專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于電壓指令值將電源電壓變換為任意頻率的交流的電 力變換裝置，尤其涉及在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的可變速運(yùn)行時(shí)電源電壓變動(dòng)時(shí)的電 壓控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
采用圖8對(duì)用于驅(qū)動(dòng)例如電動(dòng)機(jī)的電力變換裝置的現(xiàn)有例進(jìn)行說明。 在圖8中，采用二極管部2對(duì)來自工業(yè)電源1的三相交流電壓進(jìn)行整流， 通過由平滑電容器3迸行平滑而變換為直流電壓Vdc。 Vdc通過逆變器部 4變換為交流電壓。來自逆變器的輸出電壓被施加到電動(dòng)機(jī)7，使電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)。此外，作為控制逆變器部4的裝置，在電壓直流運(yùn)算部8中，采用 來自電流檢測器5、電壓檢測器6的檢測電流IFB、檢測電壓VFB,來計(jì) 算與期望的速度指令值對(duì)應(yīng)的輸出電壓指令V*。進(jìn)而，在選通脈沖生成 部9中，在將例如電壓指令和載波波形進(jìn)行比較的情況下，產(chǎn)生被PWM 調(diào)制的選通脈沖，來控制逆變器部(inverter) 4的開關(guān)元件的通斷。由此， 逆變器輸出電壓，與電壓指令值和直流電壓的積成比例。在此，在工業(yè)電 源l的電壓變動(dòng)時(shí)，直流電壓Vdc變動(dòng)，逆變器輸出電壓受到其影響，而 有產(chǎn)生過電流等的問題的可能性。在此，在現(xiàn)有技術(shù)中，例如如專利第 3573028號(hào)公報(bào)所述，根據(jù)電源變動(dòng)或Vdc的變動(dòng)來補(bǔ)正電壓指令V*， 抑制逆變器輸出電壓的變動(dòng)。這種技術(shù)為，通過在電壓降低時(shí)增大電壓指 令值，在電壓增加時(shí)減小電壓指令值，從而抑制Vdc的變動(dòng)所引起的影響， 將逆變器輸出電壓保持為大致恒定。但是，在現(xiàn)有方法中，隨著電源變動(dòng)時(shí)的電壓降低，電壓指令值變大。 在電壓降低減小的情況下，如圖9 (a)所示，電壓指令值比載波振幅小， 通過它們的大小關(guān)系由選通脈沖生成部9生成選通脈沖，輸出電壓成為如
圖所示的PWM波形。但是，在電壓降低明顯的情況下，如圖9 (b)所示 所補(bǔ)正的電壓指令值比載波振幅大，則逆變器輸出電壓處于飽和的狀態(tài)。 在這種方形波狀電壓的情況下，即使輸出電壓中所包括的基波成分最大， 也只為方形波振幅的L27倍，不能輸出在其以上的電壓。由此，在輸出電 壓飽和的狀態(tài)下，逆變器輸出電壓降低。此外，如果輸出電壓接近方形波， 則會(huì)有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)的可能性。接下來，在該狀態(tài)下電源電壓增加(返回到原始狀態(tài))時(shí)，現(xiàn)有方法 中按照其增加量降低電壓指令值。因此，輸出電壓變?yōu)槠谕碾妷褐噶钕?當(dāng)?shù)拇笮　５?，此時(shí)，變?yōu)檩敵鲭妷簭慕档偷臓顟B(tài)急劇地變化(此時(shí)增 加)，通過該電位差會(huì)有流過較大電流的可能性。專利文獻(xiàn)h特許3573028號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在電源變動(dòng)急劇且大的情況下，持 續(xù)地輸出電壓，防止電動(dòng)機(jī)的過大電流或轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等，進(jìn)行穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)的電力變換裝置。本發(fā)明的電力變換裝置的特征在于，具備將電源電壓變換為任意頻率 的交流，即使在電源變動(dòng)時(shí)也將輸出電壓保持為恒定的功能，在電源電壓 降低到規(guī)定以下時(shí)，降低輸出電壓，之后，在電源電壓增加時(shí)，以規(guī)定的 變化率使輸出電壓增加。發(fā)明效果通過本發(fā)明，具有以下效果在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，即使在電源電壓急 劇且較大變動(dòng)時(shí)，也能使輸出電壓連續(xù)地變化，防止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和過 大電流，進(jìn)行穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。


圖1為實(shí)施例1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2為表示實(shí)施例1相關(guān)的電壓指令補(bǔ)正用的波形的圖。圖3為表示實(shí)施例1相關(guān)的電壓指令補(bǔ)正值計(jì)算部B23的圖。圖4為表示本發(fā)明的效果的模擬波形。 圖5為表示實(shí)施例3的電壓指令補(bǔ)正部相關(guān)的部分的圖。 圖6為實(shí)施例4的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖7為實(shí)施例5的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖8為現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖9為表示輸出電壓飽和時(shí)的波形的圖。圖中l(wèi)一工業(yè)電源；2 — 二極管部；3 —平滑電容器；4 —逆變器部； 5 —電流檢測器；6、 41一電壓檢測器；7—電動(dòng)機(jī)；8、 43 —電壓指令運(yùn)算 部；9一選通脈沖生成部；10、 30—電壓指令補(bǔ)正部；21—直流電壓推定 部；22—電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部A; 23—電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部B; 24 — 電壓指令補(bǔ)正部A; 25 —電壓指令補(bǔ)正部B; 31 —電壓指令補(bǔ)正部C; 42 一電源變動(dòng)運(yùn)算部；51 —多重繞組變壓器；52 —單相逆變器；IOI—飽和 時(shí)電壓指令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部；102—電壓增加時(shí)電壓指令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部；103—電壓指令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部。
具體實(shí)施方式
以下，采用附圖，對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。 (實(shí)施例1)采用圖1到圖4，對(duì)本實(shí)施例的電力變換裝置與圖8的現(xiàn)有例不同的 部分進(jìn)行說明。圖1表示整體，圖2表示動(dòng)作，圖3表示本實(shí)施例的構(gòu)成 的一部分。此外，在圖4中針對(duì)電源變動(dòng)時(shí)的電流，表示現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā) 明中的模擬結(jié)果。在圖1中，在電壓指令計(jì)算部8和選通脈沖生成部9之 間設(shè)置電壓指令補(bǔ)正部10。以下針對(duì)電壓指令補(bǔ)正部10的內(nèi)部進(jìn)行說明。 直流電壓推定部21中，采用逆變器輸出電壓檢測部VFB和最終的電壓指 令值￥***，來運(yùn)算直流電壓推定值VdcA (圖2 (a))。在圖2中，作為 一例，表示電源電壓從額定(1倍)降低到1/1.3，其后返回到1倍的情況。 例如VdcA采用VFB和V ***的大小的比|VFB|/| V *** | ，如式1那樣進(jìn)行 運(yùn)算。另外，大小為與各個(gè)成分的二次方和的平方根成比例的值。 VdcA=|VFB|/|V***| XVdc額定值 (式1)在電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部A22中，采用Vdc 來計(jì)算用于將輸出電 壓保持為固定的電壓指令補(bǔ)正值xV* (圖2b)。例如，按照式2那樣設(shè)定 xV*，在圖2 (b)中，xV* = 1.3。xV*=Vdc額定值/ VdcA (式2 )在電壓指令補(bǔ)正部A24中，采用xV^^來補(bǔ)正電壓指令V*，運(yùn)算電壓 指令V * *。由此，通過使電壓指令Vf為[電源電壓規(guī)定值(本實(shí)施例中 Vdc額定值)/所檢測出的電源電壓(本實(shí)施例中為Vdc"]倍，從而根據(jù) 電源電壓的增減對(duì)電壓指令進(jìn)行補(bǔ)正，將輸出電壓保持為固定。接下來，在電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部B23中，在電源電壓降低時(shí)Vf * 變?yōu)楸纫?guī)定值(相當(dāng)于最大輸出電壓)大，在輸出電壓要飽和時(shí)，輸出用 于降低補(bǔ)正Vt *的補(bǔ)正值乂￥* *以使不飽和(圖2 (c))。在圖2 (c) 中，在丫*為1.1倍時(shí)，超過規(guī)定值(相當(dāng)最大輸出電壓)，按照作為飽和、 飽和時(shí)的電壓指令值成為上述規(guī)定值相當(dāng)那樣，xV* = l.1/1.3。此外，在 該電源電壓從降低的狀態(tài)到電壓增加時(shí)，為了防止輸出電壓的急劇的變 化，將電壓增加之前的x V* *作為初始值，使x V* *緩緩增加(圖2 (c))。 作為具體例，在電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部B23中，如圖3所示，運(yùn)算xV8^、 在圖3中，在飽和時(shí)電壓指令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部101中，在V^的大小l V**| 比輸出最大電壓大時(shí)，判斷輸出電壓飽和，作為補(bǔ)正項(xiàng)xVf、例如輸出 輸出最大電壓/IV** I (在不飽和時(shí)為l)。此外，電壓增加時(shí)電壓指令 補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部102中，例如V"降低時(shí)，判斷為電壓增加，輸出與飽和時(shí) 電壓指令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部101所產(chǎn)生的降低量相同的補(bǔ)正量，之后以規(guī)定的 變化率使上述補(bǔ)正量為0。該規(guī)定的變化率，也可為規(guī)定的時(shí)間常數(shù)或階 梯狀地變化。此外，通過使該變化率比VdcA增加時(shí)的變化率延遲，從而 在逆變器和電動(dòng)機(jī)之間不產(chǎn)生急劇的電位差，而防止過大電流。在電壓指 令補(bǔ)正項(xiàng)運(yùn)算部103中，取得它們的和來運(yùn)算xVf^之后，在圖l的電 壓指令補(bǔ)正部B25中，采用V **和xV **來運(yùn)算最終的電壓指令值V *** 。在此，xV*和xVf承的積、xV ***成為￥*直接被變換為V ***時(shí)的 補(bǔ)正項(xiàng)(圖2 (d) ) 。 xV***，在電壓降低時(shí)，按照其降低量增加，但其 增加量變大而輸出電壓要飽和時(shí)，進(jìn)行降低補(bǔ)正以使不飽和。在圖2 (d) 中，由于xV ***比1.1倍大而飽和，因此xV+^二1.1。由此，輸出電壓 下降到變動(dòng)前的1.1/1.3倍(圖2 (e))。此外，如上那樣，在電源電壓 從下降的狀態(tài)返回到原始狀態(tài)時(shí)，xV^"^以1.1/1.3為初始值而緩緩變?yōu)?(圖2 (d))，輸出電壓不急劇變動(dòng)，而以電源電壓增加前的值作為初始 值而緩緩增加(圖2 (e))。如上所述，在本實(shí)施例中，為了將輸出電壓保持為恒定而對(duì)電壓指令 進(jìn)行補(bǔ)正，但在電壓降低時(shí)輸出電壓要飽和的情況下，對(duì)電壓指令進(jìn)行降 低控制來防止輸出電壓飽和，在之后的電壓增加時(shí)，使輸出電壓連續(xù)地增 加。由此，不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有的課題中所述的過大電流或轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為了在圖 4中表示本發(fā)明的效果，針對(duì)直流電壓通過電源變動(dòng)而從80%變動(dòng)到110 %時(shí)的電流，表示進(jìn)行模擬的結(jié)果。在現(xiàn)有方法(圖4 (a))中，能夠針 對(duì)電流以額定值的250%流動(dòng)的條件，而通過采用本發(fā)明的方法來降低到 150%。(實(shí)施例2)接下來，針對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例與第一實(shí)施例不同的點(diǎn)進(jìn)行說明。 在第一實(shí)施例中，分別運(yùn)算xV —和xV^，分別對(duì)Vf進(jìn)行乘法運(yùn)算，來 運(yùn)算最終的電壓指令V"、但除此之外，也可直接求出相當(dāng)于XV* Xx 丫**的值，也可根據(jù)￥*直接運(yùn)算V***。此外，也可求出xV、 xV^作 為對(duì)V+的補(bǔ)正比，不對(duì)￥*進(jìn)行乘法運(yùn)算，而對(duì)Vf進(jìn)行加法運(yùn)算進(jìn)行補(bǔ) 正的方式來求出補(bǔ)正項(xiàng)。此外，V*、 V^也可不是交流，此外，也可為對(duì) 一般的d軸、q軸矢量控制的直流的電壓指令值。丫***為(1、 q軸的直流 電壓時(shí)，V ***坐標(biāo)變換為交流而輸出。在本實(shí)施例中，可得到與第一實(shí) 施例相同的效果。 (實(shí)施例3)接下來，采用圖5，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電壓指令補(bǔ)正部30中的 動(dòng)作進(jìn)行描述。在本實(shí)施例中，關(guān)于電源電壓推定以及電壓指令運(yùn)算，與 實(shí)施例1相同，采用直流電壓推定部21、電壓指令補(bǔ)正值運(yùn)算部A22、電 壓指令補(bǔ)正部A24，來運(yùn)算用于將輸出電壓保持為固定的電壓指令V **。 在電壓指令補(bǔ)正部C31中，按照電源電壓降低時(shí)輸出電壓不飽和的方式降 低電壓指令V^。作為與第一實(shí)施例不同的點(diǎn)為，在電壓指令補(bǔ)正部C31 中，按照在電源電壓增加時(shí)將電壓增加之前的IVFBl作為初始值，之后使 輸出電壓緩緩增加的方式補(bǔ)正V **，輸出V ***。該增加變化率只要比 VdcA的增加變化率延遲即可。 如上所述，在本實(shí)施例中，以采用電壓檢測值VFB，使電源電壓增加 時(shí)的輸出電壓連續(xù)地變化為特征，與實(shí)施例l相同，在電源電壓降低時(shí)， 防止輸出電壓的飽和，在電源電壓增加時(shí)防止輸出電壓的急劇的變動(dòng)的情 況下，有防止過大電流或轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的效果。 (實(shí)施例4)接下來，對(duì)本發(fā)明第四實(shí)施例與第一實(shí)施例不同點(diǎn)進(jìn)行說明。圖6中， 釆用電壓檢測器41，對(duì)工業(yè)電源l的電壓進(jìn)行檢測。采用該電壓檢測值， 在電壓指令補(bǔ)正部10內(nèi)的電源變動(dòng)運(yùn)算部42中，檢測工業(yè)電源的變動(dòng)。 在本實(shí)施例中，認(rèn)為Vdc與所檢測的工業(yè)電源的變動(dòng)呈比例地變動(dòng)，在電 壓指令運(yùn)算部43中，在進(jìn)行與實(shí)施例1相同的控制的情況下，與實(shí)施例1 相同，具有防止電源變動(dòng)時(shí)的過大電流的效果。另外，即使不對(duì)工業(yè)電源 電壓進(jìn)行檢測，而直接檢測出Vdc也能得到同樣的效果。 (實(shí)施例5)接下來，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例5與第一實(shí)施例不同的點(diǎn)進(jìn)行說明。在圖 7中，表示采用多重繞組變壓器51，對(duì)單相逆變器52進(jìn)行多重連接的多 重電力變換裝置。單相逆變器52對(duì)各相設(shè)置一個(gè)以上。進(jìn)而，與實(shí)施例1 相同，按照電壓變動(dòng)所引起的直流電壓的變動(dòng)，來運(yùn)算電壓指令V^、 另外，采用VFB，檢測Vdc八的平均值，來控制V"、此外，如實(shí)施例3 所述那樣，也可根據(jù)工業(yè)電源l的電壓檢測值檢測出電源變動(dòng)，也可直接 檢測出全部或多個(gè)Vdc，用于￥***運(yùn)算。在實(shí)施例1中，表示三相輸出 的2級(jí)逆變器的結(jié)構(gòu)，但如本實(shí)施例那樣，即使多重型的變換器，通過適 用本發(fā)明，也能得到與實(shí)施例l相同的效果。此外，除此之外，如果為將 電源電壓變換為任意頻率的交流的變換器，則也可適用于例如中性點(diǎn)鉗位 型的3級(jí)逆變器或矩陣轉(zhuǎn)換器(matrix converter)等。此外，雖然交流一 直流變換部圖示了二極管整流，但也可位采用開關(guān)元件的轉(zhuǎn)換器。此外， 作為開關(guān)元件的記號(hào)用IGBT表示，但除此之外如果為在GTO、 SiC的功 率電子設(shè)備中所采用的開關(guān)元件，能夠得到相同的效果。
權(quán)利要求
1、一種電力變換裝置，具備將電源電壓變換為任意頻率的交流，即使在電源變動(dòng)時(shí)也將輸出電壓保持為恒定的功能，在電源電壓降低到規(guī)定以下時(shí)，降低輸出電壓，之后，在電源電壓增加時(shí)，以規(guī)定的變化率使輸出電壓增加。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 以上述規(guī)定的變化率來增加輸出電壓的過程中，以電源電壓增加前的輸出電壓為初始值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述規(guī)定的變化率，為規(guī)定的時(shí)間常數(shù)或階梯狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 關(guān)于在上述電源電壓降低到規(guī)定值以下時(shí)，降低輸出電壓，之后，在電源電壓增加時(shí)，以規(guī)定的變化率使輸出電壓增加是指，按照電源電壓降低到規(guī)定值以下，電壓指令值處于規(guī)定值以上時(shí)，將 輸出電壓指令值減小到該規(guī)定值以下，之后，在電源電壓增加時(shí)，輸出電 壓值成為電源電壓增加前的值的方式，來設(shè)定上述輸出電壓指令，以規(guī)定 的變化率使上述輸出電壓指令值增加。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述電源電壓從交流電源檢測出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 關(guān)于上述電源電壓處于規(guī)定值以下，是指電力變換器的直流電壓處于規(guī)定值以下，并且關(guān)于電源電壓增加時(shí)，是指電力變換器的直流電壓增加時(shí)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述直流電壓，是直接檢測出電力變換器的直流電壓。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于， 關(guān)于上述電源電壓在規(guī)定值以下，是指電力變換器的直流電壓推定值在規(guī)定值以下，并且 關(guān)于電源電壓增加時(shí)，是指電力變換器的直流電壓推定值增加時(shí)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述直流電壓推定值，根據(jù)電力變換器的輸出電壓檢測值和電力變換器的輸出電壓指令值之比而求出。
10、 一種多重電力變換裝置，具備將電源電壓變換為任意頻率的交流， 即使在電源變動(dòng)時(shí)也將輸出電壓保持為恒定的功能，在電源電壓降低到規(guī)定值以下時(shí)，降低輸出電壓，之后在電源電壓增 加時(shí)，以規(guī)定的變化率使輸出電壓增加。
11、 一種電力變換裝置，將電源電壓變換為任意頻率的交流， 直接或間接地檢測出該電源電壓的變動(dòng)，根據(jù)該電源電壓的變動(dòng)，以[電源電壓規(guī)定值/所檢測出的電源電壓]倍對(duì)上述電壓指令值進(jìn)行補(bǔ)正，從而將輸出電壓保持為恒定，在上述[電源電壓規(guī)定值/所檢測出的電源電壓]比規(guī)定值大時(shí)， 將上述電壓指令值補(bǔ)正為[電源電壓規(guī)定值/所檢測出的電源電壓]倍以下，之后，在上述電源電壓增加時(shí)，將上述電壓指令值補(bǔ)正為比[電源電壓 規(guī)定值/所檢測出的電源電壓]倍小的值，使補(bǔ)正為該小值的電壓指令值以 規(guī)定的變化率增加到倍增了上述[電源電壓規(guī)定值/所檢測出的電源電壓] 后的值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使在電源變動(dòng)急劇且較大的情況下，也能防止輸出電源的驟變，防止電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)或過大電流等，進(jìn)行穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流變換裝置。本發(fā)明的電力變換裝置，具備將電源電壓變換為任意頻率的交流，即使在電源變動(dòng)時(shí)也將輸出電壓保持恒定的功能，在電源電壓降低到規(guī)定以下時(shí)，降低輸出電壓，之后，在電源電壓增加時(shí)，將該電壓增加前的輸出電壓作為初始值，以規(guī)定的變化率使輸出電壓增加。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101166004SQ20071013996
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者岡松茂俊, 奧山俊昭, 宮崎晃一, 永田浩一郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所