PWM整流器制造技术

PWM整流器具备：主电路部，基于PWM控制信号交直双向地进行电力变换；直流电压环控制部，生成使主电路部的直流电压值与直流电压指令一致的电流指令；电流指令限制部，在电流指令的绝对值超过限制值的情况下将限制值作为最终电流指令，在除此以外的情况下将电流指令作为最终电流指令；直流电压环饱和判定部，在将限制值设定为最终电流指令的情况下判定为饱和状态，在除此以外的情况下判定为不饱和状态；直流电压指令计算部，在不饱和状态的情况下维持直流电压指令，在饱和状态的情况下将直流电压指令变更为对从不饱和状态转变为饱和状态后的直流电压值的最小值或最大值加上偏置所得的值；PWM控制信号生成部，根据最终电流指令生成PWM控制信号。

【技术实现步骤摘要】
PWM整流器
本专利技术涉及一种使用PWM信号对开关元件进行控制来将三相交流电力变换为直流电力的电动机驱动用的PWM整流器，特别涉及一种经由能够蓄积直流电力的蓄电装置连接于逆变换器的直流侧的PWM整流器，该逆变换器在直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力之间进行电力变换。
技术介绍
在对机床、产业设备、锻压设备、注射成型机或各种机器人内的电动机进行驱动的电动机驱动装置中，将从交流电源侧输入的交流电力暂且变换为直流电力，之后再变换为交流电力，将该交流电力用作针对每个驱动轴设置的电动机的驱动电力。电动机驱动装置具备整流器和逆变换器，对连接于该逆变换器的交流侧的电动机的速度、转矩或转子的位置进行控制，其中，该整流器对从具有商用三相交流电源的交流电源侧供给的交流电力进行整流来输出直流电力，该逆变换器与作为整流器的直流侧的直流环节连接，对直流环节的直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力进行相互电力变换。在利用电动机驱动装置对电动机进行加速或减速控制时，对交流电源要求大的交流电力的输出或再生，因此产生电力峰值。因此，一般是考虑该电动机加减速时产生的电力峰值来设计对电动机驱动装置供给电力的交流电源侧的电源设备容量。然而，与单纯考虑电动机驱动装置的平均电力来进行设计的情况相比，若是考虑电动机加减速时产生的电力峰值来进行设计，则不得不使电源设备容量大。特别是在使电动机急加速、急减速的机会多的电动机驱动装置中，电源设备容量变得更大。电源设备容量越大则设置成本和运用成本越增大，因此期望降低电源设备容量。为了降低电源设备容量，有时在电动机驱动装置中设置PWM(PulseWidthModulation：脉宽调制)整流器和蓄电装置，该PWM整流器能够进行将交流电力变换为直流电力的动力运行动作(顺变换动作)以及将直流电力变换为交流电力的再生动作(逆变换动作)，该蓄电装置与PWM整流器的直流侧并联连接，能够蓄积直流电力。据此，通过在PWM整流器的将交流电力变换为直流电力的动力运行动作(顺变换动作)以及将直流电力变换为交流电力的再生动作(逆变换动作)中适当控制各电力变换量，能够在电动机减速时使蓄电装置蓄积从电动机产生的再生电力，在电动机加速时重新利用所蓄积的电力，因此能够降低电源设备容量。图10是表示具有PWM整流器的一般电动机驱动装置的结构的图。以后，设在不同的附图中标注有相同参照标记的结构要素是指具有相同功能的结构要素。电动机驱动装置100具备PWM整流器10和逆变换器2，对连接于该逆变换器2的交流侧的电动机3的速度、转矩或转子的位置进行控制，该PWM整流器10将来自商用三相交流电源(下面有时简单称为“交流电源”。)4的交流电力变换为直流电力，该逆变换器2将从PWM整流器10输出的直流电力变换为要作为电动机3的驱动电力而供给的具有期望频率的交流电力，或者将从电动机3再生的交流电力变换为直流电力。在PWM整流器10的三相交流输入侧连接有交流电抗器5。为了对与多个驱动轴对应地分别设置的各电动机3单独地供给驱动电力来对电动机3进行驱动控制，设置有与电动机3的个数相同个数的逆变换器2。此外，在图示的例子中，使电动机3的个数为一个，因而，在该情况下，逆变换器2的个数也是一个。另一方面，以降低电动机驱动装置100的成本、占有空间为目的而多数情况下针对多个逆变换器2设置一个PWM整流器10。PWM整流器10包括主电路部11和PWM整流器控制部12，该主电路部11包括开关元件以及与该开关元件逆并联地连接的二极管的桥电路，该PWM整流器控制部12生成对主电路部11内的开关元件的开关动作进行控制的PWM控制信号。在通过电动机驱动装置100的控制使电动机3减速时，在电动机3中产生再生电力，该再生电力能够经由逆变换器2返回到PWM整流器10。PWM整流器10被PWM控制信号控制其内部的开关元件的开关动作来进行将直流电力变换为交流电力的再生动作(逆变换动作)，能够使从逆变换器2返回来的再生能量返回到交流电源4侧。在PWM整流器10内的PWM整流器控制部12中，根据由交流电压检测部21检测出的交流电源4侧的交流电压值、由交流电流检测部22检测出的交流电源4侧的交流电流值以及由直流电压检测部23检测出的蓄电装置6的直流电压值(处于PWM整流器10的主电路部11与逆变换器2之间的直流环节的直流电压值)，来生成PWM控制信号。PWM控制信号是为了使PWM整流器10的主电路部11产生功率因数为1的交流电力并且将作为PWM整流器10的输出的直流电压值保持为期望的值而生成的，被施加到PWM整流器10的主电路部11内的开关元件。图11是说明图10所示的PWM整流器控制部的结构的框图。PWM整流器控制部12具备直流电压环控制部31、电源相位运算部32、三相DQ变换部33、电流环控制部34、DQ三相变换部35以及PWM调制部36。直流电压环控制部31基于由直流电压检测部23检测出的直流电压值以及所输入的直流电压指令，来生成使直流电压值与直流电压指令一致的电流指令。此外，在PWM整流器10中，一般来说，直流电压指令使用固定值。通过电源相位运算部32根据由交流电压检测部21检测出的交流电压值来运算电源相位，三相DQ变换部33使用该电源相位，将由交流电流检测部22检测出的三相的交流电流值变换为DQ坐标平面上的电流值(下面称为“DQ相电流值”)。电流环控制部34生成使DQ相电流值与电流指令一致的DQ坐标平面上的电压指令(下面称为“DQ相电压指令”。)。DQ三相变换部35使用电源相位将DQ相电压指令变换为三相的电压指令(下面称为“三相电压指令”。)。PWM调制部36将三相电压指令与具有规定载波频率的三角波载波信号进行比较，来生成用于对PWM整流器10的主电路部11内的半导体开关元件的开关动作进行控制的PWM控制信号。由此，在PWM整流器10的主电路部11中，内部的开关元件的开关动作由PWM控制信号来控制，从而进行动力运行动作或再生动作。图12是说明图11所示的直流电压环控制部的结构的框图。直流电压环控制部31具备减法器41、PI控制部42以及电流指令限制部43。对于直流电压环控制部31所生成的电流指令的绝对值，一般根据PWM整流器11内的开关元件等的额定电流来决定其上限值。在电流指令的大小为上限值以上的情况下，电流指令限制部43将该电流指令钳位于上限值。另外，例如在想要降低电源设备容量的情况下，根据电源设备容量来将电流指令限制部43中的电流指令的限制值设定为更低的值。下面，将电流指令达到了限制值的状态称为“直流电压环控制部的饱和状态”。在直流电压环控制部处于饱和状态时，电流指令被钳位于限制值，因此从PWM整流器10始终输出固定振幅的直流电力，无法使直流电压追随直流电压指令。因此，如果PWM整流器10为动力运行状态则直流电压值下降，如果PWM整流器10为再生状态则直流电压值上升。通过PI控制部42对由减法器41求出的、直流电压指令与直流电压值之差进行比例积分控制(PI控制)，来制作电流指令。在电流指令的大小为上限值以上的情况下，在电流指令限制部43中将该电流指令钳位于上限值。在具有如上所述那样的PWM整流器10的电动机驱动装置100中，通过在电动机3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PWM整流器，经由能够蓄积直流电力的蓄电装置连接于逆变换器的直流侧，该逆变换器在直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力之间进行电力变换，该PWM整流器的特征在于，具备：主电路部，该主电路部的开关元件的开关动作基于接收到的PWM控制信号被进行PWM控制，该主电路部在交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间进行电力变换；直流电压环控制部，其生成使上述主电路部的直流侧的直流电压值与所接收到的直流电压指令一致的电流指令；电流指令限制部，其在上述电流指令的绝对值超过规定的限制值的情况下将上述限制值设定为最终电流指令，在除此以外的情况下将上述电流指令设定为最终电流指令；直流电压环饱和判定部，其在上述电流指令限制部将上述限制值设定为上述最终电流指令的情况下判定为上述直流电压环控制部处于饱和状态，在除此以外的情况下判定为上述直流电压环控制部处于不饱和状态；直流电压指令计算部，其在上述直流电压环饱和判定部判定为不饱和状态的情况下，维持上述直流电压指令，在上述直流电压环饱和判定部判定为饱和状态的情况下，将上述直流电压指令变更为对从不饱和状态转变为饱和状态后的上述直流电压值的最小值或最大值加上规定的偏置所得的值；以及PWM控制信号生成部，其使用上述最终电流指令来生成上述PWM控制信号并输出到上述主电路部。...

【技术特征摘要】
2014.08.12 JP 2014-1643401.一种PWM整流器，经由能够蓄积直流电力的蓄电装置连接于逆变换器的直流侧，该逆变换器在直流电力与作为电动机的驱动电力或再生电力的交流电力之间进行电力变换，该PWM整流器的特征在于，具备：主电路部，该主电路部的开关元件的开关动作基于接收到的PWM控制信号被进行PWM控制，该主电路部在交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间进行电力变换；直流电压环控制部，其生成使上述主电路部的直流侧的直流电压值与所接收到的直流电压指令一致的电流指令；电流指令限制部，其在上述电流指令的绝对值超过规定的限制值的情况下将上述限制值设定为最终电流指令，在除此以外的情况下将上述电流指令设定为最终电流指令；直流电压环饱和判定部，其在上述电流指令限制部将上述限制值设定为上述最终电流指令的情况下判定为上述直流电压环控制部处于饱和状态，在除此以外的情况下判定为上述直流电压环控制部处于不饱和状态；直流电压指令计算部，其在上述直流电压环饱和判定部判定为不饱和状态的情况下，维持上述直流电压指令，在上述直流电压环饱和判定部判定为饱和状态的情况下，将上述直流电压指令变更为对从不饱和状态转变为饱和状态后的上述直流电压值的最小值或最大值加上规定的偏置所得的值；PWM控制信号生成部，其使用上述最终电流指令来生成上述PWM控制信号并输出到上述主电路部；以及动作状态判定部，该动作状态判定部在上述最终电流指令为正的情况下判定为上述主电路部处于动力运行状态，在上述最终电流指令为负的情况下判定为上述主电路部处于再生状态，在上述直流电压环饱和判定部判定为饱和状态并且上述动作状态判定部判定为动力运行状态的情况下，上述直流电压指令计算部将上述直流电压指令变更为对从不饱和状态转变为饱和状态后的上述直流电压值的最小值加上规定的正的偏置所得的值，在上述直流电压环饱和判定部判定为饱和状态并且上述动作状...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹羽正一，山本健太，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP