專利名稱：瞬時斷電后再起動驅動同步電機的變換器的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在瞬時斷電后再起動驅動同步電機的變換器的裝置，尤其涉及這樣的裝置它在旋轉線(spinninglines)或類似工作線中供電瞬時中斷之后電源重新建立時再起動變換器，其中此變換器成組地控制一些同步電機。
在瞬時斷電之后用于恢復的常規(guī)再起動方法通常是在變換器失電時停止變換器的輸出，并在后來恢復供電時恢復該輸出。在電源恢復時開始再起動操作，變換器的輸出頻率被設置得與變換器停止時的頻率相同，并且只逐漸增大輸出電壓。
常規(guī)方法中，再起動時變換器的輸出電壓將與電機端子上的電壓相位不同，因為再起動時間是隨機設置的。
結果是，再起動時的沖擊電流可能變大。這引起一個問題，即變換器的容量和設備面積變大，并且費用增加。
另外，當電機由于重載而速度變化大時，在恢復變換器時必須采取下述緩慢的步驟。首先，在再起動之后利用限流操作逐漸降低變換器的輸出頻率，直到電機轉速與輸出頻率匹配，然后將電機再加速至原速率。
這造成另一個問題，即再起動時間加長，因為電機恢復到原轉速需要很長時間。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于在瞬時斷電后再起動驅動同步電機的變換器的裝置，它能夠通過降低再起動時的沖擊電流而避免增加容量，并且此外縮短再起動時間。
本發(fā)明提供一種用于在瞬時斷電后再起動驅動同步電機的變換器的裝置，當斷電之后由一個電源向變換器提供的電力重新建立時，該裝置再起動變換器，該裝置包括用于檢測同步電機的一個端電壓的一個相關量的檢測裝置;
用于檢測同步電機的端電壓的頻率的頻率檢測裝置;
用于檢測同步電機的端電壓與變換器的一個輸出電壓命令值之間的相位差的相位差檢測裝置;
用于探測電源斷電的裝置;
用于在電源斷電期間根據(jù)頻率檢測裝置和相位差檢測裝置的輸出信號實現(xiàn)同步控制使得變換器的輸出電壓命令值的頻率和相位與同步電機的端電壓的頻率和相位相互匹配的裝置;以及用于在斷電之后完成同步控制的同步的情況下再起動變換器的裝置。
在此，檢測裝置可以包括一個檢測器，它檢測作為同步電機的端電壓的相關量的同步電機的磁通量(flux);頻率檢測裝置可以包括一個周期檢測器，它根據(jù)檢測磁通量的檢測器的輸出檢測端電壓的周期，以及包括一個頻率計算器，它從端電壓的周期中計算出端電壓的頻率。
檢測裝置可以包括一個檢測器，它檢測作為同步電機的端電壓的相關量的同步電機的磁通量(flux);相位差檢測裝置可以包括一個相位差檢測器，它根據(jù)同步電機的磁通量檢測值和磁通量命令值檢測同步電機的端電壓與變換器的輸出電壓命令值之間的相位差，還包括一個相位控制器，它根據(jù)相位差檢測器的一個輸出信號執(zhí)行同步控制。
周期檢測器可以包括一個將磁通量檢測值同零值比較的比較器，以及一個對比較器的輸出寬度進行計數(shù)的計數(shù)器。
相位差檢測器可以包括一個相位差脈沖發(fā)生器，它產(chǎn)生的脈沖的寬度與同步電機的磁通量檢測值與變換器的磁通量命令值之間的相位差成正比;并且包括一個計數(shù)器，它對相位差脈沖的寬度進行計數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，在瞬時斷電期間，變換器的輸出電壓根據(jù)頻率檢測裝置和相位差檢測裝置的輸出得以控制，使得其頻率和相位與同步電機自由轉動時的端電壓的頻率和相位相匹配。電源重新建立后，在已完成同步的條件下變換器的輸出得以恢復。
結果是，減小了再起動時同步電機的轉速變化。這使消除需要長時間穩(wěn)定轉速問題成為可能，因而縮短了再起動時間。
另外，因為只有在變換器的輸出的頻率和相位通過同步控制而與同步電機的頻率和相位匹配后才允許變換器的輸出，所以減小了再起動時的沖擊電流。這使得可能避免增大變換器的容量，從而降低其費用和設備面積。
本發(fā)明的上述及其他目的、效果、特點及優(yōu)點經(jīng)過以下結合附圖對實施例的詳細說明之后將會更加明顯。
圖1中的框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于在瞬時斷電后再起動驅動同步電機的變換器的裝置的一個實施例;
圖2中的框圖顯示了圖1所示實施例的更具體的結構;
圖3中的時序示了圖1和2所示實施例的操作;
圖4中的框圖示出了圖2中的周期檢測器;
圖5中的框圖顯示了圖2中的相位差檢測器;以及圖6圖示了用于解釋周期檢測器和相位差檢測器的工作波形。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示意性框圖。該圖中，變換器INV由交流電源AC供電，并驅動同步電機SM。
同步電機SM的端電壓的頻率由頻率檢測部分100檢測，檢測到的頻率施加到變換器INV。同步電機SM的端電壓與變換器INV的輸出電壓命令值之間的相位差由相位差檢測部分200檢測。相位差檢測部分200根據(jù)檢測到的信號產(chǎn)生一個相位控制信號，并將該相位控制信號施加到變換器INV。同時，由相位差檢測部分200產(chǎn)生的相位差信號被輸入到同步檢測部分300，同步檢測部分300根據(jù)相位差信號檢測同步電機SM和變換器INV之間的同步狀態(tài)。同步檢測部分300的輸出和由變換器INV產(chǎn)生的電源檢測信號(電源中斷或電源恢復檢測信號)被輸入到再起動命令產(chǎn)生部分400，再起動命令產(chǎn)生部分400閉合或斷開變換器INV內的開關500以提供或中斷向同步電機SM的供電。
圖2顯示了圖1中的主要部分。
變換器INV包括一個加速度控制器6，它經(jīng)過一個A/D轉換器3連接到一個輸出頻率設置器1?？刂破?的輸出信號施加到一個輸出頻率傳送開關5，它在控制器6的輸出信號和頻率計算器120的輸出信號之間進行切換。開關5的輸出通過一個加法器7加到相位控制器202(將在下文說明)的輸出上，以便進行相位修正。加法器7的輸出由一個取樣器8取樣，取樣器以固定的時間間隔閉合和斷開其開關。取樣器8的輸出被提供到一個積分器9，它將頻率數(shù)據(jù)(取樣器8的輸出)轉換成角度數(shù)據(jù)。角度數(shù)據(jù)通過一個正弦波發(fā)生器11被轉換成一個正弦信號。所產(chǎn)生的數(shù)字形成的正弦波通過一個D/A轉換器13轉換成一個模擬信號。該模擬正弦波信號是變換器INV的一個磁通量命令值。自D/A轉換器13輸出的磁通量命令值被送到一個加法器14，它從磁通量命令值中減去檢測到的磁通量值，相減的結果送到一個磁通量控制器17。磁通量控制器17的輸出以及載波發(fā)生器15的輸出施加到一個PWM調制器18，它產(chǎn)生一個PWM信號。該PWM信號經(jīng)過一個開關500施加到開關器件20，以控制開關器件20的開關操作。開關器件20的輸出被送到同步電機SM，并且同步電機SM的一個端連接到一個磁通量檢測器19。磁通量檢測器19的輸出被輸入到一個隔離放大器21，放大器21輸出一個磁通量檢測值PU。交流電源AC的電源中斷由一個電源檢測器23檢測。這些部件組成了變換器INV。
參考號600表示一個頻率和相位檢測單元，包括頻率檢測部分100、相位差檢測部分200、同步檢測部分300以及再起動命令發(fā)生部分400。
頻率檢測部分100包括一個周期檢測器110和一個頻率計算器120。周期檢測器110根據(jù)磁通量檢測值PU檢測同步電機SM的一個端電壓。周期檢測器110的輸出被輸入到頻率計算器120，它根據(jù)周期計算端電壓的頻率。
相位差檢測部分200包括一個相位差檢測器201和相位控制器202。相位差檢測器201根據(jù)磁通量檢測值PU和磁通量命令值PSU檢測同步電機SM的端電壓與變換器INV的輸出電壓命令值之間的相位差。相位控制器202輸出一個相位控制信號，該信號被輸入到變換器INV的加法器7。
相位差檢測器201的輸出信號被輸入到同步檢測部分300，檢測部分向再起命令發(fā)生部分400提供一個同步完成信號SYE。
電源檢測器23的輸出信號也被輸入到再起動命令發(fā)生部分400，后者產(chǎn)生一個施加到變換器INV內的開關500的開/關信號。
下面，參照圖3中的時序圖說明該實施例的操作。
首先，若交流電源AC產(chǎn)生電源中斷，則電源檢測器23檢測到這一中斷，并輸出“關”信號，如圖3中(a)所示。該關信號經(jīng)過再起動命令發(fā)生部分400斷開開關500，如圖3中(d)所示。因而，變換器INV的開關操作被停止，并且同步電機SM進入自由轉動狀態(tài)，如圖3的(d)所示，并且其轉速逐漸下降，如圖3的(e)所示。同步電機SM的端電壓的頻率和相位由頻率和相位檢測單元600檢測。
另一方面，變換器INV將輸出頻率傳送開關5切換到頻率和相位檢測單元600(即，圖2中的下觸點)，如圖3中的(c)所示，以便由頻率計算器120的輸出信號確定變換器INV的輸出頻率。這樣，變換器INV利用相位控制器202的輸出信號進入一個同步控制狀態(tài)。
接著，由電源檢測器23檢測到交流電源AC的恢復時，如圖3的(a)所示，并且當同步檢測部分300根據(jù)相位差檢測器201的輸出信號檢測到同步狀態(tài)時，如圖3的(b)所示，再起動命令發(fā)生部分400輸出一個再起動命令以閉合開關500。這樣將以與同步電機SM的轉速相應的速率再起動變換器INV。
同時，輸出頻率傳送開關5切換回加速度控制器6(即，圖2中的上觸點)，如圖3中的(c)所示，并且變換器INV的輸出頻率以及同步電機SM的轉速被增大，以致輸出頻率變?yōu)榕c輸出頻率設置器1所設定的頻率相等。經(jīng)適當時間，變換器INV的輸出頻率穩(wěn)定到設定的頻率。
通過這種方法，變換器INV的輸出電壓命令值的頻率和相位得到同步控制，使得它們在變換器的再起動時與同步電機SM的端電壓的頻率和相位一致。結果是，能夠減小再起動時的沖擊電流，并且能夠縮短再起動所需時間。
現(xiàn)在參照圖4和5說明說明周期檢測器110和相位差檢測器201。
圖4中，周期檢測器110包括一個零檢測比較器111、一個計數(shù)器112和一個鎖存器113。當磁通量檢測值大于零時，零檢測比較器111輸出“高”電平。接收比較器111的輸出以及原時鐘CLK的計數(shù)器112對比較器111的輸出寬度進行計數(shù)。鎖存器113鎖存計數(shù)器112的輸出，它相應于同步電機SM的端電壓的周期。
圖5中，相位差檢測器201包括一個相位差脈沖發(fā)生器201a、一個計數(shù)器201b、一個鎖存器201c和一個相位差計算器201d。相位差脈沖發(fā)生器201a檢測磁通量檢測值PU與磁通量命令值PSU之間的相位差，并且輸出相位差脈沖，該脈沖寬度與相位差成正比。計數(shù)器201b利用原時鐘CLK對各相位差脈沖寬度進行計數(shù)。鎖存器201c鎖存計數(shù)器201b的輸出，它相應于相位差。相位差計算器201d接收鎖存器201c的輸出，并計算相位差。
參照圖6詳細說明周期檢測器110和相位差檢測器201的操作。
首先，周期檢測器110的零檢測比較器111，接收如圖6中的(a)所示的磁通量檢測值PU，僅當磁通量檢測值大于0伏時才輸出“高”電平信號，如圖6中的(b)所示。輸出信號的持續(xù)時間由計數(shù)器112利用原時鐘信號CLK進行計數(shù)，如圖6中的(c)所示，并且計數(shù)值由鎖存器113鎖存，如圖6中的(d)所示。鎖存的計數(shù)值(相應于同步電機SM的端電壓的周期)被傳送到頻率計算器120，計算器120將之轉換成端電壓的頻率。
相位差檢測器201的相位差脈沖發(fā)生器201a接收磁通量檢測值PU和如圖6中的(e)所示的磁通量命令值PSU，產(chǎn)生如圖6中的(f)所示的相位差脈沖。每個脈沖的寬度相應于PU和PSU之間的相位差。每個脈沖的持續(xù)時間由計數(shù)器201b利用原時鐘CLK進行計數(shù)，如圖6中的(g)所示，并且計數(shù)值由鎖存器201c鎖存，如圖6中的(h)所示。鎖存的計數(shù)值由相位差計算器201d轉換成相位差。
若磁通量檢測值PU和磁通量命令值PSU同步，如圖6中的(a)和(e)所示，則相位差脈沖的寬度變?yōu)榱?，如圖6中的(f)所示。在該點，同步檢測部分300檢測到同步的完成，并且輸出同步完成檢測信號SYE。
已經(jīng)根據(jù)一個實施例詳細說明了本發(fā)明。對于本領域熟練的技術人員而言，從上文做些變更和修改而在主要方面不背離本發(fā)明將是明顯的，因此所附的權利要求覆蓋那些在本發(fā)明的實質精神之內的所有變更和修改。
權利要求
1.一種用于在瞬時斷電后再起動驅動同步電機的一個變換器的裝置，當供給轉換器的電源在中斷之后恢復時，所述裝置再起該轉換器，所述裝置的特征在于包括用于檢測同步電機的一個端電壓的一個相關量的檢測裝置；用于檢測同步電機的端電壓的頻率的頻率檢測裝置；用于檢測同步電機的端電壓與變換器的一個輸出電壓命令值之間的相位差的相位差檢測裝置；用于探測電源中斷的裝置；用于在電源中斷期間根據(jù)頻率檢測裝置和相位差檢測裝置的輸出信號實現(xiàn)同步控制、使得變換器的輸出電壓命令值的頻率和相位與同步電機的端電壓的頻率和相位相互匹配的裝置；以及用于斷電之后在完成同步控制的同步的情況下再起動變換器的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述檢測裝置包括一個檢測器，它檢測作為同步電機的端電壓的相關量的同步電機的磁通量;所述頻率檢測裝置包括一個周期檢測器，它根據(jù)檢測磁通量的檢測器的輸出檢測端電壓的周期，以及包括一個頻率計算器，它從端電壓的周期計算出端電壓的頻率。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述檢測裝置包括一個檢測器，它檢測作為同步電機的端電壓的相關量的同步電機的磁通量;所述相位差檢測裝置包括一個相位差檢測器，它根據(jù)同步電機的磁通量檢測值和磁通量命令值檢測同步電機的端電壓與變換器的輸出電壓命令值之間的相位差，還包括一個相位控制器，它根據(jù)相位差檢測器的一個輸出信號執(zhí)行同步控制。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述相位差檢測裝置包括一個相位差檢測器，它根據(jù)同步電機的磁通量檢測值和磁通量命令值檢測同步電機的端電壓與變換器的輸出電壓命令值之間的相位差，還包括一個相位控制器，它根據(jù)相位差檢測器的一個輸出信號執(zhí)行同步控制。
5.如權利要求2所述的裝置，其特征在于所述周期檢測器包括一個將磁通量檢測值同零值比較的比較器，以及一個對比較器的輸出寬度進行計數(shù)的計數(shù)器。
6.如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述相位差檢測器包括一個相位差脈沖發(fā)生器，它產(chǎn)生的脈沖的寬度與同步電機的磁通量檢測值與變換器的磁通量命令值之間的相位差成正比，并且包括一個計數(shù)器，它對相位差脈沖的寬度進行計數(shù)。
全文摘要
在供給驅動同步電機(SM)的轉換器(INV)的電源(AC)瞬時中斷之后，通過檢測電源恢復，在瞬時斷電之后再起動轉換器的裝置。該裝置包括一個頻率檢測部分(100)、一個相位差檢測器(201)、一個相位控制器(202)以及一個再起動部分(400)。這能夠減少電源瞬時中斷后再起動的時間，減小再起動時的沖擊電流及變換器的容量。
文檔編號H02P27/06GK1083637SQ93109148
公開日1994年3月9日 申請日期1993年7月27日 優(yōu)先權日1992年7月28日
發(fā)明者中西孝司, 石井新一 申請人:富士電機株式會社