具有靜電電容計(jì)算部的pwm整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種使用PWM信號(hào)（脈沖寬度調(diào)制信號(hào)）來(lái)控制開(kāi)關(guān)元件從而將交流 電力變換成直流電力的PWM整流器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在驅(qū)動(dòng)機(jī)床、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、鍛壓機(jī)械、注射成形機(jī)或各種機(jī)器人內(nèi)的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī) 控制裝置中，在將從交流電源側(cè)輸入的交流電力暫時(shí)變換成直流電力后再變換成交流電 力，將該交流電力作為對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸設(shè)置的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力來(lái)使用。電動(dòng)機(jī)控制裝置具 備：整流器，其對(duì)從交流電源側(cè)供給的交流電力進(jìn)行整流后輸出直流電力；W及逆變換器， 其與整流器的直流側(cè)即直流鏈路連接，將直流鏈路的直流電力與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電力或再生 電力的交流電力進(jìn)行相互電力變換，控制與該逆變換器的交流側(cè)連接的電動(dòng)機(jī)的速度、扭 矩或轉(zhuǎn)子的位置。
[0003] 作為運(yùn)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具有 廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，但存在電源高次諧波或無(wú)效電力大的缺點(diǎn)。
[0004] 與此相化近年來(lái)，根據(jù)降低電源高次諧波W及降低無(wú)效電力的要求，廣泛采用應(yīng) 用了脈沖幅度調(diào)制（Pulse Wi化h Mo化Iation :PWM)的整流器（W下，稱(chēng)為"PWM整流器")。
[0005] 圖4是表示具有PWM整流器的一般的電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。電動(dòng)機(jī)控制裝 置101具備：PWM整流器1，其將來(lái)自商用=相交流電源（W下，簡(jiǎn)單地稱(chēng)為"交流電源"）3 的交流電力變換成直流電力；W及逆變換器2,其將從PWM整流器1輸出的直流電力變換成 作為電動(dòng)機(jī)4的驅(qū)動(dòng)電力供給的期望的頻率的交流電力或者將從電動(dòng)機(jī)4再生的交流電力 變換成直流電力，控制與該逆變換器2的交流側(cè)連接的電動(dòng)機(jī)4的速度、扭矩或轉(zhuǎn)子的位 置。PWM整流器1與逆變換器2經(jīng)由直流鏈路連接。如后所述，在直流鏈路上設(shè)置平滑電容 器5。在PWM整流器1的交流電源3側(cè)連接升壓電抗器6。
[0006] PWM整流器1主要由主電路部11和PWM控制部12構(gòu)成，其中，主電路部1由開(kāi)關(guān) 元件W及與其逆并聯(lián)連接的二極管的橋接電路構(gòu)成；PWM控制部12生成用于控制主電路部 11內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的PWM控制信號(hào)。 陽(yáng)007] PWM整流器1的主電路部11由與交流電源3的相數(shù)對(duì)應(yīng)的相數(shù)的橋接電路構(gòu)成。 例如，在交流電源3為=相的情況下，與此對(duì)應(yīng)PWM整流器1的主電路部11為=相全橋電 路。在PWM整流器1的主電路部11的直流側(cè)，為了使PWM整流器1的直流輸出平滑化并聯(lián) 連接了平滑電容器5。 陽(yáng)00引 PWM整流器1的PWM控制部12根據(jù)由交流電壓檢測(cè)部32檢測(cè)出的交流電源3側(cè) 的交流電壓値、由交流電流檢測(cè)部33檢測(cè)出的交流電源3側(cè)的交流電流值W及由直流電壓 檢測(cè)部13檢測(cè)出的平滑電容器5的直流電壓（即，位于PWM整流器1的主電路部11與逆 變換器2之間的直流鏈路的直流電壓）生成PWM控制信號(hào)。為了使PWM整流器1的主電路 部11產(chǎn)生功率因數(shù)1的交流電力并且將PWM整流器1的輸出即直流電壓（即，平滑電容器 5的兩端的直流電壓）保持為期望的值，生成PWM控制信號(hào)，并將其施加給PWM整流器1的 主電路部11內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件。在通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制裝置101的控制使電動(dòng)機(jī)4減速時(shí)，在電動(dòng) 機(jī)4產(chǎn)生再生電力，但PWM整流器1通過(guò)PWM控制信號(hào)控制其內(nèi)部的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作， 從而進(jìn)行將直流電力變換成交流電力的再生動(dòng)作（逆變換動(dòng)作），能夠使經(jīng)過(guò)逆變換器2返 回的再生能量再次返回到交流電源3偵U。
[0009] 平滑電容器5在電動(dòng)機(jī)控制裝置101剛啟動(dòng)后直到電動(dòng)機(jī)4開(kāi)始驅(qū)動(dòng)前（即，逆 變換器2的電力變換動(dòng)作開(kāi)始前）的期間需要進(jìn)行充電。W下，將電動(dòng)機(jī)4開(kāi)始驅(qū)動(dòng)前的 平滑電容器5的充電稱(chēng)為"初始充電"。當(dāng)在開(kāi)始初始充電時(shí)在平滑電容器5中沒(méi)有積蓄能 量的狀態(tài)下，在PWM整流器1的主電路部11流過(guò)大的突入電流。特別是平滑電容器5的電 容越大，產(chǎn)生越大的突入電流。作為該突入電流的對(duì)策，一般在PWM整流器1的主電路部11 與平滑電容器5之間，或在PWM整流器1的主電路部11的S相交流輸入側(cè)設(shè)置初始充電電 路31。在圖4所示的例子中表示了在PWM整流器1的主電路部11與平滑電容器5之間設(shè) 有初始充電電路31的情況。
[0010] 初始充電電路31具有開(kāi)關(guān)部41和與開(kāi)關(guān)部41并聯(lián)連接的充點(diǎn)電阻42。開(kāi)關(guān)部 41僅在電動(dòng)機(jī)控制裝置101剛啟動(dòng)后的平滑電容器5的初始充電期間斷開(kāi)（開(kāi)路），在電 動(dòng)機(jī)控制裝置101驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4的通常動(dòng)作期間維持接通（閉路）的狀態(tài)。更具體而言， 在從電動(dòng)機(jī)控制裝置101剛啟動(dòng)后到電動(dòng)機(jī)4開(kāi)始驅(qū)動(dòng)前的初始充電期間斷開(kāi)（開(kāi)路）開(kāi) 關(guān)部41，從而從主電路部11輸出的直流電力經(jīng)過(guò)充點(diǎn)電阻42流入平滑電容器5,對(duì)平滑電 容器5進(jìn)行充電。當(dāng)平滑電容器5被充電至交流電源3的交流電壓的峰值時(shí)，斷開(kāi)（開(kāi)路） 開(kāi)關(guān)部41初始充電動(dòng)作完成。 W11] 此外，在PWM整流器1中，原理上需要輸出交流電源3的交流電壓的峰值W上的值 的直流電壓。因此，在針對(duì)平滑電容器5的初始充電動(dòng)作完成后，通過(guò)PWM控制部12進(jìn)行 主電路部11內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，將平滑電容器5的兩端的直流電壓升壓至比交流電 源3側(cè)的交流電壓的峰值大的電壓。W下，將從平滑電容器5的初始充電完成后至電動(dòng)機(jī) 4開(kāi)始驅(qū)動(dòng)前的針對(duì)平滑電容器5的升壓稱(chēng)為"初始升壓"。在初始充電動(dòng)作和初始升壓動(dòng) 作完成后，逆變換器2開(kāi)始電力變換動(dòng)作轉(zhuǎn)移至向電動(dòng)機(jī)4供給驅(qū)動(dòng)電力的通常動(dòng)作模式， 電動(dòng)機(jī)4根據(jù)從逆變換器2輸出的交流的驅(qū)動(dòng)電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0012] 一般，已知平滑電容器5是通過(guò)重復(fù)充放電其靜電電容（也被稱(chēng)為"電容器電容"） 減少的有限壽命的部件。當(dāng)平滑電容器5的靜電電容下降時(shí)，流過(guò)直流鏈路的紋波電流增 加，產(chǎn)生直流電壓的變動(dòng)變大的問(wèn)題。因此，重要的是準(zhǔn)確地測(cè)定平滑電容器5的靜電電 容。作為測(cè)定的結(jié)果，需要對(duì)判定為性能惡化的平滑電容器5進(jìn)行更換。
[0013] 作為用于推定在整流器的直流鏈路中設(shè)置的平滑電容器的靜電電容的方法，例如 像日本特開(kāi)平5 - 76180號(hào)公報(bào)所示，具有根據(jù)平滑電容器兩端的初始充電時(shí)的直流電壓 (直流鏈路中的直流電壓）的值計(jì)算時(shí)間常數(shù)，并除W充電電阻的電阻值來(lái)求出靜電電容 的方法。圖5是表示日本特開(kāi)平5-76180號(hào)公報(bào)中記載的發(fā)明的初始充電時(shí)的電容器電壓 的圖。在時(shí)刻t = 0開(kāi)始針對(duì)平滑電容器（電解電容器）的初始充電時(shí)，平滑電容器兩端 的直流電壓如圖5所示一階滯后地上升。在將充電電阻設(shè)為R [ Q ]，將平滑電容器的電容設(shè) 為C[円時(shí)，用RC表示一階滯后時(shí)間常數(shù)。由此，測(cè)量直流電壓達(dá)到交流電源側(cè)的交流電壓 的峰值V的0. 63倍的電壓即0. 63V的時(shí)刻tl，將其除W充電電阻的電阻值R，由此來(lái)推定 平滑電容器的靜電電容C。
[0014] 此外，例如像國(guó)際公開(kāi)第2010/055556號(hào)中記載的那樣，具有在平滑電容器的初 始充電時(shí)推定向直流鏈路流入的電荷量，將該電荷量除W初始充電完成時(shí)的直流電壓由此 來(lái)求出靜電電容的方法。根據(jù)該方法，初始充電期間中的向平滑電容器的流入電流與交流 電源側(cè)的交流電流的絕對(duì)值相等或近似，根據(jù)初始充電時(shí)的積分值求出在平滑電容器中累 積的電荷量，通過(guò)將該電荷量除W充電完成時(shí)的直流電壓來(lái)求出靜電電容。
[0015] 如上所述，與直流輸出側(cè)并聯(lián)連接的平滑電容器由于重復(fù)進(jìn)行充放電，其靜電電 容減少時(shí)，產(chǎn)生流過(guò)直流鏈路的紋波電流增加，直流電壓的變動(dòng)變大的問(wèn)題，因此重要的是 準(zhǔn)確地測(cè)定平滑電容器的靜電電容。如果不能準(zhǔn)確地測(cè)定平滑電容器的靜電電容，則有可 能錯(cuò)過(guò)平滑電容器的更換定時(shí)而在直流鏈路中產(chǎn)生大的紋波電流或直流電壓變動(dòng)?；蛘撸?有可能提前更換尚有壽命的平滑電容器。
[0016] 例如在日本特開(kāi)平5 - 76180號(hào)公報(bào)中所記載的發(fā)明中，推定的平滑電容器的靜 電電容依存于交流電源側(cè)的交流電壓的峰值和充電電阻的電阻值，因此當(dāng)在交流電壓的峰 值和充電電阻的電阻值中包含誤差時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)定平滑電容器的靜電電容。
[0017] 此外，例如根據(jù)在國(guó)際公開(kāi)第2010/05555