CN1061799C - 电压型逆变器装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种能根据电压指令输出电压的电压型逆变器装置及其控制方法。它备有：1/2V(D/C)检测电路，电压指令值设定装置(29)，按电压指令值和检测电压输出误差电压的第1运算装置(32)，按误差电压和电压指令值输出电压修正指令值的第2运算装置(33)，按电压修正指令值和频率指令值输出驱动逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器(12)。逆变器电路输出电压能正确跟踪指令电压。

Description

电压型逆变器装置及其控制方法
本发明涉及把直流电压变换成交流电压的电压型逆变器装置及其控制方法，尤其涉及向具有脉宽调制开关元件的逆变器电路施加输出电压设定指令的电压型逆变器装置及其控制方法。
图12～图15表示已有技术的例子，图12是如特开昭60-26496号公报所示那样通常熟知的电压型逆变器装置。图中，1是交流电源，2是整流来自交流电源1的交流电力的变换器电路，3是平滑来自变换器电路2的直流电压的平滑电容器，4是把来自平滑电容器3的直流电压变换成具有预定频率和电压值的交流电压的逆变器电路，5是由逆变器电路4驱动的负荷，即感应电动机IM。
10是把与输出频率相应的电压信号，即频率指令F(*)作为输出频率设定信号提供的信号输入端；11是如图13所示，产生与频率指令值F(*)有预定关系的电压指令值V(*)的F／V运算器；12是输入频率指令值F(*)和电压指令值V(*)，产生控制逆变器电路4的开关元件的预定PWM信号的PWM信号发生器。
下面说明图12的电压型逆变器装置的动作。为了补偿低速时励磁电流降低，如图13所示，频率指令值F(*)为0时的电压指令值V(*)提高补偿值V0，如下式所示：
                V(*)=K·F(*)+V0
式中，K为比例常数。
如已有技术例子所示，在不作速度控制的构成中，若由于产生转矩小而负荷转矩增加，则存在速度降低的倾向。因此，把补偿值V0设定得大，增加励磁，使产生足够的转矩，从而即使负荷转矩大的场合，也不会降低速度。但是，若这样增加励磁，设定F／V特性，则在无负荷时，反而会成为过励磁，无负荷电流过分增加，会产生过电流。
因此，为了克服该缺陷，以往采用滑差频率控制。图14是示于特开昭63-144795号公报中的、采用滑差频率控制的电压型逆变器装置。图中，6是设置在逆变器电路4的直流电源线上，用以检测直流电流I(DC)的霍尔CT(电流互感器)，7是检测输往感应电动机5的三相线电流I(U)、I(V)、I(W)的霍尔CT，8是检测输往逆变器电路4的直流输入电压V(DC)的电压传感器，9是检测感应电动机5的线间输入电压V(UW)的电压传感器。
13是滑差推定器，它输入来自电压传感器8的直流输入电压V(DC)、来自电压传感器9的线间输入电压V(UW)、来自霍尔CT6的直流电流I(DC)、来自霍尔CT7的三相线电流I(U)、I(V)、I(W)，输出输往感应电动机5的二次输入P2及滑差频率推定值FS。14是电压修正量判定器，它输入来自滑差推定器13的二次输入P2，输出输出电压修正值ΔV1。15是把来自信号输入端10的旋转数指令值Fr(*)与来自滑差推定器9的滑差频率推定值Fs相加，并输出频率指令值F(*)的加法器。16是把来自电压修正量判定器14的输出电压修正值ΔV1与来自F／V运算器11的电压指令值V(*)相加，并产生修正电压指令值V1(*)的加法器。
下面，说明图14的逆变器装置的动作。自信号输入端10输入的旋转数指令值Fr(*)在加法器15，与来自滑差推定器13的滑差频率推定值Fs相加，成为频率指令值F(*)。而，该频率指令值F(*)输入至F／V运算器11，产生电压指令值V(*)。该电压指令值V(*)在加法器16，与来自电压修正量判定器14的输出电压修正值ΔV1相加，产生修正电压指令值V1(*)。PWM信号发生器12，由频率指令值F(*)和修正电压指令值V1(*)产生控制逆变器电路4的开关元件的PWM信号，以预定的F／V特性驱动感应电动机5。
图15示出滑差推定器13的详细构成。图中，20是由来自霍尔CT6的直流电流DC)与来自电压传感器8的直流输入电压V(DC)，运算感应电动机5的一次输入电力P1的IM一次输入运算器；21是由来自霍尔CT7的三相线电流I(U、I(V)、I(W)，运算输入电流有效值I1的电流有效值运算器；22是由来自电压传感器9的线间输入电压V(UW)，运算输入电压有效值V1的电压有效值运算器。这里，电流有效值运算器21根据三相线电流进行运算，但也能用二相线电流进行运算。
23是由输入电流有效值11运算感应电动机5的一次铜损W1的IM一次铜损运算器；24是由输入电流有效值11和输入电压有效值V1运算感应电动机5的铁损W0的IM铁损运算器；26是从一次输入电力P1中减去由加法器25相加在一起的铜损W1及铁损W0，从而产生二次输入P2的减法器；27是由二次输入P2运算滑差频率推定值FS的滑差频率运算器。
作为以PWM方式控制电压型逆变器输出电压的已有技术例子，可举出如特开昭59-153467号公报及特开平1-99478号公报中所揭示那样，把逆变器装置的输出电压与正弦波基准电压比较并根据偏差进行控制的方案。
在上述以往的电压型逆变器装置的控制电路中，把逆变器装置的输出电压与正弦波基准电压比较并进行控制，因而存在下述问题：基准正弦波与实际输出电压的差不能完全为零，在振幅和相位上产生差异，因而残存固定偏差，若不插入把控制偏差输入控制系统的正弦波振荡器，则不能补偿由负荷或电压不平衡及电路常数不一致而引起的输出电压不平衡及相位差的偏移。
如无传感器矢量控制那样，在不直接检测感应电动机的速度，而采用感应电动机初级侧常数推定滑差的方式中，尤其在低速区域控制时，电压和电流的检测精度、逆变器电路开关元件的上下臂短路防止时间、开关元件的导通电压等会造成输出电压误差，因而存在有损控制特性的问题。
本发明是为解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能得到遵照电压指令的输出电压的电压型逆变器装置及其控制方法。
本发明的电压型逆变器装置包括：连接在产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路，其特征在于还包括：检测所述直流电源一端与所述逆变器电路的输出之间的电压的1／2V(DC)检测电路、指令所述逆变器电路的输出电压的电压指令值设定装置、输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，输出误差电压的第1运算装置、输入来自所述第1运算装置的误差电压和来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出电压修正指令值的第2运算装置、输入来自所述第2运算装置的电压修正指令值和指令所述逆变器电路的输出频率的频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器。
所述第1运算装置，输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲信号和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲信号，输出误差电压脉冲信号。
通过瞬时比较来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲波形与来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲波形，产生所述第一运算装置输出的误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。
输入至所述PWM信号发生器的所述频率指令值为恒定的频率指令。
所述输入至PWM信号发生器的所述频率指令值是按与来自所述电压指令值设定装置的电压指令值具有预定关系而变化的频率指令。
进一步备有：输入提供给连接至所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差推定值的滑差推定器；输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，产生按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入来自所述第3运算装置的频率指令和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值，产生修正指令频率的第4运算装置；其中，把所述修正指令频率作为所述PWM信号发生器的频率指令值。
进一步备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入由外部设定的频率指令值，产生按与该频率指令值具有预定关系而变化的电压指令值的第4运算装置，输入电压指令值及频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值和频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第3运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第4运算装置的电压指令值及来自外部的频率指令值的场合之间切换的切换装置。
还备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入的滑差推定器；输入来自所述滑差指令推定器的滑差频率推定值和来自所述第3运算装置的频率指令，产生修正指令频率的第4运算装置；输入来自所述外部设定的频率指令值和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值，产生频率指令的第5运算装置；输入来自所述第5运算装置的频率指令，输出按与该频率指令具有预定关系而变化的电压指令的第6运算装置；输入来自所述滑差推定器的二次输入，产生电压修正值的电压修正量判定器；输入来自所述电压修正量判定器的电压修正值和来自第6运算装置的电压指令，产生电压修正指令值的第7运算装置；输入电压指令值和频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值及频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第4运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第7运算装置的电压指令值及来自所述第5运算装置的频率指令值的场合之间切换的切换装置。
所述逆变器电路的上臂开关元件和下臂开关元件，分别独立具有所述1／2V(DC)检测电路、所述第1运算装置、所述第2运算装置，以及根据来自所述第2运算装置的指令产生PWM信号的PWM信号发生器。
对所述逆变器电路的U相、V相、W相的每相，把所述1／2V(DC)检测电路、所述电压指令值设定装置、所述第1运算装置、所述第2运算装置、所述PWM信号发生器、所述上臂开关元件和所述下臂开关元件制成一个模块。
一种电压型逆变器装置的控制方法，该装置备有连接至产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路，该方法包括：检测所述直流电源一端与所述逆变器电路输出之间的电压；由所述已检出的检测电压与指令所述逆变器电路输出电压的电压指令值，产生误差电压；由所述误差电压与所述电压指令值，产生电压修正指令值。
所述检测电压，电压指令值及误差电压是脉冲信号。
通过瞬时比较所述电压指令值的脉冲波形与所述检测电压的脉冲波形，产生所述误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。
由所述电压修正指令值和指令所述逆变器电路输出频率的频率指令值，产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。
由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压产生所述感应电动机的滑差频率推定值，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令，由所述频率指令和所述滑差频率指定值产生修正指令频率，根据所述修正指令频率产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。
在产生按与所述电压指令值有预定关系而变化的第1频率指令的同时，产生按与由外部设定的频率指令值具有预定关系而变化的第2电压指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1频率指令产生该信号的场合与根据所述外部设定频率指令值和所述第2电压指令值产生该信号的场合之间切换。
进而，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令；由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入；在由所述滑差频率推定值和按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令产生第1修正指令频率的同时，由从外部设定的频率指令值和所述滑差频率推定值产生第2修正指令频率，产生按与所述第2修正指令频率具有预定关系而变化的电压指令；由对所述感应电动机的二次输入，产生电压修正值；由所述电压修正值和来自所述第2修正指令频率的电压指令，产生第2电压修正指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1修正指令频率产生该信号的场合与根据所述第2电压修正指令值和所述第2修正指令频率产生该信号的场合之间切换。
且，分别对所述逆变器电路的上臂开元主件和下臂开关元件，检测所述直流电源一端和逆变器电路输出间的电压；由这些检测的电压和与此对应的、在所述上臂开关元件和下臂开关元件中分别指令的电压指令值，分别产生误差电压；由这些误差电压和所述电压指令值产生与各开关元件对应的电压修正指令值。
图1是本发明实施例1的电压型逆变器装置的控制电路框图。
图2是本发明实施例1的电压指令值、检测输出电压、电压修正指令值的波形说明图。
图3是本发明实施例1的1／2V(DC)检测电路的构成说明图。
图4是本发明实施例1的1／2V(DC)检测电路的动作说明图。
图5是本发明实施例1的可变电压可变频率逆变器装置的框图。
图6是本发明实施例2的上下臂开关元件和控制电路的模块框图。
图7是本发明实施例2的PWM指令值、电压指令值、U相端子电压的时序图。
图8是本发明实施例3的带滑差修正的可变电压可变频率逆变器装置的框图。
图9是本发明实施例3的其它带滑差修正的可变电压可变频率逆变器装置的框图。
图10是本发明实施例4的切换电压指令值输入方式和频率指令值输入方式的电压型逆变器装置的框图。
图11是本发明实施例5的切换电压指令值输入方式和频率指令值输入方式的带滑差修正的电压型逆变器装置的框图。
图12是已有技术的电压型逆变器装置的框图。
图13是表示已有技术的频率指令值和电压指令值关系的曲线。
图14是已有技术的带滑差频率控制的电压型逆变器装置的框图。
图15是已有技术的滑差推定器的构成框图。
图中，3是平滑电容器，4是逆变器电路，5是感应电动机，7是霍耳CT，9是滑差推定器，11、17是F／V运算器，12是PWM信号发生器，14是电压修正量判定器，15、16是加法器，29是电压指令值设定装置，31是1／2V(DC)检测电路，32是减法器，33、37是加法器，50是上臂开关元件，51是下臂开关元件。
下文结合附图叙述本发明的实施例。
实施例1
参照图1至图5说明本发明一个实施例。图1是输入电压设定指令以控制电压和频率的电压型逆变器装置的控制电路框图。图中，与已有技术例子相同的符号表示相同或相当部分。30是输入逆变器电路4的输出电压指令值，即电压指令值V(*)的信号输入端。其中，电压指令值V(*)由设置在外部的电压指令值设定装置29提供。
31是检测逆变器电路4的各输出线和电容器3的负极端N之间的电压的1／2V(DC)检测电路。32是比较电压指令值V(*)与1／2V(DC)检测电路31检出的检测输出电压V，并产生误差电压ΔV的减法器。33是把电压指令值V(*)与误差电压ΔV相加，以产生电压修正指令值V1(*)的加法器。
其中，电压指令值V(*)、1／2V(DC)检测电路31的检测输出电压V、电压修正指令值V1(*)的波形及其相互关系示于图2。电压指令值V(*)是作为基准的PWM信号，1／2V(DC)检测电路31的检测输出电压V也为PWM信号。图2中，检测输出电压V相对于电压指令值V(*)延滞Δt，所以产生该部分的误差电压。因而，为了修正该误差电压，产生相对于电压指令值V(*)超前Δt的电压修正指令值V1(*)。即，瞬时比较电压指令值V(*)和1／2V(DC)检测电路31的检测输出电压V，使偏差为零。
于是，图1中，当由于感应电动机5负荷变动等原因引起逆变器电路4的输出电压降低时，由1／2V(DC)检测电路31的检测输出电压V和电压指令值1V(*)生成的误差电压ΔV增加，与此相应，电压修正指令值V1(*)(V1(*)=V+ΔV)增大，控制成使1／2V(DC)检测电路31的检测输出电压V恒定。其中，对于PWM信号发生器12的另一个输入信号，即频率指令值F(*)，如图5所示，通过使频率指令值F(*)与电压指令值V(*)间具有预定关系也可构成可变电压可变频率逆变器装置。17是输入电压指令值V(*)，输出频率指令值F(*)的V／F运算器。若使频率指令值F(*)为定值，则能构成恒定电压、恒定频率的逆变器装置。
然后，参照图3和图4详细说明1／2V(DC)检测电路31的构成和动作。通过U相一相对应的1／2V(DC)检测电路31进行说明。34是连接逆变器电路4的U相输出线的检测端子，35是连接电容器3的负极端N的检测端子，40是连接这些检测端子34、35两端，以检测U相输出电压的光耦合器。
41、42是连接光耦合器40初级侧、限制流入光耦合器40的电流的电阻，43是防止噪声引起误动作的电容器，44是用于避免对光耦合器40施加反相电压的二极管。其中，电阻41、42为了分担电阻发热和浪涌电压，防止其集中，而分成两个。45是连接光耦合器40的次级侧，以在信号输出端36上产生输出电压反馈信号U(FB)的开关晶体管，46是限制流入开关晶体管45的电流的电阻，47是开关晶体管45的偏置电阻。
该检测电路以检测端子35的N点电位为基准，把检测端子34的U相电压作为V(DC)／2或-V(DC)／2输出，因而称为1／2V(DC)检测电路。现在，若检测端子34的电压为+V(DC)／2，则在光耦合器40的初级侧流过电流，光耦合器40导通，从而电流流过其次级侧。开关晶体管45导通，信号输出端36的输出电压反馈信号U(FB)为L电平。反之，若检测端34的电压为-V(DC)／2，则光耦合器40的初级侧不流过电流，光耦合器40不导通，其次级不流过电流。因而，开关晶体管45截止，信号输出端36的输出电压反馈信号U(FB)为H电平。
这样，U相端输出+V(DC)／2时，信号输出端36的输出电压反馈信号U(FB)为L电平，U相端输出-V(DC)／2时，信号输出端36的输出电压反馈信号U(FB)为H电平，因而能检测U相输出电压。
虽然在上述说明中，1／2V(DC)检测电路31检测电容器3的负极端N与逆变器电路4的各输出线间的电压，但也可以检测电容器3的正极P与逆变器电路4的各输出线间的电压，这时必须考虑检测电压极性变成相反这一点。
如上所述，根据本实施例，由于不是提供频率指令值由运算求出电压指令值，而是直接提供电压指令值，因而能简单地实现根据指令值正确控制检测电压。采用1／2V(DC)检测电路，使输出电压反馈信号U(FB)成为开、关电平信号，根据该输出电压反馈信号U(FB)与作为PWM基准信号的电压指令值V(*)的偏差Δt，进行脉冲宽度调制，使逆变器电路4的输出电压正确跟踪指令电压。从而，对需要使逆变器电路4的输出正确至多少伏的所谓电压控制这种用途，能提供极高精度的控制。
实施例2
参照图6和图7，说明本发明的其它实施例，图6示出的电路构成把上臂开关元件和下臂开关元件归纳为一组，各开关元件适用在上述实施例1中已详述的输出电压控制，形成内含上下串联连接的开关元件和采用1／2V(DC)检测电路的电压控制电路的逆变器单元。
图中，与已有技术例子或实施例1相同的符号表示相同或相当的部分。50是反向并联二极管的上臂开关元件，51是反向并联二极管的下臂开关元件，52是上臂开关元件的电压指令值VP(*)的输入端，53是下臂开关元件的电压指令值VN(*)的输入端，54是正极端P，55是负极端N，56是U相输出端。
图7是表示PWM指令值或电压修正指令值V1P、电压指令值VP(*)、电压指令值VN(*)，及U相端子电压V(U)间关系的时序图。图7a是用逆变器电路4控制的感应电动机动力运行状态，图7(b)表示再生状态。
图6的电路中，实际的逆变器一般不能按照理想的PWM信号波形使开关元件50、51开、关。因此，为了上下臂不产生短路，做成电压指令值VP(*)或电压指令值VN(*)中任一方截止后，搁置规定的时间，才使另一电压指令值导通，这规定的时间称为上下臂短路防止时间。
例如，参见图7(a)的动力运行状态，电流自U相输出端子56流向感应电动机5。若时刻t1，电压指令值VP(*)截止，上臂开关元件50关断，上臂开关元件50的反相并联二极管导通。而在Td时间后时刻t2，电压指令值VN(*)导通，下臂开关元件51导通。这时，U相端子电压V(U)为VN，与PWM指令值为截止状态时的值相同，因而不产生误差电压。
然后，若在时刻t3，PWM指令值为截止值，电压指令值VN(*)为截止值，下臂开关元件51关闭，则与下臂开关元件51反向并联的二极管导通，在由此起的Td时间后的时刻t4，电压指令值VP(*)为高电平，上臂开关元件50导通。且，U相端子电压V(U)在时刻t4也为VP。因而，在时刻t3～t4间，PWM指令值与U相端子电压V(U)存在差异，产生误差电压，使实际电压降低。在图7(b)的再生状态的场合，也同样地，在时刻t3～t4间产生误差电压，这时由图中可以明了，实际电压上升。
因此，如图6所示，对上臂开关元件50和下臂开关元件51，分别设置1／2V(DC)检测电路31、减法器32、加法器33及PWM信号发生器12。且，对上壁开关元件50，用1／2V(DC)检测电路31检测正极端子P54和U相输出端子56之间的电压，用减法器32产生电压指令值VP(*)与检测电压的误差电压，进而，在加法器33中，把该误差电压与电压指令值VP(*)相加，产生电压修正指令值V1P(*)，把它作为PWM信号发生器12的PWM指令值。
另一方面，对下臂开关元件51，同样用1／2V(DC)检测电路31检测负极端子N55和U相输出端子56之间的电压，用减法器32产生电压指令值VN(*)和检测电压的误差电压，进而，在加法器33，把该误差电压与电压指令值VN(*)相加，产生电压修正指令值V1N(*)作为PWM信号发生器12的PWM指令值。
这样产生的电压修正指令值V1P(*)，如图7(a)、(b)所示，仅修正了Td时间。即，相当于能按照PWM指令值得到输出电压。对电压修正指令值V1N(*)，也进行与电压修正指令值V1P(*)时的相同修正，能按照PWM指令值得到输出电压。
由上述说明，根据本实施例，对上臂开关元件50和下臂开关元件51分别设置1／2V(DC)检测电路31、减法器32、加法器33及PWM信号发生器12，独立地控制各开关元件，因而能修正上下臂短路防止时间和主电路开关元件导通电压的影响，根据指令值正确控制输出电压。
如图6所示，把上下臂开关元件以U相、V相、W相的每相为单位取为一对，内含1／2V(DC)检测电路31、减法器32、加法器33及PWM信号器12，进行模块化，由此，能简化电压型逆变器装置的控制电路构成且得到正确的电压控制。
实施例3
参照图8和图9说明本发明的其它实施例。在示于图8的实施例中，自信号输入端子30输入的电压指令值V(*)并不是与感应电动机5的频率指令对应的电压指令，而是与感应电动机5的速度指令对应的电压指令。图中，与已有技术例子或实施例1、2相同的符号表示相同或相当部分，37是把来自滑差推定器9的滑差频率推定值FS与对应于V／F运算器17所产生电压指令值V(*)的指令频率F(*)相加，从而产生修正指令频率F1(*)的加法器。
滑差推定器9输入由霍尔CT7检出的逆变器电路4的输出线电流I(U)、I(W)和由1／2V(DC)检测电路31检出的检测输出电压V(UN)、V(VN)、V(WN)，产生滑差频率推定值FS。另一方面，由信号输入端30输入的电压指令值V(*)与1／2V(DC)检测电路31检测的检测输出电压V比较，用减法器32生成误差电压ΔV，在加法器33由电压指令值V(*)与误差电压ΔV产生电压修正指令值V1(*)，输入到PWM信号发生器12。
来自V／F运算器17的指令频率F(*)由滑差推定器9产生的滑差频率推定值FS相加，作为修正指令频率F1(*)输入到PWM信号发生器12。然后，由来自该PWM信号发生器12的PWM信号对逆变器电路4进行脉宽调制，使逆变器电路4输出指令的电压和频率。
另一方面，图9所示为一例控制方式。其中，来自滑差推定器9的滑差频率推定值FS加至来自V／F运算器17的指令频率F(*)，产生修正指令频率F(*)，同时，由F／V运算器11产生与滑差频率推定值FS相对应的电压修正值VS，把电压指令值V(*)加至该电压修正值VS的和作为电压修正指令值V1(*)输入到PWM信号发生器12。
这样，根据本实施例，逆变器电路4的输出电压能正确跟踪电压指令值V(*)，同时修正随感应电动机5的负荷增减的滑差变化，能正确控制感应电动机5的速度。
实施例4
参照图10说明本发明的其它实施例。本实施例表示能切换电压指令值输入方式和频率指令值方式的电压型逆变器装置的控制电路例子。图中，与已有技术例子或实施例1～3相同的符号表示同一或相当部分，SW1～SW4是切换电压指令值输入方式与频率指令值方式的切换开关。
在选择频率指令值方式时，使切换开关SW1～SW4为图9所示状态。自信号输入端10输入的频率指令值F(*)分成两路，一路作为频率指令F(*)直接送入PWM信号发生器12，另一路经第4运算装置，即F／V运算器11，变换成与频率指令F(*)对应的电压指令V(*)，送往PWM信号发生器12。然后，PWM信号发生器12，根据频率指令F(*)和电压指令V(*)控制逆变器电路4。
另一方面，若选择电压指令值输入方式，切换开关SW1～SW4为以图10所示箭头方向动作后的状态。自信号输入端子30输入的电压指令值V(*)在第1运算装置(即减法器32)，与由1／2V(DC)检测电路31检测的检测输出电压V比较，进而该指令值U(*)与减法器32产生的误差电压ΔV在第2运算装置(即加法器33)相加，产生电压修正指令值V1(*)，输入至PWM信号发生器12。电压指令值V(*)还送入第3运算装置，即V／F运算器17，产生与电压指令值V(*)对应的频率指令F(*)，送往PWM信号发生器12。然后，PWM信号发生器12，根据这些频率指令F(*)和电压指令V(*)，控制逆变器电路4。
这样，根据本实施例，通过切换开关，能切换电压指令值输入方式和频率指令值方式，按照采用电压型逆变器装置的系统用哪种方法为好进行自由选择，因而能提供灵活性极高的电压型逆变器装置。
实施例5
参照图11说明本发明的其它实施例。本实施例是能切换电压指令值输入方式和频率指令值方式的电压型逆变器装置控制电路的其它例子。自信号输入端30输入的电压指令值V(*)是与感应电动机5的速度对应的电压指令，而由信号输入端10输入的指令值表示转数指令值FV(*)的场合。图中，与已有技术例子或实施例1～3相同的符号，表示相同或相当部分，SW5～SW9是切换电压指令值输入方式和频率指令值方式(含转数指令值)的切换开关。
在选择频率指令值方式时，使切换开关SW5～SW9为图11所示状态。自信号输入端10输入的旋转数指令值Fr(*)在第5运算装置(即加法器15)与滑差推定器9产生的滑差频率推定值FS相加，产生频率指令F(*)送往PWM信号发生器12。另一方面，在第6运算器(即F／V运算器11)，根据由加法器15产生的频率指令F(*)，产生与频率指令F(*)对应的电压指令V(*)，在第7运算装置(即加法器16)，把U(*)与电压修正量判定器14根据滑差推定器9的输出(即二次输入P2)而产生的输出电压修正值ΔV1相加，产生电压修正指令值V1(*)，输入到PWM信号发生器12。然后，PWM信号发生器12，根据该频率指令F(*)及电压修正指令值V1(*)，控制逆变器电路4。
另一方面，若选择电压指令值输入方式，切换开关SW5～SW9为以图11箭头所示方向动作后的状态。自信号输入端30输入的电压指令值V(*)，在第3运算装置(即V／F运算器17)变换成与电压指令值V(*)相对应的频率指令F(*)，并在第4运算装置(即加法器37)与来自滑差推定器9的滑差频率推定值FS相加，成为修正指令频率F1(*)，送至PWM信号发生器12。
该电压指令值V(*)，在第1运算装置(即减法器32)，与由1／2V(DC)检测电路31检测的检测输出电压V比较，进而，与减法器32产生的误差电压ΔV，在第2运算装置(即加法器33)相加，产生电压修正指令值V1(*)，输入到PWM信号发生器12。然后，PWM信号发生器12，根据该修正指令频率F1(*)和电压修正指令值V1(*)，控制逆变器电路4。
这样，根据本实施例，伴随感应电动机5负荷增减的滑差变化也能修正，即使准确控制感应电动机5速度的系统中，也能由切换开关切换电压指令值输入方式和频率指令值方式，按照采用电压型逆变器装置的系统用哪种方式为好而加以自由选择，能提供灵活性极高的电压型逆变器装置。
本发明由于具有上述构成，因而取得下述效果。
本发明的备有连接在产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路的电压型逆变器装置包括：检测所述直流电源一端与所述逆变器电路的输出之间的电压的1／2V(DC)检测电路、指令所述逆变器电路的输出电压的电压指令值设定装置、输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，输出误差电压的第1运算装置、输入来自所述第1运算装置的误差电压和来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出电压修正指令值的第2运算装置、输入来自所述第2运算装置的电压修正指令值和指令所述逆变器电路的输出频率的频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器。因而，具有能提供直接电压指令值进行控制，能正确使逆变器电路的输出电压跟踪指令电压的效果。
所述第1运算装置，输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲信号和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲信号，输出误差电压脉冲信号。因而，具有把电压指令值和检测电压以数字方式作比较，并产生误差电压，使逆变器电路的输出电压正确跟踪指令电压的效果。
通过瞬时比较来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲波形与来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲波形，产生所述第一运算装置输出的误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。因而，响应性能良好无偏差，具有使逆变器电路输出电压正确跟踪指令电压的效果。
输入至所述PWM信号发生器的所述频率指令值为恒定的频率指令。因而，逆变器电路的输出频率保持定值，逆变器电路的输出电压正确控制为期望值，具有能得到高精度恒频、恒压电源的效果。
所述输入至PWM信号发生器的所述频率指令值是按与来自所述电压指令值设定装置的电压指令值具有预定关系而变化的频率指令。因而，逆变器电路的输出频率与其输出电压保持预定关系，使其输出电压正确控制为期望值，具有能得到高精度可变频率、可变电压电源的效果。
进一步备有：输入提供给连接至所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差推定值的滑差推定器；输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，产生按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入来自所述第3运算装置的频率指令和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值、产生修正指令频率的第4运算装置；其中，把所述修正指令频率作为所述PWM信号发生器的频率指令值。因而，能考虑伴随感应电动机负荷变化而引起的滑差变化产生指令频率，具有能把逆变器电路的输出电压正确控制为期望值，而且能正确控制感应电动机速度的效果。
进一步备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入由外部设定的频率指令值，产生按与该频率指令值具有预定关系而变化的电压指令值的第4运算装置；输入电压指令值及频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值和频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第3运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第4运算装置的电压指令值及来自外部的频率指令值的场合之间切换的切换装置。因而，具有能提供通过电压指令值输入方式和频率指令值方式的切换，可根据需要采用最佳方式的高灵活性电压型逆变器装置的效果。
备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入的滑差推定器；输入来自所述滑差推定器的滑差频率推定值和来自所述第3运算装置的频率指令，产生修正指令频率的第4运算装置；输入来自所述外部设定的频率指令值和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值，产生频率指令的第5运算装置；输入来自所述第5运算装置的频率指令，输出按与该频率指令具有预定关系而变化的电压指令的第6运算装置；输入来自所述滑差推定器的二次输入，产生电压修正值的电压修正量判定器；输入来自所述电压修正量判定器的电压修正值和来自第6运算装置的电压指令，产生电压修正指令值的第7运算装置；输入电压指令值和频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值及频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第4运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第7运算装置的电压指令值及来自所述第5运算装置的频率指令值的场合之间切换的切换装置。因而，能切换电压指令值输入方式和频率指令值方式，具有能提供根据需要采用最佳方式的灵活性高且能正确控制感应电动机速度的电压型逆变器装置。
所述逆变器电路的上臂开关元件和下臂开关元件分别独立具备：1／2V(DC)检测电路、所述第1运算装置、所述第2运算装置，以及根据来自所述第2运算装置的指令产生PWM信号的PWM信号发生器。因而，能分别独立控制上臂开关元件的电压和下臂开关元件的电压，具有能修正上下臂短路防止时间和主电路开关元件导通电压的影响，极正确地控制逆变器电路输出电压的效果。
对所述逆变器电路的U相、V相、W相的每相，把所述1／2V(DC)检测电路、所述第1运算装置、所述第2运算装置、所述PWM信号发生器、所述上臂开关元件和所述下臂开关元件制成一个模块。因而，简化了电压型逆变器装置的控制电路构成，具有能高可靠且正确地控制逆变器电路的输出电压的效果。
本发明的一种电压型逆变器装置的控制方法，该装置备有连接至产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路，该方法包括；检测所述直流电源一端与所述逆变器电路输出之间的电压；由所述已检出的检测电压与指令所述逆变器电路输出电压的电压指令值，产生误差电压；由所述误差电压与所述电压指令值，产生电压修正指令值。因而，能提供直接电压指令值，具有能使逆变器电路输出电压正确跟踪指令电压的效果。
由于所述检测电压，电压指令值及误差电压是脉冲信号。因而，能以数字方式比较电压指令值和检测电压，产生误差电压，具有能使逆变器电路和输出电压正确跟踪指令电压的效果。
通过瞬时比较所述电压指令值的脉冲波形与所述检测电压的脉冲波形，产生所述误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。因而，具有响应性良好，无偏差，能使逆变器电路的输出电压正确跟踪指令电压的效果。
由所述电压修正指令值和指令所述逆变器电路输出频率的频率指令值，产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。因而，能对逆变器电路开关元件进行PWM控制，具有逆变器电路的输出电压和输出频率能正确控制为期望值的效果。
由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压产生所述感应电动机的滑差频率推定值，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令，由所述频率指令和所述滑差频率指定值产生修正指令频率，根据所述修正指令频率产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。因而，考虑伴随感应电动机的负荷变化而引起的滑差变化后产生指令频率，具有能正确控制逆变器电路的输出电压为期望值，并且能正确控制感应电动机速度的效果。
在产生按与所述电压指令值有预定关系而变化的第1频率指令的同时，产生与按由外部设定的频率指令值具有预定关系而变化的第2电压指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1频率指令产生该信号的场合与根据所述外部设定频率指令值和所述第2电压指令值产生该信号的场合之间切换。因而，能切换电压指令输入方式和频率指令值方式，具有能提供根据需要采用最佳方式的高灵活性电压型逆变器装置的效果。
进而，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令，由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入；在由所述滑差频率推定值和按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令产生第1修正指令频率的同时，由从外部设定的频率指令值和所述滑差频率推定值产生第2修正指令频率，产生按与所述第2修正指令频率具有预定关系而变化的电压指令；由对所述感应电动机的二次输入，产生电压修正值；由所述电压修正值和来自所述第2修正指令频率的电压指令，产生第2电压修正指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1修正指令频率产生该信号的场合与根据所述第2电压修正指令值和所述第2修正指令频率产生该信号的场合之间切换。因而，能切换电压指令值输入方式和频率指令值方式，具有能提供根据需要采用最佳方式的灵活性高且能正确控制感应电动机速度的电压型逆变器装置的效果。
且，分别对所述逆变器电路的上臂开关元件和下臂开关元件，检测所述直流电源一端和逆变器电路输出间的电压；由这些检测的电压和与此对应的、在所述上臂开关元件和下臂开关元件中分别指令的电压指令值，各自产生误差电压；由这些误差电压和所述电压指令值产生与各开关元件对应的电压修正指令值。因而，上臂开关元件的电压与下臂开关元件的电压能分别独立控制，具有能修正上下臂短路防止时间和主电路开关元件的导通电压影响，因而能极正确地控制逆变器电路的输出电压的效果。

Claims (17)

1．一种电压型逆变器装置包括：连接在产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路，其特征在于还包括：检测所述直流电源一端与所述逆变器电路的输出之间的电压的1／2V(DC)检测电路、指令所述逆变器电路的输出电压的电压指令值设定装置、输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，输出误差电压的第1运算装置、输入来自所述第1运算装置的误差电压和来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出电压修正指令值的第2运算装置、输入来自所述第2运算装置的电压修正指令值和指令所述逆变器电路的输出频率的频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器。
2．如权利要求1所述的电压型逆变器装置，其特征在于，所述第1运算装置，输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲信号和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲信号，输出误差电压脉冲信号。
3．如权利要求2所述的电压型逆变器装置，其特征在于，通过瞬时比较来自所述电压指令值设定装置的电压指令值脉冲波形与来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压脉冲波形，产生所述第一运算装置输出的误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。
4．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，输入至所述PWM信号发生器的所述频率指令值为恒定的频率指令。
5．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，所述输入至PWM信号发生器的所述频率指令值是按与来自所述电压指令值设定装置的电压指令值具有预定关系而变化的频率指令。
6．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，进一步备有：输入提供给连接至所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值的滑差推定器；输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，产生按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入来自所述第3运算装置的频率指令和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值，产生修正指令频率的第4运算装置；其中，把所述修正指令频率作为所述PWM信号发生器的频率指令值。
7．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，进一步备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与该电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入自外部设定的频率指令值，产生以与该频率指令值具有预定关系而变化的电压指令值的第4运算装置；输入电压指令值及频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值和频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第3运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第4运算装置的电压指令值及来自外部的频率指令值的场合之间切换的切换装置。
8．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，还备有：输入来自所述电压指令值设定装置的电压指令值，输出按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令的第3运算装置；输入提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和来自所述1／2V(DC)检测电路的检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入的滑差推定器；输入来自所述滑差推定器的滑差频率推定值和来自所述第3运算装置的频率指令，产生修正指令频率的第4运算装置；输入来自所述外部设定的频率指令值和来自所述滑差推定器的滑差频率推定值，产生频率指令的第5运算装置；输入来自所述第5运算装置的频率指令，输出按与该频率指令具有预定关系而变化的电压指令的第6运算装置；输入来自所述滑差推定器的二次输入，产生电压修正值的电压修正量判定器；输入来自所述电压修正量判定器的电压修正值和来自第6运算装置的电压指令，产生电压修正指令值的第7运算装置；输入电压指令值和频率指令值，输出驱动所述逆变器电路的PWM信号的PWM信号发生器；使所述PWM信号发生器的电压指令值及频率指令值在取为来自所述第2运算装置的电压修正指令值及来自所述第4运算装置的频率指令的场合与取为来自所述第7运算装置的电压指令值及来自所述第5运算装置的频率指令值的场合之间切换的切换装置。
9．如权利要求1或2或3所述的电压型逆变器装置，其特征在于，所述逆变器电路的上臂开关元件和下臂开关元件，分别独立具有所述1／2V(DC)检测电路、所述第1运算装置、所述第2运算装置，以及根据来自所述第2运算装置的指令产生PWM信号的PWM信号发生器。
10．一种电压型逆变器装置的控制方法，该装置备有连接至产生直流电压的直流电源两端，并把该直流电压变换成具有预定电压和频率的交流电压的逆变器电路，其特征在于，该方法包括：检测所述直流电源一端与所述逆变器电路输出之间的电压；由所述已检出的检测电压与指令所述逆变器电路输出电压的电压指令值，产生误差电压；由所述误差电压与所述电压指令值，产生电压修正指令值。
11．如权利要求10所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，所述检测电压、电压指令值及误差电压是脉冲信号。
12．如权利要求11所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，通过瞬时比较所述电压指令值的脉冲波形与所述检测电压的脉冲波形，产生所述误差电压脉冲波形，使两比较脉冲波形不产生偏差。
13．如权利要求10、11或12所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，由所述电压修正指令值和指令所述逆变器电路输出频率的频率指令值，产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。
14．如权利要求13所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压产生所述感应电动机的滑差频率推定值，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令，由所述频率指令和所述滑差频率指定值产生修正指令频率，根据所述修正指令频率产生驱动所述逆变器电路的PWM信号。
15．如权利要求10、11或12所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，在产生与按所述电压指令值有预定关系而变化的第1频率指令的同时，产生与按由外部设定的频率指令值具有预定关系而变化的第2电压指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1频率指令产生该信号的场合与根据所述外部设定频率指令值和所述第2电压指令值产生该信号的场合之间切换。
16．如权利要求10、11或12所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，产生按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令，由提供给连接所述逆变器电路的感应电动机的交流电流和所述检测电压，产生所述感应电动机的滑差频率推定值及对所述感应电动机的二次输入；在由所述滑差频率推定值和按与所述电压指令值具有预定关系而变化的频率指令产生第1修正指令频率的同时，由从外部设定的频率指令值和所述滑差频率推定值产生第2修正指令频率，产生按与所述第2修正指令频率具有预定关系而变化的电压指令；由对所述感应电动机的二次输入，产生电压修正值；由所述电压修正值和来自所述第2修正指令频率的电压指令，产生第2电压修正指令值；使所述驱动逆变器电路的PWM信号在根据所述电压修正指令值和所述第1修正指令频率产生该信号的场合与根据所述第2电压修正指令值和所述第2修正指令频率产生该信号的场合之间切换。
17．如权利要求10、11或12所述的电压型逆变器装置的控制方法，其特征在于，，分别对所述逆变器电路的上臂开关元件和下臂开关元件，检测所述直流电源一端和逆变器电路输出间的电压；由这些检测的电压和与此对应的、在所述上臂开关元件和下臂开关元件中分别指令的电压指令值，分别产生误差电压；由这些误差电压和所述电压指令值产生与各开关元件对应的电压修正指令值。
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