CN106068609B - 电力转换装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置，其能够防止可实现高精度的频率控制的电力转换装置转用于不希望的用途，并且不使其不必要地停止。例如采用以下结构：包括将直流电压平滑化的直流电压部、将直流电压转换为交流电压的电力转换部、控制上述电力转换部的输出的输出控制部和对上述输出控制部输出频率指令的频率指令部，上述输出控制部在上述频率指令部输出的指令频率成为规定频率以上时，将使上述指令频率变动后的频率作为输出频率来控制上述电力转换部。

Description

电力转换装置和控制方法
技术领域
本发明涉及电力转换装置及其控制方法。
背景技术
本技术领域的背景技术有日本特开2006-19788号公报(专利文献1)。该公报中记载了：“AC电源装置3中具备在电气设备2上连接电力线的连接部31、判定是否连接了电气设备2的连接检测部34、从电气设备2接收表示电气设备2是从该AC电源装置3接收电力的设备的认证信息的通信部332、存储认证信息的认证设备信息存储部334、在接收的认证信息与认证设备信息存储部334的认证信息一致的情况下将该电气设备2认证为能够接收电力的电气设备的设备认证部333、在电气设备2未被认证的情况下停止对电气设备2供给电力的切换控制部335和电力供给切换部32、以及切换是否使电力供给切换部32工作的通断切换部336。”(参考说明书摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-19788号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，在电力转换装置中，高精度地恒定输出高频率的电力转换装置例如有转用于军事用途等不希望的用途的风险。作为防止这种情况的方案，例如能够采用专利文献1的机制，进行与组合了电力转换装置的系统的认证动作，如果结果未被认证则使电力转换装置不输出。但是，采用专利文献1的机制时，例如电力转换装置损坏的情况或进行电力转换装置的更换的情况下，都需要重新进行认证动作的设定，存在重新运转要耗费时间等弊病。
于是，本发明的目的在于提供防止转用于不希望的用途，并且不使其必要以上地停止的电力转换装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，例如采用权利要求书中记载的结构。本申请包括多种解决上述课题的方案，举其一例，特征在于，包括：将直流电压平滑化的直流电压部；将直流电压转换为交流电压的电力转换部；控制所述电力转换部的输出的输出控制部；和对所述输出控制部输出频率指令的频率指令部，所述输出控制部在所述频率指令部输出的指令频率成为规定频率以上时，将使所述指令频率变动后的频率作为输出频率来控制所述电力转换部。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够限制高频段中的高精度输出，同时确保低频段和低精度下的驱动，防止转用于不希望的用途，并且不使其必要以上地停止的电力转换装置。
上述以外的课题、结构和效果将通过以下实施方式的说明而说明。
附图说明
图1是实施例1和2中的电力转换装置的结构图。
图2是表示实施例1～3中的输出控制部的动作的流程图。
图3是表示实施例1中的起伏成分的例子的图。
图4是表示实施例1中的频率控制的状况的图。
图5是表示实施例2中的起伏成分的例子的图。
图6是实施例3中的电力转换装置的结构图。
图7是表示实施例3中的输出控制部的动作的流程图。
图8示出了实施例3中的认证判断时的数据。
具体实施方式
以下，用附图说明实施例。
实施例1
本实施例中，说明在高频率指令的情况下，为了不输出一定以上的精度，而使输出频率随机地起伏的频率控制的例子。
图1是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，具有三相交流电源101、直流转换部102、平滑电容器103、交流转换部104、速度指令部106、输出控制部107、频率变动生成部108。
三相交流电源101例如是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，对直流转换部102输出。直流转换部102例如由用二极管构成的直流转换电路或使用了IGBT和续流二极管的直流转换电路构成，将从三相交流电源101输入的交流电压转换为直流电压，对平滑电容器103输出。图1中示出了由二极管构成的直流转换部。
平滑电容器103使从直流转换部102输入来的直流电压平滑化，对交流转换部104输出直流电压。例如发电机的输出是直流电压的情况下，平滑电容器103也可以不经由直流转换部102，而是直接从发电机输入直流电压。
交流转换部104例如由使用了IGBT和续流二极管的交流转换电路构成，用平滑电容器103的直流电压作为输入，根据从输出控制部107输入的PWM输出波形，将直流电压转换为交流电压，对交流电动机105输出。本实施例中的电力转换装置能够在高频段中进行高精度的输出，能够实现约0.05％以下的变动(例如1800Hz驱动时不到±1的变动)的控制。速度指令部106例如用用户指定的频率目标值作为输入，运算向目标值增加或减少的指令频率，对输出控制部107和频率变动生成部108输出。
输出控制部107用由速度指令部106指示的指令频率和频率变动生成部108输出的变动频率(变动指令)作为输入，对电力转换部104输出用运算出的指令频率运算得到的PWM输出波形。
频率变动生成部108用由速度指令部106指示的指令频率作为输入，例如运算随机地增减的数据，以其运算范围例如是由规格等决定的指令频率的±0.1％的方式调整值，对输出控制部107输出。
图2示出了输出控制部107运算频率指令值时的处理。首先，输出控制部107导入由速度指令部106指示的指令频率作为输入(S201)。输出控制部107对指令频率与预先规定的比较频率(600Hz)进行比较(S202)，指令频率在比较频率以上的情况下，对从频率变动生成部108输出的变动频率和指令频率进行运算，用运算后的指令频率进行输出电压的运算(S203)。其中，关于输出电压的运算，即使在用指令频率进行运算之后，进行变动频率的运算，其意图也不改变。输出控制部107在指令频率不到比较频率的情况下，仅根据指令频率进行输出电压的运算，不考虑变动频率(S204)。
其中，速度指令部106、输出控制部107和频率变动生成部108中的图2的流程，通过在微控制器中写入程序而实现。为了防止第三者进行不希望的转用，保护上述流程，使得不能进行程序的改写是有效的。例如，通过折断微控制器的写入板的针等进行物理破坏，在物理上使其不可写入，能够实现程序的保护。
图3是表示频率变动生成部108运算的变动频率数据的例子的图。图3的(301)所示的波形记载了用不同的振幅和频率运算得到的多个正弦波。(302)所示的波形示出了将(301)中示出的波形全部叠加得到的结果。(302)所示的波形是近似于自然界中也可见的1/f起伏的波形，例如可以用下式得到。
[式1]
Fratio：变动频率比例，ω：角频率，t：时间，X、Y、Z、W：增益。
图3的(301)分别示出了(式1)的各项，(302)示出了(式1)的结果Fratio。(式1)中，通过对角频率分别乘以增益，使得不会出现周期性地具有一定起伏的波形。另外，(式1)考虑了直到5次的项，但即使是更多的项、或者减少项，只要起伏成分接近随机，其意图就不改变。另外，(式1)不固定为2的幂，也可以对各项乘以任意的系数。
图4是表示输出控制部107对从速度指令部106输出的指令频率、和对指令频率运算了变动频率(变动指令)的输出频率的时间变化的图。图4(A)示出了电力转换装置将目标频率设为100Hz，使交流电动机105逐渐加速时的指令频率和输出频率的变化的状况。另外，图4(B)中，示出了指令频率超过了600Hz的情况下，输出控制部107正在进行频率变动的状况。
输出控制部107运算的输出频率，例如用下式表达。
[式2]
Fout＝Fcommand×(1+Fratio×G)
……(式2)
Fout：输出频率，Fcommand：指令频率，Fratio：用式1得到的系数，G：变动率。
图4(B)所示的相对于指令频率的偏差比例示出了(式2)的Fratio×G(例如G＝3％)。输出控制部107使用运算得到的输出频率Fout生成PWM输出波形，控制电力转换部。
其中，因为标准的感应电动机以50/60Hz驱动，所以较多情况下高精度地进行直到100Hz的驱动即可。从而，本实施例中将比较频率设为600Hz，但是实用上将100Hz～600Hz的某个频率预先设定为比较频率即可。
实施例2
本实施例中对于与实施例1共通的部分，使用相同的符号，对于不同的部分进行详细说明。结构与实施例1中说明的图1相同。本实施例中，示出了频率变动生成部108运算的变动频率数据的另一例。
图5是表示频率变动生成部108运算的变动频率数据的例子的图。图5的(501)所示的波形记载了用不同的振幅和频率运算得到的多个三角波。(502)所示的波形示出了将(501)所示的波形全部叠加得到的结果。(502)所示的波形是近似于自然界中也可见的1/f起伏的波形，通过进行单纯的计数加减而生成三角波。图5中，进行三角波的加减时，使各个三角波的加减的幅度一致而改变三角波的倾斜，使得不会出现周期性地具有一定起伏的波形。通过使用三角波，具有与使用正弦波的情况相比运算的负载减小的优点。
频率变动生成部108对输出控制部107输出如图5所示地运算得到的变动频率。
实施例3
在本实施例中对于与实施例1共通的部分，使用相同的符号，对于不同的部分进行详细说明。
图6是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。外部I/O601由电路端子、通信端子等用户接口构成，与外部连接的设备进行信号的输入输出，对认证部602输出得到的信号。认证部602用从外部I/O601输出的信息作为输入，用预先规定的认证方法对照，对输出控制部603输出对照结果。
输出控制部603用从认证部602输入来的认证结果、由速度指令部106指示的指令频率和频率变动生成部108输出的变动频率作为输入，对电力转换部104输出使用运算出的指令频率运算得到的PWM输出波形。
图7示出了输出控制部603进行认证判断的处理。首先，输出控制部603对从认证部602输出的对照结果进行判定，判定电力转换装置是否已认证(S701)。未被认证的情况下，进行实施例1中示出的图2(S203)的变动频率控制(S702)。已认证的情况下，不需要频率精度的变动，所以仅用指令频率进行输出电压的运算，不考虑变动频率(变动指令)。
图8示出了认证部602进行认证的例子。图8中，在外部I/O601由输入端子1～4构成的情况下，对于输入的高/低(High/Low)信号示出了数据与时间的关系。图8中，例如以端子2的输入为触发，以等间隔的时间导入数据。认证部602作为图8的数据1，对端子的高/低(High/Low)按端子4、3、2、1的状态排列，用二进制表达时为0010，转换为十六进制时为2。认证部602同样地导入各数据，例如导入使数据从1至4排列的十六进制的值21FB。如果该数据与预先规定的数据一致，则视为已认证，对输出控制部603输出结果。另外，该认证可以在电源接通时每次进行，也可以将已认证的存储在内部存储器等中。另外，认证部602也可以通过从外部I/O601输入的各种信号、例如使用一般的通信方式的输入，进行密钥方式的认证、或对通过授权管理授予的用户权限进行对照等而进行。
另外，本实施例中，未被认证的情况下，进行变动频率控制(S702)。该情况下的变动频率控制可以如实施例1所示，仅在指令频率在比较频率以上的情况下运算变动频率作为输出频率，另外，也可以无论指令频率的值，在所有频段都运算变动频率作为输出频率。进行后者的控制的电力转换装置的情况下，如果是在所有频段都不要求高精度的控制的用途，则能够无认证地继续使用。
另外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的所有结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，或者也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
另外，上述各结构、功能、处理部、处理单元等的一部分或全部，例如可以通过集成电路设计等而用硬件实现。另外，上述各结构、功能等，也可以通过处理器解释、运行实现各功能的程序而用软件实现。实现各功能的程序、表、文件等信息，能够保存在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等记录装置、或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
另外，控制线和信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了产品上所有的控制线和信息线。实际上也可以认为几乎所有结构都相互连接。
符号说明
101…三相交流电压，102…直流转换部，103…平滑电容器，104…交流转换部，105…交流电动机，106…速度指令部，107…输出控制部，108…频率变动生成部，601…外部I/O，602…认证部，603…输出控制部。

Claims (15)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
将直流电压平滑化的直流电压部；
将直流电压转换为交流电压的电力转换部；
控制所述电力转换部的输出的输出控制部；和
对所述输出控制部输出频率指令的频率指令部，
所述输出控制部在所述频率指令部输出的指令频率成为规定频率以上时，将使所述指令频率变动后的频率作为输出频率来控制所述电力转换部。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述输出控制部在所述指令频率不到规定频率时，用所述指令频率控制所述电力转换部。
3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
具备频率变动生成部，其将多个周期不同的波形叠加而生成规定的变动范围以上的变动指令；
使所述指令频率变动后的频率，是通过对所述指令频率和所述变动指令进行运算而生成的。
4.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于：
所述频率变动生成部将频率变动的范围设为所述指令频率的±0.1％以上。
5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述规定频率在100Hz～600Hz的范围内设定。
6.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
包括接收来自外部的信号或输入来进行认证的认证部，
所述输出控制部，在所述认证部中利用预先规定的认证方法基于接收到的来自外部的信号或输入进行了认证且认证通过时，即使所述频率指令部输出的指令频率成为规定频率以上也用所述指令频率控制所述电力转换部。
7.如权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：
包括外部I/O，其与所述认证部连接，接收所述来自外部的信号或输入，
所述外部I/O由多个端子构成，所述认证部基于对所述多个端子输入的信号的变化进行认证。
8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述输出控制部是通过在设于所述电力转换装置的微控制器中写入程序而实现的，所述微控制器的写入板在程序被写入后在物理上不可改写程序。
9.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
将直流电压平滑化的直流电压部；
将直流电压转换为交流电压的电力转换部；
控制所述电力转换部的输出的输出控制部；
对所述输出控制部输出频率指令的频率指令部；和
接收来自外部的信号或输入来进行认证的认证部，
所述输出控制部，在所述认证部中利用预先规定的认证方法基于接收到的信号或输入进行了认证且认证未通过时，将使所述指令频率变动后的频率作为输出频率来控制所述电力转换部。
10.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
所述输出控制部，在所述认证部中利用预先规定的认证方法基于接收到的信号或输入进行了认证且认证通过时，用所述指令频率控制所述电力转换部。
11.如权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于：
包括频率变动生成部，其将多个周期不同的波形叠加而生成规定的变动范围以上的变动指令，
使所述指令频率变动后的频率，是通过对所述指令频率和所述变动指令进行运算而生成的。
12.一种电力转换装置的控制方法，所述电力转换装置包括将直流电压平滑化的直流电压部、将直流电压转换为交流电压的电力转换部、和基于指令频率控制所述电力转换部的输出的输出控制部，所述电力转换装置的控制方法的特征在于，包括：
所述指令频率在规定频率以上时，将使所述指令频率变动后的频率作为输出频率来控制所述电力转换部的步骤；和
取得的所述频率指令不到规定频率时，将所述指令频率作为输出频率来控制所述电力转换部的步骤。
13.如权利要求12所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
使所述指令频率变动后的频率，是通过所述指令频率和将多个周期不同的波形叠加而成为规定的变动范围以上的变动指令而运算得到的频率。
14.如权利要求12所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
所述规定频率在100Hz～600Hz的范围内设定。
15.如权利要求12所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
接收来自外部的信号或输入，
基于接收到的信号或输入，在利用预先规定的认证方法进行了认证且认证通过时，即使所述指令频率成为规定频率以上也将所述指令频率作为输出频率来控制所述电力转换部。
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