专利名称：并联逆变器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用并联连接的多个逆变器来驱动诸如交流电动机之类的负载的并联逆变器设备。
背景技术：
一般而言，逆变器由功率转换器和控制该功率转换器的控制设备构成。当通过逆变器驱动交流电动机时，将从控制设备发送的扭矩命令值或电压命令值传送到多个功率转换器，并且执行每一功率转换器的操作。例如，其中多个逆变器中的每一个包括输出电流控制系统且每一逆变器单独地驱动交流电动机的已知技术在JP-A-3-159596 (第3页、左上栏第8行至左下栏第13行、图2等)中进行了描述。图4是在JP-A-3-159596 (第3页、左上栏第8行至左下栏第13行、图2等)中描述的已知技术的配置图，其中附图标记201a和201b是逆变器，附图标记202a和202b是分别由逆变器201a和201b单独驱动的交流电动机，附图标记203是控制器，附图标记204是主站点，附图标记205a、205b、206a和206b是远程站点，附图标记207a是速度传感器，附图标记208a是速度控制器，附图标记209a和209b是电流控制器，附图标记210a和210b是电流传感器，附图标记211a和211b是通过半导体开关元件的动作执行直流到交流的转换的功率转换器(逆变器部分)，并且附图标记220是传送线。该已知技术使得信息可在控制器203与逆变器201a和211b之间串行地传送。此夕卜，控制器203被配置成使电动机202a和202b由分布的算出的扭矩命令值单独驱动，分布的扭矩命令值通过串行传送单独地传送到逆变器20Ia和20Ib，并且逆变器20Ia和20Ib中的每一个根据它自己的扭矩命令值动作。在图4中，N*是速度命令值，Ia*和Ib*是逆变器201a和201b的电流命令值，并且Ia和Ib是逆变器201a和201b的电流检测值。同时，其中通过并联连接多个逆变器的输出侧来实现增加的容量以驱动高容量的交流电动机的并联逆变器设备在例如JP-A-2008-228548 (段落
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、图4、图5等)中进行了描述。图5是在JP-A-2008-228548 (段落
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、图4、图5等)中描述的已知技术的配置图，其中附图标记100是并联逆变器设备，附图标记101是交流电源，附图标记102是交流电动机，附图标记103是速度传感器，附图标记110-1和110-2是转换器，附图标记120-1和120-2是平滑电容器，附图标记130-1和130-2是逆变器，附图标记131-1和131-2是通彳目电路，附图标记132-1和132-2是PWM生成电路，附图标记133-1和133-2是状况监视电路，附图标记134-1和134-2是功率转换器(PWM逆变器部分)，附图标记140-1和140-2是电流传感器，并且附图标记150是控制电路。该已知技术使得两个逆变器130-1和130-2并联连接在交流电源101和电动机102之间，同步信号和电压命令值使用串行传送装置从控制电路150传送到逆变器130-1和130-2中的通信电路131-1和131-2，并且通过逆变器130-1和130-2基于同步信号和电压命令值动作，对两个逆变器130-1和130-2的输出求和并将其供应给单个电动机102。根据JP-A-3-159596 (第3页、左上栏第8行至左下栏第13行、图2等)的已知技术使得逆变器201a和201b分别包括控制输出电流的电流控制器209a和209b，并且作为电流控制器209a和209b单独响应的结果，存在用作电流控制器209a和209b的输出的电压命令值发生变化的危险。为此，可能发生在逆变器201a和201b的输出电压之间出现误差且涡流或循环电流(在下文中这些电流将被统称为涡流)在这些逆变器之间流动。作为对策，有必要确保与作为功率转换器211a和211b的电流容量裕度的涡流的量相等的余量，并且问题在于当其电流值较大时，功率转换器的容量增加且成本增加。同样，有必要安装AC电抗器或相间电抗器以抑制瞬时涡流，这导致该设备的大小和重量的总体增加以及成本的增加。由于JP-A-2008-228548 (段落
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、图4、图5等)中描述的已知技术使得电压命令值通过使用串行传送装置从控制电路150分别传送到逆变器130-1和130-2的通信电路131-1和131-2、并且逆变器130-1和130-2根据接收到的电压命令值驱动功率转换器134-1和134-2，因此有必要配置逆变器130-1和130-2的连接形式(拓扑)以使从控制电路150到通信电路131-1和131-2的传送时间的延迟相等。作为连接形式，存在例如其中多个逆变器没有主从关系的环形连接形式、以及其中一个逆变器的控制单元是自己计算电压命令值且直接驱动它自己的功率转换器的主逆变器而其余逆变器是各自基于经由传送装置接收到的电压命令值驱动它自己的功率转换器的从逆变器的形式，即主从型连接形式。然而，即使在采用这些连接形式的事件中，也可能发生由于传送控制信号的延迟并非所有的逆变器电压命令值在时间上一致的情况，并且可能发生在逆变器输出电压之间出现误差的情况。在此情况下，存在的问题在于，过量的涡流通过并联连接的功率转换器的输出电缆的布线电感在功率转换器之间流动，并且半导体开关元件受损等。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种并联逆变器设备，从而消除多个逆变器之间的电压命令值的传送的延迟，由此预防涡流的发生以及对半导体开关元件的损害。为了实现该目的，本发明的第一方面是并联逆变器设备，该并联逆变器设备包括将交流电压供应给单个负载的并联连接的多个逆变器，其中每一逆变器包括通过半导体开关元件的动作执行直流到交流的转换且将交流电压供应给负载的功率转换器、以及功率转换器控制单元，多个逆变器中的一个逆变器被用作其中控制单元计算该一个逆变器中的功率转换器的电压命令值的主逆变器、且另一逆变器被用作根据电压命令值驱动另一逆变器中的功率转换器的从逆变器，其中传送装置被设置成将主逆变器的控制单元算出的电压命令值传送到从逆变器，并且主逆变器的控制单元包括延迟设备，该延迟设备使电压命令值延迟将算出的电压命令值传送到从逆变器时所需的传送时间，且将经延迟设备延迟的电压命令值提供给主逆变器的功率转换器。本发明的第二方面是并联逆变器设备，该并联逆变器设备包括将交流电压供应给单个负载的并联连接的三个或更多个逆变器，其中每一逆变器包括通过半导体开关元件的动作执行直流到交流的转换且将交流电压供应给负载的功率转换器、以及功率转换器控制单元，三个或更多个逆变器中的一个逆变器被用作其中控制单元计算该一个逆变器中的功率转换器的电压命令值的主逆变器、且其他逆变器被用作根据电压命令值驱动其他逆变器中的功率转换器的从逆变器，传送装置被设置成将主逆变器的控制单元算出的电压命令值传送到从逆变器，主逆变器中的控制单元包括延迟设备，该延迟设备使电压命令值延迟将算出的电压命令值传送到需要最长传送时间的从逆变器时所需的传送时间，且将经延迟设备延迟的电压命令值提供给主逆变器的功率转换器，并且每一从逆变器中的控制单元包括延迟从主逆变器或另一从逆变器传送的电压命令值以将与主逆变器的延迟设备所延迟的电压命令值同步的电压命令值提供给从逆变器的功率转换器的延迟设备。本发明第三方面是根据第一或第二方面的并联逆变器设备，其中从逆变器包括使从逆变器的功率转换器的开关时间与主逆变器的功率转换器的开关时间同步的同步设备。本发明的第四方面是根据第一方面的并联逆变器设备，其中主逆变器以固定的周期与主逆变器的功率转换器的开关时间同步地传送电压命令值，并且进行控制以使从主逆变器开始传送电压命令值起到传送结束的时间与从从逆变器开始接收电压命令值起到接收结束的时间相等。本发明的第五方面是根据第一方面的并联逆变器设备，其中延迟设备调整延迟时间以使主逆变器的电压命令值的大小与从逆变器的电压命令值的大小相等。根据本发明，通过使提供给并联连接的多个逆变器中的每一个中的功率转换器的电压命令值同步以使电压命令值的大小相等，有可能显著地减少逆变器输出电压之间的误差、并且由此有可能防止涡流的发生以及对半导体开关元件的损害。同样，由于有可能在无需不必要地增加功率转换器的容量的情况下减少AC电抗器的容量或省略AC电抗器等来抑制涡流，因此有可能减小该设备的总体大小和重量且降低成本。
图1是示出本发明的一个实施例的框图；图2A和2B是本发明的实施例的动作的图示；图3是本发明的另一实施例中的示意配置图；图4是在JP-A-3-159596 (第3页、左上栏第8行至左下栏第13行、图2等)中描述的已知技术的配置图；以及图5是在JP-A-2008-228548 (段落
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、图4、图5等)中的描述的已知技术的配置图。
具体实施例方式在下文中，将基于附图给出对本发明的一个实施例的描述。图1是示出本实施例的配置的框图，其中并联逆变器设备是用于通过并联连接的两个逆变器2a和2b的合计输出来驱动诸如感应电动机之类的一个交流电动机I的设备。虽然逆变器2a和2b以及交流电动机I具有三相配置，但是它们由图1中的单线图表示。在图1中，用于获取旋转角信息的旋转位置检测单元3 (诸如脉冲编码器)连接到电动机I。同样，在驱动电动机I的逆变器2a和2b中，一个逆变器2a用作主逆变器且另一逆变器2b用作从逆变器，其中主逆变器2a生成以及用于控制逆变器2a的功率转换器4a的电压命令值和被传送到从逆变器2b且用于控制逆变器2b内部的功率转换器4b，如将在下文中描述的。并联的逆变器的数量根据电动机I和逆变器的额定电流决定。逆变器2a和2b分别包括使诸如IGBT之类的半导体开关元件导通和截止由此执行直流到交流的转换的功率转换器4a和4b。虽然将省略对功率转换器4a和4b的配置的详细描述，但是功率转换器4a和4b包括由开关元件构成的主电路、以及驱动主电路的栅极驱动电路和控制单元，其中控制单元由诸如微计算机之类的算术处理单元(包括程序)或者电子电路实现。作为主逆变器操作的逆变器2a包括:生成用于电动机I的加速和减速模式等的速度命令值的速度命令生成单元5 ;从由旋转位置检测单元3获取的旋转角信息获取电动机速度ωπ的旋转速度检测单元6 ;从速度命令值和电动机速度(^生成用于电动机I的q轴电流命令值的速度控制单元7 ;检测逆变器2a的输出电流iul、ivl和iwl的电流检测器8a ;从输出电流iul、ivl和iwl以及从逆变器2b的输出电流iu2、iv2和iw2之和获取要供应给电动机I的总电流1、1^和iwa的总电流检测单元9 ;从总电流1吣1^和iwa以及电气角Θ获取d轴电流id和q轴电流iq的坐标转换单元10 ;基于从d轴电流id、q轴电流和电动机速度Oni获取的差频(03计算主频CO1的主频计算单元11 ;从主频O1获取电气角Θ的电气角计算单元12 ;从d轴电流命令值和d轴电流id获取每一逆变器2a和2b的d轴电压命令值Vtt的d轴电流控制单元13a ;从q轴电流命令值和q轴电流i,获取每一逆变器2a和2b的q轴电压命令值Vtff的q轴电流控制单元13b ;从d轴电压命令值vto、q轴电压命令值Vv和电气角Θ获取每一相的电压命令值Vf Vvr和Vm的坐标转换单元14 ；使电压命令值vm、Vvr和v 延迟预定时间的延迟设备15 ;基于总电流iua、iva和iwa以及逆变器2a的输出电流iul、ivl和iwl校正延迟设备15所延迟的电压命令值以使逆变器2a和2b的输出电流平衡的涡流控制单元16a ;以及从涡流控制单元16a输出的电压命令值生成功率转换器4a内部的开关元件的栅极驱动信号的栅极驱动信号生成单元17a。在此，速度控制单元7、d轴电流控制单元13a、以及q轴电流控制单元13b由例如比例积分(PI)调节器构成。同样,坐标转换单元10将三相电流分量转换成旋转坐标中的d和q轴电流分量，并且坐标转换单元14将d和q轴电压分量转换成三相电压分量，但是其配置和动作是公知的，其细节将省略。同时，除了功率转换器4b和栅极驱动信号生成单元17b以外，作为从逆变器操作的逆变器2b包括:检测输出电流Iu2Uv2和iw2的电流检测器8b ；以及基于总电流iua、iva和iwa以及逆变器2b的输出电流Iu2Uv2和iw2校正电压命令值Vur、Vra和V以使逆变器2a和2b的输出电流平衡的涡流控制单元16b。在此，可使用主逆变器2a的功能来实现从逆变器2b的一部分功能。附图标记18是传送装置并包括诸如电缆之类的硬件、预定通信协议等，由此电压命令值Vm、Vvr和Vwr、总电流iua、Iva和iwa、以及从逆变器2b的输出电流iu2、iv2和iw2在逆变器2a和2b之间串行地传送。接着，将给出对本实施例的动作的描 述。
在主逆变器2a中，速度命令生成单元5针对电动机I从停止状态加速且到达目标速度、直至根据预定条件减速至停止的时间段生成速度命令值ωΓ。速度控制单元7通过比例积分计算来计算速度命令值和电动机速度ωπ之间的偏差，并且输出与电动机I输出的扭矩相等的q轴电流命令值iv。电流控制单元13a和13b分别通过比例积分计算来输出d轴电压命令值Vto和q轴电压命令值Vtff,以使从坐标转换单元10输出的d轴电流id和q轴电流iq与d轴电流命令值和q轴电流命令值—致。坐标转换单元14基于电气角Θ将电压命令值Vfc和Vqr转换成三相电压命令值Vm、Vvr和V 。电压命令值Vur、Vw和Vm不仅被传送到主逆变器2a中的功率转换器4a，而且经由传送装置18传送到从逆变器2b中的功率转换器4b。一般地，当串行传送被用作传送装置18时，电压命令值vm、Vvr和Vm从主逆变器2a转送到从逆变器2b的微计算机内部的存储器需要特定时间。当功率转换器的开关频率正常为数千赫时，微计算机在数十微秒至数百微秒的更新周期中执行各种控制计算。因此，当使用传送装置18的信息传送时间超过微计算机的控制计算周期时，从逆变器2b接收到的电压命令值和使得相对于主逆变器2a的时间延迟发生。由于经由栅极驱动信号生成单元17b和功率转换器4b输出电压命令值作为PWM控制电压，因此传送电压命令值和 的延迟的影响出现在功率转换器4b的输出电压中，其中在主逆变器2a的输出电压和从逆变器2b的输出电压之间出现误差。为此，涡流在两个逆变器2a和2b之间流动，其中根据包括在逆变器2a和2b之间的电缆的电感分量来确定涡流的最大值。因此，在本实施例中，延迟设备15设置在主逆变器2a的坐标转换单元14的输出侦牝并且延迟设备15的延迟时间被设为与将电压命令值和传送到从逆变器2b时的传送时间(直至从主逆变器2a发送的电压命令值Vvr和Vm到达从逆变器2b的涡流控制单元16b的时间)相等。为此，在输入到主逆变器2a的涡流控制单元16a中的电压命令值vu,、vw和v 与输入到从逆变器2b的涡流控制单元16b中的电压命令值Vvr和Vm之间停止发生时间延迟，并且由此有可能显著地减小主逆变器2a和从逆变器2b的输出电压之间的误差。接着，在参考图2A和2B时将分别给出对逆变器2a和2b的功率转换器4a和4b的开关时间的描述。传送装置18使得电压命令值vm、Vvr和Vm通过使用逆变器2a和2b中的微计算机等的中断控制以固定的周期T8传送和接收。周期T8是功率转换器4a和4b的开关周期T0的整数倍(在示出的示例中为八倍)，并且被设为来自主逆变器2a的电压命令值vm、Vra和Vwr的传送开始的时序和开关时序同步。在此，功率转换器4a和4b的开关周期Ttl相同。在图2A和2B中，在主逆变器2a侧的微计算机中，记录从电压命令值Vur、Vw和v 的传送开始到结束的时间T.，并且在传送周期T8流逝之后的下一时序通过传送中断过程将其发送到从逆变器2b。在从逆变器2b侧的微计算机中，测量从接收的中断开始时序到结束的时间Tws，获取与时间Twm(Twm-Tws)的偏差，并且将该偏差存储在存储器中作为同步误差Te (=Twm-Tws)。然后，通过调整开关时序以使从逆变器2b的中断开始时序与从主逆变器2a传送电压命令值Vur、Vw和的时序一致、由此将同步误差Te调整为零，有可能在不传送来自主逆变器2a的特殊同步信号的情况下使两个逆变器2a和2b的开关时序同步。在本实施例中，已给出对其中两个逆变器并联连接、一个逆变器是主逆变器且另一逆变器是从逆变器的情况的描述，但是本发明还可应用于其中如图3所示两个或更多个从逆变器2b、2c、2d等并联连接到一个主逆变器2a且从主逆变器2a到每一从逆变器2b、2c、2d等的传送时间不同的并联逆变器设备的情况。在这种情况下，通过在主逆变器2a以及除具有最长传送时间(例如，2d)的从逆变器以外的从逆变器(例如，2b和2c)中的每一个中设置延迟设备、以及根据从主逆变器2a的传送时间调整每一延迟设备的延迟时间，有可能使所有逆变器的电压命令值同步，由此将输出电压误差减小到最小值。同样，针对由每一逆变器中的功率转换器中的开关元件的变化引起的电压误差，通过经由传送装置18将所有从逆变器的输出电流发送到主逆变器2a、以及将这些输出电流加到具有总电流检测单元9的主逆变器2a的输出电流来计算总电流。然后，通过以每一逆变器的输出电流与通过涡流控制单元16a将并联逆变器的数量除以总电流的值一致以使主逆变器和从逆变器的输出电流平衡的方式控制每一逆变器的电压命令值，有可能进一步减小每一逆变器的输出电流误差。虽然上述实施例使得用作交流电动机I的感应电动机使用差频类型的矢量控制来驱动，但是例如V/f控制也可用作逆变器控制系统。本发明还可用于驱动除交流电动机以外的交流负载的使用多个逆变器的并联逆变器设备中。
权利要求
1.一种并联逆变器设备，所述并联逆变器设备包括将交流电压供应给单个负载的并联连接的多个逆变器，其特征在于， 每一逆变器包括通过半导体开关元件的动作执行直流到交流的转换且将交流电压供应给所述负载的功率转换器、以及功率转换器控制单元，以及 所述逆变器中的一个逆变器被用作其中所述控制单元计算所述一个逆变器中的功率转换器的电压命令值的主逆变器，且另一逆变器被用作根据所述电压命令值驱动所述另一逆变器中的功率转换器的从逆变器， 传送装置被设置成将所述主逆变器的控制单元算出的电压命令值传送到所述从逆变器，并且 所述主逆变器的控制单元包括延迟设备，所述延迟设备使电压命令值延迟将计算出的电压命令值传送到所述从逆变器时所需的传送时间，且将经所述延迟设备延迟的电压命令值提供给所述主逆变器的功率转换器。
2.一种并联逆变器设备，所述并联逆变器设备包括将交流电压供应给单个负载的并联连接的三个或更多个逆变器，其特征在于， 每一逆变器包括通过半导体开关元件的动作执行直流到交流的转换且将交流电压供应给所述负载的功率转换器、以及功率转换器控制单元，以及 所述三个或更多个逆变器中的一个逆变器被用作其中所述控制单元计算所述一个逆变器中的功率转换器的电压命令值的主逆变器，且其他逆变器被用作根据所述电压命令值驱动所述其他逆变器中的功率转换器的从逆变器， 传送装置被设置成将所述主逆变器的控制单元算出的电压命令值传送到所述从逆变器， 所述主逆变器中的控制单元包括延迟设备，所述延迟设备使电压命令值延迟将所算出的电压命令值传送到需要最长传送时间的从逆变器时所需的传送时间，且将经所述延迟设备延迟的电压命令值提供给所述主逆变器的功率转换器，以及 每一从逆变器中的控制单元包括延迟设备，所述延迟设备延迟从所述主逆变器或另一从逆变器传送的电压命令值，以将与经所述主逆变器的延迟设备延迟的电压命令值同步的电压命令值提供给所述从逆变器的功率转换器。
3.如权利要求1或2所述的并联逆变器设备，其特征在于， 所述从逆变器包括使所述从逆变器的功率转换器的开关时间与所述主逆变器的功率转换器的开关时间同步的同步设备。
4.如权利要求1至3中任一项所述的并联逆变器设备，其特征在于， 所述主逆变器以固定的周期与所述主逆变器的功率转换器的开关时间同步地传送电压命令值，并且 进行控制以使从所述主逆变器开始传送电压命令值起到传送结束的时间与从所述从逆变器接收电压命令值的开始到接收结束的时间相等。
5.如权利要求1至4中任一项所述的并联逆变器设备，其特征在于， 所述延迟设备调整延迟时间以使所述主逆变器的电压命令值的大小与所述从逆变器的电压命令值的大小相等。
全文摘要
本发明提供了一种并联逆变器设备。并联连接的逆变器中的每一个包括执行直流到交流的转换且将交流电压供应给电动机的功率转换器；以及功率转换器控制单元，其中逆变器之一被用作其中控制单元计算该一个逆变器中的功率转换器的电压命令值的主逆变器、且另一逆变器被用作根据电压命令值驱动另一逆变器中的功率转换器的从逆变器，传送装置被设置成传送电压命令值，并且主逆变器的控制单元包括延迟设备，该延迟设备使电压命令值延迟将算出的电压命令值传送到从逆变器时所需的传送时间，且将经延迟设备延迟的电压命令值提供给主逆变器的功率转换器。
文档编号H02M7/493GK103138621SQ20121050754
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月30日 优先权日2011年12月2日
发明者金子贵之 申请人:富士电机株式会社