专利名称：电动机控制设备、电动机驱动设备与空调器的制作方法
在JP-A Nos.6-105563和7-115788中描述了一种常规的电动机驱动设备，该电动机驱动设备把一个电源电路与一个电动机驱动电路相结合，该电源电路包括一个用来把交流整流成直流的整流电路和一个用来抑制电源电流中谐波的装置。
常规的电动机驱动设备装有一个功率因数改进型的转换器电路，该转换器电路使用一个同时执行电源电流谐波抑制和直流电压控制的增压斩波器电路、和一个驱动该电动机的的逆变器电路，并且还通过控制其直流电压和逆变器导电率来执行其电动机速度控制。
根据上述的先有技术，当联接到电动机上的负载较轻时，通过这样控制从而使其直流电压在允许抑制电源电流中谐波的范围内成为最小，并且同时通过用逆变器控制导电率，执行电动机速度控制。当联接到电动机上的负载较重时，通过用转换器增大或减小直流电压，在保持逆变器的导电率为100％的同时，执行电动机速度控制。换句话说，在轻载时，执行借助于逆变器的PWM控制，而在重载时，执行借助于转换器的PAM控制。
当使用的转换器电路是一种功率因数改进转换器电路时，由于使用了一个增压斩波器电路，所以当联接到转换器电路的负载中的功耗下降时，该转换器电路的直流电压迅速增大。因此，当在联接到先有技术功率因数改进型转换器电路的负载中的功耗不够大时，导致转换器的运行停止。即当负载变得大于一个预定值时，转换器适合于启动其运行。
因此，根据先有技术的电动机速度控制，在电动机处于运行中的同时，使转换器启动或停止，由此使其直流电压改变，因而改变电动机速度。
在先有技术的转换器控制电路中，为了防止在启动时直流电压出现波动和保护转换器，使用一个逐渐增大增压斩波器的导电率过程。
然而，在先有技术中，还没有对电动机启动或停止时，直流电压波动所产生的电动机转数变化问题进行考虑。
此外，先有技术的电动机控制设备与如下问题有关。
虽然在重载下用PAM控制模式，但当进一步增大电动机负载时，在转换器中直流电压值显著增大到其最大极限值附近的一个值，该最大极限值由转换器的一种电路构造限定。
在先有技术的电动机驱动设备中，为电动机驱动设备设置一个运行范围，从而使其直流电压值不超过其最大极限值，或为直流电压命令值设置一个限制器，从而不发布超过其最大极限值的命令。而且，提供一个保护电路，在由于出现异常或故障造成直流电压值偶而超过最大极限值的情况下，用来停止电动机驱动设备的运行。
为了在其最大容量下运行电动机驱动设备，必须把其直流电压保持在其最大极限值附近的值处。尤其是，对于能借助于逆变器控制，运行在从轻载到重载的大范围中的电动机驱动设备，必须提供一种独立于负载条件的高精度直流电压控制系统。这种高精度电动机驱动设备需要具有一个复杂的控制系统，并且因而成本高。
本发明一个目的在于，提供一种电动机控制设备、和使用该设备的电动机驱动设备与空调器，该电动机控制设备能在电动机运行期间转换器启动或停止时防止电动机转数的变化。
本发明的另一个目的在于，提供一种电动机控制设备、和使用该设备的电动机驱动设备与空调器，该电动机控制设备带有一个简单且成本低的直流电压控制系统，并能在其最大容量下运行。
本发明涉及一种用来控制直流电压的电源电路、一种用来把电动机转数控制到最佳速度的电动机控制设备、和一种用同一电动机控制设备来驱动其压缩机电动机的空调器。
下面将描述用来实现本发明上述目的的发明特征。根据本发明的一种电动机控制设备包括一个转换器电路，它带有一个整流电路、一个平波电路、和一个借助于切换元件的切换操作和电感的能量存储效应而增大或减小其直流电压的斩波器电路；一个逆变器电路，连接到转换器电路的一个输出侧；一个直流电压检测电路，检测在转换器电路输出侧的直流电压值；一个直流电压控制装置，根据来自直流电压检测电路的输出值和直流电压命令值控制斩波器电路的切换操作，使已经检测到的直流电压值变成等于直流电压命令值；一个逆变器控制电路，控制驱动电动机的逆变器电路的切换操作；一个速度控制装置，产生到直流电压控制装置和逆变器控制电路的一个直流电压命令和一个导电率信号，以执行电动机的速度控制；及电动机。这种电动机控制设备，当借助于直流电压控制装置启动斩波器电路的切换操作时，其特征在于执行步骤启动斩波器电路的切换操作；控制一个直流电压值，逐渐增大到预定值。当停止斩波器电路的切换操作时，其特征还在于执行步骤控制一个直流电压值，逐渐减小到预定值；然后停止斩波器电路的切换操作。
根据本发明的上述这些特征，能够抑制在转换器启动或停止时出现的直流电压波动，并能实现平稳的直流电压控制。而且，当电动机驱动电路作为转换器电路的负载而联接到转换器电路上时，能抑制电动机速度的波动，由此实现其稳定的速度控制。
而且，通过如下步骤能提供一种对应于电源电压变化的改进直流电压控制在转换器停止期间检测转换器的直流电压；把这个检测到的直流电压值定义为直流电压最小值；和通过把一个适当值加到该直流电压最小值上，定义一个在转换器启动时要采用的直流电压命令值的初始值。
更进一步，通过如下步骤能提供一种用来确定转换器停止的改进标准把直流电压与其相应的命令值相比较；判断直流电压是否对应于该命令值；及当直流电压不再与命令值相同时停止转换器。
具有另一种特征的电动机控制设备包括一个转换器电路，它带有用来把交流电源整流成直流的整流电路、平波电路、和利用切换元件的切换操作和电感的能量存储效应增大或减小直流电压的斩波器电路；逆变器电路，连接到转换器电路的输出侧；直流电压检测电路，用来检测在转换器电路输出侧的直流电压值；直流电压控制装置，根据来自直流电压检测电路的输出值和直流电压命令值控制斩波器电路的切换操作，使直流电压值变成等于直流电压命令值；逆变器控制电路，控制用来驱动电动机的逆变器电路的切换操作；速度控制装置，通过把直流电压命令值和导电率信号输出到直流电压控制装置和逆变器控制电路，来控制电动机速度；及电动机。这种电动机控制设备的另一种特征在于，借助于直流电压控制装置，当检测到超过一个预定值的直流电压检测值时，不再增大该直流电压命令值。
根据本发明上述的这个另外的特征，不需要提供高精度直流电压控制系统，就有可能把直流电压控制在其最大值处，由此能够在最大输出容量下运行联接到本发明电动机控制设备上的电动机。而且，独立于负载条件，能得到一个恒定的直流电压最大值。
更进一步，当直流电压检测值超过一个预定值时，通过顺序地减小直流电压命令值能把直流电压值控制为一个预定值。
此外，当直流电压检测值到一个预定值附近时，通过减小要用于直流电压命令值的增加值，能防止直流电压值的超调问题。
由联系附图所采取的如下描述，将明白本发明的其他特征和优点。其中
图1是根据本发明第一实施例的一种电动机驱动设备的示意方块图；图2是示意方块图，表示图1的一种电动机控制装置8的构造细节；图3是流程图，表示图2的一种直流电压控制算术装置801的运行；图4是流程图，表示图2的一种PWM/PAM控制确定单元802的运行；图5表示直流电压Ed、直流电压命令值Ed*、PWM信号导电率D和电动机转数N分别随时间的变化，这些变化是当由本发明第一实施例的电动机驱动设备控制图1的无电刷电动机4时得到的；图6是方块图，表示驱动空调器的压缩机所用电动机转数的变化，该压缩机由本发明第一实施例的电动机驱动设备控制；图7是流程图，表示根据本发明第二实施例的直流电压控制算术装置801的运行；图8是流程图，表示根据本发明第三实施例的直流电压控制算术装置801的运行；图9表示使用本发明第三实施例的直流电压控制算术装置801，在无电刷直流电动机4的速度控制中得到的直流电压控制特性；及图10表示当本发明第三实施例的直流电压控制算术装置801用于其电动机驱动设备时，直流电压命令值Ed*和直流电压值Ed相对于经过时间的变化。
实施例1
下面将详细描述根据本发明第一实施例的一种电动机驱动设备。
本发明第一实施例的电动机驱动设备的示意方块图表示在图1中。本发明该实施例的电动机驱动设备包括一个转换器电路2，用一个整流电路和一个升压斩波器电路来控制一个直流电压的幅值；一个逆变器电路3，把该直流电压转化成具有一个预定值的交流电压；一个电动机控制装置8，根据一个速度命令执行一个无电刷直流电动机4的速度控制；一个位置检测电路9，检测无电刷直流电动机4的磁极位置；一个转换器控制电路6；根据电动机控制装置8的一个校正直流电压信号和一个转换器通/断信号控制转换器电路2；一个驱动器5，根据来自电动机控制装置8的一个PWM信号和一个驱动信号驱动逆变器电路3；及一个电流检测电路7，检测来自交流电源1的电流并把检测到的电流传送给电动机控制装置8。
图2表示本发明电动机控制装置8的内部构造。电动机控制装置8，根据由从位置检测电路9输出的一个位置检测信号计算出的一个速度信号和由外部提供的一个速度命令信号，执行无电刷直流电动机4的速度控制。由于本发明的电动机控制装置8使用一个微计算机，所以在电动机控制装置8内的所有算术运算由其软件处理执行。
把由位置检测电路9检测到的一个位置检测信号输入给一个驱动信号发生器83和一个速度计算单元84。驱动信号发生器83根据该位置检测信号产生一个驱动信号。速度计算单元84根据该位置检测信号计算无电刷直流电动机4的速度，并当在停止处确定电动机时还发出一个电动机停止信号。
变频操作确定单元82响应来自电流检测电路7的一个输入电流值，仅当该输入电流值超过一个预置值时，才输出一个操作启动信号。
直流电压校正算术单元81，根据从转换器电路2输出的直流电压值Ed和从直流电压控制算术装置801输出的直流电压命令值Ed*，计算一个校正直流电压Ed′。这里，如此计算校正直流电压信号Ed′，以致于当直流电压值Ed与直流电压命令值Ed*相同时，输出一定的值(直流电压固定命令值Vr)。更明确地说，根据如下公式1计算Ed′。
Ed′＝(Ed/Ed*)×Vr (1)这里，Ed′直流电压校正值，Ed直流电压检测值，Ed*直流电压命令值，及Vr直流电压固定命令值。
下面将描述在直流电压校正算术单元81中根据公式1进行直流电压校正计算的必要性。
变频控制电路6装有一个没有表示的直流电压控制电路。给予该直流电压控制电路的一个直流电压命令值是一个固定值(直流电压固定命令值)，因此通过改变其直流电压检测电路的检测增益，实现该直流电压控制电路的直流电压控制。因此，要输入到变频控制电路6的直流电压需要校正。
如果直流电压控制电路具有一种允许随机直流电压命令值输入的结构，则不需要根据公式1执行直流电压校正计算。而且，如果变频控制电路6不装有上述的直流电压控制电路，则可以提供一个直流电压控制单元，代替直流电压校正算术单元81。
速度控制装置80得到速度命令信号与速度信号之间的速度偏差，并根据以上得到的速度偏差，计算到逆变器电路3的一个PWM信号和到直流电压校正算术单元81的一个直流电压命令值Ed*。
PWM/PAM控制确定单元802，根据来自速度计算单元84的一个电动机停止信号、来自PWM工作计算单元803的一个PWM信号、及来自直流电压控制算术装置801的直流电压命令值Ed*，确定是否应该通过使用逆变器的PWM控制或通过使用转换器的PAM控制，执行无电刷直流电动机4的速度控制。
直流电压控制算术装置801根据速度偏差、来自PWM/PAM控制确定单元802的一个控制状态信号、来自速度计算单元84的一个电动机停止信号、和来自转换器操作确定单元82的一个操作启动信号，计算直流电压命令值Ed*，并且还输出一个转换器操作标志和转换器通/断信号。直流电压命令值Ed*和转换器通/断信号被输出到变频控制电路6，并且转换器操作标志输出到PWM/PAM控制确定单元802。
这里，当控制状态信号表示PWM控制模式时，直流电压命令值Ed*呈现最小值，而当控制状态信号表示PAM控制模式时，具有对应于速度偏差的直流电压命令值。换句话说，直流电压对应于速度偏差而增加或减小。
当电动机停止信号表示电动机在运行中且操作启动信号表示允许转换器操作时，转换器通/断信号成为转换器通信号。通过转换器通/断信号的转换器通信号，转换器电路2开始其操作，使直流电压值Ed与直流电压命令值Ed*相同。
PWM工作计算单元803根据速度偏差和来自PWM/PAM控制确定单元802的控制状态信号，计算和输出一个PWM信号。这里，当控制状态信号表示PWM控制模式时，PWM信号取对应于速度偏差的导电率的值。而当控制状态信号表示PAM控制模式时，PWM信号表示100％的导电率。举例来说，当电动机停止信号表示电动机停止状态时，PWM信号表示0％的导电率。就是说，禁止无电刷直流电动机4的导电。
参照图3，描述在直流电压控制算术装置801中的操作。图3表示直流电压控制算术装置801在流程图中的过程步骤。
在步骤(811)中，根据来自速度计算单元84的电动机停止信号，确定无刷直流电动机4是在运行还是停止。
当电动机停止时，在步骤(812)，清除转换器操作标志，为转换器停止做好准备，并且在转换器处把转换器通/断信号设置为断。在这一刹那，直流电压命令值Ed*与直流电压基准值Vd2(电源电压的全波整流电压值)相同。
当电动机运行时，在步骤(813)，根据来自转换器操作确定单元82的操作启动信号，确定是否操作转换器。当转换器操作启动信号表示操作启动时，步骤前进到(819)，而当该信号表示转换器停止时，步骤前进到(815)。
当步骤前进到(815)时，执行逐渐减小直流电压Ed然后停止转换器的过程(815-818)。
在步骤(815)，清除转换器操作标志。在步骤(816)，比较直流电压命令值Ed*与直流电压基准值Vd2。当直流电压命令值Ed*小于直流电压基准值Vd2时，步骤进行到(817)，在该步骤产生一个转换器断信号以停止转换器。
与此相反，当直流电压命令值Ed*大于直流电压基准值Vd2时，步骤进行到(818)，在该步骤从直流电压命令值Ed*减去3V。为什么在(816)把直流电压命令值Ed*与直流电压基准值Vd2比较的原因是，实际的直流电压值Ed与直流电压命令值Ed*有可能不相同。
另外，当步骤从(813)前进到(819)时，执行启动转换器和逐渐增大直流电压的过程(819-822)。此外，当要执行PAM控制时，在步骤(823-825)执行PAM过程。
在步骤(819)，为了准备操作转换器，把作为转换器通/断信号的转换器通信号输出给转换器控制电路6。在步骤(820)，比较直流电压命令值Ed*与直流电压基准值Vd1(交流电源1的全波整流电压加上10V)，然后在步骤(822)，通过增加3V来增大直流电压命令值Ed*，直到直流电压命令值Ed*等于直流电压基准值Vd1。
当直流电压命令值Ed*大于直流电压基准值Vd1时，步骤进行到(821)，在该步骤准备操作转换器，设置转换器操作标志，并且把该转换器操作标志输出到PWM/PAM控制确定单元802。
在步骤(823)，根据来自PWM/PAM控制确定单元802的控制状态信号，确定控制模式是PWM控制还是PAM控制。当确定处在PAM控制中时，步骤前进到(824)，在该步骤由速度偏差计算直流电压命令值Ed*，并在步骤(825)，把计算的该直流电压命令值Ed*输出到直流电压校正算术单元81。
以某一控制周期周期地重复这个上述的处理序列，该控制周期足以保证电动机的适当速度控制。
现在，参照图4，详细描述在PWM/PAM控制确定单元802中的操作，图4描述了在流程图中PWM/PAM控制确定的处理。
在步骤(831)，检测来自直流电压控制算术装置801的一个转换器操作标，以确定转换器是正在运行还是处于停止。当确定转换器处于停止时，由于不允许PAM控制，所以步骤跳到(832)，在该步骤强制设置PWM控制，并且把直流电压命令值固定为来自直流电压控制算术装置801的直流电压基准值Vd1(交流电源1的全波整流电压加上10V)。
当确定转换器处在运行中时，步骤前进到(833)，在该步骤确认当前控制状态。当控制状态处在PWM控制模式时，步骤前进到(834)，在该步骤确定对于转换器的PWM信号导电率是否是100％，并且还确定电动机是否需要进一步加速(速度偏差符号为正)。只有当导电率是100％且需要进一步加速时，步骤才前进到(835)，在该步骤把控制状态信号设定为PAM控制模式，并且输出到直流电压控制算术装置801和PWM功计算单元803。然后，PWM工作计算单元803把要输出到驱动器5的PWM信号的导电率固定为100％。
当导电率小于100％，或不需要进一步加速时，步骤进行到(832)。当在(833)确认PAM控制状态时，步骤前进到(836)，在该步骤确定直流电压命令值Ed*是否小于直流电压基准值Vd3(直流电压基准值Vd1减去5V)，并且还确定电动机是否需要进一步减速(速度偏差符号为负)。只有当直流电压命令值Ed*小于直流电压基准值Vd3，且需要进一步减速时，步骤才前进到(835)，在该步骤设定PWM控制，并且改变直流电压命令值Ed*。
当直流电压命令值Ed*大于直流电压基准值Vd3，且不需要进一步减速时，步骤前进到(837)，在该步骤保持PAM控制。在(837)中的处理与在(835)中的处理相同。
由在电动机处于运行和转换器处于停止期间得到的直流电压值Ed，确定以上处理中所用的直流电压基准值Vd1-Vd3。然而，当固定交流电源1的电压时，可以使用预定的固定值代替这些基准值。
参照图5，它表示当借助于本发明的电动机驱动设备执行无电刷直流电动机4的速度控制时，得到的直流电压值Ed、直流电压命令值Ed*、PWM信号导电率D、和电动机转数N的变化。在纵坐标上表示电压值、导电率和转数，而在横坐标上表示时间。Vd1对应于直流电压基准值Vd1，Vd2对应于直流电压基准值Vd2，而Vd3对应于直流电压基准值Vd3。
当在时刻t0启动电动机时，使导电率D和电动机转数N增大。当电动机开始驱动，且在时刻t1增大输入电流(末表示)以超过预定值时，启动转换器以便逐渐把直流电压Ed从Vd2增大到Vd1。这时，由于直流电压Ed增大，所以导电率D的增大速率变小。
当直流电压命令值Ed*在时刻t2达到Vd1时，直流电压Ed停止其增加。当需要电动机转数N的进一步增大时，把导电率D增大到100％，以便增大电动机转数。
当导电率D在时刻t3达到100％之后需要更进一步的加速时，控制状态从PWM控制变为PAM控制，然后增大直流电压Ed(直流电压命令值Ed*)，以便保持导电率D固定在100％的同时增大电动机转数N。
现在，在时刻t4，当要减小电动机转数N时，最初与加速的步骤相反使直流电压Ed(直流电压命令值Ed*)减小。在直流电压命令值Ed*与Vd3相同的时刻t5，当需要电动机转速N进一步减速时，控制状态从PAM控制变到PWM控制，并且使导电率D减小，以便在保持直流电压Ed(直流电压命令值Ed*)固定在Vd1的同时减速电动机。
在充分减小电动机转数N的时刻t6，负载变轻，并且输入电流变得小于预定值，然后使直流电压Ed(直流电压命令值)从Vd1逐渐减小到Vd2。当直流电压值在t7达到Vd2时，转换器就停止其运行。为了进一步减小转数N，使导电率D进一步减小。在时刻t8，电动机停止其运行。
根据本发明电动机驱动设备的特征，当联接到电动机的负载轻时借助于使用逆变器的PWM控制，和当电动机的负载变重时借助于使用转换器的PAM控制，执行无电刷直流电动机4的速度控制。
参照图6，与先有技术相比较，根据用来控制驱动空调压缩机的电动机的本发明实施例，描述电动机驱动设备的转数变化。粗实线表示本发明而细实线表示先有技术。压缩机的转数表示在纵坐标上，而时间表示在横坐标上。
当在时刻t0向着命令转速目标值1启动压缩机时，使转换器在时刻t1启动。在这一刹那，根据先有技术，由于其直流电压随转换器的启动同时突然升高，所以其转速控制系统不能跟随这样的突变，由此发生压缩机转数的突然增大和超调。这种现象发生在空调器运行的初始阶段中转换器启动时，在该阶段期间空调器循环的压力很低，尤其是，当使用带有慢响应的转速控制系统的电动机驱动设备时，这种现象的发生是显著的。与这种先有技术不同，根据本发明实施例的电动机驱动设备，由于在转换器启动时逐渐增大直流电压Ed，所以不出现转数的突变。
而且，当在时刻t2命令转数(末表示)变化成目标值2时，在时刻t3减小负载以满足转换器停止的条件。在这一刹那，根据先有技术，由于在t3停止转换器，所以其直流电压Ed急剧下降，由此而降低压缩机的转数。在这一刹那，当转数变化量变大时，对于电动机的极位置检测变得很困难，由此有时会导致压缩机停止其运行。与此不同，根据本发明，由于其直流电压Ed从Vd1逐渐减小到Vd2，并且当直流电压达到电源电压的全波整流电压值(Vd2)时停止转换器，所以不出现压缩机转数的突变，由此保证把空调器压缩机电动机稳定地控制在其转数内。
根据本发明实施例的电动机驱动设备的特征，即使在电动机运行的同时启动或停止转换器，也能消除直流电压的急剧变化，并且能稳定地控制电动机的转数。
在保证转换器的直流电压控制系统运行正常、且按照直流电压命令值准确地控制直流电压的条件下，进行了本发明的以上描述。然而，难以保证能在各种条件下完成实际电路中的直流电压控制。尤其是，在增压斩波器电路中的斩波导电率的最小值附近，其导电率不是线性地变化。因此，不能线性地把直流电压Ed控制到电源电压全波整流值的极限。换句话说，在以停止转换器的斩波运行得到的情形与在其最小值处以斩波导电率得到的情形之间，生成的直流电压值是有差别的。
因此，会出现一个特殊点，从该点开始直流电压Ed将不再按照正在减小的直流电压命令值Ed*下降。根据本发明第一实施例的电动机驱动设备，使直流电压命令值逐渐减小，并且当直流电压命令值Ed*到达直流电压基准值Vd2时，使转换器停止。然而，当直流电压Ed达到一个值Vd′的点时(值Vd′稍大于直流电压基准值Vd2并且从值Vd′开始直流电压Ed不再下降)，低于该直流电压Vd′的数值范围被认为是转换器电路已不能再控制直流电压Ed的范围，因此，在该直流电压Vd′处最好停止转换器的运行。
实施例2现在，将描述本发明的第二实施例。本发明的这个第二实施例带有一个不同于第一实施例的改进型直流电压控制算术装置801。该直流电压控制算术装置801具有即使当电源电压波动时，也能执行平稳的直流电压控制特征。
在商业电源的情况下，其电源电压波动±15％。因此，如果把直流电压命令值Ed*(初始值)和直流电压基准值Vd用作一个固定值，则出现一个问题当电源电压波动时，不能执行象初始接收的那样的直流电压控制。设想了根据本发明第二实施例的直流电压控制算术装置801以解决上述问题。
在图7的流程图中描述在本发明实施例的直流电压控制算术装置801中的处理。与本发明第一实施例的直流电压控制算术装置801(图3中)的差别在于提供了包括步骤(841)、(842)、和(843)的三个步骤。其他的步骤与本发明第一实施例的那些相同。
在步骤(841)，确定转换器是否正在运行。只有当转换器断开时，步骤才进行到(842)，在该步骤检测直流电压Ed，并且把其检测值Ed设定为直流电压命令值Ed*。在步骤(841)和(842)中的处理用来把电源电压的全波整流电压值设定为直流电压命令值Ed*在转换器启动时刻的初始值。通过以上这种处理，能估计电源电压。因此，由以上估计的电源电压能确定直流电压命令值Ed*(初始值)和直流电压基准值Vd。在本发明的这个实施例中，由电源电压确定直流电压命令值Ed*(初始值)。
步骤(843)是这样一个过程确定直流电压控制是否正在正常和准确地运行，换句话说，确定直流电压值Ed是否正在按照直流电压命令值Ed*减小。更准确地说，在这个步骤，比较直流电压检测值Ed和直流电压命令值Ed*。当直流电压命令值Ed*与直流电压检测值Ed之间的差变得大于10V时，步骤进行到(817)以停止转换器的运行。
举例来说，由在步骤(842)中已经检测到的直流电压值Ed，可以确定直流电压基准值Vd1和直流电压基准值Vd2。然而，在本发明的这个第二实施例中，通过考虑电源电压的波动，分别把他们确定为电源电压在最大波动和最小波动处的全波整流电压值。
通过提供一种使用根据本发明第二实施例的直流电压控制算术装置801的电动机驱动设备，即使在转换器运行期间电源中出现波动，也能实现平稳的直流电压控制。
举例来说，在本发明第一和第二实施例中都已经描述的转换器电路2和直流电压控制算术装置801，可以用作一种电源电路。然而，当由直流电压Ed估计电源电压时，需要一个预先校正直流电压Ed的过程。更准确地说，在直流电压Ed的检测之前需要一个经负载处理直流电压Ed的过程。
实施例3现在，在下面描述本发明的第三实施例。本发明这个第三实施例还包括不同于本发明第一实施例的另一种直流电压控制算术装置801。设想第三实施例的这个直流电压控制算术装置801，可提供在最大容量时工作的一种电动机驱动设备。
在图8的流程图中，描述在本发明第三实施例的这个直流电压控制算术装置801中运行步骤。
在步骤(851)，由电动机停止信号确定无电刷直流电动机4是否正在运行。当电动机处于停止时，步骤前进到(852)，在该步骤清除转换器运行标志，并且把转换器通/断信号设定为转换器断。在这一刹那，其直流电压命令值变成直流电压基准值Vd2(电源电压的全波整流值)。
当电动机正在运行时，步骤前进到(853)，在该步骤根据运行启动信号确定转换器是否可以启动。
当确定转换器为断时，步骤进行到(852)以执行其过程。当确定转换器能运行时，步骤进行到(854)，在该步骤确定当前电动机控制状态是PWM控制模式还是PAM控制模式。当在PWM控制状态时，步骤进行到(855)，在该步骤，设定转换器运行标志，并且驱动转换器。在这一刹那，直流电压命令值Ed*变成直流电压基准值Vd1(电源电压的全波整流值加上10V)。
在PAM控制状态的情况下，在步骤(856)，由速度偏差值计算直流电压命令值Ed*的增大/减小值ΔEd*。这里，当其速度偏差值为正时，即当需要加速时，把ΔEd*预置为带有正号，而当其速度偏差值为负时，即当需要减速时，带有负号。
在步骤(857)，确定直流电压命令值Ed*的增大/减小值ΔEd*是正还是负，并且当为负时，步骤前进到(858)，在该步骤减小直流电压命令值Ed*。要这样预置当减小直流电压命令值Ed*时，还减小直流电压Ed。
当直流电压命令增大/减小值ΔEd*为正时，在步骤(859)检测现在的直流电压Ed。然后，在步骤(860)，把直流电压Ed与通过从直流电压最大基准值减去10V而得到的预置值相比较。如果直流电压值Ed小于直流电压最大基准值减去10V的预置值，则步骤跳到(858)以执行其过程。
如果直流电压值Ed大于直流电压最大基准值Edmax-10V的预置值，则步骤前进到(861)，在该步骤比较直流电压值Ed和直流电压最大基准值Edmax。
如果直流电压值Ed小于直流电压最大基准值Edmax，则步骤前进到(862)，在该步骤把直流电压命令增大/减小值ΔEd*除以4以产生这样的ΔEd*＝ΔEd*/4，在步骤(858)把这样的值加到直流电压命令值Ed*上。
根据本发明第三实施例，这样布置，以致于如果直流电压命令增大/减小值ΔEd*为负，则步骤无条件地跳到(858)以减小直流电压命令值Ed*。然而，也可以这样布置，以致于包括步骤(859)以后的附加处理，以把直流电压值Ed与直流电压最大基准值Edmax相比较，并且如果直流电压值Ed超过了直流电压最大基准值Edmax，则增大直流电压命令值Ed*的减小宽度。
如果直流电压值Ed等于直流电压最大基准值Edmax，则步骤前进到(864)，在该步骤不改变直流电压命令值Ed*(Ed*＝Ed*)，并且在步骤(864)作为直流电压命令值Ed*输出。
如果直流电压值Ed大于直流电压最大基准值Edmax，则步骤前进到(865)，在该步骤通过减小预置值ΔV减小直流电压命令值Ed*。然后，在步骤(864)输出其减小的直流电压命令值Ed*。
根据所进行的试验，确定这里所用的减小预置值ΔV和其他值，以得到稳定的直流电压控制。而且，在一个控制循环中周期地重复上述过程，该控制循环足以保证电动机的适当和有效的速度控制。
参照图9，表示当使用电动机驱动设备执行无电刷直流电动机4的速度控制时，用该电动机获得的直流电压控制特性，该电动机驱动设备使用根据本发明第三实施例的直流电压控制算术装置801。图9表示直流电压命令值Ed*与直流电压值Ed的关系曲线。直流电压值Ed表示在纵坐标上，而直流电压命令值Ed*表示在横坐标上。
在其中便利地保持其直流电压控制系统的特性的正常负载条件下，由于其直流电压值Ed与其直流电压命令值Ed*相同，所以在Ed*1处输出Edmax。然而，在重载或轻载条件下，直流电压控制特性出现误差，由此导致在直流电压命令值Ed*1处不能实现Edmax、或与此相反直流电压值Ed超过Edmax的问题。
根据本发明这个实施例的直流电压控制算术装置801，在重载条件下，由于直流电压命令值Ed*增大到Ed*2，所以能把其电压值控制到Edmax。与此相反，在轻载条件下，由于直流电压命令值Ed*不会增大到大于Ed*0，所以其直流电压值不会升高到大于Edmax。因此，不管负载条件如何，总是能把直流电压控制到最大值Edmax。
现在，参照图10，描述直流电压命令值Ed*和直流电压值Ed相对于时间的变化，这是用驱动空调器压缩机电动机的电动机驱动设备得到的，该电动机驱动设备使用了根据本发明这个实施例的直流电压控制算术装置801。
假定在时刻t0启动电动机并且转换器处于运行状态。直到时刻t1，通过PWM控制执行电动机的速度控制，由此使直流电压命令值Ed*和直流电压值Ed没有变化。在t1之后，控制状态被切换到PAM控制，由此使直流电压值Ed升高。
当增大电动机的转数时，增大了负载，由此使直流电压命令值Ed*与其对应的直流电压值Ed之间出现偏差。当直流电压值Ed达到(Edmax-10)的预置值时，抑制直流电压命令值Ed*的增大速率ΔEd*，从而调节直流电压值Ed不超过Edmax。
当在t3处直流电压值Ed达到Edmax时，不把直流电压命令值Ed*调节为增大，并且把直流电压值Ed保持在Edmax。
然而，如果导致直流电压值Ed在t3处超调，则使直流电压命令值Ed*减小，从而使直流电压值Ed与Edmax相同。
举例来说，图10描述了其中使直流电压值Ed超调的这样一种情形。尽管以线性的直线画出了他们以简化解释，但实际上，要用光滑的曲线表示，并且直流电压命令值Ed*与直流电压值Ed之间的偏差没有在图中表示的那么大。
权利要求
1.一种转换器控制设备，包括一个转换器电路，带有一个用来把交流电源整流成直流的整流电路、一个平波电路、和一个借助于切换元件的切换操作和电感的能量存储效应来增大或减小直流电压的斩波器电路；一个直流电压检测电路，用来检测联接到所述转换器电路上一个负载的直流电压值；及一个直流电压控制装置，用来根据来自所述直流电压检测电路的输出值和一个直流电压命令值，控制所述斩波器电路的切换操作，从而使所述直流电压值与所述直流电压命令值相同，其中其特征在于，当借助于所述直流电压控制装置启动所述斩波器电路的切换操作时，一启动所述斩波器电路的切换操作，就控制直流电压值，以逐渐增大到与一个预定值相同；并且当停止所述斩波器电路的切换操作时，就控制直流电压值，以逐渐减小到与一个预定值相同。
2.根据权利要求1所述的转换器控制设备，其中，用来控制所述斩波器电路切换操作的所述直流电压控制装置包括一个校正算术装置，它执行一种直流电压算术运算，并且当来自所述直流电压检测电路的输出值与所述直流电压命令值相同时，输出一个直流电压校正值，使来自所述直流电压检测电路的输出值变成一个预定值；和一个直流电压控制装置，用来控制所述斩波器电路的切换操作，使所述直流电压校正值变成等于一个预定值。
3.根据权利要求1所述的转换器控制设备，还包括一个输入电流检测电路，用来检测到所述转换器电路的输入电流；和一个转换器运行确定装置，用来只有当来自所述输入电流检测电路的输出值大于一个预定值时，才启动所述斩波器电路的切换操作。
4.根据权利要求1、2或3所述的转换器控制设备，其中，所述直流电压控制装置的特征还在于，当按照来自所述转换器运行确定装置的一个确定信号，启动所述斩波器电路的切换操作时，一启动所述斩波器电路的切换操作，就使直流电压命令值从一个直流电压最小命令值，周期地增大一个预定电压值，以达到一个预定直流电压目标命令值；而当停止所述斩波器电路的切换操作时，使直流电压命令值从预定直流电压目标命令值，周期地减小一个预定电压值，以达到直流电压最小命令值；及当直流电压命令值与直流电压最小命令值相同时，使所述斩波器电路的切换操作停止。
5.根据权利要求4所述的转换器控制设备，其中其特征在于，把转换器被断开时检测到的一个直流电压值定义为所述直流电压最小命令值。
6.根据权利要求4所述的转换器控制设备，其中其特征在于，当停止所述斩波器电路的切换操作时，把所述直流电压最小命令值定义为一个预定最小直流电压值，然后比较一个直流电压命令值和一个与其对应的直流电压值，并且当所述直流电压值不再响应直流电压命令值时，就使所述斩波器电路的切换操作停止。
7.根据权利要求4所述的转换器控制设备，其中其特征在于，当停止所述斩波器电路的操作时，把所述直流电压最小命令值定义为一个预定最小直流电压值，然后比较一个直流电压命令值和一个与其对应的直流电压值，并且当所述直流电压命令值和与其对应的所述直流电压值之差变成大于一个预定值时，就使所述斩波器电路的切换操作停止。
8.根据权利要求4所述的转换器控制设备，其中其特征在于，当停止所述斩波器电路的切换操作时，把所述直流电压最小命令值定义为一个由一个电源电压最小值计算的最小直流电压值，并且当直流电压命令值变成比与其对应的直流电压值小一个预定值时，就停止转换器的操作。
9.根据权利要求4所述的转换器控制设备，其中其特征在于，由在转换器断开的同时检测到的一个直流电压值估计一个电源电压，并且根据已经估计的该电源电压确定所述直流电压目标命令值。
10.一种电动机控制设备，带有一个转换器电路，该电路包括一个用来把交流电源整流成直流的整流电路、一个平波电路、和一个借助于切换元件的切换操作和电感的能量存储效应来增大或减小直流电压的斩波器电路；一个逆变器电路，联接到所述转换器电路的一个输出端；一个直流电压检测电路，用来检测在所述转换器电路输出侧的一个直流电压值；一个直流电压控制装置，用来根据一个来自所述直流电压检测电路的输出值和一个直流电压命令值，控制所述斩波器电路的切换操作，使直流电压值与直流电压命令值相同；一个逆变器控制电路，用来控制所述逆变器电路的切换操作，以便驱动联接于其上的一个电动机；一个速度控制装置，它把一个直流电压命令和一个导电率信号输出到所述直流电压控制装置和所述逆变器控制电路，以便执行电动机的速度控制；及电动机；其中其特征在于，当借助于所述直流电压控制装置，启动所述斩波器电路的切换操作时，一启动所述斩波器电路的切换操作，就控制直流电压值，逐渐增大到一个预定值；并且当停止所述斩波器电路的切换操作时，就控制直流电压值，逐渐减小到一个预定值，在该预定值处停止所述斩波器电路的操作。
11.根据权利要求10所述的电动机控制设备，其中其特征在于包括一个校正算术装置，当来自所述直流电压检测电路的一个输出值与所述直流电压命令值相同时，执行一种直流电压校正算术运算，使该输出值变成一个预定值，并且输出获得的一个直流电压校正值；和一个转换器控制电路，用来控制所述斩波器电路的切换操作，使获得的校正值变成等于一个预定值。
12.根据权利要求10所述的电动机控制设备，其中其特征在于包括一个输入电流检测电路，用来检测到所述转换器电路的输入电流；和一个转换器运行确定装置，只有当来自所述输入电流检测电路的输出值大于一个预定值时，才启动所述斩波器电路的切换操作。
13.根据权利要求10、11或12所述的电动机控制设备，其中，所述直流电压控制装置的特征在于当按照来自所述转换器运行确定装置的一个确定信号，启动所述斩波器电路的切换操作时，一启动所述斩波器电路的切换操作，所述斩波器电路就使直流电压命令值从直流电压最小命令值，周期地增大一个预定增量电压值，以达到一个预定目标直流电压命令值；而当停止所述斩波器电路的切换操作时，所述斩波器电路就使直流电压命令值从预定目标直流电压命令值，周期地减小一个预定减量电压值，以达到一个直流电压最小命令值；及当直流电压命令值与直流电压最小命令值相同时，使所述斩波器电路的切换操作停止。
14.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，把转换器被断开时检测到的一个直流电压检测值定义为所述直流电压最小命令值。
15.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，把电动机正在工作和转换器被断开时检测到的一个直流电压检测值定义为所述直流电压最小命令值。
16.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，当停止所述斩波器电路的切换操作时，通过把所述直流电压最小命令值定义为预定最小直流电压值，比较一个直流电压命令值和一个与其对应的直流电压值，然后当直流电压值不再响应直流电压命令值时，就停止所述斩波器电路的切换操作。
17.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，当停止所述斩波器电路的操作时，通过把所述直流电压最小命令值定义为预定最小直流电压值，比较一个直流电压命令值和一个与其对应的直流电压值，然后当直流电压值与直流电压命令值之差变成大于一个预定值时，就停止所述斩波器电路的切换操作。
18.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，当停止所述斩波器电路的切换操作时，通过把所述直流电压最小命令值设置为一个由一个电源电压最小值计算的最小直流电压值，当直流电压命令值变成比直流电压值小一个预定值时，就使转换器的操作停止。
19.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中，由在转换器断开时检测到的一个直流电压检测值估计一个电源电压，并且根据已经估计的该电源电压，确定在转换器断开时要采用的所述目标直流电压命令值。
20.根据权利要求13所述的电动机控制设备，其中其特征在于，由在电动机正在工作和转换器断开时检测到的一个直流电压检测值估计一个电源电压，并且根据已经估计的该电源电压，确定在转换器断开时要采用的所述目标直流电压命令值。
21.根据权利要求10所述的电动机控制设备，其中其特征在于，当所述电动机停止时，停止转换器的运行。
22.根据权利要求10至21所述的电动机控制设备，其中其特征在于，当电动机的负载轻时，通过进行转换器的导电率控制(PWM控制)，而当电动机的负载重时，通过进行转换器的直流电压控制(PAM控制)，执行电动机的速度控制。
23.一种空调器，将根据权利要求10至22中任一项所述的电动机控制设备用于用来驱动它的压缩机的电动机驱动设备，其中，由室温设定值和室温计算用于所述电动机的一个速度命令值，并且按照所述速度命令值执行所述电动机的速度控制。
24.根据权利要求5和9所述的转换器控制设备，其中其特征在于，经联接到所述转换器的负载预先进行功率处理，以减小直流电压。
25.根据权利要求14和19所述的电动机控制设备，其中其特征在于，经所述电动机预先进行功率处理，以减小直流电压。
26.一种电动机驱动设备，带有一个转换器电路，它包括一个用来把交流电源整流成直流的整流电路、一个平波电路、和一个借助于切换元件的切换操作和电感的能量存储效应来增大和减小直流电压的斩波器电路；一个逆变器电路，联接到所述转换器电路的一个输出端；一个直流电压检测电路，用来检测在所述转换器电路输出侧的一个直流电压值；一个直流电压控制装置，用来由所述直流电压检测电路的一个输出和一个直流电压命令值，控制所述斩波器电路的切换操作，使直流电压值与直流电压命令值相同；一个逆变器控制电路，用来控制驱动一个电动机的所述逆变器电路的切换操作；一个速度控制装置，把一个直流电压命令和一个导电率信号输出到所述直流电压控制装置和所述逆变器控制电路，以便执行电动机的速度控制；及电动机。其中，所述直流电压控制装置改变所述直流电压命令值，使所述直流电压检测值不会超过一个预置值。
27.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中，所述速度控制装置的特征在于，它当所述电动机的负载轻时，通过进行转换器的一种导电率控制(PWM控制)，而当负载重时，通过进行转换器的直流电压控制(PAM控制)，执行所述电动机的速度控制。
28.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中，所述直流电压控制装置的特征在于包括一个校正算术装置，当来自所述直流电压检测电路的一个输出值与所述直流电压命令值相同时，执行一种直流电压校正算术运算，从而修改一个预置值以便被采用，并且输出修改的直流电压校正值；和一个直流电压控制装置，用来控制所述斩波器电路的切换操作，使直流电压校正值变成等于一个预置值。
29.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中其特征在于包括一个输入电流检测电路，用来检测到所述转换器电路的输入电流；和一个转换器运行确定装置，它只有当所述输入电流检测电路的输出值大于一个预定值时，才启动所述斩波器电路的切换操作。
30.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，它在转换器断开的同时检测一个直流电压，并且当转换器断开时，根据已经检测到的所述直流电压，确定所用的一个直流电压设置值。
31.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，它在电动机正在运行且转换器断开的同时，检测一个直流电压，并且当转换器断开时，根据已经检测到的所述直流电压，确定所用的一个直流电压设置值。
32.根据权利要求26所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，当电动机停止时，停止转换器的运行。
33.根据权利要求26至32中任一项所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，当直流电压值超过一个预定最大直流电压值时，它控制所述直流电压值，使之不再增大。
34.根据权利要求26至32中任一项所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，当直流电压值超过一个预置最大直流电压值时，在一个预置循环处连续地把所述直流电压命令值减小一个预置值，从而控制直流电压与预置最大直流电压值相等。
35.根据权利要求26至34中任一项所述的电动机驱动设备，其中其特征在于，当直流电压值接近一个预定最大直流电压值时，改变所述直流电压命令值的增加量。
36.一种空调器，它利用根据权利要求26至35中任一项所述的电动机驱动设备来驱动其压缩机，其中，由室温设定值和室温计算用于电动机的一个速度命令值，然后按照所述速度命令值执行电动机的速度控制。
全文摘要
使用本发明电动机控制设备的一种电动机驱动设备和一种空调器,具有这样一个特征:当借助于其直流电压控制装置启动一个斩波器电路的切换操作时,能把直流电压值逐渐增大到一个预定值,而当停止该斩波器电路的切换操作时,能把直流电压值逐渐减小到一个预定值。而且,能调节直流电压命令值以便保持直流电压的一个最佳值。因此,即使在电动机运行时启动或停止转换器也能防止电动机转数的波动,由此使采用本发明电动机控制装置的电动机驱动设备和空调器在其最大容量下运行。
文档编号H02M5/458GK1180956SQ97120609
公开日1998年5月6日 申请日期1997年10月17日 优先权日1996年10月18日
发明者能登原保夫, 川端幸雄, 石井诚, 高仓雄八, 加藤浩二, 筱崎弘 申请人:株式会社日立制作所