CN108432124A - 电力转换装置和电力转换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使检测或推定得到的电信号中混入了噪声也运算正确的相位的电力转换装置。其包括将检测或推测得到的电信号转换为表达该电信号的相位的时间变化的一次函数的一次函数转换部；从由一次函数转换部转换得到的一次函数中提取斜率和截距的斜率提取部和截距提取部；对用斜率提取部和截距提取部提取出的斜率和截距实施滤波处理的斜率滤波处理部和截距滤波处理部；使用由斜率滤波处理部和截距滤波处理部实施滤波处理后的斜率和截距复原为一次函数的一次函数逆转换部；和将由一次函数逆转换部逆转换得到的一次函数复原为相位的时间变化的相位逆转换部，使用由相位逆转换部进行逆转换而得到的逆转换相位控制电力转换装置的输出电压。

Description

电力转换装置和电力转换方法
技术领域
本发明涉及将直流或交流的输入电压转换为任意的交流电压的电力转换装置和电力转换方法。
背景技术
作为本发明所属的技术领域的背景技术，有日本特开平10-285982号公报(专利文献1)中记载的技术。该公报中记载了“电流极性检测电路17根据晶体管T4中是否流动电流来检测电动机8的绕组电流的极性，电流相位差检测部15基于该极性和通电信号Du、Dv、Dw检测电动机8的绕组电流iu、iv、iw相对于逆变器主电路7的输出电压V的相位差θi。感应电压相位差运算部11基于电流相位差θi运算电动机8的感应电压E相对于输出电压V的相位差θe，频率指令决定部13根据该相位差θe与电流相位差θi的差决定频率指令fe时，通电信号形成部10根据频率指令fe形成具有与正弦波对应的电压率的振幅的通电信号Du、Dv、Dw，经由逆变器主电路7驱动电动机8。”(参考说明书摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-285982号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述专利文献1中，记载了基于电流相位、电压相位运算电动机的频率的技术。但是，专利文献1中记载的技术例如在检测出的电流或电压中混入叠加了噪声的情况下，因为对于运算的相位噪声也出现，所以不能认为运算的相位和基于它的频率是正确的。
于是，本发明提供一种与以专利文献1中记载的技术为代表的现有技术相比，即使在检测出的电流或电压中混入叠加了噪声也能够运算正确的相位的电力转换装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的电力转换装置的特征在于，包括：将检测或推测得到的电信号转换为表达该电信号的相位的时间变化的一次函数的一次函数转换部；从由一次函数转换部转换得到的一次函数中提取斜率的斜率提取部；从由一次函数转换部转换得到的一次函数中提取截距的截距提取部；滤波处理部，其至少具有对由斜率提取部提取出的斜率实施滤波处理的斜率滤波处理部和对由截距提取部提取出的截距实施滤波处理的截距滤波处理部中的任一者；一次函数逆转换部，其在滤波处理部具有斜率滤波处理部和截距滤波处理部的情况下，使用由该斜率滤波处理部实施滤波处理后的斜率和由该截距滤波处理部实施滤波处理后的截距复原为一次函数，或者在滤波处理部具有斜率滤波处理部或截距滤波处理部的情况下，使用由该斜率滤波处理部或该截距滤波处理部实施滤波处理后的斜率或截距和作为未实施该滤波处理的斜率或截距的由斜率提取部或截距提取部提取出的斜率或截距，复原为一次函数；和相位逆转换部，其将由一次函数逆转换部进行逆转换而得到的一次函数复原为相位的时间变化，使用由相位逆转换部进行逆转换而得到的逆转换相位控制电力转换装置的输出电压。
发明效果
根据本发明，能够提供一种电力转换装置，即使检测或推测得到的电流或电压中混入了噪声，也能够通过在运算相位时实施滤波处理而除去噪声的影响，使用正确的相位进行驱动控制。
对于上述以外的课题、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是表示本发明的实施例的电力转换装置的结构的一例的图。
图2是表示实施例的电力转换装置的相位运算部108的结构的一例的图。
图3是表示用相位运算部108内的一次函数转换部202将相位转换为倾斜相位的动作方式的图。
图4是表示用相位运算部108内的相位逆转换部208对倾斜滤波相位进行相位逆转换的动作方式的图。
具体实施方式
以下，作为本发明的实施方式，对实施例用附图进行说明。
实施例1
本实施例1中，对于即使在检测或推测得到的电流中混入了噪声的情况下也能够更准确地运算相位的电力转换装置的结构的一例进行说明。
图1是表示实施例1的电力转换装置的结构的一例的图。
驱动交流电动机105的电力转换装置101具有平滑电容器102、电力转换器103、电流检测器104和控制装置106。
平滑电容器102是用于使直流电压平滑化的平滑电容器。也可以不经由平滑电容器而直接输入直流电压。
电力转换器103由半导体开关元件构成，与该半导体开关元件的ON/OFF的组合相应地，将输入直流电压转换为任意频率的电压。另外，本实施例中示出了上述结构作为一例，但也可以用交流电压作为输入并转换为任意频率的电压。该情况下的输入交流电压可以是三相交流电压也可以是单相交流电压。
电流检测器104例如是分流电阻或Hall CT(霍尔CT)，检测电力转换器103的三相输出电流。也可以仅检测两相，因为三相交流的总和是零，所以计算出剩下的一相。另外，也可以在电力转换器103的输入侧的正极或负极配置分流电阻，根据分流电阻中流动的电流推测三相输出电流。
控制装置106由交流电动机控制部107、相位运算部108、栅极信号控制部109和设定部110构成。
交流电动机控制部107为了任意地控制交流电动机105的速度或转矩而输出基于三相输出电流的电压指令。
相位运算部108用由设定部110设定的滤波时间常数和用电流检测器104检测出的三相输出电流作为输入，对交流电动机控制部107输出实施滤波处理后的相位信息。
栅极信号控制部109从交流电动机控制部107接收电压指令，以对交流电动机105施加基于该电压指令的电压的方式，控制构成电力转换器103的半导体开关元件的ON/OFF。
图2是表示图1所示的电力转换装置的相位运算部108的结构的一例的图。
相位运算部108由相位生成部201、一次函数转换部202、斜率提取部203、截距提取部204、斜率滤波处理部205、截距滤波处理部206、一次函数逆转换部207和相位逆转换部208构成。
相位生成部201例如在用三相输出电流iu、iv、iw作为输入的情况下，由二相坐标转换部209和相位转换部210构成。二相坐标转换部209将三相输出电流iu、iv、iw转换为二相输出电流iα、iβ，相位转换部210从二相输出电流iα、iβ转换为相位θ。另外，本实施例中，从二相坐标转换结果转换为相位θ，但也可以从将二相坐标转换结果转换为二相旋转坐标系得到的结果转换为相位θ。另外，也可以从三相直接转换为相位θ。
接着，对于一次函数转换部202执行的动作方式进行说明。
图3是表示相位的时间变化的状态和一次函数转换部202将相位转换为倾斜相位的动作方式的图。从相位转换部210输入的相位θ308一般反复进行达到一个周期的相位301后回到初始相位的动作。即，在波形上呈现锯齿波形。于是，在A区间302中以达到一个周期的相位301后不回到初始相位，而是对该A区间的一个周期的相位加上前一个周期的相位301的方式进行操作。接着，B区间303也同样地加上直到A区间的两个周期的相位305，在C区间304中加上直到B区间的三个周期的相位306。通过反复进行该操作，将锯齿波形转换为倾斜相位θrmp307。
用一次函数转换部202转换得到的倾斜相位θrmp307被输入至斜率提取部203和截距提取部204。
斜率提取部203从图3所示的倾斜相位θrmp307中提取斜率a。斜率a能够用以下数学式1的运算提取(计算得出)。数学式1中，Δθrmp是单位时间的相位增加值，Δt是单位时间。从数学式1可知，斜率a表达了相位的频率即原始信号(本实施例中是对图2的相位生成部201输入的电流信号)的频率。
[式1]
另一方面，截距提取部204用图3所示的倾斜相位θrmp307和由斜率提取部203提取出的斜率a作为输入提取截距b。截距b能够用以下的数学式2的运算提取(计算得出)。数学式2中，t是时间。从数学式2可知，截距b表达了检测开始时间点的相位的大小。
[式2]
b＝θrmp-(a×t)
对于用斜率提取部203提取出的斜率a，用斜率滤波处理部205实施低通滤波处理。将实施该滤波处理后的斜率a称为“滤波斜率afil”。另外，对于用截距提取部204提取出的截距b，用截距滤波处理部206实施低通滤波处理。将实施该滤波处理后的截距b称为“滤波截距bfil”。
此处，斜率滤波处理部205中使用的滤波时间常数和截距滤波处理部206中使用的滤波时间常数，使用在图1所示的设定部110中由用户用参数等任意地设定的值。另外，双方的时间常数都可以不是在设定部110中设定的值，而是使用预先规定的值。
另外，作为斜率滤波处理部205和截距滤波处理部206的各滤波处理，示出了低通滤波处理，例如也可以根据需要变更为带通滤波等滤波处理。
进而，以上示出了对提取出的斜率a和截距b双方都实施滤波处理的结构例，但也可以仅对斜率a实施滤波处理、截距b不进行滤波处理而是直接使用提取出的截距，相反也可以仅对截距b实施滤波处理、斜率a不进行滤波处理而是直接使用提取出的斜率。
一次函数逆转换部207用实施滤波处理后的斜率afil和截距bfil作为输入逆转换为倾斜滤波相位θrmpfil。
接着，对于相位运算部108内的相位逆转换部208执行的动作方式进行说明。图4是表示相位逆转换部208对倾斜滤波相位θrmpfil407进行相位逆转换的动作方式的图。为了从倾斜滤波相位θrmpfil407转换为一般的相位波形(锯齿波形)，在D区间402中，从倾斜滤波相位θrmpfil407中减去一个周期的相位401。同样，在E区间403中，从倾斜滤波相位θrmpfil407中减去两个周期的相位405。然后，在F区间404中，从倾斜滤波相位θrmpfil407中减去三个周期的相位406。由此，能够转换为逆转换相位θfil408。
以上，交流电动机控制部107使用由相位运算部108运算的滤波相位θfil实施交流电动机105的驱动控制。即，交流电动机控制部107使用通过滤波处理除去噪声后的相位进行控制，与以往相比，能够抑制检测信号中混入叠加的噪声造成的影响，能够更正确地进行交流电动机105的驱动控制。
另外，用斜率提取部203提取出的斜率a和用斜率滤波处理部205导出的滤波斜率afil是单位时间的相位增加值。即，表示该相位的频率。因此，对于交流电动机控制部107，可以不仅使用逆转换相位θfil408、也使用斜率a或滤波斜率afil控制交流电动机105。
另外，本实施例中，示出了检测或推测得到的电流中的例子，但本发明不限定于此，例如对于根据对交流电动机产生的感应电压或残留电压用电压检测器检测或推定得到的电压得到的相位，也能够实施同样的处理而应用于交流电动机的控制。进而，例如对于根据用检测交流电动机的速度的速度检测器或检测位置的位置检测器检测或推测得到的各信号得到的相位，也能够实施同样的处理而应用于交流电动机的控制。另外，使用上述电流、电压、速度和位置的多个信号的情况下，能够对于分别根据它们得到的相位应用。
另外，上述实施方式中，对应用于交流电动机的情况进行了说明，但本发明能够应用于各种电动机，另外，不仅能够应用于电动机，在发电机或电源中也能够同样地应用。
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全部结构。另外，对于实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。
附图标记说明
101…电力转换装置，102…平滑电容器，103…电力转换器，104…电流检测器，105…交流电动机，106…控制装置，107…交流电动机控制部，108…相位运算部，109…栅极信号控制部，110…设定部，201…相位生成部，202…一次函数转换部，203…斜率提取部，204…截距提取部，205…斜率滤波处理部，206…截距滤波处理部，207…一次函数逆转换部，208…相位逆转换部，209…二相坐标转换部，210…相位转换部，301、401…一个周期的相位，302…A区间，303…B区间，304…C区间，305、405…两个周期的相位，306、406…三个周期的相位，307…倾斜相位θrmp，308…相位θ，402…D区间，403…E区间，404…F区间，407…倾斜滤波相位θrmpfil，408…逆转换相位θfil。

Claims (8)

1.一种将直流或交流的输入电压转换为任意频率的电压的电力转换装置，其特征在于，包括：
将检测或推测得到的电信号转换为表达该电信号的相位的时间变化的一次函数的一次函数转换部；
从由所述一次函数转换部转换得到的一次函数中提取斜率的斜率提取部；
从由所述一次函数转换部转换得到的一次函数中提取截距的截距提取部；
滤波处理部，其至少具有对由所述斜率提取部提取出的斜率实施滤波处理的斜率滤波处理部和对由所述截距提取部提取出的截距实施滤波处理的截距滤波处理部中的任一者；
一次函数逆转换部，其在所述滤波处理部具有所述斜率滤波处理部和所述截距滤波处理部的情况下，使用由该斜率滤波处理部实施滤波处理后的斜率和由该截距滤波处理部实施滤波处理后的截距复原为一次函数，或者在所述滤波处理部具有所述斜率滤波处理部或所述截距滤波处理部的情况下，使用由该斜率滤波处理部或该截距滤波处理部实施滤波处理后的斜率或截距和作为未实施该滤波处理的斜率或截距的由所述斜率提取部或所述截距提取部提取出的斜率或截距，复原为一次函数；和
相位逆转换部，其将由所述一次函数逆转换部进行逆转换而得到的一次函数复原为相位的时间变化，
使用由所述相位逆转换部进行逆转换而得到的逆转换相位控制所述电力转换装置的输出电压。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述检测或推测得到的电信号至少是所述电力转换装置的输出电流或输出电压、由所述电力转换装置驱动的电动机或发电机的速度或位置、以及电源的频率中的任一者。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述斜率滤波处理部和所述截距滤波处理部中使用的滤波器是低通滤波器或带通滤波器。
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：
所述斜率滤波处理部和所述截距滤波处理部的滤波时间常数是任意设定的值。
5.一种将直流或交流的输入电压转换为任意频率的电压的电力转换装置的控制方法，其特征在于，包括：
将检测或推测得到的电信号的相位的时间变化转换为一次函数的第一步骤；
从所述第一步骤中转换得到的所述一次函数中提取斜率和截距的第二步骤；
至少对所述第二步骤中提取出的所述斜率和截距中的任一者实施滤波处理的第三步骤；
第四步骤，在所述第三步骤中对所述斜率和截距实施了滤波处理的情况下使用实施该滤波处理后的斜率和截距进行复原为一次函数的逆转换，或者在所述第三步骤中对所述斜率或所述截距实施了滤波处理的情况下，使用实施该滤波处理后的斜率或截距和作为未实施该滤波处理的斜率或截距的在所述第二步骤中提取出的斜率或截距，进行复原为一次函数的逆转换；
实施将所述第四步骤中进行逆转换而得到的一次函数复原为相位的时间变化的逆转换的第五步骤；和
使用所述第五步骤中进行逆转换而得到的逆转换相位控制所述电力转换装置的输出电压的第六步骤。
6.如权利要求5所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
所述检测或推测得到的电信号至少是所述电力转换装置的输出电流或输出电压、由所述电力转换装置驱动的电动机或发电机的速度或位置、以及电源的频率中的任一者。
7.如权利要求5或6所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
所述第三步骤中实施的滤波处理是低通滤波处理或带通滤波处理。
8.如权利要求5～7中任一项所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：
任意地设定所述第三步骤中实施的滤波处理的滤波时间常数。
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