CN106105011B - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供在使电动机减速时、在高速区域确保再生扭矩且在低速区域降低电动机损失的控制方式，因此，在本发明中，电力转换装置中，在减速时在高速区域将V/F特性设定得比动力运行时高，在低速区域将V/F特性设定得比动力运行时低，由此提供在减速时的高速区域提高再生性能且在低速区域使电动机损失降低的控制方式，由此，能够提供同时实现再生能力提高和电动机效率提高的电力转换装置。

Description

电力转换装置

技术领域

本发明涉及对电动机进行驱动控制的电力转换装置。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有日本特公平6-42761号公报(专利文献1)。在该公报中记载有一种电动车控制装置的控制方法，该控制方法的特征在于：在利用可变电压可变频率逆变器对感应电动机进行驱动控制的电动车控制装置中，为了获得额定加减速性能而以将上述逆变器的输出电压/输出频率(以下称为V/F特性。)保持为设定值的方式进行控制时，在动力运行时和再生时使上述V/F特性的设定值不同，将再生时的V/F特性设定为比动力运行时小的值(参照权利要求)。

此外，存在日本特开平10-174491号公报(专利文献2)。在该公报中，记载有：“一种逆变器，其特征在于，在基于作为所存储的输出电压与输出频率之比的V/F特性来驱动电机的逆变器中包括：存储多个电机电路常数的存储单元；设定使用的电机的机型、输出、极数中的至少一个的单元；设定加速时、匀速时、减速时等运转状态的运转状态设定单元；和基于上述电机的机型、输出、极数中的至少一个和上述运转状态的设定来设定上述V/F特性的单元”(参照权利要求)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平6-42761号公报

专利文献2：日本特开平10-174491号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述专利文献1中，记载有在可变电压可变频率逆变器中，通过将再生时的V/F特性设定为比动力运行时小的值而使高速区域的再生性能提高的结构。

但是，在上述专利文献1所记载的方法中存在并不一定实现再生性能提高的情况。逆变器存在由于将再生时的V/F特性设定为比动力运行时小的值而使得电动机损失变小、使再生扭矩减少的情况。

在上述专利文献2中，记载有在基于所存储的V/F特性驱动电机的逆变器中，基于电机的机型、输出、极数中的至少一个和加速时、匀速时、减速时等运转状态的设定来设定上述V/F特性的结构。

但是，在上述专利文献2中记载的方法中，记载有设想风扇的一般平方减小扭矩特性、减速时的V/F特性也按平方降特性设定的方法。因此，与上述专利文献1一样存在减少再生扭矩的情况。

本发明的目的在于，提供在使电动机减速时，在高速区域确保再生扭矩且在低速区域使电动机损失减少的控制方式。

由于解决问题的方案

为了解决上述问题，例如采用权利要求的范围内记载的结构。

本申请包括多个解决上述问题的方式，列举其一例，为一种电力转换装置，其特征在于，包括：将输入来的交流电力转换为直流电力的整流器部、使被上述整流器部转换而成的直流电力平滑的平滑电容器、将被上述平滑电容器平滑后的直流电力转换为交流电力的逆变器部和控制上述逆变器部的控制部的电力转换装置，上述控制部以下述方式控制使得上述逆变器部，使得再生时的输出电压/输出频率的值在第一输出频率的区域大于动力运行时的输出电压/输出频率，且在与上述第一输出频率的区域相比频率小的第二输出频率的区域小于动力运行时的输出电压/输出频率的值。

发明的效果

根据本发明，能够提供同时实现再生能力提高和电动机效率提高的电力转换装置。

上述以外的问题、结构和效果在以下的实施方式的说明中明了。

附图说明

图1是表示V/F特性的图。

图2是表示减速时的负载扭矩例的图。

图3是表示再生扭矩特性例的图。

图4是实施例1中的电力转换装置的结构图的例。

图5表示实施例1中的逆变器装置的存储内容。

图6是实施例1中的V/F特性的关系例。

图7是实施例1中的V/F特性的关系例。

图8是实施例1中的输出电压/时间特性的关系例。

图9表示实施例2中的逆变器装置的存储内容。

图10表示实施例3中的逆变器装置的存储内容。

具体实施方式

以下，使用附图对实施例进行说明。

图4表示包括本发明的逆变器装置在内的控制系统的一例。

从三相交流电源1向逆变器装置2供给电源而驱动交流电动机3。在交流电动机3连接有风扇和输送机等设备中使用的负载4。逆变器装置2的内部由整流器部5、平滑电容器6、逆变器部7、驱动电路8和由微机等构成的控制电路9构成。整流器部5将从三相交流电源或发电机供给的交流电压转换为直流电压。利用逆变器部7将在平滑电容器6被平滑后的直流电压转换为交流电力。驱动电路8根据自控制电路9输出的驱动控制信号驱动逆变器部7的各开关元件。此外，输出频率、加减速时间和运转、停止等运转状态的信息能够通过操作装置10设定。逆变器装置内的运转状态信号通过操作装置10传达至控制电路9。

图1表示利用逆变器部控制的输出电压与输出频率的关系(V/F特性)。是最基本的V/F特性，在动力运行时等输出电压/输出频率之比为一定地被输出。

与此相对，在再生时，在本发明中使V/F特性与动力运行时不同地进行驱动。再生时的V/F特性的值，在输出频率的高的区域比动力运行时的值大，在输出频率小的区域比动力运行时的值小。

再生时，成为在减速时V/F特性高的、所谓的过励磁状态，如果电动机的励磁电流增加则电动机损失同时增加。由于电动机损失的增加而再生能量减少，相对地逆变器的再生扭矩增加。

另一方面，令再生时的V/F特性为比动力运行时小的值的情况下，与V/F特性高的状态相反，再生扭矩减少。

如以上那样在电动机的额定频率以内使输出电压增加、即将V/F特性设定为比动力运行时大的值能够使再生扭矩增大。但是，如果电动机损失过大则在效率方面不利。在重复运转的情况下，在所有输出频率使输出电压增加会降低效率，此外，电动机烧坏的危险程度增加。

图2表示按图1的V/F特性减速时被要求的负载扭矩的一个例子。在惯性负载的情况下，减速时的负载扭矩虽然还根据减速时间的长度而有所不同，但在所有驱动频率要求大致一定的扭矩的情况较多。另一方面，图3以实线表示逆变器驱动时的每个频率的再生扭矩特性的一个例子。最大再生扭矩根据逆变器的额定电流、平滑电容器的电容器容量、过电压跳闸阈值、电动机损失等特性决定，按每个频率变化。在该例中，再生扭矩为随着从高速向低速转变而扭矩增大的特性。

从图2与图3的比较可知，由于减速时的负载扭矩在所有驱动频域为一定，所以逆变器被要求的再生扭矩基本由高速区域的再生能力决定。因此，不需要低速区域高的再生扭矩。鉴于此，如果在低速区域使输出电压降低，则能够抑制从低速区域通过时的消耗电流，能够高效率地进行驱动。另外，由于相对于负载扭矩、逆变器的再生扭矩具有充足的余量，所以即使降低输出电压也能够获得所期望的扭矩。

基于以上的理由，在本发明中，以使得再生时的V/F特性的值在输出频率高的区域比动力运行时的值大、在输出频率小的区域比动力运行时的值小的方式进行控制。

图5表示第一实施例的V/F特性。在图表A设定加速时的V/F特性、匀速时的V/F特性，在图表B和图表C设定减速时的V/F特性。图表A中，输出电压/输出频率比为一定(规定值)地输出。如从图6、图7分别可知的那样，图表B和图表C中，V/F特性的值与图表A所示的一定值相比在高速区域(第一频率区域)设定得高、在低速区域(第二频率区域)设定得低。

控制电路9的存储区域以能够存储图5中表示的多个V/F特性和运转状态信号的方式设定。控制电路9基于运转状态信号，加速时、匀速时选择图表A，减速时选择图表B或图表C。减速时的图表B或图表C的选择能够预先以操作装置10设定。控制电路9基于表示减速时、加速时、匀速时的运转状态信号和所存储的V/F特性，按每输出频率决定输出电压。由此，电动机按照所设定的加减速时间被依次增减速。

图表B是使图表A的V/F直线在高速区域的一部分向上方推移、在低速区域的一部分向下方推移地相连的图表。图表B由直线构成，具有能够在软件上简单地制作、能够设定推移幅度和折点的优点。

另一方面，图表C是令图表B为曲线状而得到的图表。通过消除折点部分，存在减少产生紊乱等不稳定现象的可能性的优点。

图8表示从减速时输出电压上升的状态切换为匀速(或加速)时的时间滞后的情形。控制电路9取得加速时、匀速时、减速时的运转信息，并根据该信息，对输出电压/输出频率的图表进行变更地控制。伴随图表的变更而产生的输出电压的变更在图8中利用ΔT的时间来缓慢地切换。由此，能够抑制交流电动机的输出电流成长而进行驱动。

此外，能够使从减速时切换为匀速时或加速时的时间与从匀速时或加速时切换为减速时的时间不同。从减速时向匀速时或加速时的切换存在切换中残留紊乱等不稳定现象，此外，从匀速时或加速时向减速时的切换主要存在如果不迅速地进行切换则容易跳闸的情况(还存在残留紊乱等不稳定现象的情况)。因此，为了使旋转稳定并且不易产生跳闸，优选对切换的速度分别进行调整，例如，能够令从匀速时或加速时向减速时的切换的时间比从减速时向匀速时或加速时的切换的时间快。

图9表示第二实施例的V/F特性。

主要不同点在于，加速时、匀速时的V/F特性设定图5图表A，减速时的V/F特性设定图表D。图表D的V/F特性在高速区域设定得高、在低速区域设定得低，在这方面相同，不过在变更了高速区域频率范围FH(第一频率区域)与低速区域频率范围FL(第二频率区域)的比例方面不同。FH与FL的比例能够预先通过操作装置10设定。控制电路9基于此设定图表D并保存在存储区域。图9是FH＞FL的特性。在这种情况下，由于电动机损失引起的再生能量减少，成为使再生扭矩比电机效率优先。如果能够确保再生扭矩则具有不易产生过电压和过电流跳闸的效果。此外，如果为FH＜FL的特性，则能够抑制高速区域的电动机损失，因此能够使电机效率优先。

图10表示第三实施例的V/F特性。

主要不同点在于，加速时、匀速时的V/F特性设定图5图表A，减速时的V/F特性设定图表E。图表E的V/F特性在高速区域设定得高、在低速区域设定得低，在这方面相同，不过在变更了高速区域的输出电压电平VH和低速区域的输出电压电平VL方面不同。VH和VL能够分别预先通过操作装置10设定。控制电路9基于此设定图表E并保存在存储区域。图10将VH、VL设定为正的值。图表E在第一频率区域使过电压和过电流跳闸更不易发生，在第二频率区域使电机损失更低。此外，如果能够将VH、VL设定于负侧，则能够获得相反的效果。通过进行这样的设定，能够进行与所要求的负载扭矩、电机效率相应的控制。

此外，也可以由用户设定逆变器装置中是否应用本发明。例如，也可以通过用户从操作装置选择负载的种类来选择再生时使用的图表。例如在负载为风扇等作为本发明的对象的负载的情况下，也可以将再生时的V/F特性从图表B～图表E的中设定恰当的图表，在这以外的负载的情况下，也可以再生时也使用与动力运行时相同的图表。此外，也可以由用户通过操作装置选择负载的种类和特性，自动选择图9中的FL、FH的比例和图10中的VH、VL的值。此外，也可以通过不仅指定负载的种类而且指定控制的优先项目(再生扭矩优先、电机效率优先等)来自动地选择图表。

另外，上述的实施例将动力运行时(加速时、匀速时)的V/F特性作为图1所示的基本的特性的一种，但是并不限定于此，也可以为其它V/F特性。

如上所述，本发明中，在电力转换装置中，能够在减速时的高速区域通过将V/F特性设定得高而使再生扭矩增大，由此能够防止过电流跳闸和过电压跳闸。此外，在低速区域通过将V/F特性设定得低而不使电动机烧损，能够重复运转，在效率方面也具有效果。

附图标记的说明

1…三相交流电源

2…逆变器装置

3…交流电动机

4…负载

5…整流器部

6…平滑电容器

7…逆变器部

8…驱动电路

9…控制电路

10…操作装置。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

将输入来的交流电力转换为直流电力的整流器部；

使被所述整流器部转换而成的直流电力平滑的平滑电容器；

将被所述平滑电容器平滑后的直流电力转换为交流电力的逆变器部；和

控制所述逆变器部的控制部，

所述控制部以如下方式控制所述逆变器部：

使得再生时的输出电压/输出频率的值在输出频率大于规定频率的第一输出频率的区域大于作为动力运行时的输出电压/输出频率的值而被恒定地输出的规定值，且在输出频率小于规定频率的第二输出频率的区域小于所述作为动力运行时的输出电压/输出频率的值而被恒定地输出的规定值，

所述控制部存储有多个输出电压/输出频率的特性数据，基于再生时与动力运行时不同的输出电压/输出频率的特性数据来控制所述逆变器部。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部与加速时、匀速时、减速时的运转信息相应地对所述输出电压/稳定频率的特性数据进行变更控制，随该特性数据而变化的输出电压的变更花费规定的时间来缓慢地进行。

3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：

随所述特性数据而变化的输出电压的变更所花费的时间在从匀速时或加速时向减速时的切换与从减速时向匀速时或加速时的切换中不同。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部对所述第一输出频率的区域与所述第二输出频率的区域的大小的比例进行变更来控制。

5.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部对所述第一输出频率的区域的输出电压与所述第二输出频率的区域的输出电压分别单独地进行变更来控制。

6.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

再生时的所述输出电压/输出频率的特性数据自外部从多个中选择。

7.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换装置，其特征在于：

包括用于用户操作所述电力转换装置的操作装置，

所述操作装置能够选择作为控制对象的负载的种类或控制的优先项目，

所述控制部根据与通过所述操作装置选择的负载的种类或用途相应的输出电压/输出频率的特性数据进行所述逆变器部的控制。