專利名稱：逆變器控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種逆變器控制設(shè)備和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的方法的改進(jìn)。
為了便于理解，下面將結(jié)合例子來(lái)描述用于驅(qū)動(dòng)感應(yīng)馬達(dá)的矢量控制逆變器控制設(shè)備(以下稱為“逆變器控制設(shè)備”)。
圖25、26、27和28顯示了傳統(tǒng)的控制型矢量控制逆變器控制設(shè)備。圖25是主要裝置圖，圖26是矢量控制框圖，圖27是PWM操作原理圖，且圖28(a)-28(b-3)是逆變器控制設(shè)備的輪廓圖。
在圖25中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)三相交流電源，2表示由二極管等組成的整流電路-它從三相交流電源1獲得直流電壓，3表示直流電壓平滑濾波器，4表示由諸如晶體管的開(kāi)關(guān)器件組成的逆變器電路，5表示一個(gè)作為負(fù)載的感應(yīng)電機(jī)(以下稱為“馬達(dá)”)。6表示檢測(cè)馬達(dá)5的速度的速度檢測(cè)器，7表示提供馬達(dá)5的速度依據(jù)的速度指令電路，8表示一個(gè)矢量控制運(yùn)算電路-它根據(jù)速度指令電路7的指令值ωr*與速度檢測(cè)器6的檢測(cè)輸出ωr之間的偏離對(duì)馬達(dá)5的初級(jí)電流指令值I*進(jìn)行運(yùn)算，9表示一個(gè)電流檢測(cè)器-它檢測(cè)馬達(dá)5的初級(jí)電流檢測(cè)值I，10表示一個(gè)脈沖寬度調(diào)制控制電路(以下稱為“PWM電路”)-它根據(jù)所述初級(jí)電流指令值I*與初級(jí)電流檢測(cè)值I之間的偏離來(lái)產(chǎn)生使開(kāi)關(guān)裝置通-斷的信號(hào)，且11表示一個(gè)散熱器，它散掉由裝在整流電路2和逆變器電路4中的裝置產(chǎn)生的熱量。
在上述裝置中，現(xiàn)在根據(jù)圖26的矢量控制框圖來(lái)描述矢量控制運(yùn)算電路8的內(nèi)部設(shè)置。在此圖中，81表示一個(gè)運(yùn)算放大器，它放大速度指令電路7的指令值ωr*與速度檢測(cè)器6的檢測(cè)值ωr之間的差，并輸出用于力矩Iq*的電流指令值；82表示一個(gè)次級(jí)磁通量圖形發(fā)生器，它根據(jù)速度檢測(cè)器6的檢測(cè)值ωr來(lái)產(chǎn)生次級(jí)磁通量指令值Φ2*；83表示一個(gè)算法電路，它根據(jù)次級(jí)磁通量圖形發(fā)生器82的輸出來(lái)產(chǎn)生一個(gè)估計(jì)的次級(jí)磁通量Φ2和激勵(lì)電流分量指令值Id*；84表示一個(gè)初級(jí)電流幅度發(fā)生器，它根據(jù)用于力矩Iq*的電流指令值和激勵(lì)電流分量指令值Id*來(lái)產(chǎn)生一個(gè)初級(jí)電流幅度值｜I1*｜；85表示一個(gè)力矩幅角算法電路，它從力矩Iq*的電流指令值和激勵(lì)電流分量指令值Id*對(duì)力矩幅角θ*進(jìn)行運(yùn)算；86表示一個(gè)滑差頻率指令算法電路，它從用于力矩Iq*的所述電流指令值和估計(jì)的次級(jí)磁通量Φ2對(duì)一個(gè)滑差頻率指令ωs*進(jìn)行運(yùn)算；且87表示一個(gè)初級(jí)電流指令算法電路，它根據(jù)由力矩幅角算法電路85的輸出｜I1*｜、力矩幅角算法電路85的輸出θ*和滑差頻率指令算法電路86的輸出ωr*與速度檢測(cè)器6的輸出ωr之和組成的逆變頻率指令ω0來(lái)對(duì)初級(jí)電流指令值I*進(jìn)行計(jì)算。所述電路組成了矢量控制運(yùn)算電路8。
在這種設(shè)置中，現(xiàn)在將根據(jù)圖27的PWM操作原理圖，來(lái)描述PWM電路10的內(nèi)部設(shè)置。在此圖中，1001表示ΔI或初級(jí)電流指令值I*與初級(jí)電流檢測(cè)值I之間的偏離，1002表示用于斬波ΔI的三角波，且1003表示開(kāi)關(guān)信號(hào)-它作為所述ΔI與三角波之間的比較結(jié)果，當(dāng)ΔI大于該三角波時(shí)導(dǎo)通且當(dāng)ΔI小于該三角波時(shí)關(guān)斷。該三角波的周期一般被稱為PWM頻率且在下面被稱為“fpwm”。這些裝置，諸如裝在逆變器電路4中的功率晶體管，(以下稱為“開(kāi)關(guān)裝置”)在這種開(kāi)關(guān)信號(hào)1003的控制下被通一斷。
圖28(a)-28(b-3)是包含所述設(shè)置的逆變器控制設(shè)備的輪廓圖。在這些附圖中，標(biāo)號(hào)11a、11b和11c表示了散熱器，12表示一個(gè)電路，且13表示一個(gè)冷卻風(fēng)扇。當(dāng)負(fù)載或馬達(dá)受到逆變器控制設(shè)備的驅(qū)動(dòng)時(shí)，fpwm通常被設(shè)定為大約3kHz。然而，由于處于人所能夠聽(tīng)見(jiàn)的范圍內(nèi)，大約為3kHz的頻率在馬達(dá)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了討厭的噪聲。為了降低或基本上消除這種噪聲，經(jīng)常將fpwm設(shè)定在人的聽(tīng)力范圍以外或大約為10kHz-20kHz。另外，當(dāng)馬達(dá)以非?？斓乃俣绒D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(大約為50000rpm或更高)，必須將fpwm設(shè)定在并正常情況下更高的值(大約5kHz-10Hz)，以保持如下的控制性能，因?yàn)轳R達(dá)電流的頻率更高。在這些圖中，圖28(a)顯示了逆變器控制設(shè)備的輪廓，其中fpwm大約為3kHz；且圖28(b-1)、28(b-2)和28(b-3)顯示了當(dāng)fpwm為大約5kHz-20kHz的逆變器控制設(shè)備的輪廓。隨著fpwm增大，逆變器電路4中的開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)關(guān)損耗上升且產(chǎn)生的熱量增大。因此，散熱器11b、11c必須比圖28(b-1)和28(b-2)中的散熱器11a大，或者必須在外側(cè)設(shè)置冷卻風(fēng)扇13，如圖28(b-3)所示，以改善散熱能力。
在上述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的傳統(tǒng)逆變器控制設(shè)備中，當(dāng)需要以低噪聲驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，要將fpwm設(shè)定在比正常情況更高的值。另外，當(dāng)需要以非?？斓霓D(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，需要將fpwm設(shè)定在比正常情況更高的值。在傳統(tǒng)上，作方對(duì)付開(kāi)關(guān)裝置由于如上所述地設(shè)定在更高值的fpwm而產(chǎn)生的熱量增大的措施，將逆變器控制設(shè)備的散熱器作得更大或者在外側(cè)設(shè)置額外的冷卻風(fēng)扇。因此，當(dāng)以低噪聲或快的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，逆變器控制設(shè)備的尺寸或成本因而被增大了。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的，是通過(guò)提供一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)逆變器控制設(shè)備來(lái)克服上述問(wèn)題，當(dāng)以低噪聲或非?？斓霓D(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，該逆變器控制設(shè)備不需要大的尺寸和外形，因而不會(huì)導(dǎo)致成本的增大。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)逆變器控制設(shè)備具有以下的一或多個(gè)特征(1)低速-高速PWM切換，由在馬達(dá)的低速和高速范圍之間切換fpwm的裝置提供；(2)恒定力矩恒定輸出PWM切換，由在馬達(dá)的恒定力矩特性區(qū)和恒定輸出區(qū)之間切換fpwm并將fpwm與速度函數(shù)一起設(shè)定在恒定輸出區(qū)中的裝置提供；(3)加速/減速穩(wěn)定狀態(tài)pwm切換，由只在馬達(dá)加速/減速期間將fpwm設(shè)定在更高值的裝置提供；(4)速度-位置PWM切換，由只在位置環(huán)操作將fpwm設(shè)定在更高值的裝置提供；(5)等效負(fù)載因子PWM切換，由對(duì)馬達(dá)負(fù)載因子進(jìn)行運(yùn)算并能夠根據(jù)該負(fù)載因子來(lái)改變fpwm的裝置提供；(6)散熱器-環(huán)境溫度差PWM切換，由檢測(cè)散熱器的溫度和逆變器控制設(shè)備的環(huán)境溫度并能夠根據(jù)它們之間的差來(lái)改變fpwm的裝置提供；(7)由在固定和改變fpwm之間進(jìn)行選擇的裝置進(jìn)行的切換；以及(8)當(dāng)fpwm受到切換時(shí)，將開(kāi)關(guān)裝置的柵極關(guān)閉一次。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的主設(shè)置圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的操作時(shí)序圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的操作流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第二實(shí)施例的主設(shè)置圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第二實(shí)施例的操作時(shí)序圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第二實(shí)施例的操作流程圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第三實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第三實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第三實(shí)施例的操作流程圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第四實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第四實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第四實(shí)施例的操作流程圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第五實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第五實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第五實(shí)施例的操作流程圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第六實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第六實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第六實(shí)施例的操作流程圖。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第七實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第七實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖21是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第七實(shí)施例的操作流程圖。
圖22是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第八實(shí)施例的主設(shè)置圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第八實(shí)施例的操作時(shí)序圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的第八實(shí)施例的操作流程圖。
圖25是傳統(tǒng)的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。
圖26是傳統(tǒng)的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的矢量控制框圖。
圖27是傳統(tǒng)的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的PWM操作原理圖。
圖28(a)-28(b-3)是傳統(tǒng)的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的輪廓圖。
在上述附圖中，在本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例中，與現(xiàn)有技術(shù)中的部分相同的部分由相同的標(biāo)號(hào)表示。
下面結(jié)合圖1描述本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖1是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。
在此圖中，標(biāo)號(hào)14表示一個(gè)低速-高速PWM切換電路14，它具有接收速度檢測(cè)器6的檢測(cè)輸出ωr、判定當(dāng)前馬達(dá)速度是處于低速范圍還是處于高速范圍、并切換PWM電路10的fpwm的裝置。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖?，F(xiàn)在根據(jù)圖2來(lái)描述該實(shí)施例的操作原理。
在圖2中，顯示了圖27中的PWM電路10的內(nèi)部設(shè)置，下面將描述fpwm與馬達(dá)電流頻率fm之間的關(guān)系。一般地，要在不影響控制性能的情況下驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，至少需要滿足以下的條件fpwm＞6×fm即，在馬達(dá)電流的一個(gè)周期中至少應(yīng)該進(jìn)行六次切換。圖2顯示了六次切換的出現(xiàn)。為了給出一個(gè)具體的例予以便于理解，當(dāng)兩極感應(yīng)馬達(dá)以50000rpm轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)fm＝P×ωr/12＝(2×50000/120)＝0.833kHz因此，fpwm＞6×0.833kHz＝5kHz如果馬達(dá)以25000rpm轉(zhuǎn)動(dòng)，fpwm可以是2.5kHz。
圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖。現(xiàn)在結(jié)合圖3描述由低速-高速PWM切換電路14進(jìn)行的操作的流程例子。首先，在步驟101判定馬達(dá)速度r是否小于25000rpm。如果速度小于25000rpm，則在步驟102將fpwm設(shè)定在2.5kHz。如果不小于25000rpm，則在步驟103將fpwm設(shè)定在5kHz。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，fpwm在低速范圍中也被設(shè)定在5kHz，以便于50000rpm驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，這在進(jìn)行較多次的重切削且馬達(dá)電流增大的情況下，在低速范圍中使開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生出的熱量增大。如所解釋的，這造成了逆變器控制設(shè)備的尺寸的增大。
根據(jù)本發(fā)明，fpwm在低速范圍中與現(xiàn)有技術(shù)的相同(其中進(jìn)行較多次的重切削)，以防止開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量增大。然而，在主要進(jìn)行輕切削的高速范圍中，fpwm得到了提高，以保持控制性能。其結(jié)果，能夠用具有圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)備的特征的逆變器控制設(shè)備，來(lái)如下所述地保持非?？斓霓D(zhuǎn)速。
另外，在本發(fā)明中，fpwm的切換速度，就是直接裝在馬達(dá)上的速度檢測(cè)器檢測(cè)的速度。因此，能夠?qū)崟r(shí)地掌握馬達(dá)的實(shí)際速度，且在切換時(shí)序中不會(huì)出現(xiàn)速度檢測(cè)延遲，以提供平滑的加速/減速特性。
除了本發(fā)明的實(shí)施例以外，fpwm的切換速度可以由一個(gè)速度指令確定或者從馬達(dá)電流的頻率估計(jì)。如果采用速度指令，則在速度指令與實(shí)際速度之間一般有一個(gè)延遲，造成切換的速度與所希望用于切換的實(shí)際速度有所不同。另外，如果采用從電流頻率估計(jì)的速度，則由于具有PWM導(dǎo)出的諧波的電流波形，會(huì)產(chǎn)生速度估計(jì)值誤差，使得無(wú)法以精確的速度進(jìn)行切換。因此，與本發(fā)明的第一實(shí)施例相比，難于以這種方法提供平滑的加速/減速特性。
現(xiàn)在結(jié)合圖4來(lái)描述本發(fā)明的第二實(shí)施例；圖4是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，15表示一個(gè)恒定力矩-恒定輸出PWM切換電路，它接收速度檢測(cè)器6的檢測(cè)輸出ωr和包含在矢量控制運(yùn)算電路8中的次級(jí)磁通量圖形發(fā)生器的馬達(dá)基速ωb、判定當(dāng)前馬達(dá)速度是處于恒定力矩區(qū)內(nèi)(即小于ωb)還是處于恒定輸出區(qū)內(nèi)(即不小于ωb)，并切換PWM電路10的fpwm。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖?，F(xiàn)在將結(jié)合圖5來(lái)描述本實(shí)施例的操作原理。
圖5顯示了馬達(dá)特性，其中201表示輸出-速度特性，202表示力矩-速度特性，203表示次級(jí)磁通量-速度特性，且204表示初級(jí)電流-速度特性。感應(yīng)馬達(dá)的輸出特性一般被設(shè)計(jì)成在小于ωb的速度區(qū)中如201所示地使輸出與速度成比例地增大，且在不小于ωb的速度區(qū)中使輸出保持恒定。用于切換ωb的該速度通常被稱為基速。202明顯地表示了在小于ωb時(shí)的恒定力矩特性(恒定力矩區(qū))和在不小于ωb時(shí)的恒定輸出特性(恒定輸出區(qū))。另外，與力矩成比例地，次級(jí)磁通量如203所示地象力矩那樣地彎曲。另外，馬達(dá)的初級(jí)電流，即流過(guò)逆變器電路4的開(kāi)關(guān)裝置的電流，在小于ωb處如204所示地是恒定的，且在超過(guò)ωb時(shí)逐漸減小。
現(xiàn)在描述fpwm、馬達(dá)初級(jí)電流和開(kāi)關(guān)裝置所產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系。一般地，開(kāi)關(guān)裝置的損耗被分成(1)與fpwm和馬達(dá)初級(jí)電流成正比的切換損耗；以及(2)與馬達(dá)初級(jí)電流成正比的穩(wěn)定損耗。
另外，馬達(dá)通常以低噪聲運(yùn)行，以減小令人討厭的馬達(dá)激勵(lì)噪聲，這種噪聲特別容易在小于ωb(此時(shí)次級(jí)磁通量大)時(shí)發(fā)生。因此，fpwm不一定在所有的速度區(qū)中都高以保持低噪聲，且本發(fā)明的目的是減小在次級(jí)磁通量和馬達(dá)初級(jí)電流小的恒定輸出區(qū)中的fpwm，以防止總的開(kāi)關(guān)裝置損耗增大。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖?，F(xiàn)在結(jié)合圖6描述由恒定力矩-恒定輸出PWM切換電路15進(jìn)行的操作的流程圖。首先，在步驟205判定馬達(dá)速度ωr是否小于ωb。如果該速度小于ωb，則在步驟206將fpwm設(shè)定為fpwm0＝10-20kHz。如果該速度不小于ωb，則在步驟207，在fpwm＞3kHz的條件下，將fpwm設(shè)定為(ωb/ωr)×fpwm0。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，雖然主要應(yīng)該是在小于ωb的速度區(qū)中降低馬達(dá)噪聲，但由于沒(méi)有fpwm切換功能，在不小于ωb的速度區(qū)中fpwm也被設(shè)定在10-20kHz，這導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量在所有速度區(qū)中的增大，從而造成了逆變器控制設(shè)備的尺寸的增大。
根據(jù)本發(fā)明，在次級(jí)磁通量大的恒定力矩區(qū)中fpwm得到了提高，而在次級(jí)磁通量以更高的速度減小的恒定輸出區(qū)中fpwm被逐漸減小，以防止總的開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生熱量的增大，其結(jié)果，是能夠用與圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相同的逆變器控制設(shè)備，來(lái)保證馬達(dá)的低噪聲運(yùn)行。如下所述?，F(xiàn)在描述本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同。第一實(shí)施例在低速范圍和高速范圍之間切換fpwm(在低速范圍中為低fpwm且在高速范圍中為高fpwm)，且第二實(shí)施例的恒定力矩區(qū)與恒定輸出區(qū)之間切換fpwm(在恒定力矩區(qū)中為高fpwm且在恒定輸出區(qū)中為低fpwm)。兩個(gè)實(shí)施例在以給定的速度切換fpwm上是類似的，但在以下方面不同(1)第一實(shí)施例采用了滿足條件fpwm＞6×fm的速度作為切換速度，其中fm＝馬達(dá)初級(jí)電流的頻率，以便即使在高速范圍中也保持控制性能，并降低在低速范圍中的產(chǎn)生熱量；且(2)第二實(shí)施例采用了馬達(dá)基速ωb作為切換速度，以在小于基速時(shí)降低馬達(dá)噪聲并在不小于基速度時(shí)降低熱量產(chǎn)生。因此，第一和第二實(shí)施例在fpwm在切換速度下減小和增大是彼此相對(duì)的，因而它們有不同的效果，即，第一實(shí)施例抑制了熱量產(chǎn)生并同時(shí)保持在非常高的速度范圍中的控制性能，而第二實(shí)施例抑制了熱量產(chǎn)生并同時(shí)降低了低速范圍中的噪聲。
現(xiàn)在結(jié)合圖7描述本發(fā)明的第三實(shí)施例；圖7是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，16表示一個(gè)加速/減速-穩(wěn)定狀態(tài)PWM切換電路，它具有接收速度檢測(cè)器6的檢測(cè)輸出ωr和速度指令電路7的指令輸出ωr*、判定電流馬達(dá)操作是處于加熱/減速操作模式還是處于任何其穩(wěn)定-狀態(tài)操作模式、并切換PWM電路10的fpwm的裝置。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖。現(xiàn)在根據(jù)圖8描述該實(shí)施例的操作原理。
圖8顯示了判定馬達(dá)操作模式的方式，其中301表示馬達(dá)速度，302表示一個(gè)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)，303表示一個(gè)達(dá)到速度信號(hào)，304表示一個(gè)加速/減速標(biāo)志，305表示一個(gè)切削負(fù)載狀態(tài)，且306表示一個(gè)馬達(dá)初級(jí)電流。首先，當(dāng)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)302在時(shí)刻刻t被導(dǎo)通時(shí)，馬達(dá)加速并在時(shí)刻t2達(dá)到一個(gè)目標(biāo)速度，從而導(dǎo)通一個(gè)達(dá)到速度信號(hào)303。當(dāng)負(fù)載305隨后通過(guò)在時(shí)刻t3切削而被加到馬達(dá)上時(shí)，馬達(dá)初級(jí)電流306即等于該負(fù)載的電流。當(dāng)負(fù)載305在時(shí)刻t4被切斷時(shí)且啟動(dòng)信號(hào)302隨后在時(shí)刻t5被關(guān)斷時(shí)，達(dá)到速度信號(hào)303關(guān)斷且馬達(dá)減速。在t1的t2之間和t5與t6之間，以后面方法判定馬達(dá)是在加速還是在減速，且加速/減速標(biāo)志304導(dǎo)通。在這些加速和減速期間，通常還提供馬達(dá)的最大輸出，以減小加速和減速所需的時(shí)間，且為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，馬達(dá)初級(jí)電流也被增大。
為了以低噪聲操作馬達(dá)，經(jīng)常強(qiáng)調(diào)的是在加速/減速期間減小噪聲。這是由于當(dāng)不進(jìn)行加速/減速且進(jìn)行沒(méi)有切削的空載運(yùn)行時(shí)，通常進(jìn)行軟激勵(lì)控制，該控制如在本發(fā)明的第二實(shí)施例中所述地強(qiáng)行減小馬達(dá)的次級(jí)磁通量，以降低馬達(dá)激勵(lì)聲，因而噪聲不是一個(gè)問(wèn)題。另外還由于當(dāng)不進(jìn)行加速/減速且進(jìn)行切削時(shí)，在所要切削的工件與工具之間產(chǎn)生的機(jī)械切削噪聲比馬達(dá)產(chǎn)生的電激勵(lì)噪大得多。因此，經(jīng)常的情況是馬達(dá)不需要進(jìn)行噪聲抑制。
因此，并不是在所有的操作模式下都需要為了降低噪聲而增大fpwm，且本發(fā)明的目的是只在噪聲特別成為問(wèn)題的加速/減速期間增大fpwm且在其他穩(wěn)定狀態(tài)操作期間降低fpwm，從而防止總的開(kāi)關(guān)裝置損耗增大。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖?，F(xiàn)在根據(jù)圖9描述由加速/減速-穩(wěn)定狀態(tài)PWM切換電路16進(jìn)行的操作流程圖。首先，在步驟307判定加速/減速標(biāo)志是否導(dǎo)通。如果該標(biāo)志不導(dǎo)通，則在步驟308檢查啟動(dòng)指令。如果該指令還沒(méi)有改變，則在步驟309將fpwm設(shè)定為fpwmL＝3-5kHz。如果在步驟308所檢查的指令已經(jīng)改變，則在步驟310使加速/減速標(biāo)志導(dǎo)通并在步驟311將fpwm設(shè)定為fpwmH＝5-20kHz。如果在步驟307加速/減速標(biāo)志為導(dǎo)通，則在步驟312檢查達(dá)到速度信號(hào)。如果它為導(dǎo)通，則程序進(jìn)行到步驟311。如果該信號(hào)不導(dǎo)通，則在步驟313將加速/減速標(biāo)志關(guān)斷，且操作隨后進(jìn)行到步驟309。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)該主要只在加速/減速操作模式下降低馬達(dá)噪聲，但在所有的模式下fpwm都被設(shè)定在10-20kHz，因?yàn)闆](méi)有fpwm切換功能。這造成了開(kāi)關(guān)裝置在所有操作模式下所產(chǎn)生的熱量的增大，導(dǎo)致了逆變器控制設(shè)備尺寸的增大。
根據(jù)本發(fā)明，在馬達(dá)電流大且馬達(dá)激勵(lì)聲令人討厭的加速/減速操作模式下，fpwm被提高，以降低馬達(dá)噪聲，且在馬達(dá)激勵(lì)聲不成為問(wèn)題的穩(wěn)定狀態(tài)操作模式，fpwm被降低，以防止開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的總熱量的增大。其結(jié)果，可以具有用圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)備的特征的逆變器控制設(shè)備，來(lái)保證如下所述的馬達(dá)低噪聲運(yùn)行。
本發(fā)明的特征，還在于它在不處于加速/減速模式時(shí)連續(xù)進(jìn)行了PWM控制。其結(jié)果，在穩(wěn)定狀態(tài)模式下保證了迅速的響應(yīng)，且系統(tǒng)能夠抵抗干擾負(fù)載。這些特征，對(duì)于例如在加速/減速模式下降低機(jī)器工具的主軸的噪聲并同時(shí)在和穩(wěn)定狀態(tài)模式下保持對(duì)切削負(fù)載的響應(yīng)是有效的。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖10是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，17表示一個(gè)對(duì)速度檢測(cè)器6的檢測(cè)輸出ωr進(jìn)行積分并輸出位置檢測(cè)值θr的積分器；18表示一個(gè)位置指令電路，它提供馬達(dá)5的位置基準(zhǔn)θr*；19表示一個(gè)位置環(huán)增益電路，它將位置指令電路18的輸出θr*與積分器17的輸出θr之間形成偏離與一個(gè)位置環(huán)增益KP相乘，并將相乘的結(jié)果作為速度指令ωr*而輸出；20表示一個(gè)速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)，它在當(dāng)前模式為速度指令操作模式時(shí)將一個(gè)觸頭切換到位置a，并在當(dāng)前模式為位置指令操作模式時(shí)將該觸頭切換到位置b；且21表示一個(gè)速度-位置PWM切換電路，它具有檢測(cè)速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)20的位置并在速度指令操作模式與位置指令操作模式之間切換PWM電路10的fpwm的裝置。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖。圖11顯示了判定馬達(dá)的指令模式的方式，其中401表示馬達(dá)速度，402表示位置模式ON信號(hào)，403表示初始位置返回完成信號(hào)，且404表示速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)20的狀態(tài)信號(hào)。首先，當(dāng)在位置模式ON信叫402在時(shí)刻t1被導(dǎo)通時(shí)，馬達(dá)開(kāi)始減速以返回到起始位置并在時(shí)刻t2完成起始位置返回。此時(shí)，初始位置返回完成信43被導(dǎo)通，且同時(shí)速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)20從位置a移動(dòng)到位置b。隨后，馬達(dá)在時(shí)刻t3在位置指令行下運(yùn)行。當(dāng)位置模式ON信號(hào)402隨后在時(shí)刻t5被關(guān)斷時(shí)，初始位置返回完成信號(hào)403被關(guān)斷且同時(shí)速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)20從位置b移到位置a。在t2與t5之間，即在位置指令模式下，馬達(dá)的速度環(huán)要求高響應(yīng)，如同在C軸控制。因而，在此位置指令模式中，不進(jìn)行本發(fā)明的第三實(shí)施例中所述的軟激勵(lì)控制(因?yàn)檐浖?lì)控制相應(yīng)地降低了速度環(huán)增益，影響了速度響應(yīng))，而是經(jīng)常進(jìn)行硬激勵(lì)控制，從而象上面所述的那樣產(chǎn)生大的噪聲(激勵(lì)聲)。因此，在該位置指令模式下，馬達(dá)必須以低噪聲運(yùn)行，但fpwm不用在所有的運(yùn)行模式下都為此而得到增大。本發(fā)明的目的，是只在噪聲特別成為問(wèn)題的位置指令模式下增大fpwm并在其他模式下減小fpwm，從而在問(wèn)題指令模式下保持速度環(huán)響應(yīng)并防止總的開(kāi)關(guān)裝置損耗的增大。
圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖。現(xiàn)在結(jié)合圖12描述速度-位置模式選擇開(kāi)關(guān)20進(jìn)行的操作的流程。首先，在步驟405判定是否處于位置指令模式。如果不是，則在步驟407執(zhí)行軟激勵(lì)控制并在步驟408將fpwm設(shè)定為fpwmL＝3-5kHz。如果在步驟405是處于位置指令模式，則在步驟406判定初始位置返回完成信號(hào)是否導(dǎo)通。如果它不導(dǎo)通，則操作進(jìn)行到步驟407和408。如果在步驟406初始位置返回完成信號(hào)導(dǎo)通，則在步驟409執(zhí)行硬激勵(lì)控制并在步驟410將fpwm設(shè)定為fpwmH＝10-20kHz。
根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)，雖然主要只是在位置指令模式下需要降低馬達(dá)噪聲，但由于沒(méi)有fpwm切換功能，fpwm在所有的模式下都被設(shè)定為10-20kHz，這造成了開(kāi)關(guān)裝置在所有模式下所產(chǎn)生的熱量的增大，導(dǎo)致了逆變器控制設(shè)備的尺寸的增大。
根據(jù)本發(fā)明，在馬達(dá)激勵(lì)聲令人討厭的位置指令模式下，fpwm被提高，以降低馬達(dá)噪聲，且在馬達(dá)激勵(lì)聲不成問(wèn)題的其他速度，指令模式下，fpwm被降低，以防止開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的總熱量的增大。其結(jié)果，可以具有用圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)備的特征的逆變器控制設(shè)備，來(lái)保證如下所述的馬達(dá)低噪聲運(yùn)行。
現(xiàn)在結(jié)合圖13來(lái)描述本發(fā)明的第五實(shí)施例；圖13是一種用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，22表示一個(gè)等效負(fù)載因子PWM切換電路，它具有從矢量控制算法電路8接收用于力矩Iq*的電流指令值、對(duì)馬達(dá)的等效負(fù)載因子進(jìn)行運(yùn)算、并切換PWM電路10的fpwm的裝置。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖?，F(xiàn)在根據(jù)圖14來(lái)描述該實(shí)施例的操作原理。
圖14顯示了對(duì)馬達(dá)的等效負(fù)載因子進(jìn)行運(yùn)算的方式，其中501表示一個(gè)馬達(dá)速度，502表示一個(gè)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)，503表示一個(gè)切削負(fù)載狀態(tài)，且504表示一個(gè)用于力矩Iq*的電流指令值。首先，當(dāng)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)502在時(shí)刻t1被導(dǎo)通時(shí)，馬達(dá)被加速并在時(shí)刻t2達(dá)到目標(biāo)速度。當(dāng)負(fù)載503通過(guò)切削等等而在時(shí)刻t3被加到馬達(dá)上時(shí)，與該負(fù)載對(duì)應(yīng)的用于力矩Iq*504的電流指令值得到輸出。當(dāng)負(fù)載503在時(shí)刻t4被切斷且馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)502隨后在時(shí)刻t5被關(guān)斷時(shí)，馬達(dá)被減速。在t1與t2和t5與t6之間，馬達(dá)被加速和減速，提供馬達(dá)的最大輸出以減小加速和減速所需的時(shí)間，且為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，用于力矩Iq*的電流指令值通常為用于力矩的額定電流值的120％。
假定在t3與t4之間的切削負(fù)載為例如80％，且T是用于找到等效負(fù)載因子所需的基準(zhǔn)時(shí)間，則可用下式找到時(shí)刻t0與t6之間的等效負(fù)載因子等效負(fù)載因子＝(1.22×{(t2-t1)+(t6-t5)}+0.82×)1/2/T……數(shù)字表達(dá)式1類似地，在下一個(gè)周期T(在時(shí)刻t6與t7)之間中的等效負(fù)載因子，也用類似的數(shù)學(xué)表達(dá)式得到。因此，以類似的方式為各個(gè)T周期找到等效負(fù)載因子。最好將此時(shí)間T設(shè)定為單個(gè)周期時(shí)間(即用于重復(fù)相同的操作的時(shí)間)的1/5到1/10，因?yàn)槿绻鸗與例如單個(gè)周期時(shí)間相匹配，則等效負(fù)載因子將始終得到固定，從而不能產(chǎn)生本發(fā)明的效果。
為了使馬達(dá)以低噪聲運(yùn)行，關(guān)鍵是要考慮這種等效負(fù)載因子，因?yàn)槿绻麨榱耸柜R達(dá)以低噪聲運(yùn)行而以如上所述的方式過(guò)度增大fpwm，則開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量增大，且在最壞的情況下，可能會(huì)超過(guò)裝置的允許溫度，從而造成裝置的損壞或產(chǎn)生過(guò)熱警報(bào)以保護(hù)裝置。為了防止這種情況，需要監(jiān)測(cè)等效負(fù)載因子并同時(shí)控制fpwm的值，以抑制裝置產(chǎn)生的熱量。
因此，為了降低噪聲而將fpwm保持為高，會(huì)在裝置保護(hù)方面產(chǎn)生問(wèn)題，且本發(fā)明的目的是使fpwm根據(jù)負(fù)載因子而變化，從而防止總開(kāi)關(guān)裝置損耗的增大。
圖1 5是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖。現(xiàn)在結(jié)合圖15來(lái)描述由等效負(fù)載因子PWM切換電路22進(jìn)行的操作的流程。首先，在步驟505判定定時(shí)器是否計(jì)時(shí)到了T。如果它還沒(méi)有計(jì)時(shí)到T，則在步驟506使定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)。如果定時(shí)器已經(jīng)計(jì)時(shí)到了T，則在步驟507將其復(fù)置，隨后在步驟508用數(shù)字表達(dá)式1對(duì)等效負(fù)載因子進(jìn)行運(yùn)算，且該計(jì)算處理的結(jié)果被定義為L(zhǎng)oad-e(％)。隨后，在步驟509將fpwm設(shè)定為fpwm)×(Load-c/Load-e)(其中fpwm0＝10-20kHz，Load-c＝100％)。因此，根據(jù)該操作流程，隨著等效負(fù)載因子增大，fpwm降低。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)等效負(fù)載因子而改變fpwm，以防止開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的總熱量的增大，從而能夠采用如圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)備相同的逆變器控制設(shè)備來(lái)以如下所述的方式保持馬達(dá)的低噪聲運(yùn)行。
作為與本發(fā)明的方法類似的一種方法，可以想到的是馬達(dá)電流的瞬時(shí)值或用于力矩Iq*的電流指令值的瞬時(shí)值被看作負(fù)載因子，且使fpwm能夠保持該負(fù)載因子改變。然而，用這種方法，由于馬達(dá)電流和用于力矩Iq*的電流指令突然改變(即迅速跟蹤負(fù)載變化)，所以fpwm也突然改變，從而使得難于執(zhí)行穩(wěn)定的電流控制。
與其相反，本發(fā)明在一定的時(shí)間的保持了給定的fpwm，從而保證了更穩(wěn)定的電流控制。
現(xiàn)在結(jié)合圖16描述本發(fā)明的第六實(shí)施例，圖16是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，23表示一個(gè)散熱器熱敏電阻，它裝在散熱器11上以測(cè)量逆變器電路4中的開(kāi)關(guān)裝置的溫度；24表示一個(gè)散熱器溫度檢測(cè)電路，它接收散熱器熱敏電阻23的輸出；26表示一個(gè)環(huán)境溫度熱敏電阻，它裝在安裝在控制盒中的逆變器控制設(shè)備的周邊上，以測(cè)量控制盒的環(huán)境溫度；27表示一個(gè)環(huán)境溫度檢測(cè)電路，它接收環(huán)境溫度熱敏電阻26的輸出；且25表示一個(gè)散熱器-環(huán)境溫度差PWM切換電路，它具有接收來(lái)自環(huán)境溫度檢測(cè)電路27的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)并根據(jù)它們之間的差切換PWM電路10的fpwm的裝置。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖。現(xiàn)在結(jié)合圖17描述該實(shí)施例；圖17顯示了散熱器溫度和環(huán)境溫度的改變。在此圖中，601表示散熱器溫度，602表示環(huán)境溫度，且603表示馬達(dá)負(fù)載狀態(tài)。
在此圖中，在時(shí)刻t1與t2之間，馬達(dá)負(fù)載603為0，且散熱器溫度601幾乎與環(huán)境溫度602相同。當(dāng)負(fù)載L1在時(shí)刻t2被加上時(shí)，散熱器溫度601上升。當(dāng)在時(shí)刻t3加上了負(fù)載L2(＞L1)時(shí)，散熱器溫度601進(jìn)一步上升。當(dāng)環(huán)境溫度602在時(shí)刻t4在加上了負(fù)載L2的情況下上升時(shí)，散熱器溫度601也相應(yīng)地上升，但溫度差相等(散熱器溫度-環(huán)境溫度)且在時(shí)刻t4與t5之間為常數(shù)。當(dāng)馬達(dá)負(fù)載603在時(shí)刻t5再次為零時(shí)，散熱器溫度601下降并最終達(dá)到幾乎與環(huán)境溫度602相同的值。
為了使馬達(dá)以低噪聲運(yùn)行，關(guān)鍵是要考慮該溫度差，因?yàn)槿绻麨榱耸柜R達(dá)以低噪聲運(yùn)行而使fpwm以如上所述的方式過(guò)度增大，開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量增大，且在最壞的情況下，可能會(huì)超過(guò)裝置的允許溫度，從而造成裝置的損壞或產(chǎn)生過(guò)熱警報(bào)以保護(hù)裝置。為了防止這些，只有散熱器溫度可以得到檢測(cè)，且fpwm在溫度低時(shí)被增大，在溫度高時(shí)被減小，但馬達(dá)的負(fù)載因子還沒(méi)有得到考慮，因?yàn)樵诖饲闆r下散熱器溫度包括環(huán)境溫度。即，由于如果只有環(huán)境溫度改變則fpwm的值改變，因而即使馬達(dá)負(fù)載因子相同，馬達(dá)的噪聲水平也取決于環(huán)境溫度。本發(fā)明對(duì)這種缺陷進(jìn)行了補(bǔ)償，即根據(jù)散熱器溫度與環(huán)境溫度之差而只獲得了裝置的溫度上升，從而估計(jì)馬達(dá)的等效負(fù)載因子并同時(shí)控制fpwm的值，以抑制裝置產(chǎn)生的熱量。因此，由于為降低噪聲而把fwpm保持為高在裝置的溫度保護(hù)方面產(chǎn)生了問(wèn)題，所以本發(fā)明的目的是使fpwm根據(jù)負(fù)載因子而變化，以防止總的開(kāi)關(guān)裝置損耗的增大。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的第六第實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變控制設(shè)備的操作流程圖?，F(xiàn)在結(jié)合圖1 8描述由散熱器-環(huán)境溫度差PWM切換電路25進(jìn)行的操作的流程。首先，在步驟604從散熱器溫度-環(huán)境溫度計(jì)算裝置溫度上升。隨后，在步驟605，根據(jù)計(jì)算結(jié)果而將fpwm設(shè)定為fpwm0×(溫度上升基準(zhǔn)值/裝置溫度上升)(其中，例如，fpwm0＝10-20kHz，fpwm＜20kHz，溫度上升基準(zhǔn)值＝25度)。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)散熱器溫度與環(huán)境溫度(與開(kāi)關(guān)裝置溫度上升和馬達(dá)等效負(fù)載因子相比較)之間的差來(lái)改變fpwm，以防止開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的總熱量的增大。其結(jié)果，能夠采用與圖28(a)所示的傳統(tǒng)設(shè)備相同的逆變器控制設(shè)備來(lái)保證如下所述的馬達(dá)低噪聲運(yùn)行。
現(xiàn)在用圖19來(lái)描述本發(fā)明的第七實(shí)施例；圖19是用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。在此圖中，28表示一個(gè)低頻PWM設(shè)定電路，其中fpwm被固定在3-5kHz的低頻；29表示一個(gè)PWM切換電路，它在前述第二至第六實(shí)施例中的每一個(gè)里都得到了顯示；且30表示一個(gè)PWM系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)，它選擇低頻PWM電路28或PWM切換電路29。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖?，F(xiàn)在根據(jù)圖20來(lái)描述該實(shí)施例的操作原理。在此圖中，801表示PWM系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)30的設(shè)定。在時(shí)刻t1之間，PWM系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)30被設(shè)定在位置a，以象在現(xiàn)有技術(shù)中那樣進(jìn)行不需要低馬達(dá)噪聲的普通運(yùn)行。隨后，當(dāng)要求低馬達(dá)噪聲時(shí)，PWM系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)30在時(shí)刻t1被移動(dòng)到位置b，以進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施例2至6中所述的低噪聲運(yùn)行。為了移動(dòng)開(kāi)關(guān)30，可以采用一個(gè)設(shè)定銷來(lái)選擇兩個(gè)位置中的一個(gè)、采用參數(shù)設(shè)定裝置(未顯示)的參數(shù)設(shè)定值來(lái)選擇兩個(gè)位置中的一個(gè)、或采用外部指令裝置(未顯示)的切換指令信號(hào)來(lái)選擇位置中的一個(gè)。圖20顯示了采用外部指令裝置的切換指令信號(hào)來(lái)動(dòng)態(tài)地選擇位置的情況。
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的，是避免高頻PWM-其中操作條件受到了限制以減少開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量，以便在不特別要求低噪聲時(shí)以盡可能高的負(fù)載因子進(jìn)行運(yùn)行，并提供如在前述的實(shí)施例中所述的fpwm改變功能，以便在要求低噪聲時(shí)能夠采用相同的逆變器控制設(shè)備，即使開(kāi)關(guān)裝置產(chǎn)生的熱量的增大將使負(fù)載因子比在開(kāi)關(guān)30被設(shè)定在位置a的情況下低。
圖21是本發(fā)明的第七實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖?，F(xiàn)在結(jié)合圖21來(lái)描述本發(fā)明的該操作流程。首先，在步驟802，判定當(dāng)前運(yùn)行是否處于低噪聲模式。如果不是處于低噪聲模式，則在步驟803將開(kāi)關(guān)30設(shè)定在位置a，以便將fpwm設(shè)定在3-5kHz。如果在步驟802當(dāng)前運(yùn)行是處于低噪聲模式，則在步驟804將開(kāi)關(guān)30置于位置b，以進(jìn)行在本發(fā)明的第二至第六實(shí)施例中所述的低噪聲操作。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)要求低噪聲時(shí)能夠以最大的負(fù)載因子進(jìn)行操作，且當(dāng)要求低噪聲時(shí)進(jìn)行在第二至第六實(shí)施例中所述的低噪聲操作。因此，第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是只設(shè)定開(kāi)關(guān)使得能夠采用相同的逆變器控制設(shè)備作為低噪聲和高負(fù)載因子型設(shè)備，且第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠按照需要在低噪聲模式和高負(fù)載因子模式之間切換操作。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。圖22是本發(fā)明的第八實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的主設(shè)置圖。
在此圖中，31表示在前述的第一至第六實(shí)施例的每一個(gè)中所示的PWM切換電路；32表示PWM柵極關(guān)閉電路，它在一旦從PWM切換電路31接收的切換信號(hào)的控制下fwpm受到切換時(shí)，輸出一個(gè)柵極關(guān)斷信號(hào)(GOFF)以停止逆變器電路4中的開(kāi)關(guān)裝置的切換。
圖23是根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作時(shí)序圖。現(xiàn)在結(jié)合圖23來(lái)描述該實(shí)施例的操作原理。
在此圖中，901表示一個(gè)用于PWM控制的三角波，902表示馬達(dá)電流，且903表示一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置柵極導(dǎo)通信號(hào)。圖23a顯示了本發(fā)明的實(shí)施例1至7中所示的非?？焖龠\(yùn)行或低噪聲操作中fpwm的切換，其中fpwm是在時(shí)刻t1瞬時(shí)從低頻切換到高頻或從高頻切換到低頻的。在此情況下，一個(gè)問(wèn)題是該圖中所示的電流跳躍，它是由控制系統(tǒng)在時(shí)刻t1附近的干擾使fpwm突然改變引起的。在顯示本發(fā)明的圖23b中，柵極關(guān)閉在早于時(shí)刻t1的時(shí)刻t2進(jìn)行，fpwm在時(shí)刻t1被切換到該狀態(tài)，且柵極導(dǎo)通信號(hào)在晚于時(shí)刻t1的時(shí)刻t3再將被導(dǎo)通。因此，本發(fā)明的目的，是保證在沒(méi)有在圖23a中造成問(wèn)題的馬達(dá)電流902的跳躍的情況下的穩(wěn)定fpwm切換。
圖24是本發(fā)明的第八實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備的操作流程圖。現(xiàn)在結(jié)合圖24描述由該P(yáng)WM柵極關(guān)閉電路32進(jìn)行的操作流程。首先，在步驟904檢查來(lái)自PWM切換電路31的輸出信號(hào)，以自動(dòng)判定是否要切換fpwm(該判定方法如在本發(fā)明的實(shí)施例1至6中所描述的)。如果不切換fpwm，則在步驟905將在后面描述的定時(shí)器復(fù)位。如果在步驟904切換fpwm，則在步驟906判定該柵極關(guān)閉定時(shí)器是否已經(jīng)計(jì)時(shí)到了設(shè)定的值TG。如果該定時(shí)器還沒(méi)有計(jì)時(shí)到TG，則在步驟908判定該定時(shí)器是否已經(jīng)計(jì)時(shí)到了TG/2。如果該定時(shí)器還沒(méi)有計(jì)時(shí)到TG/2，則在步驟910使該定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)。如果該定時(shí)器在步驟908已經(jīng)計(jì)時(shí)到了TG/2，則在步驟909切換fpwm且流程進(jìn)行到步驟910。如果該定時(shí)器在步驟906已經(jīng)計(jì)時(shí)到了TG，則在步驟907使柵極導(dǎo)通信號(hào)導(dǎo)通。
根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)馬達(dá)以非常高的速度或低噪聲運(yùn)行時(shí)，能夠在進(jìn)行fpwm切換時(shí)不出現(xiàn)馬達(dá)電流跳躍的情況下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的fpwm切換。
在本實(shí)施例中，雖然為了理解的方便而以矢量控制逆變器控制設(shè)備作為例子，但相同的裝置可以被安裝在其中設(shè)定PWM頻率以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的任何其他系統(tǒng)中。
除了上述各個(gè)實(shí)施例以外，也可以將這些實(shí)施例的特征結(jié)合起來(lái)。在這里沒(méi)有給出這些結(jié)合的實(shí)施例，因?yàn)楸炯夹g(shù)領(lǐng)域中的人員能夠根據(jù)以下的教導(dǎo)很容易地將所顯示和公布的實(shí)施例結(jié)合起來(lái)。
第九實(shí)施例包括了第二和第六實(shí)施例的結(jié)合。為了減少在恒定力矩區(qū)(即小于ωb)中驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)產(chǎn)生的熱量，第二和第六實(shí)施例的結(jié)合將使fpwm在恒定力矩區(qū)中根據(jù)負(fù)載因子而變化。這種結(jié)合還提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即具有優(yōu)異的噪聲減小效率。從第二和第七實(shí)施例的結(jié)合，可以獲得類似的結(jié)果。
第十實(shí)施例由第三實(shí)施例和第六實(shí)施例的結(jié)合獲得，并且也提供了高的噪聲減小效率。為了減小當(dāng)重復(fù)且頻繁地進(jìn)行加速和減速時(shí)產(chǎn)生的熱量，第十實(shí)施例中所述的結(jié)合將使fpwm在恒定力矩區(qū)中根據(jù)負(fù)載因子而變化。當(dāng)把第三實(shí)施例與第七實(shí)施例相結(jié)合時(shí)，也能夠獲得類似的結(jié)果。
第十一實(shí)施例是從第四實(shí)施例和第六實(shí)施例的結(jié)合而獲得的，它用于減小在位置環(huán)驅(qū)動(dòng)期間產(chǎn)生的熱量和噪聲。作為所公布的結(jié)合的結(jié)果，fpwm在位置環(huán)中根據(jù)負(fù)載因子而變化。當(dāng)把第四實(shí)施例與第七實(shí)施例相結(jié)合時(shí)，也能夠獲得類似的結(jié)果。
第十二實(shí)施例是從第三、第四和第六實(shí)施例的結(jié)合獲得的。作為這種結(jié)合的結(jié)果，在只將第三和第六實(shí)施例相結(jié)合時(shí)在位置環(huán)驅(qū)動(dòng)期間可能產(chǎn)生的噪聲，以及在只把第四和第六實(shí)施例相結(jié)合時(shí)在加速和減速期間可能產(chǎn)生的噪聲，都得到了減小。當(dāng)把第三、第四和第七實(shí)施例相結(jié)合時(shí)，也能夠獲得類似的優(yōu)點(diǎn)。
每一個(gè)其他專利申請(qǐng)的整個(gè)公開(kāi)-本發(fā)明從這些現(xiàn)有技術(shù)申請(qǐng)中獲得了好處-在此都被作為參考文獻(xiàn)。
雖然借助至少一個(gè)最佳實(shí)施例而以一定程度的具體性描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是該最佳實(shí)施例的公布只是以舉例的方式進(jìn)行的，且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行編號(hào)和部件設(shè)置上的改變。
權(quán)利要求
1.一種逆變器控制設(shè)備，包括用于檢測(cè)由一個(gè)逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)的初級(jí)電流的電流檢測(cè)器和用于根據(jù)所述電流檢測(cè)器的初級(jí)電流檢測(cè)值和一個(gè)初級(jí)電流指令值對(duì)所述逆變器電路進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制電路，其特征在于所述逆變器控制設(shè)備包括用于在固定和改變所述脈沖寬度調(diào)制電路的PWM頻率之間進(jìn)行選擇的開(kāi)關(guān)裝置。
全文摘要
用于由逆變器電路驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)的逆變器控制設(shè)備和方法。該馬達(dá)的初級(jí)電流由一個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)并與一個(gè)初級(jí)電流指令值一起被用來(lái)提供逆變器電路的脈沖寬度調(diào)制。該逆變器受到一個(gè)開(kāi)關(guān)電路的控制，該開(kāi)關(guān)電路能夠根據(jù)任一或多個(gè)個(gè)因素來(lái)改變PWM頻率，這些因素包括馬達(dá)速度、馬達(dá)速度或位置控制模式、等效負(fù)載因子和檢測(cè)溫度。
文檔編號(hào)H02M7/48GK1164144SQ97102460
公開(kāi)日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1997年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月28日
發(fā)明者林田隆洋 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社