CN102055369B - 电动机驱动用电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在最大限度使用电源再生的允许电力的同时，还能某种程度地抑制在电源中再生的电流的失真，并且电阻再生快速工作，难以形成过电流的电动机驱动用电源装置。导通信号产生电路(SG)根据电源再生时的电源电流的大小，产生用于控制电阻再生的第一及第二导通信号。第一导通信号(S1～S6)使再生时的晶体管(Tr1～Tr6)的导通期间(CT)为从基本期间(T)开始前至基本期间(T)结束前为止。此外，导通信号产生电路(SG)产生第二导通信号(S′)，该第二导通信号(S′)在三相交流电流中成为最大的相的交流电流变为晶体管(Tr1～Tr6)的允许电流值以上的预定的基准电流以上的期间，使再生电阻电路(RR)的晶体管(Tr7)成为导通状态。

Description

电动机驱动用电源装置

技术领域

本发明涉及一种具备将电动机发电的再生电力返回电源的再生功能的电动机驱动用电源装置。

背景技术

图5示出了现有的具备再生功能的电动机驱动用电源装置的结构的一例，图6示出了图5所示的现有的电动机驱动装置用电源装置中的各部的工作波形的时间图。在现有的电源装置中，对在三相交流电源的电压相位的每一120°区间中构成转换器的桥式连接的晶体管进行开关，将电动机的再生电力返回电源。在三相交流电源和电动机控制装置之间配置电动机驱动用电源装置，由AC扼流圈(reactor)ACL和6个晶体管、6个二极管，还有检测三相交流电源的相位的相位检测电路和驱动6个晶体管的门信号作成电路构成电源装置。在电动机进行动力运行运转的时候，6个晶体管的栅极成为截止状态。此时，从三相交流电源输入的三相交流电流通过并联连接在6个晶体管上的6个二极管进行三相全波整流，向电动机控制装置提供直流电流。电动机控制装置，包含在动力运行时将直流电流转换成交流电流，在再生时将由电动机M发电的交流电流逆转换为直流电流的逆变器(inverter)电路。在再生时，电力从此电动机M返回，当电动机控制装置的直流部的电压上升时，就以由相位检测电路检测出的三相交流电源的相位为基础，如图6所示，顺序使6个晶体管的栅极导通，电流流到三相交流电源的各相，直流部的电力返回三相交流电源。使6个晶体管分别导通的区间，关于上侧的相(再生电压为正的相)是各相的电源电压比其它的相的电源电压高的120°的区间；关于下侧的相(再生电压为负的相)是各相的电源电压比其它的相的电源电压低的120°的区间。该现有的电源装置中，在来自电动机M的瞬间再生电力变大、驱动用电源装置的容量变小的情况下，不能充分地进行再生。因此，在特开昭62-26192号公报(专利文献1)中提案有图7这样的并用电阻再生的再生电力控制装置20。在图7所示的装置20中，相对电源再生电路(9)并列地设置电阻再生电路(13、14)。而且，在电动机减速时，当逆变器4的直流电压在规定值以下时，使电源再生电路工作、进行向交流电源的电源再生。在逆变器4的直流电压在规定值以上时，使电源再生电路和电阻再生电路双方工作，由电源再生和电阻再生双方吸收再生电力。

此外，在特开平6-62584号公报(专利文献2)中示出了以抑制在电源中再生的电流的失真为目的，具备计时调整手段的电源装置。在图8中示出了该公知电源装置的工作波形的时间波形图。在该公知的电源装置中，变更使晶体管导通的区间(参照门信号)。如图8所示，在该公知的电源装置中，关于与三相的电源电压中其它的相比较、针对再生电流流到成为最大的电位及最小的电位的相中的晶体管的驱动信号，计时调整手段在从该相的电位成为上述的最大的电位之前的时间起，开始向再生电流流到该相的晶体管输出驱动信号。然后，在该相的电位经过相对于其它的二相表示出最大的电位的期间后变为与其它的一相的电位同电位，之后不表示出最大的电位的时间之前，计时调整手段输出驱动信号。此外，计时调整手段在从该相的电位变为上述最小的电位之前的时间起，开始向该相输出再生信号，在该相的电位经过相对于其它的二相表示出最小的电位的期间后变为与其它的一相的电位同相位且不表示出最小的电位的时间之前，输出驱动信号。

专利文献1：特开昭62-26192号公报

专利文献2：特开平6-62584号公报

发明内容

在现有的并用电源再生和电阻再生的电动机驱动用电源装置中，在不超过电源再生的允许电力的时候也并用电阻再生。为此，不能有效地利用为了节省能量而设计的电源再生。这是因为，在电源再生时流到电源的电流受电源阻抗的影响，在逆变器的直流电压变为规定值时大多未必能达到电源再生的允许电力。此外，在急减速电动机的情况下，返回陡峭的再生电力。在这样的情况下，希望快速地使电阻再生工作，吸收再生电力。在这样的情况下，如果再生电力的吸收延迟，则逆变器直流电压就会上升，在电源中再生的电流就会增大到所需以上，假设根据状况发出表示产生了过电流的警告。但是，如图8所示，在现有的电源再生中的电流的失真的抑制控制中，存在于120°通电区间的2个电流的山形的波形几乎变为相同的最大值。为此，在处于120°通电区间的2个电流的山形的波形超过阈值的时候实施电阻再生的情况下，在电源装置中不能进行高速的电阻再生工作。

鉴于这样的观点进行本发明，本发明的目的在于，提供一种在最大限度使用电源再生的允许电力的同时，还能某种程度地抑制在电源中再生的电流的失真，并且电阻再生快速工作，难以形成过电流的电动机驱动用电源装置。

本发明的电动机驱动用电源装置，包括：电源再生电路、再生电阻电路、导通信号产生电路、检测输入到电源再生电路中的多相交流电压的相位的相位检测器、以及检测多相交流电流的电流检测器。电源再生电路具备：将来自多相交流电源的多相交流电流转换成直流电流的转换器功能；向电动机控制装置提供直流电力的整流功能；和使具备被桥式连接的多个开关元件的转换器电路工作、在多相交流电源中再生从电动机控制装置侧再生的再生电力的再生功能。再生电阻电路结构为，由再生电阻和开关电路的串联电路构成，被设置在电源再生电路的直流输出端子间，通过使开关电路成为导通状态，从而用再生电阻来消耗再生电力。导通信号产生电路在再生时产生用于使多个开关元件导通的第一导通信号、和用于使开关电路成为导通状态的第二导通信号。

在本发明中，在再生时，基于相位检测器的输出，将多相交流电源的多相交流电压中的一个相的电压变得比其它相的电压更大的期间、以及该一个相的电压变得比其它相的电压更小的期间定义为在该一个相中再生再生电力时成为导通状态的开关元件的基本期间。而且，特别地，导通信号产生电路，为了使与基本期间对应而产生的一个相的电流的最初的电流波形的峰值比此后产生的电流波形的峰值更高，而产生第一导通信号，该第一导通信号使半导体开关元件的导通期间为从基本期间开始前至基本期间结束前为止。此外，导通信号产生电路产生第二导通信号，该第二导通信号在多相交流电流中成为最大的相的交流电流变为开关元件的允许电流值以上的预定的基准电流以上的期间，使再生电阻电路的开关电路成为导通状态。

根据本发明，当导通信号产生电路为了电源再生而产生使半导体开关元件的导通期间为从基本期间开始前至基本期间结束前为止的第一导通信号时，与基本期间对应而产生的一个相的电流的最初的电流波形的峰值就会比此后产生的电流波形的峰值变得更高。如果这样，虽然在电源中再生的电流的失真增加了一些，但与通常的120°通电控制相比，却能抑制在电源中再生的电流的失真。在此之上，在成为最大的相的交流电流变为开关元件的允许电流值以上的预定的基准电流以上的期间，如果产生使再生电阻电路的开关电路成为导通状态的第二导通信号，就能早期地使电阻再生工作，可通过电阻再生来吸收超过电源再生的再生电力。由此，就能最大限度地利用电源再生的允许电力。其结果，根据本发明，不发生主电路的直流电压变高、电源电流增大这种情况。

再有，多相交流电源通常是三相交流电源。此情况下，电源再生电路具备由被桥式连接的6个半导体开关元件组成的转换器电路、和被桥式连接的半导体整流元件。此外，导通信号产生电路，在再生时，基于相位检测器的输出，在将三相交流电源的三相交流电压中的一个相的电压变得比其它2个相的电压更大的期间、以及该一个相的电压变得比其它2个相的电压更小的期间定义为在该一个相中再生再生电力时成为导通状态的2个上述开关元件的基本期间时，为了使与基本期间对应而产生的一个相的电流的最初的电流波形的峰值比此后产生的电流波形的峰值更高，而产生第一导通信号，该第一导通信号使2个半导体开关元件的导通期间为从基本期间开始前至基本期间结束前为止。

再有，上述的基本期间，优选电角度比120°更大。如果这样，与通常的120°通电控制相比，可抑制在电源中再生的电流的失真。

此外，优选基准电流被设定为防止半导体开关元件被再生电流破坏的值。如果这样，就能确实地保护半导体开关元件。

附图说明

图1是表示本发明的电动机驱动用电源装置的实施方式的一例的概括结构的图。

图2是表示产生第二导通信号的结构的图。

图3(A)至(D)是表示图1的实施方式的各部的工作波形的图。

图4(A)至(D)是表示急减速电动机时的工作波形的图。

图5是表示现有的电动机驱动用电源装置的结构的图。

图6是图5的各部的工作波形图。

图7是表示现有的另一电动机驱动用电源装置的结构的图。

图8是图7的各部的工作波形图。

符号说明

Tr1～Tr7晶体管

D1～D7二极管

CV转换器电路

MC电动机控制装置

M电动机

AC三相交流电源

CD电流检测器

PD相位检测器

SG导通信号产生电路

PR电源再生电路

RR电阻再生电路

具体实施方式

下面参照附图详细地说明本发明的实施方式的一例。图1是表示本发明的电动机驱动用电源装置的实施方式的一例的概括结构的图。在三相交流电源AC上连接AC扼流圈ACL，在其输出侧桥式连接作为6个半导体开关元件的晶体管Tr1～Tr6，构成转换器电路CV。而且，在6个晶体管Tr1～Tr6上分别并联连接6个二极管D1～D6。6个二极管D1～D6构成被桥式连接的三相整流电路。由被桥式连接的晶体管Tr1～Tr6和二极管D1～D6构成电源再生电路PR。

在转换器电路CV的直流输出端子间并联连接再生电阻R、和构成开关电路的晶体管Tr7和二极管D7的并联电路的串联电路。该串联电路构成电阻再生电路RR。电阻再生电路RR结构为，通过使晶体管Tr7(开关电路)成为导通状态，由再生电阻R来消耗再生电力。

此外，在转换器电路CV的直流输出端子间还并联连接平滑电容器C。在平滑电容器C的两端连接包含逆变器电路的电动机控制装置MC。该逆变器电路将直流转换成交流，向三相交流电动机M提供规定频率的三相交流电流作为电动机电流。当电动机M减速并成为再生状态时，逆变器电路就会作为将电动机M发电的交流电流转换成直流电流的转换器起作用。

在连接在R相、S相及T相的AC扼流圈ACL的输出侧连接相位检测器PD。此外，还在连接在R相及S相的AC扼流圈ACL的输出侧连接电流检测器CD。电流检测器CD检测R相及S相的交流电流，从这些交流电流中通过运算求出并输出T相的交流电流。

电流检测器CD和相位检测器PD的输出被输入到导通信号产生电路SG。导通信号产生电路SG，在电动机M的动力运行时及再生时，产生用于使构成电源再生电路PR中的转换器的6个晶体管Tr1～Tr6导通的多个第一导通信号S[图3(B)的S1～S6]，以及在再生时，产生用于使电阻再生电路RR中的晶体管Tr7成为导通状态的第二导通信号S′。在本实施方式中，在再生时，基于相位检测器PD的输出，将从三相交流电源AC输出的三相交流电压中的一个相的电压变得比其它相的电压更大的期间、以及该一个相的电压变得比其它相的电压更小的期间定义为在该一个相中再生再生电力时成为导通状态的开关元件的基本期间T。而且，特别地，导通信号产生电路SG，产生使再生时的晶体管Tr1～Tr6的导通期间CT(导通信号S1～S6的信号宽度)成为从基本期间T开始前至基本期间T结束前为止的第一导通信号S1～S6。在图3中明示出关于R相的基本期间T和导通期间CT。将R相的电压变得比S相及T相的电压更大的期间、以及R相的电压变得比S相及T相的电压更小的期间定义为在R相中再生再生电力时成为导通状态的2个晶体管Tr1及Tr4的基本期间T。然后，设决定这些2个晶体管Tr1及Tr4的导通期间CT的导通信号S1及S2的上升沿rp为基本期间T1开始前，设导通信号S1及S2的下降沿fp为至基本期间T1结束前为止。对于与其它的相对应的晶体管的导通期间也同样地决定。在图3(B)中，规定导通信号S3及S4为用于S相的2个晶体管Tr2及Tr5的门信号。此外，规定导通信号S5及S6为用于T相的2个晶体管Tr3及Tr6的门信号。为了使对应基本期间T而产生的一个相(例如R相)的电流的最初的电流波形[例如图3(C)的W1]的峰值P1比此后产生的电流波形[例如图3(C)的W2]的峰值P2更高，而决定导通期间CT。

当导通信号产生电路SG产生用于电源再生的上述第一导通信号S1～S6时，对应基本期间T而产生的一个相的电流的最初的电流波形W1的峰值P1就变得比此后产生的电流波形W2的峰值P2更高。如果这样，虽然在电源AC中再生的电流的失真会增加一些，但如果与通常的120°通电控制相比，则可抑制在电源AC中再生的电流的失真。

此外，如图3(C)所示，导通信号产生电路SG产生第二导通信号S′，该第二导通信号S′在三相交流电流中成为最大的相的交流电流变为晶体管Tr1～Tr6(开关元件)的允许电流值以上的预定的基准电流(ri，-ri)以上的期间，使再生电阻电路RR的晶体管Tr7成为导通状态[参照图3(D)]。为了产生第二导通信号S′，如图2所示，导通信号产生电路SG具备检测三相交流电流中成为最大的相的交流电流的最大值检测器MD、和判定成为最大的相的交流电流变为预定的基准电流(ri，-ri)以上的期间的比较器CP。如此，如果产生在成为最大的相的交流电流变为晶体管Tr1～Tr6的允许电流值以上的预定的基准电流(ri，-ri)以上的期间使再生电阻电路RR的晶体管Tr7成为导通状态的第二导通信号S′，则就能比过去更早期地使电阻再生工作，能够由电阻再生来吸收超过电源再生的再生电力。其结果，就能最大限度地利用电源再生的允许电力。

下面使用图4简单地说明图1的实施方式的工作。图4是使电动机急减速时的工作波形图。在电动机M进行动力运行运转的时候，晶体管Tr1～Tr6的栅极变为截止。然后，从三相交流电源AC通过并联连接在晶体管Tr1～Tr6上的二极管D1～D6进行三相全波整流，向电动机控制装置MC提供电力。当电动机M变为减速状态时，就成为再生状态，再生电力从电动机M返回电源侧，电动机控制装置MC的直流部的电压上升[参照图4(C)]。然后，基于由相位检测器PD检测出的三相交流电压的相位，如图3(B)所示，晶体管Tr1～Tr6在由导通信号S1～S6指定的导通期间变成导通状态。其结果，再生电流流到各相，使直流部的电压上升的再生电力返回电源AC。如前所述，如果决定使晶体管Tr1～Tr6成为导通状态的导通期间CT，则一相的晶体管导通的区间就会变得比过去长，处于电源再生电流的120°通电区间的2个电流的山形的波形W1及W2中最初的波形W1的峰值P1就成为比后面的波形W2的峰值P2更高的值。此外，如图3(C)及图4(B)所示，在3相的电源电流内的最大电流成为阈值即基准电流(ri，-ri)(晶体管的允许电流)以上的期间，输出第二导通信号S′。当此导通信号S′使晶体管Tr7成为导通状态时，再生电流就会流到再生电阻R，由电阻再生来吸收超过电源再生的再生电力。由此，就能最大限度地利用电源再生的允许电力。如图4(D)所示，在产生多个第二导通信号S′的期间，周期地执行电阻再生，电阻再生电流流动。如果3相的电源电流内的最大电流变得比基准电流(ri，-ri)小，则不产生第二导通信号S′。其结果，以后仅产生第一导通信号S1～S6，仅实施电源再生，电动机速度下降。

再有，也可以在电流检测电路的连接点的后方配置AC扼流圈ACL。此外，也可以在ACL之前配置相位检测电路PD。

如以上，根据本实施方式，在并用电阻再生和电源再生的电动机驱动用电源装置中，由于在电源再生时使各晶体管Tr1～Tr6导通、截止的计时比通常的120°通电控制要提前，所以与专利文献2所述的现有技术相比，在电源中再生的电流的失真增加了一些。但与通常的120°通电控制相比，可抑制在电源中再生的电流的失真。此外，能使在120°通电区间呈现的2个电源再生电流的波形的最初的波形的峰值变大，能更快速地使电阻再生工作。由此，就不产生主电路中的直流电压上升、电源再生电流增加的情况。此外，由于可根据电源再生时的电源电流的大小来控制电阻再生，所以在全部使用电源再生的允许能力之后，电阻再生就会工作，可减小再生电阻电容，而且增大节省能量的效果。

工业上的实用性

根据本发明，由于可根据电源再生时的电源电流的大小来控制电阻再生，所以在全部使用电源再生的允许能力之后，就能进行电阻再生。其结果，可减小再生电阻的电容，增大节省能量的效果。

Claims (4)

1.一种电动机驱动用电源装置，包括：

电源再生电路，其具备：将来自多相交流电源的多相交流电流转换成直流电流的转换器功能；向电动机控制装置提供直流电力的整流功能；和使具备被桥式连接的多个开关元件的转换器电路工作、在上述多相交流电源中再生从上述电动机控制装置侧再生的再生电力的再生功能；

再生电阻电路，其由再生电阻和开关电路的串联电路构成，被设置在上述电源再生电路的直流输出端子间，通过使上述开关电路成为导通状态，从而用上述再生电阻来消耗再生电力；

导通信号产生电路，其在动力运行时及再生时产生用于使上述多个开关元件导通的第一导通信号，在上述再生时产生用于使上述开关电路成为导通状态的第二导通信号；

相位检测器，其检测输入到上述电源再生电路中的多相交流电压的相位；以及

电流检测器，其检测上述多相交流电流，

上述导通信号产生电路，在上述再生时，基于上述相位检测器的输出，在将上述多相交流电源的多相交流电压中的一个相的电压变得比其它相的电压更大的期间、以及该一个相的电压变得比其它相的电压更小的期间定义为在该一个相中再生再生电力时成为导通状态的上述开关元件的基本期间时，为了使与上述基本期间对应而产生的上述一个相的电流的最初的电流波形的峰值比此后产生的电流波形的峰值更高，而产生上述第一导通信号，并且产生上述第二导通信号，其中，上述第一导通信号使上述开关元件的导通期间为从上述基本期间开始前至上述基本期间结束前为止，上述第二导通信号在上述多相交流电流中成为最大的相的交流电流变为上述开关元件的允许电流值以上的预定的基准电流以上的期间，使上述再生电阻电路的上述开关电路成为导通状态。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动用电源装置，其特征在于，

上述多相交流电源由三相交流电源构成，

上述电源再生电路具备：由被桥式连接的6个半导体开关元件组成的上述转换器电路、和被桥式连接的半导体整流元件，

上述导通信号产生电路，在上述再生时，基于上述相位检测器的输出，在将上述三相交流电源的三相交流电压中的一个相的电压变得比其它2个相的电压更大的期间、以及该一个相的电压变得比其它2个相的电压更小的期间定义为在该一个相中再生再生电力时成为导通状态的2个上述半导体开关元件的基本期间时，为了使与上述基本期间对应而产生的上述一个相的电流的最初的电流波形的峰值比此后产生的电流波形的峰值更高，而产生第一导通信号，并且产生第二导通信号，其中，上述第一导通信号使上述2个半导体开关元件的导通期间为从上述基本期间开始前至上述基本期间结束前为止，上述第二导通信号在上述三相交流电流中成为最大的相的交流电流变为上述半导体开关元件的允许电流值以上的预定的基准电流以上的期间，使上述再生电阻电路的上述开关电路成为导通状态。

3.根据权利要求2所述的电动机驱动用电源装置，其特征在于，

上述基本期间，电角度比120°更大。

4.根据权利要求2所述的电动机驱动用电源装置，其特征在于，

上述基准电流被设定为防止上述半导体开关元件被再生电流破坏的值。