用于脉宽调制、可变电压/可变频率逆变器的控制装置制造方法及图纸

一种ＰＷＭ控制的可变电压／可变频率逆变器，其脉冲模式由逆变器交流输出电压一周内的电压脉冲数所表明，该脉冲模式按照交流输出电压的频率和交流输出电压系数改变，后者是逆变器当时所要产生的交流输出电压与在逆变器所用的直流电压源当时出现的电压值下所能产生的交流输出电压的最大值之比。（*该技术在2008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用于以脉冲宽度调制进行控制的可变电压/可变频率逆变器的控制装置的改进，特别是涉及向感应电机供电的逆变器所用的一种改进的控制装置，用以控制上述电机产生恒定的转矩。利用可变电压/可变频率（VVVF）的逆变器来控制感应电机是众所周知的，它是根据脉冲宽度调制（PWM）原理进行工作以产生恒定的输出转矩的，为了对逆变器进行PWM控制，常常采取一种所谓的正弦波调制方法。在该调制方法中，逆变器的半导体开关元件如晶体管或控制极关断可控硅等的控制信号，是通过对彼此互相同步的正弦波调制信号和三角波载波信号进行比较而产生的。这种逆变器的交流输出电压通过改变调制系数来控制，调制系数是调制信号的幅度与载波信号的幅度之比，逆变器的交流输出电压的频率则通过改变调制信号的频率来控制。下面将把逆变器交流输出电压的频率简称为输出频率。在这里要指出的是，调制系数的最大值受逆变器中所用的半导体开关元件的最小允许关断时间的限制，这将在后面详细叙述。另一方面，为了实现感应电机恒定转矩控制的目的，逆变器必须控制得使交流输出电压V对其输出频率f之比保持在所需的恒定值，换句话说，逆变器是按照预定的V/f比值特性来控制的。而且，通常按照输出频率的预定范围，改变PWM控制的逆变器交流输出电压的一个周期内的电压脉冲数，以减少由于PWM控制而包含在输出电流中的脉冲成分。电压脉冲数的改变可以通过改变载波信号频率对调制-->信号频率之比来实现。在这种PWM控制的逆变器中，其交流输出电压是通过改变调制系数来控制的，而在输出频率的预定范围之内将电压脉冲数维持在某个所希望的数目上，逆变器在一定的脉冲数下的工作称为“模式”，例如，某个逆变器的工作模式随着频率的增加从“9脉冲模式”经“5脉冲模式”和“3脉冲模式”最后变化到“单脉冲模式”。通常，脉冲模式的改变是按照事先设定的参考频率来进行的，即，如果输出频率与对应的参考频率相等，脉冲模式在9脉冲模式和5脉冲模式之间、5脉冲模式和3脉冲模式之间、或3脉冲模式和单脉冲模式之间变化，当然，上述参考频率选择得使输出电流中脉冲成分的幅度尽可能小。可是，在这种传统的控制装置中，有着如下的缺点。当脉冲模式改变时，在逆变器的输出电流中会出现一个峰值，如果逆变器的直流电源的电压较高，上述输出电流中的峰值也相应变大，有可能超过逆变器半导体开关元件电流转换的极限，另一方面，如果直流电压值的电压较低，开关元件不导通的时间很短，有可能小于最小允许关断时间，这就会引起逆变器的转换错误。为了消除上述缺点，在日本公开专利No.JP-A-57/129170（1982.8.11公布）中已经揭示了一种控制装置。按照这一已有技术，在一个PWM控制的VVVF逆变器中，通过根据逆变器的直流电压源的电压和逆变器的输出频率所作的计算来确定每一脉冲模式中现行的调制系数，当判别出所确定了的调制系数达到根据现行的脉冲模式和那时的输出频率所决定的最大值时，就改变脉冲模式。用这种方式，该已有技术的控制装置可以适应逆变器所用的直流电压源的电压变化。但是，实际上往往有这样一些情况，即要求按照不同的V/f比值特性来控制PWM控制的VVVF逆变器。在这些情形中，这一已有-->技术需要用适合于新的V/f比值特性的新的脉冲模式。所以已有技术的控制装置缺乏适应性，不能在各种V/f比值特性中广泛应用。本专利技术的目的是提供一种用于PWM控制的VVVF逆变器的控制装置，它能自动改变脉冲模式，即使需要不同的V/f比值特性时也是如此。本专利技术的特点在于，PWM控制的逆变器工作的脉冲模式按照逆变器的输出频率和一个取决于交流输出电压系数的信号而变化，输出电压系数定义为该时刻逆变器所要产生的输出交流电压对可以在逆变器所用的直流电压源当时出现的电压下得出的最大交流输出电压之比。在本专利技术中，不需要任何脉冲模式变化特性，而这一点通常是必须预先提供以适合所需的某一具体的V/f比值特性的。按照本专利技术，通过把一个代表交流输出电压系数的信号结合进模式变化控制，脉冲模式可以自动地改变到适当输出频率下的一个脉冲模式。图1是说明现有技术的控制装置的问题的图，其中示出了交流输出电压Va和调制系数γ相对于输出频率f的关系;图2也是说明现有技术的控制装置的问题的图，其中示出了几个脉冲模式改变特性的例子;图3是按照本专利技术一个实施例的用于PWM控制的VVVF逆变器的控制装置的示意性方框图;图3a是表示采用本专利技术的逆变器的驱动感应电机系统的示意图;图4是用在图3的控制装置中的交流输出电压系数计算单元的特性;图5是用在图3的控制装置中的脉冲模式确定单元的特性;图6表示用在图3的控制装置中的调制系数计算单元的特性;图7a至7e是说明性的图，其中示出了PWM控制中的各种信号的波形，以及数量;-->图8是说明性的图，其中示出了调制系数和输出频率的关系，以及按照本专利技术实际控制调制系数的方式。在叙述本专利技术的实施例之前，将参照图1和图2进一步详细叙述现有技术中的一个问题。举例来说，随着输出频率的增加，脉冲模式从9脉冲模式经5脉冲模式和3脉冲模式变化到单脉冲模式。图1中，表示出了在9、5和3脉冲模式下的最大调制系数γ9（max）、γ5（max）、γ3（max）。在线段γ9（max）下面的区域中，逆变器工作在9脉冲模式下，在线段γ9（max）和γ5（max）之间，逆变器工作在5脉冲模式，类似地，在线段γ5（max）和γ3（max）之间，逆变器工作在3脉冲模式下，最后，在超出线段γ3（max）的区域，逆变器工作在单脉冲模式下。进一步，假定在逆变器直流电压源的某一电压下在所要求的V/f比值特性如实线A所示，逆变器被控制得沿线段A随着输出频率f的增大而增加其交流输出电压Va，在这种控制过程中，脉冲模式在线段A与相应的线段γ9（max）、γ5（max）和γ3（max）相交的那些频率上变化。如果把这样确定下来的脉冲模式变化频率相对于直流电源电压Ed的变化画出，就得到了如图2中一组实线所示的模式变化特性。在该图中，如果直流电源电压Ed是1500伏，模式变化就在代表1500伏电压的水平线与对应的实线相关的各个频率上进行。如上所述，在现有技术的控制装置中，必须提供如图2所示的模式变化特性，这一特性事先根据图1所示的调制系数γ和交流输出电压Va相对于频率f的关系得到，所以，如果需要改变如图1的虚线B所示的V/f比值特性，那末模式变化特性必须改变，如图2的一组虚线所示。这种不方便是由于下列事实所产生：即模式变化是根据直流电源电压Ed，而不是根据交流输出电压Va和输出频率f进行的。-->按照本专利技术，把交流输出电压系数β的概念引入了模式变化控制，交流输出电压系数β是逆变器在某一直流电源电压下所需要产生的交流输出电压对在该直流电源电压下从逆变器能够得出的最大交流输出电压之比。下面参见图3。现在将对按照本专利技术一个实施例的逆变器控制装置的整体结构加以说明，图3a表示应用本专利技术的逆变器驱动的感应电动机系统。首先，将描述逆变器驱动的感应电动机系统的安排。在图3a中，VVVF逆变器INV有一个直流电源电压Ed，此逆变器由控制极信号按PWM方式进行控制，把直流电源电压Ed逆变为交流输出电压Va。直流电源电压Ed由适当的电压检测器检测，其输出信号耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器的控制装置，该逆变器输入直流电压，向感应电动机提供按照ＰＷＭ控制产生的可变电压／可变频率交流输出电压，所述的控制装置具有：用于检测该逆变器交流输出电压频率（输出频率）的检测装置，用于确定该逆变器工作的脉冲模式—逆变器在交流 输出电压的一周内保持的电压脉冲数—和产生用来控制交流输出电压的调制系数的计算装置，用于根据调制系数产生逆变器的控制极信号和按照脉冲模式产生输出频率的ＰＷＭ控制装置，本专利技术的特征在于，所述的计算装置包括：用于计算交流输出电压系数的 交流输出电压系数计算单元，该系数是逆变器当时所要产生的交流输出电压与交流输出电压最大值之比，它可根据输出频率和直流电压，由逆变器在当时出现的直流电压下产生，用于根据输出频率和交流输出电压系数确定脉冲模式的脉冲模式确定单元，以及，用于 根据交流输出电压系数和脉冲模式信号产生调制系数的调制计算单元。

【技术特征摘要】
JP 1987-6-1 134984/871、一种逆变器的控制装置，该逆变器输入直流电压，向感应电动机提供按照PWM控制产生的可变电压/可变频率交流输出电压，所述的控制装置具有：用于检测该逆变器交流输出电压频率(输出频率)的检测装置，用于确定该逆变器工作的脉冲模式-逆变器在交流输出电压的一周内保持的电压脉冲数-和产生用来控制交流输出电压的调制系数的计算装置，用于根据调制系数产生逆变器的控制极信号和按照脉冲模式产生输出频率的PWM控制装置，本发明的特征在于，所述的计算装...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀江哲，神保佳司，
申请(专利权)人：日立制作所株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]