專利名稱：換流器的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到換流器的控制裝置，尤其是涉及一種當(dāng)換流器以電 壓/頻率控制方式控制負(fù)載時(shí)，檢測負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角并根據(jù)所檢測的旋轉(zhuǎn) 角對負(fù)載進(jìn)^亍控制的換流器的控制裝置。
背景技術(shù)：
換流器用于將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，并將轉(zhuǎn)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(guān)元件重新切換成交流電后，供給到負(fù)載而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種換流器可 調(diào)節(jié)開關(guān)元件的切換間隔，從而能夠以用戶所需的頻率驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
上述換流器(Inverter)根據(jù)各自的工作可分為轉(zhuǎn)換部(Converter Unit)、換流部(InverterUnit)、控制部。
上述轉(zhuǎn)換部由三相整流電路和平滑電路構(gòu)成，通過三相整流電路 對三相交流電壓進(jìn)行整流而轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓，平滑電路則通過電容器 等平滑上述脈動(dòng)電壓而轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)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(guān)元件將上述轉(zhuǎn)換部所轉(zhuǎn) 換的直流電壓切換而轉(zhuǎn)換成交流電壓，并將經(jīng)轉(zhuǎn)換的交流電壓提供到 負(fù)載，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在上述換流部轉(zhuǎn)換的交流電壓的頻率隨著上述 開關(guān)元件的開關(guān)速度而被調(diào)節(jié)。上述控制部由運(yùn)算電路、檢測電路及驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成，用于執(zhí)行 對上述換流部的開關(guān)控制、對上述轉(zhuǎn)換部的電壓控制、各種保護(hù)動(dòng)作 等。
這種換流器不使用編碼器等速度檢測傳感器檢測負(fù)載的驅(qū)動(dòng)速 度，在控制負(fù)載驅(qū)動(dòng)時(shí)通常使用電壓/頻率控制方式。
上述電壓/頻率控制方式調(diào)節(jié)供給到負(fù)載的電壓，從而使負(fù)載以用 戶所需的頻率運(yùn)行。
換流器以電壓/頻率控制方式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)下，如發(fā)生瞬時(shí)斷
電(Momentary Power Failure)等，電動(dòng)才幾進(jìn)4亍自由運(yùn)4亍(free run)。
在上述電動(dòng)機(jī)自由運(yùn)行驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，提供電源使換流器重新以電 壓/頻率控制方式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，換流器向電動(dòng)機(jī)提供與電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前 旋轉(zhuǎn)速度不一致的電壓，由此向換流器流入過電流導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損毀。
因此，當(dāng)電動(dòng)才幾以電壓/頻率控制方式驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)下發(fā)生瞬時(shí)斷電， 為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，有必要檢測電動(dòng)機(jī)的速度。

發(fā)明內(nèi)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(dòng)機(jī) 的旋轉(zhuǎn)角并控制換流器根據(jù)檢測的旋轉(zhuǎn)角穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)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(fù)載的電流,并由循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部將檢測的電流轉(zhuǎn)換成負(fù)載的循環(huán)電 流。通過上述轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流推定負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角，對推定的負(fù)載旋轉(zhuǎn)角 進(jìn)行積而轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)速度。再對上述轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行積分而檢測 出負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角，然后將檢測的旋轉(zhuǎn)角提供給換流器用于驅(qū)動(dòng)負(fù)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(biāo)速度減去指令速度的誤差速度進(jìn)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(qū)動(dòng)負(fù)載的上述指令速度；電 壓/頻率轉(zhuǎn)換部，用于將上述加減速控制部的輸出信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓； 電流傳感器，用于檢測提供給負(fù)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(fù)載的旋轉(zhuǎn)角；PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)開關(guān)部，根據(jù)上述電壓/頻率轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的 驅(qū)動(dòng)電壓和上述指令速度及由上述速度檢測部檢測出的負(fù)載的旋轉(zhuǎn) 角，驅(qū)動(dòng)上述負(fù)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(gòu)成包括循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部， 將由上述電流傳感器檢測出的電流轉(zhuǎn)換為循環(huán)電流；速度推定部，通 過由上述循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流來檢測上述負(fù)載的實(shí)際旋轉(zhuǎn) 角，并輸出到上述PWM開關(guān)部。
本發(fā)明特征在于，上述速度推定部的構(gòu)成包括旋轉(zhuǎn)角推定部， 根據(jù)上述循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部所轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流推定上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角； 速度轉(zhuǎn)換部，將由上述旋轉(zhuǎn)角推定部推定的上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成 上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度；旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部，將由上述速度轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的旋 轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換成上述負(fù)載的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角并輸出到上述PWM開關(guān)部。
本發(fā)明特征在于，上述速度轉(zhuǎn)換部為積分器，其對由上述旋轉(zhuǎn)角 推定部推定的上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換成上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明特征在于，上述旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部為積分器，其對由上述速度 轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換成上述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角。


圖1為使用電壓/頻率控制方式的現(xiàn)有控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖2為控制電壓/頻率時(shí)作為負(fù)載的電動(dòng)機(jī)的定子電壓和負(fù)載的指 令速度之間的關(guān)系曲線示意圖3為本發(fā)明之控制裝置的理想實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖4為本發(fā)明之控制裝置中的速度檢測部的理想實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖，通過不限定本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說 明。在圖中對同一要素使用了同一附圖標(biāo)記。
以下的詳細(xì)說明只是示例，本發(fā)明的范圍并不限定于這些實(shí)施例。
因此，說明書中只提供了便于理解本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，省略了其 他結(jié)構(gòu)，通過附圖給出了可供本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施的各種實(shí)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(jié)構(gòu)框圖，其中 附圖標(biāo)記100為減法器。上述減法器100從目標(biāo)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(jì)算出的誤差速度信號在積分器110進(jìn)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(jì)算出用 于驅(qū)動(dòng)負(fù)載150的指令速度信號，計(jì)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(jì)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(zhuǎn)換部130及PWM開關(guān)部140。
預(yù)」
述加減速控制部120輸入的指令速度的頻率轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓，并將轉(zhuǎn) 換的驅(qū)動(dòng)電壓^T出到PWM開關(guān)部140。
上述PWM開關(guān)部140#4居>^人上述電壓/頻率轉(zhuǎn)換部130輸入的驅(qū) 動(dòng)電壓以及從上述加減速控制部120輸入的指令速度，對負(fù)載150進(jìn) 行PWM控制，從而使負(fù)載150以目標(biāo)速度驅(qū)動(dòng)。
上述PWM開關(guān)部140同時(shí)對負(fù)載150的驅(qū)動(dòng)電壓和指令速度進(jìn) 行控制，使負(fù)載的氣隙石茲通(Air-gap flux) —定地維持到目標(biāo)速度。 當(dāng)上述負(fù)載150為電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的定子電壓Vs和指令速度COe之 間的關(guān)系如圖2所示。
即，上述負(fù)載150為電動(dòng)機(jī)，且對該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電壓/頻率控制時(shí)， 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的定子電壓，COe為指令速度，RS為電動(dòng)機(jī)的定
子阻抗，Xk為漏電抗，Is為電動(dòng)才幾的相電流。當(dāng)指令速度(Oe足夠大而使1、Is^lEmUI(MjX》sIsl成立
時(shí)，上述公式1為 I VS I ( I Xm I SCOe。
因此，當(dāng)上述PWM開關(guān)部140按照下述公式2運(yùn)行負(fù)載150的 電動(dòng)機(jī)時(shí)，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(dòng)才幾的氣隙/磁通控制在一定水平時(shí)，PWM開關(guān)部140則 將電動(dòng)機(jī)的電壓控制在一定值并提高驅(qū)動(dòng)速度，從而使負(fù)載150以用 戶所需的速度驅(qū)動(dòng)。
但是，上述控制裝置中，當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)斷電(Momentary Power Failure),電動(dòng)機(jī)處于自由運(yùn)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(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾時(shí)，PWM開關(guān)部140輸出與電動(dòng) 機(jī)的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度不一致的電壓提供給電動(dòng)機(jī)，這樣，向PWM開關(guān)部 140流入過電流而導(dǎo)致PWM開關(guān)部140和電動(dòng)機(jī)因過電流而損毀。
圖3為本發(fā)明至控制裝置的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換部130、 PWM開關(guān)部140、負(fù)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(guān)部140向上述 負(fù)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(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度，并 將檢測的旋轉(zhuǎn)速度提供給上述PWM開關(guān)部140。如圖4所述，上述速度4企測部310包括循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部400，將 由上述電流傳感器300檢測的電流Ia、 Ib、 Ic轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換部400所轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流Id、 Iq， ；f企測負(fù)載150的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角并輸出到上述PWM開關(guān)部140。
另外，上述速度推定部410包括旋轉(zhuǎn)角推定部412,根據(jù)上述循 環(huán)電流轉(zhuǎn)換部400所轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流Id、 Iq，推定負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角； 速度轉(zhuǎn)換部414，將上述旋轉(zhuǎn)角推定部412所推定的負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)換為上述負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度；旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部416,將由上述速度轉(zhuǎn) 換部414所轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換為上述負(fù)載150的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角并輸出 到上述PWM開關(guān)部140。
在具有上述構(gòu)成的本發(fā)明之控制裝置，當(dāng)PWM開關(guān)部140向負(fù) 載150提供電流Ia、 Ib、 Ic而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，由電流傳感器300檢測PWM 開關(guān)部140提供給負(fù)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(zhuǎn)換部400利用所輸入的電流 Ia、 Ib、 Ic計(jì)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(jìn)行計(jì)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(zhuǎn)角推定部412利 用循環(huán)電流Id、 Iq來推定負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角。
對負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角推定說明如下。
通常，三相PWM開關(guān)部140所具備的多個(gè)開關(guān)元件由功率半導(dǎo) 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(diào)制)輸出電壓進(jìn)行固定時(shí)，作為負(fù)載150 的電動(dòng)機(jī)實(shí)際上處于短路狀態(tài)。
這時(shí)，將產(chǎn)生由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鐵的殘留磁通引起的感應(yīng)電壓。 該感應(yīng)電壓導(dǎo)致PWM開關(guān)部140和負(fù)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(fù)載150的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角。
這樣，推定負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角時(shí)，速度轉(zhuǎn)換部414將上述推定的 旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度。上述速度轉(zhuǎn)換部414例如為積分 器，由上述速度轉(zhuǎn)換部414對上述旋轉(zhuǎn)角推定部412所推定的負(fù)載150 的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換成負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度。
由旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部416將上述經(jīng)過轉(zhuǎn)換的負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換 為負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角并提供給PWM開關(guān)部140。上述旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部 416例如為積分器，其對上述負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換為負(fù) 載150的旋轉(zhuǎn)角，并將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角提供給PWM開 關(guān)部140，從而由PWM開關(guān)部140根據(jù)負(fù)載150的旋轉(zhuǎn)角控制負(fù)載 150的驅(qū)動(dòng)。
以上通過理想實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人 員可在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行各種變形。本發(fā) 明的權(quán)利范圍并不限定于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種換流器的控制裝置，其包括積分器，對從目標(biāo)速度減去指令速度的誤差速度進(jìn)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(qū)動(dòng)負(fù)載的所述指令速度；電壓/頻率轉(zhuǎn)換部，用于將所述加減速控制部的輸出信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電壓；電流傳感器，用于檢測提供給負(fù)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(fù)載的旋轉(zhuǎn)角；PWM開關(guān)部，根據(jù)所述電壓/頻率轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)電壓和所述指令速度以及由所述速度檢測部檢測出的負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角，驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載。
2、 如權(quán)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(quán)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(gòu)成包括循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部，將所述電流傳感器檢測出的電流轉(zhuǎn)換為循環(huán)電流;速度推定部，通過所述循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流，檢測所述負(fù)載的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角并輸出到所述PWM開關(guān)部。
4、 如權(quán)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(gòu)成包括旋轉(zhuǎn)角推定部，根據(jù)所述循環(huán)電流轉(zhuǎn)換部所轉(zhuǎn)換的循環(huán)電流推定 所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角；速度轉(zhuǎn)換部，將所述旋轉(zhuǎn)角推定部推定的所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換 成所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度；旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換部，將所述速度轉(zhuǎn)換部所轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)換成所述負(fù)載的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角并輸出到所述PWM開關(guān)部。
5、 如權(quán)利要求4所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述速度 轉(zhuǎn)換部為積分器，其對由所述旋轉(zhuǎn)角推定部推定的所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角 進(jìn)行積分而轉(zhuǎn)換成所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度。
6、 如權(quán)利要求4所述換流器的控制裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn) 角轉(zhuǎn)換部為積分器，其對由所述速度轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行積分 而轉(zhuǎn)換成所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種換流器的控制裝置，當(dāng)換流器利用電壓/頻率控制對負(fù)載的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制時(shí)，通過提供給負(fù)載的電流檢測負(fù)載的旋轉(zhuǎn)角，并通過檢測的旋轉(zhuǎn)角對負(fù)載進(jìn)行精確驅(qū)動(dòng)，其中，通過電流傳感器來檢測換流器提供給負(fù)載的電流，并根據(jù)所檢測的電流推定負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)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(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者金仙子, 金呈河 申請人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社