CN103650334B - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供正确地检测交流电动机的过励磁并在检测到过励磁时控制交流电动机以抑制过励磁的电力转换装置。本发明的特征在于，包括：电力转换部，其将直流电力转换成所期望的交流电力；电流检测部，其检测从上述电力转换部输出到交流电动机的电流；电流转换部，其将由上述电流检测部检测出的电流信息转换成励磁电流、转矩电流和一次电流；过励磁判定部，其对由上述电流转换部转换的励磁电流与转矩电流进行比较，当励磁电流比转矩电流大时输出过励磁的判断信息；和控制部，其基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息和预先设定的设定信息，向电力转换部输送控制信号，对从电力转换部向交流电动机供给的输出进行控制。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及进行电动机的加热（过热）保护的电力转换装置。

背景技术

目前已知有着眼于流过电动机的电流、检测其异常电流而进行电动机的加热（过热）保护的设备。但未考虑电动机的过励磁导致的铁损增加的影响，存在电动机的保护不能实现的问题。作为解决的方案，专利文献1中公开了考虑在过励磁状态下运行时增加的铁损、进行交流电动机的加热（过热）保护的电力转换装置。

具体而言，特征如下：包括检测作为负载而连接的电动机中流过的电流的电流检测部、基于上述检测电流修正频率指令或输出电压指令的频率电压运算部、进行上述电动机的过热保护的电热部，其中，将作为上述电动机的基准的额定电压/额定频率与通过上述频率电压运算部修正后的输出电压指令/频率指令之比作为磁通比来计算，利用上述磁通比判断上述电动机是否过励磁，根据过励磁状态检测上述检测电流值，根据过励磁状态利用修正后的电流进行上述电动机的过热保护。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-172949号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，专利文献1中记载的方案由于基于通过电流检测部检测出的流过交流电动机的电流的检测值来判断是否达到保护等级，因此存在无法正确判断的可能。即，流过交流电动机的电流中也包含转矩电流等励磁电流以外的电流，因此存在因励磁电流以外的电流而被判断为过励磁的可能。并且，使用磁通比来检测电动机的过励磁，检测方法复杂。进一步地，上述专利文献1中记载的方案在判断为达到保护等级时停止运行来防止过励磁带来的热，在保护功能起作用时难以继续运行。

本发明鉴于上述的现有技术中的问题点，提供正确地检测交流电动机的过励磁并在检测到过励磁时控制交流电动机以抑制过励磁的电力转换装置。

用于解决技术问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的特征在于，包括：电力转换部，其将直流电力转换成所期望的交流电力；电流检测部，其检测从上述电力转换部输出到交流电动机的电流；电流转换部，其将由上述电流检测部检测出的电流信息转换成励磁电流、转矩电流和一次电流；过励磁判定部，其对由上述电流转换部转换的励磁电流与转矩电流进行比较，当励磁电流比转矩电流大时输出过励磁的判断信息；和控制部，其基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息和预先设定的设定信息，向电力转换部输送控制信号，对从电力转换部向交流电动机供给的输出进行控制。

此外，如上所述的电力转换装置，其特征在于：上述电力转换部包括具备上臂和下臂的开关电路，上述控制部基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过控制上述上臂和上述下臂的关断区间，抑制来自上述电力转换部的输出电流。

此外，如上所述的电力转换装置，其特征在于：上述控制部基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过在电力转换部的输出电压下降的方向进行励磁电压指令的修正控制来抑制过励磁状态。

此外，如上所述的电力转换装置，其特征在于：上述控制部，基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息，控制上述电力转换部，使交流电动机停止。

此外，如上所述的电力转换装置，其特征在于：还设置有显示电力转换装置的状态的显示部，根据来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息，由上述显示部显示过励磁状态。

此外，本发明的特征在于，包括：电力转换部，其将直流电力转换成所期望的交流电力；电流检测部，其检测从上述电力转换部输出到交流电动机的电流；电流转换部，其将由上述电流检测部检测出的电流信息转换成励磁电流；控制部，计算励磁电流指令，并将其供给至上述电力转换装置；和过励磁判定部，其将上述励磁电流指令与上述励磁电流进行比较，当励磁电流比励磁电流指令大时输出过励磁的判断信息，上述控制部基于来自上述过励磁判定部的过励磁的判断信息，向电力转换部输送控制信号，对从电力转换部向交流电动机供给的输出进行控制。

发明的效果

根据本发明能够正确地检测交流电动机的过励磁状态。此外在检测出过励磁状态时能够在防止交流电动机的烧损的情况下继续运行。

附图说明

图1是本发明的实施例1、2中的电力转换装置的结构图。

图2是说明实施例1中的过励磁判定处理的流程图。

图3是说明实施例1中的过励磁判定后的控制处理的流程图。

图4是说明实施例2中的过励磁判定处理的流程图。

图5是说明实施例2中的过励磁判定后的控制处理的流程图。

具体实施方式

以下针对实施例利用附图进行说明。

实施例1

本实施例1中说明判断过励磁的例子。图1为表示本实施例的电力转换装置和交流电动机105的结构图的例子。

本实施例的电力转换装置包括直流转换部102、平滑电容器103、电力转换部104、显示部106、控制部107、存储部108、过励磁判定部109、电流检测器110、电流检测部111、电流转换部112。

101为三相交流电源，例如为从电力公司供给的三相交流电压或从发电机供给的交流电压，将交流电压输入到直流转换部102。

直流转换部102例如由二极管电路或使用IGBT和续流二极管（flywheeldiode，惯性二极管，旁路二极管）的转换器电路构成，将从三相交流电源101输入的交流电压转换成直流电压并输出至平滑电容器103。图1中表示由二极管构成的转换器。

平滑电容器103对从直流转换部102输入的直流电压平滑化，向电力转换部104输出平滑化后的直流电压。例如在发动机的输出为直流电压的情况下，可省去直流转换部102，将直流电压直接从发动机输入到平滑电容器103。

电力转换装置104例如由配备使用IGBT和续流二极管的上臂104a和下臂104b的开关电路构成，以平滑电容器103的直流电压与从控制部107发来的电压指令作为输入，将直流电压转换成交流电压输出到交流电动机105，驱动交流电动机105。

显示部106例如由操作器等I/O装置构成，以来自过励磁判定部109的过励磁判定信息作为输入，对信息进行判断而向外部显示警告。此外，显示部106将操作后的设定数据等输出到存储部108，将运行指令信息输出到控制部107。

存储部108例如由非易失性存储器构成，保存由显示部106的I/O装置设定的规定电流值和决定检测到过励磁后电力转换装置的控制动作的设定信息。

电流检测器110例如由霍尔CT（Hallcurrenttransformer）或分流电阻构成，检测从电力转换部104流至交流电动机105的电流，作为电流检测值向电流检测部111输出。电流检测器110只需配置在能够推算或者直接检测三相输出电流的位置即可，可配置在任意位置。图1中表示了直接检测流到交流电动机105的电流的位置的例子。

电流检测部111取得从电流检测器110输入的电流检测值作为例如三相交流电流，输出到电流转换部112。

电流转换部112根据公式1将电流检测部111的三相交流电流i_u、i_v、i_w转换成两轴的固定坐标系（iα,i_β），

[公式1]

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos 0& \cos \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \cos \frac{4\mathrm{\π}}{3}\\ \sin 0& \sin \frac{2\mathrm{\π}}{3}& \sin \frac{4\mathrm{\π}}{3}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right)$ （公式1）

利用公式2将该固定坐标系转换成旋转坐标系（i_d,i_q）。

[公式2]

$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$ （公式2）

由此，能够检测出对电动机的励磁起作用的励磁电流i_d和对电动机的转矩起作用的转矩电流i_q。进一步地，电流转换部112利用公式3从检测出的励磁电流和转矩电流求出流过交流电动机105的一次电流i₁。

[公式3]

$i_1=\sqrt{{i_d}^2+{i_q}^2}$ （公式3）

过励磁判定部109将保存在存储部108中的设定信息和由电流转换部112的转换所得的电流信息作为输入，判定交流电动机105是否过励磁，将过励磁判定信息输出到显示部106和控制部107。针对其具体方法利用图2的流程图按每个步骤（S）进行说明。

首先，作为从电流转换部112输出的电流值，过励磁判定部109取得励磁电流（i_d）、转矩电流（i_q）、一次电流（i1）（S201）。接着，过励磁判定部109对预设在存储部108中的规定电流值与一次电流（i₁）进行比较（S202）。预设在存储部108中的规定电流值是为热保护而设置的电流设定值等，例如为电动机额定电流的80%。

上述S202中一次电流值在规定电流值以上的情况下，过励磁判定部109对励磁电流（i_d）与转矩电流（i_q）进行比较（S203）。然后，如果励磁电流比转矩电流大，判断为过励磁状态（S204）。

此外，在判断过励磁时，也可使用预设的参数而不是与转矩电流比较。例如，可预先将电动机无负载状态下的励磁电流值的1.5倍的励磁电流作为设定值，在励磁电流（i_d）超过该设定值的情况下判断为过励磁。

过励磁判定部109将判定后的过励磁判定信息输出到显示部106和控制部107（S205）。此外，此时对于过励磁判定部109，在暂时进入过励磁状态又再次回到正常状态的情况下，由于从过励磁状态回到正常励磁状态而动作不稳定，因此为了防止这种问题，可使励磁状态变化具有时限特性。

图2的过励磁状态的判定中，经过S202和S203两个步骤来判断过励磁。开始的S202判断包含励磁电流和转矩电流的一次电流（i₁）是否比规定值大，在大的情况下认为具有过励磁的可能性，进入S203，在小的情况下判断为正常励磁，进入S205。一次电流小的情况例如为因为负载小而转矩电流小、励磁电流占了大部分的情况。

其后的S203中，比较励磁电流与转矩电流，在励磁电流比转矩电流大的情况下判断为过励磁，相反的情况下判断为正常励磁。即，即使在S202中判断一次电流（i₁）比规定值大，在其原因为负载增大带来的转矩电流增加的情况下判断为正常励磁，仅在励磁电流比转矩电流大的情况下判断为过励磁。即，仅在电动机中并不需要而励磁电流过剩地流过的情况下判断为过励磁，因此能够正确地判断过励磁。此外，过励磁判断的结构能够简单地构成。

针对判断为过励磁后的控制动作进行说明。控制部107将通过预设保存在存储部108中的设定信息和过励磁判定部109中的过励磁判定信息作为输入来接收，来决定之后的电力转换装置的控制动作，向电力转换部104输出PWM控制信息。

通过图3进行说明，首先控制部107取得设定在存储部108中的决定过励磁检出时的电力转换装置的控制动作的设定信息，和来自过励磁判定部109的过励磁信息（S301）。控制部107判定取得的信息是否为过励磁状态（S302），在过励磁的情况下，从保存在存储部108中的设定信息中选择抑制过励磁的设定信息，向电力转换部104给予PWM控制信号。电力转换部104由PWM控制信号控制，向交流电动机105供给的输出受到控制，以抑制过励磁（过励磁状态驱动）（S303）。在非过励磁的情况下，继续通常的驱动（S304）。此外，作为控制动作之一，在显示部106显示过励磁状态，发出警告。

此外，是否为过励磁状态的判断（S302）中，为了防止误判，可在通过多次判定的结果，例如连续三次判断为过励磁的情况下，判断为过励磁状态。

图3的S303中说明的基于PWM控制信号的电力转换部104的控制，通过抑制向交流电动机105供给的输出脉冲，在抑制过励磁的同时继续交流电动机105的运行。对于该控制动作的一个详细例子进行举例说明。

图4表示从控制部107向电力转换部104给予的一相的电压脉冲指令的情况。控制部107输出为了防止开关电路的上臂和104a和下臂104b的短路而附加了死区时间（deadtime，停顿时间，滞后时间）的PWM控制信号，作为电力转换部104的控制用信号。具体地，在过励磁判定部109判断为过励磁的情况下，基于来自上述过励磁判定部的过励磁判断信息，控制部107将为了防止上述上臂和下臂的短路而设定的死区时间作为最小值，附加死区时间指令值，使死区时间可变（增加）。这样，使死区时间增加时，PWM控制信号的脉冲宽度减小，能够抑制从电力转换部104向交流电动机105输出的输出电压和流过交流电动机105的电流。

控制部107使死区时间可变的情况下，例如将最小死区时间定为3μs，可变范围为10μs时，在交流电动机105过励磁时，即可立刻使死区时间为10μs，也可以逐渐接近10μs。此外，在交流电动机105从过励磁状态恢复时，使死区时间回到最小值的过程也同样。此外，在使死区时间可变时，也可使一次电流或励磁电流联动为超过规定电流值的量，增加死区时间。

接着，针对在成为过励磁的情况下控制部107控制向交流电动机105的输出电压、使运行继续的其它例子进行说明。在此，为了控制电力转换部104的输出电压，从控制部107向电力转换部104提供励磁电压指令，在此利用该励磁电压指令。

在交流电动机105过励磁的情况下，控制部107基于来自上述过励磁判定部的过励磁判断信息，在电力转换部104的输出电压下降的方向进行励磁电压指令的修正控制，继续交流电动机105的运行。修正控制例如在励磁电流在达到规定电流值以上、成为过励磁的情况下，以规定电流值为目标值向降低励磁电压指令的方向（负方向）控制PI。然后，向降低方向控制的负的积算项成为正（从负过零到正）的情况（通过PI控制使励磁电流降低到规定电流值的情况）下，判断为励磁电流已从过励磁状态脱离。

此外，作为停止运行的例子，在成为过励磁的情况下，进行控制部107的指令使交流电动机105减速停止或切断电力转换部104的输出的控制。例如，控制部107控制交流电动机105时，在因控制所用的参数设定不合适等原因而成为过励磁的情况下，由于伴随着参数设定的变更，使交流电动机105停止并发出过励磁状态的警告。在连接非标准的、预想之外的电动机的状态下发生过励磁的情况下需要该控制。

实施例2

本实施例中针对与实施例1共通的部分使用同样的记号进行说明，针对不同的部分详细地进行说明。本实施例的结构与实施例1中说明的图1相同。

电流转换部112与实施例1同样地将从电流检测部111输入的三相交流电流通过上述公式1转换成二轴的固定坐标系，并通过公式2将其转换成旋转坐标系。由此，能够检测出对电动机的励磁起作用的励磁电流和对电动机的转矩起作用的转矩电流。进一步地，通过公式3从转换后的励磁电流和转矩电流求出流过交流电动机105的一次电流。

过励磁判定部109将保存在存储部108中的设定信息、由电流转换部112转换所得的电流信息、控制部107计算出的过励磁电流指令作为输入，判定交流电动机105是否过励磁，将过该判定信息输出到显示部106和控制部107。针对其具体的控制利用图5进行说明。

首先，过励磁判定部109取得电流转换部112输出的励磁电流值（检测励磁电流）和控制部107计算出的励磁电流指令（励磁电流比较值）（S501）。接着，过励磁判定部109对检测励磁电流与计算出的励磁电流比较值进行比较（S502）。此时的励磁电流比较值为根据电动机的标准励磁电流指令值计算的值，例如为无负载状态下的励磁电流指令值的150%。这样，本实施例中将电流转换部112输出的励磁电流值与控制部107计算的励磁电流指令（励磁电流比较值）进行比较来判断过励磁。

这样，本实施例中由于直接地相互比较励磁电流，能够更正确地且以简单的结构判定过励磁。

如果励磁电流值比励磁电流比较值大，则过励磁判定部109判断为过励磁状态（S503）。过励磁判定部109将判定的过励磁信息输出到显示部106和控制部107（S504）。此时，在过励磁判定部109暂时进入过励磁状态又再次回到正常状态的情况下，由于从过励磁变为正常励磁而动作不稳定，为了防止该问题，可使状态变化具有时限特性。

举抑制过励磁的动作控制的详细例子。在成为过励磁状态的情况下，通过控制从控制部107到电力转换部104的PWM控制信号，在控制从电力转换部104到交流电动机105的输出脉冲的同时继续运行。与实施例1同样地，通过如图4所示地控制脉冲宽度，能够抑制从电力转换部104向交流电动机105输出的输出电压和流至交流电动机105的电流。

此外，针对在成为过励磁的情况下控制部107控制向交流电动机105的输出电压的同时使运行继续的其它例子也与实施例1同样地进行控制。进一步地，作为停止运行的一个例子，在成为过励磁的情况下，控制部107使交流电动机105减速停止或切断电力转换部的输出。例如，控制部107控制交流电动机105时，在因控制所用的参数设定不合适等原因而成为过励磁的情况下，为参数设定变更做准备，使交流电动机105停止并发出过励磁状态的警告。

此外，本发明并不限定于上述的实施例，包含了各种变形例。例如，上述实施例是为了对本发明易懂地说明而进行的详细说明，并非限定必须具备所说明的全部的结构。此外，能够将某实施例的结构的一部分替换成其它实施例的结构，并且在某实施例中能够添加其它实施例的结构。另外，针对各实施例的结构的一部分，能够进行其它结构的追加、删除、替换。

此外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等，其部分或者全部可通过例如使用集成电路来设计等以硬件实现。此外，上述的各结构、功能，也可通过处理器解释和执行实现各自功能的程序而以软件实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息，可存储在存储器、硬盘、SSD（SOLIDSTATEDRIVE，固态硬盘驱动器）等存储装置中，或者IC卡、SD卡、DVD等存储介质中。

此外，控制连线、信息连线表示说明中所需的部分，并不限定产品中表现出所有的控制连线、信息连线。实际上可以认为几乎全部的结构是互相连接的。

符号说明

101……三相交流电压

102……直流转换部

103……平滑电容器

104……电力转换部

104a……上臂

104b……下臂

105……交流电动机

106……显示部

107……控制部

108……存储部

109……过励磁判定部

110……电流检测器

111……电流检测部

112……电流转换部

Claims (10)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

电力转换部，其将直流电力转换成所期望的交流电力；

电流检测部，其检测从所述电力转换部输出到交流电动机的电流；

电流转换部，其将由所述电流检测部检测出的电流信息转换成励磁电流、转矩电流和一次电流；

过励磁判定部，其对由所述电流转换部转换的励磁电流与转矩电流进行比较，当励磁电流比转矩电流大时输出过励磁的判断信息；和

控制部，其基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息和预先设定的设定信息，向电力转换部输送控制信号，对从电力转换部向交流电动机供给的输出进行控制。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电力转换部包括具备上臂和下臂的开关电路，所述控制部基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过控制所述上臂和所述下臂的关断区间，抑制来自所述电力转换部的输出电流。

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过在电力转换部的输出电压下降的方向进行励磁电压指令的修正控制来抑制过励磁状态。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部，基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，控制所述电力转换部，使交流电动机停止。

5.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：

还设置有显示电力转换装置的状态的显示部，根据来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，由所述显示部显示过励磁状态。

6.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

电力转换部，其将直流电力转换成所期望的交流电力；

电流检测部，其检测从所述电力转换部输出到交流电动机的电流；

电流转换部，其将由所述电流检测部检测出的电流信息转换成励磁电流；

控制部，计算励磁电流指令，并将其供给至所述电力转换装置；和

过励磁判定部，其将所述励磁电流指令与所述励磁电流进行比较，当励磁电流比励磁电流指令大时输出过励磁的判断信息，

所述控制部基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，向电力转换部输送控制信号，对从电力转换部向交流电动机供给的输出进行控制。

7.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：

所述电力转换部包括具备上臂和下臂的开关电路，所述控制部基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过控制所述上臂和所述下臂的关断区间，抑制来自所述电力转换部的输出电流。

8.如权利要求6或7所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，通过在电力转换部的输出电压下降的方向进行励磁电压指令的修正控制来抑制过励磁状态。

9.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部，基于来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，控制所述电力转换部，使交流电动机停止。

10.如权利要求6或7所述的电力转换装置，其特征在于：

还设置有显示电力转换装置的状态的显示部，根据来自所述过励磁判定部的过励磁的判断信息，由所述显示部显示过励磁状态。