電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法與流程

2024-03-23 09:28:05 3

本發明涉及電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法。

背景技術：

作為本技術領域的背景技術，有日本特開平9-5114號公報(專利文獻1)。該公報中記載了「按照來自外部的串行信號的命令，將旋轉編碼器的脈衝數、極數和識別編號等編碼器的參數、和要安裝的電動機等設備的編號、感應電壓常數、慣性矩、粘性係數和它們的溫度常數等電動機等設備的參數寫入rom或者可電改寫的rom或者非易失性的ram或者用電池後備的ram中而存儲的電路」(參考權利要求1)。另外，記載了「在接收方手動輸入旋轉編碼器的脈衝數和要安裝的電動機等設備的信息」(參考「發明要解決的課題」)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平9-5114號公報

專利文獻2：日本特開平6-105580號公報

專利文獻3：日本特開2001-251889號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

專利文獻1的技術中，在旋轉編碼器中需要存儲脈衝數等編碼器的參數的電路。

另外，作為旋轉編碼器的現有的問題點，存在在接收方手動輸入編碼器的脈衝數等設備信息這樣的問題點。

於是，本發明中，目的在於提供一種電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法，其在旋轉編碼器中不需要存儲編碼器的參數的電路，並且不需要手動設定編碼器的脈衝數等設備信息。

用於解決課題的方法

為了解決上述課題，例如採用權利要求書中記載的結構。

本申請包括多種解決上述課題的手段，舉其一例，特徵在於：「一種電力轉換裝置，其通過開關電路的動作將交流電壓或直流電壓轉換為任意的電壓來控制電動機，其包括控制上述開關電路的動作的控制電路，上述控制電路基於來自位置檢測器、相位檢測器或速度檢測器的信號，得到上述位置檢測器、上述相位檢測器或上述速度檢測器的信息。」。

發明的效果

根據本發明，能夠提供一種電力轉換裝置和電力轉換裝置的控制方法，其在旋轉編碼器中不需要存儲編碼器的參數的電路，並且不需要手動設定編碼器的脈衝數等設備信息。

上述以外的課題、結構和效果，將通過以下實施方式的說明而說明。

附圖說明

圖1是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

圖2是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

圖3是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

圖4是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

圖5是實施例1中的實施方式結構的一例。

圖6是實施例2中的實施方式結構的一例。

圖7是實施例3中的實施方式結構的一例。

圖8是實施例4中的實施方式結構的一例。

具體實施方式

以下使用附圖說明本發明的實施例。其中，以下說明中，對各圖中共通的構成要素附加相同的符號，省略關於它們的重複的說明。

使用矢量控制進行電動機的驅動控制的電力轉換裝置，需要電動機的旋轉速度或旋轉位置信息，一般使用速度或位置檢測器。

圖1是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

圖1所示的信號是on和off的寬度相等的脈衝，檢測器每1轉輸出規定數量。

根據檢測器每1轉的脈衝數如下所述地計算旋轉位置。

[式1]

另外，也可以利用脈衝的上升沿和下降沿計算旋轉位置。該情況下，能夠通過將脈衝置換為邊沿來計算。在利用脈衝的上升沿和下降沿的情況下，檢測器每1轉的邊沿數與檢測器每1轉的脈衝數相等。

另外，也存在以提高精度為目的而利用脈衝的兩個邊沿的情況。該情況下的檢測器每1轉的邊沿數是檢測器每1轉的脈衝數的2倍。

另外，旋轉速度如下所述地計算。

[式2]

利用邊沿的情況下，與上述同樣，能夠通過將脈衝置換為邊沿來計算。

圖2是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

信號200與圖1所示的信號同樣，是on和off的寬度相等的脈衝，檢測器每1轉輸出規定數量。信號201是與信號200同樣的脈衝，但與信號200相比具有90°相位差203的延遲。信號202在檢測器每1轉時輸出1個脈衝，多用作旋轉位置的基準。

旋轉速度和旋轉位置與上述同樣地計算，但以提高精度為目的，通常特別使用信號200和信號201的兩個邊沿。該情況下的檢測器每1轉的邊沿數是檢測器每1轉的脈衝數的4倍。

另外，根據90°相位差203的關係，例如在信號200的上升沿之後檢測出信號201的上升沿的情況下為正轉，檢測出下降沿的情況下為反轉等，通過監視兩個邊沿也可以得知旋轉方向。

圖3是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

信號300中，檢測器每1轉輸出規定周期數的正弦(餘弦)波。信號301是與信號300同樣的正弦(餘弦)波，但與信號300相比具有90°相位差303的延遲。

旋轉速度和旋轉位置、旋轉方向能夠通過將正弦(餘弦)波轉換為脈衝而用與上述同樣的方法計算。該情況下，檢測器每1轉的脈衝數與檢測器每1轉的周期數相等。另外，有時也用正切來計算旋轉位置，根據旋轉位置的增減計算旋轉方向。

圖4是速度或位置檢測器輸出的信號的一例。

信號400中，檢測器每1轉輸出規定周期數的正弦(餘弦)波。信號401是與信號400同樣的正弦(餘弦)波，但與信號400相比具有120°相位差303的延遲。信號402是與信號400同樣的正弦(餘弦)波，但與信號401相比具有120°相位差404的延遲。

旋轉速度和旋轉位置、旋轉方向通過應用克拉克變換能夠與上述同樣地求出。

另外，上述檢測器被安裝在電動機的軸上的情況下，上述檢測器與電動機的旋轉速度、旋轉位置和旋轉方向相等。

(實施例1)

圖5是實施例1中的實施方式結構的一例。

進行三相交流感應電動機510的驅動控制的電力轉換裝置501，具有整流電路502、平滑電路503、開關電路控制器505、開關電路507、電流檢測器508、電動機狀態推定器513、檢測器信息推定器515、異常判斷器517。為了方便，將開關電路控制器505、電動機狀態推定器513、檢測器信息推定器515、異常判斷器517合稱為控制部。

從三相交流電源500輸出的三相交流電壓，被整流電路502整流，被平滑電路503平滑，生成直流電壓。也可以使用單相交流電源代替三相交流電源500，將單相交流電壓輸入至整流電路502。另外，也可以不使用交流電源，而是使用直流電源直接得到直流電壓。

開關電路控制器505為了從開關電路507輸出基於電壓指令504的電壓，而生成開關電路控制信號506。

開關電路507基於開關電路控制信號506將直流電壓轉換為三相交流電壓。

電流檢測器508檢測從開關電路507輸出的三相交流電流。也可以僅檢測2相，根據三相交流的總和為零，計算其餘1相。另外，也可以代替高價的電流檢測器508地，在平滑電路503的正極側和負極側設置廉價的分流電阻，根據該分流電阻中流過的電流推定三相交流電流。

位置檢測器511安裝在電動機上，輸出至少1個信號的檢測器每1轉規定數量的脈衝或規定數量的邊沿或規定周期數的正弦(餘弦)波作為電動機的旋轉位置信息。位置檢測器例如有編碼器、同步分解器(resolver)、霍爾傳感器等。輸出多個信號的情況下，檢測器每1轉的脈衝數和正弦(餘弦)周期數對於每個信號可以不同。另外，存在檢測電角的檢測器和檢測機械角的檢測器，但因為能夠按電動機的極數(極對數)轉換，所以以下視為相同。

電動機狀態推定器513基於電壓指令504和檢測電流509中的至少一項，推定三相交流感應電動機510的旋轉速度。感應電動機的速度推定方法，例如有日本特開平6-105580號公報(專利文獻2)中記載的方法。也可以推定感應電動機的旋轉位置，利用旋轉速度與旋轉位置成微積分的關係，計算旋轉速度。

檢測器信息推定器515根據推定電動機旋轉速度514和檢測位置信號512來推定檢測器信息。在檢測位置信號512存在多個的情況下，也可以推定與各信號對應的檢測器信息。例如，通過推定多個檢測器信息並進行平均化，也能夠減少噪聲等的影響。

異常判斷器517判定推定檢測器信息516是否滿足內部預先設定或者由外部設定的條件，輸出警報信號518。在推定檢測器信息516存在多個的情況下，可以對各檢測器信息設定條件，基於至少1個來輸出警報信號518。另外，也可以基於推定檢測器信息516中的至少2個來輸出警報信號518。通過基於多個推定檢測器信息輸出警報信號，能夠更可靠地對用戶通知檢測器信息的異常。作為輸出警報信號518的條件，例如有檢測器每1轉的脈衝數或邊沿數或周期數脫離電力轉換裝置中能夠設定的範圍的情況，或者至少2個檢測器每1轉的脈衝數或邊沿數或周期數不一致的情況等。

以下說明檢測器信息的推定方法。

例如，用日本特開平6-105580號公報(專利文獻2)中記載的方法，使三相交流感應電動機510以任意的旋轉速度旋轉時，將基於該旋轉速度的推定電動機旋轉速度514和檢測位置信號512輸入到檢測器信息推定器515。檢測器信息推定器515中，能夠根據輸入的推定電動機旋轉速度514和檢測位置信號512，如下所述地求出電動機每1轉的脈衝數。

[式3]

式3的脈衝計數和脈衝計數時間可以是與上次推定時的差。

位置檢測器511安裝在三相交流感應電動機510的軸上的情況下，電動機每1轉的脈衝數與檢測器每1轉的脈衝數相等，所以能夠得到檢測器信息。

脈衝的邊沿和正弦(餘弦)波的情況下，與上述同樣地將脈衝置換為邊沿或周期即可。

另外，檢測器信息推定器515中，判斷每1轉的脈衝數等檢測器信息在電力轉換裝置的設定值和推定值中不同的情況下，可以將設定值置換為推定值，用於旋轉速度和旋轉位置的計算。

(實施例2)

圖6是實施例2中的實施方式結構的一例。

進行三相交流感應電動機510的驅動控制的電力轉換裝置601具有開關電路控制器605、開關電路607、異常判斷器617、配線狀態推定器619。為了方便，將開關電路控制器605、異常判斷器617、配線狀態推定器619合稱為控制部。

開關電路控制器605為了從開關電路607輸出基於電壓指令504的電壓，而生成開關電路控制信號506。

開關電路607將從三相交流電源500輸出的三相交流電壓轉換為基於開關電路控制信號506的三相交流電壓。

配線狀態推定器619根據檢測位置信號512推定配線狀態。在檢測位置信號512存在多個的情況下，也可以推定與各信號對應的推定配線狀態620。另外，如上所述，也可以在電力轉換裝置中具備電流檢測器和電動機狀態推定器，推定電動機的旋轉速度和旋轉位置，基於檢測位置信號和旋轉速度或旋轉位置推定配線狀態。

異常判斷器617判定推定配線狀態620是否滿足內部預先設定或者由外部設定的條件，輸出警報信號518。在推定配線狀態620存在多個的情況下，可以對各檢測器信息設定條件，基於至少1個輸出警報信號518。另外，也可以基於推定配線狀態620中的至少2個輸出警報信號518。通過基於多個推定配線狀態輸出警報信號，能夠更可靠地對用戶通知配線狀態的異常。作為輸出警報信號518的條件，例如有電力轉換裝置601與位置檢測器511的推定配線相序與設定配線相序不同的情況，或者至少2個推定配線相序不一致的情況，或者至少1個配線斷線的情況等。

以下說明配線狀態620的推定方法。

例如，在v/f恆定控制中，使三相交流感應電動機510以任意的旋轉速度旋轉時，將基於該旋轉速度的檢測位置信號512輸入到配線狀態推定器619。配線狀態推定器619中，例如用上述方法等計算檢測器的旋轉方向。根據計算出的旋轉方向，可知輸入的檢測位置信號512的相位關係、即電力轉換裝置601與位置檢測器511的配線的相序。

另外，電力轉換裝置601與位置檢測器511的配線斷線的情況下，即使三相交流感應電動機510正在旋轉，也僅有斷線的配線的脈衝保持為on或off。從而，在輸入到配線狀態推定器619的檢測位置信號512中，存在脈衝保持為on或off的信號的情況下，該配線斷線。

這樣，能夠不使用電動機狀態推定器地，推定配線相序和斷線等配線狀態。

另外，也能夠在電力轉換裝置601中具備電動機狀態推定器，推定電動機旋轉速度和旋轉位置，用推定電動機旋轉速度或旋轉位置推定配線狀態。根據能夠由推定電動機旋轉速度的符號和推定電動機旋轉位置的增減計算出的旋轉方向、和能夠由檢測位置信號512計算出的旋轉方向，可知配線的相序。進而，對推定電動機旋轉速度或旋轉位置、與能夠由檢測位置信號512計算出的旋轉速度或旋轉位置進行比較，例如根據是否一致，能夠判斷配線的斷線。

使用脈衝的邊沿和正弦(餘弦)波的情況下，也能夠同樣地考慮，進行配線狀態的推定。

另外，例如在配線狀態推定器619中判斷配線的相序等配線狀態在電力轉換裝置的設定配線狀態和推定配線狀態中不同的情況下，可以將設定配線狀態置換為推定配線狀態，用於旋轉方向的計算。

(實施例3)

圖7是實施例3中的實施方式結構的一例。

進行三相交流永磁同步電動機710的驅動控制的電力轉換裝置701具有整流電路502、平滑電路503、開關電路控制器505、開關電路507、電流檢測器508、電動機狀態推定器713、檢測器信息推定器715、異常判斷器517。為了方便，將開關電路控制器505、電動機狀態推定器713、檢測器信息推定器715、異常判斷器517合稱為控制部。

速度檢測器711檢測檢測器的旋轉速度。另外，存在檢測電動機的電角速度的檢測器和檢測機械角速度的檢測器，但因為能夠按電動機的極數(極對數)轉換，所以以下視為相同。

電動機狀態推定器713基於電壓指令504和檢測電流509中的至少1項，推定三相交流永磁同步電動機710的旋轉位置。作為永磁同步電動機的位置推定方法，例如有日本特開2001-251889號公報(專利文獻3)中記載的方法。也可以推定永磁同步電動機的旋轉速度，利用旋轉速度與旋轉位置成微積分的關係，計算旋轉位置。

檢測器信息推定器715根據推定電動機旋轉位置714和檢測速度信號712推定檢測器信息。作為要推定的檢測器信息，例如檢測速度信號712是電壓或電流等模擬量的情況下，存在模擬量與檢測器的旋轉速度的關係。例如，模擬量與檢測器的旋轉速度成比例關係的情況下，是斜率(增益，gain)和截距(偏置，bias)等。另外，例如通過對推定電動機旋轉位置714的增減和檢測速度信號712的增減進行比較，可知檢測器的旋轉方向。

作為由異常判斷器517輸出警報信號518的條件，例如有上述斜率或截距的值脫離規定範圍的情況，或者至少2個上述換算增益或偏置的值不一致的情況等。

另外，通過在電力轉換裝置701中具備配線狀態推定器，對檢測速度信號712與能夠由推定電動機旋轉位置714計算出的旋轉速度進行比較，可知電力轉換裝置701與速度檢測器711的配線狀態、例如配線的斷線等。

另外，在三相交流永磁同步電動機710中安裝位置檢測器代替速度檢測器711的情況下，因為旋轉速度與旋轉位置成微積分的關係，所以也能夠同樣地推定檢測器信息和配線狀態。

(實施例4)

圖8是實施例4中的實施方式結構的一例。

進行三相交流感應電動機510的驅動控制的電力轉換裝置801具有整流電路502、平滑電路503、開關電路控制器505、開關電路507、異常判斷器817、關聯性推定器825。為了方便，將開關電路控制器505、異常判斷器817、關聯性推定器825合稱為控制部。

負載裝置822經由傳動機構821與三相交流感應電動機510連接。作為傳動機構821，例如有齒輪、鏈、傳動帶等。

位置檢測器823安裝在負載裝置822上，輸出至少1個信號的檢測器每1轉規定數量的脈衝或規定數量的邊沿或規定周期數的正弦(餘弦)波。在輸出多個信號的情況下，檢測器每1轉的脈衝數或正弦(餘弦)周期數對於每個信號可以不同。

關聯性推定器825基於檢測位置信號512和檢測位置信號824，推定三相交流感應電動機510與負載裝置822的關聯性。因為旋轉速度與旋轉位置呈微積分的關聯性，所以也可以在三相交流感應電動機510和負載裝置822中安裝速度檢測器代替位置檢測器，基於檢測速度推定三相交流感應電動機510與負載裝置822的關聯性。要推定的關聯性例如有旋轉速度比和旋轉位置比。也可以根據旋轉速度比和旋轉位置比計算傳動比和滑輪直徑等傳動機構信息。要推定的關聯性或傳動機構信息可以是多個。

異常判斷器817判定推定關聯性826是否滿足內部預先設定或者由外部設定的條件，輸出警報信號518。在推定關聯性826存在多個的情況下，可以對各檢測器信息設定條件，基於至少1個輸出警報信號518。通過基於多個推定關聯性輸出警報信號，能夠更可靠地對用戶通知關聯性的異常。作為輸出警報信號518的條件，例如有推定關聯性826脫離規定範圍的情況等。也可以代替推定關聯性826地基於推定傳動機構信息輸出警報信號518。

另外，也可以在電力轉換裝置801中具備檢測器信息推定器和配線狀態推定器，基於來自負載裝置822上安裝的速度或位置檢測器的檢測信號，推定檢測器信息和配線狀態。此時，也可以在電力轉換裝置801中具備電流檢測器和電動機信息推定器，基於推定電動機旋轉速度或旋轉位置，推定檢測器信息和配線狀態。

上述說明的檢測器信息或上述配線狀態或上述關聯性或上述傳動機構信息的推定，可以在用戶指定的時刻實施，也可以在電力轉換裝置與速度或位置檢測器的配線完成時自動實施。

上述實施例主要是關於檢測旋轉速度和旋轉位置的檢測器的說明，但對於檢測直線速度和直線位移的檢測器也能夠同樣地考慮。

另外，本發明不限定於上述實施例，包括各種變形例。例如，上述實施例是為了易於理解地說明本發明而詳細說明的，並不限定於必須包括說明的所有結構。另外，可將某實施例的構成的一部分置換為其它的實施例的結構，另外，還能夠在某實施例的結構上增加其它實施例的結構。另外，對於各實施例的結構的一部分，能夠追加、刪除、置換其他結構。另外，上述各結構、功能、處理部、處理單元等的一部分或全部，例如可以通過集成電路設計等而用硬體實現。另外，上述各結構、功能等，也可以通過處理器解釋、執行實現各功能的程序而用軟體實現。實現各功能的程序、表、文件等信息，能夠保存在存儲器、硬碟、ssd(solidstatedrive)等記錄裝置、或者ic卡、sd卡、dvd等記錄介質中。

附圖標記的說明

200，201，202，300，301，400，401，402……信號

203，303……90°相位差

403，404……120°相位差

500……三相交流電源

501……電力轉換裝置

502……整流電路

503……平滑電路

504……電壓指令

505……開關電路控制器

506……開關電路控制信號

507……開關電路

508……電流檢測器

509……檢測電流

510……三相交流感應電動機

511……位置檢測器

512……檢測位置信號

513……電動機狀態推定器

514……推定電動機旋轉速度

515……檢測器信息推定器

516……檢測器信息

517……異常判斷器

518……警報信號

601……電力轉換裝置

605……開關電路控制器

607……開關電路

617……異常判斷器

619……配線狀態推定器

620……推定配線狀態

701……電力轉換裝置

710……三相交流永磁同步電動機

711……速度檢測器

712……檢測速度信號

713……電動機狀態推定器

714……推定電動機旋轉位置

715……檢測器信息推定器

801……電力轉換裝置

817……異常判斷器

821……傳動機構

822……負載裝置

823……位置檢測器

824……檢測位置信號

825……關聯性推定器

826……推定關聯性。