CN106470000A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电动机驱动装置。本发明的一个实施例所涉及的电动机驱动装置的特征在于，具有：变换器，其将直流电力变换为交流电力并向交流电源进行该交流电力的再生；120°通电再生控制部，其采用120°通电方式对变换器进行控制以从变换器向交流电源进行电力的再生；PWM再生控制部，其采用PWM控制方式对变换器进行控制以从变换器向交流电源进行电力的再生；输入电压检测部，其检测从交流电源向变换器输入的电源电压；直流环节电压检测部，其检测作为变换器的输出电压的直流环节电压；以及再生方式切换部，在电源再生动作时，该再生方式切换部基于直流环节电压检测部的电压值，在120°通电方式和PWM控制方式之间任意地进行切换。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电动机驱动装置，特别涉及一种具备抑制再生电流随时间经过的变化的功能的电动机驱动装置。
背景技术
在使电动机减速的情况下，在电动机中进行再生制动。作为再生电力大的情况下的处理方法，已知电源再生的方法(例如，日本特开平6-062584号公报)。在图1中示出使用于电源再生的变换器。使用于电源再生的变换器1001具备并联连接有二极管D1～D6的作为晶体管的功率元件Tr1～Tr6。电动机发出的电力被充电至设置于端子1003与1004之间的平滑电容器(未图示)，通过变换器1001的逆变换，平滑电容器的电力向电源1002再生。
作为使用于电源再生的变换器1001的控制方式，已知PWM控制方式和120°通电方式。PWM控制方式能够使再生电流为正弦波，从而能够控制随时间经过的变化量。然而，伴随着PWM动作而开关噪声増大，由于追加滤波器等而成本变高。因此，一般采用120°通电方式。
120°通电方式是以下方式：对电源电压的相位进行检测，仅在电源电压的电位差大的120°区间向电源进行电力的再生。在图2A和图2B中示出采用120°通电方式的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件Tr1～Tr6的导通/截止的时序图以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化。图2A表示直流环节电压与电源电压之间的差大的情况，图2B表示直流环节电压与电源电压之间的差小的情况。
如图2A所示，在直流环节电压与电源电压之间的差大的情况下，设有以任意的频率进行开关动作来控制为任意的峰值电流以下的期间(以阴影示出的部分)。在此，di/dt(电流的随时间经过的变化量)通过以下的式(1)来计算，将di/dt乘以时间而得到的值为浪涌电流。
在此，VDC是直流环节电压，VIN是电源电压，L是AC电抗器和电源的电感。
在以往技术中，如图2A中的时刻t1的R相电流那样，在电源再生时直流环节电压与电源电压之间的差(直流环节电压-电源电压)大的情况下产生浪涌电流。因而，在以往的再生方式中，为了保护功率元件，需要通过增大AC电抗器的电感L来抑制di/dt。如果是PWM控制方式的变换器，则即使不是电感大的AC电抗器也能够抑制浪涌电流，但是存在功率元件的发热变大的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种抑制浪涌电流和驱动装置的发热且通过AC电抗器的小型化来降低成本的电动机驱动装置。
本发明的一个实施例所涉及的电动机驱动装置的特征在于，具有：变换器，其将直流电力变换为交流电力并向交流电源进行该交流电力的再生；120°通电再生控制部，其采用120°通电方式对变换器进行控制以从变换器向交流电源进行电力的再生；PWM再生控制部，其采用PWM控制方式对变换器进行控制以从变换器向交流电源进行电力的再生；输入电压检测部，其检测从交流电源向变换器输入的电源电压；直流环节电压检测部，其检测作为变换器的输出电压的直流环节电压；以及再生方式切换部，在电源再生动作时，该再生方式切换部基于直流环节电压检测部的电压值，在120°通电方式和PWM控制方式之间任意地进行切换。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下的实施方式的说明会变得更明确。在该附图中，
图1是以往的变换器的结构图，
图2A是表示在以往的采用120°通电方式的变换器中直流环节电压与电源电压之间的差大的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化的图，
图2B是表示在以往的采用120°通电方式的变换器中直流环节电压与电源电压之间的差小的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化的图，
图3是本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置的结构图，
图4是用于说明本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置的动作过程的流程图，
图5A是表示在本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中直流环节电压与电源电压之间的差大的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化的图，
图5B是表示在本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中直流环节电压与电源电压之间的差小的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化的图，
图6A是表示相电压的随时间经过的变化的图，
图6B是表示以往技术中的相电流的随时间经过的变化的图，
图6C是表示本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中的相电流的随时间经过的变化的图，
图7A是表示以往技术中的相电流的随时间经过的变化的图，以及
图7B是表示本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中的相电流的随时间经过的变化的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明所涉及的电动机驱动装置。
[实施例1]
在图3中示出本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置的结构图。本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置101具有变换器1、120°通电再生控制部2、PWM再生控制部3、输入电压检测部4、直流环节电压检测部5以及再生方式切换部6。
变换器1具备功率元件Tr1～Tr6和二极管D1～D6，该变换器1将平滑电容器9中蓄积的直流电力变换为交流电力并向交流电源20进行该交流电力的再生。功率元件Tr1～Tr6的导通/截止是根据从功率元件指令部7输入到功率元件Tr1～Tr6的各栅极的信号来控制的。另外，在变换器1与交流电源20之间设置有AC电抗器(ACR)21。
120°通电再生控制部2采用120°通电方式对变换器1进行控制，使得从变换器1向交流电源20进行电力的再生。具体地说，120°通电再生控制部2向功率元件指令部7发送用于执行基于120°通电方式的电源再生的指令。
PWM再生控制部3采用PWM控制方式对变换器1进行控制，使得从变换器1向交流电源20进行电力的再生。具体地说，PWM再生控制部3向功率元件指令部7发送用于执行基于PWM控制方式的电源再生的指令。
输入电压检测部4检测从交流电源20向变换器1输入的电源电压。输入电压检测部4所检测出的电源电压的检测值被发送到驱动装置控制部8。
直流环节电压检测部5检测作为变换器1的输出电压的直流环节电压。在变换器1的输出部分设置有平滑电容器9。直流环节电压是平滑电容器9的端子N与端子P之间的电压。直流环节电压检测部5所检测出的直流环节电压的检测值被发送到驱动装置控制部8。
驱动装置控制部8计算获取到的直流环节电压与电源电压之间的差，并判断计算出的差是否为预先存储的规定的值以上。判断结果被发送到再生方式切换部6。
在电源再生动作时，再生方式切换部6基于直流环节电压检测部5的电压值，在120°通电方式和PWM控制方式之间任意地进行切换。再生方式切换部6可以进行如下切换：在直流环节电压与电源电压之间的差为规定的值以上的情况下选择PWM控制方式，在直流环节电压与电源电压之间的差小于规定的值的情况下选择120°通电方式。
还设置有检测从交流电源20向变换器1输入的电流的输入电流检测部10。另外，输入电流检测部10检测在电动机驱动装置101进行再生动作的情况下流动的电流。例如，在图3中，在功率元件Tr1和Tr4导通、其它功率元件截止的状态下，能够检测从变换器1向交流电源20流动的电流I1和从交流电源20向变换器1流动的电流I2。
接着，使用图4所示的流程图来说明本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置的动作过程。首先，在步骤S101中，电动机驱动装置101开始再生动作。
接着，在步骤S102中，输入电压检测部4检测从交流电源20向变换器1输入的电源电压。
接着，在步骤S103中，直流环节电压检测部5检测直流环节电压。
接着，在步骤S104中，驱动装置控制部8计算直流环节电压与电源电压之间的差。
接着，在步骤S105中，驱动装置控制部8判断直流环节电压与电源电压之间的差是否为规定值以上。
在直流环节电压与电源电压之间的差为规定值以上的情况下，在步骤S106中，再生方式切换部6选择PWM再生控制部3，执行基于PWM控制方式的再生。
在图5A中示出直流环节电压与电源电压之间的差为规定值以上的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化。对图5A所示的功率元件Tr1～Tr6的开关控制进行说明。在图5A中，51是检测出的电源电压。52是PWM指令(一例)。53是用于生成PWM信号的作为三角波的PWM载波(carrier)。在基于PWM控制方式的再生中，对PWM指令52与PWM载波53进行比较，在PWM电压指令52大的情况下，功率元件Tr1变为截止，功率元件Tr2变为导通。与此相反，在PWM电压指令52小于PWM载波53的情况下，功率元件Tr1变为导通，功率元件Tr2变为截止。对功率元件Tr3和Tr4、以及Tr5和Tr6也同样地进行控制。
通过如上述那样对功率元件Tr1～Tr6进行控制，在R相、S相、T相流动的电流如图5A所示那样成为正弦波状。如后述那样，通过基于PWM控制方式的再生，能够抑制浪涌电流。
另一方面，在直流环节电压与电源电压之间的差小于规定值的情况下，在步骤S107中，再生方式切换部6选择120°通电再生控制部2，执行基于120°通电方式的再生。
在图5B中示出直流环节电压与电源电压之间的差小于规定值的情况下的电源相位的随时间经过的变化、表示功率元件的导通/截止的时序图、以及R相、S相、T相的各相的电流的随时间经过的变化。在该情况下，通过基于120°通电方式的再生，能够抑制在采用PWM控制方式的情况下发生的功率元件的发热。
如以上说明的那样，根据基于本发明的电动机驱动装置，通过基于PWM控制方式的电源再生能够抑制浪涌电流，因此能够使AC电抗器小型化。并且，在浪涌电流比较小的情况下进行基于120°通电方式的电源再生，由此抑制了功率元件的发热。
在上述的实施例中，也可以仅在电位差大的再生初期应用基于直流环节电压与电源电压之间的差的再生方式的切换来抑制发热。
接着，说明本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置对电流的斜率的抑制效果。在图6A中示出相电压的随时间经过的变化。在图6B中示出以往技术中的相电流的随时间经过的变化。在图6C中示出本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中的相电流的随时间经过的变化。在图7A和图7B中分别示出将图6B和图6C的R相电流在时刻t5的变化的情形放大后的图。在以往技术中，电流的斜率依赖于电抗器的电感L以及直流环节电压与电源电压之间的电压差。因此，需要抑制峰值电流以使电流检测电路的延迟时间内増加的电流为功率元件的额定值以下。
与此相对地，在本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置中，电流的斜率是通过电抗器的电感L、直流环节电压与电源电压之间的电压差以及开关频率来控制的。在本发明中，能够通过开关频率将浪涌电流的斜率控制为任意斜率，因此能够将电流检测电路的延迟时间内増加的电流抑制为充分小于功率元件的额定值的值。通过这样，根据本发明所涉及的电动机驱动装置能够抑制浪涌电流，因此能够使电感L变小，从而能够使AC电抗器小型化。
另外，如图6C所示，在本发明中，在时刻t1、t3以及t5对R相的电流执行基于开关频率的控制，但是在时刻t2和t4不执行该控制。即，并非在全部定时都对相电流执行基于开关频率的控制，而是在期望的定时根据电压的相位来切换开关方式。例如，能够仅在直流环节电压与电源电压之间的差为规定值以上的情况下通过进行基于PWM控制方式的再生来抑制浪涌电流，并且在直流环节电压与电源电压之间的差小于规定值的情况下通过进行基于120°通电方式的再生来抑制功率元件的发热。
根据本发明的一个实施例所涉及的电动机驱动装置，能够抑制浪涌电流和驱动装置的发热，从而能够使AC电抗器小型化来降低成本。

Claims (2)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：
变换器，其将直流电力变换为交流电力并向交流电源进行该交流电力的再生；
120°通电再生控制部，其采用120°通电方式对所述变换器进行控制以从所述变换器向交流电源进行电力的再生；
PWM再生控制部，其采用PWM控制方式对所述变换器进行控制以从所述变换器向交流电源进行电力的再生；
输入电压检测部，其检测从交流电源向所述变换器输入的电源电压；
直流环节电压检测部，其检测作为所述变换器的输出电压的直流环节电压；以及
再生方式切换部，在电源再生动作时，该再生方式切换部基于所述直流环节电压检测部的电压值，在120°通电方式和PWM控制方式之间任意地进行切换。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，
所述再生方式切换部进行如下切换：
在所述直流环节电压与所述电源电压之间的差为规定的值以上的情况下，选择PWM控制方式，
在所述直流环节电压与所述电源电压之间的差小于规定的值的情况下，选择120°通电方式。
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