TWI505624B - 電動機驅動用電源裝置 - Google Patents

Description

電動機驅動用電源裝置

本發明係關於具備使電動機所發電之再生電力返回電源之再生功能的電動機驅動用電源裝置。

圖5係揭示具備先前之再生功能的電動機驅動用電源裝置的構造之一例，圖6係揭示圖5所示之先前之電動機驅動裝置用電源裝置之各部的動作波形的時序圖。在先前的電源裝置中，對於依三相交流電源之電壓相位的120度之每個區間來構成轉換器之被橋接的電晶體進行切換，使電動機的再生電力返回電源。在三相交流電源與電動機控制裝置之間配置電動機驅動用電源裝置，由AC電抗器ACL與6個電晶體、6個二極體，然後，檢測三相交流電源之相位的相位檢測電路與驅動6個電晶體的閘極訊號作成電路構成電源裝置。電動機進行動力運轉時，6個電晶體的閘極則成為截止狀態。此時，從三相交流電源輸入之三相交流電流係經由被並聯連接於6個電晶體之6個二極體，進行三相全波整流，直流電流被供給至電動機控制裝置。電動機控制裝置係包含在動力運轉時將直流電流轉換為交流電流，在再生時則將以電動機M發電之交流電流，逆轉換為直流電流的反相器電路。在再生時，如電力從電動機M返回，電動機控制裝置之直流部的電壓上升的話，以利用相位檢測電路檢測出之三相交流電源的相位為基準，如圖6所示，使6個電晶體的閘極依序導通，並使電流流動於三相交流電源的各相，而使直流部的電力返回三相交流電源。分別使6個電晶體導通的區間，關於上側的相(再生電力成為正的相)係各相的電源電壓高於其他相的電源電壓之120度的區間，關於下側的相(再生電力成為負的相)係各相的電源電壓低於其他相的電源電壓之120度的區間。在此先前之電源裝置中，在來自電動機M的瞬間再生電力較大，驅動用電源裝置的電容較小時，無法充分再生。在此，於日本特開昭62-26192號公報(專利文獻1)如圖7所示，提案有併用阻抗再生之再生電力控制裝置20。在圖7所示之裝置20中，對於電源再生電路(9)並聯設置阻抗再生電路(13，14)。然後，電動機減速時，反相器4的直流電壓是所定值以下時，使電源再生電路動作而進行交流電源的電源再生。反相器4的直流電壓是所定值以上時，則使電源再生電路與阻抗再生電路雙方動作，以電源再生與阻抗再生雙方來吸收再生電力。

又，於日本特開平6-62584號公報(專利文獻2)係揭示有目的為抑制再生為電源之電流的歪曲，具備時序調整手段的電源裝置。於圖8揭示此公知的電源裝置之動作波形的時序圖。在此公知的電源裝置中，變更使電晶體成為導通的區間(參照閘極訊號)。如圖8所示，在此公知的電源裝置中，時序調整手段係針對對於使再生電流流動於相較三相的電源電壓中其他相而成為最大電位及最小電位的相之電晶體的驅動訊號，從該當相的電位成為前述最大電位之前的時間起，便開始使再生電流流動於該當相之電晶體的驅動訊號之輸出。然後，時序調整手段係經過該當相的電位表示三相中最大電位的期間，成為與另一相的電位相同電位而之後不表示最大的時間為止，輸出驅動訊號。又，時序調整手段係從該當相的電位成為前述最小電位之前的時間起，便開始該當相之再生訊號的輸出，經過該當相的電位表示三相中最小電位的期間，成為與另一相的電位相同電位而不表示最小的時間為止，輸出驅動訊號。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開昭62-26192號公報

[專利文獻2]日本特開平6-62584號公報

在先前之併用電源再生與阻抗再生的電動機驅動用電源裝置中，未超過電源再生的容許電力時也併用阻抗再生。為此，並無法有效利用為了省能源而設置之電源再生。此因電源再生時流動於電源之電流會受到電源阻抗的影響，故在反相器的直流電壓成為所定值時，也不一定達到電源再生的容許電力。又，使電動機急遽減速時，陡峭的再生電力會返回。在此種狀況中，提前使阻抗再生動作而吸收再生電力為佳。在此種狀況中，再生電力的吸收太慢的話，也可想定反相器直流電壓會上升，而再生為電源之電流過度增大，依據狀況會發出表示過電流產生之警報。但是，如圖8所示，在先前的電源再生之電流的歪曲之抑制控制中，120度通電區間之兩個電流的山形波形成為幾近相同的最大值。為此，在120度通電區間之兩個電流之山形波形超過臨限值之狀況中實施阻抗再生時，無法使電源裝置進行高速的阻抗再生動作。

本發明的目的係有鑑於此點所發明者，提供最大限度使用電源再生的容許電力，並且某種程度抑制再生為電源之電流的歪曲，並且阻抗再生迅速動作而不易成過電流的電動機驅動用電源裝置。

本發明的電動機驅動用電源裝置係具備電源再生電路、再生阻抗電路、導通訊號產生電路、檢測出被輸入至電源再生電路之多相交流電壓的相位之相位檢測器及檢測出多相交流電流的電流檢測器。電源再生電路，係具備將來自多相交流電源的多相交流電流轉換為直流電流的轉換器功能、對電動機控制裝置供給直流電力的整流功能及將從電動機控制裝置側再生之再生電力，使具備被橋接之複數交換元件的轉換器電路動作而再生為前述多相交流電源的再生功能。再生阻抗電路，係以由再生阻抗與交換電路的串聯電路所成，設置於電源再生電路的直流輸出端子間，藉由使交換電路成為導通狀態，以再生阻抗來消耗再生電力之方式構成。導通訊號產生電路，係在再生時，產生用以使複數交換元件導通的第1導通訊號，與用以使交換電路成為導通狀態的第2導通訊號。

在本發明中，在再生時，依據相位檢測器的輸出，將多相交流電源的多相交流電壓中一相之電壓大於其他相之電壓的期間及該一相之電壓小於其他相之電壓的期間，界定為於該一相中再生再生電力時成為導通狀態之交換元件的基本期間。然後，尤其，導通訊號產生電路係以對應基本期間而產生之一相的電流之初始電流波形的峰值高於之後產生之電流波形的峰值之方式，產生將半導體交換元件的導通期間設為從基本期間開始之前到基本期間結束之前為止的第1導通訊號。又，導通訊號產生電路係在多相交流電流中最大相的交流電流成為交換元件的容許電流值以上之預先訂定之基準電流以上的期間，產生使再生阻抗電路的交換電路成為導通狀態的第2導通訊號。

依據本發明，導通訊號產生電路為了電源再生而產生將半導體交換元件的導通期間設為從基本期間開始之前到基本期間結束之前為止的第1導通訊號時，對應基本期間而產生之一相的電流之初始電流波形的峰值會高於之後產生之電流波形的峰值。如此一來，再生為電源之電流的歪曲雖然會稍微增加，但是，相較於通常120度的通電控制的話，可抑制再生為電源之電流的歪曲。此外，在最大相的交流電流成為交換元件的容許電流值以上之預先訂定之基準電流以上的期間，產生使再生阻抗電路的交換電路成為導通狀態的第2導通訊號時，可使阻抗再生提前動作，可利用阻抗再生吸收超過電源再生的再生電力。藉此，可最大限度利用電源再生的容許電力。結果，依據本發明，不會有主電路的直流電壓變高，電源電流增大之狀況。

再者，多相交流電源係一般來說是三相交流電源。此時，電源再生電路，係具備由被橋接之6個半導體交換元件所成的轉換器電路與被橋接之半導體整流元件。又，導通訊號產生電路，係在再生時，依據相位檢測器的輸出，將三相交流電源的三相交流電壓中一相之電壓大於其他兩相之電壓的期間及該一相之電壓小於其他兩相之電壓的期間，界定為於該一相中再生再生電力時成為導通狀態之兩個前述交換元件的基本期間時，以對應基本期間而產生之一相之電流的初始電流波形之峰值高於之後產生的電流波形之峰值之方式，產生將兩個半導體交換元件的導通期間設為從基本期間開始之前到基本期間結束之前為止的前述第1導通訊號。

再者，前述基本期間係在電角度上大於120度為佳。如此一來，相較於通常120度的通電控制的話，可抑制再生為電源之電流的歪曲。

又，基準電流，係被訂定為藉由再生電流而防止半導體交換元件損壞之值為佳。如此一來，可確實保護半導體交換元件。

以下，參照圖面，詳細說明本發明的實施形態之一例。圖1係揭示本發明之電動機驅動用電源裝置的實施形態之一例的概略構造圖。於三相交流電源AC連接有AC電抗器ACL，於其輸出橋接作為6個半導體交換元件的電晶體Tr1～Tr6而構成轉換器電路CV。然後，於6個電晶體Tr1～Tr6分別並聯連接6個二極體D1～D6。6個二極體D1～D6係構成被橋接之三相整流電路。藉由被橋接之電晶體Tr1～Tr6與二極體D1～D6，構成電源再生電路PR。

在轉換器電路CV的直流輸出端子之間，並聯連接有構成再生阻抗R和交換電路之電晶體Tr7與二極體D7的並聯電路之串聯電路。此串聯電路構成阻抗再生電路RR。阻抗再生電路RR係以藉由使電晶體Tr7(交換電路)成為導通狀態，利用再生阻抗R來消耗再生電力之方式構成。

又，在轉換器電路CV的直流輸出端子之間，並聯連接平流電容器C。於平流電容器C的兩端，連接包含反相器電路的電動機控制裝置MC。此反相器電路係將直流轉換為交流，作為電動機電流，對三相交流電動機M提供所定頻率的三相交流電流。反相器電路係在電動機M減速而成為再生狀態時，作為將電動機M發電之交流電流轉換為直流電流的轉換器而動作。

於連接於R相、S相及T相的AC電抗器ACL的輸出側，連接有相位檢測器PD。又，於連接於R相及S相的AC電抗器ACL的輸出側，連接有電流檢測器CD。電流檢測器CD係檢測R相及S相的交流電流，根據該等交流電流，藉由運算來求出T相的交流電流，並加以輸出。

電流檢測器CD與相位檢測器PD的輸出係輸入至導通訊號產生電路SG。導通訊號產生電路SG係在電動機M的動力運轉時及再生時，產生用以使電源再生電路PR中構成轉換器之6個電晶體Tr1～Tr6導通的複數第1導通訊號S[圖3(B)的S1～S6]，與在再生時，產生用以使阻抗再生電路RR中之電晶體Tr7成為導通狀態的第2導通訊號S’。在本實施形態中，在再生時，依據相位檢測器PD的輸出，將從三相交流電源AC輸出之三相交流電壓中一相之電壓大於其他相之電壓的期間及該一相之電壓小於其他相之電壓的期間，界定為於該一相中再生再生電力時成為導通狀態之交換元件的基本期間T。然後，尤其，導通訊號產生電路SG係產生將再生時之電晶體Tr1～Tr6的導通期間CT(導通訊號S1～S6的訊號幅寬(signal width))設為從基本期間T開始之前至基本期間T結束為止之前的第1導通訊號S1～S6。於圖3係針對R相明示基本期間T與導通期間CT。將R相的電壓大於S相及T相的電壓之期間及R相的電壓小於S相及T相的電壓之期間，界定為R相中再生再生電力時成為導通狀態之兩個電晶體Tr1及Tr4的基本期間T。然後，將訂定該等兩個電晶體Tr1及Tr4的導通期間CT之導通訊號S1及S2的上升相(rising phase)rp設為基本期間T開始之前，將導通訊號S1及S2的下降相(falling phase)fp設為基本期間T結束之前為止。針對對應其他相之電晶體的導通期間，也以相同方式訂定。於圖3(B)中，導通訊號S3及S4為用於S相之兩個電晶體Tr2及Tr5的閘極訊號。又，導通訊號S5及S6為用於T相之兩個電晶體Tr3及Tr6的閘極訊號。導通期間CT係以對應基本期間T而產生之一相(例如R相)之電流的初始電流波形[例如圖3(C)的W1]之峰值P1高於之後產生之電流波形[例如圖3(C)的W2]之峰值P2之方式訂定。

導通訊號產生電路SG為了電源再生而產生前述之第1導通訊號S1～S6時，對應基本期間T而產生之一相之電流的初始電流波形W1之峰值P1會高於之後產生之電流波形W2之峰值P2。如此一來，再生為電源AC之電流的歪曲雖然會稍微增加，但是，相較於通常120度的通電控制的話，可抑制再生為電源AC之電流的歪曲。

又，導通訊號產生電路SG係如圖3(C)所示，在三相交流電流中最大相的交流電流成為電晶體Tr1～Tr6(交換元件)的容許電流值以上之預先訂定之基準電流(ri,-ri)以上的期間，產生使再生阻抗電路RR的電晶體Tr7成為導通狀態的第2導通訊號S’[參照圖3(D)]。為了產生第2導通訊號S’，導通訊號產生電路SG係如圖2所示，具備檢測三相交流電流中最大相的交流電流的最大值檢測器MD，與判定最大相的交流電流成為預先訂定之基準電流(ri,-ri)以上之期間的比較器CP。如此，在最大相的交流電流成為電晶體Tr1～Tr6的容許電流值以上之預先訂定之基準電流(ri,-ri)以上的期間，產生使再生阻抗電路RR的電晶體Tr7成為導通狀態的第2導通訊號S’時，相較於先前，可使阻抗再生提前動作，可利用阻抗再生吸收超過電源再生的再生電力。結果，可最大限度利用電源再生的容許電力。

以下，使用圖4，簡單說明圖1之實施形態的動作。圖4係使電動機急遽減速時的動作波形圖。電動機M進行動力運轉時，電晶體Tr1～Tr6的閘極則成為截止狀態。然後，從三相交流電源AC，經由被並聯連接於電晶體Tr1～Tr6的二極體D1～D6，進行三相全波整流，對電動機控制裝置MC供給電力。電動機M成為減速狀態時，則成為再生狀態，再生電力從電動機M返回電源側，電動機控制裝置MC之直流部的電壓會上升[參照圖4(C)]。然後，依據以相位檢測器PD檢測出之三相交流電壓的相位，如圖3(B)，電晶體Tr1～Tr6係在藉由導通訊號S1～S6指定之導通期間，成為導通狀態。結果，再生電流使流動於各相而使直流部的電壓上升之再生電力返回電源AC。如前述般，訂定使電晶體Tr1～Tr6成為導通狀態的導通期間CT的話，一相的電晶體導通之區間相較於先前變得更長，電源再生電流的120度通電區間之兩個電流的山形波形W1及W2中初始波形W1的峰值P1會成為高於之後之波形W2的峰值P2之值。又，如圖3(C)及圖4(B)，3相的電源電流內最大電流成為臨限值以上，亦即，基準電流(ri,-ri)(電晶體的容許電流)以上的期間，輸出第2導通訊號S’。此導通訊號S’使電晶體Tr7成為導通狀態的話，再生電流會流動於再生阻抗R，利用阻抗再生來吸收超過電源再生的再生電力。藉此，可最大限度利用電源再生的容許電力。如圖4(D)所示，複數第2導通訊號S’產生之期間，會周期性執行阻抗再生，流動阻抗再生電流。3相的電源電流中最大電流小於基準電流(ri,-ri)的話，則不會產生第2導通訊號S’。結果，之後，僅產生第1導通訊號S1～S6，僅實施電源再生而電動機速度會降低。

再者，AC電抗器ACL配置於電流檢測電路的連接點後方亦可。又，將相位檢測電路PD配置於ACL之前亦可。

如以上所述，依據本實施形態，於並用阻抗再生與電源再生的電動機驅動用電源裝置中，因為電源再生時使各電晶體Tr1～Tr6導通、截止之時機，相較於通常120度通電控制更提前，故相較於專利文獻2所記載之先前技術，再生為電源之電流的歪曲會稍微增加。但是，相較於通常120度的通電控制的話，可抑制再生為電源之電流的歪曲。又，可提升出現於120度通電區間之兩個電源再生電流之波形的初始波形之峰值，可更早使阻抗再生動作。藉此，不會有主電路之直流電壓上升而電源再生電流增加之狀況。又，因為藉由電源再生時之電源電流的大小，控制阻抗再生，故使用所有電源再生的容許能力後而使阻抗再生動作，可降低再生阻抗電容，而且可增加省能源效果。

[產業上之利用可能性]

依據本發明，因為藉由電源再生時之電源電流的大小，控制阻抗再生，故使用所有電源再生的容許能力後而進行阻抗再生。結果，可降低再生阻抗的電容，而且可增加省能源效果。

Tr1～Tr7．．．電晶體

D1～D7．．．二極體

CV．．．轉換器電路

MC．．．電動機控制裝置

M．．．電動機

AC．．．三相交流電源

CD．．．電流檢測器

PD．．．相位檢測器

SG．．．導通訊號產生電路

PR．．．電源再生電路

RR．．．阻抗再生電路

[圖1]揭示本發明之電動機驅動用電源裝置的實施形態之一例的概略構造圖。

[圖2]揭示產生第2導通訊號之構造的圖。

[圖3](A)至(D)係揭示圖1之實施形態的各部之動作波形的圖。

[圖4](A)至(D)係揭示將電動機急遽減速時之動作波形的圖。

[圖5]揭示先前電動機驅動用電源裝置之構造的圖。

[圖6]圖6之各部的動作波形圖。

[圖7]揭示先前其他電動機驅動用電源裝置之構造的圖。

[圖8]圖7之各部的動作波形圖。

Tr1～Tr7．．．電晶體

D1～D7．．．二極體

CV．．．轉換器電路

MC．．．電動機控制裝置

M．．．電動機

AC．．．三相交流電源

ACL．．．AC電抗器

C．．．平流電容器

CD．．．電流檢測器

PD．．．相位檢測器

SG．．．導通訊號產生電路

PR．．．電源再生電路

R．．．再生阻抗

RR．．．阻抗再生電路

S．．．第1導通訊號

S’．．．第2導通訊號

T．．．基本期間

Claims (4)

1. 一種電動機驅動用電源裝置，其特徵為：具備：電源再生電路，係具備：將來自多相交流電源的多相交流電流轉換為直流電流的轉換器功能、對電動機控制裝置供給直流電力的整流功能；及將從前述電動機控制裝置側再生之再生電力，使具備被橋接之複數交換元件的轉換器電路動作而再生為前述多相交流電源的再生功能；再生阻抗電路，係由再生阻抗與交換電路的串聯電路所成，設置於前述電源再生電路的直流輸出端子間，藉由使前述交換電路成為導通狀態，以前述再生阻抗來消耗再生電力；導通訊號產生電路，係在動力運轉時及再生時，產生用以使前述複數交換元件導通的第1導通訊號，與在前述再生時，產生用以使前述交換電路成為導通狀態的第2導通訊號；相位檢測器，係檢測被輸入至前述電源再生電路之多相交流電壓的相位；及電流檢測器，係檢測前述多相交流電流；前述導通訊號產生電路，係在前述再生時，依據前述相位檢測器的輸出，將前述多相交流電源的多相交流電壓中一相之電壓大於其他相之電壓的期間及該一相之電壓小於其他相之電壓的期間，界定為於該一相中再生再生電力時成為導通狀態之前述交換元件的基本期間時，以對應前述基本期間而產生之前述一相之電流的初始電流波形之峰值高於之後產生的電流波形之峰值之方式，產生將前述半導體交換元件的導通期間設為從前述基本期間開始之前到前述基本期間結束之前為止的前述第1導通訊號，且在前述多相交流電流中最大相的交流電流成為前述交換元件的容許電流值以上之預先訂定之基準電流以上的期間，產生使前述再生阻抗電路的前述交換電路成為導通狀態的第2導通訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之電動機驅動用電源裝置，其中，前述多相交流電源係由三相交流電源所成；前述電源再生電路，係具備由被橋接之6個半導體交換元件所成的前述轉換器電路與被橋接之半導體整流元件；前述導通訊號產生電路，係在前述再生時，依據前述相位檢測器的輸出，將前述三相交流電源的三相交流電壓中一相之電壓大於其他兩相之電壓的期間及該一相之電壓小於其他兩相之電壓的期間，界定為於該一相中再生再生電力時成為導通狀態之兩個前述交換元件的基本期間時，以對應前述基本期間而產生之前述一相之電流的初始電流波形之峰值高於之後產生的電流波形之峰值之方式，產生將前述兩個半導體交換元件的導通期間設為從前述基本期間開始之前到前述基本期間結束之前為止的前述第1導通訊號，且在前述三相交流電流中最大一相的交流電流成為前述交換元件的容許電流值以上之預先訂定之基準電流以上的期間，產生使前述再生阻抗電路的前述交換電路成為導通狀態的前述第2導通訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之電動機驅動用電源裝置，其中，前述基本期間係在電角度上大於120度。
4. 如申請專利範圍第2項所記載之電動機驅動用電源裝置，其中，前述基準電流，係被訂定為藉由再生電流而防止前述半導體交換元件損壞之值。