專利名稱：脈沖寬度調(diào)制變換裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PWM變換裝置改進(jìn)的控制方法。
交直流變換裝置中控制無功電力的裝置可見于特公昭61-37864號(hào)公報(bào)。它是采用電壓型脈幅調(diào)制反相器的交流電動(dòng)機(jī)的控制裝置，測出交流電源一側(cè)的無功電力和交直流變換器的直流輸出電壓，對于電源電壓，控制同相成分電壓的大小，以使無功電力處于設(shè)定值，同時(shí)，對于電源電壓，控制90°相位差成分電壓的大小，以使直流電壓處于設(shè)定值。
藉此，電動(dòng)機(jī)能夠電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)和再生制動(dòng)，并且能夠有高的交流電源功率。
另外，PWM反相裝置中修正電壓信號(hào)的裝置可見于特開昭60-229676號(hào)公報(bào)。
已有的象PWM變換器之類的交直流變換裝置因?yàn)橄笊厦婺菢訕?gòu)成，故在電源電壓上升，尤其是再生的時(shí)候，如果再生電流增加，則正交電壓設(shè)定值V＊d和同相電壓設(shè)定值V＊q增大，因此，三相交流電的電壓指令值V＊d、V＊v和V＊w變大。
這樣的問題用圖3的向量圖進(jìn)行說明。
圖中以電源電壓E作為基準(zhǔn)，在無功電流Id＝0的條件下，如果存在有功電流Iq的話，輸出電流I與有功電流Iq相等，與電源電壓E同相。再有，如考慮到插入在交流電源與電力變換器之間的電抗線圈上的電壓降，則它為WLI。因此，根據(jù)V＊＝E-WLI，電壓指令值V＊成為圖中那樣，與電壓指令值V＊的電源電壓E正交的成分用正交電壓設(shè)定值V＊d表示，同相的成分用同相電壓設(shè)定值V＊q表示。
亦即，在功率因數(shù)良好的狀態(tài)下，V＊變得很大。
其結(jié)果是，因?yàn)槟軌蜉敵龅娜嘟涣麟妷菏苤绷麟妷篍d限制，所以存在的問題是會(huì)引起電壓飽和，使控制變得不穩(wěn)定。
另外，如果做到直流電壓Ed能大到有充分余量，則為了確保耐壓，裝置變得龐大。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而作出的，它不會(huì)引起電壓飽和。本發(fā)明目的在于提供成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的PWM變換裝置，它能夠有高精度的穩(wěn)定控制，同時(shí)，沒有因直流電壓大到具有充分余量而確保耐壓的必要。
本發(fā)明的控制PWM變換裝置的方法是，設(shè)定同相電壓設(shè)定值V＊q的極限值，如果同相電壓設(shè)定值達(dá)到極限值，即控制PWM變換器，通以無功電流，以避免其超過極限值。
在本發(fā)明中，無功電流的設(shè)定使得在同相電壓設(shè)定值達(dá)到其極限值時(shí)即通以與此相符合的無功電流，以免該同相電壓設(shè)定值超過極限值。


圖1是基于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的PWM變換裝置的框圖，圖2是示出本發(fā)明PWM變換裝置的動(dòng)作的向量圖，圖3是顯示已有PWM變換裝置的動(dòng)作的向量圖。
(1)是三相交流電源，(2)是電感，(3)是電力變換器，(11)、(12)是無功電流控制裝置，(13)、(14)、(15)是直流電壓控制裝置，(16)、(17)是有功電流控制裝置，(33)是同相電壓極限值設(shè)定電路，(34)是減法器，(35)是同相電壓控制器。
另外，附圖中相同的符號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?br> 下面通過圖1的PWM變換裝置的框圖說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
圖中，1是交流電源，供給三相交流電力，即U相、V相和W相，在各相的輸出端分別連接了電抗線圈2。3是電力變換器，由多個(gè)晶體管3a-3f(開關(guān)元件)和多個(gè)二極管3g-3l(整流元件)構(gòu)成，每一對晶體管3a-3f和二極管3g-3l的連接點(diǎn)通過電抗線圈2連接在交流電源1的輸出端上。從而通過下面將描述的PWM信號(hào)形成電路產(chǎn)生的PWM信號(hào)，將交流電源1輸出的交流電變換成所需要的直流電。4是濾波電容器，使電力變換器3的晶體管對及二極管對的兩端之間的直流電壓Ed平均化。該濾波電容器4的兩端之間連接電壓檢測器5和負(fù)載6。
7是電流檢測器，設(shè)置在電抗線圈2與電力變換器3之間，用于檢測交流電源1與電力變換器之間流動(dòng)的三相交流的輸出電流Iu、Iv和Iw。8是相位檢測器，連在交流電源的輸出端上，檢測三相交流電壓Eu、Ev、和Ew的各個(gè)電壓相位θEu、θEv和θEw。9是座標(biāo)變換器，根據(jù)電壓相位θEu、θEv和θEw，將輸出電流Iu、Iv和Iw變換成以具有正交二根軸的交流電源為基準(zhǔn)的輸出電流的正交成分電流Id(下文稱為無功電流Id)和同相成分電流Iq(下文稱為有功電流Iq)。
11是減法器，將無功電流Id從無功電流設(shè)定值I＊d中減去。12是電流控制器，根據(jù)減法器11來的電流差值信號(hào)，輸出以交流電源為基準(zhǔn)的三相交流電的電壓指令的正交成分電壓設(shè)定值V＊d(下文稱為正交電壓設(shè)定值)。
13是直流電壓設(shè)定電路，輸出相當(dāng)于直流電壓Ed的電壓設(shè)定值E＊d。14是減法器，從電壓設(shè)定值E＊d中減去直流電壓Ed。15是電壓控制器，根據(jù)減法器14來的電壓差值信號(hào)，輸出相當(dāng)于有功電流Iq的有功電流設(shè)定值I＊q。16是減法器，從有功電流設(shè)定值I＊q中減去有功電流Iq。17是電流控制器，根據(jù)減法器16來的電流差值信號(hào)，輸出以交流電源為基準(zhǔn)的三相交流電的電壓指令的同相成分電壓設(shè)定值V＊q(下文稱為同相電壓設(shè)定值)。
18是座標(biāo)變換器，與電流控制器12及17連接，根據(jù)電壓相位θEu、θEv和θEw，將正交二根軸上的正交電壓設(shè)定值V＊d和同相電壓設(shè)定值V＊q變換成三相的電壓指令值V＊u、V＊v和V＊w。
19-21是3個(gè)PWM信號(hào)形成電路，分別由相同的構(gòu)成元件構(gòu)成，輸出具有與各個(gè)電壓指令值V＊u、V＊v和V＊w相應(yīng)的脈沖幅值的PWM信號(hào)Pa-Pf。
例如，用于W相的PWM信號(hào)形成電路21配置有判別輸出電流Iw極性的比較器22、響應(yīng)比較器22的輸出信號(hào)而輸出呈矩形波狀的電壓修正信號(hào)△V的調(diào)節(jié)器23、在電壓指令值V＊w上加上電壓修正信號(hào)△V的加法器24、輸出三角形載波Vc的載波發(fā)生器25、從通過加法器24修正后的電壓指令值V＊w中減去載波Vc的減法器26、響應(yīng)減法器26的輸出信號(hào)而輸出開信號(hào)Q和Q的比較器27、使開信號(hào)Q和Q的上升時(shí)間延遲與電壓補(bǔ)正信號(hào)△V成比例的時(shí)間并把它作為PWM信號(hào)Pe和Pf加以輸出的延遲元件28和29。
30、31是補(bǔ)償器，32是補(bǔ)償電源電壓的電源電壓補(bǔ)償器，33是同相電壓極限值設(shè)定電路，受到直流電壓Ed限定，并把同相電壓設(shè)定值V＊q的極限值VqLM設(shè)定成三相交流電壓Vu、Vv、Vw不引起電壓飽和，34是從同相電壓極限值設(shè)定電路33的輸出，即同相電壓極限值VqLM中減去同相電壓設(shè)定值V＊q的減法器，35是同相電壓控制器，例如將上述減法器34的輸出進(jìn)行積分運(yùn)算而輸出無功電流設(shè)定值I＊d。
下面對圖1的動(dòng)作進(jìn)行說明。
電流檢測器7測出輸出電流Iu、Iv和Iw，輸入到座標(biāo)變換器9及PWM信號(hào)形成電路19-21。另外，相位檢測器8測出交流電壓Eu、Ev和Ew的電壓相位θEu、θEv和θEw，輸入座標(biāo)變換器9及18。各個(gè)電壓相位θEu、θEv和θEw由次式表示θEu＝θθEv＝θ-(2/3)πθEw＝θ+(2/3)π座標(biāo)變換器9以相當(dāng)于交流電壓Eu、Ev和Ew的直流量的電源電壓E為基準(zhǔn)，輸出相當(dāng)于輸出電流Iu、Iv和Iw直流量的輸出電流I的、與電源電壓E相對應(yīng)的正交成分Id(無功電流)和同相
座標(biāo)變換器18根據(jù)正交電壓設(shè)定值V＊d和同相電壓設(shè)定值V＊q，從下式算出三相交流電的電壓指令值V＊u、V＊v和V＊w
通過這個(gè)運(yùn)算，相當(dāng)于直流量的正交電壓設(shè)定值V＊d和同相電壓設(shè)定值V＊q變換成交流量的電壓指令值V＊u、V＊v和V＊w，輸入各個(gè)PWM信號(hào)形成電路19-21。
在這里，就W相的PWM信號(hào)形成電路21對電壓修正信號(hào)△V為零的情況進(jìn)行說明。電壓指令值V＊w利用減法器26減去載波Vc，輸入比較器27。
比較器27根據(jù)減法器26的輸出信號(hào)，比較電壓指令值V＊w和載波Vc，在V＊w＞Vc
期間輸出開信號(hào)Q，在V＊w＜Vc期間輸出開信號(hào)Q。這樣的開信號(hào)Q和Q通過延遲元件28和29延遲上升時(shí)間，并分別構(gòu)成用于導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)晶體管3e和3f的PWM信號(hào)Pe和Pf而輸出。延遲元件28和29防止因晶體管3e和3f關(guān)斷動(dòng)作延遲所引起的橋臂短路。
同相電壓極限值設(shè)定電路33受到直流電壓Ed的限制，為了三相交流電壓Vu、Vv、Vw不引起電壓飽和，而輸出作為同相電壓設(shè)定值V＊q極限值的同相電壓極限值Vq、LM。接著，上述同相電壓極限值VqLM通過減法器34減去同相電壓設(shè)定值V＊q。用同相電壓控制器35對該減法器34的輸出作積分運(yùn)算，然后，通過同相電壓控制器35，在同相電壓設(shè)定值V＊q比同相電壓極限值VqLM大的時(shí)候，將上述積分運(yùn)算的結(jié)果作為前面描述的無功電流設(shè)定值I＊d輸出，而在同相電壓設(shè)定值V＊q比同相電壓極限值VqLM小的時(shí)候，輸出零。藉此，當(dāng)同相電壓設(shè)定值V＊q超過同相電壓極限植VqLM時(shí)，無功電流Id流出，同相電壓設(shè)定值V＊q限制在同相電壓極限值VqLM上，這在圖2的向量圖中示出。
如果同相電壓設(shè)定值V＊q超過同相電壓極限值VqLM，則無功電流設(shè)定值I＊d設(shè)定為預(yù)定值，無功電流Id流出。因此，輸出電流I如圖所示，為無功電流Id和有功電流Iq的向量和，功率角變成φ。與此相同，電抗線圈2上的電壓降WLI變成為無功電流Id引起的電壓降部分WLId與有功電流Iq引起的電壓降部分WLIq的向量和，電壓指令值V＊成為圖中那樣。
因此，電壓指令值V＊中與電源電壓E對應(yīng)的成分，即同相電壓設(shè)定值V＊q控制在同相電壓極限值VqLM上。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，如果同相電壓設(shè)定值達(dá)到同相電壓設(shè)定值的極限值，則為了同相電壓設(shè)定值不超過該極限值，而通以與此相符合的無功電流，因此，得到了成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、并且有高精度穩(wěn)定控制的產(chǎn)品。本發(fā)明具有這樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種脈寬調(diào)制變換裝置的控制方法，在帶有對交流電源來的交流電進(jìn)行控制并將它變換成直流電的脈寬調(diào)制控制電力變換器的變換裝置中，其特征在于，它包括第一步驟，對于和用于控制前述電力變換器的指令電壓的交流電源相位相同的電壓設(shè)定極限值，第二步驟，設(shè)定從前述交流電源流出的無功電流值，以免超越上述所設(shè)定的極限值，并控制前述電力變換器。
全文摘要
一種用于控制帶有交直流變換電力變換器的脈寬調(diào)制變換裝置的方法，它包括在該變換裝置中給與交流電源相位相同的電壓，即同相電壓設(shè)定一同相電壓極限值；當(dāng)同相電達(dá)到該極限值時(shí)，產(chǎn)生一無功電流，使同相電壓不超過極限值，從而控制前述電力變換器。采用本發(fā)明，可以獲得成本低、結(jié)構(gòu)緊湊并且有高精度的穩(wěn)定控制的PWM變換裝置。
文檔編號(hào)H02M7/219GK1047177SQ9010061
公開日1990年11月21日 申請日期1990年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月12日
發(fā)明者荒木博司 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社