專利名稱：具有調(diào)制方式選擇部的電動機驅(qū)動用的pwm整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用PWM信號(脈寬調(diào)制信號)控制開關(guān)元件把三相交流電力變換為直流電力的電動機驅(qū)動用的PWM整流器。
背景技術(shù)：
在驅(qū)動機床、產(chǎn)業(yè)機械、機器人等的電動機驅(qū)動裝置中，使用把商用交流電力變換為直流電力、將其供給驅(qū)動電動機的逆變器的、電動機驅(qū)動用的整流器。作為這樣的整流器，有二極管整流方式的整流器。二極管整流方式的整流器，雖然有廉價這樣的優(yōu)點，但是有電源高次諧波或者無效電流大這樣的缺點。對此，近年來，從要求減低電源高次諧波或者減低無效電力出發(fā)，使用脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation:PWM)的整流器(以下稱“PWM整流器”)的應(yīng)用正在增多。圖9是表示一般的PWM整流器的結(jié)構(gòu)的圖。該PWM整流器100的主電路部10由圖示那樣連接的晶體管12 17、二極管18 23以及濾波電容器24構(gòu)成。在主電路部10的輸入側(cè)，通過交流電抗器26連接三相交流電源30，在輸出側(cè)，連接PWM逆變器32等負(fù)荷。加法器36輸出PWM整流器100的輸出電壓亦即濾波電容器24的電壓的離開電壓指令的偏差(電壓偏差)。電壓控制器34從加法器36輸出的電壓偏差和三相交流電源30的電壓，輸出電流指令。加法器38輸出在PWM整流器100的交流輸入側(cè)設(shè)置的電流檢測器28中檢出的電流的離開電流指令的偏差(電流偏差)。電流控制器140比較從該電流偏差生成的PWM電壓指令和恒定振幅恒定頻率的PWM載波(脈寬調(diào)制載波)，根據(jù)其比較結(jié)果輸出用于控制晶體管12 17的PWM信號(脈寬調(diào)制信號)。
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圖10是說明一般的PWM整流器中的三相調(diào)制方式的圖。在圖10中，用實線表示三相調(diào)制方式中的R相、S相以及T相的PWM電壓指令，用虛線表示與它們比較的PWM載波。在電流控制器140中比較各相的PWM電壓指令和三角波的PWM載波，在PWM電壓指令比PWM載波大的情況下，使圖9中上側(cè)的晶體管12、14或者16導(dǎo)通，使下側(cè)的晶體管13、15或者17關(guān)斷，在PWM電壓指令比PWM載波小的情況下，使圖9中下側(cè)的晶體管13、15或者17導(dǎo)通，使上側(cè)的晶體管12、14或者16關(guān)斷。如圖10所示，與各相的PWM電壓指令的值的變化一起，各相的晶體管導(dǎo)通的期間的比例變化，當(dāng)PWM電壓指令的值接近PWM載波的最大值時，該相上側(cè)的晶體管導(dǎo)通的期間變長，當(dāng)接近最小值時該相下側(cè)的晶體管導(dǎo)通的期間變長。這樣，在PWM整流器中，因為通過開關(guān)元件進行高速開關(guān)動作，所以開關(guān)損失增大。因此，PWM整流器與現(xiàn)有的二極管整流方式的整流器相比，有裝置全體中的損失變大，裝置的容積變大的問題。歷來，為解決該問題，使用在交流輸入側(cè)的電流的振幅大的區(qū)域內(nèi)降低PWM頻率這樣的方法。通過該方法，能夠抑制開關(guān)元件中的開關(guān)損失(發(fā)熱)以及裝置的容積增大。但是在現(xiàn)有的方法中，因為伴隨PWM頻率的降低，反饋的采樣周期變長，所以有控制系統(tǒng)的響應(yīng)性惡化這樣的問題。對此，例如在日本特開2010 - 200412號公報中記載的那樣，提出了一種PWM整流器，其通過應(yīng)用通過在開關(guān)損失增大的電流值大的區(qū)域內(nèi)使三相PWM電壓指令的某一相與PWM載波的最大值或者最小值一致，由此降低開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)的兩相調(diào)制方式，從而能夠不使控制性惡化，抑制開關(guān)損失。此外，例如在日本特開2004 - 048885號公報中記載的那樣，提出了一種技術(shù)，即使在PWM逆變器中，也在使用PWM信號變換直流電壓輸出交流電壓時，根據(jù)重視電流控制的精度還是重視發(fā)熱的抑制，作為調(diào)制方式選擇三相調(diào)制方式或者兩相調(diào)整方式。另外，例如在日本特開平8 — 023698號公報中記載的那樣，提出了一種技術(shù)，即使在相同的PWM逆變器中，也通過使調(diào)制方式從三相調(diào)制方式切換到兩相調(diào)整方式，減低電動機再生狀態(tài)下的實電流波形的失真，或者在從電動機再生狀態(tài)向動力運行狀態(tài)變化時抑制電流或者轉(zhuǎn)據(jù)的過度變動。根據(jù)上述的兩相調(diào)制方式，能夠抑制開關(guān)元件中的開關(guān)損失(發(fā)熱)，但是因為比三相調(diào)制方式開關(guān)次數(shù)少，所以對于交流輸入側(cè)的電流的基波成分的波動成分(高次諧波成分)的比率增大。亦即在假定在兩相調(diào)制方式以及三相調(diào)制方式下交流輸入側(cè)的基波成分相同的情況下，有兩相調(diào)制方式的一方交流電流的尖峰時的值變大這樣的問題。一般，在PWM整流器中，為不使開關(guān)元件超過最大額定電流使用，設(shè)置保護功能，該功能實時監(jiān)視交流輸入側(cè)的電流，在該電流值超過規(guī)定的值的情況下，強制使開關(guān)動作停止，以硬件方式限制電流，或者發(fā)出警報停止PWM動作。但是， 如上述，因為當(dāng)成為兩相調(diào)制方式時對于交流輸入側(cè)的電流的基波成分，波動成分的比率變大，所以兩相調(diào)制方式與三相調(diào)制方式的情況相比有上述的保護功能動作快這樣的問題。圖1la是說明通過一般的PWM整流器中的三相調(diào)制方式產(chǎn)生的交流輸入側(cè)的電流的波動的圖。圖1lb是說明通過一般的PWM整流器中的兩相調(diào)制方式產(chǎn)生的交流輸入側(cè)的電流的波動的圖。在圖1la以及圖1lb中，用實線表示交流輸入側(cè)的電流的基波成分和波動成分，用虛線表示交流輸入側(cè)的電流的基波成分。與圖1la所示那樣的三相調(diào)制方式中的電流波動比較，在兩相調(diào)制方式中，如圖1lb所示，因為電流尖峰時開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)比三相調(diào)制方式的情況少，所以對于交流輸入側(cè)的電流的基波成分電流波動的比率變大。假定設(shè)定圖1la以及圖1lb所示那樣的保護功能動作電平，在兩相調(diào)制方式以及三相調(diào)制方式下交流輸入側(cè)的電流的基波成分相同的情況下，因為在兩相調(diào)制方式中，與三相調(diào)制方式相比電流波動幅度變大，所以交流電流尖峰時的值變大，上述的保護功能容易動作。因此，根據(jù)作為PWM整流器的調(diào)制方式在交流輸入側(cè)的電流小的區(qū)域中應(yīng)用三相調(diào)制方式在交流輸入側(cè)的電流大的區(qū)域中應(yīng)用兩相調(diào)制方式的方法，需要降低輸出運行，不使上述保護功能驅(qū)動PWM整流器，與不管交流輸入側(cè)的電流值始終應(yīng)用三相調(diào)制方式的方法相比，有不能夠有效運用開關(guān)元件的電流，PWM整流器的最大輸出降低這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種電動機驅(qū)動用的PWM整流器，其能夠不降低最大輸出，而且不使響應(yīng)性惡化，減低開關(guān)元件的開關(guān)損失。一種使用PWM信號控制開關(guān)元件、把三相交流電力變換為直流電力的電動機驅(qū)動用PWM整流器，具有:控制部，用于遵照三相調(diào)制方式或者兩相調(diào)制方式生成上述PWM信號，三相調(diào)制方式為:比較PWM電壓指令與恒定振幅恒定頻率的PWM載波生成PWM信號，兩相調(diào)制方式為:將使構(gòu)成上述三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中的被選擇的一相的PWM電壓指令在規(guī)定期間中與上述PWM載波的最大值或者最小值一致的一相以及將為了取得上述一致所必要的偏移量用于與上述被選擇的一相不同的其他兩相后的兩相構(gòu)成的PWM電壓指令與上述PWM載波進行比較，生成上述PWM信號；檢測部，用于檢測三相交流的電流作為電流檢測值輸出；和選擇部，用于比較電流檢測值、比零大的第一閾值、和比第一閾值大的第二閾值，作為在控制部中的PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式，在電流檢測值、t匕第一閾值大比第二閾值小的情況下選擇兩相調(diào)制方式，在那以外的情況下選擇三相調(diào)制方式。在用選擇部進行第一閾值以及第二閾值的比較中使用的上述電流檢測值，是三相交流的各相的電流振幅的絕對值的最大值、或者把三相交流的電流變換在兩相坐標(biāo)軸上得到的電流矢量的矢量范數(shù)。根據(jù)開關(guān)元件具有的熱額定值和PWM載波的載波頻率中的至少一個決定第一閾值。根據(jù)開關(guān)元件具有的最大額定電流和在三相交流的電流中產(chǎn)生的電流波動成分和PWM載波的載波頻率中的至少一個決定第二閾值。



通過參照以下的附圖，能夠更加明確理解本發(fā)明。圖1是表示PWM整流器的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是PWM整流器中的調(diào)制方式的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖3是說明在PWM整流器中的調(diào)制方式選擇部中使用的閾值的概念圖。圖4是說明從電流矢量的三相坐標(biāo)向兩相坐標(biāo)的變換的圖。圖5a、圖5b以及圖5c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第一例的圖。圖6a、圖6b以及圖6c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第二例的圖。圖7a、圖7b以及圖7c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第三例的圖。圖8a、圖8b以及圖8c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第四例的圖。圖9是表示一般的PWM整流器的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是說明一般的PWM整流器中的三相調(diào)制方式的圖。圖1la是說明通過一般的PWM整流器中的三相調(diào)制方式產(chǎn)生的交流輸入側(cè)的電流的波動的圖。圖1lb是說明通過一般的PWM整流器中的兩相調(diào)制方式產(chǎn)生的交流輸入側(cè)的電流的波動的圖。
具體實施例方式下面參照

具有調(diào)制方式選擇部的電動機驅(qū)動用的PWM整流器。但是希望理解，本發(fā)明不限于附圖或者以下說明的實施方式。圖1是表示PWM整流器的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，電動機驅(qū)動用的PWM整流器1，在交流輸入側(cè)連接三相交流電源30，使用PWM信號控制開關(guān)元件，把來自三相交流電源30的三相交流電力變換為直流電力，向在直流輸出側(cè)連接的負(fù)荷32輸出。負(fù)荷32是用于交流驅(qū)動電動機的逆變器。PWM整流器I具有:作為如下控制部的電流控制器40，該控制部用于遵照比較PWM電壓指令與恒定振幅恒定頻率的PWM載波(脈寬調(diào)制載波)生成PWM信號(脈寬調(diào)制信號)的三相調(diào)制方式、或者遵照將使構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中的被選擇的一相的PWM電壓指令在規(guī)定期間中與PWM載波的最大值或者最小值一致的一相以及將為了取得上述一致所必要的偏移量用于與上述被選擇的一相不同的其他兩相后的兩相所構(gòu)成的PWM電壓指令與PWM載波進行比較，生成PWM信號的兩相調(diào)制方式，生成PWM信號；檢測部，用于通過電流檢測器28檢測三相交流電源30的三相交流的電流，作為電流檢測值輸出；和作為如下選擇部的調(diào)制方式選擇部42，該選擇部用于比較上述電流檢測值、比零大的第一閾值、和比第一閾值大的第二閾值，作為在控制部(電流控制器40 )中的PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式，在上述電流檢測值比第一閾值大、比第二閾值小的情況下選擇兩相調(diào)制方式，在那以外的情況下選擇三相調(diào)制方式。第一閾值以及第二閾值在存儲器44中存儲，調(diào)制方式選擇部42從存儲器44中適宜讀出第一閾值以及第二閾值，在和上述電流檢測值的比較中使用。這樣，調(diào)制方式選擇部42選擇三相調(diào)制方式或者兩相調(diào)制方式中的某一種。遵照通過調(diào)制方式選擇部42選擇的調(diào)制方式，電流控制器40生成PWM信號。關(guān)于調(diào)制方式選擇部42的動作后述。PWM整流器I的主電路部10，由圖示那樣連接的晶體管12 17、二極管18 23以及濾波電容器24構(gòu)成。在主電路部10的輸入側(cè)，通過交流電抗器26連接三相交流電源30，在輸出側(cè)連接負(fù)荷32。此外， 在實施例中，PWM整流器I的開關(guān)元件作為一例使用晶體管，但是開關(guān)元件的種類自身不限定本發(fā)明，也可以是其他的半導(dǎo)體元件。加法器36輸出PWM整流器I的輸出電壓亦即濾波電容器24的電壓的離開電壓指令的偏差(電壓偏差)。電壓控制器34從加法器36輸出的電壓偏差和三相交流電源30的電壓，輸出電流指令。加法器38向電流控制器40輸出在PWM整流器I的交流輸入側(cè)設(shè)置的電流檢測器28中檢出的電流的離開電流指令的偏差(電流偏差)。電流控制器40，如上述遵照通過調(diào)制方式選擇部42選擇的調(diào)制方式生成PWM信號。亦即在通過調(diào)制方式選擇部42選擇的調(diào)制方式是三相調(diào)制方式時，比較從來自加法器38的電流偏差生成的PWM電壓指令和恒定振幅恒定頻率的PWM載波，將其比較結(jié)果作為用于控制晶體管12 17的PWM信號輸出。另外，在通過調(diào)制方式選擇部42選擇的調(diào)制方式是兩相調(diào)制方式時，比較遵照兩相調(diào)制方式生成的PWM電壓指令與PWM載波，將其比較結(jié)果作為PWM信號輸出。上述的電壓控制器34、加法器36以及38、電流控制器40、以及調(diào)制方式選擇部42中的各處理，例如使用DSP、FPGA或者微計算機實現(xiàn)。接著說明調(diào)制方式選擇部42的動作的細(xì)節(jié)。圖2是PWM整流器中的調(diào)制方式的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。另外，圖3是說明在PWM整流器中的調(diào)制方式選擇部中使用的閾值的概念圖。在調(diào)制方式選擇部42中在和通過電流檢測器28檢出的電流檢測值的比較中使用的第一閾值預(yù)先設(shè)定為比零(O)大的值，第二閾值預(yù)先設(shè)定為比第一閾值大的值。
這里，上述第一閾值根據(jù)開關(guān)元件具有的熱額定值和PWM載波的載波頻率中的至少一個決定。這樣，因為作為決定第一閾值時的判斷材料，在PWM載波的載波頻率以外可以舉出開關(guān)元件具有的熱額定值，所以第一閾值意味三相調(diào)制方式和兩相調(diào)制方式的切換條件，因為兩相調(diào)制方式是為抑制在電流值大的區(qū)域中在開關(guān)元件中產(chǎn)生的開關(guān)損失(發(fā)熱)而采用的方式。另外，第二閾值根據(jù)開關(guān)元件具有的最大額定電流和在三相交流的電流中產(chǎn)生的電流波動成分和PWM載波的載波頻率中的至少一個決定。這樣，因為作為決定第二閾值時的判斷材料，在PWM載波的載波頻率以外可以舉出開關(guān)兀件具有的最大額定電流和在二相交流的電流中產(chǎn)生的電流波動成分，所以第二閾值意味在電流檢測值增加時從兩相調(diào)制方式向三相調(diào)制方式切換時的切換條件，這是因為通過使PWM整流器能夠在接近開關(guān)元件的最大額定電流下運行，有效應(yīng)用開關(guān)元件的電流，不使PWM整流器的輸出降低的緣故。調(diào)制方式選擇部42從存儲器44中適宜讀出第一閾值以及第二閾值，在與上述電流檢測值的比較中使用。亦即如圖3所示，調(diào)制方式選擇部42比較上述電流檢測值、和比零大的第一閾值以及比該第一閾值大的第二閾值，在上述電流檢測值比第一閾值大而比第二閾值小的情況下選擇兩相調(diào)制方式，在電流控制器40中的PWM信號的生成中使用它，在那以外的情況下選擇三相調(diào)制方式在電流控制器40中的PWM信號的生成中使用。使用圖2表示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖詳細(xì)說明這點時如下。首先在位于初始狀態(tài)SO時，當(dāng)PWM整流器開始PWM動作時，從初始狀態(tài)SO轉(zhuǎn)移到狀態(tài)SI。狀態(tài)SI在交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第一閾值前維持。在狀態(tài)SI期間，調(diào)制方式選擇部42，作為在電流控制器40中的PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式，選擇圖10所示那樣的三相調(diào)制方式。當(dāng)交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第一閾值時，從狀態(tài)SI轉(zhuǎn)移到狀態(tài)S2。在交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第二閾值前，另外在交流輸入側(cè)的電流檢測值成為“第一閾值一第一滯后”以下前維持狀態(tài)S2。亦即在根據(jù)切換條件的判定的切換中具有滯后。在狀態(tài)S2期間，調(diào)制方式選擇部42作為在電流控制器40中的PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式選擇兩相調(diào)制方式。電流檢測·值超過第一閾值，意味交流輸入側(cè)的電流進入大的區(qū)域，但是根據(jù)本發(fā)明的實施例，因為把在PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式從三相調(diào)制方式切換到兩相調(diào)制方式，所以開關(guān)元件的開關(guān)損失，與使用三相調(diào)制方式的情況下相比被抑制。當(dāng)交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第二閾值時，從狀態(tài)S2轉(zhuǎn)移到狀態(tài)S3，調(diào)制方式選擇部42再次選擇三相調(diào)制方式。在交流輸入側(cè)的電流檢測值成為“第二閾值一第二滯后”以下前維持狀態(tài)S3。亦即在根據(jù)切換條件的判定的切換中具有滯后。在狀態(tài)S3期間，調(diào)制方式選擇部42作為在電流控制器40中的PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式選擇三相調(diào)制方式。電流檢測值超過第二閾值意味交流輸入側(cè)的電流檢測值接近最大額定電流，但是根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過把在PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式從電流波動大的兩相調(diào)制方式切換到電流波動小的三相調(diào)制方式，抑制對于交流輸入側(cè)的電流的基波成分的電流波動。由此，接近開關(guān)元件的最大額定電流處的PWM整流器I的運行成為可能。歷來，為不使在PWM整流器內(nèi)一般設(shè)置的保護開關(guān)元件的功能動作而需要降低PWM整流器的輸出而運行，但是，根據(jù)本發(fā)明不需要，為能夠有效利用開關(guān)元件的電流，不降低PWM整流器I的最大輸出。此外，從交流輸入側(cè)向PWM整流器I輸入的接近最大額定電流的電流，因為負(fù)荷32是用于向電動機供給交流驅(qū)動電力的逆變器，所以僅在電動機加減速等的過渡狀態(tài)下一瞬間施加，而不是經(jīng)常施加。因此，如上述，通過在接近開關(guān)元件的最大額定電流值附近從兩相調(diào)制方式再次切換到三相調(diào)制方式引起的開關(guān)損失的增加，從裝置全體的損失看是可以忽略的值。因此，在PWM整流器I中，在開關(guān)元件中不產(chǎn)生通過調(diào)制方式的切換引起的熱的問題。當(dāng)交流輸入側(cè)的電流檢測值成為“第二閾值一第二滯后”時，從狀態(tài)S3向狀態(tài)S2轉(zhuǎn)移，調(diào)制方式選擇部42選擇兩相調(diào)制方式。如上述，狀態(tài)S2，在交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第二閾值之前、或者在交流輸入側(cè)的電流檢測值成為“第一閾值一第一滯后”以下之前維持。當(dāng)交流輸入側(cè)的電流檢測值成為“第一閾值一第一滯后”以下時從狀態(tài)S2向狀態(tài)SI轉(zhuǎn)移，調(diào)制方式選擇部42選擇三相調(diào)制方式。如上述，在交流輸入側(cè)的電流檢測值超過第一閾值之前維持狀態(tài)SI。上述的第一閾值以及第二閾值，在調(diào)制方式選擇部42中與交流輸入側(cè)的電流檢測值比較。這里，在調(diào)制方式選擇部42中與第一閾值以及第二閾值的比較中使用的上述電流檢測值，是三相交流的各相的·電流振幅的絕對值的最大值、或者是把三相交流的電流變換在兩相坐標(biāo)軸上得到的電流矢量的矢量范數(shù)。這里，在說明電流矢量的矢量范數(shù)的情況時如下述。圖4是說明從電流矢量的三相坐標(biāo)上向兩相坐標(biāo)的變換的圖。如圖4所示，當(dāng)用RST各軸表示的三相坐標(biāo)上的電流矢量進行三相兩相變換(所謂的α β變換)時，被變換為用α β各軸表示的兩相坐標(biāo)上的電流矢量。也可以在與第一閾值以及第二閾值的比較中使用這樣的把三相交流的電流向兩相坐標(biāo)軸上變換得到的電流矢量的矢量范數(shù)。接著說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式。在兩相調(diào)制方式中，使在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中選擇的一相的電壓指令在規(guī)定期間中與PWM載波的最大值或者最小值一致，比較在其他兩相中應(yīng)用為使一致必要的偏移量和PWM載波，生成PWM信號。在根據(jù)實施例的PWM整流器中的兩相調(diào)制方式中，例如有下面說明的第一 第四的例子。圖5a、圖5b以及圖5c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第一例的圖。如圖5a、圖5b以及圖5c所不,根據(jù)第一例的兩相調(diào)制方式,在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中，PWM電壓指令的絕對值成為最大的一相的PWM電壓指令，在其間包含該PWM電壓指令的絕對值成為最大時的上述規(guī)定期間中，與PWM載波的最大值或者最小值一致那樣構(gòu)成，而且，也在其他兩相中應(yīng)用該為使一致必要的偏移量(增加量)。亦即如圖5a、圖5b以及圖5c所示，R相、S相以及T相的PWM電壓指令中使最大的相增加到PWM載波的最大值的電平，其偏移量(增加量)也在其他兩相中應(yīng)用，同樣，R相、S相以及T相的PWM電壓指令中使最小的相減小到PWM載波的最小值的電平，其偏移量(減小量)也在其他兩相中應(yīng)用。圖6a、圖6b以及圖6c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第二例的圖。如6a、圖6b以及圖6c所示，根據(jù)第二例的兩相調(diào)制方式，在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中，PWM電壓指令成為最大的一相的PWM電壓指令，在其間包含該PWM電壓指令成為最大時的上述規(guī)定期間中，與PWM載波的最大值一致那樣構(gòu)成，而且，該為使一致必要的偏移量(增加量)也在其他兩相中應(yīng)用。亦即如圖6a、圖6b以及圖6c所示，R相、S相以及T相的PWM電壓指令中使最大的相增加到PWM載波的最大值的電平，其偏移量(增加量)也在其他兩相中應(yīng)用。圖7a、圖7b以及圖7c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第三例的圖。如圖7a、圖7b以及圖7c所示，根據(jù)第三例的兩相調(diào)制方式，在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中，PWM電壓指令成為最小的一相的PWM電壓指令，在其間包含該PWM電壓指令成為最小時的上述規(guī)定期間中，與PWM載波的最小值一致那樣構(gòu)成，而且，該為使一致必要的偏移量(減小量)也在其他兩相中應(yīng)用。亦即如圖7a、圖7b以及圖7c所示，R相、S相以及T相的PWM電壓指令中使最小的相減小到PWM載波的最小值的電平，其偏移量(減小量)也在其他兩相中應(yīng)用。圖8a、圖8b以及圖8c是說明PWM整流器中的兩相調(diào)制方式的第四例的圖。如圖8a、圖8b以及圖8c所示，根據(jù)第四例的兩相調(diào)制方式，在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中，成為PWM電壓指令最大的一相的PWM電壓指令與PWM載波的最大值一致那樣構(gòu)成的期間、和在構(gòu)成三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中，PWM電壓指令成為最小的一相的PWM電壓指令與PWM載波的最小值一致那樣構(gòu)成的期間交互組合那樣構(gòu)成。亦即如圖8a、圖8b以及圖8c所示，交互重復(fù)圖6a、圖6b以及圖6c表示的第二例中的使最大的PWM電壓指令增加到PWM載波的最大值的電平、和圖7a、圖7b以及圖7c表示的第三例中的使最小的PWM電壓指令減小到PWM載波的最小值的電平。此外，在圖8a、圖Sb以及圖Sc中重復(fù)的周期為載波周期的兩倍、兩者同步那樣描繪，但是重復(fù)的周期不必要是載波周期的兩倍也不必要是整數(shù)倍，兩者也不必要同步。根據(jù)上述第一 第四例的兩相調(diào)制方式，因為在使PWM電壓指令與PWM載波一致的相中不進行開關(guān)動作，所以開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)與三相調(diào)制方式的情況相比成為2/3倍，因此通過把PWM調(diào)制方式中從三相調(diào)制方式切換到兩相調(diào)制方式，能夠減低開關(guān)損失。本發(fā)明能夠在驅(qū)動機床或者產(chǎn)業(yè)機械、機器人等的電動機驅(qū)動裝置中作為為把商用交流電力變換為直流電力、將該直流電力供給驅(qū)動電動機的逆變器的正變換器使用的PWM整流器中應(yīng)用。在使用PWM信號控制開關(guān)元件把三相交流電力變換為直流電力的電動機驅(qū)動用的PWM整流器中，比較交流輸入側(cè)的電流檢測值、和比零大的第一閾值以及比該第一閾值大的第二閾值，在電流檢測值比第一閾值大、比第二閾值小時，因為不選擇三相調(diào)制方式而選擇兩相調(diào)制方式生成PWM信號，所以能夠抑制開關(guān)元件的開關(guān)損失(發(fā)熱)。另外，在上述電流指令值超過第二閾值時，因為通過把在PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式從兩相調(diào)制方式切換到三相調(diào)制方式，抑制對于交流輸入側(cè)的電流的基波成分的電流波動，所以能夠?qū)崿F(xiàn)電動機驅(qū)動用的PWM整流器在開關(guān)元件的最大額定電流附近運行。歷來，為不使在PWM整流器中一般設(shè)置的保護半導(dǎo)體開關(guān)元件的功能動作而需要降低PWM整流器的輸出運轉(zhuǎn)，但是根據(jù)本發(fā)明沒有那 種必要，不用降低電動機驅(qū)動用的PWM整流器的最大輸出。這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)能夠不降低最大輸出、而且不使控制系統(tǒng)的響應(yīng)性惡化而減低開關(guān)元件的開關(guān)損失的電動機驅(qū)動用的PWM整流器。
權(quán)利要求
1.一種電動機驅(qū)動用的PWM整流器(I )，使用PWM信號控制開關(guān)元件，把三相交流電力變換為直流電力，其特征在于， 具有: 控制部(40)，用于遵照三相調(diào)制方式或者兩相調(diào)制方式生成上述PWM信號，三相調(diào)制方式為:比較PWM電壓指令與恒定振幅恒定頻率的PWM載波生成PWM信號，兩相調(diào)制方式為:將使構(gòu)成上述三相調(diào)制方式中的PWM電壓指令的三相中的被選擇的一相的PWM電壓指令在規(guī)定期間中與上述PWM載波的最大值或者最小值一致的一相以及將為了取得上述一致所必要的偏移量用于與上述被選擇的一相不同的其他兩相后的兩相所構(gòu)成的PWM電壓指令與上述PWM載波進行比較，生成上述PWM信號； 檢測部(28)，用于檢測三相交流的電流作為電流檢測值輸出；和 選擇部(42)，用于比較上述電流檢測值、比零大的第一閾值、和比上述第一閾值大的第二閾值，作為在上述控制部(40)中的上述PWM信號的生成中使用的調(diào)制方式，在上述電流檢測值比上述第一閾值大、比上述第二閾值小的情況下選擇上述兩相調(diào)制方式，在那以外的情況下選擇上述三相調(diào)制方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動用的PWM整流器(I)，其特征在于， 上述電流檢測值，是三相交流的各相的電流振幅的絕對值的最大值、或者是把三相交流的電流變換在兩相坐標(biāo)軸上得到的電流矢量的矢量范數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動用的PWM整流器(I)，其特征在于， 根據(jù)上述開關(guān)元件具有的熱額定值和上述PWM載波的載波頻率中的至少一個決定上述第一閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動用的PWM整流器(I)，其特征在于， 根據(jù)上述開關(guān)元件具有的最大額定電流、在三相交流的電流中產(chǎn)生的電流波動成分和上述PWM載波的載波頻率中的至少一個決定上述第二閾值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有調(diào)制方式選擇部的電動機驅(qū)動用的PWM整流器。PWM整流器(1)，具有控制部(40)，用于遵照三相調(diào)制方式、或者遵照兩相調(diào)制方式，生成PWM信號；檢測部(28)，用于輸出三相交流電流的電流檢測值；和選擇部(42)，用于比較電流檢測值和第一閾值和比第一閾值大的第二閾值，在電流檢測值比第一閾值大、比第二閾值小的情況下選擇兩相調(diào)制方式，在那以外的情況下選擇三相調(diào)制方式，作為用于生成PWM信號的調(diào)制方式。
文檔編號H02M7/219GK103248247SQ20131001549
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者巖下平輔, 丹羽正一, 山本健太 申請人:發(fā)那科株式會社