專利名稱：Pwm/pam控制型的電動機控制裝置和使用控制裝置的空調(diào)機和電動機的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動機控制裝置，以及一種電動機的控制方法，該方法能夠控制電動機的速度達到所需的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r.p.m)，同時又能控制輸入的正弦電流以提高功率因數(shù)和抑制諧波電流的畸變，還涉及一種使用該電動機控制裝置以驅(qū)動壓縮機驅(qū)動電動機和調(diào)節(jié)房間空氣的空調(diào)機或致冷機。
在日本申請專利公開的出版物No.SHO 63-224698(1988)中描述的控制方法是一種電動機控制裝置的常用方法，該控制裝置位于整流交流電流并轉(zhuǎn)換為直流電源的整流電路中，它通過控制直流電壓的電源電路和電動機驅(qū)動電路的相結(jié)合來控制電動機的速度。該方法是在速度較低時，通過使用電動機驅(qū)動電路的PWM(脈寬調(diào)制)控制來控制電動機速度，在速度較高時，通過使用電源電路的直流電壓控制的PAM(脈幅調(diào)制)控制來控制電動機速度。
在該J.A.P.L.O.P.No.SHO 63-224698(1988)中描述的電動機控制器下面用圖23至圖25作解釋。在圖23中，一逆變器控制電路61包括一驅(qū)動信號產(chǎn)生器601，它由一位置檢測電路5接收到的位置檢測信號形成一控制逆變器電路3轉(zhuǎn)換裝置換流動作的驅(qū)動信號；一PWM信號發(fā)生器67，它根據(jù)通流率指令即速度控制信號計算器600的速度控制信號產(chǎn)生一PWM信號；一驅(qū)動信號發(fā)生器65，它根據(jù)驅(qū)動信號產(chǎn)生器601的驅(qū)動信號和PWM信號發(fā)生器67的PWM信號驅(qū)動逆變器電路3的開關裝置。
一變換器控制電路62包括一直流電壓控制器69，它根據(jù)直流電壓指令即速度控制信號計算器600的速度控制信號和實際直流電壓之間的偏差輸出一直流電壓控制信號，一輸入正弦電流控制器68，它根據(jù)直流電壓控制器69的輸出，通過操作逆變器電路2中的調(diào)壓器斬波電路的開關裝置來控制輸入到變換器電路的正弦電流、電源電壓波形信號和輸入電流波形信號。
下面用圖24解釋速度控制信號計算器600的工作原理。該圖表示直流電壓指令和通流率指令對每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的各自工作狀態(tài)，在該圖中，水平軸代表每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，垂直軸代表變換器控制電路62的直流電壓指令和逆變器控制電路61的通流率指令。
在低速運行狀態(tài)，速度控制信號計算器600輸出一個最小直流電壓指令，該指令是能夠控制變換器電路2中的直流電壓指令的最小直流電壓，并計算出一通流率指令以便速度計算器63的速度信號和外部的速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?。這就是所謂的PWM控制。通過此控制，如圖24所示通流率指令與每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)成正比例地增加。
在高速運行狀態(tài)，相反的情況是，通流率指令以最大極限值100％輸出，和直流電壓指令被計算出以便速度計算器63的速度信號和外部的速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?。這就是所謂的PAM控制。通過此控制，如圖24所示直流電壓指令與每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)成正比例地增加。
現(xiàn)在有多種可用于PWM控制和PAM控制之間轉(zhuǎn)換的方法，現(xiàn)有技術使用了一種如圖25所示的方法。在存在速度偏差和需要加速的狀態(tài)下通流率指令達到100％時，就能實現(xiàn)由PWM控制向PAM控制的轉(zhuǎn)換，在此就不作詳細地描述了。與此相反，在存在速度偏差和需要減速的狀態(tài)下直流電壓指令達到最小極限值時，就能實現(xiàn)由PAM控制向PWM控制的轉(zhuǎn)換。通過此控制，轉(zhuǎn)換點根據(jù)負載狀態(tài)而移動，因此穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換就可能實現(xiàn)。
圖24是以恒定的負載轉(zhuǎn)矩為前提條件的，因此，如果負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換控制的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)也會發(fā)生變化。此外，圖24中的水平軸代表每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，但是即使水平軸代表電動機的輸出，也能獲得相似的曲線。也就是說，在此控制方法中，控制系統(tǒng)根據(jù)電動機的輸出即電動機負載而轉(zhuǎn)換。
在日本申請專利公開的No.HEI 7-312895(1995)和No.HEI 8-191589(1996)中描述了其它的控制裝置，其中電動機的速度在正常的運行狀態(tài)下用PWM控制進行控制，但是，在PWM信號達到100％功能后，在高速運行狀態(tài)下通過換流相位控制的磁場削弱效應進行速度控制。
根據(jù)前面提及的J.A.P.L.O.P.No.SHO 63-224698(1988)中描述的現(xiàn)有方法，電動機的控制能夠在較寬的工作范圍內(nèi)實現(xiàn)，因為這種控制能夠根據(jù)負載狀態(tài)在PWM控制和PAM控制之間進行轉(zhuǎn)換。由于電動機能夠在PWM控制下以最小的直流電壓和在PAM控制下以減少的逆變器PWM斬波分量運行，總的來說提高了電動機控制裝置的效率。此外，通過使用該控制裝置以驅(qū)動逆變器空調(diào)機的壓縮機，它能夠節(jié)能和增加輸出，因此也就提高了空調(diào)機的容量。特別是，如果室外溫度較低時，低溫熱容量得到顯著地提高。
然而，在PAM控制下，由于電動機每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)隨著直流電壓的增加而增加，它不可能增加直流電壓超過逆變器模塊裝置的耐壓，換句話說，它是電動機最大的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
另一方面，根據(jù)J.A.P.L.O.P.No.HEI 7-312895(1995)或No.HEI8-191589(1996)中描述的現(xiàn)有方法，電動機的最大每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)能夠超過PWM控制的極限值。然而，在PWM控制下沒有對電動機的工作效率給予足夠的考慮。
除上述之外，對于安裝了使用PWM和PAM相結(jié)合控制的電動機控制裝置的空調(diào)機等來說，它不僅需要改善性能而且還需要降低成本。
本發(fā)明的一個目的是提供一種電動機的控制裝置和一種電動機的控制方法，還提供一種使用該控制裝置和/或該控制方法的空調(diào)機等，其中電動機的速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，該電動機能夠在較寬的工作范圍內(nèi)一直以較高的效率保持運行。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電動機控制裝置和一種電動機的控制方法，還提供一種使用該控制裝置和/或該控制方法的空調(diào)機等，其中電動機的速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的速度控制。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種電動機控制裝置和一種電動機的控制方法，還提供一種使用該控制裝置和/或該控制方法的空調(diào)機等，其中電動機的速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，能夠提高電動機在低速運行狀態(tài)下的工作效率。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種電動機控制裝置和一種電動機的控制方法，還提供一種使用該控制裝置和/或該控制方法的空調(diào)機等，其中電動機的速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，能夠獲得低成本的逆變器模塊。
上述目的通過電動機控制裝置或電動機的控制方法而實現(xiàn)；上述控制裝置或方法包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；其中包括一變換器控制電路和一逆變器控制電路的電動機控制器通過改變變換器控制電路的直流電壓指令或逆變器控制電路的通流率指令控制電動機的速度；上述電動機控制器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換向定時，根據(jù)電動機的速度和負載變換電動機線圈的換流相位。
本發(fā)明的另一個特征是一種電動機控制裝置或一種電動機的控制方法；上述的控制裝置或方法包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；其中包括一變換器控制電路和一逆變器控制電路的電動機控制器通過改變變換器控制電路的直流電壓指令或逆變器控制電路的通流率指令控制電動機的速度；上述電動機控制器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換向定時，上述換流相位控制器檢測如與電動機控制裝置的效率相關的輸入功率或直流電流量這樣的值，變換電動機線圈的換流相位以便電動機控制裝置的效率能達到最大極限值。
根據(jù)本發(fā)明，在使用電動機控制裝置或電動機控制方法中，其中電動機速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，電動機的效率通過PWM/PAM控制和獨立的相位控制的結(jié)合而得到提高。也就是說，在使用電動機控制裝置或電動機控制方法中，其中電動機速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，控制電動機使其通過換流相位控制器改變電動機線圈的換向定時和以穩(wěn)定運行狀態(tài)下效率達到最大極限值及在高速運行狀態(tài)下每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)達到最大極限值的方式控制電動機在較寬的工作范圍內(nèi)能夠非常有效地運行。
通過控制整個速度范圍內(nèi)的相位，效率能夠得到顯著地提高。在高速范圍內(nèi)既可以通過改變相位又可以通過改變直流電壓能夠?qū)崿F(xiàn)對每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的控制，只要改變是根據(jù)更好地提高效率而確定的，就能一直實現(xiàn)有效的運行。此外，通過連續(xù)地搜索一最大效率的最佳相位也可以獲得與上述同樣的效果。
因此，將本發(fā)明用于逆變器空調(diào)機中，它能夠提供一種廣泛地提高其致冷和致熱容量，同時又節(jié)能的空調(diào)機。此外，由于能自動搜索最佳換流相位，因此就能提供低成本的上述空調(diào)機。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的高速運行。即，通過控制相位而不增加直流電壓超過330V，就能實現(xiàn)較高速度的控制。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中時，就能提高瞬態(tài)運行如啟動過程或負載突變過程中的容量。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于所設計的電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)能被降低，低速運行的效率就能被提高。由于只要每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)設定為常數(shù)也能實現(xiàn)高速范圍的控制，電動機的設計點就能被降低。由于此原因，就能提高低速范圍的效率。此外，將PWM/PAM控制加到運行過程中，就能實現(xiàn)高效的運行。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中時，能夠提高穩(wěn)定狀態(tài)工作范圍內(nèi)的效率，以此一年能夠極大地節(jié)省能源，顯著地降低電能成本。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠利用低成本的逆變器模塊。也就是說，由于最大直流電壓能低于330V左右，一標準的逆變器模塊就能使用，所以就能提供低成本的逆變器或電動機控制裝置。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中，就能降低每個單元的成本。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的壓縮機驅(qū)動單元的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電動機控制器的內(nèi)部結(jié)構示圖。
圖3是圖2所示的速度控制信號計算器工作過程的解釋示圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的換流相位控制的轉(zhuǎn)換算法的示圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的速度控制計算的流程圖。
圖6是圖1所示的逆變器控制電路的工作過程的解釋示圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的換流相位和最大輸出之間關系的試驗結(jié)果。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的速度控制信號計算器的大致示圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的速度控制信號計算器工作過程的解釋示圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的換流相位和電動機效率之間關系的試驗結(jié)果。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的速度控制計算的流程圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的最佳換流相位控制的流程圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電動機控制器的內(nèi)部結(jié)構框圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的速度控制信號計算器的大致框圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的換流相位變換控制的解釋示圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的速度控制計算的流程圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的換流相位變換控制的解釋示圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的速度控制信號計算器的示意圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的速度控制計算的流程圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的換流相位變換控制的流程圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的速度控制信號計算器工作過程的解釋示圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的壓縮機驅(qū)動單元的示意圖。
圖23是現(xiàn)有技術中電動機控制器的內(nèi)部結(jié)構的示意圖。
圖24是圖23所示的速度控制信號計算器示例的解釋示圖。
圖25是圖23所示PWM/PAM控制轉(zhuǎn)換算法示例的示圖。
下面用圖1至圖7解釋本發(fā)明的第一實施例。
圖1是本發(fā)明用于空調(diào)壓縮機驅(qū)動單元的總體示圖。該驅(qū)動單元包括一變換器電路2，它使用整流電路和調(diào)壓器斬波電路將交流電源1的交流電壓變換為直流電源并控制直流電壓；一逆變器電路3，它將直流電壓變換為所需的交流電壓源，一電動機控制器，它根據(jù)速度指令控制無刷直流電動機4的速度；一位置檢測電路5，它檢測無刷直流電動機4的磁極位置；一驅(qū)動器9，它根據(jù)電動機控制器6的變換器驅(qū)動信號驅(qū)動變換器電路2；一驅(qū)動器8，它根據(jù)電動機控制器6的逆變器驅(qū)動信號驅(qū)動逆變器電路3；和一壓縮機7，它與電動機4直接相連接，構成一熱循環(huán)。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電動機控制器內(nèi)部結(jié)構的示意圖。該電動機控制器使用一單片微機，所有控制器以軟件的形式實現(xiàn)。電動機控制器6包括一速度控制電路60，一逆變器控制電路61，和一變換器控制器62。
速度控制電路60包括一速度計算器63，它根據(jù)位置檢測電路63的位置檢測信號計算電動機4的速度，和一速度控制信號計算器64，它從外部的速度指令值和速度計算器63的速度信號之間存在的偏差計算一速度控制信號。
速度控制信號計算器64包括三個信號發(fā)生器一直流電壓指令部641，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路62，一通流率指令部642，它將一通流率指令輸出給逆變器控制電路61，和一換流相位指令部643，它輸出一換流相位指令；和一開關部644，它切換三個發(fā)生器。
下面用圖3解釋速度控制信號計算器64的工作原理。與圖24一樣，該圖表示直流電壓指令、通流率指令和換流相位指令對每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的工作狀態(tài)。由于直流電壓指令和通流率指令的工作狀態(tài)與圖24中的相同，對它們的解釋就省略了。
除了計算直流電壓指令和通流率指令之外，速度控制信號計算器64還計算換流相位指令部643中的換流相位指令。在上述PWM控制和PAM控制下保持恒量的換流相位指令在需要進一步加速時甚至在直流電壓指令達到最大電壓后將會改變。
圖4表示轉(zhuǎn)換換流相位控制的算法，即圖2所示的開關部644的動作。在每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)不再由PAM控制的情況下進行換流相位控制，換句話說，在直流電壓達到最大極限值時。
由于這樣，從PAM控制到換流相位控制的轉(zhuǎn)換是在存在速度偏差和需要加速的狀態(tài)下直流電壓指令達到最大極限值時完成的。與此相反，從換流相位控制到PAM控制的轉(zhuǎn)換是在存在速度偏差和需要減速的狀態(tài)下?lián)Q流相位指令達到最小極限值完成的。通過這樣的控制，轉(zhuǎn)換點根據(jù)負載狀態(tài)移動，因此就能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的轉(zhuǎn)換。
下面，圖5表示速度控制計算的流程圖，它實際能夠?qū)崿F(xiàn)圖3所示的速度控制。該流程圖表示在速度控制信號計算器64中執(zhí)行的速度控制過程。速度控制過程以預設周期重復地執(zhí)行。
速度控制過程以預設時間間隔重復地執(zhí)行。首先，在步驟(502)中讀取速度計算器63的速度信號，在步驟(504)中計算外部速度指令值和上述速度信號之間存在的速度偏差。在步驟(506)中檢查目前的控制狀態(tài)。如果它在PWM控制下，執(zhí)行過程繼續(xù)進行到步驟(508)；或者如果在PAM控制下則到步驟(516)。這里，使用標記判斷控制的狀態(tài)，根據(jù)圖4所示的算法改變控制狀態(tài)。圖4所示的轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)的過程也可以預設周期在速度控制信號計算器600的內(nèi)部執(zhí)行。
在執(zhí)行過程進行到步驟(508)時，運行在PWM控制下，使用前述步驟(504)中獲得的速度偏差計算出通流率指令。計算如圖中所示執(zhí)行。
在步驟(508)中的過程完成后，執(zhí)行過程就進行到步驟(510)，所計算出的通流率指令D*就輸出給PWM信號發(fā)生器67。由于在此情況下運行在PWM控制下，直流電壓指令以150V的最小極限值輸出給直流電壓控制器69。也輸出換流相位指令值P*=0度。
然后，在步驟(506)中如果運行被判斷是在PAM控制下，執(zhí)行過程就進行到步驟(12)，使用前述步驟(504)中獲得的速度偏差與步驟(508)中相同計算出直流電壓指令。計算如圖中所示執(zhí)行。
在上述過程之后，執(zhí)行過程就進行到步驟(514)，與上述步驟(508)一樣，所計算出的直流電壓指令就輸出給直流電壓控制器69。由于在此情況下運行是在PAM控制下，換流相位指令就以100％的最大極限值輸出給PWM信號發(fā)生器67。也輸出換流相位指令值P*=0度。
如果運行是在PAM控制或換流相位控制下，執(zhí)行過程就進行到步驟(516)，并判斷運行是否是在換流相位控制下。如果它是在PAM控制下，執(zhí)行過程就進行到步驟(512)，并執(zhí)行與上述相同的過程。
如果運行是在換流相位控制下，執(zhí)行過程就進行到步驟(518)，并判斷在步驟(504)中計算出的速度偏差是正數(shù)還是負數(shù)。
如果速度偏差是正數(shù)，即需要加速，執(zhí)行過程就進行到步驟(520)，換流相位指令就以預設的減小率減小。與此相反，如果速度偏差是負數(shù)，即需要減速，執(zhí)行過程就進行到步驟(522)，換流相位指令就以預設的增量增加。
在此情況下，位置檢測信號和驅(qū)動信號之間的關系如圖6所示。如圖6所示由于換流相位指令是一個用于計算從位置檢測信號的變化點一直到驅(qū)動信號實際變換時間的延時值，該值越小，相位超前越多。換句話說，換流相位指令值越小，速度增加越大。
在步驟(524)中，輸出在上述步驟(520)或(522)中計算出的換流相位指令P*。與此同時，通流率指令D*和直流電壓指令Vd*每個以最大極限值輸出。
通過重復執(zhí)行上述過程，速度控制信號計算器600，就能控制電動機4的速度，如圖4所示。
驅(qū)動信號發(fā)生器601一驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號根據(jù)位置檢測電路5的位置檢測信號控制逆變器電路3的開關裝置的啟動定時和組合。
由于本實施例中描述的位置檢測電路5使用了一能夠檢測如圖6所示滯后換流動作實際位置30度電角度位置的電路，逆變器每個相位的驅(qū)動信號就從位置檢測信號的變化點以30度電角度的延時時間輸出。該延時也可以在驅(qū)動信號發(fā)生器601中進行。
該附圖還表示了感應電壓波形和位置檢測信號、PWM循信號、以及逆變器驅(qū)動信號之間的關系。
下面使用圖6解釋PWM信號發(fā)生器67和驅(qū)動信號發(fā)生器65的工作原理。
PWM信號發(fā)生器67從速度控制信號計算器接收到的通流率指令中產(chǎn)生一PWM信號，如圖6中用PWM信號表示。
設定在逆變器電路3上臂部的每個U+相位，V+相位，W+相位是ON時，驅(qū)動信號發(fā)生器65對PWM信號發(fā)生器67的PWM信號和圖6中用逆變器驅(qū)動信號表示的驅(qū)動信號發(fā)生器66的驅(qū)動信號這兩個信號進行結(jié)合處理。上述處理是根據(jù)斬波僅用上臂部完成的情況而進行的。
圖6所示的六個逆變器驅(qū)動信號如上所述從驅(qū)動信號發(fā)生器65中輸出。
圖7表示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和不同換流相位的輸出轉(zhuǎn)矩之間關系的試驗結(jié)果。如圖7所示，應該明白如果輸出轉(zhuǎn)矩設定為恒量，由于換流相位超前，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)就增加。換流相位控制使用了如圖7所示的電動機特性圖。
在沒有使用換流相位控制的PWM控制和PAM控制的情況下，在圖5的步驟(510)和(514)中所示換流相位指令值P*就設定為最小極限值。在本實施例中，只要沒有產(chǎn)生相位超前，換流相位就設定為零度。
通過重復執(zhí)行上述過程，如圖3所示，速度控制信號計算器64就能控制電動機4的速度。
驅(qū)動信號發(fā)生器66根據(jù)位置檢測電路5的位置檢測信號，和現(xiàn)有技術中的驅(qū)動信號發(fā)生器601一樣輸出一驅(qū)動信號。與現(xiàn)有技術中的差異在于速度控制信號計算器64中計算出的換流相位指令是在從位置檢測信號變化點一直到驅(qū)動信號實際變化時間的延時時間過程中使用。
上面已解釋了根據(jù)本發(fā)明第一實施例壓縮機驅(qū)動單元的電動機的控制方法。
使用本實施例的方法，它能夠在不增加最大直流電壓的情況下增加每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，因此與使用現(xiàn)有技術的方法相比，擴大了控制范圍。此外，如圖7所示，電動機的輸出范圍也通過超前的換流相位被擴大了。因此，如果本發(fā)明用于構成熱循環(huán)的壓縮機的驅(qū)動單元，該單元用于空調(diào)機中，其中電動機的速度指令值是根據(jù)設定室溫和實際室溫之間的溫差計算出的，電動機的速度是根據(jù)該速度指令值而控制的，這樣就能提高空調(diào)機的容量。
此外，由于本方法中能使用低直流電壓，例如330V，它就無需增加逆變器電路3的耐壓，因此電動機控制裝置能夠以與現(xiàn)有技術方法中相同的成本實現(xiàn)。
另一方面，如果每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)設定為相同值，由于直流電壓的最大極限值能被降低，因此與現(xiàn)有技術方法中相比，就能期望大大地提高效率。此外，如果最大直流電壓也設定為相同值，由于電動機能以不同的設計點設計以便該效率能在低速范圍內(nèi)得到進一步提高，它就能在正常的工作范圍內(nèi)建立一個十分有效的系統(tǒng)。因此，如果該方法用于空調(diào)機中，就能降低一年電能的耗費。
如果本發(fā)明的壓縮機驅(qū)動單元用于構成致冷機致冷循環(huán)的壓縮機的驅(qū)動單元，其中電動機的速度指令值是根據(jù)設定腔溫和實際腔溫之間的溫差計算出的，電動機的速度是根據(jù)該速度指令值而控制的，也能獲得相同的效果。
接著，在下面用圖8至圖12解釋本發(fā)明第二實施例。與第一實施例絕大部分相同的本實施例是一種也能在正常速度范圍內(nèi)實現(xiàn)換流相位控制的方法。為此，電動機控制器的內(nèi)部結(jié)構與圖2中的相同。差異在于是速度控制信號計算器64的速度控制信號其中之一的換流相位指令隨每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)一直在變化。
也就是說，如圖8所示，速度控制信號計算器64包括三個信號發(fā)生器一直流電壓指令部641，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路62，一通流率指令部642，它將通流率指令輸出給逆變器控制電路61，一換流相位指令部643，它輸出一換流相位指令；一開關部644，它開關這三個信號發(fā)生器；和一附加的最佳換流相位控制部645，它即使在PWM控制和PAM控制下也能將換流相位改變?yōu)橐蛔罴阎?，和一開關部646。
接著，下面解釋速度控制信號計算器64的工作原理。圖9表示速度控制方法中每個速度控制信號的移動，其中水平軸表示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)?；竟ぷ鬟^程與第一實施例中的相同。在第一實施例中，雖然換流相位是在直流電壓達到最大極限值后改變的，在本實施例中，換流相位也在PWM控制和PAM控制下改變的。在此解釋說明中，正常速度范圍內(nèi)的換流相位改變被稱之為最佳換流相位控制以將它與高速運行過程中的換流相位控制相區(qū)分。
如圖9所示，通流率指令和直流電壓指令與第一實施例中的相同，只有換流相位指令在從低速范圍到高速范圍的整個運行過程中產(chǎn)生變化。從電動機起動時間到直流電壓指令值達到最大極限值時間的整個運行過程中發(fā)出的換流相位指令被計算出以便電動機效率能夠達到最大極限值。
圖10表示使用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)作為參數(shù)的電動機效率對換流相位指令的試驗結(jié)果。在電動機用于該試驗的情況下，如果換流相位超前大約15度電角度，其在低速運行過程中的效率就會達到最佳，如果能夠提供更大角度的超前，效率還能夠在高速范圍內(nèi)得到進一步提高。
為了提高電動機的效率，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和換流相位之間的相關公式應該事先計算出，如圖10所示，并用于執(zhí)行速度控制信號計算器64的最佳換流相位控制部645的最佳換流相位控制中。
圖11和圖12分別表示在速度控制信號計算器中執(zhí)行速度控制過程的流程圖。圖12是圖11所示的最佳換流相位控制過程的內(nèi)部執(zhí)行的流程圖。
圖12表示兩種類型的過程(a)和(b)。如果相對電動機換流相位的效率特性不受負載轉(zhuǎn)矩影響太多，它就能僅根據(jù)圖(a)所示的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)計算出換流相位指令。對于相對換流相位的效率特性隨負載轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大變化的電動機來說，或者對于電動機特性是非常重要的系統(tǒng)來說，它就必須根據(jù)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和估算出負載轉(zhuǎn)矩的值計算出換流相位指令。類型(b)是根據(jù)直流電流量的流程圖。
在圖12(a)和圖12(b)中，它必須事先測量出相對換流相位的效率特性，并根據(jù)該測量結(jié)果準備一計算公式或數(shù)據(jù)表。
圖11所示的速度控制過程幾乎與圖5中的一樣，相同的步驟序號表示相同的過程。因此，下面僅解釋步驟(530)和(532)的執(zhí)行過程。
步驟(530)判斷運行是否是在第一實施例中描述的換流相位控制下。如果運行是在換流相位控制下，就不能實現(xiàn)最佳換流相位控制，但是執(zhí)行過程繼續(xù)進行到步驟(506)。如果運行沒有在換流相位控制下，執(zhí)行過程就進行到步驟(532)。步驟(532)是圖12所示的過程。
如果準備使用需要改變換流相位的兩種不同控制方法，最佳換流相位控制和換流相位控制，它就必須在最佳換流相位控制范圍和換流相位控制范圍的轉(zhuǎn)換中平滑地改變換流相位指令。
例如，由最佳換流相位控制轉(zhuǎn)換為換流相位控制時，換流相位控制的換流相位指令的初始值就設定為最佳換流相位控制的終值。
否則，就必須想出一個辦法，例如，預先設定最佳換流相位控制的換流相位指令的終值，將該終值用作換流相位控制的初始值。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，電動機的效率通過PWM/PAM控制和獨立的相位控制的結(jié)合而得到提高。也就是說，在使用電動機控制裝置或電動機控制方法中，其中電動機速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，能控制電動機使其通過換流相位控制裝置改變電動機線圈的換向定時和以穩(wěn)定運行狀態(tài)下效率達到最大極限值及在高速運行狀態(tài)下每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)達到最大極限值的方式控制電動機從而在較寬的工作范圍內(nèi)能夠非常有效地運行。該效率通過控制整個速度范圍內(nèi)的相位能得到特別地提高。
因此，將與最佳換流相位控制有關的第二實施例用于壓縮機驅(qū)動單元的電動機控制中時，電動機在穩(wěn)定速度范圍內(nèi)的效率就會提高。此外，因為換流相位被控制在一最佳值上，就能避免電動機由于同步過程中的失步而停止運行。將控制裝置用于逆變器空調(diào)機中時，它就能提供一種極大地提高其致冷和致熱容量，同時又可節(jié)能的空調(diào)機。對于本實施例來說，每年的電能耗費比第一實施例的還要降低很多。此外，由于能夠自動搜索最佳換流相位，就能提供低成本的上述空調(diào)機。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的高速運行。即，通過控制相位而不增加直流電壓超過330V，就能實現(xiàn)較高速度的控制。因此，將本發(fā)明的第二實施例用于空調(diào)機或致冷機中時，就能提高瞬變運行狀態(tài)如起動過程或負載突變過程中的容量。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，由于所設計的電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)能被降低，低速運行的效率就能被提高。即，由于只要每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)設定為常數(shù)也能實現(xiàn)高速范圍的控制，電動機的設計點就能被降低。由于此原因，就能提高低速范圍的效率。此外，將PWM/PAM控制加到運行過程中，就能實現(xiàn)更高效的運行。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，能夠利用低成本的逆變器模塊。也就是說，由于最大直流電壓能低至330V左右，一標準的逆變器模塊就能使用，所以就能提供低成本的單元。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中，就能降低每個單元的成本。
下面，用圖13至圖17解釋本發(fā)明的第三實施例。
圖13表示圖1中用于第三實施例的電動機控制器6的內(nèi)部結(jié)構。在該附圖中，流入逆變器電路3的直流電流量輸入給第二實施例中所描述的速度控制信號計算器64。
也就是說，如圖14所示，速度控制信號計算器64包括一直流電壓指令部641，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路62，一通流率指令部642，它將通流率指令輸出給逆變器控制電路61，和一附加的最佳換流相位控制部647，它即使在PWM控制和PAM控制下也能將換流相位改變?yōu)樽罴阎担鸵婚_關部646。
本實施例是第二實施例中所描述的用最佳換流相位控制部645的最佳換流相位控制的一種改進方法，其中運行是自動地與最佳換流相位值一致而被控制，不必事先測量電動機的最佳換流相位值。
接著，下面用圖15解釋用于控制自動地與最佳換流相位值一致的運行的控制方法的原理。圖15表示電動機使用逆變器驅(qū)動同時每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和負載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)的情況下直流電流對換流相位的特性圖。如圖所示，它表示通過改變換流相位求出最小直流電流的特性曲線。換句話說，直流電流達到最小極限值的換流相位是電動機效率達到最大極限值的最佳換流相位。
本實施例是一種通過改變換流相位來搜索直流電流達到最小極限值位置的方法。該方法僅在每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和負載轉(zhuǎn)矩位于一定的變化范圍內(nèi)的穩(wěn)定狀態(tài)運行中有效。
下面，用圖15解釋搜索直流電流最小極限值的工作原理，它也是本實施例的特有特征。首先，假定在每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和負載轉(zhuǎn)矩保持穩(wěn)定的條件下，換流相位位于相位A。搜索工作開始時，相位以預設相位A的增加量/減小量X滯后，位于相位C。改變換流相位，實現(xiàn)速度控制，然后將改變換流相位前的直流電流與改變后的直流電流相比較，這是步驟(1)。由于直流電流與相位A的相比已增加，相位以增加量/減小量X超前相位C，并位于相位A，這是步驟(2)。然后，和步驟(1)一樣，將改變換流相位前的直流電流與改變后的直流電流相比較。由于直流電流與相位C的相比已減小，此時，相位又以增加量/減小量X超前相位A，并位于相位B，這是步驟(3)。
換流相位改變?yōu)橄辔籅時，將改變換流相位前的直流電流與改變后的直流電流相比較。由于直流電流已增加，相位以增加量/減小量X滯后相位B，這是步驟(4)。
通過重復上述步驟，換流相位被控制在近似位于直流電壓達到最小極限值的那個點。
圖16表示第三實施例的速度控制計算的流程圖，其中上述算法用于速度計算中。和圖11中相同的步驟序號表示相同的過程。下面的解釋包括新增加的執(zhí)行過程。在高速運行中不使用換流相位控制方法的基礎上給出圖16速度控制計算過程的描述。
步驟(702)判斷步驟(504)中計算出的速度偏差是否落在預設的范圍內(nèi)。即，它判斷電動機在速度和負載轉(zhuǎn)矩是穩(wěn)定的情況下是否處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
如果電動機沒有處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)下，執(zhí)行過程就進行到步驟(704)，增加量/減小量X初設化為一正值；然后，在下面的步驟(706)中，先前的直流電流值被清零。
如果電動機處于穩(wěn)定運行狀態(tài)下，執(zhí)行過程進行到步驟(708)，接著到步驟(710)，其中檢測目前相位的直流電流，并作為當前值存儲在存儲器中。
步驟(712)判斷直流電壓的先前值是否存儲在存儲器中。如果先前值沒有存儲在存儲器中，執(zhí)行過程就進行到步驟(718)，當前值就作為先前值存儲在存儲器中。如果先前值存儲在存儲器中，在步驟(714)中將先前值與當前值相比較以判斷直流電流是否已增加。如果直流電流已增加，執(zhí)行過程就進行到步驟(716)，此時，增加量/減小量X的符號已反向，然后進行到步驟(718)。如果直流電流沒有增加，執(zhí)行過程就直接進行到步驟(718)。
在步驟(718)中，和先前值一樣將當前值存儲在存儲器中，在步驟(720)中計算改變的換流相位指令。在此步驟中，由于作為直流電流增加或減小的結(jié)果，增加量/減小量X的符號已改變，增加量/減小量就被簡單地加到當前的相位指令值中。計算出的換流相位指令被立即輸出。
因為換流相位指令被改變，電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)就根據(jù)換流相位而改變。在步驟(722)和步驟(724)中，與上述步驟(502)和(504)一樣，計算速度，求出速度偏差。然后，過程繼續(xù)進行，在是正常速度控制過程的步驟(506)之后，電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)就達到穩(wěn)定。因此，就實現(xiàn)了速度控制。
通過循環(huán)地重復上述過程，就能實現(xiàn)換流相位改變控制。
上述實施例是用直流電流作解釋的，但是使用其它值而不是直流電流，例如與電動機輸出成正比例變化的輸入功率，也能獲得同樣的效果。特別是，如果使用輸入功率，考慮到壓縮機驅(qū)動單元的總效率，它不僅能夠能使電動機效率達到最佳，而且還能使換流相位達到最佳。圖17是使用輸入電流搜索最佳換流相位的解釋示圖。由于其工作原理與圖15中的相同，這里就不作更多的解釋了。
將控制裝置用于逆變器空調(diào)機中時，它就能提供一種極大地提高其致冷和致熱容量，同時又可節(jié)能的空調(diào)機。特別是，由于能夠自動搜索最佳換流相位，就能提供低成本的上述空調(diào)機。
接著，下面用圖18至20簡單地解釋本發(fā)明的第四實施例。而本實施例與上述第三實施例相同，是一種搜索最佳換流相位值的方法，它無需使用第三實施例中使用的直流電流等，但為此而僅使用每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
圖18表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的速度控制信號計算器64的結(jié)構。
速度控制信號計算器64包括三個信號發(fā)生器一直流電壓指令部641，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路62，一通流率指令部642，它將通流率指令輸出給逆變器控制電路61，一換流相位指令部643，它輸出一換流相位指令；一開關部644，它開關這三個信號發(fā)生器；和一附加的最佳換流相位控制部645，它即使在PWM控制和PAM控制下也能將換流相位改變?yōu)橐蛔罴阎担鸵婚_關部646。
圖19表示第四實施例的速度控制計算的流程圖。圖20表示實際搜索最佳相位的換流相位改變控制部的流程圖。
本實施例的描述與第一實施例相同是根據(jù)包括高速運行過程中換流相位控制的方法而作出的。
由于圖19所示的速度控制計算的流程圖與前面的相同，這里就不作更多的解釋了。下面用圖19僅對表示換流相位改變控制部的圖19中步驟(534)的執(zhí)行過程作解釋。
在圖20中，步驟(A)判斷運行是否是在高速范圍內(nèi)的換流相位控制下。如果它是在換流相位控制下，下面所解釋的該換流相位改變控制將不會執(zhí)行。
如果運行不在換流相位控制下，執(zhí)行過程進行到步驟(B)，換流相位指令被強迫滯后一增加量/減小量“a”。在此步驟中，輸出換流相位指令。然后，在步驟(C)中，將圖19步驟(502)中計算出的速度與圖20步驟(C)中計算出的速度相比較，并判斷電動機速度是否已增加。
如果電動機速度已增加，執(zhí)行過程就進行到步驟(H)，這里在步驟(B)中改變的換流相位指令已存儲在存儲器中。在此情況下，換流相位指令保持存儲在存儲器中的值。
如果電動機速度沒有增加，執(zhí)行過程就進行到步驟(D)，這里換流相位指令被重新設定為換流相位改變控制前的初始值。然后，執(zhí)行過程就進行到步驟(E)，與步驟(B)相反，換流相位指令被強迫超前一增加量/減小量“a”。在此步驟，輸出換流相位指令。
在步驟(F)中，將圖19步驟(502)中計算出的速度再次與步驟(F)中計算出的速度相比較，并判斷電動機速度是否已增加。
如果電動機速度已增加，執(zhí)行過程就進行到步驟(G)，這里在步驟(E)中改變的換流相位指令已存儲在存儲器中。在此情況下，換流相位指令保持存儲在存儲器中的值。
如果電動機速度沒有增加，執(zhí)行過程就進行到步驟(Ⅰ)，這里換流相位指令被重新設定為換流相位改變控制前的初始值。
通過重復上述每個速度控制循環(huán)中的過程，就能自動地獲得最佳換流相位。
上述換流相位改變控制是一種以這樣的理論為基礎的，即如果換流相位達到最佳，換句話說，如果電動機效率通過改變換流相位而提高，電動機產(chǎn)生的能量就非常大，因此電動機的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)就增加了。
由于這樣，任何其它值，包括直流電壓和通流率在換流相位改變控制過程中都不會改變。為此，如圖19所示在執(zhí)行速度控制之前執(zhí)行該過程。
如上所解釋，將第三或第四實施例用于壓縮機驅(qū)動單元中時，無論電動機用于何處，總是能夠?qū)崿F(xiàn)有效的運行。該單元用于空調(diào)機中時，單個程序適用于所有不同模型的產(chǎn)品。因此，由于開發(fā)期縮短了，產(chǎn)品成本降低了，就能提供高效和低成本的空調(diào)機。
接著，下面用圖21解釋本發(fā)明的第五實施例。該實施例涉及第一實施例中解釋的高速運行狀態(tài)下?lián)Q流相位控制的另一種方法。
第一實施例是一種直流電壓已達到最大極限值后，如圖3所示通過改變換流相位而控制電動機速度的方法，而本實施例是一種直流電壓達到最大極限值后，換流相位大大地超前一段時間，通過PAM控制電動機速度的方法。
雖然圖21表示終值好象是通過兩個改變步驟而獲得的，但是更穩(wěn)定的速度控制是通過更多的改變步驟實現(xiàn)的。然而，對于簡單的單元來說，它能夠通過單個步驟獲得終值。這里省略了速度控制計算的具體流程圖。
在上述的第五實施例中，能夠獲得與第一實施例同樣的效果。特別是，如果換流相位的改變是通過較多步驟實現(xiàn)時，所產(chǎn)生的效果幾乎與第一實施例中的完全一樣。此外，在第一實施例中，因為換流相位超前接近于終值，除非換流相位的增加量/減小量發(fā)生變化，否則速度變化就非常大，這是因為速度變化不與換流相位的增加量/減小量成比例。然而，在第五實施例中，由于每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)是通過直流電壓控制進行控制的，速度變化就被限制了。
換句話說，第一實施例中的方法可能是一種有效的控制方法，如果加上這樣的控制，即換流相位的增加量/減小量不設定為固定值，而是依據(jù)相位的絕對值或速度變化范圍而改變。
雖然上述第一至第五實施例根據(jù)設置有圖1所示的壓縮機驅(qū)動單元的結(jié)構已作出解釋，即使它們使用一種電路結(jié)構，即如圖22所示增加用于控制變換器電路2的專用變換器控制電路10作為外部電路，也沒有偏離本發(fā)明的目的。最近，這類電路已集成到提高功率因數(shù)的專用控制電路中，所以圖22的電路結(jié)構更具實際性。
根據(jù)本發(fā)明，電動機的效率通過PWM/PAM控制和獨立的相位控制的結(jié)合而得到提高。也就是說，在使用電動機控制裝置或電動機控制方法中，其中電動機速度通過PWM控制和PAM控制之間的轉(zhuǎn)換進行控制，控制電動機使其通過換流相位控制器改變電動機線圈的換流定時和以穩(wěn)定運行狀態(tài)下效率達到最大極限值及在高速運行狀態(tài)下每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)達到最大極限值的方式控制電動機從而在較寬的工作范圍內(nèi)能夠非常有效地運行。
通過控制整個速度范圍內(nèi)的相位，效率能夠得到顯著地提高。在高速范圍內(nèi)既可以通過變換相位又可以通過改變直流電壓來實現(xiàn)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的控制，只要變換是根據(jù)更好地提高效率而確定的，就能實現(xiàn)一直有效的運行。此外，通過連續(xù)地搜索最大運行效率的最佳相位也可以獲得與上述同樣的效果。
因此，將本發(fā)明用于逆變器空調(diào)機中，它能夠提供一種廣泛地提高其致冷和致熱容量，同時又節(jié)能的空調(diào)機。此外，由于能自動搜索最佳換流相位，因此就能提供低成本的上述空調(diào)機。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的高速運行。即，通過控制相位而不增加直流電壓超過330V，就能實現(xiàn)較高速度的控制。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中時，就能提高瞬變運行狀態(tài)如起動過程或負載突變過程中的容量。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于所設計的電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)能被降低，低速運行的效率就能被提高。由于只要每分鐘最大轉(zhuǎn)數(shù)設定為常數(shù)也能實現(xiàn)高速范圍的控制，電動機的設計點就能被降低。由于此原因，就能提高低速范圍的效率。此外，將PWM/PAM控制加到運行過程中，就能實現(xiàn)高效的運行。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中時，能夠提高穩(wěn)定狀態(tài)工作范圍內(nèi)的效率，以此每年能夠極大地節(jié)省能源，顯著地降低電能耗費。
此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠利用低成本的逆變器模塊。也就是說，由于最大直流電壓能低至330V左右，就能使用一標準的逆變器模塊，所以就能提供低成本的單元。因此，將本發(fā)明用于空調(diào)機或致冷機中，就能降低每個單元的成本。
權利要求
1．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；其中電動機控制器，包括一變換器控制電路和一逆變器控制電路，它通過改變變換器控制電路的直流電壓指令或逆變器控制電路的通流率指令值控制電動機的速度；所述電動機控制器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時，并根據(jù)電動機的速度和負載改變電動機線圈的換流相位。
2．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；其中電動機控制器，包括一變換器控制電路和一逆變器控制電路，它通過改變變換器控制電路的直流電壓指令或逆變器控制電路的通流率指令值控制電動機的速度；所述電動機控制器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時，所述換流相位控制器檢測如與電動機控制裝置的效率相關的輸入功率或直流電流量這樣的值，并改變換流相位以便電動機控制裝置的效率能達到最大極限值。
3．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，還通過一斬波電路升高或降低直流電壓的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；所述電動機控制器，包括一速度計算器，它根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)計算電動機的速度，一變換器控制電路，它通過控制斬波電路的開關操作控制直流電壓，一逆變器控制電路，它通過控制逆變器電路的開關操作驅(qū)動電動機，和一速度控制信號計算器，它將直流電壓指令和通流率指令輸出給變換器控制電路和逆變器控制電路以使速度和速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?；其中在電動機負載較低時，通過保持變換器控制電路的直流電壓指令為恒量，但改變逆變器控制電路的通流率指令值，和通過保持逆變器控制電路的通流率指令值為恒量，但改變變換器控制電路的直流電壓指令，從而控制電動機的速度；所述速度控制信號計算器，包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時，并根據(jù)電動機速度和負載改變電動機線圈的換流相位。
4．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，還通過一斬波電路升高或降低直流電壓的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；所述電動機控制器，包括一速度計算器，它根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)計算電動機的速度，一變換器控制電路，它通過控制斬波電路的擺動操作控制直流電壓，一逆變器控制電路，它控制逆變器電路的開關操作和驅(qū)動電動機，和一速度控制信號計算器，它將直流電壓指令和通流率指令輸出給變換器控制電路和逆變器控制電路以使速度和速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?；其中在電動機負載較低時，通過保持變換器控制電路的直流電壓指令為恒量，但改變逆變器控制電路的通流率指令值，和通過保持逆變器控制電路的通流率指令值為恒量，但改變變換器控制電路的直流電壓指令，從而控制電動機的速度；所述速度控制信號計算器，包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時；所述換流相位控制器檢測與電動機控制裝置效率有關的值，如輸入功率或直流電流量，并改變換流相位以使電動機控制裝置的效率能夠達到最大極限值。
5．如權利要求3或4所述的一種電動機控制裝置，其特征在于直流電壓或直流電壓指令值達到特定的最大極限值時，速度控制信號計算器根據(jù)電動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)通過改變換流相位控制電動機的速度。
6．如權利要求3或4所述的一種電動機控制裝置，其特征在于每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)指令值達到特定的最大極限值時，速度控制信號計算器通過保持直流電壓指令和通流率指令值為恒量但通過使用換流相位控制器控制電動機的速度。
7．如權利要求3或4所述的一種電動機控制裝置，其特征在于電動機的直流電壓或每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)超過特定值時，速度控制信號計算器保持直流電壓指令和通流率指令值為恒量，在換流相位控制器中，將換流相位改變?yōu)閷诿糠昼娹D(zhuǎn)數(shù)的特定值。
8．如權利要求3或4所述的一種電動機控制裝置，其特征在于直流電壓或直流電壓指令值達到特定的最大極限值，和電動機還需要加速時，速度控制信號計算器通過換流相位控制來控制電動機的速度，以及換流相位值達到指定值，和電動機還需要減速時，通過直流電壓控制來控制電動機的速度。
9．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的平滑電路，一包括斬波電路的變換器電路，該斬波電路利用開關裝置的轉(zhuǎn)換操作和電感的聚能效應增加或降低直流電壓，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機，和一控制電動機速度的電動機控制器；所述電動機控制器包括一位置檢測器，它檢測電動機的轉(zhuǎn)子位置，并輸出一位置數(shù)據(jù)，一速度計算器，它根據(jù)位置檢測電路的位置數(shù)據(jù)計算電動機的速度，一變換器控制電路，它通過控制斬波電路的開關操作控制直流電壓，一逆變器控制電路，它通過控制逆變器電路的開關操作驅(qū)動電動機，和一速度控制信號計算器，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路以使速度和速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?；其中通過改變直流電壓指令進行控制電動機的速度；所述速度控制信號計算器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定并在控制直流電壓控制電動機速度達到最大極限值時通過改變換流相位控制電動機的速度。
10．一種電動機控制裝置，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的平滑電路，一包括斬波電路的變換器電路，該斬波電路利用開關裝置的轉(zhuǎn)換操作和電感的聚能效應增加或降低直流電壓，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機，和一控制電動機速度的電動機控制器；所述電動機控制器包括一位置檢測器，它檢測電動機的轉(zhuǎn)子位置，并輸出一位置數(shù)據(jù)，一速度計算器，它根據(jù)位置檢測電路的位置數(shù)據(jù)計算電動機的速度，一變換器控制電路，它通過控制斬波電路的開關操作控制直流電壓，一逆變器控制電路，它通過控制逆變器電路的轉(zhuǎn)換操作驅(qū)動電動機，和一速度控制信號計算器，它將直流電壓指令輸出給變換器控制電路以使速度和速度指令值之間的偏差變?yōu)榱?；其中通過改變直流電壓指令進行控制電動機的速度；所述速度控制信號計算器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時，并通過改變直流電壓和改變換流相位控制電動機的速度。
11．一種使用權利要求1至10中任一所述的電動機控制裝置作為組成致熱循環(huán)的壓縮機驅(qū)動單元的空調(diào)機；其中電動機速度指令值是根據(jù)設定的室溫和實際室溫之間存在的溫差計算出的，電動機速度就根據(jù)該速度指令值控制。
12．一種使用權利要求1至10中任一所述的電動機控制裝置作為組成致冷循環(huán)的壓縮機驅(qū)動單元的致冷機；其中電動機速度指令值是根據(jù)設定的腔溫和實際腔溫之間存在的溫差計算出的，電動機速度就根據(jù)該速度指令值控制。
13．一種電動機的控制方法，包括一將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源的變換器電路，一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路，一與逆變器電路相連接的電動機和一控制電動機速度的電動機控制器；其中電動機控制器，包括一變換器控制電路和一逆變器控制電路，它通過改變變換器控制電路的直流電壓指令或逆變器控制電路的通流率指令控制電動機的速度；所述電動機控制器包括一換流相位控制器，它改變電動機線圈的換流定時，并根據(jù)電動機的速度和負載改變電動機線圈的換流相位。
14．如權利要求13所述的一種電動機的控制方法，其特征在于所述方法，在改變換流相位時，搜索直流電流達到最小極限值的點，并根據(jù)搜索結(jié)果控制電動機線圈的換流相位以使其處在接近于直流電流達到最小極限值的點。
15．如權利要求13所述的一種電動機的控制方法，其特征在于所述方法，在改變換流相位時，判斷電動機速度是否已增加或降低，并在電動機速度增加時改變控制的換流相位值。
全文摘要
一種電動機驅(qū)動裝置,它能夠轉(zhuǎn)換PWM控制和PAM控制操作以控制電動機增加速度而達到最大轉(zhuǎn)速,并在穩(wěn)定狀態(tài)下以最大效率驅(qū)動電動機。該裝置包括一變換器電路,一與變換器電路輸出端相連接的逆變器電路,一與逆變器電路相連接的電動機和一將直流電壓指令和通流率指令提供給變換器控制電路和逆變器控制電路的速度控制信號處理器。電動機負載較輕時,變換器控制電路的直流電壓指令保持不變,改變逆變器控制電路的通流率指令。電動機負載較重時,逆變器控制電路的通流率指令保持不變,改變變換器控制電路的直流電壓指令。電動機控制器包括換流相位控制器,用于改變電動機繞組的換流定時以能控制電動機增加速度而達到最大轉(zhuǎn)速,并在穩(wěn)定狀態(tài)下以最大效率驅(qū)動電動機。
文檔編號H02P6/08GK1320297SQ9981150
公開日2001年10月31日 申請日期1999年7月29日 優(yōu)先權日1998年8月31日
發(fā)明者能登原保夫, 川端幸雄, 田原和雄, 石井誠, 高倉雄八, 篠崎弘 申請人:株式會社日立制作所