專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換裝置，特別涉及能減小由取樣控制運(yùn)算的運(yùn)算周期(取樣頻率)所引起的低頻波電壓失真的PWM電力變換裝置。
圖4示出的是已有的PWM電力變換裝置的構(gòu)成圖。圖中，1是由開關(guān)元件構(gòu)成的可變電壓、可變頻率的電力變換器，將通常的直流電力變換為所需電壓、頻率送給感應(yīng)電動機(jī)2的定子繞線。3是檢測感應(yīng)電動機(jī)2轉(zhuǎn)子角速度ωr的轉(zhuǎn)子角速度檢測器。4u、4v、4w分別是檢測經(jīng)電力變換器1流過感應(yīng)電動機(jī)2定子繞線的3相交流電流I1U、I1V、I1W的電流檢測器，5是3相-2相變換器，通過該3相-2相變換器5將各個電流檢測器4u、4v、4w來的3相交流電流I1U、I1V、I1W變換為與感應(yīng)電動機(jī)2定子繞線所加交流電壓的頻率ω1同步旋轉(zhuǎn)的2軸旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系(d-q座標(biāo)系)中的值，即定子繞線電流I1d、I1q。
6是由d-q座標(biāo)系中的定子繞線電流I1d、I1q與定子繞線電壓V1d、V1q算出與感應(yīng)電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子(未圖示)交鏈的磁通Φ2d、Φ2q(未圖示)的磁通運(yùn)算器，7是將d-q座標(biāo)系的2軸電壓指令值即定子繞線電壓V1d、V1q變換為實(shí)際的3相瞬時交流電壓指令值I1U、I1V、I1W的2軸-3相變換器。8是d軸電流控制器，用以對定子繞線電流d軸分量指令值I1d＊與其實(shí)際值I1d的差進(jìn)行例如比例積分運(yùn)算而致使按照指令值的電流流過。
9相同是q軸電流控制器，用以對定子繞線電流q軸分量指令值I1q＊與其實(shí)際值I1q的差進(jìn)行例如比例積分運(yùn)算而致使按照指令值的電流流過。10是用來將d軸分量的轉(zhuǎn)子繞線交鏈磁通(以下稱d軸分量磁通)Φ2d控制為內(nèi)部發(fā)生的d軸分量磁通指令值Φ2d＊的磁通控制器，11為用來將轉(zhuǎn)子角速度ωr控制為內(nèi)部發(fā)生的轉(zhuǎn)子角速度指令ωr＊的速度控制器。
12為由速度控制器11以及磁通運(yùn)算器6的輸出供給的除法器，13為由除法器12的輸出供給的系數(shù)器，通過這些除法器12以及系數(shù)器13算出轉(zhuǎn)差頻率指令值ωs＊。14為d軸分量指令值I1d＊減去定子繞線電流I1d的減法器，15為q軸分量指令值I1q＊減去定子繞線電流I1q的減法器，16為使轉(zhuǎn)差頻率指令值ωs＊與轉(zhuǎn)子角速度ωr相加的加法器，17為d軸分量磁通Φ2d減去d軸分量磁通指令值Φ2d＊的減法器，18為轉(zhuǎn)子角速度ωr減去轉(zhuǎn)子(再次指令值)ωr＊的減法器，19為使加法器16輸出積分的積分器。
圖5是示出圖4電力變換器1具體例的構(gòu)成圖。圖中，21為直流電源，22a-22f為與直流電源21連接構(gòu)成3相各支路的開關(guān)元件，23a-23f為分別與各個開關(guān)元件22a-22f反向并接的二極管，24為根據(jù)如圖7所示充當(dāng)各自相位相差120°的正弦波調(diào)制控制信號的3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W對開關(guān)元件22a-22f產(chǎn)生各自的調(diào)制信號24a-24f而使之通、斷控制的調(diào)制電路，并使得調(diào)制信號24a-24c按其原樣送給各開關(guān)元件22a-22c，而調(diào)制信號24d-24f經(jīng)反轉(zhuǎn)送給各開關(guān)元件22d-22f。
圖6是示出圖5調(diào)制電路24具體例的構(gòu)成圖。圖中，25為產(chǎn)生載波(三角波)信號25a的載波發(fā)生器，26為載波信號25a分別與3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W，比較產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)過的圖7所示信號26a-26c的比較器。這里，信號26a-26c分別對應(yīng)于調(diào)制信號24a與24d、24b與24e、24c與24f。
以下說明動作，首先說明電流控制。由電力變換器1流到感應(yīng)電動機(jī)2定子繞線的3相交流電流I1U、I1V、I1W分別由電流檢測器4u、4v、4w檢測，送到3相-2相變換器5。3相-2相變換器5按下式將3相交流電流I1U、I1V、I1W變換為從與加在感應(yīng)電動機(jī)2定子繞線上的3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W的頻率同步旋轉(zhuǎn)的2軸正交座標(biāo)系(d-q座標(biāo)系)看去的定子繞線電流I1d、I1q。
然而在上述(1)式中，θ1是由積分器19得到的交流電壓相位，由θ1＝∫ω1dt表示。d軸電流控制器8對定子繞線電流I1d與定子繞線的d軸電流指令值I1d＊的差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，輸出定子繞線電壓的d軸電壓指令值V1d。同樣，對于q軸分量也由q軸電流控制器9對定子繞線電流I1q與定子繞線的q軸電流指令值I1q＊的差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，輸出定子繞線電壓的q軸電壓指令值V1q。d軸電壓指令值V1d與q軸電壓指令值V1q按照下式經(jīng)2軸-3相變換器7變換為實(shí)際的3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W。
由此得到的3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W送到電力變換器1，對于感應(yīng)電動機(jī)2就可以流所需的電流。
以下說明轉(zhuǎn)差頻率控制。若上述電流控制電路系統(tǒng)十分高速地動作就可認(rèn)為I1d＊＝I1d，I1q＊＝I1q。這時將定子繞線電流I1d、I1q看作輸入時感應(yīng)電動機(jī)2系統(tǒng)的狀態(tài)方程由下式表示。
Φ2d＝αΦ1d+ωsΦ2q+βI1d(3)
Φ2q＝αΦ1d+ωsΦ2q+βI1q(4)ωr＝γ(IlqΦ2d-I1dΦ2q) (5)這里，α、β、γ是由感應(yīng)電動機(jī)確定的常數(shù)，ωs為轉(zhuǎn)差頻率，即ωs＝ω1-ωr(6)現(xiàn)在，若設(shè)ωs=β (I1q)/(Φ2d) (7)則上述(4)式為Φ2q＝αΦ2q(8)由于α＜0，故q軸分量磁通Φ2q隨著時間推移而趨近于零。這種時刻之后可認(rèn)為Φ2q＝0。而且，由除法器12與系數(shù)器13根據(jù)上述(7)式計算轉(zhuǎn)差頻率ωs的指令值ωs＊。再由加法器16使轉(zhuǎn)差頻率ωs的指令值ωs＊與轉(zhuǎn)子角速度ωr相加，計算加在感應(yīng)電動機(jī)2定子繞線上的交流電壓頻率ω1，由積分器19對該頻率ω1積分求得交流電壓相位θ1，通過該交流電壓相位θ1由2軸-3相變換器7根據(jù)上述(2)式進(jìn)行變換得到3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W，將這送到電力變換器，從而通過電力變換器1將頻率ω1的變流電壓加到實(shí)際運(yùn)行中的感應(yīng)電動機(jī)2上。
以下說明磁通控制。若由于上述轉(zhuǎn)差頻率控制而使得Φ2q＝0，則所謂控制磁通就是控制d軸分量磁通Φ2d。根據(jù)上述(3)式由Φ2q＝0就變?yōu)棣?d＝αΦ2d+βI1d(9)因而變成只要對d軸定子繞線電流進(jìn)行操作就可將d軸分量磁通Φ2d控制為所需的值。由磁通控制器10對d軸分量磁通指令值Φ2d＊與d軸分量磁通Φ2d的差進(jìn)行比例積分運(yùn)算輸出定子繞線電流指令值I1d＊。另外，d軸分量磁通Φ2d的值由磁通運(yùn)算器6求出。
以下說明速度控制。若由于上述轉(zhuǎn)差頻率控制而可控制為Φ2q＝0，由于磁通控制而控制為Φ2d＝Φ2d＊(常數(shù))，由上述(5)式變?yōu)棣豶＝γΦ2d＊I1q(10)因而變成只要對q軸定子繞線I1q進(jìn)行操作就可將轉(zhuǎn)子角速度ωr控制為所需的值。由速度控制器11對轉(zhuǎn)子角速度指令值ωr＊與實(shí)測值ωr的差進(jìn)行比例運(yùn)算，輸出q軸定子繞線電流I1q的指令值I1q＊。
已有的PWM電力變換裝置按上述那樣構(gòu)成，為達(dá)到感應(yīng)電動機(jī)等負(fù)載無噪聲，而采用IGBT等高速開關(guān)元件使開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)15-20KHz高頻時，當(dāng)然需要使載波(三角波)頻率提高到15-20KHz高頻，同樣還必須使取樣控制運(yùn)算的運(yùn)算周期速度加快到載波周期。然而，在此之前還受到執(zhí)行取樣控制運(yùn)算的微處理機(jī)能力的限止，而只能以比載波(三角波)頻率低的取樣頻率執(zhí)行取樣控制運(yùn)算，因而作為正弦波調(diào)制控制信號送給電力變換器的3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W如圖3中以實(shí)線放大所示那樣，取樣控制運(yùn)算的結(jié)果則為其周期比載波(三角波)25a周期小的取樣頻率疊加出的階梯波形，因此存在以下問題，即PWM調(diào)制后，調(diào)制信號含有因取樣頻率而引起的低頻電壓失真，無法達(dá)到完全的無噪聲，而且為消除噪聲若采用噪聲濾波器，構(gòu)成就變得復(fù)雜。
本發(fā)明正是用來解決這類問題的，因而其目的在于獲得一種可減少因取樣控制運(yùn)算的取樣頻率而引起的低頻電壓失真，達(dá)到負(fù)載無噪聲的電力變換裝置。
本發(fā)明的電力變換裝置包括對取樣控制運(yùn)算中所得到的交流電壓的相位角在其頻率比所述取樣控制運(yùn)算的取樣頻率高的周期中進(jìn)行相位校正的相位校正裝置;將根據(jù)該相位校正后的交流電壓相位角在所述取樣控制運(yùn)算中得到的2軸旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的電壓指令值座標(biāo)變換為3相交流電壓指令值的座標(biāo)變換器。
在本發(fā)明中，在例如載波(三角波)的周期中對取樣控制運(yùn)算中所得到的交流電壓相位角進(jìn)行內(nèi)插，藉此在載波的周期中將2軸的旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的電壓指令值座標(biāo)變換為多相例如是3相的電壓指令值。結(jié)果是原來為取樣控制運(yùn)算周期的階梯波形的3相電壓指令值變成其周期實(shí)際上與頻率比取樣頻率高的載波(三角波)的周期相同的階梯波形，從而減小因取樣控制運(yùn)算的取樣頻率而引起的低頻電壓失真。
圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例動作說明用的流程圖。
圖3是與已有例對比說明本發(fā)明一實(shí)施例動作用的信號波形圖。
圖4示出以往的PWM電力變換裝置的構(gòu)成圖。
圖5示出圖4中的電力變換器具體例的構(gòu)成圖。
圖6示出圖5中的調(diào)制電路的構(gòu)成圖。
圖7是圖6中各部分的信號波形圖。
實(shí)施例1以下參照


本發(fā)明一實(shí)施例。圖1是示出本發(fā)明一實(shí)施例的構(gòu)成圖，圖中與圖4相對應(yīng)的部分給予同一符號，故省略這重復(fù)的說明。圖1中，30是設(shè)在積分器19與作為座標(biāo)變換器的2軸-3相變換器之間，對取樣控制運(yùn)算中得到的交流電壓相位角在例如載波的周期中進(jìn)行相位補(bǔ)正的相位校正器。
以下參照圖2說明相位校正器30以及2軸-3相變換器7的動作。在例如載波(三角波)的周期中進(jìn)行插入運(yùn)算，首先在步驟S1靠相位校正器30判斷從積分器19來的交流電壓相位θ1是否經(jīng)過數(shù)字控制運(yùn)算而更新過，若更新過，則在步驟S2由相位校正器30把相位θ1初始設(shè)定作為θ，若未更新過則在步驟S3由相位校正器30將θ+(ω1/fK)設(shè)定作為θ進(jìn)行校正。這里fK是載波信號的頻率。接著在步驟S4由2軸-3相變換器7根據(jù)相位校正過的交流電壓相位θ，按照下式將d軸電壓指令值V1d，q軸電壓指令值V1q變換為3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W。
接著在步驟S5，2軸-3相變換器7將3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W作為正弦波調(diào)制控制信號輸出給電力變換器1的調(diào)制電路24。因此正弦波調(diào)制控制信號即3相瞬時交流電壓指令值V1U、V1V、V1W，相對于載波(三角波)25a如圖3中用虛線所示的那樣，成為具有與載波幾乎相同的周期包括有取樣頻率的階梯波形。而且由調(diào)制電路24的比較器26對該正弦波調(diào)制控制信號與載波25a比較，采用由此得到的脈沖寬度調(diào)制信號對電力變換器1的各開關(guān)元件20a-20f進(jìn)行PWM控制。
這樣，本實(shí)施例由于實(shí)際上可將疊加在從2軸-3相變換器7來的正弦波調(diào)制控制信號上的取樣頻率提高到近乎載波頻率高的頻率，因而減少因取樣頻率而引起的低頻電壓失真。另外對經(jīng)這種相位校正的取樣頻率，若可以減小其低頻電壓失真，則沒有必要提高至載波的頻率。
另外，上述實(shí)施例是對交流信號3相的場合說明的，但同樣可適用于這以上的多相場合，具有同樣效果。
綜上所述，按照本發(fā)明，由于包括對取樣控制運(yùn)算中得到的交流電壓相位角在其頻率比上述取樣控制運(yùn)算的取樣頻率高的周期中進(jìn)行相位校正的相位校正裝置;根據(jù)該相位校正后的交流電壓相位角將上述取樣控制運(yùn)算中所得到的2軸旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的電壓指令值座標(biāo)變換為多相交流電壓指令值的座標(biāo)變換器，因而具有減少因取樣控制運(yùn)算的取樣頻率而引起的低頻電壓失真，使感應(yīng)電動機(jī)等無噪聲，且不需要噪聲濾波器等使構(gòu)成簡單的效果。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于包括對取樣控制運(yùn)算中得到的交流電壓相位角在其頻率比所述取樣控制運(yùn)算的取樣頻率高的周期中進(jìn)行相位校正的相位校正裝置；根據(jù)該相位校正后的交流電壓相位角將所述取樣控制運(yùn)算中得到的2軸旋轉(zhuǎn)座標(biāo)的電壓指令值座標(biāo)變換為多相交流電壓指令值的座標(biāo)變換器。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于所述相位校正裝置是在其頻率比取樣控制運(yùn)算的取樣頻率高的載波周期中對交流電壓相位角進(jìn)行相位校正的。
全文摘要
本發(fā)明目的在于獲得一種可減小因取樣控制運(yùn)算的取樣頻率而引起的低頻電壓失真，達(dá)到無噪聲的電力變換裝置。故而具有對取樣控制運(yùn)算中得到的交流電壓相位角θ
文檔編號H02P27/04GK1077065SQ9310104
公開日1993年10月6日 申請日期1993年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月9日
發(fā)明者荒木博司 申請人:三菱電機(jī)株式會社