CN1187888C - 逆变器装置 - Google Patents

Abstract

逆变器装置(1)完全、独立的控制提供给三相交流电机驱动信号的频率和电压，电压转换处理部件(12)输入一个从外部提供的来自电压设定部件(7)的外部输入电压设定值Ei，而且从频率转换处理部件(11)的独立操作中，将基电压(Vb)乘以Ki倍。频率转换处理部件(11)输入由频率设定部件(6)提供的外部频率设定值Fi，而且从电压转换处理部件(12)的独立操作中，将基频率fb乘以ri倍。脉冲产生处理部件根据来自频率转换处理部件输出的基频率变更值，转换驱动信号的频率，同时，根据来自电压转换处理部件输出的基电压变更值，转换驱动信号的电压。

Description

逆变器装置

技术领域

本发明涉及可变频率和电压的逆变器装置，能够驱动各种负载，例如三相交流电机。

背景技术

本发明是基于日本在先申请，申请号为NO.P2000-309469，申请日为2000年10月10日，其全部内容作为本发明的参考。

当利用逆变器装置驱动交流(AC)电机时，从逆变器装置输出的频率从交流电机的开始时刻t1到时刻t2逐渐增加，如图6所示，而且其输出电压根据其输出频率的增加而增加，如图7所示，为了实现V/F常量控制，此时，输出电压和输出频率的比值保持为一个常数比值。

如图7所示，在参照频率fb和参照电压Vb的基础上，V/F控制决定了输出电压处于所希望的交流电机的旋转速度。

然而，在上述V/F控制过程中，输出电压根据输出频率的设定而定。在两种情况下，参照电压Vb和参照频率fb两者均有必要改变，即，输出电压在一个固定的输出频率下变化，以及(相反)，输出频率在输出电压一定时改变。

为了依靠改变电流输出频率的电压来实现控制所需的扭矩，该改变是依靠改变参照电压(或基电压)或参照频率(或基频率)而获得的，就必须估计实际输出电压的改变，例如，根据基电压的改变比率。进而，必须在每次改变频率时改变基电压。

相应的，传统的逆变器装置包括一个缺点，即，要轻易改变参考频率或参考电压是困难的。

公开号为49/9680的日本专利揭示了一种传统的技术，其中，预先储存对应于各个频率的电压值，而且输出电压和输出频率的比值可以依靠切换一个频率而改变。

发明内容

本发明的一个目的是，考虑到传统技术的缺点，提供一种逆变器装置，其依靠完全地，独立地控制驱动信号的频率和电压(提供给各种负载，例如，三相交流电机)来容易的执行所需的扭矩控制而无须改变基电压与基频率。

简单说，本发明可以总结为基于预定的负荷比的驱动信号将电机作为负载控制操作的逆变器装置，该负荷比是由控制多个使用由三相交流电转换为直流电的切换元件的开通/关闭操作来获得的。

本发明的逆变器装置包括：频率设定部件，用于设定外部输入频率设定值，该值用来设定驱动信号的频率；电压设定部件，用于设定外部输入电压设定值，该值用来设定驱动信号的电压；参考值输出处理部件读出预先存储的基电压、基频率，并将其输出；频率转换处理部件根据频率设定部件从外部输入的频率设定值，将从参考值输出处理部件输入的基频率转换为基频率变更值；和电压转换处理部件根据电压设定部件从外部输入的电压设定值，将从参考值输出处理部件输入的基电压转化为基电压变更值；脉冲产生处理部件根据来自频率转换处理部件输出的基频率变更值，转换驱动信号的频率，同时，根据来自电压转换处理部件输出的基电压变更值，转换驱动信号的电压。

因为本发明的逆变器装置能够完全地，独立地控制驱动信号的每个频率和电压，因此它可以有效的将该逆变器装置应用于负载是根据条件变化而变化的可变负载领域。

本发明的上述和其他特征和优点以及实现这些特征的方式，以及发明本身通过下面的叙述和附加的权利要求并参照显示本发明的某些最佳实施例的附图可以得到更好的理解。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施例的逆变器装置构造的原理图；

图2是波形图，用于解释根据第一实施例的逆变器装置所使用的频率和电压的变化；

图3是解释根据第一实施例的逆变器装置中，外部输入信号的系数转换的图表；

图4是显示根据本发明第二实施例的逆变器装置构造的原理图；

图5是用于解释V/F比例型控制的图表；

图6是用于解释传统频率转换的图表；

图7是用于解释传统电压转换的图表。

具体实施方式

本发明的其他特征通过下面对最佳实施例的描述将变得更清楚，该最佳实施例只是说明本发明并不想对其进行限制。

第一实施例

图1是显示根据本发明第一实施例的逆变器装置构造的原理图；

第一实施例的逆变器装置1可以独立的控制频率和电压。即，为了获得一个控制逆变器装置主体5工作的输出信号(参看图1的输出电压Vout(Vout1，Vout2，Vout3))，逆变器装置1根据外部输入电压设定值Ei，将参考电压Vb(或基电压)增加Ki倍(Ki＝K0，K1，…，Ki)。而且，独立于上述电压转换过程，为了获得一个控制逆变器装置主体5的工作的输出信号(作为输出电压Vout)的频率转换值fi，逆变器装置1根据外部输入频率设定值Fi，将参考频率fb(或基频率)增加ri倍(ri＝r0，r1…ri)。

如图1所示，第一实施例的逆变器装置包括交流电(AC)变直流电(DC)的变流器(AC-DC变流器)2，逆变器主体5(由切换元件A，B和C组成)，控制部件3，频率设定部件6，和电压设定部件7。

AC-DC变流器2将输入的三相电源转换为预定的DC电压。逆变器主体5将从切换元件A，B和C的打开/关闭状态获得的运行率驱动信号Q1，Q2和Q3输出给电机4(即，交流电机)。

特别是，控制部件3(通过使用中央控制器(CPU)实现)连接到频率设定部件6，电压设定部件7和用于检测电机4转数的旋转感应器(图中省略)。最好使用一个操作板或操作体作为频率设定部件6和电压设定部件7。

控制部件3(即，CPU)包括一个参考值输出处理部件10，频率转换处理部件11，电压转换处理部件12和脉冲产生处理部件13。该参考值输出处理部件10读入基电压Vb和基频率fb并将其输出，该基电压和基频率值是在开始操作时(由接受开始指令执行)预先储存在存储器中。控制部件3进一步包括一个用于将频率转换处理部件11与频率设定部件6连接的接口(I/F)14和一个将电压转换处理部件12与电压设定部件7连接的接口(I/F)15。

频率转换处理部件11读出外部输入频率设定值Fi，该值是由频率设定部件6在操作开始时设定的，并且根据按照外部输入频率设定值Fi的系数ri，将由参考值输出处理部件10提供的基频率fb转换ri倍，并且将频率转换值fi输出给脉冲产生处理部件13。

也可以在存储器中储存一个表，在表中，上述的系数ri(r0，r1，r2…ri)对应于外部输入频率设定值Fi(F0，F1，F2…Fi)，或者在存储器存入一个线性函数，利用该函数，当外部输入频率设定值Fi一确定，就可以得到系数ri。

电压转换处理部件12读出电压设定部件7按照操作的起动设定的外部输入电压部件设定值，计算出对应于外部输入电压设定值Ei的输出电压转换值Vi，该值是依靠从参考值输出处理部件10得到的基电压Vb转换Ki次而获得的，然后，将输出电压转换值Vi输出给脉冲产生处理部件13。

也可以在存储器储存一个表，表中，上述的系数Ki(K0，K1，K2…Ki)对应于外部输入电压设定值Ei(E0，E1，E2…Ei)，或者在存储器中存入一个线性函数，当外部输入频率设定值Fi一确定，就可以利用该函数确定系数ri。

脉冲产生处理部件13从频率转换处理部件11独立接收频率转换值fi，通过按照频率转换值fi来改变脉冲宽度调节信号(PWM信号)的方法改变每一个输出信号Vout(＝Vout1，Vout2和vout3)的关闭时段(off-period)T1，将输出信号Vout(Vout1，Vout2，和Vout3)输出到逆变器主体5(由切换元件A，B和C组成)。

另外，独立于上述过程，脉冲产生处理部件13也接收来自电压转换处理部件12的电压转换值Vi，通过改变按照电压转换值Vi的PWM信号的方法来改变每个输出信号Vout(Vout1，Vout2，Vout3)的开通时段(on-period)T2(T2＝T-T1，参照图2)，并且将输出信号Vout(Vout1，Vout2，和Vout3)输入到逆变器主体5。

下面，将描述按照第一实施例的具有上述的结构的逆变器装置1的操作。控制部件3依次切换安装在逆变器主体5内的切换元件A，B和C，并使其进入开通的状态。一般来说，信号频率是每一个切换元件从开通状态到关闭状态的时间段，信号电压是开通时段的宽度(ON-width)。

如图2所示，即，频率转换处理部件11获得具有根据固定基频率fb和由频率设定部件6设定的外部输入频率设定值Fi改变的关闭时段T1的频率转换值fi，该关闭时段改变过程可以依靠读入外部输入频率设定值Fi和对应外部输入频率设定值Fi增加由参照值输出处理部件10提供的基频率fb ri倍来完成。

而且，如图2所示，根据固定基电压Vb和由电压设定部件7设定的外部输入电压设定值Ei(由考虑到指定的电压的容差由基电压的比值所决定)，依靠独立改变开通时段T2，电压转换处理部件12获得具有改变的开通时段T2的输出电压转换值Vi.

例如：电压转换处理部件12输入由电压设定部件7所决定的外部输入电压设定值Ei，依靠由参考值输出处理部件10提供的基电压Vb用根据使用设定值Ei的线性函数获得的系数Ki相乘获得输出电压Vout(即，对应输出电压转换值Vi)。

相应的，如图3所示，例如，对应于依靠电压设定部件7获得的外部输入信号Ei(即，外部输入电压设定值)输出电压Vout变为下列值(1)到(3)。

(1)当外部输入信号(即，外部输入电压设定值Ei)是V0时，输出电压Vout变为Vb x k0；

(2)当外部输入信号是V1时，输出电压Vout变成Vb x k1；

(3)当外部输入信号是V2时，输出电压Vout变成Vb x k2；

此时，外部输入信号等于外部输入电压设定值Ei，而Vb和Vout意思是在一个脉冲信号中的开通时段。

即，当读出外部输入电压设定值Ei，电压设定部件7获得对应于设定值Ei的系数Ki。将基电压Vb与系数Ki相乘，因而，输出电压Vout(或基频率)变成Ki倍的基电压。输出电压Vout的开通时段T2与基电压Vb的开通时段相比也改变了。

相应的，如图2所示，例如，对应从电压设定部件7获得的外部输入信号(外部输入电压设定值)输出电压Vout的开通时段变成下列的从(4)到(6)的值；

(4)当外部输入信号(即，外部输入电压设定值Ei)是V0时，输出电压Vout的开通时段变成基电压Vb的开通时段的K0倍；

(5)当外部输入信号是V1时，输出电压Vout的开通时段变成基电压Vb的开通时段的K1倍；

(6)当外部输入信号是V2时，输出电压Vout的开通时段变成基电压Vb的开通时段的K2倍。

第二实施例

图4是显示按照本发明第二实施例的逆变器装置20的结构的原理图。第二实施例的逆变器装置20可以利用将当前电压(作为在V/F常量控制中的输出电压)乘以可变频率和可变电压相互独立的控制下的系数来执行V/F比例型控制的操作。

类似如图1所示的第一实施例的逆变器装置1的结构，第二实施例的逆变器装置20包括：交流电(AC)到直流电(DC)的变流器(AC-DC变流器)2，逆变器主体5(例如，由如图4所示的切换元件A、B和C组成)，控制部件22，电压设定部件7和频率设定部件6。

特别是，逆变器装置20的控制部件22包括，参考值输出处理部件10，脉冲产生处理部件13，V/F常量控制处理部件26，电压转换处理部件24，频率转换处理部件25和接口(I/F)14和15。

电压转换处理部件24将输出电压(即，输出电压信号Vout1，Vout2和Vout3的开通时段通过脉冲产生处理部件13被输出到逆变器主体5)作为由V/f常量控制处理部件26提供的当前输出电压Vin而输入，而且还输入由参考值输出处理部件10提供的基电压Vb和外部输入电压设定值Ei。

电压转换处理部件24依靠将上述的当前输出电压Vin(它是在V/f模式的电压)乘以系数ki而得到一个新的输出电压转换值，该系数ki是从储存在存储器(未显示)中的线性函数，使用外部输入电压设定值Ei得到的，而且还将新的输出电压转换值Vi输出到脉冲产生处理部件13。然后，脉冲产生处理部件13根据新的输出电压转换值Vi产生一个新的输出电压Vout(Vout1，Vout2和Vout3)。

频率转换处理部件25将输出信号Vout(从脉冲产生处理部件13输出到逆变器主体5的Vout1，Vout2和Vout3)的开通时段作为来自V/f常量控制处理部件26的当前频率设定值输入，而且还输入由参考值输出处理部件10提供的基频率fb和外部输入频率设定值Fi。

然后，频率转换处理部件25依靠用由当前频率设定值fin乘以系数ri获得一个新的频率转换设定值fi，而该系数ri(r0、r1、……ri)是由储存在存储器(未显示)中的线性函数，使用外部输入频率设定值Fi而确定的。频率转换处理部件25为了获得该频率的新的输出电压，将新的频率设定值fi输出给脉冲产生处理部件13。

下面，参照图5所给出的描述将用于解释使用在V/F比例型控制中的系数，例如，用在电压变化的情况下。

例如，下面的转换过程是基于V/F比例型控制执行的。

当由电压设定部件7提供的外部输入电压设定值Ei是VO′时，

Vout＝Vin-(Vin×100％)＝o(v)；

当外部输入电压设定值Ei是V1′

Vout＝Vin-(Vin×0％)＝Vin(v)；

当外部输入电压设定值Ei是V2′，

Vout＝Vin+(Vin×100％)＝2Vin(v)

相应的，当本发明的逆变器装置应用于扭矩控制应用领域时，例如，应用于绕线机在其长度方向绕制钢丝绳时，不需要附加任何昂贵的矢量逆变器。

特别是，当V/f比例控制在电压/频率是一个常量时，基本上是可控制地改变频率和电压，所以，V/f比例控制在起动，停止和负载减小的条件下，在电压控制下有效地避免使用过大的扭矩(或电压)指定。而且，V/f比例控制阻止任何低频率条件下的过励磁的发生(由于过电压指令)。

控制部件最好连到监视功能装置上，例如LCD(液晶显示)监视器作为监视来自扭矩感应器(未显示)和旋转感应器(未显示)的输出信号，以操作频率设定部件6和电压设定部件7，而且，在监视LCD上显示的输出信息的同时，操作者输入外部输入电压设定值Ei和外部输入频率设定值Fi。

而且，也可以将控制部件20与连到操作部件(未显示，例如，键盘或其他)的模式判断部件相结合，而且脉冲产生处理部件13根据来自处于正常操作模式的旋转感应器(未显示)，基电压Vb和基频率fb产生输出信号Vout(即，输出电压)提供给逆变器主体5(在正常操作模式中，不执行频率独立控制和电压独立控制)。在这种正常操作模式中，模式判断部件不驱动电压转换处理部件24和频率转换处理部件25，而基电压Vb和基频率fb则直接由参考值输出处理部件10传输到脉冲产生处理部件13。

相反，在独立控制模式中(其中执行频率独立控制和电压独立控制)，频率和电压在基于上述的方法相互独立控制。

而且，除了改变参考电压的比值还可以直接改变电压指令。

根据本发明的前面所述，因为驱动信号的频率和电压(即，输出信号或输出电压)可以相互完全地、独立地得到控制，本发明具有控制电机的合理力矩的效果。即，本发明对于要求控制所希望的力矩(负载)总量是特别有效的。

所有这些以及所示的实施例在专业人员的普通知识范围内的各种变型和等同物在前面公开的内容的考虑范围内，所以更广义的解释本发明，并且以一种符合与附加的权利要求的公开的含义和适宜范围的方式考虑本发明是恰当的。

Claims (7)

1.一种逆变器装置，用于根据预先确定的负荷比的驱动信号将电机作为负载的操作的控制，该负荷比是通过使用由三相交流电转换的直流电，控制多个切换元件的开通/关闭操作而获得的，该逆变器装置包括：

频率设定部件，用于设定外部输入频率设定值，该值用来设定驱动信号的频率；

电压设定部件，用于设定外部输入电压设定值，该值用来设定驱动信号的电压；

参考值输出处理部件读出预先存储的基电压、基频率，并将其输出；频率转换处理部件根据频率设定部件从外部输入的频率设定值，将从参考值输出处理部件输入的基频率转换为基频率变更值；和

电压转换处理部件根据电压设定部件从外部输入的电压设定值，将从参考值输出处理部件输入的基电压转化为基电压变更值；

脉冲产生处理部件根据来自频率转换处理部件输出的基频率变更值，转换驱动信号的频率，同时，根据来自电压转换处理部件输出的基电压变更值，转换驱动信号的电压。

2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其中，上述频率转换处理部件使用根据外部输入的频率设定值改变的频率转换系数，读出上述频率设定部件从外部输入的频率设定值，求出对应于外部输入的频率设定值的频率转换系数，依靠该系数乘以来自参考值输出处理部件的基频率来转换驱动信号的频率，得出输出频率变更值。

3.根据权利要求1所述的逆变器装置，其中，上述电压转换处理部件使用根据外部输入的电压设定值改变的电压转换系数，读出上述电压设定部件从外部输入的电压设定值，求出对应于外部输入的输入电压设定值的电压转换系数，依靠该系数乘以来此参考值处理部件的基电压来转换驱动信号的电压，得出输出电压变更值。

4.根据权利要求2所述的逆变器装置，其中，上述电压转换处理部件使用根据外部输入的电压设定值改变的电压转换系数，读出上述电压设定部件从外部输入的电压设定值，求出对应于输入的输入电压设定值的电压转换系数，依靠该系数乘以来此参考值处理部件的基电压来转换驱动信号电压。

5.根据权利要求1所述的逆变器装置，其中，驱动信号频率的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变关闭状态的时间长度，而且，驱动信号电压的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变开通状态的时间长度。

6.根据权利要求2所述的逆变器装置，其中，驱动信号频率的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变关闭状态的时间长度，而且驱动信号电压的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变开通状态的时间长度。

7.根据权利要求3所述的逆变器装置，其中，驱动信号频率的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变关闭状态的时间长度，而且驱动信号电压的改变是在驱动信号的脉冲的一个周期内，改变打开状态的时间长度。

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