[發明專利]逆變器的控制裝置

有效

• 申請號: 201210273595.9
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN102916648A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 大口英樹
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P27/08
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及對電動機進行變速驅動的逆變器的控制裝置，特別涉及具有非同步PWM（Pulse?Width?Modulation；脈寬調制）模式和同步PWM模式作為驅動逆變器的柵極信號的生成模式、切換兩個模式生成柵極信號的控制裝置。

背景技術

眾所周知，永磁鐵同步電動機是通過對三相定子繞組施加三相交流電壓而產生旋轉磁場、并且利用該旋轉磁場使設置有永磁鐵的轉子旋轉的電動機。作為用于產生對該永磁鐵同步電動機的三相定子繞組施加的三相交流電壓的單元，一般使用逆變器。該逆變器是將輸入直流電壓通過利用開關元件進行開關而轉換生成交流電壓的裝置。該逆變器的控制裝置，對于該逆變器的開關元件施加PWM脈沖作為通/斷（ON/OFF）控制用的柵極信號，通過控制該柵極信號的脈沖寬度來控制使逆變器輸出的交流電壓的頻率和振幅。

作為逆變器的控制裝置中的柵極信號的生成模式，具有非同步PWM模式。該非同步PWM模式是通過使用指示應從逆變器對電動機供給的交流電壓波形的電壓指令和相對于該電壓指令非同步的規定頻率的載波進行脈寬調制來生成PWM脈沖即柵極信號的模式。在該非同步PWM模式中，逆變器的控制裝置通過控制流過電動機的定子繞組的電流來控制電動機的轉矩。

在用逆變器驅動永磁鐵同步電動機的情況下，電動機高速旋轉時，在電動機的定子繞組中產生的感應電壓變高，逆變器的輸出電壓對于感應電壓的余量減少。該結果是，不能夠從逆變器對電動機供給產生轉矩的電流，電動機的轉矩降低。

作為用于解決該問題的一個方法，有以下說明的弱磁控制。首先，流過電動機的定子繞組的電流，能夠分解為沿著朝向轉子的永磁鐵的N極方向的d軸的成分即d軸電流i_d和沿著與該d軸正交的q軸的成分即q軸電流i_q。此處，q軸電流i_q是在電動機中參與產生電磁轉矩的電流，d軸電流i_d是參與產生磁阻轉矩的電流。弱磁控制通過使負的d軸電流i_d流過電動機的定子繞組而減少因轉子的旋轉在定子繞組中產生的感應電壓，由此增加q軸電流i_q，增加電動機的轉矩。

通過進行該弱磁控制，能夠一定程度上解決電動機的轉速較高的區域中的轉矩不足的問題。但是，弱磁控制也存在極限，電動機的轉速超過一定限度時，即使在非同步PWM模式中進行弱磁控制，也會發生在高速旋轉區域中不能得到期望的電動機的問題。

于是，有進行將控制裝置中的柵極信號的生成模式從非同步PWM模式切換為例如單脈沖同步PWM模式的控制的情況。此處，同步PWM模式是通過使用指示應從逆變器對電動機供給的交流電壓波形的電壓指令和相對于該電壓指令同步的載波進行脈寬調制來生成PWM脈沖即柵極信號的模式。此外，單脈沖同步PWM模式是在電壓指令的一個周期中生成一個PWM脈沖的模式。在切換為該單脈沖等同步PWM模式時，能夠從逆變器對電動機供給較高的基波電壓，因此能夠解決高速旋轉區域中的轉矩不足的問題。

作為公開涉及這樣從非同步PWM模式切換到同步PWM模式的技術的文獻，有專利文獻1。在該專利文獻1中，公開了在切換非同步PWM模式（專利文獻1中稱為正弦波控制）和單脈沖同步PWM模式（專利文獻1中稱為矩形波控制）中減少轉矩變動的發明。概要如下所述。

（1）求出用于產生電動機所需的轉矩的正弦波的電壓指令的相位和振幅以及矩形波的電壓指令的相位。

（2）使電壓指令的相位和振幅從正弦波向矩形波同時且連續地變化。此時，電壓指令是梯形波狀（參照專利文獻1的圖4）。

（3）將上述（2）的梯形波狀的電壓指令與載波進行比較，生成對于逆變器的柵極信號（PWM脈沖）。

此外，如圖13（對應于專利文獻1的圖6）所示，在高轉速、高轉矩區域將柵極信號的生成模式切換為單脈沖同步PWM模式（專利文獻1中為矩形波控制模式）。此處，在高轉速區域（圖13的（a））中電動機的反電動勢較高，超過逆變器的直流中間電壓，容易發生轉矩降低。于是，在切換線以上的范圍適用單脈沖同步PWM模式。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平11-285288號公報

非專利文獻

非專利文獻1：“交流電動機可變速驅動的基礎與應用”日本電氣學會編，日本CORONA出版社

發明內容

發明要解決的課題