CN108541354A

CN108541354A - 电力转换器

Info

Publication number: CN108541354A
Application number: CN201680077622.1A
Authority: CN
Inventors: 八木原茂俊; 田边启辅; 小沼雄作; 杉本卓也
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2018-09-14
Anticipated expiration: 2036-06-10
Also published as: JPWO2017212624A1; CN108541354B; WO2017212624A1; JP6543770B2; EP3471258A1; EP3471258A4

Abstract

在电动机为自由运动状态时，为了无冲击地进行顺利的再起动，需要检测电动机的频率和相位。通过检测感应电压，能够无传感器地检测频率和相位，但在将感应电压转换为模拟值时，相对于基准电压产生偏移电压，产生检测误差。于是，电力转换器包括：检测其输出端子的电压的电压检测器；将由电压检测器检测出的电压转换为任意的电压的检测电压生成部；和使用由检测电压生成部转换后的电压，检测由检测电压生成部生成的偏移电压的控制部，电压检测器检测由电动机产生的感应电压，控制部使用偏移电压修正感应电压的检测值。

Description

电力转换器

技术领域

本发明涉及电力转换器。

背景技术

现今，为了实现低碳社会，在电动机的驱动中使用逆变器等电力转换器。其中，将风扇、泵等由于外力使电动机旋转的状态、在没有逆变器的输出的状态下电动机由于惯性而旋转的状态称为自由运动(free-run)状态。在电动机处于自由运动状态时，也要求逆变器无冲击地顺利进行起动。

为了进行顺利的再起动，必须检测电动机的频率(转速)和相位。通过使用位置传感器能够检测频率和相位，但位置传感器高价，因此使用通过检测在电动机的自由运动中产生的感应电压(残留电压)，无传感器地检测频率和相位的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-254093号公报

发明内容

发明要解决的课题

作为现有技术，已知将感应电压转换为脉冲而检测电机的频率、相位的方法。该方法为了防止误检测，必须设置迟滞特性和滤波电路。因此，在低频带中感应电压变小时检测误差变大，进而，还会存在无法检测的区域。因此，验证以无冲击地进行顺利的起动。

于是，考虑以模拟值检测感应电压。由此，能够常时检测电机的频率和相位，不需要设置迟滞特性因此能够减少检测误差。但是，有在转换为模拟值时相对于基准电压产生偏移电压，而产生检测误差的课题。

此处，专利文献1中记载了(参照摘要)：“一种电压检测器，其对于电力转换器的输出电压以其直流电路的负极电位为基准进行检测，在从电力转换器的全输出相同时输出负极电位的状态下，利用电压检测器检测各相输出电压而求取各相的偏移电压，接着，在从电力转换器的全输出相同时输出正极电位的状态下，利用电压检测器检测电力转换器的各相输出电压，从这些输出电压检测值分别减去各相的偏移电压而求取各相的偏移补偿电压”。本发明是用于检测输入到电力转换器的各相(输出端子)的电压(感应电压等)的电压检测器，与专利文献1的检测对象不同。进而，专利文献1是作为输出电压的基准电位的负极电位的误差，在不以负极电位为基准的电路中难以进行修正。

用于解决课题的方法

以下简单说明在本申请中公开的发明中代表性内容的概要。

一种将直流电压或交流电压转换为任意的电压的电力转换器，其包括：检测所述电力转换器的输出端子的电压的电压检测器；将由所述电压检测器检测出的电压转换为任意的电压的检测电压生成部；和使用由所述检测电压生成部转换后的电压，检测由所述检测电压生成部生成的偏移电压的控制部，所述电压检测器检测由电动机产生的感应电压，所述控制部使用所述偏移电压修正所述感应电压的检测值。

发明效果

根据本发明，能够减少电动机的频率和相位的检测误差，在电动机的再起动中能够无冲击地进行顺利的起动。

上述内容以外的课题、结构和效果通过以下的实施方式的说明得以明确。

附图说明

图1是实施例的代表结构例。

图2是用偏移生成部(控制部)检测的检测电压的概略图。

图3是实施例1的结构例。

图4是实施例1的1相的量的相电压的概略波形(无补偿时)。

图5是实施例1的1相的量的相电压的概略波形(无补偿时)。

图6是实施例1的1相的量的相电压的概略波形(补偿时)。

图7是表示实施例1的控制部的处理的流程图的例子。

图8是实施例2的结构例。

图9是表示实施例2的控制部的处理的流程图的例子。

图10是实施例3的结构例。

图11是实施例3的虚拟中性点生成部的结构例。

图12是实施例3的1相的量的相电压的概略波形(无补偿时)。

图13是表示实施例3的控制部的处理的流程图的例子。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是本发明的一个实施方式的结构例，图2表示由图1的偏移生成部(控制部)13检测的检测电压的概略图。

图1是将直流电压或交流电压转换为任意的电压的电力转换器的一例，交流电源201和电动机204被连接。交流电源201是例如从电力公司供给的三相交流电压、从发电机供给的交流电压，向直流转换部202输出交流电压。直流转换部202包括直流转换电路和平滑电容器。直流转换电路由用二极管构成的电路构成，将从交流电源201输入的交流电压转换为直流电压，向平滑电容器输出。图1中，表示由二极管构成的电路，但也可以是使用IGBT和续流二极管的电路。平滑电容器将直流电压平滑化，向交流转换部203输出直流电压。交流转换部203例如由使用IGBT和续流二极管的交流转换电路205～210构成，将直流电力转换为任意的频率的交流电力，向电动机204输出。

连接于电力转换器的输出端子的电动机204在自由运动状态旋转时，由电动机产生感应电压。以下说明检测该感应电压，直至进行再起动的一个例子。

电压检测部11检测从输出端子输入的感应电压，转换为能够输入到控制部13的电压。检测电压生成部12对于转换后的电压生成基准电压，转换为相电压、线间电压，向控制部13输入。控制部13运算输入的值，计算感应电压的频率和相位。通过使输出电压与该频率(电动机的转速)和相位同步能够进行无冲击的再起动。

但是，在模拟值检测感应电压时，在电压检测部11和检测电压生成部12产生偏移电压。因此，作为图1所示的向偏移生成部(控制部)13输入的实际检测电压22，如图2所示检测出在理想检测电压23叠加了偏移电压24的值。由于该偏移电压，在频率和相位的计算中出现误差，因此控制部13不能够产生与感应电压同步的输出电压。由此，在电动机流动过大的电流，不能够进行无冲击的再起动。

对于事前检测该偏移电压24，使用检测出的偏移电压修正感应电压的检测值的方法，以下使用实施例进行说明。此外，在实施例中，采用在检测电压生成部12生成相电压，向偏移生成部(控制部)13输入的电路结构。但是，本发明能够进行变形为各种方式，因此并不限定于实施例所示的方式。

(实施例1)

实施例1采用生成虚拟中性点的电路结构。使三相下臂全部导通，向电力转换器的全部输出相输出负极电位，成为三相平衡状态。由此，说明基于向控制部输入的基准电压与虚拟中性点相等，检测偏移电压的方法。

图3表示进行相电压检测时的电力转换器的结构例，图4～6表示由控制部34检测的相电压的一相的概略图，图7是表示控制部的处理的流程图的例子的图。

电动机的感应电压是平衡状态，因此例如使三相电动机的各相感应电压为Vu、Vv、Vw，使虚拟中性点为Vneutral时，它们的关系如式1。

(式1)

Vu+Vv+Vw＝Vneutral＝0

利用该关系，相电压生成部33生成相电压。具体地说，虚拟中性点生成部32生成虚拟中性点，电压检测部31和相电压生成部33进行电压增益的调整使得在能够输入到控制部34的电压范围内。相电压生成部33使用虚拟中性点生成相电压，设定基准电压。另外，基准电压能够设定为任意的电压。此外，虚拟中性点的生成方法、电压增益的调整方法采用公知的方法即可，因此此处省略说明。

由此，使各相的理想相电压检测值为Vu(ideal)、Vv(ideal)、Vw(ideal)，使电压增益为A，使基准电压41为Vref时，由控制部34检测的理想相电压检测值43如图4所示，相对于基准电压为式2～4。

(式2)

Vu(ideal)＝A×Vu+Vref

(式3)

Vv(ideal)＝A×Vv+Vref

(式4)

Vw(ideal)＝A×Vw+Vref

但是，在电压检测部31、虚拟中性点生成部32和相电压检测部33产生偏移电压，因此输入到控制部34的相电压(实际相电压检测值)成为在理想相电压检测值43叠加了偏移电压44的值。由此，使各相的实际相电压检测值42分别为Vu(real)、Vv(real)、Vw(real)，使各相的偏移电压为Vu(offset)、Vv(offset)、Vw(offset)时，相对于基准电压，实际相电压检测值42为式5～7。

(式5)

Vu(real)＝Vu(ideal)+Vu(offset)

(式6)

Vv(real)＝Vv(ideal)+Vv(offset)

(式7)

Vw(real)＝Vw(ideal)+Vw(offset)

这样，在实际相电压检测值中包括由偏移电压引起的检测误差，因此必须检测偏移电压并减去。于是，使用图5～7，说明控制部检测偏移电压的处理的流程。

当开始检测时(S71)，在输出端子开放或不产生电压的状态，使作为交流转换部203的开关元件的三相下臂208～210导通(S72)。由此，向电力转换器的全部输出相输出负极电位，成为三相平衡状态。因此，在该状态下进行相电压检测时(S73)，输入到控制部34的电压，如图5所示，基准电压51和虚拟中性点51和理想相电压检测值53相等。但是，如式5～7说明的那样，实际相电压检测值52是在理想相电压检测值53叠加了偏移电压54的值。如上所述，基准电压51与理想相电压检测值53相等，因此如式8～10所示，实际相电压检测值52成为在基准电压51加上偏移电压54的值。

(式8)

Vu(real)＝Vref+Vu(offset)

(式9)

Vv(real)＝Vref+Vv(offset)

(式10)

Vw(real)＝Vref+Vw(offset)

因此，通过从实际相电压检测值52减去基准电压51，控制部34能够检测偏移电压54(S74)。将该值作为偏移电压修正值，预先存储于存储部(省略图示)(S75)，结束处理(S76)。

在检测到电动机的感应电压时，从其检测值减去偏移电压。由此，如图6所示，相对于基准电压61，理想相电压检测值63和实际相电压检测值62相等，能够减小由偏移电压引起的检测误差。使用该修正后的感应电压的检测值，运算电动机的频率和相位，由此能够无冲击地进行顺利的再起动。

另外，该方法不仅能够应用于生成三相的相电压的情况，也能够应用于生成二相的相电压的情况。

(实施例2)

实施例2采用生成虚拟中性点的电路结构。在输出端子连接电动机，将三相平衡状态的电压输入到电力转换器。由此，说明基于向控制部输入的基准电压与虚拟中性点相等，检测偏移电压的方法。另外，在电动机以外，也可以连接发电机、电源等能够输入为三相平衡状态的电压的电压产生源。

图8表示从输出端子输入电压时的电力转换器的结构例，图9是表示控制部的处理的流程图的图。

使用图9，说明控制部84检测偏移电压的处理的流程。当开始检测时(S91)，在交流转换部203的作为开关元件的全相205～210断开的状态下，从输出端子输入处于电动机204的三相平衡状态的电压(S92)。电压检测部81检测该电压，虚拟中性点生成部82生成虚拟中性点，相电压生成部83使用生成的虚拟中性点生成相电压(S93)。如上述式1所示，像电动机的感应电压那样处于三相平衡状态的电压的三相和为0，虚拟中性点电位为0。此外，感应电压等的正弦波交流的平均值为0。因此，平均理想相电压检测值V(ave-ideal)与虚拟中性点和基准电压的关系为式11。

(式11)

Vneutral＝Vref＝V(ave-ideal)

但是，输入到控制部84的平均相电压(平均实际相电压检测值)在平均理想相电压检测值叠加了偏移电压。因此，使各相的平均实际相电压检测值为Vu(ave-real)、Vv(ave-real)、Vw(ave-real)，使各相的平均理想相电压检测为Vu(ave-ideal)、Vv(ave-ideal)、Vw(ave-ideal)，使各相的偏移电压为Vu(offset)、Vv(offset)、Vw(offset)时，平均实际相电压检测值为式12～14。

(式12)

Vu(ave-real)＝Vu(ave-ideal)+Vu(offset)

(式13)

Vv(ave-real)＝Vv(ave-ideal)+Vv(offset)

(式14)

Vw(ave-real)＝Vw(ave-ideal)+Vw(offset)

此处，平均理想相电压检测值V(ave-ideal)根据式11与基准电压相等，因此平均实际相电压检测值成为在基准电压加上偏移电压的值。

(式15)

Vu(ave-real)＝Vref+Vu(offset)

(式16)

Vv(ave-real)＝Vref+Vv(offset)

(式17)

Vw(ave-real)＝Vref+Vw(offset)

因此，通过从平均实际相电压检测值减去基准电压，控制部84能够检测偏移电压(S94)。将该值作为偏移电压修正值，预先存储于存储部(省略图示)(S95)，结束处理(S96)。

根据检测电动机的感应电压(三相平衡状态)而得的值，修正偏移电压。由此，理想相电压检测值和实际相电压检测值相等，能够减小由偏移电压引起的检测误差。使用该修正后的感应电压的检测值，运算电动机的频率和相位，由此能够无冲击地进行顺利的再起动。

(实施例3)

实施例3采用生成虚拟中性点的电路结构。说明通过使三相上臂全部导通，输入到控制部的基准电压不与虚拟中性点相等时，使用直流电压的检测值检测偏移电压的方法。

作为该方法的1种，在图10中表示在实施例1所述的电路结构中添加直流电压检测部105的电路结构。该直流电压检测部105以直流转换部202的负极电位基准检测正极电位的电压。

使用图13，说明控制部104检测偏移电压的处理的流程。当开始检测时(S131)，使作为交流转换部203的开关元件的三相上臂205～207导通(S132)。此时在输出端子连接有电动机等的情况下，会导致对电动机施加电压，因此优选以开放状态进行。由此，在输出端子输出直流转换部202的正极电位的电压，施加于电压检测部101。

图11表示虚拟中性点生成部102的结构例。根据该虚拟中性点生成部，虚拟中性点115的电压由从交流转换部203的输出端子输出的直流转换部的电压和电阻111～114的分压比决定。例如，连接有满足Ru(111)＝Rv(112)＝Rw(113)＝3Rn(114)的关系的电阻时，虚拟中性点115的电压为直流转换部的电压的一半的值。

由此，由相电压生成部103生成，输入到控制部104的理想相电压检测值125如图12所示，成为在基准电压121叠加了直流转换部的电压的一半的值122的值。因此，当使在直流电压检测部105检测出的电压为Vdc时，相对于基准电压Vref，各相的理想相电压检测值V(ideal)如式18～20。

(式18)

Vu(ideal)＝Vref+Vdc/2

(式19)

Vv(ideal)＝Vref+Vdc/2

(式20)

Vw(ideal)＝Vref+Vdc/2

但是，实际上输入到控制部104的相电压(实际相电压检测值123)如式21～23所示成为在理想相电压检测值125叠加了偏移电压124的值(S133)。

(式21)

Vu(real)＝Vref+Vdc/2+Vu(offset)

(式22)

Vv(real)＝Vref+Vdc/2+Vv(offset)

(式23)

Vw(real)＝Vref+Vdc/2+Vw(offset)

此处，直流电压检测部105将检测出的电压Vdc输入到控制部104。控制部104运算该检测值的一半的值，通过将该值和基准电压从实际相电压检测值123减去，能够检测偏移电压124(S134)。将该值作为偏移电压修正值，预先存储于存储部(S135)，结束处理(S136)。

与实施例1、2同样，在检测电动机的感应电压时，通过从其检测值减去偏移电压，能够减少偏移电压引起的检测误差。使用该修正后的感应电压的检测值，运算电动机的频率和相位，由此能够无冲击地进行顺利的再起动。

附图标记的说明

11 电压检测部

12 检测电压生成部

13 控制部

201 交流电源

202 直流转换部

203 交流转换部

204-210 交流转换电路

32、82、102 虚拟中性点生成部

33、83、103 相电压生成部。

Claims

1.一种将直流电压或交流电压转换为任意的电压的电力转换器，其特征在于，包括：

检测所述电力转换器的输出端子的电压的电压检测器；

将由所述电压检测器检测出的电压转换为任意的电压的检测电压生成部；和

使用由所述检测电压生成部转换后的电压，检测由所述检测电压生成部生成的偏移电压的控制部，

所述电压检测器检测由电动机产生的感应电压，

所述控制部使用所述偏移电压对所述感应电压的检测值进行修正。

2.如权利要求1所述的电力转换器，其特征在于：

所述电压检测器检测所述电力转换器输出的电压，

所述控制部使用所述检测出的电压，检测所述偏移电压。

3.如权利要求2所述的电力转换器，其特征在于：

具有生成虚拟中性点的虚拟中性点生成部，

所述电力转换器在所述电力转换器的全部输出相输出负极电位，

所述检测电压生成部使用所述虚拟中性点根据由所述电压检测器检测出的电压生成全部输出相的相电压，

所述控制部使用所述相电压，检测所述偏移电压。

4.如权利要求2所述的电力转换器，其特征在于：

具有生成虚拟中性点的虚拟中性点生成部；和

检测所述电力转换器的直流电压的直流电压检测器，

所述电力转换器在所述电力转换器的全部输出相输出正极电位，

所述控制部使用所述相电压和所述检测出的直流电压，检测所述偏移电压。

5.如权利要求1所述的电力转换器，其特征在于：

在所述电力转换器的输出端子连接电动机、发电机或电源，

所述电压检测器检测从输出端子侧输入到所述电力转换器的电压，

所述控制部使用所述输入的电压，检测所述偏移电压。

6.如权利要求1所述的电力转换器，其特征在于：

使用所述修正后的感应电压的检测值，计算所述电动机的频率和相位。