專利名稱：換流器的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到換流器的控制裝置，尤其是涉及一種當換流器以電 壓/頻率控制方式控制負載時，檢測負載的旋轉角并根據(jù)所檢測的旋轉 角對負載進^亍控制的換流器的控制裝置。
背景技術：
換流器用于將交流電轉換成直流電，并將轉換的直流電用晶體管
以及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣4冊雙極晶體管)等開 關元件重新切換成交流電后，供給到負載而進行驅動。這種換流器可 調節(jié)開關元件的切換間隔，從而能夠以用戶所需的頻率驅動負載。
上述換流器(Inverter)根據(jù)各自的工作可分為轉換部(Converter Unit)、換流部(InverterUnit)、控制部。
上述轉換部由三相整流電路和平滑電路構成，通過三相整流電路 對三相交流電壓進行整流而轉換成脈動電壓，平滑電路則通過電容器 等平滑上述脈動電壓而轉換成脈動成分較少的直流電壓。
上述換流部通過晶體管以及IGBT等開關元件將上述轉換部所轉 換的直流電壓切換而轉換成交流電壓，并將經轉換的交流電壓提供到 負載，從而驅動負載。在上述換流部轉換的交流電壓的頻率隨著上述 開關元件的開關速度而被調節(jié)。上述控制部由運算電路、檢測電路及驅動電路等構成，用于執(zhí)行 對上述換流部的開關控制、對上述轉換部的電壓控制、各種保護動作 等。
這種換流器不使用編碼器等速度檢測傳感器檢測負載的驅動速 度，在控制負載驅動時通常使用電壓/頻率控制方式。
上述電壓/頻率控制方式調節(jié)供給到負載的電壓，從而使負載以用 戶所需的頻率運行。
換流器以電壓/頻率控制方式驅動電動機的狀態(tài)下，如發(fā)生瞬時斷
電(Momentary Power Failure)等，電動才幾進4亍自由運4亍(free run)。
在上述電動機自由運行驅動狀態(tài)下，提供電源使換流器重新以電 壓/頻率控制方式驅動電動機時，換流器向電動機提供與電動機的當前 旋轉速度不一致的電壓，由此向換流器流入過電流導致電動機損毀。
因此，當電動才幾以電壓/頻率控制方式驅動的狀態(tài)下發(fā)生瞬時斷電， 為了保護電動機，有必要檢測電動機的速度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種換流器的控制裝置，其檢測電動機 的旋轉角并控制換流器根據(jù)檢測的旋轉角穩(wěn)定地驅動負載。
本發(fā)明之換流器的控制裝置，通過電流傳感器檢測換流器提供給 負載的電流,并由循環(huán)電流轉換部將檢測的電流轉換成負載的循環(huán)電 流。通過上述轉換的循環(huán)電流推定負載的旋轉角，對推定的負載旋轉角 進行積而轉換成旋轉速度。再對上述轉換的旋轉速度進行積分而檢測 出負載的旋轉角，然后將檢測的旋轉角提供給換流器用于驅動負載。
5因此，本發(fā)明中的換流器的控制裝置，其特征在于，包括積分 器，對從目標速度減去指令速度的誤差速度進行積分；加減速控制部， 根據(jù)上述積分器的輸出信號，生成用于驅動負載的上述指令速度；電 壓/頻率轉換部，用于將上述加減速控制部的輸出信號轉換為驅動電壓； 電流傳感器，用于檢測提供給負載的電流；速度檢測部，通過上述電 流傳感器所檢測出的電流檢測負載的旋轉角；PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制)開關部，根據(jù)上述電壓/頻率轉換部轉換的 驅動電壓和上述指令速度及由上述速度檢測部檢測出的負載的旋轉 角，驅動上述負載。
本發(fā)明特征在于，上述電流傳感器為電流互感器(CT: Current Transformer)。
本發(fā)明特征在于，上述速度^r測部的構成包括循環(huán)電流轉換部， 將由上述電流傳感器檢測出的電流轉換為循環(huán)電流；速度推定部，通 過由上述循環(huán)電流轉換部轉換的循環(huán)電流來檢測上述負載的實際旋轉 角，并輸出到上述PWM開關部。
本發(fā)明特征在于，上述速度推定部的構成包括旋轉角推定部， 根據(jù)上述循環(huán)電流轉換部所轉換的循環(huán)電流推定上述負載的旋轉角； 速度轉換部，將由上述旋轉角推定部推定的上述負載的旋轉角轉換成 上述負載的旋轉速度；旋轉角轉換部，將由上述速度轉換部轉換的旋 轉速度轉換成上述負載的實際旋轉角并輸出到上述PWM開關部。
本發(fā)明特征在于，上述速度轉換部為積分器，其對由上述旋轉角 推定部推定的上述負載的旋轉角進行積分而轉換成上述負載的旋轉速度。本發(fā)明特征在于，上述旋轉角轉換部為積分器，其對由上述速度 轉換部轉換的旋轉速度進行積分而轉換成上述負載的旋轉角。


圖1為使用電壓/頻率控制方式的現(xiàn)有控制裝置的結構框圖2為控制電壓/頻率時作為負載的電動機的定子電壓和負載的指 令速度之間的關系曲線示意圖3為本發(fā)明之控制裝置的理想實施例的結構框圖4為本發(fā)明之控制裝置中的速度檢測部的理想實施例的結構框
具體實施例方式
以下參照附圖，通過不限定本發(fā)明的實施例對本發(fā)明進行詳細說 明。在圖中對同一要素使用了同一附圖標記。
以下的詳細說明只是示例，本發(fā)明的范圍并不限定于這些實施例。
因此，說明書中只提供了便于理解本發(fā)明的基本結構，省略了其 他結構，通過附圖給出了可供本領域技術人員實施的各種實施方式。
圖1為使用電壓/頻率控制方式的現(xiàn)有控制裝置的結構框圖，其中 附圖標記100為減法器。上述減法器100從目標速度信號減去指令速
度信號算出誤差速度信號。
上述減法器100計算出的誤差速度信號在積分器110進行積分并 被輸入至加減速控制部120。上述加減速控制部120利用上述積分器110的輸出信號計算出用 于驅動負載150的指令速度信號，計算出的指令速度信號被輸入至上 述減法器100，使用于上述誤差速度信號的計算。
另外，上述加減速控制部120所輸出的指令速度信號被輸入至電 壓/頻率轉換部130及PWM開關部140。
預」
述加減速控制部120輸入的指令速度的頻率轉換為驅動電壓，并將轉 換的驅動電壓^T出到PWM開關部140。
上述PWM開關部140#4居>^人上述電壓/頻率轉換部130輸入的驅 動電壓以及從上述加減速控制部120輸入的指令速度，對負載150進 行PWM控制，從而使負載150以目標速度驅動。
上述PWM開關部140同時對負載150的驅動電壓和指令速度進 行控制，使負載的氣隙石茲通(Air-gap flux) —定地維持到目標速度。 當上述負載150為電動機時，電動機的定子電壓Vs和指令速度COe之 間的關系如圖2所示。
即，上述負載150為電動機，且對該電動機進行電壓/頻率控制時， 電動機的定子電壓由下述公式l求得。
公式1
Vs=jcoesXm+(Rs+jXls)Sls
其中，VS為電動機的定子電壓，COe為指令速度，RS為電動機的定
子阻抗，Xk為漏電抗，Is為電動才幾的相電流。當指令速度(Oe足夠大而使1、Is^lEmUI(MjX》sIsl成立
時，上述公式1為 I VS I ( I Xm I SCOe。
因此，當上述PWM開關部140按照下述公式2運行負載150的 電動機時，可使氣隙磁通Xm維持在一定的水平上。
公式2
<formula>formula see original document page 9</formula>
如此將電動才幾的氣隙/磁通控制在一定水平時，PWM開關部140則 將電動機的電壓控制在一定值并提高驅動速度，從而使負載150以用 戶所需的速度驅動。
但是，上述控制裝置中，當發(fā)生瞬時斷電(Momentary Power Failure),電動機處于自由運行(free run)狀態(tài)下，提供電源，使換流器 再以電壓/頻率控制方式驅動電動才幾時，PWM開關部140輸出與電動 機的當前旋轉速度不一致的電壓提供給電動機，這樣，向PWM開關部 140流入過電流而導致PWM開關部140和電動機因過電流而損毀。
圖3為本發(fā)明至控制裝置的結構框圖。如圖3所示，本發(fā)明之控 制裝置包括減法器100、積分器110、加減速控制部120、電壓/頻率 轉換部130、 PWM開關部140、負載150，所述控制裝置還包括電 流互感器等電流傳感器300，用于^r測由上述PWM開關部140向上述 負載150供給的電流Ia、 Ib、 Ic;速度檢測部310,通過由上述電流傳 感器300檢測出的電流Ia、 Ib、 Ic來檢測上述負載150的旋轉速度，并 將檢測的旋轉速度提供給上述PWM開關部140。如圖4所述，上述速度4企測部310包括循環(huán)電流轉換部400，將 由上述電流傳感器300檢測的電流Ia、 Ib、 Ic轉換為循環(huán)電流Id、 Iq; 速度推定部410,根據(jù)由上述循環(huán)電流轉換部400所轉換的循環(huán)電流Id、 Iq， ；f企測負載150的實際旋轉角并輸出到上述PWM開關部140。
另外，上述速度推定部410包括旋轉角推定部412,根據(jù)上述循 環(huán)電流轉換部400所轉換的循環(huán)電流Id、 Iq，推定負載150的旋轉角； 速度轉換部414，將上述旋轉角推定部412所推定的負載150的旋轉角 轉換為上述負載150的旋轉速度；旋轉角轉換部416,將由上述速度轉 換部414所轉換的旋轉速度轉換為上述負載150的實際旋轉角并輸出 到上述PWM開關部140。
在具有上述構成的本發(fā)明之控制裝置，當PWM開關部140向負 載150提供電流Ia、 Ib、 Ic而進行驅動時，由電流傳感器300檢測PWM 開關部140提供給負載150的電流Ia、 Ib、 Ic并輸入到速度檢測部310。
這樣，速度4全測部310的循環(huán)電流轉換部400利用所輸入的電流 Ia、 Ib、 Ic計算循環(huán)電流Id、 Iq。
上述循環(huán)電流Id、 Iq可使用例如下述公式3及公式4進行計算。
公式3
T」 (2xIa-Ib-Ic)
Id = -^
公式4
Iq=~^ (Ib-Ie)算出循環(huán)電流Id、 Iq后，速度推定部410的旋轉角推定部412利 用循環(huán)電流Id、 Iq來推定負載150的旋轉角。
對負載150的旋轉角推定說明如下。
通常，三相PWM開關部140所具備的多個開關元件由功率半導 體器件和二極管形成逆平行(Anti-Parallel)。將三相分別由PWM ( Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制)輸出電壓進行固定時，作為負載150 的電動機實際上處于短路狀態(tài)。
這時，將產生由電動機的轉子磁鐵的殘留磁通引起的感應電壓。 該感應電壓導致PWM開關部140和負載150之間生成循環(huán)電流，所 生成的循環(huán)電流中包含有頻率成分。利用上述頻率成分，將上述循環(huán) 電流表示為三角函數(shù)如公式5及公式6所示。
公式5
iq
sinQ = ■
Id2+Iq公式6
Id
cos 6 ='
/ Id2+Iq2
因此，負載150的旋轉角利用三角函數(shù)的加法定理算出，如公式7 所示。
公式7
八 八 八
sin(6-6) = sin6 X cos 6- cos0 X sin6
i其中，為為推定的旋轉角。
這樣，推定負載150的旋轉角時，速度轉換部414將上述推定的 旋轉角轉換為負載150的旋轉速度。上述速度轉換部414例如為積分 器，由上述速度轉換部414對上述旋轉角推定部412所推定的負載150 的旋轉角進行積分而轉換成負載150的旋轉速度。
由旋轉角轉換部416將上述經過轉換的負載150的旋轉速度轉換 為負載150的旋轉角并提供給PWM開關部140。上述旋轉角轉換部 416例如為積分器，其對上述負載150的旋轉速度進行積分而轉換為負 載150的旋轉角，并將經過轉換的負載150的旋轉角提供給PWM開 關部140，從而由PWM開關部140根據(jù)負載150的旋轉角控制負載 150的驅動。
以上通過理想實施例詳細說明了本發(fā)明，所屬技術領域的技術人 員可在本發(fā)明的技術思想范圍內對本發(fā)明實施例進行各種變形。本發(fā) 明的權利范圍并不限定于上述實施例。
權利要求
1、一種換流器的控制裝置，其包括積分器，對從目標速度減去指令速度的誤差速度進行積分；加減速控制部，根據(jù)所述積分器的輸出信號，生成用于驅動負載的所述指令速度；電壓/頻率轉換部，用于將所述加減速控制部的輸出信號轉換為驅動電壓；電流傳感器，用于檢測提供給負載的電流；速度檢測部，通過所述電流傳感器所檢測出的電流，來檢測負載的旋轉角；PWM開關部，根據(jù)所述電壓/頻率轉換部轉換的驅動電壓和所述指令速度以及由所述速度檢測部檢測出的負載的旋轉角，驅動所述負載。
2、 如權利要求1所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述電流 傳感器為電流互感器。
3、 如權利要求1所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述速度 檢測部的構成包括循環(huán)電流轉換部，將所述電流傳感器檢測出的電流轉換為循環(huán)電流;速度推定部，通過所述循環(huán)電流轉換部轉換的循環(huán)電流，檢測所述負載的實際旋轉角并輸出到所述PWM開關部。
4、 如權利要求3所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述速度 推定部的構成包括旋轉角推定部，根據(jù)所述循環(huán)電流轉換部所轉換的循環(huán)電流推定 所述負載的旋轉角；速度轉換部，將所述旋轉角推定部推定的所述負載的旋轉角轉換 成所述負載的旋轉速度；旋轉角轉換部，將所述速度轉換部所轉換的旋轉速度轉換成所述負載的實際旋轉角并輸出到所述PWM開關部。
5、 如權利要求4所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述速度 轉換部為積分器，其對由所述旋轉角推定部推定的所述負載的旋轉角 進行積分而轉換成所述負載的旋轉速度。
6、 如權利要求4所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述旋轉 角轉換部為積分器，其對由所述速度轉換部轉換的旋轉速度進行積分 而轉換成所述負載的旋轉角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換流器的控制裝置，當換流器利用電壓/頻率控制對負載的驅動進行控制時，通過提供給負載的電流檢測負載的旋轉角，并通過檢測的旋轉角對負載進行精確驅動，其中，通過電流傳感器來檢測換流器提供給負載的電流，并根據(jù)所檢測的電流推定負載的旋轉速度，從而驅動負載。
文檔編號H02P27/02GK101471622SQ20081018731
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者金仙子, 金呈河 申請人:Ls產電株式會社