專利名稱:變換器裝置的控制方法
本發(fā)明是涉及用于交流電動(dòng)機(jī)的可變速控制等的變換器裝置的控制方法。
以前，對以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的縫紉機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，使其運(yùn)轉(zhuǎn)速度變化時(shí)，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速固定，而改變傳遞回轉(zhuǎn)力的離合器的結(jié)合力以進(jìn)行速度控制。但采用這種方法，對于離合的保養(yǎng)是很費(fèi)工夫的。
因此，對于電動(dòng)機(jī)，特別是交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行可變速控制時(shí)，采用了變換器裝置以進(jìn)行控制。為了對這變換器進(jìn)行控制，一般地有脈幅調(diào)制(PAM)控制及脈寬調(diào)制(PWM)控制的二種控制方法。
作為以PWM控制來對變換器裝置進(jìn)行控制的方法，有如在專利公開公報(bào)昭59-188377號所示，將三角波與能對其最大值及頻率加以控制的正弦波進(jìn)行比較，以產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)控制用的控制脈沖，通過這個(gè)控制脈沖，將額定電壓的直流電源整流，并將此電源供給電動(dòng)機(jī)。根據(jù)這一方法，通過對控制脈沖的幅度及重復(fù)周期加以控制，就能控制供給電動(dòng)機(jī)的電壓的持續(xù)時(shí)間(脈沖寬度的期間)及重復(fù)次數(shù)。如果電壓的持續(xù)時(shí)間長，就等價(jià)地供給了高電壓，于是就控制了運(yùn)行電壓。而重復(fù)次數(shù)多，就成為供給了高頻電壓，于是就控制了運(yùn)行頻率。如圖1所示，直至額定頻率，進(jìn)行著運(yùn)行電壓v與運(yùn)行頻率f的比v/f為一定的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，而在額定頻率以上的領(lǐng)域就把運(yùn)行電壓固定，作恒功率運(yùn)行。
可是，通過PWM控制而被控制的變換器以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情形，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，即在低速運(yùn)行時(shí)，對電動(dòng)機(jī)的附加電壓，成為將交流輸入電壓整流后的電壓值，由于附加電壓高于額定值，因電動(dòng)機(jī)的漏電流而產(chǎn)生的電磁噪音增大。
另外，在以PAM控制對變換器進(jìn)行控制的情形，被加于電動(dòng)機(jī)的電壓的相電壓波形如圖2所示。圖2所示的波形，稱為6步波形，由于此為方形波，故含有很多低次的高次諧波成分(3次、5次等)。因此，電動(dòng)機(jī)除了以基本波成分回轉(zhuǎn)以外，也答應(yīng)于低次的高次諧波成分而回轉(zhuǎn)，所以在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。因而也產(chǎn)了機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)。
因此，即使在以PAM控制或PWM控制來控制變換器裝置的任何一種情形，電動(dòng)機(jī)也會(huì)發(fā)生不愉快的噪音和振動(dòng)，特別是以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)縫紉機(jī)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)安裝在紉機(jī)臺(tái)的下面，對作業(yè)者更造成不愉快的感覺。
本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，提供一種減輕機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)噪音的變換器裝置的控制方法。
為了解決上述問題，本發(fā)明的方法，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，即在電動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)行時(shí)，將變換器裝置的控制做成同時(shí)并用PAM控制與PWM控制，在電動(dòng)機(jī)的低速運(yùn)行時(shí)，將加到電動(dòng)機(jī)的電壓控制為低壓，同時(shí)將加到電動(dòng)機(jī)的附加電壓控制為正弦波，以減低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、并減輕機(jī)械系統(tǒng)，即電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)及噪音。
圖3是本發(fā)明的方法的一實(shí)施例的說明圖。圖中，1是動(dòng)力用三相電源，2a～2n是二極管，3a～3g是晶體管，4是線圈、5a、5b是電容器，6a、6b是電阻，7是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(IM)。11是施密特電路，12是差動(dòng)放大器，13a～13c是反相器，14a～14c是比較器，15是三角波發(fā)生器，16a～16c是乘法器，17是三相正弦波發(fā)生器，18是電壓頻率變換器，20是控制部?？刂撇?0從端子20a輸出控制晶體管3a的輸出電壓的信號，即直流電壓指令Vdc，從端子20b輸出控制14a～14c的輸出的控制脈沖的脈沖寬度的信號，即PWM電壓指令，從端子20c輸出控制比較器14a～14c所輸出的控制脈沖的重復(fù)周期的信號。
控制部20輸出電動(dòng)機(jī)7的運(yùn)行電壓指令及運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)指令以驅(qū)動(dòng)變換器裝置，將v/f固定，以及進(jìn)行加減速控制，由微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。還有，電壓頻率變換器18發(fā)出對應(yīng)于輸入電壓的頻率輸出，一般稱為V/F變換器。三相正弦波發(fā)生器17產(chǎn)生對應(yīng)于變換器18的輸出頻率的頻率的三相的正弦波。
這樣構(gòu)成的裝置，其工作過程如下。由控制部20的端子20a輸出的指令信號Vdc經(jīng)過差動(dòng)放大器12及施密特電路11而被輸出，并供給到斷路器用的晶體管3a，于是，那個(gè)晶體管3a就導(dǎo)通，通過線圈4而對電容器5b充電。由于被充電后的電壓被加到差動(dòng)放大器12上，所以電容器5b的端子電壓Vc是由端子20a所輸出的信號Vdc所決定。
由控制部20的端子20c所輸出的頻率指令信號F通過電壓頻率變換器18而被供給到三相正弦波發(fā)生器17，所以三相正弦波發(fā)生器17就輸出對應(yīng)于頻率指令信號F的頻率控制用三相信號。這個(gè)控制用三相信號在乘法器16a～16c與發(fā)自控制部20的端子20b的輸出電壓指令V相乘，所以乘法器16a～16c所輸出的控制用三相信號的振幅由輸出電壓指令V所控制。
由乘法器16a～16c所輸出的控制用三相信號，以及由三角波發(fā)生器15所輸出的三角波被供給到比較器14a～14c。這時(shí)，如圖4(a)所示，當(dāng)控制用三相信號的最大值小于三角波的最大值時(shí)，脈沖寬度與控制用三相信號的振幅成正比地確定，這個(gè)脈沖，如圖4(b)所示，作為控制用脈沖而被輸出。這個(gè)控制用脈沖的每一周期的平均值，如圖4(b)的點(diǎn)劃線所示，與圖4(a)所示的控制用三相信號一樣，以同樣的周期變化。因此，圖4(b)所示的控制用脈沖的基本波成分與控制用三相信號的振幅及頻率相同，不含有低次的高次諧波成分。于是，如果控制用三相信號的振幅及頻率發(fā)生變化，脈沖寬度及重復(fù)周期也與此成比例地發(fā)生變化。
在控制用三相信號的振幅增大的情形，如圖5(a)所示，當(dāng)其最大值超過三角波信號的最大值時(shí)，就輸出如圖5(b)所示的控制用脈沖。這個(gè)控制用脈沖變成與控制用三相信號的振幅變化不是完全成比例的信號，在圖5(b)的脈沖波形中，雖然含有低次的高次諧波成分，但可以將控制用三相信號的基本波振幅增大到大于圖4(b)的基本波振幅。控制用三相信號的振幅繼續(xù)增大時(shí)，如圖6所示，控制脈沖，其三相控制用信號的變化信息只含有頻率變化。
根據(jù)由比較器14a～14c所輸出的控制脈沖，晶體管3b～3g被控制開關(guān)，只有在晶體管的通導(dǎo)期間，從電容器5b來的驅(qū)動(dòng)電流才通過通導(dǎo)的晶體管供給到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7，于是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7便回轉(zhuǎn)起來。這時(shí)，如前所述，只需控制輸出電壓指令，控制用三相信號的最大值就可被控制，使它如圖4至圖6所示地進(jìn)行變化。一控制了頻率指令信號F，控制用三相信號的頻率就可被控制。于是，這個(gè)信息被包含在由比較器14a～14c所輸出的控制脈沖之中，通過這個(gè)控制脈沖，對供到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7的電流進(jìn)行控制，所以被供給到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7的電源就可以通過電壓指令V及頻率指令F，其線間電壓及線間電壓的頻率，即運(yùn)行電壓及運(yùn)行頻率就可被控制。
通常，改變運(yùn)行電壓及運(yùn)行頻率以進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖1所示，在額定頻率f3的范圍內(nèi)，將運(yùn)行電壓V與運(yùn)行頻率f的比固定，進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，而在額定頻率以上時(shí)，將運(yùn)行電壓固定，進(jìn)行恒功率驅(qū)動(dòng)。在恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)中，控制輸出電壓指令V和頻率指令F，當(dāng)輸出電壓指令V的電平增高時(shí)，由比較器14a～14c所輸出的控制脈沖，如圖5及圖6(在運(yùn)行頻率高于f3時(shí)，就變?yōu)閳D6的控制)所示，發(fā)生電壓飽和，表示出低次的頻率成分。由此而引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)。由于這種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)在運(yùn)行頻率越小，則其影響就越大，所以，在低速運(yùn)行時(shí)，最好不發(fā)生電壓飽和。
因此，如圖7所示，運(yùn)行頻率小于f2時(shí)，通過控制部20的端子20a所輸出的信號Vdc，將對電容器5b充電的充電電壓設(shè)定為充分地低于最大電壓Vc的一定的電壓VDCS。然后控制電壓指令V與頻率指令F，如圖1的范圍A所示，使v/f為一定，以進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。其結(jié)果，在低于圖7的頻率f1時(shí)，附加電壓變低，并且進(jìn)行圖4所示的動(dòng)作，所以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變得非常小。
其次，在圖7的頻率f1至f2之間，雖然因進(jìn)行圖5所示的動(dòng)作而使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加，但因?yàn)閷⒓拥诫妱?dòng)機(jī)的附加電壓設(shè)定為小于Vc的VDCS，這比原來的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小很多，噪音幾乎不用擔(dān)心。當(dāng)運(yùn)行頻率超過f2時(shí)，由于進(jìn)行圖6所示的動(dòng)作，以輸出電壓指令V就不能控制運(yùn)行電壓了。因此，控制直流電壓指令Vdc，通過逐漸增加對電容器5b充電的充電電壓，以控制運(yùn)行電壓，直至頻率f3，使運(yùn)行電壓v與運(yùn)行頻率f的比v/f為一定地進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。其后，當(dāng)運(yùn)行頻率達(dá)到額定頻率f3之后，運(yùn)行電壓設(shè)定為一定的額定電壓Vc，進(jìn)行恒功率運(yùn)轉(zhuǎn)。頻率在大于f2時(shí)，以圖6所示的波形進(jìn)行動(dòng)作，雖然低次的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，但在多數(shù)的情形，如頻率在30Hz以上的話，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對于機(jī)械系統(tǒng)的影響是很小的，所以振動(dòng)，噪音大致上不成間題。
即，在這實(shí)施例的方法中，當(dāng)運(yùn)行頻率小于圖7所示的f2時(shí)，將變換器裝置作成可以同時(shí)并用PAM控制和PWM控制，將加于電動(dòng)機(jī)的附加電壓保持在低的所定值以進(jìn)行PWM控制，當(dāng)超過f2時(shí)，則使加于電動(dòng)機(jī)的電壓增加。
還有，頻率f1和頻率f2從f1開始電壓飽和，從f1開始完全地向6步電壓波形移動(dòng)，但如果f1為一定，則f2進(jìn)行v/f為一定的控制，也就唯一地確定。這些f1、f2被選定為使機(jī)械系統(tǒng)免受共振。
斷路器用的晶體管3a通過信號Vdc，使進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)次數(shù)n變化，如圖8所示，運(yùn)行頻率直至f1之前表現(xiàn)出高值，在頻率f1至頻率f2之間，開關(guān)次急劇地減少，這以后成為方形電壓波形，與運(yùn)行頻率相同。
使機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生噪音的主要原因，除了上述的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)之外，也有由于控制脈沖的上升、下降而引起的電動(dòng)機(jī)的漏電流所造成的電磁噪音。不過，這個(gè)噪音也可以通過在起動(dòng)時(shí)，將附加電壓降低而大大地減少。
再者，雖然上述的實(shí)施例使用了斷路器晶體管，但也可以用可控硅變換器。
如上所述，本發(fā)明由于降低了起動(dòng)時(shí)的附加電壓，從而使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及漏電流變少，同時(shí)也具有減少機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)的效果。
圖1是表示變換裝置的運(yùn)行特性的圖象，圖2是表示對變換器裝置進(jìn)行PAM控制時(shí)的6步波形的波形圖，圖3是說明本發(fā)明的方法的一實(shí)施例的電路圖，圖4～圖6是各部的波形圖，圖7是表示本發(fā)明的方法的一實(shí)施例的運(yùn)行特性的圖象，圖8是表示整流特性的圖象。
權(quán)利要求
1.一種將所供給的直流電壓整流以控制運(yùn)行電壓及運(yùn)行頻率的變換器裝置的控制方法，其特征在于在運(yùn)行頻率到達(dá)所定的值之前，降低直流電壓，在運(yùn)行頻率超過所定的值之后，隨著運(yùn)行頻率的上升而使直流電壓上升。
2.權(quán)利要求
1的變換器裝置的控制方法，其特征在于所說的直流電壓是將交流電源的交流電壓通過整流機(jī)構(gòu)加以整流后而積蓄在電容器中的。
3.權(quán)利要求
2的變換器裝置的控制方法，其特征是所說的整流機(jī)構(gòu)是按照運(yùn)行頻率而受控制的。
4.權(quán)利要求
3的變換器裝置的控制方法，其特征是所說整流機(jī)構(gòu)增加了起動(dòng)時(shí)的開關(guān)次數(shù)。
5.權(quán)利要求
1的變換器裝置的控制方法，其特征是所說直流電壓的整流是通過變換器部分而進(jìn)行的。
6.權(quán)利要求
5的變換器裝置的控制方法，其特征是所說變換器部分是由PWM控制法所控制的。
7.權(quán)利要求
6的變換器裝置的控制方法，其特征是所說變換器部分是由晶體管變換器構(gòu)成的。
8.權(quán)利要求
7的變換器裝置的控制方法，其特征是構(gòu)成所說晶體管變換器的各個(gè)晶體管分別具有反并聯(lián)地被連接的二極管。
9.權(quán)利要求
1的變換器裝置的控制方法，其特征是所說變換器裝置在到達(dá)額定頻率之前是同時(shí)并用PWM控制和PAM控制的。
10.權(quán)利要求
1的變換器裝置的控制方法，其特征是所說運(yùn)行頻率在到達(dá)所定的值之前，將直流電壓保持在低的所定值，而在運(yùn)行頻率超過了所定值及到達(dá)額定頻率之前，隨著運(yùn)行頻率的上升使上述直流電壓上升，在運(yùn)行頻率超過了額定頻率之后，將上述直流電壓保持在高的所定值。
11.權(quán)利要求
10的變換器裝置的控制方法，其特征是所說運(yùn)行頻率在到達(dá)額定頻率之前是作恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)的。
12.權(quán)利要求
10的變換器裝置的控制方法，其特征是所說直流電壓的上升是隨著運(yùn)行頻率的上升而上升的，并在運(yùn)行電壓完全飽和時(shí)開始上升。
13.權(quán)利要求
1的變換器裝置的控制方法，其特征是所說變換器裝置是控制交流電動(dòng)機(jī)的。
14.權(quán)利要求
13的變換器裝置的控制方法，其特征是所說交流電動(dòng)機(jī)是用來驅(qū)動(dòng)縫紉機(jī)的。
15.一種將由交流電源供給的交流電壓經(jīng)整流后的直流電壓通過整流機(jī)構(gòu)而供給電容器，將被積蓄于上述電容器的直流電壓通過變換器部分而變換成交流電壓以控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變換器裝置的控制方法，其特征在于使控制上述變換器部分的控制電壓及控制頻率發(fā)生變化以控制上述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓及運(yùn)行頻率，同時(shí)，在上述運(yùn)行頻率達(dá)到所定值之前，降低上述電容器的直流電壓，在上述運(yùn)行頻率超過上述所定值之后，隨著上述運(yùn)行頻率的上升，使上述電容器的直流電壓增加。
專利摘要
本發(fā)明涉及將交流電壓經(jīng)整流后而獲得的直流電壓供給電容器，將被積蓄于該電容器的直流電壓通過變換器部分變換為交流電壓以控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變換器裝置的控制方法。使控制變換器的控制電壓及控制頻率發(fā)生變化從而控制交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓及運(yùn)行頻率。在上述運(yùn)行頻率達(dá)到所定值之前，降低上述電容器的直流電壓；在上述運(yùn)行頻率超過所定值之后，隨著上述運(yùn)行頻率的上升，使上述電容器的直流電壓增加。
文檔編號H02P27/04GK87100351SQ87100351
公開日1987年9月30日 申請日期1987年1月16日
發(fā)明者中村隆, 山內(nèi)聰見, 熊谷博, 大上正勝 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan