CN1356767A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

在本发明的无位置传感器的电动机控制装置中,利用考虑到了相对于相感应电压的电枢反作用的影响与相对于电源纹波的控制效果延迟的控制,能够抑制速度变化、噪音以及振动等。控制手段5根据利用相电压检测手段5a检测的三相电动机3的相感应电压来推测转子位置时,利用根据PWM信号脉冲宽度、转数以及电源电压Vdc推测获得电流量,在无电流位置传感器的情况下校正依赖于三相电动机3的电流量的电枢反作用影响所带来的相感应电压的超前相位角,由此,可靠地推测转子位置。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及使用单相交流电源并且可变速地驱动三相电动机的电动机控制装置。
背景技术
以下，对于以往的电动机控制装置进行说明。
(第1以往技术，特开平10-150795号公报)
图4表示第1以往技术中的电动机控制装置的构造。电动机控制装置具备：将单相交流电源1进行全波整流的整流电路2；利用将整流电路2的输出进行转换而获得可变电压、可变频率的交流输出来驱动三相电动机3的逆变器主电路4；控制逆变器主电路4的控制手段5；提供三相电动机3的转子位置的信息的位置传感器6。
控制电路5具备产生根据电压指令值用于接通、截断逆变器主电路4内的开关元件的PWM信号的信号发生电路(没有图示)。控制电路5通常为了能够获得所要求的逆变器输出电压而对应于电源纹波利用所述信号发生手段控制PWM信号的脉冲幅度的增减，在最大脉冲宽度下当成为不能够获得所要求的逆变器输出的饱和状态时，提早所述PWM信号的输出时刻并且使得逆变器输出电压的相位超前而获得所要求的逆变器输出。
(第2以往技术特开2000-83397号公报)
图5是表示第2以往技术的电动机控制装置的构造。电动机控制装置具备：将单相交流电源1进行全波整流的整流电路2；利用转换整流电路2的整流输出获得的可变电压、可变频率的交流输出来驱动三相电动机3的逆变器主电路4；控制逆变器主电路4的控制电路5。这里，控制电路5具备：检测同一相中的开关元件的空载期间中的三相电动机3的端电压的相电压检测电路5a；检测来自由相电压检测电路5a检测的所述端电压的相电流符号发生变化的时刻的相电流符号变化检测电路5b；根据所述相电流符号发生变化的时刻与相施加电压的相位差产生PWM信号的开关元件调制电路5c。
在上述的构造中，通过利用相电压检测电路5a检测开关元件的空载期间中三相电动机3的端电压，由此检测相电流的符号，利用相电流符号变化检测电路5b检测该相电流的符号变化。根据检测的相电流符号变化时刻推测三相电动机3的转子位置，利用开关元件调制电路5c，控制该相电流符号变化时刻与相施加电压的相位差。
具备作为滤波用以及再生电流用的足够大容量的电容7的电容输入型整流电路2如图6所示，具有由电阻8a与继电器8b构成的冲击电流防止电路8。冲击电流防止电路8在接入电源时通过电阻8a对电容7进行充电，由此防止冲击电流，此后，接通继电器8b并将电阻8a短路。由此，能够防止在接入电源时单相交流电源1的电压瞬时下降导致周围设备的误动作。
在上述的第1以往技术所揭示的电动机控制装置中，由于利用位置传感器检测驱动电动机所必要的转子位置信息，故位置传感器6不能以暴露在过度的温度、压力条件下的压缩机等的密闭状态来实现驱动。又，若采用上述的第2以往技术所揭示的以往的无位置传感器的驱动方法，则对于随电容7的小容量化的逆变器主电路4的输出校正中采用的相电流增加而来减弱磁场控制的电动机控制装置，由于利用电枢反作用的相感应电压的超前相位角的影响变大，对于根据三相电动机3的感应电压来推测转子位置的以往技术，存在位置检测误差变大的问题。
又，由于单相交流电源1整流之后的电源纹波为电源频率2倍的频率，故必须利用PWM信号的脉冲宽度的增减控制以及减弱磁场控制对于100Hz或者120Hz的电源纹波进行校正。这样的校正所带来的效果到实际作用于电动机的驱动需要经过一定期间。因此，在实时性地进行上述校正的上述控制方法中，不能够充分地抑制作为驱动对象的三相电动机3的转数变动以及随之的振动、噪音。
再者，当连接在整流电路2的输出端之间的电容7的容量非常大时，为了防止在接入电源时对电容7进行充电而流入冲击电流，故必须插入冲击电流防止电路8，这样存在部件个数增多的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题目的在于提供一种电动机控制装置，在该电动机装置中，减小电容7的容量或者省略电容7且不需要冲击电流防止电路8，在根据三相电动机3的相感应电压来推测转子位置的方法中，通过进行考虑到了依赖于电动机电流的电枢反作用引起的相感应电压的超前相位角的转子位置推测，能够正确地推测转子位置，又，通过预测随着电容7小容量化的电源纹波来进行PWM信号脉冲宽度增减控制以及减弱磁场控制，能够抑制转数变动以及由此带来的振动、噪声等而能够稳定地进行驱动。
为了达成上述目的，本发明的电动机控制装置具备：对于单相交流电源的输出进行全波整流的整流电路；连接在整流电路的输出端间并且流过来自作为驱动对象的电动机的再生电流的小容量的电容；利用转接施加在所述小容量电容上的电压而获得的可变电压、可变频率的交流输出来驱动所述电动机的逆变器主电路；控制该装置整体动作的控制电路。所述控制电路在进行根据电压指令值来接通截止所述逆变器主电路内的开关元件的PWM信号的脉冲宽度增减控制以及当通过所述PWM信号的脉冲宽度增大控制不能够获得相当于所述电压指令值的逆变器输出电压的饱和状态时提早所述PWM信号的输出时刻并使得逆变器输出电压的相位超前的减弱磁场控制中，根据考虑到了依赖于所述电动机电流量的电枢反作用的相感应电压来推测转子位置而进行无位置传感器的驱动。
附图简述
图1是表示本发明的电动机控制装置一实施例的构造的框图。
图2是表示由于电枢反作用引起的感应电压的超前相位角的波形图。
图3是表示电源纹波与校正的时刻的波形图。
图4是表示以往的进行电源纹波校正控制的电动机控制装置的构造的框图。
图5是表示以往的进行无位置传感器驱动的电动机控制装置的构造的框图。
图6是表示以往示例中冲击电流防止电路的构造的电路图。
具体实施形态
以下，参照附图对于本发明的电动机控制装置的一实施例进行说明。
图1是表示本实施例的电动机控制装置的构造的框图，图2是表示因电枢反作用引起的感应电压的超前相位角的波形图，图3是表示电源纹波与校正时刻的波形图。又，对于与图6的以往示例相同的构造部分采用同一符号。
图1所示的本实施例的电动机控制装置具备：将单相交流电源1进行整流的整流电路2；用于流过来自作为驱动对象的三相电动机3的再生电流而连接在整流电路2的输出端之间的小容量的电容7；将电容7的端电源变换成可变电压、可变频率的交流输出的逆变器主电路4；控制电路5。本实施例的电动机控制装置没有设置用于防止电源接入时冲击电流引起周围设备误动作的冲击电流防止电路。
本实施例的电动机控制装置利用相电压检测电路5a、相电流符号变化检测电路5b、开关元件调制电路5c、电流值推测电路5d进行考虑了电枢反作用引起的相感应电压的超前相位角的相位控制，又，考虑到作用到电动机驱动为止的延迟，利用所述开关元件调制电路5c、相电流符号变化检测电路5b、电源频率检测电路5e进行PWM信号的脉冲宽度的增减控制以及磁场减弱控制。
在上述电动机控制中，任意地设定来自开关元件调制电路5c的相施加电压指令的符号进行变化的时刻与利用相电压检测电路5a及相电流符号变化检测电路5b检测的相电流的符号进行变化的时刻的相位差，上述的相位差控制因与以往的技术相同，故这里省略详细说明。
首先，对于考虑到电枢反作用引起的相感应电压的超前相位角的控制进行说明。未通电时的相感应电压如图(2)所示。然而，实际上在驱动三相电动机3的通电时，由于电枢反作用引起如图2(c)所示电压的叠加，使得相感应电压如图2(b)所示。然而，为了简化说明，将通过电枢反作用产生的电压以矩形波表示。如此，当受到电枢反作用时，相感应电压的过零点则比未通电时的相感应电压要超前。又，由于该电枢反作用引起的影响依赖于电动机电流，当电流量增加时，相感应电压的过零点的超前程度也变大，为θ1＜θ2。因此，在根据相电压检测电路5a以及相电流符号变化检测电路5b的相电流符号变化点来推测三相电动机3的转子位置的相位控制中，不能够正确地检测转子位置信息。
这里，由于考虑根据电流量的电枢反作用的影响，校正从相电流符号变化检测电路5b获得的转子位置信息并且进行相位控制。这里，电流值推测电路5d从整流电路2的输出端间电压Vdc、PWM信号的脉冲宽度以及三相电动机3的转数推测用于判断电枢反作用影响大小的电流量。如此，通过考虑到依赖于电流量的电枢反作用的影响并且校正相感应电压的超前相位角θ，能够进行没有随电流量的位置检测误差的相位控制。
接着，对于考虑将PWM信号的脉冲宽度的增减控制以及减弱磁场控制作用于电动机驱动为止的延迟情况进行说明。上述的控制能够抑制由于连接在整流电路2的输出端间的电容7的小容量化或者无电容7而产生的电源纹波引起的转数变动。
这里，所述电源纹波的周期如图3所示，为单相交流电源1的周期的一半。因此，在图3所示的期间t1中若已知单相交流电源1的半周期，则可知要校正的电源纹波的周期。再者，在图3的期间t1中，对于电源纹波进行A/D采样，以该采样值为基础在t2中进行脉冲宽度的增减控制以及减弱磁场控制，由此，能够进行考虑到所述脉冲宽度增减控制以及减弱磁场控制的时刻与作用到三相电动机3的时刻的延迟情况的校正控制。如此，通过将对应于单相交流电源1的半周期前的电源纹波的A/D采样值为基础进行电源纹波校正，由此能够比实时性进行校正控制的情况更可靠地抑制转数变动。
又，上述延迟时间可以采用利用阶跃响应等预先测定的值。
接着，对于不需要设置用于防止接入电源时的冲击电流导致周围设备误动作的冲击电流防止电路的理由进行说明。在本实施例的电动机控制装置中，使得连接在整流电路2的输出端的电容7的电容较小或者舍去电容7时，接入电源时对于电容7进行充电的电流变得微小。因此，即使不设置冲击电流防止电路也不会引起周围设备的误动作。
根据上述的本实施例，由于没有采用位置传感器，能够实现压缩机等那样在密闭状态下的过度温度、压力条件下的驱动。
再者，在对于伴随电容7小容量化的逆变器主电路4的输出校正中采用使得电动机电流增加的减弱磁场控制的电动机控制装置，检测考虑到依赖于电动机电流量的电枢反作用的影响的转子位置，能够没有位置检测误差地稳定地进行驱动。此时，通过从三相电动机3的转数、PWM信号脉冲宽度以及整流电路2的输出端间的电压推测电动机电流量，能够不采用电流传感器来校正位置检测误差。又，对于电源纹波影响的校正所必要的A/D采样数据，通过对每单相交流电源周期采用半周期前的A/D采样数据，不用使用A/D采样速度高且处理能力快的高性能微型计算机就能够预测电源纹波并进行控制。
再者，通过减小电容7的容量，则不需要冲击电流防止电路，故能够减少部件个数。
又，所谓小容量的电容，在对于电源纹波没有进行PWM信号的增减控制并且在提早PWM信号的输出时刻并使得逆变器输出电压的相位超前而获得所要求的逆变器输出的电动机控制装置中，是指根据以电源纹波的最低电压值能够产生电动机的必要转矩的电容容量而能够驱动DC电动机并为了抑制高频成分的最低限度所必要的电容容量。例如，对于使用于2.8kW级的家用空调设备中时，小容量是指20μF左右到500μF左右的电容容量。

Claims (8)

1.一种电动机控制装置，具备：对于单相交流电源的输出进行全波整流的整流电路；连接在整流电路的输出端间并且流过来自作为驱动对象的电动机的再生电流的小容量的电容；利用转接施加在所述小容量电容上的电压而获得的可变电压、可变频率的交流输出来驱动所述电动机的逆变器主电路；控制该装置整体动作的控制电路，其特征在于，
所述控制电路在进行根据电压指令值来接通截止所述逆变器主电路内的开关元件的PWM信号的脉冲宽度增减控制以及当通过所述PWM信号的脉冲宽度增大控制不能够获得相当于所述电压指令值的逆变器输出电压的饱和状态时提早所述PWM信号的输出时刻并使得逆变器输出电压的相位超前的减弱磁场控制中，根据考虑到了依赖于所述电动机电流量的电枢反作用的相感应电压来推测转子位置而进行无位置传感器的驱动。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述控制电路从所述整流电路的输出端间的电压、PWM信号的脉冲宽度、电动机转数来推测电动机的电流量，利用所述推测获得的电流量来校正由于电枢反作用引起的相感应电压的超前相位角，根据校正后的相感应电压来推测转子位置。
3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述控制电路考虑到直到作用于电动机驱动的延迟而进行PWM信号的脉冲宽度的增减控制以及减弱磁场控制。
4.一种电动机控制装置，具备：对于单相交流电源的输出进行全波整流的整流电路；连接在整流电路的输出端之间的电容；连接在所述电容与电动机之间的逆变器主电路；控制电容，所述逆变器主电路具备开关元件，其特征在于，
所述控制电路具备：检测开关元件截止期间的电动机端电压的相电压检测电路；从所述整流电路的输出端之间的电压、PWM信号的脉冲宽度、电动机转数推测电动机的电流量的电流值推测电路；从相电压检测电路的输出与电流值推测电路的输出检测相电流符号进行变化的时刻的相电流符号变化检测电路；电源频率检测电路；以及根据所述相电流符号变化检测电路的输出与电源频率检测电路的输出产生PWM信号的开关元件调制电路，
所述逆变器主电路的开关元件利用PWM信号进行转接并且将所述电容的端电压变换成可变电压、可变频率的交流输出并驱动电动机。
5.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
将所述电动机控制装置使用于空调设备中。
6.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，
将所述电动机控制装置使用于空调设备中。
7.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
将所述电动机控制装置使用于空调设备中。
8.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，
将所述电动机控制装置使用于空调设备中。
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