專利名稱：用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置及使用該裝置的空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用小容量電抗器及小容量電容器的、用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置以及使用該裝置的空調(diào)器。
背景技術(shù)：
在一般使用在通用變頻器等中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中，常見的有圖18中所示的采用V/F控制方式的變頻器控制裝置(具體可參照“變頻器驅(qū)動(dòng)參考手冊(cè)”第661～711頁(yè)，變頻器驅(qū)動(dòng)手冊(cè)編委員會(huì)編，1995年初版，日本日刊工業(yè)新聞社發(fā)行)。
圖18中的主電路由直流電源裝置183、變頻器3和感應(yīng)電機(jī)4構(gòu)成，直流電源裝置183由交流電源1、整流電路2、為變頻器3的直流電壓源儲(chǔ)存電能的平滑電容器182、和用于改善交流電源1的功率因數(shù)的電抗器181構(gòu)成。
另一方面，控制電路由以下電路構(gòu)成根據(jù)從外部送入的感應(yīng)電機(jī)4的速度指令ω*確定加到感應(yīng)電機(jī)4上的電機(jī)電壓值的V/F特性控制裝置7；根據(jù)由V/F特性控制裝置7確定的電機(jī)電壓值形成感應(yīng)電機(jī)4的電機(jī)電壓指令值的電機(jī)電壓指令形成裝置8、和根據(jù)由電機(jī)電壓形成裝置8形成的電機(jī)電壓指令值生成變頻器3的脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制控制裝置12。
另外，圖19中示出了V/F特性控制裝置7的一個(gè)一般性例子。
如圖19中所示，加到感應(yīng)電機(jī)4上的電機(jī)電壓值可以根據(jù)速度指令ω*唯一地確定。一般來(lái)說(shuō)，速度指令ω*和電機(jī)電壓值以表中的值的形式存貯在微電腦等運(yùn)算裝置的存貯器中，對(duì)于表中的值以外的速度指令ω*則通過(guò)表中的值進(jìn)行線性插補(bǔ)來(lái)導(dǎo)出電機(jī)電壓值。
圖20上示出了交流電源1為220V(交流電源頻率為50Hz)、變頻器3的輸入為1.5kw、平滑電容器182為1500μF、用于改善功率因數(shù)的電抗器181為5mH及20mH的場(chǎng)合下，交流電源電流的高次諧波成分與交流電源頻率的次數(shù)(倍數(shù))之間的關(guān)系。圖20中同時(shí)還示出了IEC(國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議)制定的基準(zhǔn)值，從圖中可以看出，在用于改善功率因數(shù)的電抗器181為5mH的場(chǎng)合下，特別是第3高次諧波成分超出了IEC基準(zhǔn)數(shù)值；而在20mH的場(chǎng)合下，40次以內(nèi)的高次諧波成分都達(dá)到了IEC基準(zhǔn)。
因此，為了在特別是高負(fù)載時(shí)也能達(dá)到IEC基準(zhǔn)，必須采取進(jìn)一步加大用于改善功率因數(shù)的電抗器181的電感值等措施，但這樣會(huì)產(chǎn)生造成變頻器控制裝置的體積變大、重量增加并且引起制造成本上升等問(wèn)題。
因此，為了抑制用于改善功率因數(shù)的電抗器181的電感值的增加，降低電源中的高次諧波成分，提高功率因數(shù)，有人提出了如圖21中所示的直流電源裝置(具體可參照日本專利特開平9-266674號(hào)公報(bào))。
在圖21中，交流電源1的交流電源電壓被加到由二極管D1～D4構(gòu)成的全波整流電路的交流輸入端子上，其輸出通過(guò)電抗器Lin向中間電容器C進(jìn)行充電，該中間電容器C的電荷對(duì)平滑電容器CD進(jìn)行放電，從而向負(fù)載電阻RL中供給直流電壓。其中，在連接電抗器Lin的負(fù)載側(cè)和中間電容器C的正負(fù)直流電流通道中連接有一個(gè)晶體管Q1，這一晶體管Q1由基極驅(qū)動(dòng)電路G1加以驅(qū)動(dòng)。
另外，基極驅(qū)動(dòng)電路G1中進(jìn)一步設(shè)有施加脈沖電壓的脈沖發(fā)生電路I1、I2和模擬電阻Rdm。脈沖發(fā)生電路I1，I2中分別設(shè)有用來(lái)檢測(cè)交流電源電壓的過(guò)零點(diǎn)的電路、和在從檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)起到交流電源電壓的瞬時(shí)值與中間電容器C的兩端電壓相等為止在模擬電阻Rdm中加上脈沖電流的脈沖電流電路。
這里，脈沖發(fā)生電路I1用來(lái)在交流電源電壓的半個(gè)周期中的前半段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓，脈沖發(fā)生I2用來(lái)在交流電源電壓的半個(gè)周期內(nèi)的后半段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓。
另外，圖21中還連結(jié)有一個(gè)逆流防止二極管D5，其作用是在使晶體管Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)、在電抗器Lin中強(qiáng)制地流過(guò)電流的場(chǎng)合下，使中間電容器C中的電荷不致于通過(guò)晶體管Q1進(jìn)行放電。并且，在平滑電容器CD中的電荷對(duì)中間電容器C進(jìn)行放電的通路上，還串聯(lián)連結(jié)著逆流防止二極管D6和用于提高平滑效果的電抗器Ldc。
采用上述的電路結(jié)構(gòu)后，通過(guò)在交流電源電壓的瞬時(shí)值不超過(guò)中間電容器C的兩端電壓的部分或全部位相區(qū)間內(nèi)使晶體管Q1進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，既可以抑制裝置的大型化，還可以降低高次諧波成分，提高功率因數(shù)化。
但是，在上述的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，依然設(shè)置有容量很大的平滑電容器CD和電抗器Lin(在上面的對(duì)比文獻(xiàn) “變頻器驅(qū)動(dòng)參考手冊(cè)”記載有1500μF、6.2mH時(shí)的模擬結(jié)果)，此外還設(shè)有中間電容器C、晶體管Q1、基極驅(qū)動(dòng)電路G1、脈沖發(fā)生電路I1，I2、模擬電阻Rdm、逆流防止用二二極管D5、D6和提高平滑效果的電抗器Ldc，故存在著裝置體積龐大、部件數(shù)量多而制造成本高的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，其目的在于通過(guò)降低電機(jī)電流的變化量，提供一種使更加小型、重量輕、制造成本更低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置以及使用這種控制裝置的空調(diào)器。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明中包括以交流電源為輸入的整流電路、將直流電源功率變換成交流電源功率的變頻器、和電機(jī)，所述整流電路包括二極管橋式電路、和連接在所述二極管橋式電路的交流輸入側(cè)或者直流輸出側(cè)的容量極小的電抗器，在所述變頻器的直流母線之間，設(shè)有用來(lái)吸收所述電機(jī)的感生能量的容量極小的電容器；還包括在從外部送入的所述電機(jī)的速度指令值重疊上周期地發(fā)生變化的速度成分，從而形成所述電機(jī)的速度指令補(bǔ)正值的速度指令值補(bǔ)正裝置；根據(jù)所述速度指令補(bǔ)正值來(lái)形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令值的電機(jī)電壓指令形成裝置；檢測(cè)所述變頻器的直流電壓值的PN電壓檢測(cè)裝置；用于導(dǎo)出預(yù)先設(shè)定的所述變頻器的直流電壓基準(zhǔn)值和從所述PN電壓檢測(cè)裝置得到的所述變頻器的直流電壓檢測(cè)值之間的比例的PN電壓補(bǔ)正裝置；和通過(guò)將從所述電機(jī)電壓指令形成裝置得到的所述電機(jī)電壓指令值和所述PN電壓補(bǔ)正裝置的輸出值即PN電壓補(bǔ)正系數(shù)相乘，對(duì)所述電機(jī)電壓指令值進(jìn)行電壓補(bǔ)正，從而形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置。
采用上述構(gòu)成后，可以使用小容量電抗器及小容量電容器實(shí)現(xiàn)一種小型、重量輕、制造成本低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置。即使在變頻器直流電壓大幅地變化而使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變得困難或不可能的場(chǎng)合下，通過(guò)PN電壓補(bǔ)正裝置可以使加到電機(jī)上的電壓基本保持穩(wěn)定，維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；另外，通過(guò)使用速度指令補(bǔ)正裝置使電機(jī)的速度指令值發(fā)生周期的變化，可以改變電機(jī)電流的變化周期，降低電機(jī)電流的變化量，減少損耗及元件的電流容量，從而可以實(shí)現(xiàn)一種更加小型、重量輕、制造成本更低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置。
本發(fā)明產(chǎn)生的技術(shù)效果為，通過(guò)降低電機(jī)電流的變化量，可以提供一種更加小型、重量輕、制造成本更低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置及使用這種控制裝置的空調(diào)器。
本發(fā)明的第1方案包括以交流電源為輸入的整流電路、將直流電源功率變換成交流電源功率的變頻器、和電機(jī)，所述整流電路包括二極管橋式電路、和連接在所述二極管橋式電路的交流輸入側(cè)或者直流輸出側(cè)的容量極小的電抗器，在所述變頻器的直流母線之間，設(shè)有用來(lái)吸收所述電機(jī)的感生能量的容量極小的電容器；還包括在從外部送入的所述電機(jī)的速度指令值重疊上周期地發(fā)生變化的速度成分，從而形成所述電機(jī)的速度指令補(bǔ)正值的速度指令值補(bǔ)正裝置；根據(jù)所述速度指令補(bǔ)正值來(lái)形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令值的電機(jī)電壓指令形成裝置；檢測(cè)所述變頻器的直流電壓值的PN電壓檢測(cè)裝置；用于導(dǎo)出預(yù)先設(shè)定的所述變頻器的直流電壓基準(zhǔn)值和從所述PN電壓檢測(cè)裝置得到的所述變頻器的直流電壓檢測(cè)值之間的比例的PN電壓補(bǔ)正裝置；和通過(guò)將從所述電機(jī)電壓指令形成裝置得到的所述電機(jī)電壓指令值和所述PN電壓補(bǔ)正裝置的輸出值即PN電壓補(bǔ)正系數(shù)相乘，對(duì)所述電機(jī)電壓指令值進(jìn)行電壓補(bǔ)正，從而形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置。
采用上述構(gòu)成后，可以使用小容量電抗器及小容量電容器實(shí)現(xiàn)一種小型、重量輕、制造成本低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置。即使在變頻器直流電壓大幅地變化而使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變得困難或不可能的場(chǎng)合下，通過(guò)PN電壓補(bǔ)正裝置可以使加到電機(jī)上的電壓基本保持穩(wěn)定，維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；另外，通過(guò)使用速度指令補(bǔ)正裝置使電機(jī)的速度指令值發(fā)生周期的變化，可以改變電機(jī)電流的變化周期，降低電機(jī)電流的變化量，減少損耗及元件的電流容量，從而可以實(shí)現(xiàn)一種更加小型、重量輕、制造成本更低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置。
第2方案具體為，第1方案中的速度指令補(bǔ)正裝置根據(jù)電機(jī)的速度指令值來(lái)確定速度指令補(bǔ)正值的變化幅度。
采用上述的方案后，通過(guò)改變電機(jī)電流的變化周期來(lái)降低電機(jī)電流的變化量，降低損耗及元件的電流容量，從而可望使用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置更加小型、重量更輕、制造成本化也更低。另外，由于變化幅度相對(duì)于電機(jī)的速度指令值的比例在所有的工作范圍內(nèi)都一樣，因此，在負(fù)載力矩與速度指令值成比例地增加的場(chǎng)合下，在所有的工作范圍內(nèi)都可以有效地改變電機(jī)電流的變化周期，使電機(jī)電流的變化量降低。
第3方案具體為，第2方案中的速度指令補(bǔ)正值的變化幅至少具有預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
采用這一方案后，由于特別是在高速、輕負(fù)載時(shí)可以抑制電機(jī)的速度指令值的過(guò)分變化，因此可以在高速、輕負(fù)載時(shí)防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
第4方案具體為，第1方案的速度指令補(bǔ)正裝置根據(jù)電機(jī)的速度指令值來(lái)確定速度指令補(bǔ)正值的變化周期。
采用這一方案后，通過(guò)改變電機(jī)電流的變化周期來(lái)降低電機(jī)電流的變化量，降低損耗及元件的電流容量，從而可望使用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置更加小型、重量更輕、制造成本化也更低。另外，由于變化幅度相對(duì)于電機(jī)的速度指令值的比例在所有的工作范圍內(nèi)都一樣，因此，在負(fù)載力矩與速度指令值成比例地增加的場(chǎng)合下，在所有的工作范圍內(nèi)都可以有效地改變電機(jī)電流的變化周期，使電機(jī)電流的變化量降低。
第5方案具體為，第4方案的速度指令補(bǔ)正值的變化周期具有至少預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
采用這一方案后，由于特別是在高速時(shí)可以抑制電機(jī)的速度指令值的過(guò)分變化，因此可以在高速、輕負(fù)載時(shí)防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
第6方案具體為，第1方案的速度指令補(bǔ)正值具有至少預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
采用這一方案后，由于可以抑制電機(jī)的速度指令值的過(guò)分變化，因此可以在高速、輕負(fù)載時(shí)防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。另外，由于速度指令值的變化方法可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值的大小自由地改變，因此可以求出更有效地降低電機(jī)電流的變化量的變化方法，從而可望進(jìn)一步降低損耗及元件的電流容量。
第7方案具體為，第1方案的速度指令補(bǔ)正裝置具有預(yù)先設(shè)定的速度指令值設(shè)定值，只有在所述速度指令值比所述速度指令值的設(shè)定值大的場(chǎng)合下才形成所述的速度指令補(bǔ)正值；在所述速度指令值在所述速度指令值的設(shè)定值以下的場(chǎng)合下，以所述速度指令值為速度指令補(bǔ)正值。
采用這一方案后，通過(guò)只在電機(jī)的速度指令值比預(yù)先設(shè)定的速度指令值的設(shè)定值大的場(chǎng)合下使電機(jī)的速度指令值周期地變化，能夠有效地降低電機(jī)電流的變化量，并且還可以減少微電腦等運(yùn)算裝置中的運(yùn)算量及需要的存貯器空間，可望使運(yùn)算裝置的制造成本降低。
第8方案具體為，第1方案的速度指令補(bǔ)正裝置只是在速度指令值一定的場(chǎng)合下才形成速度指令補(bǔ)正值；在所述速度指令值不為一定的場(chǎng)合下，則與所述速度指令值作為所述速度指令補(bǔ)正值。
采用這一方案后，通過(guò)在電機(jī)處于加速或減速等過(guò)渡狀態(tài)中使電機(jī)的速度指令值不發(fā)生周期性變化，可以防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
第9方案具體為，第7方案的速度指令補(bǔ)正裝置中設(shè)有在速度指令補(bǔ)正值的切換前后具備滯后作用的速度指令補(bǔ)正切換裝置。
采用這一方案后，可望提高速度指令補(bǔ)正值發(fā)生切換時(shí)的控制穩(wěn)定性及可靠性，從而抑制速度指令值發(fā)生急劇變化時(shí)的不穩(wěn)定。
第10方案具體為，第1方案的PN電壓補(bǔ)正裝置通過(guò)用直流電壓基準(zhǔn)值對(duì)直流電壓檢測(cè)值進(jìn)行除法運(yùn)算，導(dǎo)出PN電壓補(bǔ)正系數(shù)；在所述直流電壓檢測(cè)為零以下的場(chǎng)合下，將預(yù)先設(shè)定的PN電壓補(bǔ)正系數(shù)的最大值設(shè)定為所述PN電壓補(bǔ)正系數(shù)。
采用這一方案后，即使在變頻器直流電壓大幅度變化、變成零以下的場(chǎng)合下，也能維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。
第11方案具體為，第1方案的PN電壓補(bǔ)正裝置中的PN電壓補(bǔ)正系數(shù)至少具有預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
采用這一方案后，即使在變頻器直流電壓大幅度變化的場(chǎng)合下，也能維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；并且通過(guò)預(yù)先設(shè)定上限值或下限值可以抑制交流電源電流的變化，提高交流電源的功率因數(shù)，抑制交流電源電流中高次諧波成分。
第12方案具體為，在第1方案的變頻器工作頻率為交流電源頻率的偶數(shù)倍的共振頻率和與所述共振頻率為中心的、在其前后具有預(yù)先設(shè)定的頻率幅度的頻率范圍內(nèi)，避免將所述變頻器的工作頻率固定在恒定值上。
采用這一方案后，通過(guò)避免變頻器頻率和交流電源頻率的共振現(xiàn)象，可以防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
第13方案具體為，第1方案中所述小容量電抗器及所述小容量電容器的組合被確定為，使小容量電抗器和小容量電容器的共振頻率大于交流電源頻率的40倍。
采用這一方案后，可以抑制交流電源電流中的高次諧波成分，達(dá)到IEC基準(zhǔn)。
第14方案具體為，第1方案中的小容量電容器的容量被確定為，使變頻器停止之際會(huì)上升的直流電壓值的最大值小于元件的耐壓。
采用這一方案后，通過(guò)將小容量電容器的容量設(shè)置成使變頻器直流電壓的最大值小于各驅(qū)動(dòng)元件的耐壓，可以防止周邊電路被破壞。
第15方案具體為，第1方案中的變頻器的載波頻率被確定為，使預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值得到滿足。
采用這一方案后，可以滿足預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值，通過(guò)設(shè)定最低限度的載波頻率，可以將變頻器損耗抑制到最小限度。


圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施例中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第1實(shí)施例的特性圖，圖3為本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第2實(shí)施例的特性圖，圖4為本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第3實(shí)施例的特性圖，圖5為本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第4實(shí)施例的特性圖，圖6中示出了本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置中進(jìn)行的速度指令補(bǔ)正值的切換情況的特性圖，圖7為本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正切換裝置的第1實(shí)施例的特性圖，圖8為本發(fā)明中的PN電壓補(bǔ)正裝置的第1實(shí)施例的特性圖，圖9為本發(fā)明中的PN電壓補(bǔ)正裝置的第2實(shí)施例的特性圖，圖10為本發(fā)明中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的第1操作結(jié)果特性圖，圖11為本發(fā)明中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的第2操作結(jié)果特性圖，圖12為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第3操作結(jié)果特性圖，圖13為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第4操作結(jié)果特性圖，圖14為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第5操作結(jié)果特性圖，圖15為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第6操作結(jié)果特性圖，圖16為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第7操作結(jié)果特性圖，圖17為本發(fā)明中的變頻器控制裝置的第8操作結(jié)果特性圖，圖18為現(xiàn)有的變頻器控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖，圖19中示出了一例現(xiàn)有的V/F特性控制裝置的特性圖，圖20示出了現(xiàn)有的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中的交流電源電流的高次諧波成分與交流電源頻率的次數(shù)(倍數(shù))之間的關(guān)系特性圖，圖21為現(xiàn)有直流電源裝置的方框圖。
附圖中，1為交流電源，2為整流電路，3為變頻器，4為電機(jī)，5為小容量電抗器，6為小容量電容器，7為V/F特性控制裝置，8為電機(jī)電壓指令形成裝置，9為PN電壓檢測(cè)裝置，10為PN電壓補(bǔ)正裝置，11為電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置，12為脈寬調(diào)制控制裝置，13為速度指令補(bǔ)正裝置。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例。另外，需要指出的是，下面的實(shí)施例中雖然描述的是用于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)的變頻器控制裝置，但實(shí)際上本發(fā)明不但適用于用于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)的變頻器控制裝置，而且適用所有的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中。
(實(shí)施例1)圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施例中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖1中的主電路包括交流電源1；將交流電源變換成直流電源的二極管橋式電路2；小容量電抗器5；小容量電容器6；將直流電源功率變換成交流電源功率的變頻器3；和由變頻器3變換出來(lái)的交流電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的感應(yīng)電機(jī)4。
另一方面，控制電路包括通過(guò)在從外部送入的感應(yīng)電機(jī)4的速度指令ω*上重疊上周期性地發(fā)生變化的速度成分，形成感應(yīng)電機(jī)4的速度指令補(bǔ)正值的速度指令補(bǔ)正裝置13；根據(jù)從速度指令補(bǔ)正裝置13得到的速度指令補(bǔ)正值，確定加到感應(yīng)電機(jī)4上的電機(jī)電壓值的V/F特性控制裝置7；根據(jù)由V/F特性控制裝置7確定的電機(jī)電壓值來(lái)形成感應(yīng)電機(jī)4的電機(jī)電壓指令值的電機(jī)電壓形成裝置8；用于檢測(cè)變頻器3的直流電壓值的PN電壓檢測(cè)裝置9；用來(lái)導(dǎo)出預(yù)先設(shè)定的變頻器3的直流電壓基準(zhǔn)值和從PN電壓檢測(cè)裝置9得到的變頻器3的直流電壓檢測(cè)值之間的比例的PN電壓補(bǔ)正裝置10；通過(guò)將從電機(jī)電壓指令形成裝置8得到的電機(jī)電壓指令值與PN電壓補(bǔ)正裝置10的輸出值亦即PN電壓補(bǔ)正系數(shù)互相相乘對(duì)電機(jī)電壓指令值進(jìn)行電壓補(bǔ)正，從而形成感應(yīng)電機(jī)4的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置11；和根據(jù)由電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置11形成的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值生成變頻器3的脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制控制裝置12。
另外，對(duì)于V/F特性控制裝置7，已經(jīng)在上面的背景技術(shù)中進(jìn)行了說(shuō)明(亦即與圖18中的采用V/F控制方式的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置相同)，故在此就不再進(jìn)行描述。
下面描述具體的控制方法。
圖2中示出了本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置13的第1實(shí)施例的工作特性圖。其中，對(duì)于速度指令值ω*(＝2πf0)，通過(guò)下面的計(jì)算公式(1)疊加上周期性變化的速度成分的變化幅度來(lái)形成速度指令補(bǔ)正值ωh*，其中變化頻率(變化周期的倒數(shù))用fα表示，初始值用β0來(lái)表示，公式(1)ωh*＝ω*+2πΔf·sin(2πfαt+β0) ..(1)另外，通過(guò)將變化幅度Δf、變化頻率fα、初期值β0設(shè)定為預(yù)先模擬、實(shí)驗(yàn)等中導(dǎo)出的數(shù)值，可以使降低電機(jī)電流的變化量的效果達(dá)到最大。
另外，在電機(jī)電壓指令形成裝置8中通過(guò)下面的計(jì)算公式(2)來(lái)形成運(yùn)算電機(jī)電壓指令值vu*、vv*，和vw*。
公式(2) 這里，Vmh為由V/F特性控制裝置7根據(jù)速度指令補(bǔ)正值ωh*確定的電機(jī)電壓值，變頻器3的通電位相角θ1h是通過(guò)下面的計(jì)算公式(3)對(duì)速度指令補(bǔ)正值ωh*進(jìn)行時(shí)間積分而導(dǎo)出的，因此，電機(jī)電壓值Vmh及通電位相角θ1h兩者都會(huì)發(fā)生周期性變化。
另外，電機(jī)電壓指令值vu*、vv*和vw*沒(méi)有必要非得通過(guò)計(jì)算公式(2)導(dǎo)出(亦即沒(méi)有必要使電機(jī)電壓值Vmh及通電位相角θ1h兩者都發(fā)生周期性變化)，只讓通電位相角θ1h一方發(fā)生周期性變化也是可以的。在這種場(chǎng)合下，可以使用V/F特性控制裝置7根據(jù)速度指令值ω*確定的電機(jī)電壓值Vm來(lái)代替電機(jī)電壓值Vmh，進(jìn)行電機(jī)電壓指令值vu*，vv*，vw*的推導(dǎo)。
公式(3)θ1h＝∫ωh*dt..................(3)另外，圖8中示出了本發(fā)明中的PN電壓補(bǔ)正裝置10的第1實(shí)施例的工作特性示意圖，其中，根據(jù)在PN電壓補(bǔ)正裝置10中預(yù)先設(shè)定的變頻器3的直流電壓基準(zhǔn)值Vpn0和從PN電壓檢測(cè)裝置9得到的變頻器3的直流電壓檢測(cè)值vpn使用計(jì)算公式(4)來(lái)導(dǎo)出PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn。
公式(4)kpn=Vpn0vpn+δ0......(4)]]>這里，由于本發(fā)明中使用的是小容量電容器，直流電壓檢測(cè)值vpn有可能為零。為了防止除數(shù)為零，故需要設(shè)定一個(gè)微小項(xiàng)δ0。
另外，如果在公式(4)中不設(shè)微小項(xiàng)δ0的話，也可以在直流電壓檢測(cè)值vpn為零以下的場(chǎng)合將PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn設(shè)定在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的PN電壓補(bǔ)正系數(shù)的最大值上，這樣也可以防止除數(shù)為零。
也就是說(shuō)，PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn也可以通過(guò)下面的公式(5)來(lái)導(dǎo)出。
公式(5) 這里，kpn-max是預(yù)先設(shè)定被PN電壓補(bǔ)正系數(shù)的最大值。
另外，在電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置11中，使用電機(jī)電壓指令值vu*、vv*、vw*和PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn通過(guò)下面的公式(6)來(lái)導(dǎo)出電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值vuh*，vvh*，vwh*。
公式(6) 通過(guò)以上的控制，可以通過(guò)使用小容量電抗器及小容量電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)小型、重量輕、制造成本低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，即使在變頻器直流電壓發(fā)生大幅變化、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)變得很困難或者不可能的場(chǎng)合下，也可以通過(guò)PN電壓補(bǔ)正裝置來(lái)使加到電機(jī)上的電壓保持基本一定，從而維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。此外，通過(guò)由速度指令補(bǔ)正裝置使電機(jī)的速度指令值發(fā)生周期地變化從而使電機(jī)的電機(jī)施加電壓發(fā)生周期的變化，改變電機(jī)電流的變化周期，可以降低電機(jī)電流的變化量，降低損耗，并降低元件的電流容量，使變頻器控制裝置變得更加小型、重量輕，制造成本也能進(jìn)一步降低。
另外，本發(fā)明不限于使用在上述的實(shí)施例中那樣的采用V/F控制方式的變頻器控制裝置中，同樣也可以使用在眾所周知的采用矢量控制的變頻器控制裝置中。
另外，在空調(diào)器中的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等那樣不可使用脈沖發(fā)生器等速度傳感器的場(chǎng)合下以及在進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)等那樣的設(shè)置有速度傳感器的場(chǎng)合下，本發(fā)明也都可以適用。
(實(shí)施例2)以下描述與本發(fā)明的速度指令補(bǔ)正裝置的其它實(shí)施例相關(guān)的具體方法。
本發(fā)明的速度指令補(bǔ)正裝置的第2實(shí)施例的工作特性示意圖如圖3中所示。在圖3中，速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf及變化頻率fα被設(shè)置成與速度指令值成正比。
另外，也沒(méi)有必要非得使速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf和變化頻率fα這兩者都與速度指令值成正比，根據(jù)工作狀況不同，也可以只讓其中的一個(gè)與速度指令值成正比。
本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的工作結(jié)果如圖11中所示。另外，作為比較，圖10為不使速度指令值發(fā)生周期性變化的場(chǎng)合下的操作結(jié)果，圖11為使用了圖3中的速度指令補(bǔ)正裝置(使速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf及變化頻率fα這兩者都與速度指令值成正比)的場(chǎng)合下的操作結(jié)果。相對(duì)于圖10而言，圖11的電機(jī)電流中的變化周期發(fā)生改變，而且變化量也被降低。
此時(shí)的各種操作條件為，交流電源為220V(交流電源頻率50Hz)，小容量電抗器的電感值為0.5mH，小容量電容器的容量為10μF，變頻器工作頻率為98Hz，變頻器載波頻率是5kHz。
采用以上的方案的話，可以通過(guò)改變電機(jī)電流的變化周期來(lái)降低電機(jī)電流的變化量、損耗降低及降低元件的電流容量，從而使變頻器控制裝置更加小型、重量輕、制造成本也能進(jìn)一步降低。
特別是，在使速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf與速度指令值成正比的場(chǎng)合下，由于變化幅度對(duì)于電機(jī)速度指令值的比例在整個(gè)工作范圍能達(dá)到一致，因此在負(fù)載力矩與速度指令值呈正比例地增加的場(chǎng)合下，在任何工作領(lǐng)域中都可以有效地改變電機(jī)電流的變化周期，降低電機(jī)電流的變化量。
另外，在使速度指令值的變化頻率fα與速度指令值成比例變化的場(chǎng)合下，由于變化周期的比率相對(duì)于電機(jī)的速度指令值在整個(gè)工作領(lǐng)域內(nèi)達(dá)到一致，特別是在高速區(qū)域中可以進(jìn)一步有效地改變電機(jī)電流的變化周期，使電機(jī)電流的變化量能夠降低。
本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第3實(shí)施例的工作特性示意圖如圖4中所示。圖4對(duì)圖3中的速度指令補(bǔ)正裝置設(shè)置了限制(上限值)，在速度指令值達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的速度f(wàn)R以上的高速區(qū)域中時(shí)，速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf及變化頻率fα將保持一定。
另外，也可以不光對(duì)上限值設(shè)置相置，而是根據(jù)工作狀況對(duì)下限值也一并設(shè)置限制(當(dāng)然，只對(duì)下限值設(shè)置限制也是可以的)。
另外，也沒(méi)有必要對(duì)于速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf和變化頻率fα兩者都在速度指令值上設(shè)置上限，根據(jù)工作狀況不同，只對(duì)其中的一個(gè)設(shè)置限制也是可以的。
在上面所述的對(duì)速度指令補(bǔ)正值的變化幅度Δf設(shè)置限制的場(chǎng)合下，在特別是高速、負(fù)載較輕時(shí)可以抑制電機(jī)的速度指令值發(fā)生過(guò)度的變化，因此，在高速、輕負(fù)載時(shí)可以防止電機(jī)的操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
此外，在對(duì)速度指令值的變化頻率fα設(shè)置有限制的場(chǎng)合下，由于特別是在高速區(qū)域中可以抑制電機(jī)的速度指令值發(fā)生過(guò)度的變化，因此，可以防止電機(jī)在高速區(qū)域中操作不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
圖5中示出了本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置的第4實(shí)施例中的工作特性示意圖。圖5中，對(duì)圖2中的速度指令補(bǔ)正裝置設(shè)定了預(yù)定的上限值及下限值。另外，圖2中使速度指令值呈正弦波形發(fā)生變化，與此相對(duì)，圖5中由于設(shè)置了上限值及下限值，速度指令值的變化波形呈梯形。
另外，也可以不對(duì)速度指令補(bǔ)正值同時(shí)設(shè)置上限值及下限值，根據(jù)工作狀況不同，也可以只設(shè)置其中的一個(gè)。
采用上述的結(jié)構(gòu)的話，由于可以抑制電機(jī)的速度指令值產(chǎn)生過(guò)度的變化，因此，可以防止電機(jī)的操作出現(xiàn)不穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。此外，由于速度指令值的變化方法也可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值的大小自由地發(fā)生改變，因此可以實(shí)現(xiàn)能夠更加有效地降低電機(jī)電流的變化量的變化方法，可望進(jìn)一步降低損耗及降低元件的電流容量。
(實(shí)施例3)下面描述本發(fā)明的速度指令補(bǔ)正裝置中的速度指令補(bǔ)正值的具體切換方法。
在速度指令補(bǔ)正裝置中，速度指令值ω*具有預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值ωch，只是當(dāng)速度指令值ω*大于設(shè)定值ωch的場(chǎng)合下才形成速度指令補(bǔ)正值ωh*；在速度指令值ω*處于設(shè)定值ωch以下時(shí)，以速度指令值ω*作為速度指令補(bǔ)正值ωh*。
也就是說(shuō)，速度指令補(bǔ)正值ωh*可以用下面的公式(7)來(lái)表示。
公式(7) 采用上面的方案后，通過(guò)只是在電機(jī)的速度指令值大于預(yù)先設(shè)定的速度指令值的設(shè)定值的場(chǎng)合下，才使電機(jī)的速度指令值周期地發(fā)生變化，這樣可以更有效地降低電機(jī)電流的變化量，并且還可以減少微電腦等運(yùn)算裝置中的運(yùn)算量及減少存貯器的存貯空間，故運(yùn)算裝置的制造成本也可望實(shí)現(xiàn)降低。
另外，速度指令補(bǔ)正裝置只是在速度指令值為一定的場(chǎng)合下才形成速度指令補(bǔ)正值ωh*，在速度指令值ω*不為一定的場(chǎng)合下則將速度指令值ω*作為速度指令補(bǔ)正值ωh*。本發(fā)明中的速度指令補(bǔ)正裝置中進(jìn)行的速度指令補(bǔ)正值切換情況如圖6中所示。在圖6中，速度指令值ω*使電機(jī)從零加速到ω1，在經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間后，從ω1減速到ω2，再經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間后，從ω2減速到零。
這里，在電機(jī)進(jìn)行加速或減速的場(chǎng)合下(即速度指令值ω*不為一定值的場(chǎng)合下)，就以速度指令值ω*作為速度指令補(bǔ)正值ωh*。
這樣，在電機(jī)加速或減速這樣的過(guò)渡狀態(tài)下，使電機(jī)的速度指令值不發(fā)生周期的變化，從而防止電機(jī)的工作不穩(wěn)定，使驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。
另外，速度指令補(bǔ)正值裝置中設(shè)有在速度指令補(bǔ)正值ωh*的切換前后具有一定的滯后作用的速度指令補(bǔ)正切換裝置，本發(fā)明的速度指令補(bǔ)正切換裝置的第1實(shí)施例的工作特性圖如圖7中所示。圖7中，速度指令補(bǔ)正值ωh*在從周期地變化的狀態(tài)切換到速度指令補(bǔ)正值的切換后的目標(biāo)值(在本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中，該目標(biāo)值如上面所述的那樣為速度指令值ω*)之際，如果兩者不相同，則使速度指令補(bǔ)正值ωh*徐徐地靠近切換后的目標(biāo)值(速度指令值ω*)，以防止出現(xiàn)不連續(xù)；在兩者一致的位置上，切換即告結(jié)束。
另外，在使速度指令補(bǔ)正值ωh*反過(guò)來(lái)從一定值(速度指令值ω*)切換到周期變化狀態(tài)的場(chǎng)合下，也進(jìn)行同樣的操作。在兩者實(shí)現(xiàn)一致的位置上，則結(jié)束切換。
通過(guò)采用以上的方案，可望在進(jìn)行速度指令補(bǔ)正值的切換時(shí)提高控制穩(wěn)定性及可靠性，從而抑制速度指令值的急劇變化時(shí)產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象。
(實(shí)施例4)圖9中示出了本發(fā)明中的PN電壓補(bǔ)正裝置的第2實(shí)施例的工作特性圖。圖9中，PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn具有預(yù)先設(shè)定的上限值kpn1及下限值kpn2，可以由下面的公式(8)來(lái)表示。
公式(8) 這里的Vpn1、Vpn2分別是PN電壓補(bǔ)正系數(shù)為上限值kpn1和下限值kpn2時(shí)的直流電壓檢測(cè)值。
另外，PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn也沒(méi)有必要非得象圖9中所示的那樣同時(shí)設(shè)置上限值kpn1及下限值kpn2，根據(jù)工作狀況也可以只設(shè)置其中的一方。
另外，在現(xiàn)有的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置(包括上述的“變頻器驅(qū)動(dòng)參考手冊(cè)”中的使用直流電源裝置的變頻器控制裝置)中，通過(guò)儲(chǔ)存在容量超過(guò)1000μF的大電解電容器中的電能，在工作范圍的負(fù)載條件下能夠維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。但是，在本發(fā)明中采用的是小容量的電抗器及小容量的電容器，存積在小容量電容器中的電能也少，因此，為了在電能不足的場(chǎng)合下也能維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，須利用小容量電抗器的磁能，因此，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性和交流電源的電氣特性之間呈綜合調(diào)整的關(guān)系。
因此，在電機(jī)的極限負(fù)載耐量中存在附余的場(chǎng)合下，通過(guò)抑制過(guò)分的電壓補(bǔ)正，可以改善交流電源的電氣特性。
本發(fā)明中的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的工作情況如圖12及圖13中所示。圖12為PN補(bǔ)正系數(shù)kpn中上限值及下限值均未設(shè)定的場(chǎng)合下的工作結(jié)果，圖13為PN補(bǔ)正系數(shù)kpn中既設(shè)置了上限值kpn1也設(shè)置了下限值kpn2的場(chǎng)合下的工作結(jié)果。通過(guò)將圖12、圖13中的電抗器電流波形(流過(guò)二極管橋式電路后的電流)加以比較，其效果一目了然。
另外，此時(shí)的各種工作條件為，小容量電抗器的電感值為2mH，小容量電容器的容量為25μF，交流電源為220V(頻率為50Hz)，變頻器的工作頻率為57Hz(這里，由于電機(jī)的極數(shù)為2極，故變頻器工作頻率和電機(jī)速度指令值相等)，變頻器的載波頻率是5kHz。
這樣，通過(guò)對(duì)PN電壓補(bǔ)正系數(shù)kpn預(yù)先設(shè)定上限值kpn1或下限值kpn2，交流電源的電流變化可以得到抑制，交流電源功率因數(shù)可以得到改善，交流電源電流中的高次諧波成分也能得到抑制。
(實(shí)施例5)下面描述本發(fā)明中的變頻器工作頻率的具體設(shè)定方法。
本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中由于使用了小容量電容器，變頻器直流電壓如圖12或圖13中所示，在交流電源頻率fs的2倍的頻率處具有很大的脈動(dòng)。
因此，在變頻器工作頻率f1為交流電源頻率fS的偶數(shù)倍的頻率上，變頻器直流電壓將與脈動(dòng)頻率(交流電源頻率fS的2倍頻率)同步，從而會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
圖14中示出了本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的工作情況。圖14示出的是變頻器工作頻率f1為交流電源頻率fS的2倍的場(chǎng)合下的工作結(jié)果，變頻器直流電壓與脈動(dòng)頻率同步，發(fā)生了共振現(xiàn)象。從圖14中可以看出，電機(jī)電流疊加上了負(fù)的直流成分。
這樣，電機(jī)中將產(chǎn)生制動(dòng)力矩，從而產(chǎn)生輸出力矩減少及電機(jī)損耗增加等不利影響。
這時(shí)，各種操作條件為，小容量電抗器的電感值設(shè)定為0.5mH，小容量電容器的容量為10μF，交流電源為220V(頻率為50Hz)，變頻器工作頻率為100Hz(這里，由于電機(jī)的極數(shù)為2極，變頻器工作頻率和電機(jī)速度指令值相等)，變頻器的載波頻率是5kHz。因此，在設(shè)定變頻器的工作頻率f1中，需要在下面的公式(9)的場(chǎng)合下避免將變頻器的工作頻率f1恒定地設(shè)置成固定。
公式(9)f1＝2nfs±Δfd................(9)在上面的公司中，n為整數(shù)，Δfd為預(yù)先設(shè)定的頻率幅度，頻率幅度□fd基本上被設(shè)定成能夠減少上述共振現(xiàn)象的影響。
另外，在變頻器工作頻率f1超過(guò)上面的公式(9)中求出的共振頻率的場(chǎng)合下，在進(jìn)行加速或減速的過(guò)渡狀態(tài)下，需要將變頻器的工作頻率f1一下子加以改變，從而避免停留在共振頻率上。
另外，頻率幅度Δfd也沒(méi)必要必須加以設(shè)定，根據(jù)工作狀況(輕負(fù)載等時(shí))不同，不設(shè)定也是可以的(在這樣的場(chǎng)合下，可以視為Δfd＝0)。
通過(guò)采取上面的措施，變頻器頻率和交流電源頻率之間的共振現(xiàn)象就可以回避，從而可以防止電機(jī)操作不穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
(實(shí)施例6)下面描述確定本發(fā)明中的小容量電容器及小容量電抗器的基準(zhǔn)的具體方法。
在本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中，為了抑制交流電源電流的高次諧波成分，達(dá)到IEC基準(zhǔn)，因此，在確定小容量電容器和小容量電抗器的組合時(shí)，將小容量電容器和小容量電抗器的共振頻率fLC(LC共振頻率)設(shè)定為大于交流電源頻率fS的40倍。
如果設(shè)小容量電容器的容量為C[單位為F]，小容量電抗器的電感值為L(zhǎng)[單位為H]，則LC共振頻率fLC可以由下面的公式(10)來(lái)表示。
公式(10)fLC=12πLC......(10)]]>換句話說(shuō)，在確定小容量電容器和小容量電抗器的組合時(shí)，以滿足fLC＞40fS為條件。這樣做的理由在于，在IEC基準(zhǔn)中，對(duì)于交流電源電流的高次諧波成分中第40次以內(nèi)的高次諧波進(jìn)行了規(guī)定。
通過(guò)用上面的方式來(lái)確定小容量電容器及小容量電抗器的組合，可以抑制交流電源電流的高次諧波成分，達(dá)到IEC基準(zhǔn)。
接下來(lái)，描述確定小容量電容器的容量的方法。
在變頻器停止之際，由于小容量電容器將吸收電機(jī)的感生能量(即一直到停止之前儲(chǔ)存在電機(jī)的電感成分中的磁能)，變頻器的直流電壓值會(huì)上升，因此，在確定小容量電容器的容量時(shí)，還要使直流電壓的最大值小于元件的耐壓。
采用上述的方法之后，確定小容量電容器的容量時(shí)使得變頻器直流電壓的最大值小于各驅(qū)動(dòng)元件的耐壓，這樣，可以防止周圍電路遭到破壞。
另外，小容量電抗器的電感值也可以通過(guò)上述的方法來(lái)自動(dòng)地確定。
(實(shí)施例7)下面描述本發(fā)明中的變頻器載波頻率的具體設(shè)定方法。
正如實(shí)施例2中所述，在本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中，儲(chǔ)存在小容量電容器中的電能少，為了在電能不足的場(chǎng)合也能維持電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，只有同時(shí)利用小容量電抗器中的磁能。這樣，電抗器電流波形(亦即二極管橋式電路之后的電流，大致與對(duì)交流電源電流取絕對(duì)值后的電流相等)將受到變頻器的載波頻率的很大影響。
為此，在本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置中，設(shè)定變頻器的載波頻率時(shí)要考慮滿足預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)。
圖15～圖17中示出了本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置的工作情況，其中圖15是載波頻率為3.3kHz時(shí)、圖16為5kHz時(shí)、圖17為7.5kHz時(shí)的工作結(jié)果。將電抗器的電流波形進(jìn)行比較就可以看出，電抗器電流(或交流電源電流)對(duì)于載波頻率具有很大的依存性。
使用數(shù)字功率表對(duì)上述各種情況下的交流電源的功率因數(shù)值進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在圖15中載波頻率為3.3kHz時(shí)功率因數(shù)為0.878，圖16中的5kHz時(shí)為0.956，圖17中的7.5kHz時(shí)為0.962。
此時(shí)的各種操作條件為，小容量電抗器的電感值被設(shè)為0.5mH，小容量電容器的容量為10μF，交流電源為220V(頻率是50Hz)，變頻器的工作頻率為57Hz(這里，由于電機(jī)的極數(shù)為2極，變頻器工作頻率和電機(jī)速度指令值相等)，交流電源的輸入功率是900W。
舉例來(lái)說(shuō)，在預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值是0.9的場(chǎng)合下，載波頻率可以設(shè)定在3.3kHz～5kHz之間，最終確定載波頻率值時(shí)，需要考慮既要滿足預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值(這一場(chǎng)合下為0.9)，又要使載波頻率達(dá)到最低。
這樣，預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值就能得到滿足，載波頻率能夠設(shè)定在最小的必要值上，變頻器損耗也能抑制到最小限度。
綜上所述，本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置通過(guò)降低電機(jī)電流的變化量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了裝置的小型化、重量輕化，降低了制造成本。因此，可以適用于各種采用小容量電抗器及小容量電容器的電機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于包括以交流電源為輸入的整流電路、將直流電源功率變換成交流電源功率的變頻器、和電機(jī)，所述整流電路包括二極管橋式電路、和連接在所述二極管橋式電路的交流輸入側(cè)或者直流輸出側(cè)的容量極小的電抗器，在所述變頻器的直流母線之間，設(shè)有用來(lái)吸收所述電機(jī)的感生能量的容量極小的電容器，還包括在從外部送入的所述電機(jī)的速度指令值重疊上周期地發(fā)生變化的速度成分，從而形成所述電機(jī)的速度指令補(bǔ)正值的速度指令值補(bǔ)正裝置；根據(jù)所述速度指令補(bǔ)正值來(lái)形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令值的電機(jī)電壓指令形成裝置；檢測(cè)所述變頻器的直流電壓值的PN電壓檢測(cè)裝置；用于導(dǎo)出預(yù)先設(shè)定的所述變頻器的直流電壓基準(zhǔn)值和從所述PN電壓檢測(cè)裝置得到的所述變頻器的直流電壓檢測(cè)值之間的比例的PN電壓補(bǔ)正裝置；和通過(guò)將從所述電機(jī)電壓指令形成裝置得到的所述電機(jī)電壓指令值和所述PN電壓補(bǔ)正裝置的輸出值即PN電壓補(bǔ)正系數(shù)相乘，對(duì)所述電機(jī)電壓指令值進(jìn)行電壓補(bǔ)正，從而形成所述電機(jī)的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正值的電機(jī)電壓指令補(bǔ)正裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于速度指令補(bǔ)正裝置根據(jù)電機(jī)的速度指令值來(lái)確定速度指令補(bǔ)正值的變化幅度。
3.如權(quán)利要求2所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于所述速度指令補(bǔ)正值的變化幅度至少具有預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
4.如權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于所述速度指令補(bǔ)正裝置根據(jù)電機(jī)的速度指令值來(lái)確定速度指令補(bǔ)正值的變化周期。
5.如權(quán)利要求4所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于所述速度指令補(bǔ)正值的變化周期具有至少預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
6.如權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于速度指令補(bǔ)正值具有至少預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
7.如權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于速度指令補(bǔ)正裝置具有預(yù)先設(shè)定的速度指令值設(shè)定值，只有在所述速度指令值比所述速度指令值的設(shè)定值大的場(chǎng)合下才形成所述的速度指令補(bǔ)正值；在所述速度指令值在所述速度指令值的設(shè)定值以下的場(chǎng)合下，以所述速度指令值為速度指令補(bǔ)正值。
8.如權(quán)利要求1～7的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于所述速度指令補(bǔ)正裝置只是在速度指令值一定的場(chǎng)合下才形成速度指令補(bǔ)正值；在所述速度指令值不為一定的場(chǎng)合下，則與所述速度指令值作為所述速度指令補(bǔ)正值。
9.如權(quán)利要求7或者8中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于速度指令補(bǔ)正裝置中設(shè)有在速度指令補(bǔ)正值的切換前后具備滯后作用的速度指令補(bǔ)正切換裝置。
10.如權(quán)利要求1～9的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于PN電壓補(bǔ)正裝置通過(guò)用直流電壓基準(zhǔn)值對(duì)直流電壓檢測(cè)值進(jìn)行除法運(yùn)算，導(dǎo)出PN電壓補(bǔ)正系數(shù)；在所述直流電壓檢測(cè)為零以下的場(chǎng)合下，將預(yù)先設(shè)定的PN電壓補(bǔ)正系數(shù)的最大值設(shè)定為所述PN電壓補(bǔ)正系數(shù)。
11.如權(quán)利要求1～10的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于PN電壓補(bǔ)正裝置中的PN電壓補(bǔ)正系數(shù)至少具有預(yù)先設(shè)定的上限值或下限值。
12.如權(quán)利要求1～11的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于在變頻器工作頻率為交流電源頻率的偶數(shù)倍的共振頻率和與所述共振頻率為中心的、在其前后具有預(yù)先設(shè)定的頻率幅度的頻率范圍內(nèi)，避免將所述變頻器的工作頻率固定在恒定值上。
13.如權(quán)利要求1～12的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于所述小容量電抗器及所述小容量電容器的組合被確定為，使小容量電抗器和小容量電容器的共振頻率大于交流電源頻率的40倍。
14.如權(quán)利要求1～13的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于小容量電容器的容量被確定為，使變頻器停止之際會(huì)上升的直流電壓值的最大值小于元件的耐壓。
15.如權(quán)利要求1～14的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其特征在于變頻器的載波頻率被確定為，使預(yù)先設(shè)定的交流電源功率因數(shù)值得到滿足。
16.一種空調(diào)器，其特征在于包括壓縮機(jī)；驅(qū)動(dòng)所述壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；將交流電源功率變換成直流電源功率的整流裝置；以及將所述整流裝置變換出來(lái)的直流電源功率再次變換成交流電源功率、供給所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的如權(quán)利要求1～15的任一項(xiàng)中所述的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置，其中通過(guò)降低電機(jī)電流的變化量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化、重量輕化，并降低制造成本。在本發(fā)明中，通過(guò)使用小容量電抗器(5)及小容量電容器(6)來(lái)實(shí)現(xiàn)小型、重量輕并降低制造成本。即使在變頻器直流電壓發(fā)生大幅變化、電機(jī)(4)的驅(qū)動(dòng)變得很困難的場(chǎng)合下，通過(guò)PN電壓補(bǔ)正裝置(10)使加到電機(jī)(4)上的電壓保持基本一定，從而維持電機(jī)(4)的驅(qū)動(dòng)。這樣，通過(guò)降低電機(jī)(4)的電流變化量，可以實(shí)現(xiàn)一種更加小型、重量輕、制造成本更低的用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器控制裝置及使用這種控制裝置的空調(diào)器。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1604449SQ20041008318
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月3日
發(fā)明者河地光夫, 松城英夫, 杉本智弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社