專利名稱：變換器裝置的pwm信號(hào)發(fā)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流電壓變換成三相交流電壓而設(shè)置進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的變換器裝置。特別是涉及為獲得近似正弦波輸出電壓而對(duì)各開(kāi)關(guān)元件的通斷動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間比控制的變換器裝置的脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生電路。
用附圖來(lái)說(shuō)明變換器的現(xiàn)有PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)發(fā)生電路的例子。
首先，

圖18示出了變換器裝置中變換器主電路的概要構(gòu)成，在母線11、12之間將六個(gè)開(kāi)關(guān)元件13U、13V、13W、13X、13Y、13Z進(jìn)行橋式連接是公知的構(gòu)成。其中各支路上下的開(kāi)關(guān)元件必有一個(gè)導(dǎo)通，這樣的三個(gè)開(kāi)關(guān)元件用Sa、Sb、Sc來(lái)表示。因此，開(kāi)關(guān)模式存在23＝8種。根據(jù)這樣的開(kāi)關(guān)模式，對(duì)應(yīng)于假想中性點(diǎn)的各相電壓為±V/2中之一。
所以，考慮變換器裝置的輸出電壓上各相的相位差并給出瞬時(shí)向量的狀態(tài)而成為電壓空間向量時(shí)，對(duì)于瞬時(shí)輸出的可能狀態(tài)，對(duì)于Sa、Sb、Sc，當(dāng)各相的正的一側(cè)的開(kāi)關(guān)元件13U、13V、或13W為導(dǎo)通時(shí)用〔1〕表示，相反，負(fù)荷側(cè)的開(kāi)關(guān)元件13X、13Y或13Z導(dǎo)通時(shí)用〔0〕表示，因而各開(kāi)關(guān)模式用1、0狀態(tài)來(lái)代替各Sa、Sb、Sc而得以表示。若將其圖示，則如圖19實(shí)線所示那樣，可表現(xiàn)為相互之間相位差只相差2π/6，而大小相等的六個(gè)基本電壓向量和兩個(gè)零向量(0，0，0)、(1，1，1)。
這樣，上述變換器裝置中為控制各開(kāi)關(guān)元件的通斷的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路構(gòu)成由圖20表示。
其中，14是相位指令值分類單元，將提供的相位指令值θ＊在把電氣角2π進(jìn)行例如12等分后的各單位區(qū)域中進(jìn)行分類并給出分類結(jié)果，以及推算出在該單位區(qū)域中的超前角θ，然后該單元輸出4比特的信息。15是開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，該單元決定出在上述相位指令值分類單元14中已被分類的相位指令值θ＊其所屬單位區(qū)域內(nèi)最接近的兩種相互間相位差為π/3的基本電壓向量(電壓空間向量)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式和零向量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式。進(jìn)而，由于用這些模式?jīng)Q定出由開(kāi)關(guān)元件13U～13Z的基板端子輸出的順序，原則上來(lái)說(shuō)，可決定出如圖19所示的與相位指令值θ＊相位最接近的兩種基本電壓向量，在該圖的例子中，作為開(kāi)關(guān)模式的(1，0，0)、(1，1，0)和零向量被指定。但是從兩種零向量(1，1，1)、(0，0，0)中選用那一個(gè)則應(yīng)參照以前的開(kāi)關(guān)模式以開(kāi)關(guān)次數(shù)為最少那樣來(lái)進(jìn)行選擇。
盡管，在由相互之間相位相差2π/6的基本電壓向量和零向量的時(shí)間比控制來(lái)輸出任意大小和相位的電壓空間向量時(shí)，而所可能輸出的電壓空間向量存在于圖19中6個(gè)基本電壓向量的各端點(diǎn)相連而成的六角形內(nèi)側(cè)中。所以由基本電壓向量和零向量的時(shí)間比控制能夠?qū)崿F(xiàn)的正弦波調(diào)制的界限范圍就成為在上述六角形的內(nèi)切圓內(nèi)側(cè)中。因而，為了在該界限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)任意的電壓空間向量可利用極座標(biāo)系，并且考慮到對(duì)稱性則可只討論π/6的范圍。
圖21所示的是關(guān)于基本電壓向量(1，0，0)、(1，1，0)及零向量的部分放大圖。其中，為使由相位指令值θ1＊、電壓指令值V＊所構(gòu)成的指令電壓向量所對(duì)應(yīng)的電壓空間向量作為輸出，在把基本電壓向量(1，0，0)、同(1，1，0)以及零向量的輸出時(shí)間各稱作t1、t2、t0時(shí)，由于相位指令值θ＊所屬單位區(qū)域中的相位指令值θ＊的超前角是θ，應(yīng)滿足由該圖所示的幾何學(xué)的解析關(guān)系的下式Vsin(π/6-0)∶Vsin(π/6+θ)∶1-V{sin(π/6-θ)+sin(π/6+θ)｝＝t1∶t2∶t0……(1)此外，為了獲得t1、t2，如圖20所示，配備有保持時(shí)間計(jì)算單元16。即，來(lái)自相位指令分類單元14的超前角θ的數(shù)據(jù)輸入ROM片17、18，從而求出與該超前角相對(duì)應(yīng)的Sin(π/6+θ)值。然而，以1個(gè)控制周期Tsw乘以電壓指令值V＊的值再接著乘以Sin(π/6-θ)，則可獲得與基本電壓(1，0，0)相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的保持時(shí)間t1，同樣也以1個(gè)控制周期Tsw乘以電壓指令值V＊后再乘以Sin(π/6+θ)便獲得了與基本電壓向量(1，1，0)相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的保持時(shí)間t2。然后由1個(gè)控制周期Tsw減去這些t1、t2，便獲得了與零向量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間t0。其中所謂1個(gè)控制周期是指上述兩種模式的基本電壓向量和零向量各自對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)模式依次各發(fā)生一次的周期。
然而，計(jì)時(shí)單元19由預(yù)置全計(jì)數(shù)器20、開(kāi)關(guān)21以及D型觸發(fā)器22組成，在預(yù)置全計(jì)數(shù)器20的數(shù)據(jù)輸入端DATA上，根據(jù)開(kāi)關(guān)21的轉(zhuǎn)換而輸入各保持時(shí)間t0、t1、t2，在時(shí)鐘端子CK上輸入時(shí)鐘信號(hào)fck。所以在每當(dāng)預(yù)置全計(jì)數(shù)器20上所賦與的各保持時(shí)間的計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，開(kāi)關(guān)21被轉(zhuǎn)換到根據(jù)開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15所決定的開(kāi)關(guān)模式所對(duì)應(yīng)保持時(shí)間的輸出端子上，于是下一個(gè)保持時(shí)間的數(shù)據(jù)被輸入了。觸發(fā)器22在各保持時(shí)間的計(jì)時(shí)結(jié)束之前保持在適當(dāng)開(kāi)關(guān)模式的形成狀態(tài)上，其結(jié)果，變換器裝置中的開(kāi)關(guān)元件件13U～13Z被進(jìn)行所希望那樣的通斷控制。
圖22表示隨著接受了來(lái)自由PWM信號(hào)發(fā)生電路所控制的變換器主電路的輸出功率而在三相負(fù)荷即三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)M中產(chǎn)生的磁通向量ψ的軌跡，用ψ＊表示平均軌跡而描繪為圓形軌跡移動(dòng)。其中，磁通向量ψ可被表達(dá)成電壓空間向量的時(shí)間積分，然而由于各基本電壓向量是定值，所以其方向與基本電壓向量相同而其大小與它的基本電壓向量的保持時(shí)間成比例。
其次，在開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15中，明確了開(kāi)關(guān)模式輸出順序的決定方法。
由保持時(shí)間計(jì)算單元16計(jì)算出用開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15所決定的兩種基本電壓向量的保持時(shí)間t1、t2，而其中長(zhǎng)的那個(gè)向量中間存在著零向量，即在一個(gè)控制周期Tsw中，保持時(shí)間長(zhǎng)的向量的起點(diǎn)前和后那處配備有零向量，就決定了開(kāi)關(guān)模式的輸出順序。在此原則下，引出保持時(shí)間計(jì)算方法后，由于與相位指令值θ＊最接近的相位的基本電壓向量的保持時(shí)間長(zhǎng)起來(lái)，在由相位指令值分類單元14進(jìn)行分類的階段，可以判定保持時(shí)間長(zhǎng)的基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式。
當(dāng)圖22的相位指令值θ＊具有如同圖21所示的狀態(tài)時(shí)，其基本電壓向量(1，0，0)、(1，1，0)及零向量所相應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式所保持的時(shí)間分別為t1、t2、t0時(shí)，由t1＜t2的相位指令值θ＊與基本電壓向量(1，1，0)最接近，按下列順序反復(fù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)21的轉(zhuǎn)換……t1→t2→t0→t0→t2→t1……
下面對(duì)此例進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，在前一控制周期中，基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持t1到終了時(shí)，下一周期中最初的基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，然后基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，最后，零向量(1，1，1)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t0。
就這樣，對(duì)于變換器裝置，其第1課題是依據(jù)PWM的控制，期望使其電壓波形近似正弦波的程度進(jìn)一步提高。
第2課題是，依據(jù)第18～22圖所示的現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)下面的敘述可得以理解，在于在兩種基本電壓向量之間所存在的單位區(qū)域的轉(zhuǎn)換部分。變換器裝置所連接的電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩發(fā)生大的偏離現(xiàn)象，成為電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定控制的一個(gè)難題。
第3課題，由于變換器輸出電壓的大小充其量是PWM可控制的最大電壓的
/2倍，電壓指令值V＊所提供的變換器裝置的輸出電壓波形畸變顯著起來(lái)。即如圖28所示載體電壓信號(hào)Va與限制波電壓信號(hào)Vb相比較而根據(jù)其大小獲得PWM的原理，在該方式中，如果正弦波電壓信號(hào)Vb的幅值極大，而在其峰值附近就不能正確地進(jìn)行振幅對(duì)時(shí)間值的變換，就構(gòu)成為波形畸變程度增大的原因。
以下將對(duì)上述第2課題作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
首先，圖23中的相位指令值θ＊2屬于單位區(qū)域Ⅰ，隨著時(shí)間的推移相位指令值θ＊2進(jìn)入單位區(qū)域Ⅱ。如圖24所示的那樣，隨著相位的增加，磁通向量也在移動(dòng)。即，若基本電壓向量(1，0，0)、(1，1，0)以及零向量的各自輸出時(shí)間分別稱為t1、t2、t0，在控制周期Tsw中，由于對(duì)屬于單位區(qū)域Ⅰ的相位指令值θ1＊的t1＞t2的關(guān)系成立，最初零向量(0，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t0，然后長(zhǎng)的基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，接著短的基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2。
因而，在下一控制周期Tsw中，由于相位指令值θ2＊屬于單位區(qū)域Ⅱ，如圖所示那樣，t1＜t2的關(guān)系式成立，這次零向量(1，1，1)只保持時(shí)間t0，其次，長(zhǎng)的基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，而后短的基本電壓向量(1，0，0)只保持時(shí)間t1。這一情況下，磁通向量的平均軌跡ψ＊如圖24所表明的，正描繪著一個(gè)圓形軌跡。
如圖24的磁通向量正在移動(dòng)的情況，其轉(zhuǎn)矩波形就是圖25。由于轉(zhuǎn)矩波形在相位比理想狀態(tài)超前情況下增加，在滯后情況下降低，則在基本電壓向量的形成狀態(tài)(t1，t2)中轉(zhuǎn)矩增大，而在零向量形成的時(shí)間(t0)中減小。該原因下的轉(zhuǎn)矩，由圖25可見(jiàn)到在其單位區(qū)域的轉(zhuǎn)換部分成為偏離的波形，這就是引起較大轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原因。
對(duì)單位區(qū)域的轉(zhuǎn)換部分的基本電壓的選擇如圖26所示，考慮有另一種方法。也就是說(shuō)，對(duì)于單位區(qū)域Ⅰ所屬的相位指令值θ＊，基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，以后在單位區(qū)域發(fā)生轉(zhuǎn)換的情況下，在第二個(gè)控制周期Tsw之間，對(duì)于屬于單位區(qū)域Ⅱ的相位指令值θ＊2，原來(lái)的基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，然后基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，因而零向量(1，1，1)只保持時(shí)間t0。此情況下的轉(zhuǎn)矩波形成為圖27那樣，轉(zhuǎn)矩波形的偏離看不到了，可是對(duì)于理想的磁通平均軌跡ψ＊的實(shí)際磁通向量的軌跡的偏離變大。這就成為引起磁通變化的原因。結(jié)果是，在圖24和26的任一場(chǎng)合下，由于轉(zhuǎn)矩或者磁通發(fā)生偏離，致使電動(dòng)機(jī)存在所謂控制穩(wěn)定性問(wèn)題。然而在兩個(gè)基本電壓向量之間存在的單位區(qū)域的轉(zhuǎn)換部分，情況就不同了，由此而通常所發(fā)生的情況是可以理解的。
本發(fā)明的第1個(gè)目的在于提供一種能謀求PWM可控制區(qū)域的接近全區(qū)域中轉(zhuǎn)換的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生裝置，使變換器的輸出電壓波形近似正弦波的程度進(jìn)一步提高。
本發(fā)明的第2個(gè)目的在于提供變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生裝置，能防止變換器的主電路上所連接的電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩發(fā)生偏離。
本發(fā)明的第3個(gè)目的在于提供一種變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生裝置，當(dāng)在電壓指令值過(guò)大的情況下，在變換器主電路輸出電壓的峰值附近的波形畸變能夠改善。
根據(jù)第1個(gè)目的，本發(fā)明所具備的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成三相交流正弦波近似電壓，在所定的模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓成為正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的6個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的6種開(kāi)關(guān)模式及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式。該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成包括相位指令值分類單元，對(duì)在電壓指令值上附隨的相位指令值屬于把電氣角2π進(jìn)行數(shù)等分后所得的數(shù)個(gè)單位區(qū)域的哪個(gè)區(qū)域和相位指令值的超前角進(jìn)行判定;開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，對(duì)上述相位指令值所屬單位區(qū)域上相應(yīng)的相互間具有π/3相位差的兩種基本電壓向量及零向量分別對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的確定及這些模式的輸出順序作出決定，在上述兩種開(kāi)關(guān)模式分別形成期間各插入一次零向量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式;保持時(shí)間的計(jì)算單元，對(duì)上述單位區(qū)域內(nèi)根據(jù)相位指令值的超前角及所提供的電壓指令值而對(duì)上述兩種基本電壓向量和零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式各自的保持時(shí)間分別作出決定;計(jì)時(shí)單元，將開(kāi)關(guān)模式形成狀態(tài)保持到由上述保持時(shí)間計(jì)算單元所決定的各開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止。
若使用這種構(gòu)成的本發(fā)明，變換器主電路零輸出電壓即實(shí)際上等于零的零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式在一個(gè)控制周期內(nèi)的兩種基本電壓向量的每個(gè)中必須插入一次，其結(jié)果是，開(kāi)關(guān)元件的通斷控制進(jìn)行得較為致密，能夠進(jìn)行的PWM控制遍及到最大電壓，則電壓波紋及轉(zhuǎn)矩波動(dòng)得以減小。
根據(jù)第2個(gè)目的，本發(fā)明所具備的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變成為三相交流正弦波近似電壓，在所定的模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓成為正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的6個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的6種開(kāi)關(guān)模式及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成包括相位指令值分類單元，對(duì)在電壓指令值上附隨著的相位指令值屬于把電氣角2π進(jìn)行數(shù)等分后所得的數(shù)個(gè)單位區(qū)域的哪個(gè)區(qū)域及相位指令值的超前角進(jìn)行判定;開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，對(duì)上述相位指令值所屬單位區(qū)域所對(duì)應(yīng)的相互間具有π/3相位差的兩種基本電壓向量及零向量分別所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的確定及這些模式的輸出順序作出決定;保持時(shí)間計(jì)算單元，對(duì)上述單位區(qū)域內(nèi)根據(jù)相位指令值的超前角及所提供的電壓指令值而對(duì)上述兩種基本電壓向量和零向量分別對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的各保持時(shí)間分別進(jìn)行計(jì)算;計(jì)時(shí)單元，將開(kāi)關(guān)模式的形成狀態(tài)保持到由上述保持時(shí)間計(jì)算單元所算出的各開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止;單位區(qū)域轉(zhuǎn)換判定單元，當(dāng)相位指令值從上述兩種基本電壓向量之中的一個(gè)最近的單位區(qū)域向另一個(gè)最近的單位區(qū)域過(guò)渡時(shí)，進(jìn)行判定;上述開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元在1個(gè)控制周期內(nèi)使零向量狀態(tài)在不同時(shí)刻至少形成3次，其中兩次所形成的零向量的合計(jì)保持時(shí)間大致等于另一次的保持時(shí)間的值。
若使用該構(gòu)成的本發(fā)明，在一個(gè)控制周期內(nèi)，零向量狀態(tài)在不同時(shí)刻至少形成三次，其中2次所形成的零向量的合計(jì)保持時(shí)間與另一次的保持時(shí)間的值大致相等，結(jié)果在電壓空間向量通過(guò)相位相差2π/6的兩種基本電壓向量間的中間位置時(shí)，形成零向量的該保持時(shí)間在1個(gè)控制周期內(nèi)以所決定的零向量的保持時(shí)間的一部分作為構(gòu)成時(shí)間。據(jù)此，被賦與長(zhǎng)的保持時(shí)間的基本電壓向量從一個(gè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)時(shí)，使得向磁通向量的半徑方向和切線方向的偏差值能夠得以減小，其結(jié)果是，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的磁通和轉(zhuǎn)矩的偏離得以抑制。
根據(jù)本發(fā)明的第3個(gè)目的，本發(fā)明所具備的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成為三相交流正弦波近似電壓，在所定的模式下，被通斷控制的6個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓具有正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的6個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的6種開(kāi)關(guān)模式及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式。該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路包含有開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，它根據(jù)包含有所提供的電壓指令值和相位指令值的指令電壓向量，而使得上述6種開(kāi)關(guān)模式的形成保持時(shí)間及輸出順序得以決定;指令電壓向量置換單元，當(dāng)所提供的指令電壓向量的指令電壓值超過(guò)了以基本電壓向量為半徑的PWM可控制區(qū)域時(shí)，把指令電壓向量置換成在上述PWM可控制區(qū)域界限內(nèi)最相近的第1指令電壓向量。
若使用該構(gòu)成的本發(fā)明，在接受了過(guò)大的電壓指令值時(shí)，置換以具有PWM可控制范圍的最大電壓的新的指令電壓向量，由于以該所置換的電壓向量的原因而形成了開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，則交流電壓峰值附近的波形畸變得以防止。
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框圖;
圖2是本發(fā)明第1實(shí)施例中為說(shuō)明其作用的向量圖;
圖3是涉及本發(fā)明第1實(shí)施例的磁通向量軌跡示圖;
圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框圖;
圖5是表示本發(fā)明第3實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框圖;
圖6是表示本發(fā)明第4實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框圖;
圖7是表示本發(fā)明第5實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框圖;
圖8是表示圖7所示開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元的具體構(gòu)成的方框圖;
圖9是為說(shuō)明第5實(shí)施例的，與圖3相當(dāng)?shù)膱D;
圖10是圖9所示磁通相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩波形圖;
圖11是表示第6實(shí)施例的，與圖1相當(dāng)?shù)膱D;
圖12和圖13是為說(shuō)明第6實(shí)施例的指令電壓向量置換單元的流程圖和區(qū)域判定說(shuō)明圖;
圖14是為說(shuō)明第6實(shí)施例的向量圖;
圖15是表示第7實(shí)施例的指令電壓向量置換單元的接線圖;
圖16和17分別為現(xiàn)有技術(shù)的和第6實(shí)施例的三相近似正弦波形示圖;
圖18是三相變換器主電路的接線圖;
圖19是為說(shuō)明三相PWM信號(hào)發(fā)生機(jī)理的基本電壓向量圖;
圖20是現(xiàn)有的一般三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的方框示意圖;
圖21是根據(jù)圖20所示電路為說(shuō)明一般正弦波近似機(jī)理的向量圖;
圖22是根據(jù)現(xiàn)有裝置獲得的一般正弦波近似量的磁通向量軌跡示圖;
圖23是按照現(xiàn)有裝置中為說(shuō)明有關(guān)單位區(qū)域轉(zhuǎn)換部分動(dòng)作的向量圖;
圖24是與圖23相關(guān)的獲得正弦波近似量的磁通向量的軌跡示圖;
圖25是圖24所示的磁通向量所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩波形圖;
圖26和圖27是與圖24和圖25相當(dāng)?shù)模P(guān)于不同的正弦波近似方法的示圖;
圖28是為說(shuō)明PWM信號(hào)發(fā)生原理的電壓波形圖。
參照?qǐng)D1～3對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。為對(duì)如圖18所示的變換器主電路的開(kāi)關(guān)元件13U～13Z進(jìn)行通斷控制用的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路示于圖1中，就其中與圖20相同的部分賦與同樣的標(biāo)識(shí)符號(hào)。在該第1實(shí)施例中，由相位指令分類單元30把被提供的相位指令值θ＊分類成將電氣角2π作6等分后的各單位區(qū)域，并把該分類的結(jié)果作為3比特的信息輸出，與此同時(shí)，推算其單位區(qū)域中各超前角θ并輸出。
這樣，伴隨著上述(1)式的變換形式即下述(2)式，便可設(shè)定ROM存儲(chǔ)表31，32。圖2具體地表示出了根據(jù)(2)式的與上述圖21相當(dāng)?shù)膱D形。
V＊Sin(π/3-θ)∶V＊Sinθ∶1-V＊{Sin(π/3-θ)+Sinθ｝＝t1∶t2∶t0(數(shù)學(xué)式)……(2)一方面，在第1實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元33這樣布置由相位指令值分類單元30所分類的單位區(qū)域?qū)?yīng)的兩種基本電壓向量和零向量所分別對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式用它們所給的保持時(shí)間t1、t2、t0來(lái)表示，用這種順序輸出(t1→t0→t1)→(t2→t0→t2)。
當(dāng)這一點(diǎn)用圖3所示的具體實(shí)例進(jìn)行描述時(shí)，基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，然后零向量(0，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t0，此后再一次將基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，緊接著基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，而后零向量(1，1，1)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t0，此后再一次將基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2。這樣，同一基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式每?jī)纱屋敵鲋g必然插入一次零向量。在這一情形下，在從基本電壓向量(1，0，0)向零向量過(guò)渡時(shí)，開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15之所以選(0，0，0)而不是(1，1，1)作為零向量，是因?yàn)閺?1，0，0)向(0，0，0)過(guò)渡只需要一次開(kāi)關(guān)就可以完成，既把開(kāi)關(guān)的損耗降至最低，又可獲得良好的作用效果。
若按照本實(shí)施例，把現(xiàn)有三相PWM信號(hào)發(fā)生電路中是PWM控制可能的最大電壓
/2倍的變換器裝置的最大輸出電壓提高到能夠與PWM控制可能的最大電壓相等。而且，還把相位指令值θ＊在6個(gè)單位區(qū)域中進(jìn)行分類，同時(shí)，由于兩種基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式在其形成期間，必然會(huì)插入一次零向量，使變換器裝置的輸出電壓接近正弦波的近似程度得以提高，并使作為負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)電流的紋波或トリツプル有所降低。
緊接著，圖4表示使本發(fā)明可適用于對(duì)V/F有固定控制形式的變換器裝置的第二實(shí)施例。圖中，36相當(dāng)于本發(fā)明圖1中所示的具體的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路。而其中的頻率指令值f＊被給與時(shí)，根據(jù)函數(shù)發(fā)生器34的頻率指令值f＊所對(duì)應(yīng)的電壓指令值V＊輸出到三相PWM信號(hào)發(fā)生電路36中，根據(jù)相位信號(hào)發(fā)生器35的相位指令值θ＊以與第一實(shí)施例同樣的方式輸出到三相PWM信號(hào)發(fā)生電路36中。
圖5表示本發(fā)明適用于電流跟隨形式的變換器裝置的第3實(shí)施例。其中，以與圖18構(gòu)成相同的變換器主電路40的輸出側(cè)上具有的電流檢測(cè)器37檢出電流值i以及電流指令值i＊均提供給變換電路38，其被變換成電壓指令值V＊與相位指令值θ＊并輸出到本發(fā)明的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路36中。若按本發(fā)明，由于任意電壓與相位的電壓空間向量能以控制周期Tsw的2倍時(shí)間實(shí)現(xiàn)，通過(guò)使用高開(kāi)關(guān)頻率的元件，本發(fā)明也可適用于高速電流控制。
圖6是第4實(shí)施例的示圖，與圖1的不同之處在于把保持時(shí)間計(jì)算單元40用ROM函數(shù)表格化。在該情況下，電壓指令值V＊用8比特輸入，而超前角θ用7比特來(lái)作輸入，t0、t1、t2各以10比特輸出，而ROIM的必要存儲(chǔ)容量是960K比特，可以以1M比特的存儲(chǔ)1C1個(gè)實(shí)現(xiàn)其容量。
然后，一面參照附圖7～10，一面對(duì)本發(fā)明的第5實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖7所示的第5實(shí)施例的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路，除了轉(zhuǎn)換判別單元41被新設(shè)計(jì)以及開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元42特殊地構(gòu)成之外，其余部分與圖20所示構(gòu)成相同。
提供給相位指令值分類單元14的相位指令值θ＊將分類至所屬單位區(qū)域，根據(jù)其分類結(jié)果，用開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15決定出兩種基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式、零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式及其輸出順序，由保持時(shí)間計(jì)算單元16決定這些開(kāi)關(guān)模式的各自保持時(shí)間。由計(jì)算單元19保持各開(kāi)關(guān)模式直到各保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止，所述的開(kāi)關(guān)元件的控制模式與上述現(xiàn)有技術(shù)的例子相同。
作為本實(shí)施例，在上述所提供的構(gòu)成和作用基礎(chǔ)上，還附加采用以下的機(jī)構(gòu)。
圖8是圖7涉及的開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元42的更詳細(xì)的示圖。通過(guò)采用相位指令值分類單元14而被分類的相位指令值θ＊，以兩種相位相差π/3的兩電壓空間向量之間所存在的兩個(gè)單位區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域向另一個(gè)區(qū)域過(guò)渡，發(fā)生所屬單位區(qū)域間的變換的情況下(其在6個(gè)基本電壓向量中相鄰之間存在的每π/3發(fā)生)，其由變換判別單元41進(jìn)行判定。根據(jù)該判定，開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元42用與通常情況下只一個(gè)控制周期Tsw不同的方式?jīng)Q定應(yīng)該決定的開(kāi)關(guān)模式輸出順序。
將根據(jù)開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元42所決定的開(kāi)關(guān)模式輸出的順序的通常決定方法(簡(jiǎn)稱為〔通常方式〕)用現(xiàn)有的例子作一說(shuō)明，在保持時(shí)間較長(zhǎng)的一個(gè)基本向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式之前(或者之后)，參照已經(jīng)過(guò)的開(kāi)關(guān)模式而以開(kāi)關(guān)次數(shù)最少那樣來(lái)配置零向量。對(duì)于它的相位指令值θ＊所屬單位區(qū)域需變換的情況下(簡(jiǎn)稱為〔變換方式〕)的開(kāi)關(guān)模式輸出順序的決定方法為在把一個(gè)控制周期Tsw的初始部與最后部分別平分以根據(jù)保持時(shí)間計(jì)算單元16所算出的零向量的保持時(shí)間t0來(lái)保持該所得時(shí)間t0/2，來(lái)配置零向量。
根據(jù)圖23的狀態(tài)，參照?qǐng)D9的單位區(qū)域的變換例，對(duì)上述予以說(shuō)明。
首先，最初的相位指令值θ1＊屬于單位區(qū)域1，然而為了用〔通常方式〕，當(dāng)基本電壓向量(1，0，0)、(1，1，0)及零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的保持時(shí)間分別為t1、t2、t0時(shí)，由于t1＞t2的關(guān)系式成立，在控制周期Tsw間，最初是零向量(0，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t0，其次基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，最后是基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2(參照?qǐng)D9)。當(dāng)相位從單位區(qū)域Ⅰ向Ⅱ過(guò)渡時(shí)其由變換判別單元41判定，通過(guò)圖8所示的選擇開(kāi)關(guān)43a、43b，從決定開(kāi)關(guān)模式發(fā)生順序的〔通常方式〕電路44a切換至〔變換方式〕電路44b。第2個(gè)控制周期Tsw期間。當(dāng)相位指令值θ＊2屬于單位區(qū)域Ⅱ并成為〔變換方式〕時(shí)，零向量(1，1，1)只保持時(shí)間t0/2，其次因t1＜t2的關(guān)系，基本電壓向量(1，1，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t2，進(jìn)而，基本電壓向量(1，0，0)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式只保持時(shí)間t1，最后零向量(1，1，1)只保持時(shí)間t0/2。
圖8和圖10各示出了上述各種情況下的磁通向量軌跡及轉(zhuǎn)矩波形。如果將這些圖與圖26和27相比較，就會(huì)清楚地看出，如采用本實(shí)施例的構(gòu)成，在磁通的偏離及轉(zhuǎn)矩波形的偏離兩個(gè)方面上，均得到了改善。
并且，不言而喻，本實(shí)施例5還能適用于圖4至6所示構(gòu)成的PWM信號(hào)發(fā)生電路。
用圖11至16對(duì)第6實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖11所示的PWM信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成，除了在開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間t1、t2、t0的信號(hào)輸出部分和用于分配其時(shí)間的開(kāi)關(guān)21之間添加了指令電壓向量置換單元45以外，實(shí)際上與圖23一樣，以及它們的保持時(shí)間同樣是由上述(1)式算出。該指令電壓向量置換單元45，在提供以上述的開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間t1、t2、t0時(shí)，依據(jù)下述那樣的程序進(jìn)行運(yùn)算，由于計(jì)算單元15所給出實(shí)際保持時(shí)間為T11、T22、T00，由于特別高的電壓指令值V＊被給予則零向量的保持時(shí)間t0變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)就能依據(jù)置換程序進(jìn)行運(yùn)算。
然后對(duì)上述構(gòu)成的作用進(jìn)行說(shuō)明。指令電壓向量V＊所存在的區(qū)域如圖13所示，如果以第19圖中的正六角形所示的PWM可控制區(qū)域作為區(qū)域1，區(qū)域1的各邊外側(cè)上相垂直的部分是區(qū)域2，則剩下的部分是區(qū)域3，總共有三個(gè)區(qū)域。
首先，如圖21所示，在相位指令值θ＊及電壓指令值V＊所對(duì)應(yīng)的指令電壓向量V存在于區(qū)域1中即存在于PWM可控制區(qū)域內(nèi)的情況下，象下述這樣進(jìn)行工作相位指令值分類單元14按照此時(shí)的相位指令值Q＊分類至單位區(qū)域，把分類的結(jié)果輸出到開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元15中，同時(shí)，把超前角數(shù)據(jù)輸出到保持時(shí)間計(jì)算電路16中。根據(jù)保持時(shí)間計(jì)算電路16的上述關(guān)系式(1)計(jì)算所示的時(shí)間比，把關(guān)于各基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的保持時(shí)間t1，t2，t0提供給指令電壓向量置換單元45。
指令電壓向量置換單元45據(jù)此起動(dòng)由圖12所示程序方框圖所表示的程序。把從保持時(shí)間計(jì)算電路16所提供的零向量的保持時(shí)間t0除以2，并將所得數(shù)值記憶為比較值A(chǔ)(步驟S1)。然后，指令電壓向量置換單元45將剛才算得的比較值A(chǔ)是否大于或等于零作出判斷(步驟S2)，在上述情況下，由于根據(jù)指令電壓向量V在PWM可控制區(qū)域內(nèi)所保持時(shí)間t0為正值，則判斷為〔是〕，進(jìn)入步驟S3。由于步驟S3決定實(shí)際的保持時(shí)間T11，T22，T00，在這種情況下，以保持時(shí)間T00代入2倍比較值A(chǔ)的值(即等于t0)，保持時(shí)間T11，T22則原樣代入t1，t2。在步驟〔結(jié)束〕時(shí)，來(lái)自保持時(shí)間計(jì)算電路16的保持時(shí)間作為其實(shí)際的保持時(shí)間輸出。
那么，指令電壓向量V在區(qū)域Ⅱ時(shí)，即在PWM可控制區(qū)域之外時(shí)，將象下述這樣進(jìn)行動(dòng)作。首先，此時(shí)，由保持時(shí)間計(jì)算電路16根據(jù)與上述相同的公式(1)算出保持時(shí)間t0，t1，t2，零向量的保持時(shí)間t0成為負(fù)值。由于圖14用虛線表示象這樣情況下的指令電壓向量V的軌跡，其就是表示在指令電壓向量V包含基本電壓向量(1，0，0)的π/6角度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分類的圖。與圖21相比較就會(huì)更清楚地看出，根據(jù)式(1)所示的比值，計(jì)算得出的零向量保持時(shí)間t0，實(shí)際上已經(jīng)成為不能存在的負(fù)值了。當(dāng)指令電壓向量置換單元45，提供這樣的負(fù)值保持時(shí)間時(shí)，步驟S2便判斷為〔否〕，并接著需判斷應(yīng)屬于區(qū)域Ⅱ和Ⅲ中哪一個(gè)，則程序進(jìn)入步驟S4。其中，指令電壓向量置換單元45，將在步驟S1算出的比較值A(chǔ)加在由保持時(shí)間計(jì)算電路16所提供的保持時(shí)間t2上所得的值作為比較值B。由于此時(shí)比較值A(chǔ)為負(fù)值，則比較值B就成為比保持時(shí)間t2還小的值。接著，在步驟S5中，判斷比較值B是大于或等于零，若為正時(shí)，判斷為〔是〕，則程序進(jìn)入步驟S6。這樣，在步驟S5，根據(jù)比較值B就可判斷出指令電壓向量在區(qū)域Ⅱ中(參照?qǐng)D13)。所以，通過(guò)步驟S6，把比較值B代入實(shí)際的保持時(shí)間T22，同時(shí)，把比較值A(chǔ)同t1相加的值代入保持時(shí)間T11，再將零代入零向量保持時(shí)間T00。據(jù)此，指令電壓向量V就被置換成為修正指令電壓向量V′(參照?qǐng)D14)。上述過(guò)程的物理定義在于把零向量的保持時(shí)間t0作2等分，并分別從保持時(shí)間t1，t2中減去，使指令電壓向量V過(guò)渡到所示PWM可控制區(qū)域界限的邊緣m向下垂線的交點(diǎn)P點(diǎn)處，于是就置換成了與PWM可控制范圍最大值最接近的指令電壓向量V′。
然后，當(dāng)上述步驟S5中出現(xiàn)判斷為〔否〕時(shí)，即指令電壓向量存在于區(qū)域Ⅲ時(shí)，程序進(jìn)入S7，并把保持時(shí)間T22作為Tsw，把保持時(shí)間T11，T00作為零。這樣，在指令電壓向量在區(qū)域Ⅲ中時(shí)，通過(guò)用完全電壓向量代用，就置換成了最接近的指令電壓向量V′(未圖示)。
根據(jù)以上結(jié)果，當(dāng)圖14所示的指令電壓向量V被提供時(shí)，對(duì)于變換器裝置通過(guò)置換以在PWM可控制區(qū)域邊界內(nèi)的最接近的指令電壓向量V′，并輸出，就能獲得使正弦波峰值附近的波形畸變被抑制至最小的輸出電壓。
圖15是本發(fā)明第7實(shí)施例的示圖。同圖6的實(shí)施例的保持時(shí)間計(jì)算電路16的一部分一起完成指令電壓向量置換單元45的機(jī)能，用邏輯電路來(lái)表示所構(gòu)成的指令電壓向量置換單元。而且根據(jù)本實(shí)施例，各個(gè)輸入數(shù)據(jù)用并行10比特的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行處理。
在圖15中，加法器46將保持時(shí)間t1和t2相加然后提供給減法器47作為減法運(yùn)算的減數(shù)。減法器47用控制周期Tsw減去來(lái)自加法器46的減數(shù)，再輸出到與門電路48和49中。減法器47具有符號(hào)判定端CY1，在減法運(yùn)算結(jié)果為負(fù)值的情況下，輸出“H”電平的判定信號(hào)，該判定信號(hào)提供給與門電路48的另一輸入端并在同時(shí)通過(guò)倒相器50提供給與門電路49的另一輸入端。與門電路49的輸出作為實(shí)際零向量保持時(shí)間T00。與門電路48的輸出提供給減法器51，而通過(guò)除法器52將與門電路48的輸出除以2作為減法運(yùn)算的減數(shù)也同時(shí)提供給減法器51，然后將該減法運(yùn)算的結(jié)果輸出到加法器53中。加法器53將減法器51的輸出與保持時(shí)間t1進(jìn)行相加運(yùn)算并輸出。加法器54將除法器52的輸出與保持時(shí)間t2進(jìn)行相加運(yùn)算并輸出給與門電路55。而且，加法器54具有符號(hào)判定端CY2，當(dāng)加法運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)值時(shí)，通過(guò)倒相器56將“L”電平的判定信號(hào)提供給與門電路55的另一輸入端。所以，與門電路55的輸出作為實(shí)際的保持時(shí)間T22。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)57，在通常情況下，把加法器53的輸出作為實(shí)際的保持時(shí)間T11，來(lái)自加法器54的“L”電平判定信號(hào)被輸出時(shí)，保持時(shí)間T11就會(huì)作為控制周期Tsw。
如果采用上述構(gòu)成，根據(jù)指令電壓向量的存在區(qū)域而進(jìn)行下面這樣的動(dòng)作。
首先，當(dāng)指令電壓V在區(qū)域Ⅰ中時(shí)，采用減法器47，由于把加法器所提供的加法結(jié)果(t1+t2)從控制周期Tsw中減去的結(jié)果T0(＝Tsw-t1-t2)不為負(fù)，判定信號(hào)為“L”電平。這樣，與門電路49的輸出也即減法器47的減法運(yùn)算結(jié)果t0作為保持時(shí)間T00輸出，而且由于減法器47的判定信號(hào)為“L”電平，該時(shí)刻的與門電路48的輸出被遮斷，則向加法器53，54的輸入為零。加法器54的輸出以其原值t2(t2＞0)通過(guò)與門電路55作為保持時(shí)間T22輸出。另一方面加法器53的輸出也按其原值t1提供給轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)57，由于此時(shí)的與門電路54的判定信號(hào)是“L”電平，由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)57輸出作為保持時(shí)間T11的原值t2。
其次，指令電壓向量V在區(qū)域Ⅱ中時(shí)，通過(guò)與上述同樣的減法器47進(jìn)行減法運(yùn)算，其結(jié)果為負(fù)值，與門電路49的輸出被遮斷，零向量的保持時(shí)間T00成為零，從與門電路48輸出負(fù)的減法運(yùn)算結(jié)果(t0)。據(jù)此，加法器53輸出將t1與t0/2相加的結(jié)果，而加法器28輸出將t2與t0/2相加的結(jié)果。此時(shí)由于加法器54的輸出不為負(fù)，則作為其原值的保持時(shí)間T22被輸出，加法器53的輸出通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)57作為保持時(shí)間T11輸出。
而且，當(dāng)指令電壓向量V在區(qū)域Ⅲ中時(shí)，由于上述加法器54的加法運(yùn)算結(jié)果為負(fù)值，則遮斷了與門電路55的輸出，同時(shí)，判定信號(hào)成為“L”電平使轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)57轉(zhuǎn)換。其結(jié)果，把保持時(shí)間T22作為控制周期Tsw，把保持時(shí)間T00和T11作為零輸出。
因而，采用該第7實(shí)施例，與第6實(shí)施例具有完全相同的效果。
那么，圖17(a)，(b)則是用將上述第6或第7實(shí)施例所獲得的變換器裝置的輸出通過(guò)模擬算出的波形圖來(lái)比較在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出相同負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的相電流，該圖(a)是現(xiàn)有技術(shù)的情況，該圖(b)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的情況。從該結(jié)果可以看出，對(duì)兩者進(jìn)行比較，本發(fā)明的實(shí)施例，其電流峰值及電流有效值較小。這樣，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部所產(chǎn)生的磁通及基波輸出電壓均變高。
而且通過(guò)以上各實(shí)施例，已經(jīng)說(shuō)明了適用的場(chǎng)合尤其是適用于開(kāi)環(huán)控制的變換器裝置，不言而喻，也能適用于施行電流控制的變換器裝置，此時(shí)將獲得高的電流跟隨性能。
權(quán)利要求
1.一種變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征在于具有三相PWM信號(hào)發(fā)生電路可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成三相交流正弦波近似電壓，在所定的模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓具有正弦波近似波形，而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的六個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的六種開(kāi)關(guān)模式及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)零向量相應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成包括相位指令值分類單元，對(duì)在電壓指令值上附隨的相位指令值屬于把電氣角2π進(jìn)行數(shù)等分后所得數(shù)個(gè)單位區(qū)域的哪個(gè)區(qū)域和相位指令值的超前角進(jìn)行判定；開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，對(duì)上述相位指令值所屬單位區(qū)域相應(yīng)的相互間具有π/3相位差的兩種基本電壓向量及零向量分別所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的確定以及該模式的輸出順序作出決定，在上述兩種開(kāi)關(guān)模式形成期間分別插入一次零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，保持時(shí)間計(jì)算單元，根據(jù)上述單位區(qū)域內(nèi)相位指令值的超前角及所提供的電壓指令值分別決定上述兩種基本電壓向量和零向量分別對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的各保持時(shí)間；計(jì)時(shí)單元，將各開(kāi)關(guān)模式的形成狀態(tài)保持到由上述保持時(shí)間計(jì)算單元所決定的各開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止。
2.按照權(quán)利要求1所述的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是將零向量所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式反復(fù)兩次插入同一種開(kāi)關(guān)模式。
3.按照權(quán)利要求1所述的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是在兩種開(kāi)關(guān)模式的每個(gè)中所插入的零向量相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式使其插入對(duì)象的開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)的3個(gè)開(kāi)關(guān)中的一個(gè)翻轉(zhuǎn)。
4.一種變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，具有三相PWM信號(hào)發(fā)生電路，可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成為三相交流正弦波近似電壓，在所定的模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使變換器主電路的輸出電壓具有正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的六個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的六種開(kāi)關(guān)模式以及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量相應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路的構(gòu)成包括相位指令值分類單元，對(duì)在電壓指令值上附隨著的相位指令值屬于把電氣角2π進(jìn)行數(shù)等分后所得的數(shù)個(gè)單位區(qū)域的哪個(gè)區(qū)域和相位指令值的超前角進(jìn)行判定;開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，對(duì)上述相位指令值所屬單位區(qū)域相應(yīng)的相互間具有π/3相位差的兩種基本電壓向量及零向量分別所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的確定以及該模式的輸出順序作出決定;保持時(shí)間計(jì)算單元，根據(jù)上述單位區(qū)域內(nèi)相應(yīng)指令值的超前角及所提供的電壓指令值分別決定上述兩種基本電壓向量和零向量所分別對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的各保持時(shí)間;計(jì)時(shí)單元，將開(kāi)關(guān)模式的形成狀態(tài)保持到由上述保持時(shí)間計(jì)算單元所決定的各開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止;單位區(qū)域轉(zhuǎn)換判定單元，當(dāng)相位指令值從上述兩種基本電壓向量之中一個(gè)最近的單位區(qū)域向另一個(gè)最近的單位區(qū)域過(guò)渡時(shí)，作出判定;上述開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元應(yīng)使在1個(gè)控制周期內(nèi)，零向量狀態(tài)在不同時(shí)刻至少形成三次，其中兩次所形成的零向量的合計(jì)保持時(shí)間大致等于另一次的保持時(shí)間。
5.按照權(quán)利要求4所述的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，先進(jìn)行的兩次零向量狀態(tài)是在1個(gè)控制周期內(nèi)至少處于前一半時(shí)間內(nèi)的最初和最后位置，而處于最后位置的零向量的保持時(shí)間被確定為最初的1/2左右。
6.按照權(quán)利要求4所述的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，以具有相位差2π/6的兩種基本電壓向量之間的相位差分成兩份的角度確定為單位區(qū)域所具有的角度大小。
7.一種變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，具有三相PWM信號(hào)發(fā)生電路，可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成三相交流正弦波近似電壓，在所定模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓具有正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的六個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的六種開(kāi)關(guān)模式以及實(shí)質(zhì)上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量相應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路包含有開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，根據(jù)含有所提供的電壓指令值和相位指令值的指令電壓向量來(lái)決定上述六種開(kāi)關(guān)模式的形成保持時(shí)間及其輸出順序;指令電壓向量置換單元，當(dāng)所提供的指令電壓向量的指令電壓值是超越了以基本電壓向量為半徑的PWM可控制區(qū)域的值時(shí)，把指令電壓向量置換成離上述PWM可控制區(qū)域界限最近的第1指令電壓向量。
8.按照權(quán)利要求7所述的變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，當(dāng)所提供的指令電壓向量超越了PWM可控制區(qū)域而且其相位指令值與基本電壓向量相近似時(shí)，便把該指令電壓置換成基本電壓向量的大小。
9.一種變換器裝置的PWM信號(hào)發(fā)生電路，其特征是，具有PWM信號(hào)發(fā)生電路，可發(fā)出以下對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行通斷控制的開(kāi)關(guān)模式信號(hào)，為了把直流電壓變換成為三相交流正弦波近似電壓，在所定模式下，被通斷控制的六個(gè)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行橋式連接而構(gòu)成變換器主電路，為了使該變換器主電路的輸出電壓具有正弦波近似波形而形成相互間具有2π/6電氣角相位差的6個(gè)基本電壓向量所對(duì)應(yīng)的6種開(kāi)關(guān)模式及實(shí)際上開(kāi)關(guān)元件全通或全斷狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的零向量相應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，該三相PWM信號(hào)發(fā)生電路包含開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，根據(jù)包括有所提供的電壓指令值和相位指令值的指令電壓向量來(lái)決定上述6種開(kāi)關(guān)模式的形成保持時(shí)間及其輸出順序;所屬區(qū)域決定單元，對(duì)所提供電壓指令向量屬于下述區(qū)域中哪一個(gè)區(qū)域作出判定，這些區(qū)域?yàn)楦鶕?jù)上述6種基本電壓向量所構(gòu)成的正六角形的第一區(qū)域，從該第一區(qū)域的各邊沿其垂直方向向外擴(kuò)展的第二區(qū)域，以及在各基本向量方向上擴(kuò)展的第三區(qū)域，由該判定所得的所屬結(jié)果，在第二區(qū)域時(shí)，則把其指令電壓向量置換成上述PWM可控制區(qū)域界限上最接近的第一指令電壓向量;在第三區(qū)域時(shí)，則把其指令電壓向量置換成為基本電壓向量的大小;在第一區(qū)域時(shí)，就是原指令電壓向量本身。
全文摘要
本發(fā)明的三相PWM信號(hào)發(fā)生電路包括相位指令值分類單元，對(duì)相位指令值所屬單位區(qū)域及其超前角進(jìn)行判定；開(kāi)關(guān)模式?jīng)Q定單元，對(duì)上述相位指令值所屬單位區(qū)域相應(yīng)的相互間具有π/3相位差的兩種基本電壓向量及零向量分別所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的確定以及該模式的輸出順序作出決定；保持時(shí)間計(jì)算單元，根據(jù)上述超前角及所提供的電壓指令值分別決定上述開(kāi)關(guān)模式的各保持時(shí)間；計(jì)時(shí)單元，將各開(kāi)關(guān)模式的形成狀態(tài)保持到上述各開(kāi)關(guān)模式保持時(shí)間經(jīng)過(guò)為止。
文檔編號(hào)H02M7/5395GK1059239SQ9110577
公開(kāi)日1992年3月4日 申請(qǐng)日期1991年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月20日
發(fā)明者餅川宏, 廣瀨達(dá)也, 堀口多起 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝