CN1875540A - 电机驱动逆变器控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种电机驱动逆变器控制装置,包括:整流电路,将交流电源整流;逆变器电路,由该整流电路的输出驱动;电机,由该逆变器电路的输出驱动;第一电容器,与整流电路的输出并联连接;以及第二电容器,经由二极管与该第一电容器并联连接。这里,第二电容器与第一电容器相比,设为大于等于3倍的电容,尽管通常运转时的脉动含有率为大于等于90%,也良好地吸收电机的再生能量,从而防止过电压引起的元件的劣化,同时实现装置的小型化和低价格。
Description
技术领域
本发明涉及电冰箱或空调等制冷空调系统中包含的压缩机和装载于送风机等中的电机驱动逆变器装置。
背景技术
驱动制冷空调系统中的压缩机和组装于送风机中的电机的逆变器控制装置一般如下构成。即,由整流电路对输入的交流电源进行全波整流,在输出端子间连接有电容足够大的平滑电容器。由此,以脉动含有率少的直流电源驱动逆变器,同时吸收在电机停止时或减速时发生的再生能量,防止过电压的发生。
近年来,为了使电机驱动逆变器控制装置小型化,努力使平滑电容大幅地小电容化。其关联技术例如公开于日本专利申请特开2002-51589号公报中。
以下,参照附图说明上述现有的电机驱动逆变器控制装置。图6是使用现有的小电容电容器的电机驱动逆变器控制装置的方框图。
如图6所示,现有的电机驱动逆变器控制装置以交流电源1供给的电力作为整流电路2的输入,在整流电路2的输出上连接有平滑电容器3。该平滑电容器3电容很小,是现有的1/100程度的容量的电容器。
逆变器4通过将6个开关元件(包含反向的二极管)进行三相桥接而构成,与平滑电容3并联连接。电机5使用普通无刷电机,其定子上设有三相绕组。这些三相绕组各自的一端连接到逆变器4的输出。
控制电路7被连接为以交流电源1的电压v、直流部电流idc、逆变器4的输出电流ia、ib、ic、由位置检测部件6得到的电机5的旋转位置信息θ等信息作为输入。控制电路7通过这些得到的信息的输入,控制逆变器4的门电路,以进行最佳的电机驱动。
这里,电机5通过控制电路7而被制动运转的情况下,再生能量经由反向二极管流入电源。此时,由于平滑电容器3是小电容,因此平滑电容3不能充分地吸收该再生能量。其结果,电源电压急剧地上升,可能由于过电压而对驱动元件带来劣化。
发明内容
本发明用于解决上述现有的课题,其目的在于提供一种电机驱动逆变器控制装置,即使平滑电容器为小电容,也可以防止发动机的再现能量的过电压引起的驱动元件的劣化。
本电机驱动逆变器控制装置具有如下的结构。包含:整流电路,将交流电源整流;逆变器电路,由该整流电路的输出驱动;电机,由该逆变器电路的输出驱动;第一电容器,与整流电路的输出并联连接;第二电容器,经由二极管与该第一电容器并联连接;控制电源电路,与第二电容器并联连接;以及控制电路,由该控制电源电路驱动,控制逆变器电路。
通过该结构,由于可以由第一电容器和第二电容器吸收在电机的减速时或停止时产生的再生能量,所以防止各驱动元件的劣化,同时可以实现装置的小型化和低价格。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的电机驱动逆变器控制装置的方框图。
图2是表示该实施例的第一电容器的电压波形的时序图。
图3是表示该实施例的负载电流和瞬时最低电压/脉动含有率的特性图。
图4是表示该实施例的第一电容器和第二电容器的两端的电压值的特性图。
图5是本发明的第二实施例中的电机驱动逆变器控制装置的方框图。
图6是现有的电机驱动逆变器控制装置的方框图。
符号说明
11 交流电源
12 整流电路
13 第一电容器
14 逆变器电路
15 电机
17 控制电路
18 控制电源电路
21 二极管
22 第二电容器
23 放电负载
具体实施方式
以下,使用附图说明本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是本发明的第一实施例的电机驱动逆变器控制装置的方框图。图2是表示该实施例的第一电容器13的电压波形的时序图。图3是表示该实施例的负载电流和瞬时最低电压/脉动含有率的特性图。图4是表示该实施例的第一电容器13和第二电容器22的两端的电压值的特性图。
图1所示的第一实施例的电机驱动逆变器控制装置具有如下的结构。交流电源11由整流电路12整流,并由第一电容器13平滑,对逆变器电路14供给直流电源。逆变器电路14由被三相桥接的6个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和与它们反相并联连接的续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成。电机15具有三相星形连接的定子绕组LU、LV、LW,这些绕组的各自的一端连接到串联连接的开关元件的各连接点。
该电机15一般为无刷直流电机,具有用于检测含有永磁铁的转子(未图示)的位置的位置检测元件16。作为该位置检测元件通常使用3个霍尔元件。
第一电容器13并联地连接二极管21和第二电容器22,进而与第二电容器22并联地连接放电负载(以下表示为电阻器)23。这里,第一电容器13是不具有充分的平滑能力的程度的小电容。
另一方面,第二电容器22是以吸收再生能量为目的的电容器,具有远大于第一电容器13的电容。一般为第一电容器的100倍左右的电容,至少也是大于等于3倍的电容。作为该第二电容器,例如可以使用电解电容器或薄膜电容器等,由于电解电容小型、高电容、低价格,因此特别优选。
二极管21被连接,以便仅从第一电容器13向第二电容器22流过电流。电阻器23是用于将第二电容器22的充电电荷放电的负载。
第二电容器22并联连接控制电源电路18。该控制电源电路18由开关调整器或DC/DC转换器等构成,成为使第二电容器间的高电压低电压化,从而控制逆变器电路14的控制电路17的电源。
以下关于以上构成的本实施例的电机驱动逆变器控制装置说明其动作。控制电路17根据由位置检测元件16检测出的转子的旋转位置来控制逆变器14,并驱动电机15。对星形连接的电机绕组LU、LV、LW,依次以电角每60度,从LU至LV、从LU至LW、从1V至LW、从LV至LU、从LW至LU、从LW至LV将电机电流换向,从而使电机15向规定的方向旋转。该驱动方式是公知的,被称作三相120度通电方式。此外,驱动波形有矩形波驱动和PWM的正弦波驱动,本发明可以应用于任何的驱动波形。
首先,假设电动机15仅消耗了极少的能量。这里,将交流电源11设为单相100V、50Hz时,第一电容器13的两端电压如图2A所示,成为14V的平滑后的电压,平均电压也为141V,脉动电压为0V,脉动含有率为0%。另外,脉动电压[V]=瞬时最高电压[V]-瞬时最低电压[V]。此外,脉动含有率[%]=(脉动电压[V]/平均电压[V])×100。
接着,逐渐稍微增加电机15的消耗能量时,第一电容器13的充电电荷被使用,如B所示,瞬时最低电压不断降低。但是,根据交流电源11的电压决定的瞬时最高电压为141V,不改变。在B所示的情况下,瞬时最低电压为40V,所以平均电压约为112V,脉动电压为101V,脉动含有率为90%。
进而,逐渐增大电机15的消耗功率时,第一电容器13中几乎不蓄积充电电荷,如C所示,瞬时最低电压几乎降至0V。但是,根据交流电源11的电压决定的瞬时最高电压为141V,不改变。在C所示的情况下,瞬时最低电压为0V,所以平均电压约为100V,脉动电压为约141V,脉动含有率为141%。这样,由于第一电容器13为小电容,因此取出负载电流时,几乎不被平滑,而成为将输入的交流电源11进行了全波整流后的波形。
接着,使用图3更详细地说明负载电流和瞬时最低电压、脉动含有率的关系。在图3中,横轴是负载电流,纵轴是瞬时最低电压(左侧刻度)和脉动含有率(右侧刻度)。此外,实线表示瞬时最低电压的特性,虚线表示脉动含有率的特性。
图2中进行了说明的A所示的电流波形时,对电机15的输入电流几乎为0A,瞬时最低电压为141V,脉动含有率为0%。而B所示的电流波形时,负载电流为0.25A,瞬时最低电压为40V,脉动含有率为90%。此外,C所示的电流波形时,对电机15的输入电流几乎为0.35A,瞬时最低电压为0V,脉动含有率为141%。在对电机15的输入电流为大于等于0.35A的电流下,瞬时最低电压、脉动含有率都不变化。
在本实施例的电机驱动逆变器控制装置中,实际使用范围设为对电机15的输入电流为大于等于0.25A,小于等于1.3A。在实际使用范围内,第一电容器13选择脉动含有率通常为大于等于90%的小电容的电容器。
另一方面,第二电容器22经由二极管21与第一电容器13并联连接,因此消耗第二电容器22的能量的仅是电阻器23,即使电机15的能量消耗增大,也成为对两端施加的电压被大致平滑了的状态。
当前这里,将使用的第一电容器13和第二电容器22的耐电压设为450V。这里,发生了再生时,如以往这样,如果仅是第一电容器13,则如图4的现有的电压波形a所示,电压急剧地上升,成为超过耐电压的450V的过电压。
另一方面,在本实施例中,经由二极管21将第二电容器22与第一电容器13连接,因此如图4的并列地设置了电容器时的波形b所示,再生电力引起的电压的上升成为耐电压以下。但是,在该状态下,再次发生再生时,由于能量仍然聚集,因此可能超过耐电压而成为过电压。
在本实施例中,由于与第二电容器22并联连接了电阻器23,因此如包含电阻器23时的第一电容器13的电压波形c所示,电阻器23消耗能量、电压降低,所以防止过电压。
如上,本实施例的电机驱动逆变器控制装置包括:整流电路12,将交流电源11的交流电力整流为直流电力;逆变器14,将由整流电路12得到的直流电力变换为交流电力;电机15,将从该逆变器得到的交流电力作为输入;第一电容器13,连接在逆变器的直流母线间,电容非常小;第二电容器22,经由二极管21与第一电容器13并联连接;控制电源电路18,将与第二电容器22并联连接的直流高压电源变换为直流低电压;控制电路17,控制连接到控制电源电路18的低电压侧的逆变器;以及电阻器23,与第二电容器22并联连接,由经由二极管21与第一电容器13连接的第二电容器22吸收再生能量,由电阻器23消耗再生能量,所以可以防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化。
此外,第二电容器22由于几乎没有脉动,因此不必考虑脉动的热引起的劣化,即使第一电容器13电容非常小,脉动率为大于等于90%,第二电容器也可以使用廉价的电解电容器,所以可以提供小型且廉价的防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的电机驱动逆变器控制装置。另外,本实施例的电阻器23连接在控制电源电路18的高电压侧,但也可以并联连接在控制电源电路18的低电压侧。
进而,省略连接在控制电源电路18的低电压侧的电阻器23,由逆变器24的控制电路17代用也可以。由此,通过使用电路结构上所需的部件而可以削减部件数,进而可以提供小型且廉价的防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的电机驱动逆变器控制装置。
此外,通过将第二电容器22中蓄积的能量作为控制电路17的电源,可以进行高效率的运转,并可以削减部件件数,所以进而可以提供小型且廉价的防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的电机驱动逆变器控制装置。
(第二实施例)
图5是第二实施例的电机驱动逆变器控制装置的方框图。另外,对于与第一实施例相同结构赋予同一符号,省略其详细的说明。在本实施例中,第一实施例的电机驱动逆变器控制装置的电阻器23设为可变负载(以下表示为可变电阻器。)32,进而设置探测第二电容器22的电压的电压探测器31。
以下关于如上构成的本实施例的电机驱动逆变器控制器说明其动作。首先,在未发生再生能量时、即通过电压探测器31,第二电容器22的电压低于交流电源11的峰值时,将可变电阻器32设定为使能量的消耗最少(即,增大电阻值)的值,尽量减小消耗能量。
这里,发生再生能量,电压探测器31探测出第二电容器22的电压超过交流电源11的峰值电压时,将可变电阻器32设定为使消耗能量增大(即,减小电阻值)的值,尽量减小消耗能量。
另外,可变电阻器32也可以是将多个电阻器串联或并联连接,根据电压探测器31的检测电压,通过晶体管等开关元件进行短路、断路从而切换电阻值的结构。或者,也可以使用电压越高则电阻值越小的所谓压敏电阻等可变电阻元件。
以上,本实施例的电机驱动逆变器控制装置包括:整流电路12,将交流电源11的电压整流为直流电力;逆变器14,将由整流电路12得到的直流电力变换为交流电力;电机15,将从逆变器14得到的交流电力作为输入;第一电容器13,连接在逆变器14的直流母线间,电容非常小;第二电容器22,经由二极管21与第一电容器13并联连接;可变电阻器32,与第二电容器22并联连接;以及电压探测器31,作为用于决定可变电阻器32的值的部件。
通过该结构,可以消耗与第二电容器22的电压对应的能量,并可以使用小电容的第二电容器22,所以可以将可防止过电压引起的驱动元件的劣化的电机驱动逆变器控制装置进一步小型化。
另外,通过将可变电阻器32和电压探测器31包含于驱动逆变器14时所必需的控制电路17中,可以削减部件数,所以进而可以提供小型且廉价的防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的电机驱动逆变器控制装置。
进而,通过使用第二电容器22的能量作为控制电路的电源,可以实现效率高且进一步小型化了的电机驱动逆变器控制装置。此外,通过电机15驱动用于构成冷凝器、减压器、蒸发器等制冷空调系统的压缩机,从而可以构筑防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的小型制冷空调系统。
此外,通过将电机15设为用于驱动送风的送风机,可以构筑防止再生能量的过电压引起的各驱动元件的劣化的小型的送风系统。
产业上的可利用性
根据本发明的电机驱动逆变器控制装置,由于由整流电路将交流电源整流并由小电容的第一电容器平滑,同时具有吸收电机减速时或停止时发生的电机的再生能量的第二电容器,所以可以防止过电压引起的各驱动元件的劣化。进而,由于该第二电容器几乎没有脉动,因此不必考虑脉动的热引起的劣化,使用廉价的电解电容器,可以提供小型且廉价的电机驱动逆变器控制装置,所以可以应用于构成制冷空调系统的压缩机或送风机等的驱动。
Claims (14)
1.一种电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,该装置包含:
整流电路,将交流电源整流;
逆变器电路,由所述整流电路的输出驱动;
电机,由所述逆变器电路的输出驱动;
第一电容器,与所述整流电路的输出并联连接;
第二电容器,经由二极管与所述第一电容器并联连接;
控制电源电路,与所述第二电容器并联连接;以及
控制电路,由所述控制电源电路驱动,控制所述逆变器电路,
由所述第一电容器和所述第二电容器吸收所述电机的再生能量。
2.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,该装置具有与所述第二电容器并联连接的放电负载。
3.如权利要求2所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述放电负载是电阻器。
4.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述第二电容器的电容大于等于所述第一电容器的电容的3倍。
5.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,在所述电机的驱动中的实际使用范围中,所述第一电容器的电容是所述逆变器电路的输入电压的脉动含有率为大于等于90%的值。
6.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述第二电容器是电解电容器。
7.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述控制电源电路作为所述第二电容器的放电负载起作用。
8.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述逆变器电路是将6个开关元件进行三相桥接的结构。
9.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,该装置具有与所述第二电容器并联的可变负载以及电压探测器,通过所述电压探测器的输出决定所述可变负载的值。
10.如权利要求9所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述可变负载是可变电阻器,所述电压探测器的检测电压越大,则选择越小的电阻值。
11.如权利要求9所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述控制电路包含所述可变负载以及电压探测器。
12.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述电机驱动构成冷凝器、减压器、蒸发器等制冷空调系统。
13.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述电机驱动送风的送风机。
14.如权利要求1所述的电机驱动逆变器控制装置,其特征在于,所述电机是无刷直流电机。
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