CN1643769A - Pwm转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种PWM转换装置，具有：PWM脉冲输出单元(2)，将相电压指令和三角状的载波进行大小比较并输出PWM脉冲信号，和电压指令处理单元(1)，该电压指令处理单元(1)：选择各相电压指令中绝对值最大的相，在该相电压指令大于载波的最大值的情况下把该相电压指令减载波的最大值所得的值，以及在该相电压指令小于载波的最小值的情况下把该相电压指令减载波的最小值所得的值从各相电压指令中减去，把通过减法运算所得的值作为各相输出电压指令，在其他情况下，把相电压指令直接作为相输出电压指令，并输出到PWM脉冲输出单元(2)。由此来解决在从正弦波电压输出向6步电压输出的转移时，平稳模式切换困难，切换处理复杂的问题。

Description

PWM转换装置

技术领域

本发明涉及进行电动机的可变速驱动的转换伺服驱动器和进行系统连接的PWM转换装置。

背景技术

在通过IGBT等的通/断动作来输出任意正弦波电压的PWM转换装置中，作为发往IGBT等的通/断指令的PWM脉冲信号的信号发生方法，具有如图5所示的通过把输出电压指令和三角波(载波)进行比较来生成PWM脉冲信号的方式(三角波比较型PWM方式)，以及通过基于空间矢量概念的矢量合成来生成所需的PWM脉冲信号的方式(空间矢量型PWM方式)。采用使用正弦波的输出电压指令的三角波比较型方式，可输出的最大线间电压(振幅值)通常被限制在PWM转换装置的直流母线电压的

而采用空间矢量型PWM方式，可输出的最大线间电压(振幅值)与PWM转换装置的直流母线电压一致。然而，无论哪种方式，在输出最大线间电压的情况下，都为正弦波形状的线间电压。

另外根据不同的用途，在线间输出电压不拘泥正弦波形状的前提下，有时需要更大的输出电压。

作为第1以往例，其方法是：在超过可输出正弦波电压的最大值的情况下，输出位于图6所示的6角形的顶点的6步电压(图6中的a(1)～a(3)，b(1)～b(3))。

并且，作为第2以往例，是图7所示的在特开平10-257782公报中公开的方法。图7中，101是PWM图形发生部，104是电压指令限制值切换部，102是第1电压指令限制单元，103是第2电压指令限制单元，105是模式判断部。另外，|V1|’是校正后的电压振幅指令，θ11*是校正后的电压相位指令，模式1是输出模式切换信号。在模式判断部105中，在|V1|＜Vmax时，总是输出HI，此时，电压指令限制值切换部104选择第1电压指令限制单元102。并且，模式判断部105在模式1为LO且|V1|≥Vmax时输出LO，此时，电压指令限制值切换部104选择第2电压指令限制单元103。在步骤2，|V1|和θ1被输入到第1电压指令限制单元102或第2电压指令限制单元103，并将|V1|’、θ11*作为电压振幅指令和电压相位指令的校正值输出。这些|V1|’、θ11*及θ1被输入到PWM图形发生部101，发生合适的PWM图形。并且，图9中，Tu是U相PWM信号的上升(下降)时间，Tv是V相PWM信号的上升(下降)时间，以及Tw是W相PWM信号的上升(下降)时间，在各相信号前附上的/符号表示其负信号。

结合图8对第2电压指令限制单元的动作进行说明。图8是表示实施例的控制步骤的流程图。在图8所示的步骤3和步骤4中，如果MODE1＝0且|V1|＜Vmax，则选择第1电压指令限制单元102，如果MODE1≠0且|V1|≮Vmax，则选择第2电压指令限制单元103。当选择第2电压指令限制单元103时，在步骤5中把输入的|V1|与 $2/\sqrt{3}\·V\max$ 进行比较。 $2/\sqrt{3}\·V\max$ 是指在图3中的六角形的顶点的输出电压，只有在电压相位指令为0、60、120、180、240、300、360时才能输出。如果 $\left|V1\right|\≥2/\sqrt{3}\·V\max ,$ 则在步骤6，设定为 $|V1{|}^{,}=2/\sqrt{3}\·V\max .$ 除此以外，设定为|V1|’＝|V1|。然后，在步骤7，根据图9所示的表，把所输入的θ1转换成0～60°的值，将其作为θ11。

然后，在步骤8，如果θ11≤30°，则在步骤9，使用θ11*＝COS-1(Vmax/|V1|)-30°来决定θ11*。同样，如果θ11＞30°，则使用θ11*＝COS-1(Vmax/|V1|)来决定θ11*，而且进入步骤15。然后，在选择了第1电压指令限制单元102(在步骤3，MODE1＝0)或者选择了第2电压指令限制单元103的情况下，在步骤4判断为|V1|＜Vmax时，与先前步骤5～步骤8相同，经过步骤11～步骤14的处理，到达步骤15。在步骤15，根据校正电压振幅指令|V1|’和校正电压相位指令θ11*，进行t0、t1、t2的计算。在步骤16，进行是DOWN模式还是UP模式的切换。从步骤17到步骤18，判别是DOWN模式还是UP模式，并设定T0、T1、T2。在步骤19，根据θ1并基于图9所示的表，把T0、T1、T2设定为TU、TV、TW。在步骤20，输出TU、TV、TW。

这样，可输出超过PWM转换装置的直流母线电压的线间电压，综合起来，可构成从正弦波输出到6步电压输出(矩形波输出)的中间状态，可实现平稳转移。

然而，在第1以往例中，由于不能获得从正弦波电压输出向6步电压输出转移时的中间电压，因而不能进行平稳的模式切换，并且在要求电流控制性能的电流控制系统中，具有在切换时的过渡期间控制特性不稳定等的问题。

并且，在第2以往例中，所存在的问题是，为了进行向6步电压输出的平稳转移切换，需要进行例如切换判断、指令电压矢量长度限制、反正弦运算、使用存储矢量长度和与其对应的角度的表来校正矢量角度的复杂处理。

发明内容

因此，本发明的目的是，解决上述的问题，提供一种可实现从正弦波电压输出向6步电压输出转移时的平稳模式切换，而且可通过简易控制处理来实现平稳模式切换的PWM转换装置。

为了解决上述问题，本发明之1提供一种PWM转换装置，具有：PWM脉冲输出单元，将相电压指令和三角或锯状的载波进行大小比较并输出PWM脉冲信号，其特征在于，具有电压指令处理单元，该电压指令处理单元把上述相电压指令作为输入，把上述相输出电压指令输出到上述PWM脉冲输出单元，并且选择上述各相电压指令中绝对值最大的最大相，在上述最大相的相电压指令大于上述载波的最大值的情况下，把从上述最大相的相电压指令减去上述载波的最大值的值作为第1差值，从上述各相的相电压指令中减去上述第1差值，把通过上述各减法运算所得到的值作为上述各相的相输出电压指令；在上述最大相的相电压指令小于上述载波的最小值的情况下，把从上述最大相的相电压指令减去上述载波的最小值所得的值作为第2差值，从上述各相的相电压指令中减去上述第2差值，把通过上述各减法运算所得到的值作为上述各相的相输出电压指令；在其他情况下，把相电压指令直接作为相输出电压指令。

使用上述方法，在与上述相电压指令对应的线间电压指令的振幅不到PWM转换装置的直流母线电压的范围内，可进行基于正弦波的线间电压输出，并且即使在线间电压指令的振幅超过直流母线电压的情况下，也能进行以直流母线电压为上限的线间电压输出(在该情况下，输出电压波形不是正弦波)，因而作为线间电压指令的振幅，超过直流母线电压的电压输出也是可能的(视为基波分量有效值的情况)。

在向6步电压输出的转移切换方面，关于上述相电压指令的电压振幅，具有：可进行正弦波电压输出的直流母线电压的 (如果使上述载波振幅的2倍值与直流母线电压对应，则上述相电压指令是上述载波振幅的 倍。下同。)以下的第1区域，成为6步电压输出的直流母线电压的 倍以上(上述载波振幅的 倍以上)的第3区域，以及它们中间的第2区域，因而可实现向6步电压输出的平稳转移切换。

而且，不需要用于实现伴随上述方法的处理的复杂处理，只需简易处理，就能取得上述效果。

并且，本发明之2是基于本发明之1的PWM转换装置，其特征在于，具有：第1电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的 倍以上的情况下，把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍。

在上述相电压指令的振幅为直流母线电压的

倍以上(上述相电压指令为上述载波振幅的

倍以上)的情况下，线间电压指令(瞬时值)总是为直流母线电压以上。

因此，即使把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍，也不会影响PWM转换装置的输出电压，另一方面，通过基于上述限制的处理等的简易化，具有可实现从大的电压指令向小的电压指令的瞬时响应的效果。

并且，本发明之3是基于本发明之1的PWM转换装置，其特征在于，具有：第2电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的 倍以上的情况下，把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍以上的规定值。

即使把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的

倍以上的规定值，也能取得与权利要求2所述的发明相同的效果。

并且，本发明之4是基于本发明之1至3中任意一种PWM转换装置，其特征在于，具有：第3电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的

倍以上的情况下，把上述相电压指令转换成上述相电压指令乘以

所得的值。

成为PWM转换装置的最大线间电压输出的6步电压是直流母线电压的 倍(基波分量振幅值的情况)。因此，在基于上述相电压指令的线间电压指令的电压振幅是直流母线电压的 倍时，换言之，在上述相电压指令(振幅值)是直流母线电压的2/3倍(上述相电压指令是上述载波振幅的4/3倍)时，如果能实现6步电压输出，则PWM转换装置可实现追从指令电压的电压输出。

由于在上述相电压指令(振幅值)是上述载波的振幅的

倍以上时，可实现6步电压输出，因而在相电压指令是上述载波振幅的4/3倍值时，为了实现6步电压输出，可以把相电压指令乘以

倍所得的值作为相电压指令。并且，这种电压转换处理只有在不能实现正弦波电压输出的区域，即上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的 倍以上的区域内才能进行。

并且，本发明之5的特征在于，将上述第1和第3电压转换单元或者上述第2和第3电压转换单元用1个电压转换单元构成，并将其作为第4电压转换单元。

并且，本发明之6是基于本发明之2的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的4倍以上的情况下，上述第1电压转换单元把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的

倍。

由于线间电压是相电压的

倍，因而对于以相电压指令的振幅为判定基准的权利要求2所述的PWM转换装置，把判定对象置换成线间电压，并把判定基准提高到 倍。

并且，本发明之7是基于本发明之3的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的4倍以上的情况下，上述第2电压转换单元把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍以上的规定值。

本发明的构思与本发明之6的情况相同。

并且，本发明之8是基于本发明之4的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的2倍以上的情况下，上述第3电压转换单元把上述相电压指令转换成上述相电压指令乘以 所得的值。

本发明的构思与本发明之6的情况相同。

附图说明

图1是表示本发明第1实施例的方框图。

图2是表示本发明第2实施例的方框图。

图3是表示本发明第3实施例的方框图。

图4是表示本发明的PWM转换装置的结构的图。

图5是表示生成PWM脉冲信号的以往的一般方式的图。

图6是表示基于空间矢量概念的6步电压输出的第1以往例的图。

图7是表示第2以往例的结构的方框图。

图8是表示第2以往例的控制步骤的流程图。

图9是表示第2以往例的PWM运算部内的功能的图。

图中：1-电压指令转移器，2-PWM信号发生器，3-载波信号发生器，4-电压指令限制器，5-电压指令倍增器，11-商用电源，12-转换部整流二极管，13～18-IGBT晶体管，19～24-环流二极管，25-电流检测器，26-电动机，29-平滑用电容器，101-PWM图形发生部，102-第1电压指令限制器，103-第2电压指令限制器，104-电压指令限制值切换部，105-模式判断部。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。

图1是表示本发明第1实施例的方框图。1是电压指令转移器，2是PWM信号发生器，3是载波信号发生器。

在从上位控制器输入U相、V相、W相的3相电压指令时，电压指令转移器1把各相电压指令值(Vru，Vrv，Vrw)的绝对值(|Vru|，|Vrv|，|Vrw|)进行比较，从中选择出其绝对值为最大值的相的电压指令Vrx。然后，把从载波信号发生器3输入的载波信号的最大值(Cmax)、最小值(Cmin)与Vrx进行大小比较，

(1)在Vrx小于Cmax且Vrx大于Cmin的情况下，

将各相电压指令直接作为发往PWM信号发生器2的信号(Vu，Vv，Vw)输出。

(2)在Vrx大于Cmax的情况下，计算(Vrx-Cmax)，使Vu＝Vru-(Vrx-Cmax)、Vv＝Vrv-(Vrx-Cmax)、Vw＝Vrw-(Vrx-Cmax)进行输出。

(3)在Vrx小于Cmin的情况下，计算(Vrx-Cmin)，使Vu＝Vru-(Vrx-Cmin)、Vv＝Vrv-(Vrx-Cmin)、Vw＝Vrw-(Vrx-Cmin)进行输出。

PWM信号发生器2把来自载波信号发生器3的载波和Vu、Vv、Vw进行比较，并输出各相的PWM脉冲。

这样，在相电压指令的振幅为载波信号的振幅的 倍时，PWM信号发生器发生的脉冲为6步PWM脉冲，无需复杂计算和特别切换，仅增大相电压指令的振幅，就能自动切换到6步PWM。

尽管从上位控制器输入的3相电压指令通常使用正弦波，然而只要能输出线间电压所需的电压，也可以不使用正弦波。

图2是表示本发明第2实施例的方框图。1是电压指令转移器，2是PWM信号发生器，3是载波信号发生器，4是电压指令限制器。

在从上位控制器输入U相、V相、W相的3相电压指令时，电压指令限制器4求出相电压指令的电压振幅，根据来自载波信号发生器3的载波信号最大值、最小值来求出载波信号的振幅，并把使相电压指令的振幅限制在载波信号的振幅的

倍的值所得的值输出到电压指令转移器1。

电压指令转移器1、PWM信号发生器2的动作与上述图1的方框图的动作相同。

由于使用上位控制器进行这种限制，能防止电压指令过大，因而可提高在必须突然减小电压指令的状况下的PWM转换装置的控制响应速度。此处，对使用电压指令限制器4求出相电压指令的电压振幅作了描述，然而可以构成为，从上位控制器把相电压指令的振幅提供给电压指令限制器4。并且，可以把电压指令限制器4内装在电压指令转移器1中。

图3是表示本发明第3实施例的方框图。1是电压指令转移器，2是PWM信号发生器，3是载波信号发生器，5是电压指令倍增器。

在从上位控制器输入U相、V相、W相的3相电压指令时，电压指令倍增器5求出相电压指令的振幅Vpp，并求出来自载波信号发生器3的载波信号最大值Cmax、最小值Cmin及其差值Cdiff，在相电压的振幅Vpp超过

的情况下，把各相电压指令值(Vru，Vrv，Vrw)乘以

所得的值(Vu’，Vv’，Vw’)输出到电压指令转移器1。

电压指令转移器1、PWM信号发生器2的动作与上述图1的方框图的动作相同。通过该处理，可改善PWM转换装置实际输出的电压值和电压指令的直线性。

在该例中，使用电压指令倍增器5施加倍率，然而也能使用上位控制器细微地进行这种倍率调整，这样，可进一步改善PWM转换装置实际输出的电压值和电压指令的直线性。

并且，可以把电压指令倍增器5内装在电压指令转移器1中。

并且，可实现上述第2实施例和第3实施例的组合。

尽管参照特定实施方式对本发明作了详细说明，然而对于本领域技术人员来说，明显能够在不超出本发明的构思和范围的情况下实施各种变更和修正。

如上所述，根据本发明，可实现从正弦波电压输出向6步电压输出转移时的平稳模式切换，并且即使在要求电流控制性能的电流控制系统中，也能获得在上述转移时的良好且稳定的控制性能。

并且，在向6步电压输出的转移切换时，不需要进行如切换判断、指令电压矢量长度限制、反正弦运算、使用存储矢量长度和与其对应的角度的表格来校正矢量角度的复杂处理，具有通过简易处理迅速实现的效果。

Claims (8)

1.一种PWM转换装置，具有：PWM脉冲输出单元，将相电压指令和三角或锯状的载波进行大小比较并输出PWM脉冲信号，其特征在于，

具有电压指令处理单元，

该电压指令处理单元把上述相电压指令作为输入，把上述相输出电压指令输出到上述PWM脉冲输出单元，并且

选择上述各相电压指令中绝对值最大的最大相，在上述最大相的相电压指令大于上述载波的最大值的情况下，把从上述最大相的相电压指令减去上述载波的最大值的值作为第1差值，从上述各相的相电压指令中减去上述第1差值，把通过上述各减法运算所得到的值作为上述各相的相输出电压指令；

在上述最大相的相电压指令小于上述载波的最小值的情况下，把从上述最大相的相电压指令减去上述载波的最小值所得的值作为第2差值，从上述各相的相电压指令中减去上述第2差值，把通过上述各减法运算所得到的值作为上述各相的相输出电压指令；

在其他情况下，把相电压指令直接作为相输出电压指令。

2.根据权利要求1所述的PWM转换装置，其特征在于，具有：第1电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的 倍以上的情况下，把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的

倍。

3.根据权利要求1所述的PWM转换装置，其特征在于，具有：第2电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的

倍以上的情况下，把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍以上的规定值。

4.根据权利要求1至权利要求3中任意一项所述的PWM转换装置，其特征在于，具有：第3电压转换单元，在上述相电压指令的振幅为上述载波的振幅的

倍以上的情况下，把上述相电压指令转换成上述相电压指令乘以

所得的值。

5.根据权利要求2或3或4所述的PWM转换装置，其特征在于，将上述第1和第3电压转换单元或者上述第2和第3电压转换单元用1个电压转换单元构成，并将其作为第4电压转换单元。

6.根据权利要求2所述的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的4倍以上的情况下，上述第1电压转换单元把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍。

7.根据权利要求3所述的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的4倍以上的情况下，上述第2电压转换单元把上述相电压指令的振幅限制在上述载波的振幅的 倍以上的规定值。

8.根据权利要求4所述的PWM转换装置，其特征在于，在从上述相电压指令获得的线间电压的振幅为上述载波的振幅的2倍以上的情况下，上述第3电压转换单元把上述相电压指令转换成上述相电压指令乘以 所得的值。

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