專利名稱：Pwm逆變器控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對電動機等進行可變速驅動和系統(tǒng)聯(lián)動的PWM逆變器的降噪。
背景技術：
圖13是以往的PWM逆變器的結構圖。在圖13中，1是控制器，2是降噪PWM生成電路，4是電流檢測電路，5是直流電源，11是平滑電容器，101～106是開關元件，201～206是續(xù)流二極管。
在以上結構中，向控制器1輸入指令并從電流檢測電路4輸入輸出電流的檢測值?？刂破?根據這些輸入，使用降噪PWM生成電路2生成專門降噪的PWM開關圖形，并輸出使開關元件接通/斷開的指令。
此處，對專門降噪的PWM開關圖形進行說明，如果使用空間矢量圖表示圖13所示的電路輸出的3相2電平PWM脈沖，則如圖2所示；圖3所示的圖形表示一般的PWM脈沖圖形。圖2的空間矢量圖上的符號、a、b、Op、On矢量與圖3所示的各相的開關圖形對應，H表示上側開關元件接通的狀態(tài)，L表示下側開關元件接通的狀態(tài)。
PWM逆變器通常輸出圖3所示的圖形，還輸出用降噪PWM生成電路2對脈沖圖形進行了重組的圖4所示的降噪圖形。該降噪圖形與通常的圖3的圖形的時間平均相等，生成將脈沖分割并使之集中或分散后的圖4所示的脈沖圖形，以分散噪聲，實現(xiàn)降噪。
然而，在上述以往的技術中，通常的PWM方式，由于哪一相都均等地進行開關動作，因而噪聲的產生頻率集中，產生刺耳的噪聲。然而，當由于降噪對策而使脈沖圖形變復雜時，開關次數(shù)大幅度上升，開關元件的開關損耗上升，發(fā)熱增大。這在使逆變器安全運轉方面是大問題，存在影響開關元件的壽命的問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供PWM逆變器控制方法，該PWM逆變器控制方法在可自由設定各相的開關動作的PWM控制方法中，可使它們的噪聲峰值分散，并通過給開關次數(shù)設定下限值、上限值并把開關損耗抑制為小于等于設定值，可兼顧降噪對策和節(jié)能兩個方面。
為了達到上述目的，發(fā)明1所述的發(fā)明是一種PWM逆變器控制方法，該控制方法是2電平PWM控制方式的PWM逆變器控制方法，其采用以下結構使用大于等于2組的多組由2個開關串聯(lián)連接而成的電路，其中，該開關由開關元件和反并聯(lián)連接的整流元件組成；具有使前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作按組自由變化的功能，其特征在于，對前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作進行如下限制在逆變器的運轉頻率低的情況下，設定開關次數(shù)和定時，使得由開關動作引起的噪聲的頻率分量不集中，并輸出任意電壓，此時，對開關次數(shù)設定下限，使得開關次數(shù)不過度減少，另一方面，在逆變器的運轉頻率上升的情況下，使前述開關次數(shù)和定時的設定值與運轉頻率一起以恒定比率上升，但設定開關次數(shù)的上限，使得開關次數(shù)不上升到大于等于某個設定值。
該PWM逆變器控制方法中，在可自由地設定各相的開關動作的2電平PWM逆變器控制方法中，由于使噪聲峰值分散，并對開關次數(shù)設定上限、下限值進行限制，因而，可降低刺耳的噪聲并抑制開關損耗。
并且，發(fā)明2所述的發(fā)明是一種PWM逆變器控制方法，該控制方法是多電平PWM控制方式的PWM逆變器控制方法，其采用以下結構使用大于等于2組的多個由4個或更多的偶數(shù)個開關串聯(lián)連接而成的電路，其中，該開關由開關元件和反并聯(lián)連接的整流元件組成；具有使前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作按組自由變化的功能；并作為輸出電平輸出大于等于3電平的PWM脈沖，其特征在于，對前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作進行如下限制在逆變器的運轉頻率低的情況下，設定開關次數(shù)和定時，使得由開關動作引起的噪聲的頻率分量不集中，并輸出任意電壓，此時，對開關次數(shù)設定下限，使得開關次數(shù)不過度減少，另一方面，在逆變器的運轉頻率上升的情況下，使前述開關次數(shù)和定時的設定值與運轉頻率一起以恒定比率上升，但對開關次數(shù)設定上限，使得開關次數(shù)不上升到大于等于某個設定值。
該PWM逆變器控制方法中，在3電平PWM逆變器控制方法中，由于使噪聲峰值分散，并對開關次數(shù)設定上限、下限值進行限制，因而可降低刺耳的噪聲并抑制開關損耗。
并且，發(fā)明3所述的發(fā)明是在發(fā)明1或2所述的PWM逆變器控制方法中，其特征在于，對前述開關次數(shù)的上限值進行設定，使得從開關元件產生的開關損耗的時間平均小于等于某個設定值。
該PWM逆變器控制方法中，由于對開關次數(shù)限制的上限值進行設定，使得開關損耗的時間平均小于等于設定值，因而可把開關損耗作為控制量，決定和控制開關次數(shù)的上限值。
并且，發(fā)明4所述的發(fā)明是在發(fā)明1或2所述的PWM逆變器控制方法中，其特征在于，對前述開關次數(shù)的上限值進行設定，使得PWM逆變器的發(fā)熱小于等于某個設定值。
該PWM逆變器控制方法中，由于對開關次數(shù)限制的上限值進行設定，使得逆變器的發(fā)熱小于等于設定值，因而可把發(fā)熱量作為控制量，決定和控制開關次數(shù)的上限值。
并且，發(fā)明5所述的發(fā)明是在發(fā)明1～4中任意一項所述的PWM逆變器控制方法中，其特征在于，為使設定的開關次數(shù)的頻率分量不等于與輸出側連接的電動機的諧振頻率，跳過該頻率。
該PWM逆變器控制方法，可實現(xiàn)降噪，通過開關次數(shù)限制，可抑制開關損耗，并通過跳過電動機的諧振頻帶的頻率，可抑制控制系統(tǒng)的振動，可降低機械聲的產生。


圖1是示出根據本發(fā)明的第1實施方式的PWM逆變器控制方法的電路例的圖。
圖2是示出圖1所示的逆變器的空間矢量的圖。
圖3是示出圖1所示的逆變器的通常的開關圖形的圖。
圖4是示出圖3所示的圖形的降噪后的開關圖形的圖。
圖5是示出圖1所示的逆變器的進行了降噪和開關次數(shù)限制的開關圖形的圖。
圖6是示出表示圖5所示的開關次數(shù)限制的曲線圖的圖。
圖7是示出圖6所示的曲線圖的跳過的頻帶的圖。
圖8是示出根據本發(fā)明的第2實施方式的PWM逆變器控制方法的電路例的圖。
圖9是示出圖8所示的逆變器的空間矢量的圖。
圖10是示出圖8所示的逆變器的通常的開關圖形的圖。
圖11是示出圖10所示的圖形的降噪后的開關圖形的圖。
圖12是示出圖8所示的逆變器的進行了降噪和開關次數(shù)限制的開關圖形的圖。
圖13是示出以往的PWM逆變器裝置的電路例的圖。
另外，關于圖中的符號，1是控制器，2是降噪PWM生成電路，3是開關次數(shù)限制電路，4是電流檢測電路，5是直流電源，11是平滑電容器，12、13是分壓電容器，101～118是開關元件，201～218是續(xù)流二極管，301～306是箝位二極管。
具體實施例方式
以下，參照圖對本發(fā)明的第1實施方式進行說明。
圖1是示出根據第1實施方式的PWM逆變器控制方法的電路例的圖。
圖2是示出圖1所示的逆變器的空間矢量的圖。
圖3是示出圖1所示的逆變器的通常的開關圖形的圖。
圖4是示出圖3所示的圖形的降噪后的開關圖形的圖。
圖5是示出圖1所示的逆變器的進行了降噪和開關次數(shù)限制的開關圖形的圖。
圖6是示出表示圖5所示的開關次數(shù)限制的曲線圖的圖。
圖7是示出圖6所示的曲線圖的跳過的頻帶的圖。
在圖1中，1是控制器，2是降噪PWM生成電路，3是開關次數(shù)限制電路，4是電流檢測電路，5是直流電源，11是平滑電容器，101～106是開關元件，201～206是續(xù)流二極管。
下面，對動作進行說明。
在圖1所示的3相2電平PWM逆變器中，當從控制器1輸入指令時，按照該指令值并根據圖2所示的空間矢量，生成圖3所示的PWM脈沖圖形。圖2的空間矢量符號a、b、Op、On與圖3所示的各相U、V、W的開關圖形對應，H表示上側開關元件101、103、105接通的狀態(tài)，L表示下側開關元件102、104、106接通的狀態(tài)。另外，開關元件“101，102”相當于U相，“103，104”相當于V相，“105，106”相當于W相。
然后，該PWM脈沖圖形被變更為由降噪PWM生成電路2降噪后的PWM開關圖形。也就是說，在圖3的情況下，由于U、V、W相全都均等地進行開關動作，因而噪聲輸出集中在特定的頻率，而在圖4的降噪圖形中，在被輸出的電壓的平均值與圖3保持相同的同時，將圖形進行分割重組，進行頻率調整，使得不輸出特定(刺耳的聲音頻帶內的頻率等)的頻率。以U相為例進行說明，圖3的U相的均等脈沖雖然在圖4的U相中被重組成脈沖寬度不同的倍數(shù)脈沖，但總電壓的平均值相同，通過僅重組頻率，將其向高頻率方向偏移調整，使其處于聲音頻帶外。這樣，使刺耳的聲音頻帶內等的噪聲分散和降低。
然后，這樣降噪后的開關圖形輸入到開關次數(shù)限制電路3，判斷是否滿足所設定的開關次數(shù)。在開關次數(shù)限制電路3中，施加限制，使得開關次數(shù)不會達到大于等于為抑制由開關損耗引起的發(fā)熱而設定的開關次數(shù)。該限制可以在設計PWM逆變器時，根據開關元件(IGBT等)的特性來設定，也可以根據實際使用條件下的發(fā)熱量等通過實測進行設定，而不設定成特定的固定值。
在PWM逆變器中，在運轉頻率上升的同時，開關次數(shù)也上升，然而當根據開關次數(shù)限制電路3的判斷，開關次數(shù)超過設定值時，如圖6所示，次數(shù)限制功能起作用，限制進一步的開關。
具體地說，當開關次數(shù)超過設定值時，在降噪PWM生成電路2中，為了使時間平均的開關次數(shù)恒定不變，按載波周期單位等使PWM圖形的分割數(shù)減少、或者變更分散的方法進行調整使開關次數(shù)降低。
例如，圖5是進行了開關次數(shù)限制的降噪圖形，T1期間與圖4所示的脈沖圖形相同，而在周期從T1變化到T2，運轉頻率上升的情況下，受到開關次數(shù)的限制，使脈沖減少。這種情況下的每個控制期間的開關次數(shù)為T1期間是11次，與圖4相同，而T2期間減少成7次。但是，在整體的時間平均方面，開關次數(shù)大致均等化，開關損耗的時間平均保持為小于等于設定值，抑制了開關元件的發(fā)熱。
并且，由于開關次數(shù)過少也使輸出電流產生大的脈動而出現(xiàn)問題，因而，如圖6所示，用開關次數(shù)限制電路3設定開關次數(shù)的下限值(這也根據特性值等進行設定)，并設定限制，使得開關次數(shù)不小于等于該下限值。
并且，如圖7所示，為了使作為負載連接的電動機的諧振頻率和輸出的PWM脈沖圖形的開關次數(shù)不一致，作為開關次數(shù)限制電路3的處理，對開關次數(shù)進行跳躍處理。
這樣，通過使開關次數(shù)跳躍以便不輸出諧振頻率，可以抑制振動并抑制機械聲的產生，并且可實現(xiàn)穩(wěn)定的降噪。
然后，參照圖對本發(fā)明的第2實施方式進行說明。
圖8是示出根據第2實施方式的PWM逆變器控制方法的電路例的圖。
圖9是示出圖8所示的逆變器的空間矢量的圖。
圖10是示出圖8所示的逆變器的通常的開關圖形的圖。
圖11是示出圖10所示的圖形的降噪后的開關圖形的圖。
圖12是示出圖8所示的逆變器的進行了降噪和開關次數(shù)限制的開關圖形的圖。
圖8是應用于3相3電平逆變器的例子，1是控制器，2是降噪PWM生成電路，3是開關次數(shù)限制電路，4是電流檢測電路，5是直流電源，12、13是平滑電容器，107～118是開關元件(開關元件107～110相當于U相，111～114相當于V相，115～118相當于W相)，201～206是續(xù)流二極管，301～306是中間電平輸出用箝位二極管。
以下對動作進行說明。
在使用圖8所示的3電平NPC逆變器的情況下，如果使用空間矢量圖表示可輸出的PWM脈沖，則如圖9所示；使用該逆變器的一般的脈沖圖形如圖10所示。空間矢量的各符號、a、b、ap、an、bp、bn、Op、On、Oo與圖10所示的各相的開關圖形對應，H、O、L中的H表示上側開關元件接通的狀態(tài)，O表示輸出電容器分壓后的中性點電壓的正中的2個開關元件接通的狀態(tài)，L表示下側開關元件接通的狀態(tài)。
通常，輸出圖10所示的均等圖形，但由降噪PWM生成電路2，變更為圖11所示的降噪后的PWM開關圖形。該降噪后的PWM圖形中，電壓的時間平均與圖10所示的通常均等圖形相等，將脈沖分割并使之集中或分散，生成圖1所示的降噪圖形，以使噪聲分散化，實現(xiàn)降噪。
然后，與前面的實施方式相同，使用開關次數(shù)限制電路3設定圖6所示的次數(shù)限制，使得開關次數(shù)不大于等于為抑制由開關損耗引起的發(fā)熱而設定的開關次數(shù)，根據圖11所示的降噪圖形，生成圖12所示的開關次數(shù)限制圖形。在圖12的例中，T1期間的次數(shù)與圖11相同，而在運轉頻率上升、開關次數(shù)限制起作用的T2期間，使開關次數(shù)減少，減少了脈沖的分割數(shù)。
因此，即使運轉頻率進一步上升，通過使PWM圖形的分割數(shù)減少，或者變更分散的方法，可原樣保持按時間平均的開關次數(shù)，防止開關損耗的上升，可安全地實現(xiàn)降噪。
另外，在第2實施方式中，也可以進行圖7所示的跳躍處理。
上面，參照特定的實施方式，對本發(fā)明進行了詳細說明，但對本領域技術人員而言，顯然可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下施加各種變更和修正。
本申請基于2002年6月12日申請的日本專利申請(特願2002-171395)，并將其內容引用至此作為參考。
如以上說明的那樣，根據本發(fā)明，具有以下效果在可自由設定各相的開關動作的PWM逆變器控制方法中，為使它們的噪聲峰值分散，將各相的開關圖形進行重組，實現(xiàn)降噪，并且，通過對開關次數(shù)設定下限值、上限值并抑制開關損耗使其小于等于設定值，可兼顧降噪和節(jié)能兩個方面。
權利要求
1.一種PWM逆變器控制方法，是2電平PWM控制方式的PWM逆變器控制方法，其采用以下結構使用大于等于2組的多組由2個開關串聯(lián)連接而成的電路，其中，該開關由開關元件和反并聯(lián)連接的整流元件組成；具有使前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作按組自由變化的功能，其特征在于，對前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作進行如下限制在逆變器的運轉頻率低的情況下，設定開關次數(shù)和定時，使得由開關動作引起的噪聲的頻率分量不集中，并輸出任意電壓，此時，對開關次數(shù)設定下限，使得開關次數(shù)不過度減少，另一方面，在逆變器的運轉頻率上升的情況下，使前述開關次數(shù)和定時的設定值與運轉頻率一起以恒定比率上升，但設定開關次數(shù)的上限，使得開關次數(shù)不上升到大于等于某個設定值。
2.一種PWM逆變器控制方法，是多電平PWM控制方式的PWM逆變器控制方法，其采用以下結構使用大于等于2組的多個由4個或更多的偶數(shù)個開關串聯(lián)連接而成的電路，其中，該開關由開關元件和反并聯(lián)連接的整流元件組成；具有使前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作按組自由變化的功能；并作為輸出電平輸出大于等于3電平的PWM脈沖，其特征在于，對前述串聯(lián)連接的開關元件的開關動作進行如下限制在逆變器的運轉頻率低的情況下，設定開關次數(shù)和定時，使得由開關動作引起的噪聲的頻率分量不集中，并輸出任意電壓，此時，對開關次數(shù)設定下限，使得開關次數(shù)不過度減少，另一方面，在逆變器的運轉頻率上升的情況下，使前述開關次數(shù)和定時的設定值與運轉頻率一起以恒定比率上升，但對開關次數(shù)設定上限，使得開關次數(shù)不上升到大于等于某個設定值。
3.根據權利要求1或2所述的PWM逆變器控制方法，其特征在于，在PWM逆變器控制方法中，對前述開關次數(shù)的上限值進行設定，使得由開關元件產生的開關損耗的時間平均小于等于某個設定值。
4.根據權利要求1或2所述的PWM逆變器控制方法，其特征在于，在PWM逆變器控制方法中，對前述開關次數(shù)的上限值進行設定，使得PWM逆變器的發(fā)熱小于等于某個設定值。
5.根據權利要求1～4中任意一項所述的PWM逆變器控制方法，其特征在于，在PWM逆變器控制方法中，為了使設定的開關次數(shù)的頻率分量不等于與輸出側連接的電動機的諧振頻率，跳過該頻率。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種可通過降噪和開關次數(shù)限制來兼顧降噪和節(jié)能兩方面的PWM逆變器控制方法。本發(fā)明在2電平PWM逆變器的控制方法中，對串聯(lián)連接的開關元件的開關動作進行如下限制在逆變器的運轉頻率低的情況下，設定開關次數(shù)和定時，使得由開關動作引起的噪聲頻率分量不集中，并輸出任意電壓，此時，對開關次數(shù)設定下限，使得開關次數(shù)不過度減少，另一方面，在逆變器的運轉頻率上升的情況下，使開關次數(shù)和定時的設定值與運轉頻率一起以恒定比率上升，設定開關次數(shù)的上限，使得開關次數(shù)不上升到大于等于某個設定值。
文檔編號H02M7/5387GK1659775SQ0381354
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月26日 優(yōu)先權日2002年6月12日
發(fā)明者田中善之, 山中克利, 渡邊英司 申請人:株式會社安川電機