CN101682292B - 逆变器装置及其输出电压检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种逆变器装置及其输出电压检测方法，作为共通电路(4)具备能够在对逆变器部(2)的开关变化高速地进行脉冲检测的同时检测出马达残留电压或相位的高速脉冲(Vpu)检测及残留电压(Vuv)或相位(Vphuv)检测的检测部，能够在简化电路构成的同时，实现低成本化、装置的小型化。具体为，具备由电压检测部(3)、根据所述电压检测部(3)的输出即1相的相电压检测值和第1基准电压值(Vref1)的比较检测出高速脉冲(Vpu)的电路(U3)、根据所述电压检测部(3)的输出即2相的相电压检测值检测出线间残留电压(Vuv)的电路(U1)、根据所述线间残留电压(Vuv)和第2基准电压值(Vref2)的比较检测出线间相位(Vphuv)的电路构成的逆变器输出电压检测电路(4)。

Description

逆变器装置及其输出电压检测方法
技术领域
本发明涉及一种逆变器装置及其输出电压检测方法，在高速地检测出逆变器输出电压的同时，检测出马达残留电压或相位。 
背景技术
第1现有技术是“涉及逆变器的电压检测电路”的技术，其目的在于“提供一种能够以直流输入电压的大致1/2不受干扰影响地高速检测出逆变器输出电压，消除感应电动机的旋转颤动的逆变器的电压检测电路”(例如，参照专利文献1)。 
另外，第2现有技术是“涉及可变速驱动感应电动机的功率转换装置”的技术，其目的在于“获得一种能够检测出驱动控制对象即感应电动机的转速的小型、低成本的功率转换装置”(例如，参照专利文献2)。 
第1现有技术如下构成，“具备：分压电路RU、RX，将逆变器的直流电压Vdc分压为1/2；二极管电桥DUA1、DXA1、DUA2、DXA2，与检测电源(驱动电源)E1+E2逆向并联连接并输入逆变器的输出电压VA和分压电压VB；比较器CP，比较输出电压VA和分压电压VB；及光耦合器，通过电阻R4连接于电源E1+E2并通过比较器CP进行导通、关断控制)”(未图示)，“能够以直流输入电压的大致1/2高速地检测出”“逆变器主电路的上臂及下臂的开关元件的导通、关断”即逆变器输出电压。 
另一方面，第2现有技术为“电压极性检测电路5a由分压电阻9、与分压电阻9串联连接的电阻10及检测电阻10的两端电压极性的极性判别用比较器11a构成”(未图示)，对于“在因突然停电等而导致感应电动机处于自由运转状态时，感应电动机1次侧所产生的残留电压”，“能够通过使任意的半导体开关元件的1个元件导通，而相对于直流电压部确定自由运转状态的感应电动机的线间电位，通过直流电压部和马达配线之间的电压极性检测电路检测出残留电压极性”。 
[0006] 因此，在第1或2的现有技术中，由于是对应于检测信号的响应性的电路构成，即分为主要目的是需要高速检测的逆变器输出电压检测以及主要目的是不需要较高速检测的残留电压或相位检测的电路构成，因此分别进行检测。 
专利文献1：日本国特开平6-121544号公报(第3页，图1) 
专利文献2：日本国特开2006-296008号公报(第3页，图1) 
在第1或2的现有技术中，由于是分别检测出不同目的的电压的专用的电路构成，因此存在无法检测出两个电压，即在高速地检测出逆变器输出电压的同时检测出马达残留电压或相位的问题。 
具体为，在第1现有技术中，为了获得高速且良好的电压检测精度，需要能够跟踪逆变器部的开关变化的高速脉冲检测电路(1us以下)，通常为使用齐纳二极管或二极管的扑捉电流变化的电平移位电路结构。但是，电平移位电路结构存在无法检测出由马达产生的马达残留电压或相位的问题。 
另一方面，在第2现有技术中，为了检测出马达残留电压或相位，在构成基于电阻分压比的模拟电平的检测电路时，不增大分压电阻的消耗电力则无法进行高速的脉冲检测，存在如果要进行高速的脉冲检测则电路面积变大的问题。 
发明内容
本发明是基于上述问题而进行的，目的在于提供一种逆变器装置及其输出电压检测方法，作为共通电路具备能够在对逆变器部的开关变化高速地进行脉冲检测的同时检测出马达残留电压或相位的高速脉冲检测及残留电压或相位检测的检测部，能够在简化电路构成的同时，实现低成本化、装置的小型化。 
为解决上述问题，本发明是如下构成的。 
方案1所述的发明是一种逆变器装置，其具备：直流电源部，向逆变器部供给直流电力；逆变器部，由半导体开关元件及与所述半导体开关元件并联连接的回流二极管构成并将所述直流电力转换为交流电力；及电压检测部，检测所述逆变器部的相电压，所述电压检测部构成为具备：第1电阻器，将一端连接在所述逆变器部和驱动控制对象即马达之间而将另一端连接于第2电阻器；所述第2电阻器，将一端连接于所述第1电阻器而将另一端连接于第3电阻器；所述第3电阻器，将一端连接于所述第2电阻器而将另一端连接于所述直流电源部的N线；及高速二极管，将负极连接在所述逆变器部和所述马达之间而将正极连接于所述第1电阻器与所述第2电阻器连接的位置；其为，具备由所述电压检测部、根据所述电压检测部的输出即一相的相电压检测值和第1基准电压值的比较检测出高速脉冲的电路、根据所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值检测出线间残留电压的电路、根据所述线间残留电压和第2基准电压值的比较检测出线间相位的电路构成的逆变器输出电压检测电路。 
方案2所述的发明为，方案1所述的发明的所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值为在自由运转状态时的所述马达的感应电压值。 
方案3所述的发明为，方案1所述的发明的所述逆变器输出电压检测电路根据所述相电压检测值一并检测出所述高速脉冲及所述线间残留电压以及所述线间相位。 
方案4所述的发明为，方案1所述的发明的所述高速脉冲是在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的上升或下降过渡期中检测出的。 
方案5所述的发明为，方案1所述的发明的所述线间残留电压或线间相位是在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的稳定期中检测出的。 
方案6所述的发明是一种逆变器装置的输出电压检测方法，所述逆变器装置具备：直流电源部，向逆变器部供给直流电力；逆变器部，由半导体开关元件及与所述半导体开关元件并联连接的回流二极管构成并将所述直流电力转换为交流电力；及电压检测部，检测所述逆变器部的相电压，所述电压检测部构成为具备：第1电阻器，将一端连接在所述逆变器部和驱动控制对象即马达之间而将另一端连接于第2电阻器；所述第2电阻器，将一端连接于所述第1电阻器而将另一端连接于第3电阻器；所述第3电阻器，将一端连接于所述第2电阻器而将另一端连接于所述直流电源部的N线；及高速二极管，将负极连接在所述逆变器部和所述马达之间而将正极连接于所述第1电阻器与所述第2电阻器连接的位置；其为，根据所述电压检测部的输出即一相的相电压检测值和第1基准电压值的比较检测出高速脉冲，根据所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值检测出线间残留电压，根据所述线间残留电压和第2基准电压值的比较检测出线间相位。 
方案7所述的发明为，根据方案6所述的发明的所述电压检测部的输出即 两相的相电压检测值为在自由运转状态时的所述马达的感应电压值。 
方案8所述的发明为，根据方案6所述的发明的所述相电压检测值一并检测出所述高速脉冲及所述线间残留电压以及所述线间相位。 
方案9所述的发明为，在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的上升或下降过渡期中检测出方案6所述的发明的所述高速脉冲。 
方案10所述的发明为，在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的稳定期中检测出方案6所述的发明的所述线间残留电压或线间相位。 
根据方案1-3、6-8所述的发明，能够通过简单的电路构成的共通电路对逆变器部的开关变化高速地进行脉冲检测，同时还能够检测出线间残留电压或相位。另外，由于是简单的电路构成，因此能够实现低成本化、装置的小型化。另外，利用高速二极管的追加效果，即使分压电阻器的消耗电力小也能够进行高速脉冲检测及线间残留电压或相位检测，可实现电路面积的最小化。 
根据方案4、5、9、10所述的发明，能够在伴随半导体开关元件的导通、关断动作的所有情况(过渡期、稳定期)下，进行高速脉冲检测或者线间残留电压或相位检测。 
图1是本发明的逆变器装置的主要部分的示意构成图。 
图2是表示图1的电压检测部3的动作的图(U相)。 
符号说明 
1-直流电源部；2-逆变器部；3-电压检测部；4-逆变器输出电压检测电路；5-马达；Vpn-直流电压；Vpu-高速脉冲；Q1～Q6-开关元件(IGBT)；R1～R9-分压电阻器；D1～D3-高速响应用二极管；I1～I4-电流经路；U1-运算放大器；U2～3-比较器；Vref1-电压脉冲生成用指令电压；Vref2-相位检测用指令电压；Vu、Vv、Vw-相电压检测值；Vuv-残留电压检测信号(线间电压)；Vphuv-相位检测信号。 
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 
实施例1 
图1是本发明的逆变器装置的主要部分的示意构成图。图中，1是直流电源部，2是逆变器部，3是电压检测部，4是逆变器输出电压检测电路，5是由逆变器装置驱动的马达。 
本发明与现有技术的不同之处在于，在连接逆变器部2和马达5的输出线上构成具有电压检测部3的逆变器输出电压检测电路4，使高速脉冲检测和残留电压或相位检测为共通电路构成。 
电压检测部3在各相(U、V、W相)和直流电源部1的N线之间具备串联连接的3个分压电阻(例如，U相为R1、R2、R3)以及与连接于输出线的分压电阻(例如，U相为R1)并联连接于输出线的高速响应用二极管(例如，U相为D1)。以U相为例，只要监测分压电阻R3的与连接于直流电源部1的N线的一侧相反的另一端的电压，就能够检测出逆变器输出电压。 
逆变器输出电压检测电路4除电压检测部3以外具备：比较器U3，比较基准电压Vref1(电压脉冲生成用指令电压)和U相电压检测值Vu；运算放大器U1，对U相电压检测值Vu与V相电压检测值Vv的差进行运算；及比较器U2，比较运算放大器U1的输出和另一个基准电压Vref2(相位检测用指令电压)。 
另外，在此虽然以U相为例，但是V相及W相也同样具备1个运算放大器和2个比较器。 
图2是表示图1的电压检测部3的动作的图(U相)。逆变器装置驱动马达5时，开关元件Q1进行导通动作时的上升过渡期以电流经路I1为路径，经由高速响应用二极管D1的反向AK间(A为正极，K为负极)端子容量、电阻器R2、R3，能够得到高速的上升响应的U相电压检测值Vu。 
另外，开关元件Q1进行导通动作时的稳定期以电流经路I2为路径，经由电阻器R1、R2、R3，能够得到基于电阻分压比的U相电压检测值Vu。 
另外，开关元件Q1、Q4进行关断动作时的稳定期以电流经路I4为路径，经由电阻器R1、R2、R3，能够得到基于电阻分压比的U相电压检测值Vu。 
另外，开关元件Q1进行关断动作而开关元件Q4进行导通动作时的下降过渡期以电流经路I3为路径，经由电阻器R3、R2、二极管D1的正向，能够得到基于使电阻器接地的高速的下降响应的U相电压检测值Vu。 
另外，在回流模式的情况下，为了避免因回流电流过大而致使二极管D1和 电阻器R3破损，由电阻器R2抑制回流电流。 
通过如此构成电压检测部3，能够得到过渡期的高速的脉冲响应以及稳定期的基于电阻分压比的U相电压检测值Vu。 
另外，虽然在此以U相为例，但是V相及W相也同样可得到V相电压检测值Vv、W相电压检测值Vw。 
如上所述，逆变器装置驱动马达5时，开关元件Q1进行导通动作时的上升过渡期、稳定期、开关元件Q1进行关断动作而开关元件Q4进行导通动作时的下降过渡期、开关元件Q1、Q4进行关断动作时的稳定期中分别检测出的U相电压检测值Vu是使用有别于电压检测部3而另外具备的运算放大器U1、比较器U2、U3来检测出残留电压Vuv、相位Vphuv、高速脉冲Vpu的。 
另外，V相及W相也同样使用未图示的运算放大器及比较器检测出残留电压Vvw、Vwu、相位Vphvw、Vphwu、高速脉冲Vpv、Vpw。 
检测残留电压或相位的必要性像第2现有技术(参照专利文献2)中也记载的那样，如下所述。 
在可变速驱动感应电动机的功率转换装置中，具有因突然停电等外部因素而导致感应电动机处于自由运转状态后，在电源恢复时，并不是暂时停止后再起动，而是检测出自由运转状态的感应电动机的转速，当电源恢复后，在达到再起动条件时，通过引入自动同步转速而继续运行的自动再起动方法。 
此时，检测出感应电动机的残留电压，根据该残留电压检测出感应电动机的转速或转向并进行自动再起动，或者，检测出感应电动机的残留电压的相位，通过在自由运转状态的期间切断使逆变器部的上臂或下臂的开关元件同时导通的信号时的短路电流的极性反转的时间，检测出感应电动机的转速或转向并进行自动再起动。 
因此，为了检测出用于自动再起动的自由运转状态的感应电动机的转速或转向，需要检测出不需要较高速检测的残留电压或相位。 
由于U、V、W相产生具有120度相位差的逆变器输出电压(自由运转状态时为感应电压)，因此如果由运算放大器对相间的逆变器输出电压进行差运算，则能够作为相间的残留电压而检测出来。另外，如果由比较器比较运算放大器的输出(相间的残留电压)和基准电压(相位检测用指令电压)，则能够检测出 相间的相位差程度。另外，这里的基准电压(相位检测用指令电压)例如可以是将应检测出的相位差进行电压值换算的预先设定的值。另外，根据检测出的残留电压或相位检测感应电动机的转速或转向并进行自动再起动的方法使用现有技术的方法即可。 
检测高速脉冲的必要性像第1现有技术(参照专利文献1)中也记载的那样，是为了消除感应电动机的旋转颤动。 
如果由比较器比较开关元件Q1进行导通动作时的上升过渡期的各相的逆变器输出电压和基准电压(电压脉冲生成用指令电压)，则能够容易地进行高速脉冲检测。另外，这里的基准电压(电压脉冲生成用指令电压)例如是应检测出的电压值的预先设定的值即可，如果是以直流输入电压的大致1/2高速地检测开关元件的导通、关断，则将基准电压(电压脉冲生成用指令电压)换算为相当于直流输入电压的大致1/2的电压值即可。另外，根据检测出的高速脉冲消除感应电动机的旋转颤动的方法使用现有技术的方法即可。 
虽然本发明涉及一种能够在高速地检测出逆变器装置的逆变器输出电压的同时检测出马达残留电压或相位的逆变器装置及其输出电压检测方法，但是由于伺服控制装置或机器人控制装置等其逆变器部分和马达之间的输出构成相同，因此不局限于逆变器装置，还可以应用于伺服控制装置或机器人控制装置等具有相同输出构成的装置。 

Claims (10)

1.一种逆变器装置，其具备：直流电源部，向逆变器部供给直流电力；逆变器部，由半导体开关元件及与所述半导体开关元件并联连接的回流二极管构成并将所述直流电力转换为交流电力；及电压检测部，检测所述逆变器部的相电压，所述电压检测部构成为具备：
第1电阻器，将一端连接在所述逆变器部和驱动控制对象即马达之间而将另一端连接于第2电阻器；
所述第2电阻器，将一端连接于所述第1电阻器而将另一端连接于第3电阻器；
所述第3电阻器，将一端连接于所述第2电阻器而将另一端连接于所述直流电源部的N线；
及高速二极管，将负极连接在所述逆变器部和所述马达之间而将正极连接于所述第1电阻器与所述第2电阻器连接的位置；
其特征在于，
具备由所述电压检测部、
根据所述电压检测部的输出即一相的相电压检测值和第1基准电压值的比较检测出高速脉冲的电路、
根据所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值检测出线间残留电压的电路、
根据所述线间残留电压和第2基准电压值的比较检测出线间相位的电路构成的逆变器输出电压检测电路。
2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值为在自由运转状态时的所述马达的感应电压值。
3.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述逆变器输出电压检测电路根据所述相电压检测值一并检测出所述高速脉冲及所述线间残留电压以及所述线间相位。
4.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述高速脉冲是在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的上升或下降过渡期中检测出的。
5.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述线间残留电压或线间相位是在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的稳定期中检测出的。
6.一种逆变器装置的输出电压检测方法，所述逆变器装置具备：直流电源部，向逆变器部供给直流电力；逆变器部，由半导体开关元件及与所述半导体开关元件并联连接的回流二极管构成并将所述直流电力转换为交流电力；及电压检测部，检测所述逆变器部的相电压，所述电压检测部构成为具备：
第1电阻器，将一端连接在所述逆变器部和驱动控制对象即马达之间而将另一端连接于第2电阻器；
所述第2电阻器，将一端连接于所述第1电阻器而将另一端连接于第3电阻器；
所述第3电阻器，将一端连接于所述第2电阻器而将另一端连接于所述直流电源部的N线；
及高速二极管，将负极连接在所述逆变器部和所述马达之间而将正极连接于所述第1电阻器与所述第2电阻器连接的位置；
其特征在于，
根据所述电压检测部的输出即一相的相电压检测值和第1基准电压值的比较检测出高速脉冲，
根据所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值检测出线间残留电压，
根据所述线间残留电压和第2基准电压值的比较检测出线间相位。
7.根据权利要求6所述的逆变器装置的输出电压检测方法，其特征在于，所述电压检测部的输出即两相的相电压检测值为在自由运转状态时的所述马达的感应电压值。
8.根据权利要求6所述的逆变器装置的输出电压检测方法，其特征在于，根据所述相电压检测值一并检测出所述高速脉冲及所述线间残留电压以及所述线间相位。
9.根据权利要求6所述的逆变器装置的输出电压检测方法，其特征在于，在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的上升或下降过渡期中检测出所述高速脉冲。
10.根据权利要求6所述的逆变器装置的输出电压检测方法，其特征在于，在所述逆变器部的一相的所述半导体开关元件进行导通、关断动作时的稳定期中检测出所述线间残留电压或线间相位。
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