逆变器控制器及其操作方法

专利名称：逆变器控制器及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于以变速方式控制AC电机的逆变器控制器， 并且更具体地，涉及一种逆变器控制器和用于操作该逆变器控制器的 方法，使得在瞬间断电期间能够连续操作并且在AC电机减速期间能够 处理再生能量，并且AC电机在再生负载下操作。
背景技术：
在第一传统逆变器控制器的情形中，根据它在瞬间断电期间的操 作方法，当平滑电容器的端子电压(中间电压)降低到水平1或者更 低时，AC电机被减速，当由于通过减速获得的再生电力，中间电压升 高到水平2或者更高时，AC电机加速，并且如上所述随后根据中间电 压的升高或者降低而重复加速/减速控制，由此中间电压的下降速率被 降低(例如，参考专利文献1)。
在第二传统逆变器控制器的情形中，逆变器控制器使用断电探测 信号而开始减速，基于目标值和DC中间电压的探测值计算减速速率1 从而在减速期间DC中间电压变得恒定，基于DC中间电压的变化速率 计算减速速率2，并且通过成比例地对通过将这两个减速速率相乘而获 得的值积分而控制减速时间，由此当DC中间电压达到在断电探测之前 的电压或者在减速期间升高时停止减速(例如，参考专利文献2)。
在第三传统逆变器控制器的情形中，当输出频率降低并且电机减 速时，主电路的电压值(相应于平滑电容器的端子电压值)升高；根 据所探测到的主电路的电压值控制电机的减速时间从而当电压探测值 高于预定的第一电压值时，减速时间被延长，并且从而当电压探测值 达到高于第一电压值的第二电压值时，停止减速(例如，参考专利文献3)。
在第四传统逆变器控制器的情形中，当在电机操作期间施加再生
负载并且所探测到的DC电压(相应于平滑电容器的端子电压值)超过 基准值时，通过将在所探测到的DC电压值和基准值之间的差值乘以常 量比例增益而获得将被升高的输出频率，并且执行控制以升高输出频 率(例如，参考专利文献4)。
图8是示出第四传统逆变器控制器的操作的视图，该逆变器控制 器用于当例如在其中再生能量在压榨机的下死点处升高的负载条件下 使用AC电机时驱动该AC电机。在图中，f表示输出频率、Vdc表示 DC母线电压，VdcO表示DC母线电压失速水平，并且Vdc2表示过压水平。
当使用减速指令降低输出频率f (在pl处)并且电机减速时，DC 母线电压Vdc被来自电机的再生能量升高。当DC母线电压Vdc变成 DC母线电压失速水平Vdc0或者更高(在p2和p4处)时，输出频率 f被升高以防止过压跳闸。因为输出频率f被升高，再生能量被降低； 当DC母线电压Vdc被降低并且变成DC母线电压失速水平Vdc0或者 更低(在p3和p5处)时，再次执行减速指令。
在瞬间断电期间用于传统逆变器控制器的操作方法中，通过调节 速度指令或者通过基于平滑电容器的端子电压(中间电压)的水平或 者断电探测电路的操作而确定减速速率，为再生操作驱动电机。
进而，在当DC母线电压被在AC电机减速和AC电机在再生负载 下操作期间的再生能量升高到预定电压或者更高时用于传统逆变器控 制器的操作方法中，重复延长减速时间、根据DC母线电压的水平停止 减速或者升高输出频率的步骤从而抑制DC母线电压升高，由此防止过 压跳闸。专利文献1:未审定日本专利申请公开No. Hei 6-165579 专利文献2:日本专利No. 3201460 专利文献3:日本专利No. 3095083 专利文献4:日本专利No. 353669
发明内容
本发明所要解决的问题
在用于传统逆变器控制器的操作方法中，探测平滑电容器的端子 电压水平，并且根据该电压水平控制减速时间和输出频率；因此，在 所述方法被应用于其中被施加到将被驱动的AC电机的负载变化的系 统的情形中，难以确定输出频率的控制数量；如果输出频率的变化缓
慢，则在欠压或者过压下产生跳闸，或者发生这样的问题，其中减速 和加速被重复并且在电机中产生振动。特别地，在所述方法被应用于 具有低机械刚度的系统或者设有具有降低的电容的平滑电容器的逆变
器控制器的情形中，在DC母线电压(Vpn)中的上/下变化是陡峭的； 因此，上述问题显著地发生。
考虑到这些问题，本发明的一个目的在于提供一种逆变器控制器 和一种用于操作逆变器控制器的方法，使得能够连续操作而不要求困 难的调节，并且即使在本发明被应用于具有低机械刚度的系统或者设 有具有降低的电容的平滑电容器的逆变器控制器的情形中，在瞬间断 电期间或者在AC电机减速和AC电机在再生负载下操作期间也不会在 过压或者欠压下引起跳闸。
用于解决所述问题的方法
为了解决上述问题，本发明被如下所述那样进行配置。
根据本发明的权利要求l，提供一种逆变器控制器，包括 作为负载的AC电机，
6用于将来自AC电源的AC电力转换成DC电力的整流电路， 用于平滑来自整流电路的DC电压的平滑电容器， 用于将经由平滑电容器供应的DC电力转换成所期望的频率的逆 变器电路，
用于探测逆变器的输出电流的电流探测电路， 用于探测平滑电容器的端子电压的电压探测电路， 用于计算逆变器控制器的功率输出值的功率计算电路，和 速度指令计算电路，用于基于端子电压和功率输出值计算功率输 出目标值，并且用于基于功率输出目标值和功率输出值计算在瞬间断 电期间使用的速度指令，或者根据电压探测电路的输出值计算速度指 令。
根据本发明的权利要求2，提供一种根据权利要求1的逆变器控 制器，其中
所述速度指令计算电路通过基于功率输出值的符号加或者减逆变 器控制器的功率损耗值而进行计算以校正功率输出目标值。
根据本发明的权利要求3，提供一种根据权利要求1的逆变器控 制器，其中
所述速度指令计算电路通过基于功率输出目标值的符号加或S减 包括AC电机的机器的功率损耗值而进行计算以校正功率输出目标值。
根据本发明的权利要求4,提供一种根据权利要求1的逆变器控 制器，其中
所述速度指令计算电路通过使用在功率输出目标值和功率输出值 之间的偏差以及在最后一次输出的速度指令计算转矩目标值而校正转 矩目标值。
根据本发明的权利要求5，提供一种根据权利要求1的逆变器控 制器，其中所述速度指令计算电路限制基于功率输出目标值和AC电机的速 度信息获得的转矩目标值。
根据本发明的权利要求6，提供一种根据权利要求1的逆变器控 制器，其中
在所述AC电机是感应电机的情形中，所述速度指令计算电路通 过使用基于功率输出目标值和AC电机的速度信息获得的转矩目标值 计算转差速度指令而计算转差速度指令。
根据本发明的权利要求7，提供一种根据权利要求1到6中任何 一项的逆变器控制器，还包括
频率指令计算电路，用于替代速度指令计算电路计算AC电机的
频率指令。
进而，为了解决上述问题，本发明被如下所述那样进行配置。
根据本发明的权利要求8，提供一种用于为逆变器控制器解决AC 电源的波动或者瞬间断电的操作方法，该逆变器控制器具有作为负 载的AC电机，用于将来自AC电源的AC电力转换成DC电力的整流 电路，用于平滑来自整流电路的DC电压的平滑电容器，用于将经由平 滑电容器供应的DC电力转换成所期望的频率的逆变器电路，用于探测 逆变器的输出电流的电流探测电路，和用于探测平滑电容器的端子电 压的电压探测电路，
该操作方法包括以下步骤
计算逆变器控制器的功率输出值，
基于端子电压和功率输出值计算功率输出目标值，和
基于功率输出目标值和功率输出值计算在瞬间断电期间使用的速
度指令，或者根据电压探测电路的输出值计算速度指令。 本发明的效果
8利用根据权利要求1到8的本发明，
能够基于沿着平滑电容器2的端子的目标电压和探测电压确定减 速指令的回路内部配置用于控制逆变器控制器的功率输出的回路，并 且平滑电容器的端子电压的目标值能够被快速地收敛。
进而，利用根据权利要求2的本发明，能够对逆变器控制器的功 率损耗值加以考虑，并且利用根据权利要求3的本发明，能够对包括 AC电机的机器的功率损耗值加以考虑；因此，即使在其中沿着平滑电 容器的端子的目标电压和探测电压彼此一致的状态中，也能够执行平 滑的减速操作，而且不必要的减速停止和减速不被重复。
而且，利用根据权利要求5的本发明，通过限制转矩目标值，能 够防止产生过大转矩，由此能够保护所被使用的机器。
进一步，利用根据权利要求6的本发明，在其中用作被使用负载 的AC电机是感应电机的情形中，能够补偿差频，由此能够縮短在直至 获得计划再生电力之前的延迟时间。


图1是示出根据本发明的第一实施例的逆变器控制器整体的概略 配置图表；
图2是根据本发明的第一实施例用于在断电探测期间选择速度指 令的速度指令选择电路6的框图3是根据本发明的第一实施例的速度指令计算电路7的框图4是在断电发生时的时序图5是示出根据本发明的第二实施例的逆变器控制器整体的概略 配置图表；
图6是根据本发明的第二实施例的时序电路70的框图7是根据本发明的第二实施例的频率指令计算电路71的框和图8是示意现有技术的操作的时序图。
附图标记
1整流电路
2平滑电容器
3逆变器电路
4电流探测电路
5电压探测电路
6速度指令选择电路
7速度指令计算电路
8电压指令计算电路
9 PWM控制电路
10基极驱动电路
11电磁接触器
12速度指令设置器
13 AC电机
20， 20'逆变器控制器 21开关电路 22软起动器 23 OR电路 24比较器
25、 31、 32、 61、 62、 63系数乘法器
34能量目标值计算电路
35能量计算电路
36功率计算电路
37、 60减法器
40加法器-减法器
49延迟电路
52除法器
53转矩限制电路
1058差频计算电路
59、 64加法器
70时序电路
71频率指令计算电路
72频率指令设置器
73开关电路
74比较器
75、 76、 77、 82、 85、 88系数乘法器
78能量目标值计算电路
79能量计算电路
80、 91减法器
81功率计算电路
83限制电路
84加法器-减法器
86除法器
87转矩限制电路
89、卯加法器
92差频计算电路
93延迟电路
a断电探测接触信号
b断电时间速度指令
c速度指令
d输出电压指令
e输出电流探测
f断电探测信号
g通常时间速度指令
具体实施例方式
将基于附图描述根据本发明的实施例和根据本发明的方法的具体实例。实施例1
图1是示出根据本发明的逆变器控制器整体的概略配置图表。在
图1中，数字1代表用于将来自AC电源的AC电力转换成DC电力的整流电路，数字2代表用于平滑来自整流电路1的DC电压的平滑电容器，数字3代表用于将经由平滑电容器2供应的DC电力转换成所期望的频率的逆变器电路3,数字4代表用于探测逆变器电路的输出电流的电流探测电路，数字5代表用于探测平滑电容器2的端子电压的电压探测电路，数字6代表用于根据断电状态是否已经发生而选择速度指令的速度指令选择电路，数字7代表用于在断电探测期间计算速度指令的速度指令计算电路，数字8代表用于基于从速度指令选择电路6发出的速度指令而计算输出电压指令的输出电压指令计算电路，数字9代表用于基于从速度指令选择电路6发出的输出信号而PWM控制逆变器电路3的PWM控制电路，并且数字IO代表用于基于来自PWM控制电路9的输出信号而驱动逆变器电路3的基极驱动电路；逆变器控制器包括这些构件。
数字11代表AC电源侧上的电磁接触器，数字12代表用于设定通常操作期间的速度指令的速度指令设置器，并且数字13代表通过逆变器电路3的输出驱动的AC电机；这些构件被连接到逆变器控制器20。
本发明不同于现有技术之处在于，提供用于根据断电状态是否已经发生而选择速度指令的速度指令选择电路6和用于计算断电时间速度指令的速度指令计算电路7;速度指令计算电路7在用于基于平滑电容器2的目标电压Vpnc和探测电压Vpn确定减速指令的回路内部设有用于控制逆变器控制器20的功率输出的回路，并且进一步设有用于限制转矩目标值的转矩限制电路5 3和其它电路。
图2是用于根据断电状态是否已经发生而选择速度指令的速度指
12令选择电路6的框图。在图2中，速度指令选择电路6具有用于设定UV水平1的开关电路2K软起动器22、 OR电路23、比较器24和系数乘法器25、将OR电路23的输出信号发送到速度指令计算电路7，该OR电路23用于计算来自电磁接触器11的断电探测接触信号和作为断电探测信号的在以后描述的比较器24的输出信号的逻辑OR，并且，进一步向速度指令计算电路7和电压指令计算电路8发送速度指令，通过启动开关电路21并且通过经由软起动器22在速度指令计算电路7的断电时间速度指令和来自速度指令设置器12的通常时间速度指令之间进行切换而选择所述速度指令。
比较器24比较来自电压探测电路5的平滑电容器2的端子电压Vpn与系数乘法器25的输出，并且当端子电压Vpn低于系数乘法器25的输出时，比较器24输出UV (欠压)信号"1"。
图3是用于计算断电时间速度指令的速度指令计算电路7的框图。在图3中，速度指令计算电路7具有用于设定平滑电容器2的端子上的目标电压Vpnc和平滑电容器2的电容C的系数乘法器31和32、用于计算在平滑电容器2中存储的能量的目标值的能量目标值计算电路34、用于计算在平滑电容器2中存储的能量的能量计算电路35、功率计算电路36、减法器37、加法器-减法器40、延迟电路49、除法器52、转矩限制电路53、差频计算电路58、加法器59、减法器60、系数乘法器61、 62和63以及加法器64;能量目标值计算电路34使用系数乘法器31和32的输出计算(CXVpnc2) /2，并且能量计算电路35使用系数乘法器31的输出和从电压探测电路5发送的平滑电容器2的端子电压Vpc计算(CXVpn2) /2，并且功率计算电路36基于在电流探测电路4处获得的逆变器输出电流探测值和从电压指令计算电路8发送的电压指令值计算功率输出P。
在系数乘法器61中设定用于使得从能量目标值计算电路34和能量计算电路35发送的存储能量的目标值和当前值彼此一致的比例增益，并且系数乘法器61的输出变成功率输出目标值Pref。在系数乘法器62中设定在包括逆变器控制器20和AC电机13的机器中的功率损耗的总值，并且在系数乘法器63中设定相应于用以将转矩转换成加速值的系数的增益，通过使用包括AC电机13的整个负载的惯性矩J的倒数作为指导而获得所述转矩。
下面，将描述在速度指令计算电路7中用于计算断电时间速度指令的操作。
使用减法器37获得在上述存储能量的目标值(CX Vpnc2) /2和当前值之间的差值，将该差值乘以增益以获得功率输出目标值Pref。使用加法器-减法器40利用在包括逆变器控制器20和AC电机13的机器中的功率损耗值校正这个功率输出目标值Pref，并且通过功率计算电路36的计算获得在该校正值和功率输出P之间的差值。使用除法器52将该差值除以AC电机13的速度信息",以获得转矩目标值Tref。使用转矩限制电路53限制该转矩目标值Tref，使用在系数乘法器63中设定的增益将其转换成加速指令并且使用加法器54将其增加到当前速度指令",以获得断电时间速度指令。
虽然在上述说明中，在系数乘法器62中将包括逆变器控制器20和AC电机13的机器的功率损耗值设为设定值，但是该功率损耗值可以被严格地表示成逆变器的输出电流等的函数并且被结合。
进而，在所用电机是感应电机的情形中，还可能的是，使用转矩限制电路53的输出值利用差频计算电路58计算差频，使用加法器59和减法器60对速度指令进行差频补偿，并且速度指令计算电路7的输入/输出速度指令被用作感应电机的基本频率指令从而直至获得计划再生电力之前的延迟时间被縮短。
而且，虽然使用最后一次输出的速度指令获得AC电机13的速度信息",，在结合用于探测或者估计速度的电路的情形中，还可以使用速度的探测值或者估计值。
虽然全部考虑了在逆变器控制器20中的功率损耗、在包括AC电机13的机器中的功率损耗以及在所用电机是感应电机的情形中对差频的补偿，从而实现了所述配置，但是这些考虑中的任何一个或者多个考虑的任何组合均可被添加。即使在这种情形中，各个效果也保持不变。
如上所述，在用以基于平滑电容器2的目标电压Vpnc和探测电压Vpn确定减速指令的回路内部形成用于控制逆变器控制器20的功率输出的回路以控制平滑电容器2的端子电压；进而，考虑到包括逆变器控制器20和AC电机13的机器的功率损耗值计算功率输出目标值，并且使用转矩限制电路53限制转矩目标值。
利用上述操作，平滑电容器2的端子电压能够快速收敛到目标值；即使在平滑电容器2的目标电压和探测电压彼此一致的状态中，也能够执行平滑减速操作，而且不必要的减速停止和减速不被重复。进而，因为能够防止产生过大转矩，所以能够保护所被使用的机器。
下面，将使用图1、 2和3和图4 (发生断电时的时序图)，描述在根据这个实施例的逆变器控制器20中在断电探测期间的继续操作。
图4 (a)示出AC电源的接通/断开状态，图4 (b)示出断电探测触点的打开/关闭状态，并且图4 (c)示出操作指令的状态，图4 (d)示出在平滑电容器2的端子电压Vpn中的变化，并且图4 (f)示出逆变器控制器20的速度指令。
如果在AC电源中发生瞬间断电，则使用电压探测电路5探测的平滑电容器2的端子电压Vpn下降至欠压探测水平1 (UV水平1)或者更低，或者电磁接触器ll打开。在压降或者打开操作(无论哪一个更早)的时刻探测到断电。当探测到断电时，速度指令选择电路6使
用开关电路21将速度指令从通常时间速度指令切换到断电时间速度指令。
因为平滑电容器2的端子电压Vpn由于断电变得低于系数乘法器31的预设值，即，目标电压Vpnc，所以使用速度指令计算电路7计算的断电时间速度指令被发出以执行减速，并且AC电机13开始减速；依赖于减速速率和负载的惯性矩J的再生能量经由逆变器电路3对平滑电容器2充电并且升高端子电压Vpn。此时，严格来说，存在相应于逆变器控制器20中的功率损耗和包括AC电机13的机器中的功率损耗的降低。
在另一方面，当断电探测信号，即OR电路23的输出信号变成"l"时，速度指令选择电路6向速度指令计算电路7发出断电信号。速度指令计算电路7通过执行上述计算操作而计算断电时间速度指令，将速度指令发送到电压指令计算电路8以减速AC电机13。
进而，在减速速率缓和并且平滑电容器2的端子电压Vpn变得低于目标电压Vpnc的情形中，或者相反，在端子电压Vpn变得更高的情形中，在功率输出目标值Pref和功率输出P之间产生偏差；基于该偏差快速地控制速度指令，并且控制执行为使得端子电压Vpn变得与目标电压Vpnc—致。
如果在AC电机13减速和停止之前，AC电源的瞬间断电被恢复，则平滑电容器2的端子电压Vpn升高到欠压探测水平1 (UV水平1)或者更高，电磁接触器ll被关闭，在图2中示出的断电探测信号变成"0"并且速度指令被切换成用于通常操作的速度指令；因此，直至达到速度指令设定值之前，在占用为通常操作所需要的加速/减速时间时执行加速或者减速。
16利用上述配置，当在AC电源中发生瞬间断电时，选择断电时间速度指令，执行减速操作，并且由该操作产生的再生能量对平滑电容
器2充电并且升高端子电压Vpn;因此，AC电机13被减速并且能够被连续地操作直至它停止，同时防止电压变低；当AC电源的瞬间断电被恢复时，速度指令被切换成用于通常操作的速度指令，由此发出在占用为通常操作所需要的加速/减速时间时执行加速或者减速的速度指令，直至达到速度指令设定值；结果，即使发生瞬间断电，也能够稳定地继续操作。
将参考附图在下面描述根据本发明的第二实施例。
实施例2
图5是示出根据本发明的实施例2的逆变器控制器20'整体的概略配置图表。在图5中，数字1代表整流电路，数字2代表平滑电容器，数字3代表逆变器电路，数字4代表电流探测电路，数字5代表电压探测电路，数字8代表电压指令计算电路，数字9代表PWM控制电路，并且数字IO代表基极驱动电路；这些电路执行与图l所示逆变器控制器20的电路的操作类似的操作；数字81代表用于计算逆变器的功率输出的功率计算电路，数字71代表用以基于电压探测电路5和功率计算电路81的输出计算频率指令2 (fref2)的频率指令计算电路，并且数字70代表用于对电压探测电路5的输出已经超过基准值进行探测并且用于将频率指令计算电路71的输出(fref2)设为频率指令(fref)的时序电路。
进而，数字72代表用于输出用作在通常操作期间的频率指令的频率指令1 (frefl)的频率指令设置器，并且数字13代表用作负载的AC电机(在以后被描述成感应电机)。频率指令设置器72结合有用于将频率指令转换成具有加速/减速速率的指令的软启动功能。本发明不同于现有技术之处在于本发明设有时序电路70和频率 指令计算电路71;频率指令计算电路71在用以基于平滑电容器2的目 标电压Vpnc和探测电压Vpn确定减速指令的回路内部设有用于控制逆 变器控制器20'的功率输出的回路，并且还设有用于限制转矩目标值 的转矩限制电路87。
图6是时序电路70的框图。在图6中，数字73代表开关电路， 数字74代表比较器，并且数字75代表系数乘法器。
基于平滑电容器的端子电压，系数乘法器75设定用于确定通常操 作或者防过压操作被执行的阀值。这个设定值是比在通常操作期间能 够获得的平滑电容器的端子电压值更大的值。
图7是频率指令计算电路71的框图。在图7中，数字76和77代 表系数乘法器，数字78代表能量目标值计算电路，数字79代表能量 计算电路，数字80代表减法器，数字81代表功率计算电路，数字82 代表系数乘法器，数字83代表限制电路，数字84代表加法器-减法器， 数字85代表系数乘法器，数字86代表除法器，数字87代表转矩限制 电路，数字88代表系数乘法器，数字89和90代表加法器，数字91 代表减法器，数字92代表差频计算单元，并且数字93代表延迟电路。
在该图中，在系数乘法器76中设定平滑电容器2的端子电压的目 标值Vpnc，在系数乘法器77中设定平滑电容器2的电容C，在系数乘 法器82中设定用于将减法器80的输出值控制为零的控制增益，在系 数乘法器85中设定在逆变器控制器20'中的损耗值和在包括AC电机 13的机器中的损耗值的总值，并且在系数乘法器88中设定1/J(J是包 括AC电机13的整个负载的惯性矩)。
另外，等于或者大于平滑电容器的端子电压的基准值的值(系数 乘法器75的设定值)被设为Vpnc (系数乘法器76的设定值)。
18将使用图5到7描述根据本发明的逆变器控制器20'的操作。
当使用减速指令降低输出频率f时或者当施加再生负载时，通过从AC电机13获取的再生能量，平滑电容器2的端子电压被升髙。
时序电路70比较使用电压探测电路5探测到的平滑电容器的电压探测值Vpn与系数乘法器75的设定值；当Vpn> (系数乘法器75的设定值)时，开关电路73被从A侧切换到B侧，由此将频率指令从频率指令l (frefl，频率指令设置器72的输出)切换到频率指令2 (fref2，频率指令计算电路71的输出)，并且频率指令2 (fref2)作为频率指令(fref)输出。
电压指令计算电路8基于从时序电路70发送的频率指令(fref)计算输出电压指令，PWM控制电路9基于从电压指令计算电路8发送的输出信号向基极驱动电路10输出信号，并且基极驱动电路10基于来自PWM控制电路9的输出信号驱动逆变器电路3。
下面，将描述用于计算在Vpn〉(系数乘法器75的设定值)时选择的频率指令2 (fref2)的方法。
能量目标值计算电路78使用系数乘法器76和77的设定值计算在平滑电容器2中存储的能量目标值(CXVpnc2)/2，并且能量计算电路79使用系数乘法器77的输出值和从电压探测电路5发送的平滑电容器2的端子电压探测值Vpn计算在平滑电容器2中实际存储的能量值(CXVpn2) /2。
减法器80从能量计算电路79的输出值减去能量目标值计算电路78的输出值并且输出能量偏差，限制电路83将减法器80的输出值限制为下限值零，并且限制电路83的输出值乘以系数乘法器82的设定值以获得功率输出目标值Pref。限制电路83将上述能量偏差限制为下限值零的原因在于防止例如由于在平滑电容器的端子电压中的波动而沿着减速方向执行操作。
功率计算电路81使用逆变器输出电流探测值计算逆变器控制器的功率输出值P，使用电流探测电路4和从输出电压指令计算电路8发送的输出电压指令值而获得所述逆变器输出电流探测值。加法器-减法器84从上述功率输出目标值Pref减去上述功率输出值P并且还减去系数乘法器85的设定值并且然后输出功率偏差AP。
除法器86通过将上述功率偏差AP除以在以后描述的AC电机13的速度f而计算转矩目标值。转矩限制电路87利用考虑到机器保护确定的值限制转矩目标值。转矩限制电路87的输出值乘以系数乘法器88的设定值，并且获得加速目标值。
进而，差频计算电路92使用转矩限制电路87的输出值计算差频。减法器91从在最后一次从延迟电路93输出的频率指令(fref)减去差频并且输出AC电机13的速度f。加法器89将AC电机13的速度f加到从系数乘法器88输出的加速目标值并且还加入从差频计算电路92输出的差频，由此获得频率指令(fref2)。
如上所述，使用平滑电容器2的端子电压的目标电压Vpnc及其探测值Vpn计算功率输出目标值Pref，并且考虑到包括逆变器控制器20'和AC电机13的机器的功率损耗值校正功率输出目标值Pref，由此计算频率指令2 (fref2),在该频率指令2下功率输出目标值Pref和功率输出P之间的偏差AP变成O。
在Vpn< (系数乘法器75的设定值)时，开关电路73被从B侧切换到A侧；换言之，频率指令(fref)被从由频率指令计算电路71输出的频率指令2 (fref2)切换到由频率指令设置器72输出的频率指令
201 (frefl)，并且通常操作得以恢复。
因为配置了用于控制功率输出的小回路，转矩目标值被限制为预 定值，并且如上所述那样执行差频补偿，平滑电容器的端子电压被快 速地和可靠地收敛到目标值，能够不重复不必要的加速/减速和减速停 止地执行平滑操作，通过防止产生过大转矩能够保护所用的机器，并 且能够縮短直至获得计划功率输出之前的延迟时间。
根据在功率输出值P和从系数乘法器82输出的值之间的能量偏差 的符号，AC电机13不仅能够执行再生操作，而且还能执行电动(动 力)操作。在为电动(动力)操作计算功率输出值P的情形中，通过 执行操作从而加法器-减法器84加入系数乘法器85的输出，本发明能 够被更加有效地实施。
另外，虽然包括逆变器控制器20'和AC电机13的机器的损耗值 被设为用作系数乘法器85的设定值的恒定值，但是显然该损耗值被严 格地表示成逆变器的输出电流等的函数并且被并入。
进而，虽然使用在最后一次输出的频率指令(fref)获得AC电机 13的速度f，但是在结合用于探测或者估计速度的电路的情形中，还可 以使用速度的探测值或者估计值。
而且，虽然在上述说明中将AC电机描述成感应电机，但是即使 使用例如同步电机的AC电机替代感应电机，也能够类似地实施本发 明。在此情形中，差频计算电路92的输出应当仅被设为零。
此外，虽然已经考虑到逆变器控制器中的损耗和在包括AC电机 的机器中的损耗、考虑到机器保护并且在使用感应电机的情形中考虑 到对差频的补偿，对配置进行了描述，但是这些考虑中的任何一个或 者多个考虑的任何组合均可被使用。即使在这种情形中，各个效果也保持不变。
进而，已经使用基于功率输出目标值和功率输出值根据在瞬间断 电期间的状态或者电压探测电路的输出值计算速度指令的速度指令计 算电路对实施例1进行了描述，并且已经使用用于计算频率指令的频 率指令计算电路替代使用速度指令计算电路对实施例2进行了描述； 然而，即使在实施例1中使用用于计算频率指令的计算电路并且在实 施例2中使用用于计算速度指令的计算电路，本发明也能够被类似地 实施。
工业适用性
本发明适用于在其中瞬间断电可能发生并且可以执行再生操作的 驱动电机的所有的逆变器控制器并且还适用于操作所述逆变器控制器 的方法。
权利要求
1. 一种逆变器控制器，包括作为负载的AC电机，整流电路，所述整流电路用于将来自AC电源的AC电力转换成DC电力，平滑电容器，所述平滑电容器用于平滑来自所述整流电路的DC电压，逆变器电路，所述逆变器电路用于将经由所述平滑电容器供应的DC电力转换成所期望的频率，电流探测电路，所述电流探测电路用于探测所述逆变器的输出电流，电压探测电路，所述电压探测电路用于探测所述平滑电容器的端子电压，功率计算电路，所述功率计算电路用于计算所述逆变器控制器的功率输出值，和速度指令计算电路，所述速度指令计算电路用于基于所述端子电压和所述功率输出值计算功率输出目标值，并且用于基于所述功率输出目标值和所述功率输出值计算在瞬间断电期间使用的速度指令，或者根据所述电压探测电路的所述输出值计算速度指令。
2. 根据权利要求l的逆变器控制器，其中所述速度指令计算电路通过基于所述功率输出值的符号加或者减 所述逆变器控制器的功率损耗值而进行计算以校正所述功率输出目标 值。
3. 根据权利要求1的逆变器控制器，其中所述速度指令计算电路通过基于所述功率输出目标值的符号加或 者减包括AC电机的机器的所述功率损耗值而进行计算以校正所述功 率输出目标值。
4. 根据权利要求1的逆变器控制器，其中所述速度指令计算电路通过使用在所述功率输出目标值和所述功 率输出值之间的偏差以及在最后一次输出的速度指令计算转矩目标值 而进行计算以校正所述转矩目标值。
5. 根据权利要求1的逆变器控制器，其中所述速度指令计算电路限制基于所述功率输出目标值和所述AC 电机的速度信息获得的所述转矩目标值。
6. 根据权利要求1的逆变器控制器，其中在所述AC电机是感应电机的情形中，所述速度指令计算电路通 过使用基于所述功率输出目标值和所述AC电机的速度信息获得的所 述转矩目标值计算转差速度指令而校正所述转差速度指令。
7. 根据权利要求1到6中任一项的逆变器控制器，还包括 频率指令计算电路，所述频率指令计算电路用于替代所述速度指令计算电路计算所述AC电机的频率指令。
8. —种用于解决用于逆变器控制器的AC电源的波动或者瞬间断 电的操作方法，所述逆变器控制器包括作为负载的AC电机、用于将 来自AC电源的AC电力转换成DC电力的整流电路、用于平滑来自所 述整流电路的DC电压的平滑电容器、用于将经由所述平滑电容器供应 的DC电力转换成所期望的频率的逆变器电路、用于探测所述逆变器的 输出电流的电流探测电路，和用于探测所述平滑电容器的端子电压的 电压探测电路，所述操作方法包括以下步骤 计算所述逆变器控制器的功率输出值，基于所述端子电压和所述功率输出值计算功率输出目标值，和 基于所述功率输出目标值和所述功率输出值计算在瞬间断电期间 使用的速度指令，或者根据所述电压探测电路的输出值计算速度指令。
全文摘要
本发明提供一种逆变器控制器和用于操作该逆变器控制器的方法，使得在瞬间断电期间或者在再生操作期间能够连续操作，而不要求困难的调节并且在过压或欠压下不引起跳闸或者不必要的转矩脉动。一种配备有用于探测平滑电容器(2)的端子电压的电压探测电路(5)和用于探测AC电源中的瞬间断电的速度指令选择电路(6)的逆变器控制器(20)具有用于计算其功率输出的功率计算电路(36)和用于计算在瞬间断电期间的功率输出目标值和速度指令值的速度指令计算电路(7)。
文档编号H02P27/04GK101479928SQ20078002443
公开日2009年7月8日 申请日期2007年5月29日 优先权日2006年6月28日
发明者中井政树, 山本阳一, 野中和浩 申请人:株式会社安川电机