專利名稱：功率變換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及進行電動機的驅(qū)動控制的電壓型功率變換裝置，涉及 電動機減速時的控制方法。
背景技術：
作為本技術領域的背景技木，有日本特開平7-7981 (專利文獻I)和日本特開平7-267525(專利文獻2)。在該公報中記載了 “通過使在用于驅(qū)動感應電動機的電壓型功率變換裝置的直流中間電路中設置的制動電阻等小容量化或使其消失，來實現(xiàn)所述功率變換裝置的小型廉價化。設置對經(jīng)由逆變器部被電容器吸收的、來自感應電動機的再生功率進行檢測的再生功率檢測器，將該檢測器的檢測信號施加到逆變器控制電路中的函數(shù)發(fā)生器，在所述函數(shù)發(fā)生器中進行運算并生成對通過電壓指令發(fā)生器生成的牽引運行時的逆變器輸出電壓指令值相加的電壓指令補償值，使制動控制時的逆變器輸出電壓指令值的對頻率指令值率比該牽引運行時的值大，使所述電動機成為過勵磁狀態(tài)，通過其內(nèi)部熱損失的増大來實現(xiàn)所述電動機的減速”。此外，還記載了 “在再生模式吋，切換逆變器的輸出電壓穩(wěn)定控制來減少再生功率量，而無需再生功率消耗用電阻或使其小容量化。在CPU對輸出電壓指令進行運算來進行逆變器輸出電壓的穩(wěn)定控制的升降機裝置中，在主電路的直流電壓檢測電路的檢測值高于主電路直流電壓的基準值的情況下，CPU判斷為升降機系統(tǒng)的再生模式，解除輸出電壓的穩(wěn)定化控制，以運算方式對輸出電壓指令進行運算來控制逆變器的輸出電壓。通過該控制，在再生模式時,通過再生功率而使主電路電壓上升時，電動機IM的勵磁電流增加，電動機的功率損耗增加，再生功率量減少，因此能夠無需再生功率消耗用電阻Rl或使其小容量化”。在所述專利文獻I或?qū)＠墨I2中存在如下問題因為進行與所連接的再生制動電阻的容許功率容量無關地提高輸出電壓，増加電動機的消耗功率的動作，所以盡管在再生制動電阻中有余量也沒準備地增加了電動機中的損耗，或者相反使電阻消耗再生制動電阻的容許功率容量以上的功率。專利文獻I日本特開平-7-7981號公報專利文獻2日本特開平-7-267525號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種功率變換裝置，其根據(jù)預先連接的再生制動電阻的容許功率容量值和其電阻值，自動調(diào)整對電動機的輸出電壓或減速時間，能夠有效地使用在再生制動電阻中消耗的功率容量。為了解決上述課題，例如具有再生功率消耗用電路、再生制動電阻、控制部，所述控制部根據(jù)所述再生制動電阻的容許功率容量值和其電阻值，在減速時使所述對電動機的輸出電壓變化。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種逆變器，其根據(jù)再生制動電阻的容許功率容量值和其電阻值來使電動機的輸出電壓變化，由此，在減速時適當?shù)卣{(diào)整在再生制動電阻中消耗的功率。


圖I是實施例I的框圖。圖2是實施例I的流程圖。圖3是實施例I的動作時序圖例。圖4是未實施的情況下的動作時序圖例。圖5是實施例2的流程圖。
圖6是實施例2的動作時序圖例。符號說明I變換器部；2電容器；3逆變器部；4再生制動電阻；5控制電路；6放電電阻開關用晶體管；7直流電壓檢測器；8再生制動驅(qū)動電路；9逆變器部驅(qū)動電路；10設定器；20直流部；fo逆變器輸出頻率；Vpn逆變器直流電壓；Vo逆變器輸出基本波有效值電壓；BR再生制動電阻動作；Pbr再生制動電阻的消耗功率；PI電動機內(nèi)部消耗的功率；LI減速動作停止；Vbr再生制動電路的動作電壓；Vb再生制動電阻的施加電壓；Pr再生制動電阻的容許功率容量
具體實施例方式實施例I圖I是本實施例的結(jié)構圖。通過變換器部I和電容器2對交流電源進行整流，變換為直流電壓。逆變器部3將所述直流電壓變換為所需要的交流電壓，向電動機進行輸出。晶體管6起到用于使再生制動電阻4動作的開關的作用。根據(jù)電動機的減速運行時的再生運行狀態(tài)，在逆變器中再生能量時進行導通動作，通過再生制動電阻4使該再生能量作為熱量來消耗。電壓檢測器7始終監(jiān)視直流部20的電壓，向控制電路5發(fā)送直流電壓信號Vpn。設定器10是進行逆變器的輸出頻率等的各種設定的裝置，向控制電路5發(fā)送各種設定值。在控制電路5中安裝的未圖示的MCU根據(jù)直流電壓信號、設定值等進行再生制動電阻動作或PWM等的各種運算，向再生制動驅(qū)動電路8、逆變器部驅(qū)動電路9發(fā)送動作信號。再生制動驅(qū)動電路8是按照來自控制電路的動作信號驅(qū)動再生制動電阻用晶體管6的電路，逆變器部驅(qū)動電路9是按照來自控制電路的動作信號驅(qū)動逆變器部的電路。圖2是實施例的流程圖。從設定器10輸入運行指令開始運行(SI)。從設定器10取入運行頻率(S2)開始運行。根據(jù)運行頻率對輸出電壓進行運算(S3)。在控制電路5中安裝的MCU按照來自所述設定器10的運行頻率的取入值，進行對輸出運行頻率和所述輸出電壓進行運算輸出的動作。因此，所述MCU正確地識別所述輸出運行頻率是加速狀態(tài)、恒速狀態(tài)還是減速狀態(tài)。當在控制電路5中安裝的MCU判斷出不是減速的情況下，控制電路5根據(jù)運行頻率和輸出電壓進行PWM運算(S13)，通過逆變器部驅(qū)動電路9驅(qū)動逆變器部3，輸出所需要的交流電壓(S14)。
當在控制電路5中安裝的MCU判斷為減速的情況下，控制電路5從電壓檢測器7取入直流電壓Vpn(S5)，與預先設定的再生制動電路的動作電壓Vbr比較(S6)。在控制電路5判斷出Vpn < Vbr的情況下，在控制電路5中安裝的MCU與不是減速運行的情況ー樣地執(zhí)行PWM運算(S13)，然后向電動機輸出所需要的交流電壓(S14)。在控制電路5判斷出Vpn彡Vbr的情況下，向再生制動驅(qū)動電路8發(fā)送動作信號，晶體管6導通(S7)。然后，在控制電路5中安裝的MCU根據(jù)預先設定的連接再生制動電阻4的電阻值R和Vbr，進行在制動電阻中消耗的功率Pbr的運算(S8)。在這種情況下，根據(jù)圖4用下式表示在再生制動電阻4中消耗的功率Pbrl。Pbrl = (Vb2/R)*tl/tdl(I)在此，Vb是再生制動電阻的施加電壓，tl是圖I記載的再生制動驅(qū)動電路8進行動作的時間，tdl是到再生制動驅(qū)動電路8進行下一次動作為止的時間。
在正確地對在所述再生制動電阻4中消耗的功率Pbrl進行運算的情況下，使用從直流電壓Vpn中減去放電電阻開關用晶體管6的電壓降AV而得的值(Vb = Vpn-AV)，成為下式Pbrl ={ (Vpn-AV) 2/R}*tl/tdl(2)但是，一般開關用晶體管6的導通時電壓降AV為IV 3V左右，與直流電壓Vpn(數(shù)百V)相比極小，是可以忽視的值。因此，可以明白在所述再生制動電阻4中消耗的功率Pbrl和Pbrn為下式Pbrl= {(Vpn-Δ V)z/R} * t I/ t d 1
=(Vpn2ZR) * 11/t dl C.-Vpn-ΔV = Vpn)
Pbrn= (Vpn2/R) * t n / t d n (-.- Vpn — Δ V == Vpn) (つ)此外，在電動機停止之前，在所述再生制動電阻4中消耗的全部功率Pbr用下式來表不。
Pbr== (Vpn2ZR) *Σ (tn/tdn)( 4 へ在此，可以每次將在所述再生制動電阻4中消耗的功率作為Pbrn來運算，與容許功率容量Pr進行比較，還可以將在所述再生制動電阻4中消耗的功率作為全部功率Pbr來運算，與容許功率容量Pr進行比較。當然，即使從直流電壓Vpn中減去上述放電電阻開關用晶體管6的電壓降AV來計算在制動電阻中消耗的功率Pbrn或者Pbr，也不會對本發(fā)明的意圖有任何改變。此外，也可以檢測在所述再生制動電阻4中流過的電流的有效值Irms，用下式來求出在再生制動電阻4的制動電阻中消耗的功率Pbr。Pbrl = (Irms2*R) *tl/tdlPbrl = (Irms2*R)* Σ (tn/tdn)(5)可以使用所述直流電壓Vpn，或者使用所述電流的有效值Irms來運算在所述再生制動電阻4中消耗的功率Pbr。并且，所述Σ tdn可以設為通過所述設定器10預先設定的逆變器的減速時間。
本實施例是使用所述電壓Vpn來運算在制動電阻中消耗的功率Pbr的例子，但是并不限定于電壓。然后，比較預先設定的連接再生制動電阻4的容許功率容量Pr與所述Pbr (S9)。當在控制電路5中安裝的MCU判斷出Pr > Pbr的情況下，使相加電壓V+增加(Sll)，當在控制電路5中安裝的MCU判斷出Pr彡Pbr的情況下，使相加電壓V+減少(SlO)。然后對輸出電壓Vo加上相加電壓V+，即執(zhí)行IVo+(V+)}，或者減去相加電壓V+，即執(zhí)行{Vo-(V+)}，執(zhí)行(S13)、(S14)，從逆變器輸出所需要的交流電壓。在此，只要從設定器10將連接再生制動電阻4的容許功率容量Pr預先設定為再生制動電阻4的容許功率值，則自動地控制逆變器的輸出電壓Vo，以使在制動電阻中消耗的功率Pbr在該Pr值以下進行動作。在對輸出電壓Vo加上相加電壓V+的情況下{Vo+(V+)},所述電動機的輸出端子電壓增加相加電壓V+的量，因此，在電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的損耗功率變大。
在此，在對輸出電壓Vo加上相加電壓V+的情況下{Vo+(V+)} (Sll)，所述電動機成為過勵磁狀態(tài)，在電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率(在電動機內(nèi)部發(fā)生的損耗)和在所述再生制動電阻4中消耗的功率兩者都増大。S卩，從來自電動機的再生功率中減去所述電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率而得的功率，成為從電動機端子反饋給逆變器的功率，因此，只要將減去在電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率而得的功率量設為所述再生制動電阻4中的功率消耗即可。S卩，通過根據(jù)在電動機減速時再生制動電阻4的功率容量值和其電阻值，對電動機的輸出電壓Vo加上相加電壓V+，即執(zhí)行{Vo+ (V+)}，能夠使再生制動電阻4的功率容量Pr降低在所述電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率的量。通過該動作，根據(jù)再生制動電阻4的設定容許功率容量自動地調(diào)整輸出電壓，因此在再生制動電阻4的容許功率容量內(nèi)能夠充分有效地使用減速時的再生能量。圖3表不本實施例的動作時序圖例，圖4表不未實施的情況下的動作時序圖例。其是使逆變器的輸出頻率按照加速、恒速、減速的順序運行時的例子。首先，使用圖4的時序圖來說明不使用本實施例的發(fā)明的情況。在tl從設定器10輸入運行指令開始加速，在t2達到目標運行頻率，成為恒速運行狀態(tài)。在t3從設定器10輸入停止的指令，開始減速運行時，電動機成為發(fā)電機動作，通過來自電動機的再生功率，電容器的兩端直流電壓Vpn上升。當Vpn超過預先設定的再生制動電路動作電壓Vbr吋，放電電阻開關用晶體管6工作，通過再生制動電阻4將再生功率作為熱來消耗，由此在抑制Vpn上升的同時進行減速運行。在此，將上述放電電阻開關用晶體管6工作，通過再生制動電阻4將再生功率作為熱來消耗的情形作為再生制動電阻動作，以下表記為BR。電動機的功率與轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的積成比例(P N*T)，因此在減速轉(zhuǎn)矩一定的條件下，具有與頻率成比例的關系。在本控制中進行如下的動作在減速時的電動機內(nèi)部消耗的功率PI與頻率無關，幾乎恒定，因此，在再生制動電阻4中消耗的功率Pbr在頻率高的(轉(zhuǎn)速高)區(qū)域變大，隨著頻率降低而變小。然后說明圖3的本實施例。
當在t3進入減速，BR動作時，在通過再生制動電阻4將再生功率作為熱來消耗之前是與未實施的情況相同的動作，但是在此執(zhí)行流程的S8以后的動作，根據(jù)再生制動電阻的消耗功率Pbr和預先設定的再生制動電阻4的容許功率容量Pr進行輸出電壓的相加。S卩，在所述再生制動電阻4中消耗的功率運算值Pbr與預先在設定器10中設定的再生制動電阻4的容許功率容量Pr比較，當Pr > Pbr時，對輸出電壓Vo加上V+，即執(zhí)行{Vo+ (V+)}，從逆變器輸出所需要的交流電壓。該相加電壓V+相當于在圖3中的時間t3以后的減速期間中對逆變器輸出電壓Vo (虛線部分)上追加的用實線描繪的部分。在本實施例中，隨著減速時的輸出頻率降低，所述相加電壓V+也變小，但是，依存于電動機的容量、負載率、再生制動電阻4的容許功率容量，使相加電壓V+為恒定，在輸出頻率降低的同時，作為恒定值總是加上相加電壓V+，也不會損害本發(fā)明的意圖。由此，由于電動機的端子電壓上升，所以電動機成為過勵磁狀態(tài)，在電動機內(nèi)消耗 的功率PI(電動機內(nèi)部的線圈電阻等消耗的損耗功率)増加，從所述再生功率中減去該功率PI而得的功率，是從電動機端子再生到逆變器的功率，只要在再生制動電阻4中消耗該功率即可。即，若想要有效地使用所述再生制動電阻4的容許功率容量Pr，則將再生功率中的所述功率PI的量在電動機內(nèi)作為熱而消耗，因此，電動機的減速時間為Tdd2，與圖4比較能夠縮短Λ Tdd,能夠縮短輸送機等生產(chǎn)設備的生產(chǎn)節(jié)拍時間，能夠提高生產(chǎn)率。另ー方面，在將圖3中的減速時間Tdd2設為與圖4所示的減速時間Tddl為相同的情況下，在對輸出電壓Vo加上相加電壓V+的情況下(Sll)，所述電動機成為過勵磁狀態(tài)，在電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率(在電動機內(nèi)部發(fā)生的損耗)増大。因此，從來自電動機的再生功率中減去在所述電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的増大后的功率而得的功率，成為從電動機端子反饋給逆變器的功率，因此，只要在所述再生制動電阻4中消耗掉減去在電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率而得的功率即可，因此，相應地能夠使用再生制動電阻4的容許功率容量Pr小的電阻器，也能夠?qū)崿F(xiàn)電阻器的小型化。在本實施例中，根據(jù)預先設定的再生制動電阻4的電阻值R和直流電壓Vpn的取入值來運算在再生制動電阻4中消耗的功率Pbr，與預先設定的再生制動電阻4的容許功率容量Pr比較，如果未超過容許功率容量Pr (Pr > Pbr)，則進行使輸出電壓上升的動作。該動作提高對電動機施加的電壓，由此，電動機成為過勵磁狀態(tài)，電動機內(nèi)部的損耗功率增大。因此，如上所述，當在再生電路進行工作的過程中使輸出電壓Vo上升時{Vo+(V+)}，在再生功率中電動機內(nèi)部的線圈電阻等中消耗的功率增加，將再生功率的一部分作為熱而由電動機負擔，因此，從電動機端子返回到逆變器的功率減少，應該在再生制動電阻4中消耗的功率減少。利用該作用，通過所述方法使輸出電壓變化，由此能夠控制再生制動電阻4的消耗功率Pbr。因此，只要預先設定再生制動電阻4的電阻值R和容許功率容量Pr，就能夠在再生制動電阻4的容許功率容量內(nèi)高效地使用，能夠防止由于再生制動電阻4的過載而產(chǎn)生的過熱等。實施例2當過于增大使輸出電壓上升的值時，電動機的放熱進ー步變大，有可能使電動機自身燒毀。因此，需要根據(jù)電動機的特性對相加電壓V+設定限制。在實施例I中，在再生量多、輸出電壓Vo達到限制值的情況下，在再生制動電阻4中無法完全消耗再生功率，直流部20的電壓Vpn上升，最終實施過電壓的保護，導致逆變器停止。在所述再生制動電阻4中一般內(nèi)置有溫度傳感器，在將過度的再生量作為熱而消耗的情況下，電阻元件的溫度急劇上升，所述溫度傳感器動作，出于保護再生制動電阻4免于異常放熱的目的而停止所述晶體管6。因此，當在再生制動電阻4中無法完全消耗再生功率的情況下，使晶體管6停止，因此逆變器的直流部20的電壓進一歩上升最終實施過電壓的保護而停止。 圖5是在這樣的狀態(tài)下也避免過電壓的保護的流程圖。S12以前的動作與實施例I相同，但是預先對輸出電壓Vo設定了限制值，進行V+和AVolim的比較(S15)。在V+< Λ Volim的情況下，將減速動作停止標志LI設為0FF(S18)，在V+彡AVolim的情況下，將速動作停止標志LI設為0N(S16)。在S13、S14中執(zhí)行輸出后LI的標志為OFF的情況下，繼續(xù)根據(jù)運行頻率進行減速動作，在LI的標志為ON的情況下，不進行運行頻率的取入，繼續(xù)當前的運行頻率(暫時停止)，執(zhí)行交流電壓的輸出動作。通過進行以上的處理，能夠?qū)敵鲭妷旱南嗉与妷篤+設置限制值(V+< AVolim),在減速時輸出電壓上升,相加電壓V+超過了預先設定的限制值AVolim的情況下，能夠暫時停止減速動作。當減速動作暫時停止時，因減速而引起的再生功率減少，直流電壓Vpn下降，因此再次執(zhí)行減速動作。圖6是本實施例的動作時序圖的例子。t4以前是與實施例I相同的動作，但是，進入減速動作，BR動作的同吋，Vo上升，在t4，Vo的值超過限制值Λ Volim(相加電壓V+彡AVolim)吋，減速動作暫時停止，然后，在t5如果變?yōu)椴蛔阆拗浦礎Volim(相加電壓V+ < AVolim),貝U再次開始減速,當超過AVolim(相加電壓V+彡AVolim)時減速動作暫時停止這樣動作被重復進行，繼續(xù)執(zhí)行減速停止。其結(jié)果，實際的減速時間Tdd3能夠以比圖4中的減速時間Tddl短的時間使電動機減速停止。由此，不對電動機施加過度的電壓進行極端的過勵磁狀態(tài)，防止對電動機施加過大電壓，并在容許功率容量Pr內(nèi)高效地使用再生制動電阻4中的消耗功率Pbr，能夠使逆變器不陷入過電壓保護動作地進行減速停止。此外，所述限制值Λ Volim，可以在減速時的輸出頻率降低的同時來改變Λ Volim，即使與輸出頻率的降低無關地作為恒定值也不會損害本發(fā)明的意圖。此外，本發(fā)明并不限于上述的實施例，可以包含各種變形例。例如，上述實施例為了容易理解本發(fā)明而進行了詳細說明，但是并不限定于具有所說明的全部結(jié)構。此外，可以將某實施例的結(jié)構的一部分置換為其它實施例的結(jié)構，進而還可以對某實施例的結(jié)構增加其它實施例的結(jié)構。此外，針對各實施例的結(jié)構的一部分，可以進行其它結(jié)構的追加、刪除或者置換。并且，上述的各結(jié)構、功能、處理部、處理單元等，例如可以通過將它們的一部分或者全部設計在集成電路中等來通過硬件實現(xiàn)。
此外，上述的各結(jié)構、功能等，可以通過微型處理器(MCU)解釋并執(zhí)行實現(xiàn)各功能的程序來通過軟件實現(xiàn)。此外，關于控制線或信息線，表示了有必要說明的線，并未表示產(chǎn)品上全部的控制線或信息線。實際上可以認為幾乎全部結(jié)構相互連接。如上所述，根據(jù)本實施例的發(fā) 明，在使用功率變換裝置驅(qū)動電動機的用途中，在電動機減速時產(chǎn)生再生功率，使用再生制動電阻4消耗該再生功率的情況下，能夠在所連接的再生制動電阻4的容許功率容量內(nèi)有效地使用。
權利要求
1.一種功率變換裝置，其特征在于， 具備 再生功率消耗用電路、 再生制動電阻、以及 控制部， 所述控制部根據(jù)所述再生功率消耗用電路的動作量來計算所述再生制動電阻中的消耗功率值，在減速時，根據(jù)計算出的消耗功率值來控制向電動機的輸出電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的功率變換裝置，其特征在于， 所述控制部比較計算出的所述再生制動電阻中的消耗功率值和預先設定的再生制動 電阻的容許功率容量值，并進行如下控制如果所述消耗功率值小于所述容許功率值，則增加所述向電動機的輸出電壓，如果所述消耗功率值為所述容許功率值以上，則減少所述向電動機的輸出電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于， 所述控制部，在控制所述電動機的輸出電壓時增加或減少的電壓值為預先設定的使所述電動機的輸出電壓增加或減少的電壓值的上限值以上的情況下，使所述電動機的減速動作暫時停止。
全文摘要
本發(fā)明提供一種功率變換裝置。本發(fā)明提供的逆變器裝置，如果預先設定了連接的再生制動電阻的容許功率容量，則根據(jù)該功率容量自動調(diào)整輸出電壓或減速時間，能夠有效地使用再生制動電阻的容許功率容量。該逆變器裝置的特征在于，在進行感應電動機的驅(qū)動控制的電壓型逆變器裝置中具有再生功率消耗用的電路以及電阻的裝置中，預先在逆變器裝置中設定所連接的再生制動電阻的容許功率容量值和該電阻值，并根據(jù)該容許功率容量值和電阻值來改變減速時向電動機的輸出電壓來運行。
文檔編號H02P3/22GK102739128SQ201210056950
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權日2011年3月30日
發(fā)明者井堀敏, 高田直樹 申請人:株式會社日立產(chǎn)機系統(tǒng)