控制脉宽调制(ＰＷＭ）控制的电压型变换器的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种用微机通过软件软件程序来控制脉宽调制控制的电压源型变换器中的开关元件（５１～５６）的装置和方法。当指示变换器输出的控制指令值确定后，对应于被指令的输出值的控制模式从多个控制模式（Ｍ１—Ｍ６）中选择，控制模式预先包含在一表中以决定控制信号应施加的开关元件以及控制开关元件的次序。此外，根据控制指令值，对于每相计算调制信号和预定参考值之间的差以决定控制开关元件的定时。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种用于控制脉宽调制(PWM)控制的电压源型变换器的控制系统，特别涉及一种用微机根据软件程序来对电压源变换器进行PWM控制的装置和方法。现有技术中的电压源变换器的脉宽调制控制的装置，都是用模拟电路的方法和数字电路的方法，而这些都是人们所熟知的。例如，现有技术中根据前面一种方法所揭示的脉宽调制控制装置在1986年7月日本Denkishoin公版公司出版的NaohikoKaniyama所写的题为“电子学新潮”(NewDriveElectronics)这本书中有所揭示。根据该书第92页所述的方法，表示电压源变换器的电流指令信号和输出电流间的差别的电压指令信号(调幅信号)在一模拟电路中被与一给定的三角波信号即载波信号相比较，结果产生用于控制脉宽调制控制的电压源变换器所需的脉冲形式。在前述方法的修改形式中，调制波信号和载波信号以数字化形式进行比较。其中，修改形式仍属于第一种方式。现有技术中根据后一种方法用数字电路控制电压源变换器的脉宽调制控制装置是由三菱电机有限公司1973年12月28日递交的日本专利公开第55-49509号所揭示的，该专利于1980年12月12日公开，所述专利提出了一种方法企图通过交替给两相提供开关控制以增加或减小矩形波输出的脉宽来产生改善的来自电压源变换器的矩形输出。另外，一种用于控制电流源变换器而取代电压源变换器的方法是由日立有限公司于1986年1月11日递交并于1987年1月20日公开的专利JP-A-62-163577所揭示的。公开的该专利提交了通过把正弦波的瞬时值变换成对应脉宽从脉宽调制控制的电流源变换器产生正弦波输出。另外，1987年1月12日递交的美国专利申请第2283号，其转让者中包括本申请中的几个专利技术人，该专利揭示了用微机来控制电流源变换器的方法。在上述相关技术中，对于用软件程序来控制电压源变换器的脉宽调制控制的装置没有给出特别的考虑，仍有许多问题有待解决，例如产生的输出波形足以接近正弦波的能力，以及脉宽控制装置的外形尺寸的减小能力。更特别地，在用模拟电路的方法的脉宽调制控制装置中，必须要有几个比较器，每个比较器都包括一运算放大器，该需要导致了为调节这些比较器所消耗的许多时间和人力的问题，并且不可避免地要增大电路的尺寸。同时，根据用数字电路的方法的脉宽调制控制装置中，理想正弦波输出的产生是困难的，这是因为二相只能开-关控制。此外，由于控制电路由分立电路元件组成，从简化电路尺寸的观点来看还有许多空间可以利用。另一方面，尽管上述JP-A-62-163577和美国专利第2283号中所述的方法中脉宽调制信号具有接近于正弦波波形的脉冲模式，这些是令人满意的，控制电路的结构是简单的，但这些方法只适用于电流源变换器，该方法不能直接应用于电压源变换器中。因此本专利技术的目的在于提供一种根据软件程序基本完善地控制脉宽调制控制的电压源变换器的方法和装置，它能够满足要求使变换器产生一个脉宽调制输出形式接近正弦波形式，并且控制电路中所用的离散电路元件的数目大大减少。能够达到上述目的的本专利技术的控制装置根据下述控制程序产生一个用于控制变换器的开关元件的控制信号(开/关信号)，即当变换器输出的控制指令值决定以后，对应于控制指令值的控制模式从多个预先确定的控制表中选择一控制指令值，这样控制信号所应施加的开关元件和开关元件的控制次序被确定下来。同样，根据控制指令值，调制信号和预定参考值之间的差被对于每相进行计算以决定开关元件的控制定时。在这种情况下，每一个控制模式的单位控制期被分成两半，开关元件的控制定时在对应控制期的各半个部分中决定。接着，所选择的控制模式与所确定的开关元件的控制定时相结合以产生控制信号。附图说明图1是根据本专利技术的脉宽调制控制的电压源变换器的控制装置的最佳实施例的方框图;图2，3和4是如图1所示的控制装置的工作流程图;图5，6，7，8，9和10是说明图1所示的控制装置的时间图;图11A和11B说明脉宽调制脉冲怎样产生;图12和图13是说明如图1所示的控制装置的工作过程的流程图;图14是说明包括用于控制图1所示的开关元件的各种模式的脉冲形式的表;图15是脉宽调制脉冲的波形的一个例子。包括本申请的专利技术人在内的专利技术者们提出过用前面提到过的JP-A-62-163577所揭示的脉宽调制控制电流源变换器的控制装置来用于控制脉宽调制控制的电压源变换器的控制装置中。揭示上述提议的专利申请是如1987年7月10日递交的62-171026日本专利，但是至今尚未公开，同时，该专利尚未在国外申请过。该在日本申请的专利提出了一种方法，该方法包括检测每相调制波信号的峰值和响应于相位控制指令的预定参考值之间的差;在单位控制期内(该值对应于相应的开关频率)，重复上述步骤以产生用于控制电压源变换器的开关元件所需的脉冲形式。在所述方法中，用一软件程序来执行电压源变换器的控制。但是，由于变换器输出电压的开/关频率不能做到高于开关元件的开/关频率(开关频率)，所以完全降低耦合到变换器上的马达所产生的噪声是较困难的。在根据本专利技术的控制装置中，马达产生的噪声通过控制变换器输出电压的开/关动作的频率高于构成变换器开关元件的开关频率来有效地降低，更详细的情况将在下面说明。图1是说明根据本专利技术的控制装置的最佳实施例结构的框图。参见附图1，控制装置包括直流电源1，频率指令信号ω＊1的输入端，相位指令信号θ＊的输入端3，和调制系数指令信号γ＊的输入端4。电压源变换器的主开关电路包括几个或者6个晶体管51到56作为半导体开关元件。(在图1中，反相导通二极管没有画出)，电压源变换器通过抗噪交流扼流线圈6连到感应电机7，它是变换器的负载。控制装置进一步包括经由脉宽调制控制脉冲信号线8连到变换器的晶体管51到56的控制用单片微机10。微机10包括连到输入端2，3和4的用于接收上述控制指令信号的输入端101，内部总线102，存贮各种控制程序和脉宽数据表等的ROM103，用作暂时存贮和寄存器的RAM104，执行算术和逻辑运算的微处理器(ALU)，用于设定或选择给输出口106提供预定脉冲形式所需的控制模式的模式设定寄存器107(控制模式指与被控制的晶体管和控制晶体管次序有关的信息)，设定被选控制模式选通时间的时间设定寄存器108，用于保持寄存在相应寄存器107和108中的选定的控制模式数据和控制模式选通时间数据的组合的保持寄存器109，当每次控制模式数据和控制模式选通时间数据被设定后，用来顺序存贮从保持寄存器109传送而来的数据的，包括多个存贮单元的相关存贮器110，连续产生表示实际时间的输出的定时器111，将存贮在相关存贮器110中的控制定时数据和定时器111的实时输出相比较并当其相等时产生一一致信号的比较器112，以及响应来自比较器112的一致信号的申请，以读出控制模式数据和来自相关存贮器110的一致控制定时数据的组合的执行控制器113。当存贮在相关存贮器110的一个存贮单元中的控制定时数据与定时器111提供的实时数据不一致时，比较器112则把存贮在下一个相关存贮器110的存贮单元中的控制定时数据与定时器111所提供的实时数据相比较。所以，仅当所需控制定时与实际时间相一致时，执行控制器113才能决定它使提供的控制信号，以控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能产生控制信号用于控制功率脉宽调制控制的电压源变换器中的多个开关元件导通状态的控制装置，所述变换器把直流功率输入转换成多相交流输出。ａ）响应于所述变换器的交流输出需要值以决定对应于该值的变换器输出相位指令值的装置；ｂ）响应于所述 相位指令值以从多个控制模式中选择一个确定多个开关元件的控制顺序的控制模式的控制模式选择装置；ｃ）按响应于相位指令值而选择的控制模式所确定的顺序来控制开关元件的决定控制定时的装置，所述控制定时决定装置包括产生对应于多相交流电的每相的调制波 信号的产生装置；设定第一参考值和第二参考值的装置；第一参考值的电平比每相调制波信号的正峰值高一预定值的电平，而第二参熂值的电平比每相调制波信号的负峰值电平低；当相位指令值作为所述开关元件的第一控制定时时设定第一参考值和各相调制波信号的瞬时值之间的差的装置；以及在相位指令值和决定相位值的和作为紧接着第一控制定时的第二控制定时的情况下，设定第二参考值和每相调制波信号的瞬时值间的差别的装置。ｄ）根据选择的控制模式和第一第二控制定时的设定情况产生控制开关元件的控制信号的装置，该控 制信号产生装置进一步包括能产生表示实际时间输出的定时器装置；当定时器装置的实时输出和第一或第二控制定时设定之间出现一致时，产生一致信号的比较装置；以及响应于所述一致信号按选择的控制模式所规定的次序以便在所述的控制定时，把控制信号提供到被控制的开关元件的输出装置。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：稻田博美，中村清，木村彰，保定夫，大内尚之，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，日立工程株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]