专利名称:脉宽调制控制型电力转换器控制装置的制作方法
本发明涉及一种脉冲宽度调制(下称PWM)控制型电力转换器控制装置，更具体地说，涉及一种能极大地改善转换器的交流(AC)输入和/或输出电压或电流的波形的控制装置。
在现有技术中，诸如将交流电源转换成直流(DC)电源的变换器以及将直流电源转换成交流电源的逆变器等电力转换器，被广泛使用于各个工业领域。下面是一个典型的例子在一个电力转换器中，同时安装有一个将交流电源提供的交流电压转换成直流电压的变换器和一个将上述变换器提供的直流电压重新转换成交流电压的逆变器，然后将逆变器输出的交流电压加在诸如感应电动机的交流负载上。
在这种类型的电力转换器中，所述变换器和逆变器通常是用人所共知的PWM控制技术进行控制的。因而，人们希望变换器具有它的交流输入电压的波形，即波形尽可能接近正弦波形。而在逆变器中，它的输出电压或电流要尽可能地接近正弦波的形状。为满足这一点，尤其要求PWM控制所产生的最小输入和/或输出电压或电流脉冲的脉冲宽度应足够地窄。
下面将以逆变器为例描述一下这种类型的电力转换器的PWM控制中所存在的问题。诚如人所共知的那样，在逆变器的典型结构中，包括一个主开关电路，该主开关电路由六个诸如晶体管或栅控闸流晶体管的半导体开关元件组成，它们接成三相桥式电路，并通过一直流电抗器接在一直流电源上，上述六个开关元件按照PWM控制馈以门信号以便以预定方式重复接通和断开操作。这样，输出电压或电流以及它们的频率就可以受到控制。
因此，在现有技术的这种人所共知的逆变器的PWM控制系统中，一个三角载波和一个正弦调制波互相比较，并按照比较结果获得开关元件的门信号。
如果这种PWM控制的装置是通过采用模拟电路部件得以实现的，则将产生一个问题，即电路结构复杂这种电路需要一个载波发生器，一个调制波发生器，一个比较器，等等。此外，用这种模拟电路部件做成的装置还存在另一个问题，即这种装置的性能受环境温度变化及老化的影响很大，因而难以从中获得稳定的工作性能。
因而，有人提出采用数字电路部件来制造这种装置，公开号为第57-3392号，于1982年1月8日公布的日本实用新型就是一个例子。据该实用新型所述，载波和调制波均以数字信号的形式产生，开关元件的门信号是通过比较数字载波和数字调制波而产生的。如果控制操作(即，上述门信号的产生过程)是通过一个编有这种程序的微机实现的，则它几乎全部被各种波的产生及这些波的比较所占用，因此，微机几乎不可能再执行其他程序。
更有甚者，在此情形中，上述装置为了储存各种载波和各种调制波的数据以便在交流输出电压的较宽的频率范围内获得具有良好的正弦波形的交流输出电压，因而所需要的储存容量非常之巨，而这由于受到数据储存装置的制造方法的局限，因而是不现实的。如果逆变器的畸变的交流输出电压加在作为逆变器的负载的感应电动机上，则还会产生另一问题，即，包含在畸变波形中的谐振分量所产生的噪声和转矩波纹(torque ripple)将无法避免。
因此，本发明的一个目的就是要解决现存的上述问题，并且提供一种用于控制受PWM技术控制的电力转换器的装置，凭藉此装置，电力转换器的交流输入和/或输出电压或电流的波形将得到极大的改善。
根据本发明的一个特征，在受PWM控制的电力转换器的控制装置中，包括一个处理器，该处理器使用至少一个频率指令来计算一个总相位，并且根据运算得到的总相位来决定电力转换器的开关元件的开关(on-off)状态模式中的一个模式。相应的模式包括多个事件，每个事件包括有关开关元件的开-关(on-off)状态图形(型式)的信息，一个模式的多个事件具有特定的起动时间，每当某一个时间到来时，其中其起动时间与所述某一时间相同的事件即被选出。按此方式，在此模式期间一个模式中的多个事件在每一预定的时间间隔内重复一次，而在起动时间时转换，开关元件的门信号则根据那一时间被选出的事件而产生。起动时间是通过根据交流电源中的三相电压或电流中的至少两相的量值的大小来划分预定的时间间隔而确定的，上述交流电源是供应给电力转换器或是从电力转换器中取得的。
因此，门信号的脉冲宽度是按下述方式变化的，即当电力转换器用这些门脉冲控制时，提供给电力转换器的交流电源或从电力转换器取得的交流电源的电流或电压波形是正弦形的。
图1a和1b为根据本发明的一个实施例包括用于控制受PWM控制的电力转换器的装置的感应电动机的控制装置的示意图;
图2为确定事件和相应事件被起动的起动时间的过程的流程图;
图3展示了占空系数(duty ratio)γ＊和相位指令(phase instruction)θ＊与电流偏差△i的关系，用以解释在变换器情形下的控制过程(操作);
图4是使确定的事件及其起动时间置位的过程的流程图;
图5a至5d是用于解释图2和图4中的过程的执行时间的时间图;
图6是根据总相位θt来甄别一个模式的过程的流程图;
图7为一个指出转换器中的晶体管的导通-截止(on-off)状态与模式的关系的模式确定表的一个例子;
图8为指出起动时间与总相位θt的关系的起动时间表的一个例子;
图9为加在晶体管上的门信号的时间关系图;
图10a至10g为晶体管门信号与输出电流波形的详细时间关系图;
图11为事件及起动时间被置位的一个定时器中断(timer interruption)间隔时间内的过程程序的流程图;
图12为图1b中所示的控制装置的一个执行控制器的过程的流程图。
下面将结合附图对本发明的实施例作详细的描述图1a和1b所示为本发明的一个实施例，编号(1)是一个三相交流电源，(2)为输入端的滤波电容，(3)表示包括晶体管(31)至(36)的一个三相变换器，所述晶体管(31)至(36)作为变换器(3)的主要开关元件并按如图所示方式连接。号码(4)表示一个直流电抗器;(5)代表一以晶体管(51)至(56)作为主要开关元件的三相逆变器，所述晶体管(51)至(56)的连接方式如图所示。由图中明显可见，变换器(3)和逆变器(5)形成一个所谓电流源电力转换器。号码(6)表示在输出端的滤波电容，(7)表示一个作为转换器的负载的感应电动机。号码(8)表示一个直流电流探测器，(9)表示一个比较器，该比较器将电流指令i＊与一由探测器(8)探测到的实际电流i进行比较。
号码(10)和(11)表示处理单元，它们由微机形成并产生晶体管(31)至(36)和晶体管(51)至(56)的门控信号。逆变器(5)的处理单元(10)和变换器(3)的处理单元(11)的结构基本一致。因而，这里的描述将以逆变器(5)的处理单元(10)为主，必要时，将对变换器(3)的处理单元(11)的结构上的或操作(运行)上的不同之处进行描述。
号码(12)是一个终端，经此终端(12)，电流指令i＊被加在变换器(3)的处理单元(11)上。加在处理单元(11)上的是一个经由导线(15)并来自交流电源(1)的信号以便使变换器(3)的晶体管(31)至(36)的门信号与交流电源(1)的电压同步。号码(13)和(14)表示两个终端，经此两终端(13)、(14)，一个频率指令ω＊和一个相位指令θ＊被加至逆变器(5)的处理单元(10)上。
处理单元(10)具有一个输入端口(10)和一个与之相连的内部总线(102)。总线(102)上连接有一个用于储存程序和有关脉冲宽度的数据的表的只读存储器(ROM)(103)。一个随机存取存储器(RAM)(104)，该RAM(104)用作寄存器，暂时存储运算结果;一个用于执行不同算术逻辑运算的算术逻辑单元(ALU)(105)。这些部件构成了众所周知的数据处理器。该处理器的运算结果在经过下文中将要叙及的处理后从输出口(106)输出。
处理器包括ROM(103)，RAM(104)以及ALU(105)，它们通过总线(102)相互连接。处理器产生用于控制晶体管(51)至(56)的导通-截止(on-off)操作的事件，所述导通-截止(on-off)操作的控制是根据频率指令ω＊和相位指令θ＊的PWM控制技术进行的。事件被储存在ROM(103)中，每个指令中包括有关在某时间内哪些晶体管导通以及哪些晶体管处于截止状态的信息。此外，处理器还确定预定事件被起动的时间，为方便起见，在下文中称该时间为起动时间。从ROM(103)中按时间顺序依次读出的一系列事件确定相应的晶体管的导通-截止的图形(型式)，这些图形(型式)与晶体管的门信号的图形(型式)相对应，因此，这些图形(型式)同样也与流经相应的晶体管的电流的脉冲图形(型式)相对应。有关细节将在下文中变得更为明了。
除了上述处理器而外，处理单元(10)还进一步包括下述用于控制输出信号的外部设备，即，一个用于暂时储存由处理器确定的事件的事件寄存器(107)，一个用于暂时储存与该事件寄存器(107)中所储存的事件相对应的起动时间的时间寄存器(108)，以及一个用于将寄存器(107)和(108)中的内容相耦合并保持它们的内容的保持寄存器(109)。
外部设备进一步包括一个关联存储器(110)，正如人们所熟知的那样，该存储器(110)是一个数据存储设备，其中，存储单元是通过信息/内容而不是通过地址来识别的，从存储单元中可以检索数据。存储器(110)将数据存入其中。数据是不断从保持寄存器(109)取得的。正如业已阐述过的那样，每一个数据是由一个事件以及与该事件所相应的起动时间所组成的，因而，存储在该存储器(110)中的相应的事件在其各个特定的时间被检索，即是说，当某一时间来到时，带有与该特定时间相一致的起动时间的事件即被读出。因而，在此情形中，上述时间即与上述用于识别存储单元的信息内容相对应(上述时间就是用以识别存储单元的信息内容)。
在图1b中，为了使读者对存储器(110)运算过程理解得更容易些，储存在存储器(110)中的数据是环状循环的，每个数据的起动时间部分在比较器(112)中与定时器(111)所提供的时间相比较，当两者相一致时，执行控制器(113)被比较器(112)的输出触发以便从存储器(110)中将带有该起动时间的事件部分读出。
执行控制器(112)根据读出的事件的数据有选择地触发输出口(116)的第(1)至第(6)部分。在经选择的第(1)至第(6)口的信号被导向相应的晶体管(51)至(56)。
上述控制装置的操作过程将在下文中进行解释。图2所示为用于确定事件以及获得起动时间在一个处理程序1000的流程示意图。首先，在步1100，频率指令ω＊以及相位指令θ＊经由输入口(101)被读入处理器中。如果给出的是速度指令和实际速度，则频率指令ω＊和相位指令θ＊可在处理器中计算，并因而使步1100被取出速度指令和实际速度的那一步所取代。
顺便提一提，在变换器(3)的控制中，交流电源(1)的频率是用作频率指令ω＊的。为此，处理单元(11)通过线(15)与源电压同步地取入信号。如图3所示，相位指令θ＊根据电流指令i＊与实际电流i之间的电流偏差△i被确定。
即，相位指令θ＊将与电流偏差△i一起一直增大直到达到预定值，在此期间，变换器(3)的导通-截止操作的占空系数γ＊将保持在它的最小值。当相位指令θ＊达到预定值时，占空系数γ＊与电流偏差△i一起增至其最大值，在此期间，相位指令θ＊保持预定值不变。然而，如果变换器(3)仅只受到占空系数γ＊的控制，而不受相位γ＊的控制，此即，变换器(3)毋须产生一接近于零的输出电压，那么，相位指令θ＊可保持零不变。
第二步，即在步1200时，在每一预定时间间隔△t内对频率指令ω＊进行积分，积分结果与相位指令θ＊相加以得出一个总相位θt。上述时间间隔△t由一定时器中断(timer interruption)来确定，因而，间隔△t代表一个中断间隔。接着，进行步1300，晶体管(51)至(56)的事件根据步1200中所得出的总相位θt得以确定。对应于六个模式中的一个的特定事件已准备好，所述六个模式是通过分割逆变器(5)所产生的交流电流的一个周期得出的，即，交流电流一周的电角度360°被60°除而得出，并且其中之一根据总相位θt被选出。总相位θt与模式之间的关系将在下文中得到更具体的阐述。
最后，执行步1400，由总相位θt通过访问储存在ROM(103)中的一个起动时间表得出起动时间te，起动时间te是在中断间隔△t内并且事件是在此te时进行转换的。该过程就是以这种方式确定将要被储存在事件寄存器(107)中的事件以及将被储存在时间寄存器(108)中的起动时间的，并且，正如已经说明过的那样，两者均在保持寄存器(109)中被耦合并随即被储存在关联存储器(110)中。
接下来将结合附图4对以上述方式得出的上述两个项目存放进(置位于)关联存储器(110)中的过程2000进行解释。在步2100中，完成是否要为所有晶体管(51)至(56)置位一个事件和一个起动时间te的鉴别(甄别)。如果是的话，则过程终止，反之，则执行步2200，将一个事件存放进寄存器(107)，接着执行步2300将一个起动时间te存放入寄存器(108)中。该循环操作将一直进行下去直到存放操作(即置位操作)完毕为止。
图5a至5d所示为上述两个过程1000和2000的的执行时间。在图5a和5c中，存放(置位)过程2000在每个△t发生的每一定时器中断时起始，在过程2000完成以后，过程1000开始。在过程1000中，决定和获得在随后的中断间隔期间要执行的过程2000所要使用的事件和起动时间。这样，由于用于中断的甄别所必需的时间是短暂的，因而中断间隔△t可被缩短。因而，装置能在高频下运行。
如果提供一个如图5d所示的第二定时中断信号并且过程1000是由第二定时中断信号起始的，如图5c中的虚线所示，则最新的数据能在置位过程2000中被置位。上述第二定时中断信号的产生先于如图5a中所示的定时中断信号。
如上所述，根据本实施例，当预定的事件以及与这些事件所相应的起动时间通过寄存器(107)、(108)和保持寄存器(109)被存放进关联存储器(110)之后，关联存储器(110)起控制输出口(106)的作用，使包括ROM(103)、RAM(104)和ALU(105)的处理器不受输出控制的处理。
现请参见图6。我们将解释图2中的步1300，即确定事件的步骤。在本实施例的逆变器控制情形中，正如业已说明的那样，六个模式每隔60°的电角度改变一次，每一模式在逆变器(5)的交流输出电流每360°电角度重复一次。即，六个模式在逆变器(5)的交流输出电流的一个周期内循环一次，模式中的一个是根据计算得出的总相位θt选出的。为此，现时的总相位θt的范围在步1310至1350中被甄别，六个模式M1至M6中的一个响应于甄别的结果而被选出。
此外，为防止在步1200中计算得出的总相位θt超出0°至360°的范围，在步1300的过程开始的时候，先要进行加上或减去360°的范围检查以使总相位θt能落回0°到360°的范围之内。如下面将要叙及的那样，每个模式包括多个事件，在本实施中共有三个。
在图7中，展示了对于模式M1和M6，在整个定时中断间隔△t内导通的晶体管的组合以及仅仅在中断间隔△t中相应的以起动时间为界限的时间间隔内导通的晶体管的组合。上述后面一组晶体管包括在从中断间隔△t的起始时刻to至时刻(to+te1)的时间内导通的晶体管，在从(to+te1)时刻至(to+te2)时刻的时间内导通的晶体管以及在从(to+te2)时刻到中断间隔△t终止时刻，即，(to+△t)时刻的时间内导通的晶体管。
因而，如果现时总相位θt被甄别，则模式被确定以识别晶体管(51)至(56)何者为导通，何者为截止。此外，未在图7的表中指出的晶体管在相应的模式的整个时间隔内保持截止状态不变。
如果晶体管的导通状态由“1”来表示，其截止状态由“0”来表示，则事件可如下表所示
晶体管 事件51 52 53 54 55 56 号码(端口的号码1 2 3 4 5 6)0 0 1 0 1 0 11模式1 1 0 0 0 1 0 120 1 0 0 1 0 131 0 0 0 1 0 21模式2 1 0 0 0 0 1 221 0 0 1 0 0 231 0 0 0 0 1 31模式3 0 1 0 0 0 1 320 0 1 0 0 1 330 1 0 0 0 1 41模式4 0 1 0 1 0 0 420 1 0 0 1 0 430 1 0 1 0 0 51模式5 0 0 1 1 0 0 521 0 0 1 0 0 530 0 1 1 0 0 61模式6 0 0 1 0 1 0 620 0 1 0 0 1 63
顺便提一下，如果我们注意一下表中的晶体管(51)时，可以理解它是根据在整个模式(1)的期间内的每一中断间隔△t的型式(图形)“010”重复导通-截止状态的。即，晶体管(51)在中断间隔△t的第一阶段保持截止状态，然后在第二阶段内转为导通，随即又在第三即最后阶段变为截止。
同样地，对于晶体管(52)，它的导通-截止型式为“001”，晶体管(53)则为“100”;晶体管(55)的图形为“111”，“111”表明在整个模式1的期间内，它一直保持导通状态;晶体管(54)和(56)在整个模式(1)期间内保持截止状态。正如已说明的那样，这些型式是脉冲型式。上述情形同样适用于其他模式(2)至(6)的情形。
此外，上述第一阶段对应于从中断间隔△t的起始时刻to至(to+te1)这段时间，时刻(to+te1)称为第一起动时间。上述第二阶段从(to+te1)至(to+te2)，时刻(to+te2)称为第二起动时间。最后阶段从(to+te2)至中断间隔△t的终止时刻，即(to+△t)时刻。
接下来，我们来看一下全部晶体管(51)至(56)在某一时间的导通-截止状态，从横的方向来观察上表。这样观察时，“0”和“1”的形式就表示事件，即，在某一时刻有哪些晶体管将被导通，哪些晶体管将被截止的信息。
因此，举例来说，在模式(1)中，晶体管(51)至(56)从中断间隔△t的起始时间起根据第(11)号事件被导通或截止，第(11)号事件在第一起动时间(to+te1)变为第(12)号事件。此后，晶体管(51)至(56)根据第(12)号事件被导通或截止。当第二起动时间(to+te2)来到时，第(12)号事件变为第(13)号事件，晶体管(51)至(56)受事件(13)控制一直到中断间隔△t的终止时刻，即(to+△t)时刻。
总之，属于模式(1)的三个事件在模式(1)的整个期间内每隔一个中断间隔△t重复一次，并在起动时间te1和te2时转换。因此，晶体管(51)至(56)的导通-截止状态在整个模式(1)的期间内每隔一个中断间隔△t重复一次。这同样适用于其他模式(2)至(6)的情形。
下面将结合图8描述获得第一和第二起动时间te2和te2的过程即图2中的流程图中的步1400。因为逆变器(5)的输出电流当从滤波电容器(6)看去时其波形应为正弦波形，因此本实施例中使用划分中断间隔△t的方法，该方法是以两个相对于sinθt有120°相位差的函数，即sin(θt-120°)和sin(θt-240°)的函数的量值比为基准的。换言之，即起动时间te1和te2是由如下列公式表示的总相位θt的函数予以确定的;
te1＝△t·sin(θt-240°)te2＝te1+△tsinθt得出的te1和te2值与相应的总相位θt一起列成表预先储存在ROM(103)或RAM(104)中。因此，它们可通过总相位θt被检索出来。
在图8中，te1和te2值仅为一个模式(即在60°范围内)的表。然而，从相互之间相差120°相位的三个正弦波波形的关系可以理解，其他模式中的起动时间可通过将从图8中的表中所得到的值移动一个数值得到，移动的数值对应于各相应模式与图8中的表中的该模式之间的角位移(角度差)。
图9中给出了门信号S(51)至S(56)的使晶体管(51)至(56)导通或截止的几个例子，上述信号S(51)至S(56)是通过上述方式得到并从输出端口(106)的第(1)至第(6)口输出的。所示波形是由上述脉冲图形确定的，然而，其中考虑了时间的因素。
图10a至10g具体描述了一个部分的细节，即图9中的模式(1)。图10a所示为三个正弦波U、V、W，它们之间相互有120°的相位差，并只有60°的范围。这些正弦波对应于从滤波电容(6)端看去的逆变器(5)的输出电流。
在模式(1)中，如从图7的表中显见的那样，门信号给予晶体管(51)至(53)和(55)。其中，晶体管(55)在模式(1)的整个周期内获得门信号，如图10f所示。在中断间隔期间△t内，晶体管(53)在to至(to+te1)时间内获得门信号，如图10d所示。同样，晶体管(51)在(to+te1)至(to+te2)时间内获得门信号，随后，晶体管(52)在(to+te2)至(to+△t)时间内获得门信号，如图10b至10c所示。因此，流经相应晶体管的电流具有与如图10b至10d中所示相同的波形。
如图所示，门信号S(51)、S(52)和S(53)的脉冲宽度u、v、w，与图10a中所示的正弦波U、V和W的量值u、v和w成正比。因此，具有与图10b至10d中所示相同波形的逆变器(5)的输出电流被滤波电容(6)平均后成为如图10a中所示的正弦波。
顺便说一下，在门信号S(52)的存在期间，逆变器(5)的直流端被两个同时导通的晶体管(52)和(55)短路，在此期间，滤波电容(6)上的电荷对感应电动机放电。考虑到波形的改善，即，获得最佳的正弦波，我们希望门信号S(52)的最小脉冲宽度要尽可能地窄，理想状况是趋于零。然而，这段宽度的最小值受到上述放电时间的限制。图10a中的vo值是根据放电时间确定的，v值可通过vo值测得。
在变换器(3)的控制情形中，上述得到的第一和第二起动时间te1和te2的公式须经如下修正，这是因为在逆变器(3)中对占空系数γ＊进行了控制。
te1＝△t·sin(θt-240°)·γ＊te2＝te1+△t sinθt·γ＊即，此处起动时间te1和te2是根据占空系数γ＊和两个正弦波的量值得出的。此外，在此情形中，当占空系数γ＊值小时，则te1和te2也均变小。由图10b至10d显见，如te1和te2很小，则[△t-(te1+te2)]变大，即具有相同相位的上晶体管(upper transistor)和下晶体管(lowertransistor)同时导通的那段期间将延长以使占空系数γ＊的减小得以实现。
然后，在图11中具体展示了事件置位过程的流程图，本文通过以具体在图10a至10g中所示的模式(1)为例来对它进行描述。此外，尽管图4中有关该过程的流程图已经用循环结构画出以便于理解，实际上该过程是以如图11所示串行方式进行的。
图11所示为图10中所示从to至(to+△t)的中断间隔△t内的处理流程。首先，在步2410，第(1)号事件(参见表中所示)和时间(to+td)被分别存放在寄存器(107)和(108)中，这样，在整个中断间隔△t周期内维持导通的晶体管(55)以及在to时刻至(to+te1)时刻内导通的晶体管(53)均在(to+td)时刻导通。
换言之，事件置位在寄存器(107)中进行以使信号“1”能在对应于晶体管(53)和(55)的第(3)和(5)端口产生，时间置位时则使一个预定时间td加在现时时刻to之上，其和被置位在寄存器(108)中。
因为在该时间，晶体管(53)和(55)的导通必须立即完成，预定时间td的值应尽可能地选得小些。因此，事件和起动时间通过保持寄存器(109)送入关联存储器(110)中。当定时器(111)指示时间to时，事件从关联存储器(110)中读出，当从时间to经过时间td以后，信号“1”经过第(3)和(5)端口输至晶体管(53)和(55)。
加上预定时间td是出于如下理由当事件被存入关联存储器(110)并从中读出时，必须经过某一段时间。从而，如不加上td时间，to的置位将不会导致比较器(112)的符合以致于使事件不能送至输出口(106)。
在步2420，假定由于相位指令θ＊的突变而引起可能的操作模式的改变，因此必须证实应被截止的晶体管是否在那个时间确实截止。对于这一过程，关联存储器(110)的使用方式与在过程2410中一样。由于在这一过程中的事件是使晶体管截止的，所以该事件是这样置位的信号“0”能在第(1)、(2)、(4)和(6)端口发生。
此后，可使晶体管(53)在时间(to+te1n)截止的过程在步2430中进行。事件的置位是使信号“0”在第3端口输出，时间则在(to+te1n)时置位。此外，在步2440中，事件的置位是在时间(to+tein)使晶体管(51)导通，晶体管(53)截止。
顺便说一下，这里晶体管(53)的截止和晶体管(51)的导通都是在同一时刻被置位的。然而，为防止过高电压，也可能作如下考虑。即，使在步2430和2440中存放的时间teln互不一样以使在一个电流源逆变器中，晶体管(53)和晶体管(51)的导通期互相重叠，而相反地，在一电压源逆变器中则不重叠。
随后，在步2450中，事件和时间的置位使晶体管(51)在时间(to+te2n)截止，在步2460中，事件和时间的置位使晶体管(52)在时间(to+te2n)导通。
现参见图12，我们将对执行控制(112)的操作进行解释。在步1131，对比较器(112)是否有一输出进行甄别，该输出在关联存储器(110)中有时间存储时产生，它与定时器(111)所指示的实际时间相一致(符合)。该甄别操作重复进行直到比较器(112)的输出被发现。
如果比较器(112)有输出，则在步1132时读出要执行事件，即，当时间过去，置位(设定)的时间到来时，与该时间伴随的事件被读出。在步1133中，要在输出口(106)输出的电压电平被鉴别(甄别)。在步1134中，决定晶体管(51)到(56)中何者导通何者截止。对应于有待导通的晶体管的端口的电压电平被置于“1”。在步1135中，信号被输出至输出口(106)的选出的各端口。因此，在上述本实施例中，包含在处理单元(10)内的处理器部分仅仅在每个中断间隔△t进行计算总相位θt的处理过程和根据总相位θt以及起动那些事件的时间来确定晶体管导通或截止的事件的过程。当上述过程完成后，处理结果被送至含有关联存储器和与之相关的部件的输出控制部分，并经过为驱动晶体管所必需的处理。
由于和现有技术中将载波与调制波相互比较的系统不同，因而，现在不仅有可能消除处理器部分由于要对通过逆变器控制的两个波进行连续比较因而受到限制所带来的困难，而且还能达到改善输出电流的目的。
至此为止所进行的描述主要是用于解释本实施例、在实施例中，总相位θt是通过使用频率指令ω＊和相位指令θ＊同时还考虑感应电动机的所谓向量控制计算出来的，然而，读者应当理解，逆变器的负载及其控制方法与本发明的基本构思无关。因此，如果仅仅给出频率指令ω＊就够了，即使总相位θt通过下式计算而不用相位指令θ＊，即图2的流程图中的步1200中所给出的公式用下式来取代，本发明的基本构思仍然有效而不逊色。
θt＝∑ω＊·△t此外，在上面的描述中，未曾提及在变换器的控制情形中的电源电压的同步问题。就这点而论，可采用下述种种方法一种方法是将上述每一中断间隔△t重复一次的一系列处理过程与源电压的零交叉点同步，或者另一种方法，将计算得出的总相位θt用在电源电压的每个交叉点发生信号重新设置。然而，本发明并不受任何具体同步方法的限制。
此外，在上述实施例中，如图8所示，所提供的第一和第二起动时间仅仅是总相位θt的变化的一部分即60°的范围，目的是减小表的容量。然而，如果范围扩大至360°，则将产生这样的效果，即，通过将计算得出的总相位θ转换成60°的一段来确定起动时间的令人生厌的操作可以被消除。当然，表的容量将相应增大。
此外，在图1b中，用作处理单元(10)的单片微处理机中一个可编程序输入/输出功能被用于事件置位过程中的调度处理。在端口数目不足或者单片微机中的可编程序输入/输出由于端口信号的检查而不能使用时，可使用一个具有类似功能的外部输入/输出。
上文中，定时器中断间隔△t中的变化还没有进行描述。然而，在应用过程中，晶体管的开关频率将不得不随诸如元件的温度的上升等外因的改变而改变，对中断间隔△t的必要的改变，只要加上一个功能使起动时间te1和te2随开关频率的变化正比地变化即可以满足。
根据本发明，一个使用微机的，数字控制类型的，用PWM控制的电力转换器的输入或输出波形可得到极大的改善并接近于正弦波。因此，当将本发明应用于一个PWM控制的电力转换器以控制一个感应电动机时，可以使噪声和转矩波纹极大地减小。
权利要求
1.一种用于控制电力转换器的装置，所述转换器通过将输入交流三相电源转换成一个直流电源，或通过逆变换将一直流电源转换成一三相交流电源输出，转换器通过PWM控制，控制装置具有一个用于产生开启或断开电力转换器的开关元件的门信号的处理单元；本发明特征在于处理单元包括一个使用至少一个频率指令计算一个总相位的处理器，根据计算得出的总相位，决定开关元件的导通-截止状态的模式中的一个，开关元件的通断状态的模式是在将加到电力转换器或从电力转换器获得的交流电源的电压或电流的一周分成六份而得的每一期间确定的；其中，相应的模式包括多个事件，每一事件包括有关开关元件导通-截止状态的信息，一个模式的多个事件具有特定的起动时间并在整个模式期间内的每一预定时间间隔内重复一次，且在起动时间转换；输出控制装置包括一个定时器，当定时器指示某一时间时，所述输出控制装置确定事件中的一个，该事件对应的起动时间与上述某一时间相同，藉此，开关元件的门信号根据预定事件得以产生；其中，起动时间是通过根据加到电力转换器或从电力转换器中取出来的交流电源的至少两个三相电压或电流的量值划分预定时间间隔予以确定的。
2.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，模式的确定是通过根据计算得出的总相位去检索(访问)一个模式确定表来进行的，该表被事先储存在处理单元中并包括这样的信息，即对每一模式在整个预定时间间隔的期间内都导通的开并元件的信息，以及仅仅在预定时间间隔中的预定起动时间所限定的相应的期间内导通的开关元件的信息。
3.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，起动时间的确定是通过根据计算得出的总相位去检索(访问)一个起动时间表来进行的，该表被事先存储在处理单元中，并且包括与总相位相应的起动时间的值。
4.根据权利要求
3所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，起动时间表仅仅对某一个模式是完全准备好的而其他模式中的起动时间可通过将从权利要求
3中所述的表中得到的起动时间移动一个数值而得到，移动数值的量对应于所述某一模式与相应的模式之间的相位差。
5.根据权利要求
3所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，所述起动时间表的内容(contents)对所有模式都有。
6.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，预定时间间隔随外部因素的变化而变化。
7.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，输出控制装置具有一个关联存储器，所述关联存储器储存事件以及与相应事件相对应的起动时间并能通过将定时器指示的时间用作识别储存相应事件的存储单元的信息内容从中读出事件。
8.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，总相位是通过将在预定时间间隔内对频率指令进行积分所得的值加到相位指令上得到的。
9.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，电力转换器是将交流电源转换成直流电源的变换器，其中，交流电源的频率用作频率指令而相位指令则根据电流指令与一变换器输出的实际电流之间的相位差来决定的。
10.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，电力转换器是一个将交流电源转换成可变电压的直流电源变换器，上述变换是通过控制变换器的开关元件的导通-截止操作的占空系数得以实现的，其中，起动时间是根据占空系数与交流电源电压的三相中的至少两相的量值的乘积予以确定的。
11.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，电力转换器是一个将交流电源转换成直流电源的转换器，其中，一系列用于计算总相位和在处理器中确定模式的以及在控制装置的输出确定每一个预定时间间隔重复一次的事件的过程，与加在变换器上的交流电源的电压的零交叉点同步。
12.根据权利要求
1所述的用于控制电力转换器的装置，其特征在于，其中，电力转换器是一个将交流电源转换成直流电源的变换器，其中，计算得出的总相位为加在变换器上的交流电源的电压的每一零交叉点重新置位。
专利摘要
在含有根据PWM控制导通或截止的晶体管的一个三相逆变器中，用于晶体管的PWM门信号的脉冲宽度是根据逆变器输出电流的三相中的两相量值来确定的。用于产生门信号的处理器的负载可极大地减小，除此而外，逆变器的输出电流波形得到了改善。
文档编号H02M5/458GK87100105SQ87100105
公开日1987年7月22日 申请日期1987年1月10日
发明者稻叶博美, 岛清哉, 保苅定夫, 飞田敏光, 高桥秀明, 上田茂太 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan