专利名称：逆变器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及把交流输入转换成直流，再转换成交流的逆变器装置，特别是涉及能够防止由直流链路电压中所包含的波动引起的平滑用电容器的损坏的逆变器装置。
直流主电路的电压在电气上绝缘的状态下靠电压检测电路64来再现。靠交流部分检测电路65从电压检测电路64的输出信号中仅检测交流部分，直流主电路的电压波动的峰值靠峰值保持电路66来检测。借此，检测机构由电阻器62、63，电压检测电路64，交流部分检测电路65和峰值保持电路66来构成。
峰值保持电路66的输出值送到比较器67、68两者，分别与预先设定的上限值和下限值进行比较。在峰值保持电路66的输出值脱离上限值与下限值的范围的场合，输出异常信号。此外，比较器67、68仅在逆变器装置的运行信号成为运行状态时动作。因而，比较器67、68作为异常检测机构发挥功能。
虽然未画出，但是在从控制电路或异常检测装置61输出异常信号的场合，在逆变器装置的外部，按规定的顺序把电动机57的驱动切换到由其他逆变器装置进行的运行或由商用电源进行的运行。
逆变器装置正常工作时，在直流主电路中根据电力的授受关系而产生相当于三相交流电源51的输出频率的6倍的电压波动。此一电压波动虽然靠电压检测电路64和交流部分检测电路65来检测，但是在正常时其峰值很小，处于所设定的上限值与下限值之间的范围内。因而，不从比较器67或比较器68输出熔断器烧断的异常信号。
如果发生缺相，则输入到逆变器装置的电源成为单相状态，供给到直流主电路的电压波动加大。因而，靠电压检测电路64所检测的电压波动也加大而从峰值保持电路66所输出的峰值超过所设定的上限值，结果从比较器67输出缺相的异常信号。这样一来，检测直流主电路的电压或电流波动的大小，不使用接点继电器就可以检测逆变器装置的输入和内部的熔断器断线和三相交流电源的缺相。
在图5中所示的以三相交流电源为输入的逆变器装置中，在靠全波整流电路53整流的直流中所包含的脉动(波动)虽然靠平滑用电容器54来平滑，但是在电源情况不良，电源中发生缺相或不平衡的场合或者错把逆变器装置连接到单相电源的场合，直流中所包含的波动加大。在此一场合，存在着因波动引起平滑用电容器54的寿命缩短，或平滑用电容器54的内部温度异常上升而内部的电解液泄漏，防爆阀动作，破裂等破损的缺点。此外，设置专用的输入电压检测电路来检测缺相的异常检测机构，电路结构复杂且需要高价的检测元件。此外，如果超过平滑用电容器54的期待寿命继续使用则导致平滑用电容器54破损。
经由整流电路2把从三相交流电源1输入的交流电力转换成直流电力，靠逆变器5把由平滑用电容器4平滑了的直流电力的直流链路电压VDC转换成交流电力供电给负载6的本发明的逆变器装置，备有检测直流链路电压VDC而产生检测输出的电压检测机构3，接受该电压检测机构的检测输出，对直流链路电压VDC中所包含的波动ΔVDC进行运算处理的运算机构7，把该运算机构7输出的电压波动的运算值与基准值ΔV*进行比较而产生比较输出的比较器9，以及接受比较器9的比较输出而对逆变器5进行停止控制的误检测防止电路10。误检测防止电路10备有在比较器9检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC时，计数波动ΔVDC的检测次数并使计数值累进的计数器，在比较器9连续地检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC而计数器达到规定的计数值时，误检测防止电路10停止逆变器5的运行。此外，在比较器9连续地检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC而计数器未达到规定的计数值时，误检测防止电路10继续逆变器5的运行。进而，在比较器9检测到小于基准值ΔV*的波动ΔVDC时，误检测防止电路10把直流链路电压VDC的波动ΔVDC判断成适当的值并且把计数器的计数值清零而继续逆变器5的运行。借此，避免波动ΔVDC的误检测从而使逆变器5顺利地工作，并且通过正确地检测波动ΔVDC可以防止平滑用电容器4的破损。
在本发明的实施例中，运算机构7从电压检测机构3的检测输出中在一定的时间，例如100ms内在每个微小时间间隔，例如2ms里对直流链路电压VDC进行采样，求出直流链路电压VDC的最大电压值11和最小电压值12，然后把最大电压值11与最小电压值12的电位差13取为直流链路电压VDC的波动ΔVDC。因而可以在微小的时间间隔里正确地检测波动ΔVDC的有无。运算机构7检测直流链路电压VDC，把直流链路电压VDC与最大值VDCMAX进行比较，在直流链路电压VDC大于最大值VDCMAX时更新储存最大值VDCMAX的最大值存储机构内的最大值；把直流链路电压VDC与最小值VDCMIN进行比较，在直流链路电压VDC小于最小值VDCMIN时更新储存最小值VDCMIN的最小值存储机构内的最小值，然后判断从前次波动ΔVDC的运算起是否经过了一定时间，在经过了一定时间时计算波动ΔVDC，进行最大值VDCMAX与最小值VDCMIN的初始化。由于波动ΔVDC的最大值VDCMAX和最小值VDCMIN在一定的时间范围内始终被更新成最佳值，所以可以正确地计算波动ΔVDC。
误检测防止电路10在负载率不足一定的比率时，把直流链路电压VDC与减速时的再生制动电阻动作开始电平VSV进行比较，在直流链路电压VDC超过再生制动电阻动作开始电平VSV时或者判断负载6是否正在稳定运行，在不是正在稳定运行的场合，继续逆变器5的运行，但是在负载率超过一定的比率时，直流链路电压VDC小于再生制动电阻动作开始电平VSV时或者负载6正在稳定运行时，停止逆变器5的运行。
图2是从
图1中所示的整流电路所输出的直流链路电压的波形图。
图3是计算直流链路电压中所包含的波动的程序框图。
图4是表示图1中所示的误检测防止电路的动作顺序的程序框图。
图5是现有的逆变器装置的方框电路图。
如图1中所示，根据本发明的逆变器装置备有把从三相交流电源1所输入的交流电力转换成直流电力的由二极管桥路构成的整流电路2，把整流电路2的直流电力转换成交流电力的逆变器5，以及作为由逆变器5的交流电力来驱动的负载的电动机6。在整流电路2的一对输出线之间，连接着使整流电路2的直流电力的直流链路电压VDC平滑的平滑用电容器4。平滑用电容器4通常使用使直流链路电压VDC中所包含的脉动波动平滑的电解电容器。在正常的使用状态下，因为靠平滑用电容器4来降低直流链路电压VDC中所包含的波动，故平滑用电容器4不破损。然而，在成为交流电源1的三相当中一相缺相或者不平衡状态的场合，直流链路电压VDC的波动变大，如果在该状态下继续驱动电动机6，则平滑用电容器4的内部温度异常上升而引起电解液泄漏、防爆阀动作、破裂等，不久就至于破损。虽然因为公知而未详细画出，但是在整流电路2一方的直流线上连接着检测直流链路电压VDC的电压检测电阻或线圈等电压检测机构3。电压检测机构3检测的直流链路电压VDC向运算机构7送出，运算机构7计算直流链路电压VDC中所包含的波动ΔVDC。
图2是直流链路电压VDC的波形图。运算机构7由备有程序控制的未画出的最大值存储机构和最小值存储机构的微计算机来构成，从电压检测机构3的检测输出中在100ms的一定时间内在每个2ms的微小时间间隔里对直流链路电压VDC进行采样，求出直流链路电压VDC的最大电压值11和最小电压值12。然后把最大电压值11与最小电压值12的电位差13取为直流链路电压VDC的波动ΔVDC，故可以在微小的时间间隔里正确地检测波动ΔVDC的有无。运算机构7的运算值转换成对应的电平供给到比较器9一方的输入端。在比较器9另一方的输入端上加上基准电源8的基准值ΔV*。运算机构7检测直流链路电压VDC，把直流链路电压VDC与最大值VDCMAX进行比较，在直流链路电压VDC大于最大值VDCMAX时更新储存最大值VDCMAX的最大值存储机构内的最大值，把直流链路电压VDC与最小值VDCMIN进行比较，在直流链路电压VDC小于最小值VDCMIN时更新储存最小值VDCMIN的最小值存储机构内的最小值，然后判断从前次波动ΔVDC的运算起是否经过了一定时间，在经过了一定时间时计算波动ΔVDC，进行最大值VDCMAX与最小值VDCMIN的初始化。借此，由于波动ΔVDC的最大值VDCMAX和最小值VDCMIN在一定的时间范围内始终被更新成最佳值，所以可以正确地计算波动VDC。
比较器9把运算机构7输出的电压波动ΔVDC的运算值与基准值ΔV*进行比较而发生比较输出。误检测防止电路10接受比较器9的比较输出而对逆变器5进行控制。误检测防止电路10有计数波动ΔVDC的检测次数的未画出的计数器，在比较器9检测到小于基准值ΔV*的波动ΔVDC时，把直流链路电压VDC的波动ΔVDC判断成适当的值，把计数器的检测次数清零而继续逆变器5的运行。在比较器9检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC时，误检测防止电路10计数波动ΔVDC的检测次数并使计数器的计数值累进，在比较器9连续地检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC而计数器未达到规定的计数值时，继续逆变器5的运行。此外，由于在比较器9连续地检测到大于基准值ΔV*的波动ΔVDC而误检测防止电路10内的计数器达到规定的计数值时，停止逆变器5的运行，所以避免波动ΔVDC的误检测从而使逆变器5顺利地工作，并且通过正确地检测波动ΔVDC可以防止平滑用电容器4的破损。
误检测防止电路10在电动机6的负载率不足一定的比率时，把直流链路电压VDC与减速时的再生制动电阻动作开始电平VSV进行比较，在直流链路电压VDC超过再生制动电阻动作开始电平VSV时或者判断电动机6是否正在稳定运行，在不是正在稳定运行的场合，继续逆变器5的运行，但是在电动机6的负载率超过一定的比率时，直流链路电压VDC小于再生制动电阻动作开始电平VSV时或者电动机6正在稳定运行时，误检测防止电路10停止逆变器5的运行。这里，所谓稳定运行表示电动机6的加速结束后目标频率(设定频率)与逆变器5的输出频率一致的运行状态。
图3是表示计算直流链路电压VDC的波动ΔVDC的动作顺序的程序框图。在步骤14里开始波动ΔVDC的计算，在步骤15里进行直流链路电压VDC的检测处理。接着在步骤16里把直流链路电压VDC与最大值VDCMAX进行比较，在直流链路电压VDC大于最大值VDCMAX时，在步骤17里更新储存最大值VDCMAX的最大值存储机构内的最大值。接着在步骤18里把直流链路电压VDC与最小值VDCMIN进行比较，在直流链路电压VDC小于最小值VDCMIN时，在步骤19里更新储存最小值VDCMIN的最小值存储机构内的最小值。然后，在步骤20里判断从前次波动ΔVDC的运算起是否经过了100ms，在经过了100ms时，在步骤21里运算波动ΔVDC，也就是更新后的最大值存储机构内的最大值VDCMAX与更新后的最小值存储机构内的最小值VDCMIN之差VDCMAX-VDCMIN，在步骤22里进行最大值VDCMAX与最小值VDCMIN的初始化，在步骤23里结束运算处理。
图4是表示把波动ΔVDC与基准值ΔV*进行比较的处理和误检测防止电路10的动作顺序的程序框图。在步骤24里开始处理之后，在步骤25里把波动ΔVDC与基准值ΔV*进行比较。在波动ΔVDC小于基准值ΔV*的场合，误检测防止电路10把直流链路电压VDC的波动ΔVDC判断成适当的值而进到步骤27，在步骤27里把计数器的检测次数清零，在步骤33里继续逆变器5的运行并进到步骤35。在步骤25里在波动ΔVDC大于基准值ΔV*的场合进到步骤26，在步骤26里通过例如在计数器中逐次加1使计数器的计数值累进之后，进到步骤28。在步骤28里判断计数器的计数值是否达到例如10而连续地检测了10次，在计数值达到10的场合进到步骤29，在计数值不足10时进到步骤33继续逆变器5的运行，进到步骤35。这里，误检测防止电路10判断是否连续地检测了规定次数，例如10次的理由是为了在电压检测机构3的噪声引起的误检测、瞬时停电、负载变动等比较短的时间里波动增大时不使逆变器5不必要地停止。
接着，在步骤29里判断电动机6是否正在稳定运行，在电动机6加速减速工作之际进到步骤33继续逆变器5的运行，进到步骤35。在电动机6加速减速时，因为逆变器5发生大的输出电流，故直流链路电压VDC容易变动。因而，为了避免正常的使用状态下的误检测，故有必要在电动机6不是正在稳定运行时继续使逆变器5工作。此外，为了在逆变器5停止时也避免误检测，故不检测波动ΔVDC。在电动机6正在稳定运行的场合，进到步骤30，在步骤30里误检测防止电路10判断负载率是否超过50％，在负载率不足50％时进到步骤33继续逆变器5的运行之后，进到步骤35。在负载率超过50％时进到步骤31。这里，在负载率不足50％时继续逆变器5的运行的理由是，例如即使输入电源中发生缺相在轻负载时直流链路电压VDC的波动ΔVDC也比较小，故与正常的使用状态的判别困难，为了避免这些引起的正常状态下的误检测的缘故。
然后，在步骤31里误检测防止电路10把直流链路电压VDC与减速时的再生制动电阻动作开始电平VSV进行比较，在直流链路电压VDC超过再生制动电阻动作开始电平VSV时，在步骤33里继续逆变器5的运行并进到步骤35。由于如果减速时经由逆变器5从电动机6向直流链接电路再生电能，则直流链路电压VDC上升，所以区别该电压变动与波动电压是困难的。因此，最好是在直流链路电压VDC超过再生制动电阻动作开始电平VSV时继续逆变器5的运行。
在步骤31里直流链路电压VDC小于再生制动电阻动作开始电平VSV时进到步骤32，停止逆变器5的工作，保护平滑用电容器4，并且在步骤34里使未画出的音响警报器或光学警报器工作，报知直流链路电压VDC的波动ΔVDC大的情况，进到步骤35，结束全部处理。
本发明的前述实施例可以变动。例如，虽然在前述实施例中作为负载使用电动机6，但是负载不限于电动机，也可以把本发明运用于由与图1同样的主电路来构成的电力变换器。此外，虽然在前述实施例中以平滑用电容器4的保护为目的，但是也可以检测起因于缺相、不平衡等输入电压异常而经常发生的直流链路电压中的波动过度增加，进行输入电压异常的警报。进而，由于老化平滑用电容器4的容量减少时，波动也加大，所以也可以作为检测并报知平滑用电容器4的寿命的装置来利用。
如以上说明的，避免波动的误检测从而使逆变器顺利地工作，并且通过正确地检测波动使逆变器停止，可以防止平滑用电容器的破损。存在着借此抑制平滑用电容器的内部温度上升，防止平滑用电容器的寿命缩短，电解液泄漏或破裂等破损的优点。
权利要求
1.一种逆变器装置，是经由整流电路把从三相交流电源输入的交流电力转换成直流电力，靠逆变器把由平滑用电容器平滑了的前述直流电力的直流链路电压转换成交流电力供给负载的逆变器装置，其特征在于，其中备有检测前述直流链路电压而产生检测输出的电压检测机构；接受该电压检测机构的检测输出，对前述直流链路电压中所包含的波动进行运算处理的运算机构；把该运算机构输出的电压波动的运算值与基准值进行比较而产生比较输出的比较器；以及接受该比较器的比较输出而对逆变器进行停止控制的误检测防止电路，而前述误检测防止电路备有在前述比较器检测到大于前述基准值的前述波动时，计数前述波动的检测次数并使计数值累进的计数器，在前述比较器连续地检测到大于前述基准值的前述波动而前述计数器达到规定的计数值时，前述误检测防止电路停止前述逆变器的运行，在前述比较器连续地检测到大于前述基准值的前述波动而前述计数器未达到规定的计数值时，前述误检测防止电路继续前述逆变器的运行，在前述比较器检测到小于前述基准值的前述波动时，前述误检测防止电路把前述直流链路电压的前述波动判断成适当的值并且把前述计数器的计数值清零而继续前述逆变器的运行。
2.如权利要求1中所述的逆变器装置，其特征在于前述运算机构从前述电压检测机构的检测输出中在一定的时间内在每个微小时间间隔对直流链路电压进行采样，求出直流链路电压的最大电压值和最小电压值，然后把前述最大电压值与前述最小电压值的电位差取为直流链路电压的波动。
3.如权利要求1或2中所述的逆变器装置，其特征在于前述运算机构检测前述直流链路电压，把前述直流链路电压与最大值进行比较，在前述直流链路电压大于前述最大值时更新储存前述最大值的最大值存储机构内的最大值；把前述直流链路电压与最小值进行比较，在前述直流链路电压小于前述最小值时更新储存前述最小值的最小值存储机构内的最小值，然后判断从前次波动的运算起是否经过了一定时间，在经过了一定时间时计算波动，进行最大值与最小值的初始化。
4.如权利要求1～3中的任何一项中所述的逆变器装置，其特征在于前述误检测防止电路在负载率不足一定的比率时继续前述逆变器的运行，在负载率超过一定的比率时停止前述逆变器的运行。
5.如权利要求1～4中的任何一项中所述的逆变器装置，其特征在于前述误检测防止电路把前述直流链路电压与减速时的再生制动电阻动作开始电平进行比较，在前述直流链路电压超过再生制动电阻动作开始电平时继续前述逆变器的运行，在前述直流链路电压小于再生制动电阻动作开始电平时停止前述逆变器的运行。
6.如权利要求1～5中的任何一项中所述的逆变器装置，其特征在于前述误检测防止电路判断前述负载是否正在稳定运行，在不是正在稳定运行的场合继续前述逆变器的运行，在前述负载正在稳定运行时停止前述逆变器的运行。
全文摘要
避免逆变器装置的直流链路电压中所包含的波动的误检测从而使逆变器装置顺利工作,并且防止平滑用电容器的破损。在逆变器装置中设置检测直流链路电压V
文档编号H02M7/48GK1371161SQ01140669
公开日2002年9月25日 申请日期2001年9月20日 优先权日2001年2月16日
发明者中岛洋一郎, 矢作正志 申请人:三建电气株式会社