5)]]>方程式(5)表示的補償元件為只在頻率f0附近為高增益的補償元件,并且由于Iq內(nèi)包含的頻率分量finv0為IM×cos(φ-δ)表示的直流分量,所以補償元件可以只補償紋波頻率的分量而不影響與頻率finv0有關(guān)的分量。為此,圖4的實施例可以實現(xiàn)與圖3補償元件基本相同的的效果,但是減少組成元件。而且由于如果補償元件傳遞函數(shù)在頻率f0附近為高增益則是足夠的,所以傳遞函數(shù)并不局限于方程式(5)表示的形式,只要傳遞函數(shù)在紋波頻率f0附近有高增益。
在圖3和4所示的實施例中,借助扭矩電流Iq的紋波分量進行控制,借助激發(fā)電流分量Id的紋波分量完成跳動現(xiàn)象抑制控制。
圖5示出了圖1中逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置34的另一種結(jié)構(gòu)。在圖5中,來自電流矢量計算裝置21的輸出Id和Iq被輸入扭矩計算裝置64,而電動機產(chǎn)生的扭矩根據(jù)Id和Iq計算(T=K·Id·Iq,其中k為常數(shù))。根據(jù)計算結(jié)果,由紋波檢測65例如帶通濾波器,檢測扭矩紋波,它使代表紋波頻率分量的頻率分量f0通過,并且在減法器中將紋波分量檢測器65的輸出從扭矩紋波分量的目標值0中減去,而減法結(jié)果被輸入補償扭矩紋波的補償器66內(nèi)。這里補償器66是由比例元件和比例與積分元件構(gòu)成的補償元件并且輸出逆變器補償頻率fc,從而使得輸入假定為零,即扭矩紋波減為零。
由于扭矩紋波是圖5實施例的控制目標,所以可以獲得更好的電動機扭矩紋波抑制效果。
圖6為圖1中逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置34的另一種結(jié)構(gòu)。在圖6的實施例中,與圖5的實施例一樣,由扭矩計算裝置67從Id和Iq計算電動機產(chǎn)生的扭矩,并且在減法器44中將計算的扭矩從目標值0中減去(為了使計算的扭矩的相位逆變),而減法結(jié)果被輸入帶補償元件的紋波分量補償器68內(nèi),補償元件具有方程式(5)表示的傳遞函數(shù)并且在紋波分量補償器68中只有紋波頻率分量被提取,的分量被作為逆變器補償頻率fc輸出。按照圖6的實施例,可以在減少組成元件的前提下達到與圖5實施例一樣的效果。
傳遞函數(shù)并不局限于方程式(5)表示的形式,只要傳遞函數(shù)在紋波頻率f0附近有高增益。
在上述圖1中控制單元的逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置34的幾個實施例中,以下借助圖3實施例的模擬的工作波形描述按照本發(fā)明的優(yōu)點。模擬條件如下交流電動機三相100KW4極感應(yīng)電動機,逆變器的直流電壓1800V,疊加在直流電壓上的紋波電壓和頻率100V,120Hz,電動機轉(zhuǎn)動頻率fr110Hz,滑移頻率fs5Hz,以及電動機電流(逆變器輸出電流)150A。
圖7A-7E示出了普通控制單元的工作波形,控制單元不包含圖1所示逆變器補償頻率生成裝置34。圖7A示出了逆變器輸入電壓波形并指示在輸入中存在變換器整流交流源60Hz交流電時引起的紋波頻率分量。圖7B示出了電動機相位電流的波形(逆變器輸出電流),將會觀察到工作頻率115Hz的電流分量(finv=fr+fs)疊加在代表工作頻率與直流電壓紋波頻率之差的頻率5Hz(=finv-f0)的跳動頻率分量上。在這種跳動下,跳動引起的電流分量使電動機電流中工作頻率分量的最大值增大。圖7C和7D分別示出了通過將圖7B所示電動機相位電流坐標變換為轉(zhuǎn)動坐標系獲得的激發(fā)電流分量和扭矩電流分量。由圖7C和7D可見,紋波頻率分量疊加在各電流分量上。圖7E示出了電動機的輸出扭矩,由圖可見紋波頻率分量也疊加在輸出扭矩上。
圖8A-8E示出了按照本發(fā)明的工作波形并且對應(yīng)與圖7A-7E相同的事件。盡管圖8A示出了逆變器輸入電壓中的整流紋波的存在,但是電動機相位電流只是包含工作頻率分量,并且整流紋波引起的跳動頻率分量如圖8B所示被抑制。因此激發(fā)電流、扭矩電流和電動機輸出扭矩的各個分量Id、Iq和T假定每個包含極小的紋波分量的直流量。這些直流量對應(yīng)工作頻率分量并且可以從波形看到按照本發(fā)明抑制了與整流紋波有關(guān)的跳動現(xiàn)象。
在上述本發(fā)明中,通過將包含在扭矩電流分量中的紋波頻率分量反饋至逆變器輸出頻率,抑制電動機電流和扭矩中紋波的產(chǎn)生,并抑制跳動現(xiàn)象的產(chǎn)生。
而且由于本發(fā)明采用通過調(diào)整逆變器輸入頻率抑制跳動現(xiàn)象的方法,所以可以通過調(diào)整工作區(qū)域內(nèi)逆變器頻率抑制跳動現(xiàn)象,其中可以調(diào)整多脈沖構(gòu)成的逆變器輸出電壓,即使在逆變器輸出電壓不可能控制時,如在電氣滾動臺座中使用逆變器輸出電壓一個周期包含的脈寬為180度(一個脈沖)的逆變器也得以調(diào)整。
圖9為按照本發(fā)明的另一實施例的控制單元的構(gòu)成示意圖。在圖9的實施例中,根據(jù)直流電壓檢測裝置141檢測的直流電壓產(chǎn)生補償頻率fc2的補償頻率產(chǎn)生裝置38和將補償頻率產(chǎn)生裝置38的輸出與逆變器工作頻率命令相加的加法器37包含在圖1的實施例中。補償頻率產(chǎn)生裝置38的作用是確定疊加在逆變器輸入直流電壓上的紋波電壓作為直流電壓的紋波程度并且將作為補償頻率fc2的對應(yīng)紋波程度的頻率度輸出,詳情在JP-A-64-77492中揭示。
由于圖9的實施例包含了正向饋送補償功能(直流電壓ed的紋波分量被反映在逆變器頻率上)和反饋補償功能(逆變器輸出電流內(nèi)的紋波分量被反饋),所以可以獲得精確而穩(wěn)定的跳動抑制效應(yīng)。
圖10為按照本發(fā)明的另一實施例的控制單元的構(gòu)成示意圖。它與圖1采用補償逆變器輸出頻率方法的實施例的不同之處在于,圖10的實施例采用直接補償逆變器相位命令的方法,其中根據(jù)加法器35輸出的逆變器頻率命令finv0計算逆變器相位θ0的相位計算裝置90的輸出與根據(jù)扭矩電流分量Iq中紋波頻率分量輸出補償相位θc的補償相位計算裝置40的輸出在加法器39中相加。而且補償相位計算裝置40由圖3-6中所示任意一種補償元件構(gòu)成。PWM脈沖產(chǎn)生裝置33根據(jù)逆變器輸出電壓有效命令V和逆變器輸出電壓相位命令θ產(chǎn)生驅(qū)動逆變器的PWM信號。
由圖10的實施例可見,與前面的實施例一樣,直接補償逆變器輸出相位也可以獲得跳動現(xiàn)象抑制效果。
在上述按照本發(fā)明的實施例中,控制對象是矢量控制單元,但是本發(fā)明的控制對象并不局限于矢量控制單元。圖11示出了應(yīng)用本發(fā)明的電壓/頻率恒定控制單元,即V/F控制單元。在圖11的實施例中,與圖1標號相同的元件的功能基本上是相同的,因此不再贅述。標號50為滑移頻率命令產(chǎn)生裝置,并且滑移頻率命令產(chǎn)生裝置50輸出的滑移頻率命令fs被加入檢測的電動機轉(zhuǎn)動頻率fr以產(chǎn)生基本波形頻率finv0。在電流矢量計算裝置21中,電動機相位電流iu-iw經(jīng)過相對基本波形頻率相位的坐標轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動坐標系以計算扭矩電流分量Iq。標號51為輸出正比于基本波形頻率finv0的電壓命令的V/F恒定控制裝置。標號34為逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置,它根據(jù)上述計算的扭矩電流分量Iq產(chǎn)生逆變器補償頻率fc。逆變器補償頻率fc和基本波形頻率finv0被相加以產(chǎn)生逆變器工作頻率(輸出頻率)命令finv。標號33為PWM脈沖產(chǎn)生裝置,它根據(jù)逆變器輸出電壓命令V和相位命令θ0產(chǎn)生PWM信號以完成眾所周知的脈寬調(diào)制控制。逆變器15在PWM信號下工作。這里逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置34由圖3-6中任意一種裝置構(gòu)成。但是當采用圖5和6所示的裝置時,電流矢量計算裝置21還計算激發(fā)電流分量以利用該結(jié)果。
在按照本發(fā)明的V/F控制中,由于沒有包含電動機的控制激發(fā)電流分量和扭矩電流分量的控制系統(tǒng)以假設(shè)它們的目標值,所以電流矢量計算裝置21計算的扭矩電流分量或激發(fā)電流分量并不對應(yīng)真實值。這是因為計算的分量的軸偏離電動機轉(zhuǎn)動坐標系的實際d-q軸。據(jù)報道,這種軸偏移隨電動機頻率減小而增大。但是考慮到引起跳動現(xiàn)象的頻帶在100Hz附近,而該區(qū)域內(nèi)的軸偏移較小,所以計算的Iq和Id的可能的精確度減小值也較小。
因此,在本實施例中,疊加在逆變器輸入直流電壓上的逆變器補償頻率fc只是在整流引起跳動現(xiàn)象的紋波頻率附近加入基本的波形頻率finv0,所以跳動現(xiàn)象抑制的效果與圖1實施例獲得的基本相同。
如上所述,本發(fā)明的一個特征是不管逆變器控制方法如何(例如矢量控制和V/F控制),都可應(yīng)用本發(fā)明。
在按照本發(fā)明的上述實施例中,描述了跳動現(xiàn)象抑制方法,其中檢測了扭矩電流分量Iq、激發(fā)電流分量Id或電動機扭矩T中的紋波分量并且將檢測的分量反饋至逆變器輸出頻率。但是由于逆變器直流輸入功率的即時值,即逆變器直流電壓即時值與直流輸入電流的即時值的乘積正比于電動機扭矩的即時值,所以顯然如果檢測到逆變器直流輸入功率的即時值中的紋波分量并反饋至逆變器輸出頻率,則也可以抑制跳動現(xiàn)象。
圖12為按照本發(fā)明的另一個實施例的控制單元的構(gòu)造圖。它與采用根據(jù)電流矢量計算裝置21檢測的扭矩電流分量Iq中的紋波頻率分量補償逆變器輸出頻率的方法的圖1實施例不同之處是采用補償逆變器輸出電壓命令V的方法。標號70為補償電壓產(chǎn)生裝置,它根據(jù)檢測到的扭矩電流分量Iq產(chǎn)生逆變器輸出電壓的補償電壓Vc。標號71為加法器,其中補償電壓Vc被加入電流控制裝置32產(chǎn)生的電壓命令V并且輸出輸出電壓命令。這里作為補償電壓產(chǎn)生裝置70的詳細結(jié)構(gòu),采用圖3或4所示的控制電路。例如當采用圖3所示的控制電路時,由紋波分量檢測電路61和包含補償元件(例如輸出補償電壓Vc的比例和積分元件)的補償器62檢測扭矩電流分量Iq中的紋波頻率分量f0,從而使得f0分量為零。
按照本實施例,在逆變器輸出電壓的非飽和區(qū)域可以獲得與圖1實施例基本相同的效果。
圖13為按照本發(fā)明另一個實施例的控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。它與圖1實施例的不同之處是頻率由逆變器輸出電壓補償。標號72為電壓矢量計算裝置,其中各個檢測的逆變器相位即時輸出電壓Vu-Vw經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動坐標系并且矢量計算正交兩軸上的電壓分量Vd和Vq。這樣獲得的電壓分量中至少一個分量(圖13實施例為Vq)被輸入逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置73,由此產(chǎn)生用于補償紋波頻率分量的補償頻率fc,并且產(chǎn)生的補償頻率fc被加入逆變器工作頻率finv0。
這里作為逆變器補償頻率產(chǎn)生裝置73的詳細結(jié)構(gòu),采用圖3或4所示的控制電路。例如當采用圖3所示的控制電路時,由紋波分量檢測電路61和包含補償元件(例如輸出補償電壓Vc的比例和積分元件)的補償器62檢測扭矩電壓分量Vq中的紋波頻率分量f0,從而使得f0分量為零。
按照本實施例,與圖1的實施例相比,需要提供逆變器輸出電壓的檢測器和專門補償紋波頻率分量的電壓矢量計算裝置。但是由于通過直接檢測引起跳動現(xiàn)象的逆變器輸出電壓正和負側(cè)的電壓不平衡來實現(xiàn)補償,所以補償精度和響應(yīng)特性極佳。
在圖13的實施例中,根據(jù)扭矩電壓分量Vq中的紋波頻率分量補償頻率。但是不用頻率補償,也可以用相位θ0進行補償。
圖14為按照本發(fā)明另一個實施例的控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。它與采用根據(jù)扭矩電壓分量Vq中紋波頻率分量補償逆變器輸出頻率的方法的圖13實施例的不同之處在于采用補償逆變器輸出電壓命令V的方法。標號74為補償電壓產(chǎn)生裝置,它根據(jù)檢測的扭矩電壓分量Vq產(chǎn)生逆變器輸出電壓的補償電壓Vc。標號75為加法器,它將補償電壓Vc加入電流控制裝置32產(chǎn)生的電壓命令V以輸出輸出電壓命令。這里作為補償電壓產(chǎn)生裝置74的詳細結(jié)構(gòu),采用圖3或4所示的控制電路。例如當采用圖3所示的控制電路時,由紋波分量檢測電路61和包含補償元件(例如輸出補償電壓Vc的比例和積分元件)的補償器62檢測扭矩電壓分量Vq中的紋波頻率分量f0,從而使得f0分量為零。
按照本實施例,在逆變器輸出電壓的非飽和區(qū)域可以獲得與圖13實施例基本相同的效果。
工業(yè)實用性按照本發(fā)明,通過檢測逆變器輸入電壓整流紋波引起的交流電動機電流的紋波作為轉(zhuǎn)動坐標系中的電流分量,只有引起整流紋波的分量被精確提取,并且提取的分量用于反饋補償,所以即使在逆變器的工作頻率和電動機輸出改變時,也可以無需復雜的增益調(diào)整和相位調(diào)整即可抑制逆變器輸入電壓中的紋波分量引起的跳動現(xiàn)象。而且,通過上述措施,即使在逆變器輸入直流電壓中有紋波出現(xiàn),也可以抑制跳動現(xiàn)象,因此可以減小設(shè)備中平滑電容的容量。
因此本發(fā)明針對驅(qū)動利用直流電的變速交流電動機的逆變器,通過變換器整流交流電可以獲得直流電,本發(fā)明特別適用于單相交流驅(qū)動軌道的電氣軌道機座(它總是會增加整流紋波)和家用電器(空調(diào)器、冰箱和洗衣機之類),其中電動機由逆變器控制。
權(quán)利要求
1.一種電源變換設(shè)備,它包含在對交流電源電壓整流后轉(zhuǎn)換為直流電壓的轉(zhuǎn)換器;與轉(zhuǎn)換器直流側(cè)相連的平滑電容;將來自平滑電容的直流轉(zhuǎn)換為交流并提供給交流電動機的逆變器;以及控制逆變器交流輸出的電壓、頻率或相位的裝置,其特征在于電源變換設(shè)備進一步包含根據(jù)逆變器交流輸出所含與變換器整流相關(guān)的紋波頻率分量調(diào)整逆變器交流輸出中頻率和相位中至少一個的裝置。
2.一種電源變換設(shè)備,它包含在對交流電源電壓整流后轉(zhuǎn)換為直流電壓的轉(zhuǎn)換器;與轉(zhuǎn)換器直流側(cè)相連的平滑電容;將來自平滑電容的直流轉(zhuǎn)換為交流并提供給交流電動機的逆變器;以及控制逆變器交流輸出的電壓、頻率或相位的裝置,其特征在于電源變換設(shè)備進一步包含根據(jù)逆變器交流輸出電流所含與變換器整流相關(guān)的紋波頻率分量調(diào)整逆變器交流輸出中頻率和相位中至少一個的裝置。
全文摘要
一種電源變換設(shè)備,它包含在對交流電源電壓整流后轉(zhuǎn)換為直流電壓的轉(zhuǎn)換器;與轉(zhuǎn)換器直流側(cè)相連的平滑電容;將來自平滑電容的直流轉(zhuǎn)換為交流并提供給交流電動機的逆變器;以及控制逆變器交流輸出的電壓、頻率或相位的裝置,其特征在于電源變換設(shè)備進一步包含根據(jù)逆變器交流輸出所含與變換器整流相關(guān)的紋波頻率分量調(diào)整逆變器交流輸出中頻率和相位中至少一個的裝置。因此整流紋波引起的跳動現(xiàn)象得到了抑制。
文檔編號H02P27/04GK1808890SQ20051013415
公開日2006年7月26日 申請日期1998年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月31日
發(fā)明者稻荷田聰, 棚町德之助, 仲田清 申請人:株式會社日立制作所
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