专利名称：瞬时断电后再起动驱动同步电机的变换器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在瞬时断电后再起动驱动同步电机的变换器的装置，尤其涉及这样的装置它在旋转线(spinninglines)或类似工作线中供电瞬时中断之后电源重新建立时再起动变换器，其中此变换器成组地控制一些同步电机。
在瞬时断电之后用于恢复的常规再起动方法通常是在变换器失电时停止变换器的输出，并在后来恢复供电时恢复该输出。在电源恢复时开始再起动操作，变换器的输出频率被设置得与变换器停止时的频率相同，并且只逐渐增大输出电压。
常规方法中，再起动时变换器的输出电压将与电机端子上的电压相位不同，因为再起动时间是随机设置的。
结果是，再起动时的冲击电流可能变大。这引起一个问题，即变换器的容量和设备面积变大，并且费用增加。
另外，当电机由于重载而速度变化大时，在恢复变换器时必须采取下述缓慢的步骤。首先，在再起动之后利用限流操作逐渐降低变换器的输出频率，直到电机转速与输出频率匹配，然后将电机再加速至原速率。
这造成另一个问题，即再起动时间加长，因为电机恢复到原转速需要很长时间。
因此，本发明的一个目的在于提供一种用于在瞬时断电后再起动驱动同步电机的变换器的装置，它能够通过降低再起动时的冲击电流而避免增加容量，并且此外缩短再起动时间。
本发明提供一种用于在瞬时断电后再起动驱动同步电机的变换器的装置，当断电之后由一个电源向变换器提供的电力重新建立时，该装置再起动变换器，该装置包括用于检测同步电机的一个端电压的一个相关量的检测装置;
用于检测同步电机的端电压的频率的频率检测装置;
用于检测同步电机的端电压与变换器的一个输出电压命令值之间的相位差的相位差检测装置;
用于探测电源断电的装置;
用于在电源断电期间根据频率检测装置和相位差检测装置的输出信号实现同步控制使得变换器的输出电压命令值的频率和相位与同步电机的端电压的频率和相位相互匹配的装置;以及用于在断电之后完成同步控制的同步的情况下再起动变换器的装置。
在此，检测装置可以包括一个检测器，它检测作为同步电机的端电压的相关量的同步电机的磁通量(flux);频率检测装置可以包括一个周期检测器，它根据检测磁通量的检测器的输出检测端电压的周期，以及包括一个频率计算器，它从端电压的周期中计算出端电压的频率。
检测装置可以包括一个检测器，它检测作为同步电机的端电压的相关量的同步电机的磁通量(flux);相位差检测装置可以包括一个相位差检测器，它根据同步电机的磁通量检测值和磁通量命令值检测同步电机的端电压与变换器的输出电压命令值之间的相位差，还包括一个相位控制器，它根据相位差检测器的一个输出信号执行同步控制。
周期检测器可以包括一个将磁通量检测值同零值比较的比较器，以及一个对比较器的输出宽度进行计数的计数器。
相位差检测器可以包括一个相位差脉冲发生器，它产生的脉冲的宽度与同步电机的磁通量检测值与变换器的磁通量命令值之间的相位差成正比;并且包括一个计数器，它对相位差脉冲的宽度进行计数。
根据本发明，在瞬时断电期间，变换器的输出电压根据频率检测装置和相位差检测装置的输出得以控制，使得其频率和相位与同步电机自由转动时的端电压的频率和相位相匹配。电源重新建立后，在已完成同步的条件下变换器的输出得以恢复。
结果是，减小了再起动时同步电机的转速变化。这使消除需要长时间稳定转速问题成为可能，因而缩短了再起动时间。
另外，因为只有在变换器的输出的频率和相位通过同步控制而与同步电机的频率和相位匹配后才允许变换器的输出，所以减小了再起动时的冲击电流。这使得可能避免增大变换器的容量，从而降低其费用和设备面积。
本发明的上述及其他目的、效果、特点及优点经过以下结合附图对实施例的详细说明之后将会更加明显。
图1中的框图显示了根据本发明的用于在瞬时断电后再起动驱动同步电机的变换器的装置的一个实施例;
图2中的框图显示了图1所示实施例的更具体的结构;
图3中的时序示了图1和2所示实施例的操作;
图4中的框图示出了图2中的周期检测器;
图5中的框图显示了图2中的相位差检测器;以及图6图示了用于解释周期检测器和相位差检测器的工作波形。
现在参照
本发明。
图1是显示根据本发明的一个实施例的示意性框图。该图中，变换器INV由交流电源AC供电，并驱动同步电机SM。
同步电机SM的端电压的频率由频率检测部分100检测，检测到的频率施加到变换器INV。同步电机SM的端电压与变换器INV的输出电压命令值之间的相位差由相位差检测部分200检测。相位差检测部分200根据检测到的信号产生一个相位控制信号，并将该相位控制信号施加到变换器INV。同时，由相位差检测部分200产生的相位差信号被输入到同步检测部分300，同步检测部分300根据相位差信号检测同步电机SM和变换器INV之间的同步状态。同步检测部分300的输出和由变换器INV产生的电源检测信号(电源中断或电源恢复检测信号)被输入到再起动命令产生部分400，再起动命令产生部分400闭合或断开变换器INV内的开关500以提供或中断向同步电机SM的供电。
图2显示了图1中的主要部分。
变换器INV包括一个加速度控制器6，它经过一个A/D转换器3连接到一个输出频率设置器1。控制器6的输出信号施加到一个输出频率传送开关5，它在控制器6的输出信号和频率计算器120的输出信号之间进行切换。开关5的输出通过一个加法器7加到相位控制器202(将在下文说明)的输出上，以便进行相位修正。加法器7的输出由一个取样器8取样，取样器以固定的时间间隔闭合和断开其开关。取样器8的输出被提供到一个积分器9，它将频率数据(取样器8的输出)转换成角度数据。角度数据通过一个正弦波发生器11被转换成一个正弦信号。所产生的数字形成的正弦波通过一个D/A转换器13转换成一个模拟信号。该模拟正弦波信号是变换器INV的一个磁通量命令值。自D/A转换器13输出的磁通量命令值被送到一个加法器14，它从磁通量命令值中减去检测到的磁通量值，相减的结果送到一个磁通量控制器17。磁通量控制器17的输出以及载波发生器15的输出施加到一个PWM调制器18，它产生一个PWM信号。该PWM信号经过一个开关500施加到开关器件20，以控制开关器件20的开关操作。开关器件20的输出被送到同步电机SM，并且同步电机SM的一个端连接到一个磁通量检测器19。磁通量检测器19的输出被输入到一个隔离放大器21，放大器21输出一个磁通量检测值PU。交流电源AC的电源中断由一个电源检测器23检测。这些部件组成了变换器INV。
参考号600表示一个频率和相位检测单元，包括频率检测部分100、相位差检测部分200、同步检测部分300以及再起动命令发生部分400。
频率检测部分100包括一个周期检测器110和一个频率计算器120。周期检测器110根据磁通量检测值PU检测同步电机SM的一个端电压。周期检测器110的输出被输入到频率计算器120，它根据周期计算端电压的频率。
相位差检测部分200包括一个相位差检测器201和相位控制器202。相位差检测器201根据磁通量检测值PU和磁通量命令值PSU检测同步电机SM的端电压与变换器INV的输出电压命令值之间的相位差。相位控制器202输出一个相位控制信号，该信号被输入到变换器INV的加法器7。
相位差检测器201的输出信号被输入到同步检测部分300，检测部分向再起命令发生部分400提供一个同步完成信号SYE。
电源检测器23的输出信号也被输入到再起动命令发生部分400，后者产生一个施加到变换器INV内的开关500的开/关信号。
下面，参照图3中的时序图说明该实施例的操作。
首先，若交流电源AC产生电源中断，则电源检测器23检测到这一中断，并输出“关”信号，如图3中(a)所示。该关信号经过再起动命令发生部分400断开开关500，如图3中(d)所示。因而，变换器INV的开关操作被停止，并且同步电机SM进入自由转动状态，如图3的(d)所示，并且其转速逐渐下降，如图3的(e)所示。同步电机SM的端电压的频率和相位由频率和相位检测单元600检测。
另一方面，变换器INV将输出频率传送开关5切换到频率和相位检测单元600(即，图2中的下触点)，如图3中的(c)所示，以便由频率计算器120的输出信号确定变换器INV的输出频率。这样，变换器INV利用相位控制器202的输出信号进入一个同步控制状态。
接着，由电源检测器23检测到交流电源AC的恢复时，如图3的(a)所示，并且当同步检测部分300根据相位差检测器201的输出信号检测到同步状态时，如图3的(b)所示，再起动命令发生部分400输出一个再起动命令以闭合开关500。这样将以与同步电机SM的转速相应的速率再起动变换器INV。
同时，输出频率传送开关5切换回加速度控制器6(即，图2中的上触点)，如图3中的(c)所示，并且变换器INV的输出频率以及同步电机SM的转速被增大，以致输出频率变为与输出频率设置器1所设定的频率相等。经适当时间，变换器INV的输出频率稳定到设定的频率。
通过这种方法，变换器INV的输出电压命令值的频率和相位得到同步控制，使得它们在变换器的再起动时与同步电机SM的端电压的频率和相位一致。结果是，能够减小再起动时的冲击电流，并且能够缩短再起动所需时间。
现在参照图4和5说明说明周期检测器110和相位差检测器201。
图4中，周期检测器110包括一个零检测比较器111、一个计数器112和一个锁存器113。当磁通量检测值大于零时，零检测比较器111输出“高”电平。接收比较器111的输出以及原时钟CLK的计数器112对比较器111的输出宽度进行计数。锁存器113锁存计数器112的输出，它相应于同步电机SM的端电压的周期。
图5中，相位差检测器201包括一个相位差脉冲发生器201a、一个计数器201b、一个锁存器201c和一个相位差计算器201d。相位差脉冲发生器201a检测磁通量检测值PU与磁通量命令值PSU之间的相位差，并且输出相位差脉冲，该脉冲宽度与相位差成正比。计数器201b利用原时钟CLK对各相位差脉冲宽度进行计数。锁存器201c锁存计数器201b的输出，它相应于相位差。相位差计算器201d接收锁存器201c的输出，并计算相位差。
参照图6详细说明周期检测器110和相位差检测器201的操作。
首先，周期检测器110的零检测比较器111，接收如图6中的(a)所示的磁通量检测值PU，仅当磁通量检测值大于0伏时才输出“高”电平信号，如图6中的(b)所示。输出信号的持续时间由计数器112利用原时钟信号CLK进行计数，如图6中的(c)所示，并且计数值由锁存器113锁存，如图6中的(d)所示。锁存的计数值(相应于同步电机SM的端电压的周期)被传送到频率计算器120，计算器120将之转换成端电压的频率。
相位差检测器201的相位差脉冲发生器201a接收磁通量检测值PU和如图6中的(e)所示的磁通量命令值PSU，产生如图6中的(f)所示的相位差脉冲。每个脉冲的宽度相应于PU和PSU之间的相位差。每个脉冲的持续时间由计数器201b利用原时钟CLK进行计数，如图6中的(g)所示，并且计数值由锁存器201c锁存，如图6中的(h)所示。锁存的计数值由相位差计算器201d转换成相位差。
若磁通量检测值PU和磁通量命令值PSU同步，如图6中的(a)和(e)所示，则相位差脉冲的宽度变为零，如图6中的(f)所示。在该点，同步检测部分300检测到同步的完成，并且输出同步完成检测信号SYE。
已经根据一个实施例详细说明了本发明。对于本领域熟练的技术人员而言，从上文做些变更和修改而在主要方面不背离本发明将是明显的，因此所附的权利要求覆盖那些在本发明的实质精神之内的所有变更和修改。
权利要求
1.一种用于在瞬时断电后再起动驱动同步电机的一个变换器的装置，当供给转换器的电源在中断之后恢复时，所述装置再起该转换器，所述装置的特征在于包括用于检测同步电机的一个端电压的一个相关量的检测装置；用于检测同步电机的端电压的频率的频率检测装置；用于检测同步电机的端电压与变换器的一个输出电压命令值之间的相位差的相位差检测装置；用于探测电源中断的装置；用于在电源中断期间根据频率检测装置和相位差检测装置的输出信号实现同步控制、使得变换器的输出电压命令值的频率和相位与同步电机的端电压的频率和相位相互匹配的装置；以及用于断电之后在完成同步控制的同步的情况下再起动变换器的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述检测装置包括一个检测器，它检测作为同步电机的端电压的相关量的同步电机的磁通量;所述频率检测装置包括一个周期检测器，它根据检测磁通量的检测器的输出检测端电压的周期，以及包括一个频率计算器，它从端电压的周期计算出端电压的频率。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述检测装置包括一个检测器，它检测作为同步电机的端电压的相关量的同步电机的磁通量;所述相位差检测装置包括一个相位差检测器，它根据同步电机的磁通量检测值和磁通量命令值检测同步电机的端电压与变换器的输出电压命令值之间的相位差，还包括一个相位控制器，它根据相位差检测器的一个输出信号执行同步控制。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述相位差检测装置包括一个相位差检测器，它根据同步电机的磁通量检测值和磁通量命令值检测同步电机的端电压与变换器的输出电压命令值之间的相位差，还包括一个相位控制器，它根据相位差检测器的一个输出信号执行同步控制。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述周期检测器包括一个将磁通量检测值同零值比较的比较器，以及一个对比较器的输出宽度进行计数的计数器。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述相位差检测器包括一个相位差脉冲发生器，它产生的脉冲的宽度与同步电机的磁通量检测值与变换器的磁通量命令值之间的相位差成正比，并且包括一个计数器，它对相位差脉冲的宽度进行计数。
全文摘要
在供给驱动同步电机(SM)的转换器(INV)的电源(AC)瞬时中断之后，通过检测电源恢复，在瞬时断电之后再起动转换器的装置。该装置包括一个频率检测部分(100)、一个相位差检测器(201)、一个相位控制器(202)以及一个再起动部分(400)。这能够减少电源瞬时中断后再起动的时间，减小再起动时的冲击电流及变换器的容量。
文档编号H02P27/06GK1083637SQ93109148
公开日1994年3月9日 申请日期1993年7月27日 优先权日1992年7月28日
发明者中西孝司, 石井新一 申请人:富士电机株式会社