TWI423578B - Converter device and its output voltage detection method - Google Patents

Converter device and its output voltage detection method Download PDF

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TWI423578B
TWI423578B TW097124716A TW97124716A TWI423578B TW I423578 B TWI423578 B TW I423578B TW 097124716 A TW097124716 A TW 097124716A TW 97124716 A TW97124716 A TW 97124716A TW I423578 B TWI423578 B TW I423578B
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Yaskawa Denki Seisakusho Kk
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Description

換流器裝置及其輸出電壓檢測方法
本發明係關於高速地檢測換流器輸出電壓，且檢測電動機殘留電壓或相位之換流器裝置及其輸出電壓檢測方法。
第1之先前技術，為「關於換流器中之電壓檢測電路」者，目的在於「提供以直流輸入電壓的約1/2，不受到雜訊的影響而高速地檢測換流器輸出電壓，能使感應電動機的旋轉不均消失之換流器中的電壓檢測電路」者(例如，參照專利文獻1)。
另外，第2先前技術，為「關於可變速驅動感應電動機之電力轉換裝置」者，係「以獲得能檢測驅動控制對象之感應電動機的旋轉數之小型、低成本的電力轉換裝置為目的」者(例如，參照專利文獻2)。
第1先前技術，係「藉由將換流器的直流電壓Vdc予以1/2分壓之分壓電路RV 、RX ；及反向並聯於檢測電源(驅動電源)E1 ＋E2 ，輸入換流器的輸出電壓VA 與分壓電壓VB 之二極體橋DUA1 、DXA1 、DUA2 、DXA2 ：及比較輸出電壓VA 與分壓電壓VB 之比較器CP；及介由電阻R4 而連接於電源E1 ＋E2 ，介由比較器CP而被導通、關閉控制之光耦合器所構成」(未圖示出)，「換流器主電路的上臂及下臂的開關元件之ON、OFF」，即將換流器輸出電壓 「以直流輸入電壓的約1/2來高速地檢測」。
另一方面，第2先前技術，為「電壓極性檢測電路5a係由：分壓電阻9、及與分壓電阻9串聯連接的電阻10、及檢測電阻10的兩端電壓之極性的極性判別用比較器11a所構成」(未圖示出)，係「基於瞬間停電等，感應電動機處於自由運轉狀態時，將發生於感應電動機1次側之殘留電壓」「藉由使任意的半導體開關元件1元件導通，使自由運轉狀態之感應電動機的線間之電位對於直流電壓部得以確定，藉由直流電壓部與電動機配線之間的電壓極性檢測電路，可以檢測殘留電壓極性」。
如此，於第1或第2先前技術中，係藉由：作為相應檢測訊號的響應性之電路構成，即以要求高速檢測之換流器輸出電壓檢測為主要目的者，以及以不需要比較高速地檢測之殘留電壓或相位檢測為主要目的者而分開的電路構成，來檢測換流器輸出電壓或殘留電壓或相位。
專利文獻1：日本專利特開平6－121544號公報(第3頁第1圖)專利文獻2：日本專利特開2006－296008號公報(第3頁第1圖)
於第1或第2之先前技術中，由於各係檢測不同目的的電壓之專用的電路構成，存在有：無法高速地檢測兩電 壓，即換流器輸出電壓，且能檢測電動機殘留電壓或相位之問題。
具體而言，於第1先前技術中，為了獲得高速且高電壓檢測精度，需要能夠追隨換流器部的開關變化之高速的脈衝檢測電路(1us以下)，一般為基納二極體或使用二極體之可以捕捉電流變化的位準偏移器電路構成。但是，於位準位移電路構成中，存在有無法檢測由電動機所產生的電動機殘留電壓或相位之問題。
另一方面，於第2先前技術中，為了檢測電動機殘留電壓或相位，於構成藉由電阻分壓比之類比位準的檢測電路之情形時，如無法使分壓電阻的消耗電力變大，無法進行高速之脈衝檢測，如想要進行高速的脈衝檢測，也有電路面積變大的問題。
本發明係有鑑於此種問題點而完成者，目的在於提供：以可以高速地脈衝檢測換流器部的開關變化，且可以檢測電動機殘留電壓或相位之高速脈衝檢測與殘留電壓或相位檢測之檢測部為共通電路而具備，使電路構成簡化，且可以謀求低成本化、裝置的小型化之換流器裝置，及其輸出電壓檢測方法。
為了解決前述課題，本發明係如下述般地構成。
申請專利範圍第1項所記載之發明，係具備：將直流電供給至換流器部的直流電源部、及藉由半導體開關元件 及被並聯連接於前述半導體開關元件之回流二極體所構成，將前述直流電轉換為交流電之換流器部、及連接於前述換流器部與驅動控制對象之電動機之間，來檢測前述換流器部的相電壓之電壓檢測部的換流器裝置，其特徵為：具備換流器輸出電壓檢測電路，該電路係藉由：前述電壓檢測部；及依據前述電壓檢測部的輸出之1相份的相電壓檢測值與第1基準電壓值的比較，來檢測高速脈衝之電路；及依據前述電壓檢測部的輸出之2相份的相電壓檢測值，來檢測線間殘留電壓或前述電動機的感應電壓之電路；及依據前述線間殘留電壓與第2基準電壓值的比較，來檢測線間相位或前述電動機的感應電壓的電路所構成。
另外，申請專利範圍第2項所記載之發明，係如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述換流器輸出電壓檢測電路，係依據前述相電壓檢測值，將前述高速脈衝及前述線間殘留電壓以及前述線間相位整批地予以檢測出。
另外，申請專利範圍第3項所記載之發明，係如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述電壓檢測部，係藉由：將一端連接於前述換流器部與前述電動機之間，且將另一端連接於第2電阻器之第1電阻器；及將一端連接於前述第1電阻器，且將另一端連接於前述第3電阻器之前述第2電阻器；及將一端連接於前述第2電阻 器，且將另一端連接於前述直流電源部的N線之前述第3電阻器；及將陽極連接於前述換流器部與前述電動機之間，且將陰極連接於前述第1電阻器與前述第2電阻器被連接處之高速二極體所構成。
另外，申請專利範圍第4項所記載之發明，係如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述高速脈衝，係於前述換流器部中之1相份的前述半導體開關元件開、關動作時之上升或下降過渡期所檢測出者。
另外，申請專利範圍第5項所記載之發明，係如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述線間殘留電壓或線間相位，係於前述換流器部中之1相份的前述半導體開關元件開、關動作時之穩定期所檢測出者。
申請專利範圍第6項所記載之發明，係具備：將直流電供給至換流器部的直流電源部、及藉由半導體開關元件及被並聯連接於前述半導體開關元件之回流二極體所構成，將前述直流電轉換為交流電之換流器部、及連接於前述換流器部與驅動控制對象之電動機之間，來檢測前述換流器部的相電壓之電壓檢測部的換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其特徵為：依據前述電壓檢測部的輸出之1相份的相電壓檢測值與前述第1基準電壓值的比較，來檢測高速脈衝；依據前述電壓檢測部的輸出之2相份的相電壓檢測值，來檢測線間殘留電壓；依據前述線間殘留電壓與第2基準電壓值的比較，來檢測線間相位。
另外，申請專利範圍第7項所記載之發明，係如申請 專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，依據前述相電壓檢測值，將前述高速脈衝及前述線間殘留電壓以及前述線間相位整批地予以檢測出。
另外，申請專利範圍第8項所記載之發明，係如申請專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，於前述換流器部中之1相份的前述半導體開關元件開、關動作時之上升或下降過渡期，將前述高速脈衝予以檢測出。
另外，申請專利範圍第9項所記載之發明，係如申請專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，於前述換流器部中之1相份的前述半導體開關元件開、關動作時之穩定期，將前述線間殘留電壓或線間相位予以檢測出。
依據申請專利範圍第1、2、6、7項所記載之發明時，能以簡單的電路構成之共通電路，來高速地脈衝檢測換流器部的開關變化，並且，也可以檢測線間殘留電壓或相位。另外，由於是簡單的電路構成，可以謀求低成本化、裝置的小型化。
另外，依據申請專利範圍第3項所記載之發明時，藉由高速二極體的追加效果，即使分壓電阻器的消耗電力很小，也可以進行高速脈衝檢測及線間殘留電壓或相位檢測，得以謀求電路面積的最小化。
另外，依據申請專利範圍第4、5、8、9項所記載之發明時，於伴隨半導體開關元件的開、關動作之全部的狀況(過渡期、穩定期)，可以進行高速脈衝檢測、或線間殘留電壓或相位檢測。
以下，參照圖面來說明本發明之實施型態。
實施例1
第1圖係本發明之換流器裝置中之主要部分的概略構成圖。圖中，1為直流電源部，2為換流器部，3為電壓檢測部，4為換流器輸出電壓檢測電路，5為以換流器裝置所驅動的電動機。
本發明與先前技術不同的部分，係於連結換流器部2與電動機5之輸出線構成具有電壓檢測部3之換流器輸出電壓檢測電路4，將高速脈衝檢測與殘留電壓或相位檢測當成共同電路構成之部分。
電壓檢測部3係於各相(U、V、W相)與直流電源部1之N線之間具備：被串聯連接的3個分壓電阻(例如，U相為R1、R2、R3)、及與連接於輸出線之分壓電阻(例如U向為R1)並聯而連接於輸出線的高速響應用二極體(例如，U相為D1)。如舉U相為例時，如果監視與分壓電阻R3之連接於直流電源部1的N線之側不同的另一端之電壓，可以檢測換流器輸出電壓。
換流器輸出電壓檢測電路4係於電壓檢測部3之外，還具備：比較基準電壓Vref1(電壓脈衝產生用指令電壓)與U相換流器輸出電壓Vu之比較器U3、及運算U相換流器輸出電壓Vu與V相換流器輸出電壓Vv之差的操作放大器U1、及比較操作放大器U1的輸出與其他的基準電壓Vref2(相位檢測用指令電壓)的比較器U2。
另外，此處雖舉U相為例子，但是V相及W相也相同，具備1個操作放大器與2個比較器。
第2圖係表示第1圖中之電壓檢測部3的動作圖(U相)。換流器裝置驅動電動機5之中，開關元件Q1為ON動作時之上升過渡期，係經由以電流路徑I1為路徑的高速響應用二極體D1的反方向AK間(A為陰極、K為陽極)端子電容器、電阻器R2、R3，可以獲得高速之上升響應的U相換流器輸出電壓Vu。
另外，開關元件Q1為ON動作時之穩定期，係經由以電流路徑I2為路徑的電阻器R1、R2、R3，可以獲得藉由電阻分壓比之U相換流器輸出電壓Vu。
另外，開關元件Q1、Q4為OFF動作時之穩定期，係經由以電流路徑I4為路徑的電阻器R1、R2、R3，可以獲得藉由電阻分壓比之U相換流器輸出電壓Vu。
另外，開關元件Q1為OFF動作，開關元件Q4為ON動作時之下降過渡期，係經由以電流路徑I3為路徑的電阻器R3、R2、二極體D1的順向，可以獲得藉由將電阻器下拉之高速的下降響應之U相換流器輸出電壓Vu。
另外，回流模式之情形時，為了不因基於回流電流過度流通，而導致二極體D1與電阻器R3毀損，以電阻器R2來抑制回流電流。
藉由如此地構成電壓檢測部3，可以獲得過渡期之高速的脈衝響應及藉由穩定期中之電阻分壓比所獲得之U相換流器輸出電壓Vu。
另外，此處雖舉U相為例，但是，V相及W相也相同，可以獲得V相換流器輸出電壓Vv、W相換流器輸出電壓Vw。
如前述般，在換流器裝置驅動電動機5中，於開關元件Q1為ON動作時之上升過渡期、穩定期、開關元件Q1為OFF動作，且開關元件Q4為ON動作時之下降過渡期、開關元件Q1、Q4為OFF動作時之穩定期所分別檢測出的U相換流器輸出電壓Vu，係使用在電壓檢測部3之外所具備的操作放大器U1、比較器U2、U3來檢測殘留電壓Vuv、相位Vphuv、高速脈衝Vpu。
另外，V相及W相也相同，使用未圖示出之操作放大器及比較器，來檢測殘留電壓Vvw、Vwu、相位Vphvw、Vphwu、高速脈衝Vpv、Vpw。
檢測殘留電壓或相位之必要性，如於第2先前技術(參照專利文獻2)也有記載般，係如下述：於將感應電動機予以可變速驅動之電力轉換裝置中，存在有基於瞬間停電等之外部因素，感應電動機成為自由運轉狀態後，於電源恢復時，並非一度停止後再度啟動， 而是檢測自由運轉狀態的感應電動機之旋轉數，於電源恢復後，彙整完再啟動條件後，藉由自動同步旋轉數引入，予以繼續運轉之自動再啟動方法。
此時，檢測感應電動機之殘留電壓，依據該殘留電壓，檢測感應電動機的旋轉數或旋轉方向，來進行自動再啟動，或檢測感應電動機的殘留電壓的相位，依據於自由運轉狀態之期間，使換流器部的上臂或下臂之開關元件同時導通之訊號被關閉時之短路電流的極性反轉之時序，來檢測感應電動機的旋轉數或旋轉方向，以進行自動再啟動。
因此，為了檢測自動再啟動之自由運轉狀態的感應電動機之旋轉數或旋轉方向，所以檢測並不需要進行比較高速的檢測之殘留電壓或相位。
於U、V、W相產生具有120度相位差之換流器輸出電壓(自由運轉狀態時，為感應電壓)，如以操作放大器來對相間之換流器輸出電壓進行差異運算，可以當成相間之殘留電壓予以檢測出。另外，如以比較器來比較操作放大器的輸出(相間之殘留電壓)與基準電壓(相位檢測用指令電壓)，可以檢測相間的相位差之程度。另外，此處之基準電壓(相位檢測用指令電壓)，可以設為將應檢測之相位差予以電壓值換算之事先設定的值。另外，依據所檢測出的殘留電壓或相位，來檢測感應電動機的旋轉數或旋轉方向以進行自動再啟動之方法，如使用藉由先前技術之方法即可。
檢測高速脈衝之必要性，如於第1先前技術(參照專利文獻1)也有記載般，係為了去除感應電動機的旋轉不均。
如以比較器來比較開關元件Q1為ON動作時之上升過渡期之各相的換流器輸出電壓與基準電壓(電壓脈衝產生用指令電壓)，可以容易地進行高速之脈衝檢測。另外，此處的基準電壓(電壓脈衝產生用指令電壓)例如可以為應檢測電壓值之事先設定的值，如以直流輸入電壓的約1/2來高速地檢測開關元件的ON、OFF，將基準電壓(電壓脈衝產生用指令電壓)換算為相當於直流輸入電壓之約1/2的電壓值即可。另外，依據所檢測之高速脈衝，來去除感應電動機的旋轉不均之方法，可以使用藉由先前技術之方法。
產業上之利用可能性
本發明係關於高速地檢測換流器裝置中之換流器輸出電壓，且檢測電動機殘留電壓或相位之換流器裝置及其輸出電壓檢測方法者，但是，伺服控制裝置或機械手臂控制裝置等，換流器部分與電動機之間的輸出構成係屬相同，因此，不限於換流器裝置，也可以適用於伺服控制裝置或機械手臂控制裝置等具有同樣輸出構成之裝置。
1‧‧‧直流電源部
2‧‧‧換流器部
3‧‧‧電壓檢測部
4‧‧‧換流器輸出電壓檢測電路
5‧‧‧電動機
Vpn‧‧‧直流電壓
Vpu‧‧‧高速脈衝
Q1~Q6‧‧‧開關元件(IGBT)
R1~R9‧‧‧分壓電阻器
D1~D3‧‧‧高速響應用二極體
I1~I4‧‧‧電流路徑
U1‧‧‧操作放大器
U2~3‧‧‧比較器
Vref1‧‧‧電壓脈衝產生用指令電壓
Vref2‧‧‧相位檢測用指令電壓
Vu、Vv、Vw‧‧‧相電壓檢測訊號
Vuv‧‧‧殘留電壓檢測訊號(線間電壓)
Vphuv‧‧‧相位檢測訊號
第1圖係本發明之換流器裝置中之主要部分的概略構 成圖。
第2圖係表示第1圖中之電壓檢測部3的動作圖(U相)。
1‧‧‧直流電源部
2‧‧‧換流器部
3‧‧‧電壓檢測部
4‧‧‧換流器輸出電壓檢測電路
5‧‧‧電動機
Vpn‧‧‧直流電壓
Vpu‧‧‧高速脈衝
Q1~Q6‧‧‧開關元件(IGBT)
R1~R9‧‧‧分壓電阻器
D1~D3‧‧‧高速響應用二極體
U1‧‧‧操作放大器
U2~3‧‧‧比較器
Vref1‧‧‧電壓脈衝產生用指令電壓
Vref2‧‧‧相位檢測用指令電壓
Vu、Vv、Vw‧‧‧相電壓檢測訊號
Vuv‧‧‧殘留電壓檢測訊號(線間電壓)
Vphuv‧‧‧相位檢測訊號

Claims (9)

  1. 一種換流器裝置，係具備：將直流電供給至換流器部的直流電源部、及藉由半導體開關元件及被並聯連接於前述半導體開關元件之回流二極體所構成，將前述直流電轉換為交流電之換流器部、及連接於前述換流器部與驅動控制對象之電動機之間，來檢測前述換流器部的相電壓之電壓檢測部的換流器裝置，其特徵為：設有：換流器輸出電壓檢測電路，該換流器輸出電壓檢測電路係將以下組入1個共通的電路內：即使在開關過渡時亦流入檢測電流，依此而在包含開關變化時亦可檢測出上述相電壓的前述電壓檢測部；及依據前述電壓檢測部的輸出之各相的相電壓檢測值與第1基準電壓值的比較，來檢測高速脈衝之電路；及依據前述電壓檢測部的輸出之相電壓檢測值之中的2個相電壓檢測值，來檢測線間殘留電壓或前述電動機的感應電壓之電路；及依據前述線間殘留電壓與前述第2基準電壓值的比較，來檢測線間相位的電路；依此而同時具有高速脈衝機能與殘留電壓檢測機能或相位檢測機能。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述換流器輸出電壓檢測電路，係依據前述相電壓檢測值，將前述高速脈衝及前述線間殘留電壓以及前述線間相位整批地予以檢測出。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述電壓檢測部，係藉由：將一端連接於前述換流器部與 前述電動機之間，且將另一端連接於第2電阻器之第1電阻器；及將一端連接於前述第1電阻器，且將另一端連接於第3電阻器之前述第2電阻器；及將一端連接於前述第2電阻器，且將另一端連接於前述直流電源部的N線之前述第3電阻器；及將陽極連接於前述換流器部與前述電動機之間，且將陰極連接於前述第1電阻器與前述第2電阻器被連接處之高速二極體所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述高速脈衝，係於前述換流器部中之各相的前述半導體開關元件開、關動作時之上升或下降過渡期所檢測出者。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之換流器裝置，其中前述線間殘留電壓或線間相位，係於前述換流器部中之各相的前述半導體開關元件開、關動作時之穩定期所檢測出者。
  6. 一種換流器裝置之輸出電壓檢測方法，係具備：將直流電供給至換流器部的直流電源部、及藉由半導體開關元件及被並聯連接於前述半導體開關元件之回流二極體所構成，將前述直流電轉換為交流電之換流器部、及連接於前述換流器部與驅動控制對象之電動機之間，即使在開關過渡時亦流入檢測電流，依此而包含開關變化時在內亦可檢測出前述換流器部的相電壓之電壓檢測部的換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其特徵為： 依據前述電壓檢測部的輸出之各相的相電壓檢測值與第1基準電壓值的比較，來檢測高速脈衝；依據前述電壓檢測部的輸出之相電壓檢測值之中的2個相電壓檢測值，來檢測線間殘留電壓；依據前述線間殘留電壓與第2基準電壓值的比較，來檢測線間相位；依此而使高速脈衝機能與殘留電壓檢測機能或相位檢測機能藉由1個電路而共通化。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，依據前述相電壓檢測值，將前述高速脈衝及前述線間殘留電壓以及前述線間相位整批地予以檢測出。
  8. 如申請專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，於前述換流器部中之各相的前述半導體開關元件開、關動作時之上升或下降過渡期，將前述高速脈衝予以檢測出。
  9. 如申請專利範圍第6項所記載之換流器裝置之輸出電壓檢測方法，其中，於前述換流器部中之各相的前述半導體開關元件開、關動作時之穩定期，將前述線間殘留電壓或線間相位予以檢測出。
TW097124716A 2007-07-02 2008-07-01 Converter device and its output voltage detection method TWI423578B (zh)

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