CN1732618A - 空调装置用马达驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种空调装置用马达驱动装置，包括：把交流电源(100)作为输入的转换器(200)；把转换器(200)的输出电压作为输入，输出向空调装置用马达(500)供给的交流电压的三相换相器(400)；和对转换器(200)进行控制，使其达到最大效率的控制单元(800)。通过采用这种结构的空调装置用马达驱动装置，可适合IEC规格，并且实现高功率因数。

Description

空调装置用马达驱动装置
技术领域
本发明涉及以高输入功率因数、高效率地驱动空调装置用马达的装置。
背景技术
现在，在供电电网上连接有各种的电力消耗设备。一方面，这些电力消耗设备具有因电力品质的不同而不同的要求。另一方面，这些对送电设备网产生各种影响。这些影响对电力品质产生冲击。
由于用户的高度的用电设备的需求，会对送电设备网附加各种影响，同时也增加了对节能装置的需求。因此，不仅在如空调机那样的家用电器中，而且在各种领域中都增加了对换相器技术以及高效率马达的采用。
换相器技术的优点是，具有为了达到提高驱动的整体效率的磁通密度的最佳化而改变输出频率以及输出电压的能力、以及为了达到最佳能效而以希望的速度驱动马达的能力。
如公认的那样，换相器技术大致被分为两种技术，一种是低成本/低性能的技术，另一种是高成本/高性能的技术。
低成本/低性能的技术由二极管桥式电路、电解电容器、以及换相器构成。二极管桥式电路的输入端与送电设备网连接，输出端与电解电容器连接，其用于向换相器供电，该换相器用于按照用户的要求进行负荷能量控制。
该技术之所以被广泛使用，有以下两个理由。其1，由于使用的开关元件数量少，所以成本低；其2，能够在符合高次谐波限制法规的条件下使用。
高成本/高性能的技术由被连接在送电设备网和换相器之间的功率因数修正电路构成。该技术之所以未被广泛地使用，有以下两个理由，其1，由于使用的开关元件数量多所以成本高，其2，为了生成PWN而使用的电力装置的损失而导致效率低。
使用生成可以被EMC限制规则所接受的输入电流波形的方法。
以往，在分配中间电压以及低电压的电网中，使用功率电子装置是为了通过控制用户侧的消耗电力品质以及去除送电设备网侧的影响来改善效率。
最为广泛了解的，是如图2所示的背对背型换相器技术。该技术在价格和效率方面远不及由单纯的二极管桥式电路以及1个直流电感或3个交流电感构成的以往的换相器技术(参照图1)。而且只能根据输入电压的高值来控制直流电压。因此，为了实现作为PAM而被熟知的脉冲振幅调制控制，把送电设备网侧的电流源转换器作为解决的要点来考虑。但是，人们知道电流源拓扑的效率性能低，且成本高。随着电力装置技术的快速发展，状况在不断地变化，效率也在不断地增加。但是，由于大量生产技术的数量的限定，其成本依然还是无法与以往技术相比。
发明内容
本发明就是鉴于上述的问题点而提出的，目的是提供一种符合IEC规格的具有高功率因数的空调装置用马达驱动装置。另外，其他目的是提供一种可适用于宽范围的输入电源的空调装置用马达驱动装置。
本发明之1的空调装置用马达驱动装置，包括：把交流电源作为输入的转换器；把转换器的输出电压作为输入，输出向空调装置用马达供给的交流电压的三相换相器；和对转换器进行控制，使其达到最大效率的控制单元。
本发明之2的空调装置用马达驱动装置，作为转换器而采用三相转换器。
本发明之3的空调装置用马达驱动装置，作为转换器而采用单相转换器。
本发明之4的空调装置用马达驱动装置，还包括：与转换器的输入侧串联连接的电抗器以及并联连接的电容器。
本发明之5的空调装置用马达驱动装置，作为转换器而采用通过把一对开关元件的串联电路对应相数并联连接，并且，与各个开关元件并联连接二极管所构成的转换器。
本发明之6的空调装置用马达驱动装置，作为转换器而采用通过把一个开关元件与按照在中间连接开关元件的顺序连接的一对二极管的串联电路对应相数并联连接，并且把并联反向连接的一对二极管与各个开关元件连接所构成的转换器。
根据本发明之1的空调装置用马达驱动装置，由于包括把交流电源作为输入的转换器；把转换器的输出电压作为输入，输出向空调装置用马达供给的交流电压的三相换相器；和对转换器进行控制，使其达到最大效率的控制单元，所以可在全范围符合IEC规则，而且可提高效率，实现成本的降低。
根据本发明之2的空调装置用马达驱动装置，由于作为转换器而采用三相转换器，所以可适用于3相交流电源，并且可达到与本发明之1同样的作用。
根据本发明之3的空调装置用马达驱动装置，由于作为转换器而采用单相转换器，所以可适用于单相交流电源，并且可达到与本发明之1同样的作用。
根据本发明之4的空调装置用马达驱动装置，由于还包括与转换器的输入侧串联连接的电抗器以及并联连接的电容器，所以能够去除因转换器的开关元件的开关动作而引起的电流波动，并且可达到与本发明之1至3中的任意一项发明同样的作用。
根据本发明之5的空调装置用马达驱动装置，由于作为转换器而采用通过把一对开关元件的串联电路对应相数并联连接，并且，与各个开关元件并联连接二极管所构成的转换器，所以可达到与本发明之1至4中任意一项发明同样的作用。
根据本发明之6的空调装置用马达驱动装置，由于作为转换器而采用通过把一个开关元件与按照在中间连接开关元件的顺序连接的一对二极管的串联电路对应相数并联连接，并且把并联反向连接的一对二极管与各个开关元件连接所构成的转换器，所以可降低开关损失，并且达到与本发明之1至4中任意一项发明同样的作用。
附图说明
图1是表示使用二极管桥式电路以及换相器的以往的马达驱动装置的电路图。
图2是表示使用背对背换相器技术的以往的马达驱动装置的电路图。
图3是表示直流电压与负荷之间的关系的图。
图4是表示空调装置用马达驱动装置的效率的模拟结果的图。
图5是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的一实施方式的概略图。
图6是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的其他实施方式的概略图。
图7是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的另一其他实施方式的概略图。
图8是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的又一其他实施方式的概略图。
图9是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的又一其他实施方式的概略图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的空调装置用马达驱动装置的实施方式进行详细说明。
图5是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的一实施方式的概略图。
该空调装置用马达驱动装置具有：通过电感101与3相交流电源100连接的3相转换器200、连接在3相转换器200的输出端子之间的直流电容器300、和把直流电容器300的端子间的电压作为动作电压的3相换相器400，把该3相换相器400的输出供给到3相负荷(例如，空调装置用马达)500。此外，在电抗器101的输入侧相邻端子之间连接有电容器102。不过该电容器102可以省略。另外，设置有用于控制3相转换器200以及3相换相器400的开关元件的控制部800。
3相转换器200以及3相换相器400的开关元件例如与集成IGBT标准模块相同，根据3相交流电源100以及3相负荷500的输入输出状态来设计。
该控制部800具有：第1电压检测部801，用于检测直流电容器的端子间的电压Vdc；第1电流检测部802，用于检测3相换相器的输入电流Id；第2电流检测部803、804，用于检测来自3相换相器的2相的输出电流Iv、Iw；第2电压检测部805、806、807，用于检测3相交流电源的各相电压Va、Vb、Vc；电力指令计算部808，把直流电容器的端子间电压Vdc、端子间电压指令值Vdc*、3相换相器的输入电流Id作为输入，通过进行(Vdc*)2/(2Vdc/Id)的运算，计算出3相换相器侧的电力指令值PR*；差分计算部809，用于计算出端子间电压指令值Vdc*与端子间电压Vdc的差；PI运算部810，把计算出的差作为输入，进行比例积分运算，输出3相转换器侧的电力指令值；加法部811，通过把两电力指令值相加而输出总电力指令值P*；转换器指令值控制部812，把总电力指令值P*以及3相交流电源105的各相电压Va、Vb、Vc作为输入，进行转换器指令值控制运算，输出各相电压指令值Va*、Vb*、Vc*；输出三角波信号的三角波发生部813；栅极驱动信号发生部814，把各相电压指令值Va*、Vb*、Vc*以及三角波信号作为输入，输出向3相转换器200的各相的开关元件供给的栅极驱动信号S(con)；dq电流指令发生部815，把转矩指令值TM*、效率指令η*、以及空调装置用马达500的转子的旋转角速度ω作为输入，输出d轴电流指令值id*、以及q轴电流指令值iq*；换相器指令值控制部816，把来自3相换相器的输出电流Iv、Iw、d轴电流指令值id*、q轴电流指令值iq*、空调装置用马达500的转子的磁极位置θ以及空调装置用马达500的转子的旋转角速度ω作为输入，进行换相器指令值控制运算，输出各相电压指令值Va*、Vb*、Vc*；换相器控制部817，把各相电压指令值Va*、Vb*、Vc*、一对电容器中的一个电容器的端子间电压Vdc、以及来自3相换相器的输出电流Iv、Iw作为输入，进行过电压控制、过电流控制以及指令值控制，输出各相电压指令值；栅极驱动信号发生部818，把各相电压指令值以及三角波信号作为输入，输出向3相换相器的各相的开关元件601供给的栅极驱动信号S(inv)；输出频率计算部819，把空调装置用马达500的转子的旋转角速度ω作为输入，输出输出频率fout；输出电压计算部820，把输出频率fout作为输入，进行V/f计算，输出输出电压Vout；和端子间电压指令值计算部821，通过对输出电压Vout乘以规定的系数，来求出端子间电压指令值Vdc*。
如果采用具有上述结构的空调装置用马达驱动装置，则能够把固定电压、固定频率的3相交流电源100转换成电压可变、频率可变的3相交流输出电力。
如图3所示，3相转换器200与3相换相器400之间的直流电压被控制成在向空调装置用马达500供电的3相换相器400的3个主要动作点(额定制冷负荷点、额定制热负荷点、以及最大负荷点)中的转换器/换相器的总效率最大。该控制方法可通过使用送电设备网侧的PWM转换器以及负荷侧的高电压马达来实现，其中包括为了施加使马达达到最佳能力的必要的交流电压，把DC环路的直流电压控制成负荷侧的换相器所必要的值。
因此，所述3相转换器200用于根据功率因数修正以及直流电流、直流电压、以及输入电压的瞬时信息进行取样控制。因此，能够进行双向电力控制。
所述3相转换器200进行在吸收线电压的同时吸收各相的正弦波电流的动作，并且控制DC环路电压，使该电压成为对应各个动作点的最大效率的值。
虽然不能避免直流电压的变化，但为了使其不影响输出效率，把指令值设定为电力装置的最大电压所能够接受的最大容许值。因此，可降低负荷侧的电力装置的电流额定值，可提高效率。
图4是表示在制热低温点、制热额定点、以及制冷额定点中总效率的模拟结果的图。此外，作为模拟结果，从左开始按顺序表示二极管桥式电路与换相器的组合、转换器与换相器的组合{送电设备网侧电压为200V、IGBT的额定电压为600V、马达的额定电压为200V(以下，把该组合状态简单表示为：200S/6SSI/200M)的情况}，转换器与换相器的组合(200S/6SSI/300M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/300M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/400M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/500M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/600M)的情况。
从图4可以看出，通过采用转换器与换相器的组合(200S/12SSI/400M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/500M)，转换器与换相器的组合(200S/12SSI/600M)中的任意一个组合，并且采用上述的控制结构，可实现比采用二极管桥式电路与换相器的组合的情况更高的效率。
图6式表示本发明的空调装置用马达驱动装置的其他实施方式的概略图。
该空调装置用马达驱动装置与图5的空调装置用马达驱动装置的不同之处是，取代3相转换器200而采用了单相转换器210，由此可对应单相交流电源110而不是3相交流电源100，以及通过对应单相化而简化了控制部800的结构。
因此，可对应单相交流电源110，而且可达到与图5的空调装置用马达驱动装置同样的作用。
图7是表示本发明空调装置用马达驱动装置的又一个其他实施方式的概略图。
该空调装置用马达驱动装置与图6的空调装置用马达驱动装置仅有一点不同，即：利用二极管置换了单相转换器210的分别相互串联连接的成对的开关元件中的一个。
在这种情况下，可简化单相转换器210的结构，并且，随着开关元件数量的减少可降低损失，而且能够达到与图6的空调装置用马达驱动装置同样的作用。
图8是表示本发明空调装置用马达驱动装置的又一个其他实施方式的概略图。
该空调装置用马达驱动装置与图5的空调装置用马达驱动装置的不同之处是，取代3相转换器200而采用了不同结构的3相转换器(3相电流源转换器)220，在3相转换器220的输出端子之间连接电抗器301，并且在3相转换器220的一个输出端子与3相换相器400的对应的输入端子之间反极性连接二极管302，以及把控制部800的一部分结构变更成与3相转换器220相对应的结构。
3相转换器220对每一相，在一对二极管之间连接开关元件，并且把一对输入二极管的串联电路与开关元件反极性并联连接，把相邻输入二极管之间的连接点通过电抗器101与3相交流电源100连接。
电抗器301与二极管302可以互相置换。
控制部800的对应部分，取代电力指令计算部808、加法部811、转换器指令值控制部812以及栅极驱动信号发生部814，而设置了：把3相交流电源的3相电压转换成Δ-Y的Δ-Y转换部822；把被转换成Δ-Y的3相交流电压和直流电压指令作为输入，输出3相的各个交流电压指令的3相交流电压指令计算部823、824、825；把三角波信号和直流电流作为输入，输出校准信号的校准信号输出部826；把3相的各个交流电压指令和校准信号作为输入，输出表示大小关系的信号的比较部827、828、829；把2个比较信号作为输入，进行NOR运算，输出栅极驱动信号的栅极驱动信号发生部830、831、832。
因此，可减少3相转换器220的开关元件的数量，提高效率，而且能够达到与图5的空调装置用马达驱动装置同样的作用。
图9是表示本发明的空调装置用马达驱动装置的又一其他实施方式的概略图。
该空调装置用马达驱动装置与图8的空调装置用马达驱动装置的不同之处是，取代3相转换器200而采用单相转换器230，由此可适用于单相交流电源110而不是3相交流电源100，以及对应单相化来简化控制部800的结构。
因此，可适用于单相交流电源110，而且可达到与图8的空调装置用马达驱动装置同样的作用。
采用上述的空调装置用马达驱动装置，可在全范围符合IEC规则。而且，能够在全部的动作点实现比以往装置更高的效率。通过提高开关频率可大幅减小电抗器的尺寸，可降低开关元件的负荷侧的额定功率，通过采用电源侧与负荷侧之间的电力流动的瞬时控制，使DC环路的电容器小型化，可实现成本的降低。

Claims (6)

1.一种空调装置用马达驱动装置，其特征在于，包括：
把交流电源(100)(110)作为输入的转换器(200)(210)(220)(230)；
把来自转换器(200)(210)(220)(230)的输出电压作为输入，输出向空调装置用马达(500)供给的交流电压的三相换相器(400)；和
对转换器(200)(210)(220)(230)进行控制，使其达到最大效率的控制单元(800)。
2.根据权利要求1所述的空调装置用马达驱动装置，其特征在于，交流电源(100)是三相交流电源(100)，转换器(200)(220)是三相转换器(200)(220)。
3.根据权利要求1所述的空调装置用马达驱动装置，其特征在于，交流电源(110)是单相交流电源(110)，转换器(210)(230)是单相转换器(210)(230)。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的空调装置用马达驱动装置，其特征在于，还包括：与转换器(200)(210)(220)(230)的输入侧串联连接的电抗器(101)以及并联连接的电容器(102)。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的空调装置用马达驱动装置，其特征在于，转换器(200)(210)(220)(230)是通过把一对开关元件的串联电路对应相数并联连接，并且，与各个开关元件并联连接二极管而构成。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的空调装置用马达驱动装置，其特征在于，转换器(200)(210)(220)(230)是通过把一个开关元件与按照在中间连接开关元件的顺序连接的一对二极管的串联电路对应相数并联连接，并且把并联反向连接的一对二极管与各个开关元件连接而构成。
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