PWM周波变换器和电源失常检测电路制造技术

公开了一种ＰＷＭ周波变换器，当电源出现失常时，它可在不中断操作的情况下转换电源。当三相ＡＣ电源１中出现电源失常时，电源失常检测电路３０输出电源失常检测信号１２０，然后电源开关２０选择并输出非中断电源１０的输出电压。相位检测电路开关４３选择并输出非中断电源相位检测电路４１输出的相位信息。非中断电源相位检测电路４１检测电源出现失常前的非中断电源１０的相位，这样就在相位检测电路开关４３转换输出的相位信息之后，立即就可以输出精确的非中断电源１０的相位信息。结果是，当转换电源时不用中断操作。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种周波变换器(cycloconvert)，它是一可从固定频率的AC电源中直接产生任何频率的AC输出的电源变换器，特别是一种利用脉冲宽度调制(PWM)控制的PWM周波变换器。
技术介绍
近来，利用周波变换器的电机等装置的控制得到了研究和发展，其中周波变换器是一种从固定频率的AC电源中直接产生不带DC输出的任何频率的AC输出的电源转换器，特别是，通过利用了脉冲宽度调制(PWM)控制的PWM周波变换器。PWM周波变换器也被称为“矩阵变换器”。在这种PWM周波变换器中，输入电源和输出通过双向开关彼此直接连接，从而允许电流直接双向流动。结果是，当输入电源中出现失常，如开相、电源断电、或电源失衡，导致正常操作不能进行时，PWM周波变换器的操作必须被中断。图1示出一种已有技术的PWM周波变换器，其中当电源中出现失常时，操作必须中断。已有技术的PWM周波变换器由三相AC电源1、输入滤波器2、电源失常检测电路30、输入电源相位检测电路40、输入电源电平检测电路50、控制器160、门驱动器70以及双向开关模块80组成。三相AC电源1通过输入滤波器2与双向开关模块80连接。双向开关模块80由九个双向开关SUR-SWT组成，这九个开关用于连接输入滤波器2提供的三相AC电源1的三相(R、S、T)电压组合和输出的三相(U、V、W)输出电压。双向开关模块80的输出与负载R1-R3连接。控制器160根据从输入电源电平检测电路50和输入电源相位检测电路40接收到的信息，向门驱动器70输出门信号。门驱动器70根据门信号驱动双向开关模块80的各双向开关SUR-SWT。输入电源电平检测电路检测三相AC电源1的电压。输入电源相位检测电路40接收三相AC电源1中的两相作为输入，并检测三相AC电源1的相位。输入电源相位检测电路40由变压器100、比较器101、相位/频率检测器(PFD)102、滤波器103、压控振荡器(VCO)104、以及计数器105组成。三相AC电源1的输入电压中的一两相部分通过变压器100输入到比较器101中，并且，输入到PFD102、滤波器103、VCO104以及计数器105中，最终形成相位信息。计数器105的最高有效位(MSB)被反馈到PFD102从而形成PLL电路。除了图2所示的电路，检测输入电压相位的装置也可由一利用定时器测量从比较器101输出方波的边缘到边缘的电路构成。当检测三相AC电源1中电源失常时，电源失常检测电路30向控制器160输出电源失常检测信号120。当接收电源失常检测信号120时，控制器160输出一提供给门驱动器70的门信号，以中断双向开关模块80。下面将说明已有技术PWM周波变换器当发生电源失常时自动中断的操作。但是，根据电机的使用，即使当发生电源失常时，也可能需要继续操作。这种问题可以通过提供一应急电源，如一普通DC电源或一不中断电源，然后当发生电源失常时，从普通电源切换到应急电源以继续操作来实现。下面将利用使用PWM变换器的情况对这种当电源失常的情况下实现电机的连续操作的方法作进一步说明。如图3所示，PWM变换器由下述部分组成AC电源111、二极管模块112、作为应急电源的DC电源113、三极管模块114、二极管115和116、控制器117以及滤波电容器118。二极管模块112对AC电源1输出的电压进行整流并将其转换为DC电压。二极管115和116选择二极管模块112的输出电压和DC电流113的输出电压中的较高电压。控制器117输出对各三极管的控制信号，这些三极管组成三极管模块114从而将DC电压转换为三相AC电压，并输出至负载R1-R3。当AC电源111的电压和滤波电容器118的电压在该PWM变换器中降低时，DC电源113自动向三极管模块114供电。这样，当AC电源111中出现失常和其输出电压降低时，可以在不中断工作的为负载的电机操作的情况下，实现向DC电源113，即应急电源的转换。这样，由于PWM变换器包括一DC部分，因此它可以通过简单的提供DC电源113和二极管115和116的方法，实现当电源失常时进行连续操作。但是，PWM周波变换器不包括可直接将一AC电源转换为任何频率的AC电源的一DC部分。这样，PWM周波变换器就不能像在PWM变换器中一样，利用如二极管等元件来实现供电电源的转换。另外，除非输入电源的相位信息已知，否则不能控制PWM周波变换器的操作。相应的，如图1中所示的已有技术中的PWM周波变换器具有一作为应急电源的不中断三相AC电源，当电源失常时，简单的将电源从三相AC电源1转换为应急电源也需要电机操作中断，同样不能实现连续操作。一AC/AC电源转换器，如上述的PWM周波变换器，可作为控制不同频率控制的电机的控制装置。作为一实际例子，下面将说明另一情况，其中AC/AC电源转换器用于构成一电梯驱动器，以控制电梯系统的操作。在已有电梯系统中，电机的控制由一电梯驱动器装置执行，该驱动器利用一PWM变换器作为AC/AC电源变换器。在这种电梯系统中，提供有一应急电源，从而实现当电源失常时电梯的连续操作。图4示出当三相AC电源用作应急电源时已有的电梯系统。已有电梯系统由下述部分组成三相AC电源1、电源开关20、电源失常检测电路30、应急三相AC电源装置210、由PWM变换器组成的电梯驱动器6、制动单元7、制动电阻8、电机3以及电梯机械4。电梯驱动器6还包括二极管整流电路240、IGBT(绝缘栅极双极晶体管)(Insulated Gate Bipolar Transistor)241、门驱动器242、控制器243、滤波电容器244、突入电流控制电阻245和开关246。三相AC电源1通过电源开关20与电梯驱动器6的二极管整流电路240的输入端连接。由二极管整流电路240整流后的DC电压通过突入电流控制电阻245或开关246，然后由滤波电容244滤波，最后提供给IGBT241。IGBT241根据门驱动器242输出的门信号，通过转换控制DC电压来控制电机3。突入电流控制电阻245用于控制流向滤波电容244的突入电流，开关246用于在正常操作期间短路突入电流控制电阻245。另外，制动单元7和制动电阻8连接在电梯驱动器6的正极线和负极线之间，用于消耗再生操作期间的再生能量。另外，电源失常检测电路30接收三相AC电源1的三相电压作为输入，并当检测到三相AC电源1中出现任何电源失常时，输出电源失常检测信号120。当没有接收到电源失常检测信号120时，电源开关20照常从三相AC电源1向二极管整流电路240输出三相(R、S、T)输出电压，但是当接收到电源失常检测信号120时，则向二极管整流电路240输出作为应急电源的应急三相AC电源装置210的电压。当已有电梯驱动器中发生电源失常时，电源失常检测电路30输出电源失常检测信号120，这样电源开关20将作为电梯驱动器6的输入的电压由三相AC电源1转换为应急三相AC电压装置210。相似的，图5示出一利用了电梯驱动器6的电梯系统，该驱动器由一PWM变换器组成，其中一单相AC电源被用作应急电源。在图5中，应急单相AC电源装置211的两相(R′和S′)输出电压输入到电源开关20。图6示出当应急电源为一备用DC电源，即一电池时，利用由一PWM变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＰＷＭ周波变换器，包括：双相开关模块，它由九个在三相ＡＣ电源的各个三相电压和三相输出电压之间连接的双向开关组成；和一输入电源相位检测电路，用于接收作为输入的三相ＡＣ电压中的两相并检测该输入的相位，这三相ＡＣ电压作为输入被提供给双 向开关模块，其特征在于ＰＷＭ周波变换器包括：一非中断电源，它是一单相ＡＣ电源；一电源失常检测电路，用于当检测到三相ＡＣ电源的电源失常时，输出电源失常检测信号；一电源开关，用于当没有接收到作为输入的电源失常检测信号时，从三相ＡＣ电 源向双向开关模块输出三相输出电压，且，当接收到电源失常检测信号时，从非中断电源向双向开关模块输出一单相ＡＣ电压，以替换输入电源相位检测电路对其检测相位的两相输出电压；以及一控制单元，用于当没有接收到作为输入的电源失常检测信号时，根据输入 电源相位检测电路检测的相位信息控制双向开关模块，执行控制，从而使双向开关模块在三相输入条件下操作，当接收到电源失常检测信号时，将双向开关模块的控制模式从三相输入操作转换为单相输入操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山本荣治，石井佐田夫，原英则，渡边英司，山崎哲也，田中耕次，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]