[實用新型]三相交流感應電動機的三角波比較脈寬調變信號發生裝置

無效

• 申請號: 97209712.0
• 申請日: 1997-01-17
• 公開（公告）號: CN2285538Y
• 公開（公告）日: 1998-07-01
• 發明（設計）人: 張興三;廖嘉章;吳金昌;陳憲俊;林子淵
• 申請（專利權）人: 永大機電工業股份有限公司
• 主分類號: H02P5/402
• 分類號: H02P5/402;H02P5/408
• 代理公司: 上海華東專利事務所
• 代理人: 高毓秋

本實用新型涉及一種三相交流感應電動機的三角波比較脈寬調變(PWM)信號發生裝置，特別是一種涉及供人乘座的升降機所使用的電動機，即可變電壓、可變頻率(V.V.V.F.)并達變速驅動目的的全數位化控制裝置。

目前三相交流感應電動機的變速控制方式中屬脈寬調變方式為驅動效果最為平順，因此，業界即相繼發展各種有關的驅動方式，例如日本專利公報特開昭50-25592號案，其系利用二個電壓向量與零向量作組合，使其電壓向量順著磁通圓環繞而決定PWM換流器的閘門信號，該閘門信號開關的頻率系取決于取樣時間內的電壓向量及零向量的組合頻率，而該取樣時間內藉電壓向量及零向量的大小因磁通的角速度發生變化，該等向量的任一向量的大小因會變為零，所以PWM換流器的開關頻率即降低，結果電壓波形失真變多，于是電動機的噪音也隨之增加，此為其缺點之一，其另一缺點即是微處理機(CPU)在處理該等向量的組合運算時，所耗時間過長，亦導致開關頻率降低，產生噪音。

另有一種“用以擴展直線性、減少整流損失及增加換流器/變換器輸出電壓的脈寬調變方法”其主要是采用三角波與正弦波比較法；意即由CPU產生一高頻三角形電壓波與一基本頻率可變動的正波相互比較，藉由比較結果所形成的PWM波來控制主電源電路中各閘門的開、閉時間；但是，僅僅如此的比較方式中，在輸出電壓(線間電壓)、電流不失真的理想狀況下，基本波振幅最大只能達到原有的，約86％Ed，此乃眾所皆知。

因此，為改善三角波比較脈寬調變(PWM)的電壓利用率的方法之一已于1988年IEEE工業應用協會第23次年會的記錄(IEEE-IAS)內的“Improved?Current?Control?Technique?of?VSI?PWM?Inverters?with?Const-antFrequency?and?Extended?Voltage?Range’一文中提出，其系修改傳統的磁滯電流調節器；該磁滯電流調節器系將由相位電流回饋的電流加以比較，而提供誤差信號予滯磁比較器，此比較器乃提供PWM信號予前述變頻器的互補閘門而做控制；但是該磁滯調節器欲又不適于微處理器軟件使用，由于該調節器需速度快的比較器，并須響應于微處理器取樣時間無關的受控制變數而改變狀態，故磁滯調節器系使用于硬件內。

另外，為達到全數位化的設計，一般習用的方法是于CPU內部直接做三角波比較運算，并將算出的PWA信號提供切換閘門的開、閉信號，但如此一來CPU便無法在任意時刻“同時”將運算的結果輸出，畢竟CPU的運算是有時間性的，且三相PWM訊號的波形必須分次計算，故造成CPU額外的負擔及信號的時間性誤差。

本實用新型的首要目的在于提供一簡單的軟、硬件結構，快速的產生三角波比較脈寬調變(PWM)信號，以降低CPU的運算時間，并達到全數位化變頻式交流電動機的控制，而使升降機的動作平順。

本實用新型的三角波系由一只三角波產生器(UP、DOWN?Counter)所產生，而CPU則僅提供變頻的三相正弦波於暫存器，當暫存器被觸發時，暫存器即將所存的正弦波值“同時”送至比較器，使比較器將前述兩個訊號做比較后送出控制訊號，以控制閘門的開、閉，因此，CPU的運算上將非常簡化，且由于該變頻的正弦波由CPU送出之后先由暫存器保持，再同時送予不同的比較器比較，故各相間無時間性誤差。

本實用新型的另一目的系在于提供一種失真極少的PWM波，由于本實用新型系將原有三角波比較法中電壓利用率由原來的提高-1)×100％約為15％左右的利用率。

本實用新型附圖說明如下：

圖1為本實用新型的電路配置示意圖；

圖2為本實用新型的FPGA晶片實施例的電路簡圖；

圖3、圖4、圖5為本實用新型數位化三角波比較器中控制流程的實施例說明圖；

圖6為本實有新型三相正弦波信號與三角波比較的時間對照圖解，其調幅指數小于1；

圖7、圖8、圖9、圖10為圖6比較后的PWM波的時間對照圖解，其分別顯示V_U、V_V、V_W、V_UV的波形；

圖11為本實用新型三相正弦波信號與三角波比較的時間對照圖解，其調幅指數系大于1；

圖12、圖13、圖14、圖15為圖11比較后的PWM波的時間對照圖解，其分別顯示V_U、V_V、V_W、V_UV的波形；