CN88103048A - 感应电动机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种感应电动机的控制装置，其特征在于在使用由晶体管等自熄灭元件所构成的正弦波输入的变换器对感应电动机的旋转速度进行控制的可变电压-可变频率控制装置中，设有使上述变换器的输入电流的功率因数可变并改变变换器的直流输出电压的功率因数控制手段，从而进行脉冲振幅调制控制。本装置以简单的构成可防止由感应电动机发生的高次谐波，同时还可降低噪声。

Description

本发明涉及在例如电梯中使用的、以逆变器方式驱动的感应电动机的控制装置，更具体地涉及感应电动机的速度控制的低噪声化。

近年来，由于随着电子技术日益发达而引起的控制技术的提高，已有可能把感应电动机的旋转速度控制到几乎和直流电动机相同的程度。作为这类感应电动机的速度控制有可变电压-可变频率控制装置（以下称VVVF装置）。VVVF装置是用变换器将交流电压变换为直流电压，通过将变换后的直流电压用逆变器再变换为交流电压，而使频率变化的同时，还使输出电压与频率成反比地变化，从而对感应电动机的旋转速度进行控制的。

作为这样的VVVF装置，有脉冲振幅调制（以下简称PAM）控制和脉冲宽度调制（以下简称PWM）控制，及PAM控制和PWM控制并用的装置。其中脉冲振幅调制是使作为逆变器的输出电压的，峰值的直流电压可变来进行控制的，而脉冲宽度调制则为通过使峰值固定而使其时间宽度可变来对平均电压进行控制的。

例如电梯的感应电动机那样，有必要从停止到全速的广大范围内进行速度控制的场合，在速度低时如从变换器输出全电压来供电，则由于感应电动机发生的噪声变大，故采用PAM控制和PWM控制并用的方式。

图5表示已有的电梯的感应电动机的控制装置的构成，在图中1为连接到三相交流电源的VVVF装置。2为将晶闸管2a-2f接成桥式电路并将供给VVVF装置1的交流电压变换为直流电压的变换器，3为将晶闸管3a-3f接成桥式电路并将变换器2输出的直流电压变换为交流电压的再生用变换器，4为将再生用变换器3输出的交流电压进行变压并供给变换器2的输入端的自耦变压器，5为连接在变换器2的输出端和再生用变换器的输入端之间的电抗线圈，6为连接在变换器2的直流输出端之间的平滑用电容器，7为将晶体管7a-7f和二极管7g-71接成桥式电路、并将从变换器2所输出的直流电压变换为电压可变-频率可变的交流的晶体管逆变器。8为由晶体管逆变器7的输出电压所驱动的电梯的感应电动机，9为检测感应电动机8的旋转速度的测速发电机，10为由感应电动机的旋转来驱动的绳轮，11为机械式制动，12为偏导器轮，13为绕在绳轮10和偏导器轮12上的起重绳，14为装在起重绳13的一端的电梯的吊厢，15为装在起重绳13的另一端上的平衡块，16为经平衡滑轮17连在吊厢14和平衡块15之间的补偿绳，18为绕在调速器19和张紧轮20之间的调速器绳，调速器绳18的一部分固定在吊厢14上。

21为检测调速器19的旋转的脉冲检测器，22为接受从测速发电机9和脉冲检测器21来的信号并对变换器2、再生用变换器3及晶体管逆变器7进行控制的控制用电子计算机。控制用电子计算机22由CPU（中央处理器）22a，I/F（接口）22b、ROM（只读存储器）22c及RAM（随机存取存储器）22d构成。又23、24分别为设在VVVF装置1的输入侧和输出侧的变流器，25为接在交流电源侧的交流电抗线圈。

在如上所构成的电梯的感应电动机的控制装置中，由三相交流电源所供给的三相交流电压通过变换器2变换为直流电压之后，再用电容器6进行平滑后供给晶体管逆变器7，再由晶体管逆变器7变换为具有任意的电压和频率的交流电。在此变换时晶体管逆变器7用控制用电子计算机22进行PWM控制。

PWM控制如图6的（a）所示，是通过将三角波的调制电压40和要输入到控制用电子计算机22中的来自三相交流电源的各相（例如R相和S相）的控制电压41，42进行比较，使晶体管逆变器7的晶体管7a-7f接通或关掉，从而得到近似的正弦波。又在图6中（b）表示晶体管逆变器7输出的U相的相电压（Vu），（c）表示V相的相电压（Vv），（d）表示U相和V相之间的线电压（Uuv）之一例。

用于上述PWM控制的调制电压40的频率通常使用1千赫左右的频率（以下称为载波频率），而用这一频率时感应电动机8会发出碍耳的声音。

对于电梯，如机械室的旁边是住室，就特别要求降低噪声，为此或者在感应电动机8的输入侧上插入交流电抗线圈，以控制高频或者在感应电动机8上使用特殊的低噪声型电动机，但任何一种办法都有使装置成为大型且价格很高的装置的缺点。此外，还有提高载波频率，使之成为一般讲耳朵难以听到的10千赫左右的方法，但由于晶体管逆变器7的开关数增加，从而会使开关损耗增大，为此如不增大晶体管逆变器7的晶体管容量则存在着热方面的问题，故具有与装置的成本上升相连系的这一缺点。

为了克服此缺点，在图5所示的VVVF装置中当在电动机加速时等有大电流流到感应电动机时用变换器2或再生用变换器3进行电源电压的相位角控制，并进行PAM控制使直流电压比以额定速度运行时还要低，以降低感应电动机8的噪声。

但，如通过变换器2或再生用变换器3的晶闸管进行相位角控制，则众所周知，会产生5次、7次……等的多个高次谐波。由于发生这样的高次谐波的机器例如空调用的逆变器，恒压恒频（CVCF）等近年来在建筑大楼中逐渐增加，故存在欲限制各机器所产生的高次谐波的动向。

图7表示有电梯的感应电动机的控制装置的一例;它就是根据上述要求使流入VVVF装置的电流为不含高次谐波的正弦波电流。在图中与图5符号相同的部分表示和图5的控制装置相同的部分。26为变换器，它和晶体管逆变器7相同，由晶体管26a-26f和与各晶体管并联连接的二极管26g-26l构成。此变换器26通过控制用电子计算机22进行控制。图8表示控制变换器26的控制用电子计算机22的控制方块图，在图中28为对从变换器26输出的直流电压下指令的电压指令器，29为变压器，用以取出电压信号以便和电源电压同步，30为零相位检测器，31为PLL（相位同步环路）振荡器，32为正弦波产生器，33为电压控制装置，35为正弦波控制装置，34、36为比较器。

用变压器29取出的和电源电压取得同步的电压信号被送到零相位检测器30，用零相位检测器30检出零点，以该零点为基点，通过PLL振荡器31被分解为三相，再加到正弦波发生器32上。并将从正弦波发生器32输出的正弦波送到电压控制装置33上。

另一方面，将电压指令器28输出的电压指令值和电容器6的两端的电压即变换器26输出的直流电压在比较器36中进行比较，将两者之差值送到电压控制装置33上。

在电压控制装置33中对从正弦波发生器32送来的正弦波和从比较器36送来的电压差值进行运算，并将正弦波形的电流指令送到比较器34。在比较器34中将该电流指令和作为变流器23的输出的实际电流进行比较，并将其差值送到正弦波控制装置35。正弦波控制装置35根据输入的差值，对变换器26的晶体管26a-26f进行PWM控制。因而变换器26的输入电流成为正弦波，并可防止发生高次谐波。

又，在上述控制中，由于晶体管逆变器7的控制和图5所示的场合相，故省略其说明。

在上述图7所示的感应电动机的控制装置中，存在的问题是单是仅仅降低从电压指令器28输出的电压指令是不能进行PAM控制的，且不能做到使噪声降低的。

即如直流输出电压下降到某种程度以下，则由于与变换器26的晶体管26a-26f并联联接的二极管26g-26l导通，晶体管26a-26f失去其控制能力，故直流电压不能下降到比用三相二极管电桥控制方式确定的电压低。因而为了进行PAM控制，有必要用某些方法来使变换器26的输入电压降低。

本发明是为了解决此问题而提出的，其目的在于提出一种在正弦波输入的变换器中能进行使噪声降低的PAM控制的感应电动机的控制装置。

属于本发明的感应电动机的控制装置其特征在于在使用由晶体管等自熄灭元件所构成的正弦波输入的变换器的VVVF装置中、设有使变换器的输入电流的功率因数可变以改变变换器的直流输出电压的功率因数控制手段，从而进行PAM控制。

在本发明中，由于通过使将交流变换为直流的晶体管变换器的输入电流的功率因数为超前功率因数或滞后功率因数，能使变换器的输入电压降低，故能进行PAM控制。

图1为表示本发明的一实施例的控制装置的方块图，在图中附有和在图7、图8中所表示的已有例相同的符号者表示和已有例相同的部分。37为设在零相位检出器30和PLL振荡器31之间的滞后时间发生器37，38为将感应电动机8的速度指令值送到滞后时间发生器37上的速度指令器。

在对以上述方式所构成的感应电动机的控制装置的动作进行说明时，首先对上述控制装置的原理进行说明。

如图1所示，设电源电压为e，用晶体管和二极管所构成的变换器26的输入电流为i，变换器26的输入端电压为V，交流电抗线圈25的电感为L，则变换器26的输入端电压V可用下式进行表示。

V＝e-jωLi……（1）

如将此变换器26的输入端电压V以向量表示，则将如图2所示。在图2中（a）表示电源电压e和变换器26的输入电流i的相位一致的场合，即功率因数为1的场合;（b）表示输入电流i的相位比电源电压e的相位滞后的场合，即0＜功率因数＜1的场合，又（c）表示电源电压e和变换器26的输入电流i的相位偏移为180°的场合，即功率因数＝-1的场合，（d）表示输入电流i的相位比电源电压e的相位超前的场合，即0＞功率因数＞-1的场合。如图所示通过作成滞后功率因数或超前功率因数，能使变换器26的输入端电压V降低。因而能对变换器26进行PAM控制。

因此，如图1所示，在零相位检测器30和PLL振荡器31之间设有滞后时间发生器37，从零相位检测器30将已检测了与变压器29送来的电源电压同步的电压信号的零点的零点信号（如图3（a）所示）送到该滞后时间发生器37上。另一方面，从速度指令器38，将感应电动机8的速度指令值送到滞后时间发生器37上，并如图3（b）所示使从零相位检测器30送来的零点信号的相位延迟一滞后时间Td，该Td与上述速度指令值相对应。图4表示输入到滞后时间发生器37的速度指令值和滞后时间Td的关系，在图中（a）表示随着时间一起变化的指令值，（b）表示与该速度指令值相对应地进行变化的滞后时间Td。如图4所示，速度指令值为低速时滞后时间Td大，而随着速度指令值成为高速而滞后时间Td变小。

在该滞后时间发生器37中相位被延迟一滞后时间Td的零点信号被送到PLL振荡器31，以该零点信号为基准通过PLL振荡器被分解为三相，送到正弦波发生器32，正弦波发生器32输出正弦波。该正弦波在电压控制装置33中与比较器36送来的电压差进行比较，从而成为电流指令，在比较器34中再和变流器23输出的实际的电流进行比较，并将两者之差值送到正弦波控制装置35。即如通过滞后时间发生器37使通过零相位检测器30所检出的零点延迟滞后时间Td，就能使电流指令的相位比电源电压e的相位延迟滞后时间Td。因而能使变换器26的输入电压降低，并能进行PAM控制。

又在上述实施例中是就滞后功率因数的场合进行说明的，但即使就超前功率因数的场合而言也能起到同样的作用。

如上所述，本发明在控制感应电动机的旋转速度的VVVF装置中具有下列的效果，即通过使由晶体管等自熄灭元件所构成的变换器的输入电流的功率因数成为超前功率因数或滞后功率因数，能使变换器的输入电压降低，因此能进行PAM控制，故能以简单的结构防止从感应电动机发生高次谐波，同时可使噪声降低。

图1为表示本发明的实施例的控制方块图;

图2（a）、（b）、（c）、（d）分别表示上述实施例的原理的矢量图;

图3为上述实施例的零相位检测器和滞后时间发生器的输出波形图;

图4为表示速度指令值和滞后时间Td的关系的特性图;

图5～图8分别表示已有的例子，其中图5为已有的电梯的感应电动机的控制装置的构成图，图6（a）、（b）、（c）、（d）为表示在图5中所示的晶体管逆变器的PWM控制的波形图，图7为其他的已有例的控制装置的构成图，图8为在图7中所示的控制装置的控制方块图。

2，26……变换器，6……电容器，

7……晶体管逆变器，8……感应电动机，

22……控制用电子计算机，23……变流器，

25……交流电抗线圈，28……电压指令器，

29……变压器，30……零相位检测器;

31……PLL振荡器，32……正弦波发生器;

33……电压控制装置，34，36……比较器，

35……正弦波控制装置，37……滞后时间发生器，

38……速度指令器。

又，各图中同一符号表示同一个部分或相当的部分。

Claims (1)

1、一种感应电动机的控制装置，其特征在于：在使用由晶体管等自熄灭元件所构成的正弦波输入的变换器对感应电动机的旋转速度进行控制的可变电压-可变频率控制装置中，设有使上述变换器的输入电流的功率因数可变并改变变换器的直流输出电压的功率因数控制手段，从而进行脉冲振幅调制控制。

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