专利名称：变换器装置、逆变器装置及dc链路电压的控制方法
技术领域：
本发明涉及把电源提供的交流电变换为直流电后，供给驱动电动机的逆变器装置的整流器，以及由这样的变换器装置供给电源来驱动电动机的逆变器装置。特别是，涉及控制出现在被连接在这样的变换器装置和逆变器装置间的DC链路上的DC链路电压的方法，和可以控制这样的DC链路电压的变换器装置及逆变器装置。
背景技术：
图1是用来进行电动机速度控制的从前的逆变器装置的构成图。这个逆变器装置，具有把由三相商用电源供给的交流电变换为直流电的变换器装置10；把该直流电变换为可变的电压和频率的交流电后供给电动机3的逆变器电路20；以及通过被连接在变换器装置10和逆变器电路20之间而用来把变换器装置10变换过的直流电传送给逆变器电路20的DC链路30。
从前的变换器装置10，具备有由二极管D11～D16组成的三相二极管桥型电路，由该桥型电路进行全波整流，从而把三相交流电源提供的交流电变换成直流电。
另外，逆变器电路20，由晶体管T21～T26及与这些晶体(三极)管并联的二极管D21～D26形成了桥型电路。然后，例如通过作为的晶体管PWM控制电路等的逆变控制部21，来控制这些晶体管T21～T26的ON/OFF，这样，使之产生具有所期望的电压以及频率的交流电压信号，向电动机3提供该交流电压信号，由此来进行电动机3的速度控制。
在DC链路30连接有电容器C，在平滑变换器装置10的输出的同时，还可以在减速或停止电动机3时，充电由电动机3的感应电动势产生的再生电力。给电容器C充电的再生电力，再次用于驱动电动机，这样，可以再利用再生能量(减速能量)。
电容器C上所施加的电压(DC链路电压)，在电动机加速、恒速以及减速时发生变化。例如，在加速时，因为由电源装置向电动机提供电力而电压下降，相反地在减速时，因为由电动机向电源装置反回能量而电压升高。
作为电容器C，例如使用电解电容器。电容器C，通常，具有规定的元件耐压，而当向这样的电容器施加元件耐压以上的电压时，会导致电容器出现故障。
于是，在从前的逆变器装置中，如图1所示，设计有与电容器并联的再生电阻R。然后，当DC链路30中产生的DC链路电压超过设定电压时，让晶体(三极)管为ON，通过再生电阻R流过电流，从而降低加在电容器C上的电压。
发明内容
为了增加电容器C所储存的电荷来增大可再利用的再生能量，有必要设定电动机的感应电动势，以使电动机3减速后的DC链路电压高于减速前DC链路电压。但是，当通过上述再生电阻R来保护电容器时，为了避免由于过大的通电电流造成的再生电阻的热破坏，存在DC链路电压不能搞得太大这样的问题。
另外，在利用再生电阻R保护电容器C的方法中，因为过剩电力只是单单地以热能的形式消耗掉，所以，还存在电动机3的再生能量的再利用效率不佳的问题。
再次，电动机3的减速时的DC链路电压的变动，由可能会影响电动机3的控制性，所以最好要抑制这样的DC链路电压的变动。但是，若利用再生电阻R抑制DC链路电压的变动，存在电动机3的再生能量作为热能被消耗掉而导致再利用效率不佳的问题。
所以，本发明的目的是，提供再生能量的再利用效率高的变换器装置和逆变器装置、以及DC链路电压的控制方法。
为了达成上述目的，在本发明中，在变换器装置内设计了充电停止部。该充电停止部，监视DC链路上产生的DC链路电压，当DC链路电压随着电动机的减速而上升并超过所定的上限电压时，停止向设在DC链路内的蓄电部的充电。
即，关于本发明第一形态的变换器装置，是在通过拥有可充电电动机再生电力的蓄电部的DC链路与驱动电动机的逆变器装置连接的同时，把电源提供的交流电变换为直流电后、再把该直流电经由DC链路提供给逆变器电路的变换器装置，此变换器装置，具备有检测出现在DC链路上的DC链路电压的电压检测部；和当检测的DC链路电压超过所定上限电压时停止向蓄电部充电的充电停止部。
上述的上限电压，可以根据变换器装置、DC链路及逆变器电路的构成元件、以及蓄电部的某个的元件耐压来确定，也可以作为以所述的蓄电部开始了电动机的再生电力的充电时被检测出的DC链路电压为基准、在该DC链路电压上加上了规定的电位差的电压值来确定。为此，逆变器装置，可以做成具备有存储由上述蓄电部开始电动机的再生电力充电时由电压检测部所检测出的DC链路电压的电压存储部。
基于上述的充电停止部的充电停止，当检测出的DC链路电压超过上限电压时，使变换器装置把蓄电部已充电的电力回馈给电源，这样就可实现。这时，充电停止部，可以做成当被检测出的DC链路电压超过上限电压时，使变换器装置开始把蓄电部被充电的电力回馈给电源，之后，在当被检测出的DC链路电压比上限电压低规定的电平时，停止回馈即可。
另外，关于本发明第二形态的逆变装置，把被上述本发明的关于第一形态的变换器装置进行变换并通过DC链路提供的直流电，由逆变器电路变换为交流电后驱动电动机。
再者，关于本发明第三形态的DC链路电压的控制方法，是在连接在驱动电动机的逆变器装置和把电源提供的交流电变换为直流电提供给逆变器装置的变换器装置之间，并拥有可充电电动机再生电力的蓄电部的DC链路上出现的DC链路电压的控制方法，此方法，检测DC链路电压，当检测出的所述DC链路电压，因电动机产生的再生电力而超过上限电压时，停止向蓄电部充电所述的再生电力。
上述上限电压，与上述关于第一形态的变换器装置同样，可以按规定的电压值来确定，也可以作为以上述的蓄电部开始电动机的再生电力充电时所出现的DC链路电压为基准、在该DC链路电压加上了规定电位差的电压值来确定。为此，本方法，可以做成存储上述蓄电部开始电动机的再生电力充电时被检测出的DC链路电压。
本发明上述的内容和其他目的及特征，可以通过参照附图及阅读以下所示的适当实施例的说明，会更加清楚。
图1是从前的逆变器装置的构成图；图2是关于本发明第一实例的变换器装置和具备有此装置的逆变器装置的概略构成图；图3是说明基于图2的变换器装置的、在回馈时的DC链路电压的控制的图示；图4是关于本发明第2实例的变换器装置和具备有此装置的逆变器装置的概略构成图线；图5是说明基于图4的变换器装置的、在回馈时对DC链路电压的控制的图线。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的适当实施例。图2是关于第1实施例的变换器装置和具备有此变换器装置的关于本发明实施例的变换装置的概略构成图。
如图所示，逆变器装置1，具有通过电抗4与三相商用电源2连接，并把供给电力变换成直流电的变换器装置10；把此直流电变换为可变电压及频率的交流电后提供给电动机3的逆变器电路20；和通过连接在变换器装置10和逆变器装置20之间、而把变换器装置10变换过的直流电传送给逆变器电路20的DC链路30。
变换器装置10，具有由功率元件(例如晶体管等)T11～T16及与这些功率元件反向并联连接的二极管D11～D16组成的桥型电路；和检测与出现在接在后段的DC链路的DC链路电压相等的变换器装置10输出电压的电压检测部11。
再者，变换器装置10，采用具有形成本发明的充电停止部的再生控制部12的结构。该充电停止部，当由于电动机3的减速时产生的再生电力(再生能量或减速能量)使DC链路电压超过上限电压时，通过把再生电力向电源2回馈来降低DC链路电压，并停止向连接在DC链路30上的后述的蓄电部C充电再生电力。
根据上述构成，变换器装置10，在出力时由二极管D11～D16将三相交流电源2进行全波整流变换成直流电。另一方面，当回馈时，变换器装置10，通过与三相交流电源相位同步来驱动功率元件T11～T16使再生电力回馈给电源。
另外，逆变器电路20通过功率元件T21～T26及与这些功率元件逆并联的二极管D21～D26形成了桥型电路。然后，例如通作为晶体管PWM控制电路等的逆变器控制部21，来控制这些功率元件T21～T26的ON/OFF，使之产生具有所期望的电压以及频率的交流电压信号，并向电动机3提供该交流电压信号，这样，来进行对电动机3的速度控制。
在DC链路30中，连接有例如用电容器实现的蓄电部C。蓄电部C，在平滑变换器装置10的输出的同时，当使电动机3减速或停止了时，还能充电由电动机3的感应电动势产生的再生电力，再利用再生能源。
图3是说明基于图2的变换器装置的、在回馈时的DC链路电压的控制的图线。
现在，在图3所示td时刻，考虑是至今一直是出力或恒速的电动机3开始了减速的情况。随之，至今以电压值Vd左右稳定的DC链路电压，由于因电动机3的感应电动势产生的再生电力，而由td时刻开始增大。接着，DC链路电压，持续增大到在ts1时刻规定的上限电压Vt1。
此间，电压检测部11进行DC链路电压的检测，再生控制部12一直监视电压检测部11的检测值。然后，再生控制部12，当DC链路电压超过上限电压Vt1时，便与电源2的相位同步来驱动功率元件T11～T16，把再生电流回馈给电源2，这样，来降低DC链路电压。
该上限电压，是预先作为根据构成变换器装置10、DC链路30、及逆变器电路20的构成元件的、功率元件T11～T26和二极管D11～D26的元件耐压、以及蓄电部C的元件耐压的任意一个的DC链路的容许电压来确定，并按照保证这些元件不会由于电动机3再生时的DC链路电压的过多的上升而造成破坏的原则来确定。
之后，由于再生电力的电源回馈使DC链路电压减小，在te1时刻，到达仅比上限电压Vt1低规定电平ΔV2的电压Vt2时，停止向电源2的再生电力的回馈，由此DC链路电压再次开始增大。
之后，变换器装置10，在电动机3减速时的时刻ts2、时刻ts3、及时刻ts4，在DC链路电压增加到规定的上限电压Vt1时，在这些时刻开始向电源2的回馈，另外，当DC链路电压，在时刻te2及时刻te3、减少到比上限电压Vt1仅低规定电平ΔV2的电压Vt2时，在这些时刻停止向电源2的电源回馈。重复进行这样的动作。
这样，如果应用通过把再生电力回馈给电源来降低DC链路电压来防止向蓄电部C施加过大电压、充电电荷的方法，和从前的方法比较起来，能够设大再生能量充电前后的DC链路电压差ΔV。
这个再生能量的充电前后的DC链路电压差ΔV，是由上限电压Vt1和再生能量充电前(或电动机减速前)的DC链路电压Vd之间的最大电位差(上限电压Vt1-再生能量充电前的DC链路电压Vd)来确定，并决定在蓄电部C所储存的再生能量。因而，可以通过设大DC链路电压差ΔV来向蓄电部C储存更多的再生能量。
另外，因为把过剩的能量回馈给电源2，比起把能量作为热能而消耗掉的从前的利用电阻元件的回馈，能够有效地活用再生能量。
图4是关于本发明第2实施例的变换器装置和具备有此装置的同样关于本发明实施例的变换装置的概略构成图。
在本实施例中，做成为检测并存储当蓄电部C开始电动机3的再生电力充电时(即电动机3开始减速时)出现的DC链路电压Vd，以该检测电压为基准，确定在这个被记忆的DC链路电压Vd上加上了规定的电位差ΔV1后的电压值，作为再生控制部12开始进行电源回馈的DC链路电压的上限电压来使用。
为此，变换器装置10，具备有电压存储部13。该电压存储部13，用来存储当蓄电部C开始电动机3的再生电力的充电时由电压检测部11检测出的DC链路电压Vd。
然后，再生控制部12，监视电压检测部11的检测电压，判断检测电压的上升变化是否在电动机3在被恒速控制时显示的规定的容许变动范围之内。当检测电压的上升变化超过规定的容许变化范围时，电动机3开始减速，即判断为蓄电部C开始了电动机的再生电力的充电，并将此时的DC链路电压Vd存储到电压存储部13。
另外，再生控制部12，由设在电动机3的速度发电机和编码器等速度信号生成部(没有图示)接收速度信号来检测电动机3的减速，由此测知蓄电部C开始了电动机的再生电力的充电，并将此时的DC链路电压Vd存储到电压存储部13。
另外，也可作成为当再生控制部12在判断为开始了再生电力充电时，或者是在判断为电动机3已开始减速时，把其前检测并暂存起来的DC链路电压，存储在电压存储部13。即，把由蓄电部C开始电动机3的再生电力的充电之前，或者是电动机3开始减速之前出现的DC链路电压Vd检测出来后，在其上加上了规定的电位差ΔV1的值作为上限电压来使用。
图5是说明基于图4的变换器装置的、回馈时的DC链路电压的控制的图线。参照图5说明控制DC链路电压的一个例子。
现在，考虑在图5所示td时刻，此前一直是出力或恒速的电动机3开始了减速的情况。与此相伴，此前一直以电压值Vd左右稳定的DC链路电压，由于因电动机3的感应电动势产生的再生电力，由时刻td开始增大，并且超过了电动机3在被恒速控制时出现的规定的容许变动范围。这时，再生控制部12，通过上述方法，检测出电动机3开始减速并开始由蓄电部C进行的再生电力的充电。接着，再生控制部12，把这时的DC链路电压Vd存储到电压存储部13中。
之后，在时刻ts1，DC链路电压一直增大到被电压存储部13所存储的电压Vd加上了规定的电位差ΔV1的上限电压Vd+ΔV1。这时，再生控制部12，与电源2的相位同步，驱动功率元件T11～T16，把再生电流回馈给电源2，这样，来降低DC链路电压。
其后，通过再生电力的电源回馈DC链路电压降低，直到降低至在时刻te1、比上限电压Vd+ΔV1仅小规定的电平ΔV2的电压Vd+ΔV1-ΔV2的时侯，停止对电源2的再生电力的电源回馈，由此DC链路电压开始重新升高。
以下，变换器装置10，在电动机3减速中DC链路电压超过上限电压Vd+ΔV1的ts2时刻、ts3时刻及ts4时刻，开始向电源2进行电源回馈，还有，在DC链路电压减少到了电压Vd+ΔV1-ΔV2时的te2时刻及te3时刻，停止向电源2的电源回馈，重复这样的动作。
这样，变换器装置10就把电动机3减速中的DC链路电压的变动，抑制在从Vd+ΔV1-ΔV2到Vd+ΔV1之间。由此来防止DC链路电压的变动对电动机3的控制性产生负面影响。这时，因为把再生能量回馈给电源2，本实施例的变换器装置10，在抑制DC链路电压变动时，也可以有效地活用再生能量。
根据本发明，设有充电停止部，该充电停止部，伴随电动机的减速始终监视DC链路电压是否超过了规定的上限电压，当超过时停止向蓄电部充电，所以，与从前的利用电阻元件的回馈比较起来，可以设大回馈时的DC链路电压的上限电压。特别是，由于通过变换器装置把再生能量回馈给电源，来实现该充电停止部的充电停止，所以比起从前的利用电阻元件的回馈，不仅可以设大DC链路电压的上限电压，还可以提高电动机3的再生能量的再利用效率。
通过把上述的上限电压按照构成元件和蓄电部的元件耐压来设定，可以确实防止这些各元件的损坏。
另外，通过把上限电压做为以蓄电部的电动机的再生电力的充电开始时的DC链路电压为基准、加上了规定电位差的电压值，可以有效抑制由电动机的再生能量导致的DC链路电压的变动。
本发明，可应用于把电源提供的交流电变换为直流电、提供给驱动电动机的逆变器装置的变换器装置，以及由这样的变换器装置供给电源、来驱动电动机的逆变器装置。
以上，为了便于说明参照选择的合适的实施例，对本发明进行了说明，但显而易见，业内技术人员在不脱离本发明的宗旨及范围的情况下，可以对这些实施例进行种种变形、省略以及偏离。另外，在权利要求书中所使用的各种用语，并不只限定于在说明书中所说明过实施例中所记载的特定的含义。
权利要求
1.一种变换器装置，其用于在通过具备有可以充电所述电动机(3)再生电力的蓄电部(C)的DC链路(30)连接到驱动电动机(3)的逆变器电路(20)的同时，将由电源(2)供给的交流电变换为直流电后，经由所述DC链路(30)，供给所述逆变器电路(20)；其特征在于，具有检测出现在所述DC链路(30)上的DC链路电压的电压检测部(11)；和当被检测的所述DC链路电压超过规定的上限电压时，停止向所述蓄电部(C)充电的充电停止部(12)。
2.根据权利要求1所述的变换器装置，其特征在于，所述规定的上限电压，根据所述变换器装置(10)、所述DC链路(30)及所述逆变器电路(20)的构成元件、以及所述蓄电部(C)的某个的元件耐压来确定。
3.根据权利要求1所述的变换器装置，其特征在于，所述蓄电部(C)，还具备存储在开始了所述再生电力的充电时检测出的DC链路电压的电压存储部(13)，所述充电停止部(12)，在当所述电压检测部(11)现在检测的DC链路电压，超过所述电压存储部(13)所存储的DC链路电压加上规定的电位差而确定的上限电压时，停止向所述蓄电部(C)充电。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的变换器装置，其特征在于，所述充电停止部(12)，当所述被检测的DC链路电压超过所述上限电压时，使所述变换器装置(10)把所述蓄电部(C)所储存的电力回馈给所述电源。
5.根据权利要求1～3中任何一项所述的变换器装置，其特征在于，所述充电停止部(12)，当所述被检测的DC链路电压超过所述上限电压时，使所述变换器装置(10)开始把所述蓄电部(C)已充电的电力回馈给所述电源，并且在该电源回馈开始后被检测的DC链路电压变成了比所述上限电压低规定电平时，停止所述回馈。
6.一种逆变器装置，其特征在于，该逆变器装置，由所述逆变器电路(20)，把由记载于权利要求1～3中任何一项的变换器装置(10)变换、并经由DC链路(30)提供的直流电，变换为交流电，来驱动所述电动机(3)。
7.一种控制方法，其体现在DC链路上，该DC链路连接在驱动电动机(3)的逆变器电路(20)和把由电源(2)提供的交流电变换为直流电后供给所述逆变器电路(20)的变换器装置(10)之间，并具有可充电所述电动机(3)的再生电力的蓄电部(C)，其特征在于，检测所述DC链路电压，当被检测出的所述DC链路电压，因所述电动机(3)产生的再生电力超过规定的上限电压时，停止向所述蓄电部(C)充电所述回馈电力。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，再者，所述蓄电部(C)存储当开始了所述再生电力的充电时被检测出的DC链路电压，当现在被检测的DC链路电压，超过被存储的所述DC链路电压加上规定的电位差而确定的上限电压时，以停止向所述蓄电部(C)充电。
9.根据权利要求7或8的所述控制方法，其特征在于，当所述被检测出的DC链路电压超过所述上限电压时，使变换器装置(10)把所述蓄电部所充电的电力回馈给所述电源。
全文摘要
提供设高因电动机的再生能量而上升的DC链路电压的上限值，并由此增加了在DC链路中储存的再生能量的变换器装置、逆变器装置以及DC链路电压的控制方法。变换器装置(10)，具有电压检测部(11)，其监视DC链路(30)中产生的DC链路电压；和充电停止部(12)，其随着电动机的减速当DC链路电压的检测值变成了超过规定的上限值的情况时，停止向蓄电部(C)充电。
文档编号H02M7/66GK1734924SQ200510090010
公开日2006年2月15日 申请日期2005年8月9日 优先权日2004年8月10日
发明者山田裕一, 羽生茂树, 吉田友和 申请人:发那科株式会社