Устройство преобразования мощности

Устройство преобразования мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности, выполненному с возможностью управления электродвигателем.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройства преобразования мощности, выполненные с возможностью управления, например, электродвигателями компрессоров, широко известны.

Например, в Патентном документе 1 описано устройство преобразования мощности, выполненное с возможностью изменения выходного крутящего момента электродвигателя в зависимости от пульсации крутящего момента нагрузки компрессора в соответствии с его вращением. То есть в соответствии, например, с фиг. 18 в одноцилиндровом компрессоре крутящий момент сжатия изменяется в зависимости от угла поворота поршня в соответствии с его вращением, и, следовательно, крутящий момент нагрузки электродвигателя пульсирует в соответствии с изменением крутящего момента сжатия. Таким образом, в устройстве преобразования мощности, описанном в Патентном документе 1, выходной крутящий момент электродвигателя изменяется синхронно с пульсацией крутящего момента нагрузки. Посредством этого снижается вибрация во время работы компрессора.

В Патентном документе 2 описано устройство преобразования мощности, в котором емкость конденсатора, выполненного с возможностью сглаживания выходного напряжения, крайне мала. В частности, устройство преобразования мощности включает в себя схему преобразователя, звено постоянного тока, подключенное параллельно схеме преобразователя, и схему инвертора, содержащую множество переключающих устройств. В схеме преобразователя выполняется двухполупериодное выпрямление напряжения питания переменного тока для выдачи выпрямленного напряжения в звено постоянного тока. К звену постоянного тока подключен конденсатор, имеющий крайне малую электростатическую емкость. В частности, такой конденсатор имеет емкость лишь около одной сотой от емкости типичного сглаживающего конденсатора. Таким образом, звено постоянного тока выдает в качестве напряжения постоянного тока выпрямленное напряжение, которое пульсирует без сглаживания. Схема инвертора преобразует такое напряжение постоянного тока в мощность переменного тока и подает такую мощность в электродвигатель для приведения электродвигателя в действие. В устройстве преобразования мощности, описанном в Патентном документе 2, конденсатор, имеющий малую емкость, как описано выше, сокращает размеры устройства преобразования мощности и расходы на устройство преобразования мощности.

Кроме того, в Патентном документе 3 описано, что вышеупомянутое управление крутящим моментом выполняется для устройства преобразования мощности с конденсатором, имеющим малую емкость, как описано в Патентном документе 2. То есть, если конденсатор, подключенный к звену постоянного тока, имеет малую электростатическую емкость, напряжение, выдаваемое в схему инвертора, содержит пульсирующую составляющую. То есть в Патентном документе 3 выходной крутящий момент изменяется в зависимости от крутящего момента нагрузки электродвигателя и пульсирующей составляющей выходного напряжения источника питания. Таким образом, снижается вибрация компрессора.

СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК

ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ 1: Публикация патента Японии № 2005-046000

ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ 2: Публикация патента Японии № 2002-051589

ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ 3: Патент Японии № 4192979

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При управлении крутящим моментом, описанном в Патентном документе 3, значение тока электродвигателя повышается с увеличением выходного крутящего момента в момент времени, когда пиковое значение пульсирующей составляющей крутящего момента нагрузки электродвигателя и пиковое значение пульсирующей составляющей напряжения звена постоянного тока, синхронизированного с напряжением питания, совпадают друг с другом. В результате этого в связи с увеличением величины тока электродвигателя возникает отказ переключающего устройства и размагничивание магнита электродвигателя. Например, в Патентном документе 3 в качестве мер по предотвращению вышеупомянутых нарушений работоспособности описано управление, с помощью которого обнаруживается значение тока электродвигателя и снижается выходной крутящий момент в тех случаях, когда такое значение тока превышает заданный верхний предел.

Однако ввиду того, что пульсирующая составляющая напряжения звена постоянного тока и пульсирующая составляющая крутящего момента нагрузки пульсируют с различными частотами, моменты времени пиковых значений обеих составляющих не всегда совпадают друг с другом. В связи с этим даже в случае, если ток электродвигателя обнаруживается в момент времени, в который пиковые значения смещены относительно друг друга, формируется относительно низкая величина тока, и, следовательно, требуемый пиковый ток не может быть обнаружен. В результате диапазон изменения выходного крутящего момента электродвигателя не может быть точно ограничен, поэтому могут произойти вышеупомянутые нарушения работоспособности.

Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеизложенного, и задачей настоящего изобретения является создание устройства преобразования мощности, способного обеспечивать обнаружение увеличения тока электродвигателя во время управления крутящим моментом.

Первый аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности, включающему в себя секцию (20) преобразования, содержащую множество переключающих устройств (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) и выполненную с возможностью преобразования, путем переключения переключающих устройств (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), мощности от источника (6) питания переменного тока в мощность переменного тока, имеющую заданную частоту, для выдачи мощности переменного тока в электродвигатель (5); и контроллер (40), выполненный с возможностью выполнения управления крутящим моментом таким образом, что выходной крутящий момент электродвигателя (5) содержит пульсирующую составляющую источника питания, которая представляет собой пульсирующую составляющую с частотой, кратной в целое число раз частоте выходного напряжения источника (6) питания переменного тока, и что выходной крутящий момент электродвигателя (5) изменяется в соответствии с изменением крутящего момента нагрузки электродвигателя (5), и выполненный с возможностью нахождения пикового значения тока, когда момент времени пикового значения пульсирующей составляющей источника питания и момент времени пикового значения пульсирующей составляющей крутящего момента нагрузки совпадают или практически совпадают друг с другом, и уменьшения диапазона изменения выходного крутящего момента таким образом, что пиковое значение тока не превышает заданного верхнего предела.

Необходимо отметить, что выходное напряжение описанного в данном документе источника (6) питания переменного тока также означает, например, выходное напряжение (т.е. выходное напряжение, содержащее пульсирующую составляющую, синхронизированную с источником (6) питания переменного тока) звена постоянного тока в том случае, когда устройство преобразования мощности включает в себя звено постоянного тока.

В первом аспекте изобретения контроллер (40) заставляет пульсировать выходной крутящий момент электродвигателя (5) таким образом, что выходной крутящий момент электродвигателя (5) содержит пульсирующую составляющую выходного напряжения источника (6) питания переменного тока. Кроме того, контроллер (40) выполняет управление крутящим моментом, с помощью которого выходной крутящий момент электродвигателя (5) изменяется в зависимости от изменения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5).

Второй аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности первого аспекта изобретения, в котором контроллер (40) содержит блок (55) удержания пикового значения, выполненный с возможностью удержания пикового значния тока в течение заданного периода определения, и регулятор (54) величины управления крутящим моментом, выполненный с возможностью уменьшения диапазона изменения выходного крутящего момента электродвигателя (5), когда величина пикового тока, удерживаемая блоком (55) удержания пикового значения, превышает заданный верхний предел.

При управлении крутящим моментом ввиду того, что блок (55) удержания пикового значения удерживает максимальное значение тока электродвигателя (5) в качестве пикового тока, может быть обеспечено нахождение пикового тока электродвигателя (5). Данный вопрос подробно рассматривается ниже.

Как описано выше, ток электродвигателя (5) является наибольшим, когда момент времени пикового значения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) и момент времени пикового значения выходного напряжения источника (6) питания переменного тока совпадают друг с другом. Однако цикл пульсации крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) и цикл пульсации выходного напряжения источника (6) питания переменного тока не всегда являются одинаковыми. При этом даже если ток электродвигателя (5) обнаруживается в момент времени, в который пиковые значения не совпадают друг с другом, такое значение тока является относительно небольшим. То есть до тех пор, пока ток электродвигателя (5) обнаруживается в момент времени, в который пиковые значения совпадают друг с другом, не может быть обеспечено нахождение пикового тока электродвигателя (5), создаваемого при управлении крутящим моментом.

По вышеуказанной причине в настоящем изобретении блок (55) удержания пикового значения удерживает пиковое значение тока электродвигателя (5) в течение каждого заданного периода определения. Так, пиковый ток может быть найден в момент времени, в который пиковое значение крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) и пиковое значение выходного напряжения источника питания практически совпадают друг с другом. Когда пиковый ток, найденный, как описано выше, превышает заданный верхний предел, регулятор (54) величины управления крутящим моментом выполняет управление для уменьшения диапазона изменения выходного крутящего момента электродвигателя (5).

Третий аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности второго аспекта изобретения, в котором контроллер (40) дополнительно содержит регулятор (72) опорной скорости, выполненный с возможностью регулирования рабочей частоты (fc) электродвигателя (5) таким образом, что момент времени пикового значения пульсирующей составляющей крутящего момента нагрузки и момент времени пикового значения пульсирующей составляющей источника питания совпадают или практически совпадают друг с другом во время периода определения блока (55) удержания пикового значения.

В третьем аспекте изобретения регулятор (72) опорной скорости обеспечивает в период определения для удержания пикового значения совпадение или практически совпадение друг с другом момента времени пикового значения крутящего момента нагрузки электродвигателя и момента времени пикового значения выходного напряжения звена (15) постоянного тока. В результате можно обеспечить, чтобы пиковый ток электродвигателя (5) был найден в период определения.

Четвертый аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности второго или третьего аспекта изобретения, в котором контроллер (40) дополнительно содержит блок (71) нахождения цикла, выполненный с возможностью нахождения, на основе частоты выходного напряжения источника (6) питания переменного тока и рабочей частоты электродвигателя (5), цикла с моментом времени, в который пиковое значение крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) и пиковое значение выходного напряжения источника (6) питания переменного тока совпадают или практически совпадают друг с другом, и регулятор (72) опорной скорости, регулирующий рабочую частоту электродвигателя (5) таким образом, что цикл, найденный блоком (71) нахождения цикла, равен или меньше периода определения блока (55) удержания пикового значения.

В четвертом аспекте изобретения блок (71) нахождения цикла находит на основе частоты выходного напряжения источника (6) питания переменного тока и рабочей частоты электродвигателя (5), цикл, в котором момент времени пикового значения выходного напряжения источника (6) питания переменного тока и момент времени пикового значения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) совпадают или практически совпадают друг с другом. Регулятор (72) опорной скорости регулирует рабочую частоту электродвигателя (5) таким образом, что цикл, найденный, как описано выше, равен или меньше периода определения блока (55) удержания пикового значения. В результате в период определения пиковое значение тока может быть найдено в состоянии, в котором момент времени пикового значения выходного напряжения источника (6) питания переменного тока и момент времени пикового значения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) совпадают друг с другом.

Пятый аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности первого аспекта изобретения, в котором контроллер (40) оценивает пиковое значение тока и уменьшает диапазон изменения выходного крутящего момента электродвигателя (5) таким образом, чтобы оцененное пиковое значение тока не превышало заданного верхнего предела.

В соответствии с такой конфигурацией выполняется оценка для нахождения пикового значения тока.

Шестой аспект изобретения относится к устройству преобразования мощности любого из аспектов изобретения с первого по пятый, которое дополнительно содержит схему (11) преобразователя, выполненную с возможностью выпрямления напряжения от источника (6) питания переменного тока; звено (15) постоянного тока, содержащее конденсатор (16), подключенный параллельно выходу схемы (11) преобразователя; и схему (20) инвертора, служащую в качестве секции преобразования и выполненную с возможностью преобразования напряжения, выдаваемого со звена (15) постоянного тока, в напряжение переменного тока для выдачи напряжения переменного тока в электродвигатель (5). Величина емкости конденсатора (16) устанавливается такой, чтобы напряжение, подаваемое на схему (20) инвертора, имело большую пульсацию.

В устройстве преобразования мощности шестого аспекта изобретения конденсатор (16) имеет крайне малую электростатическую емкость, а напряжение, подаваемое на схему (20) инвертора, имеет большую пульсацию.

В соответствии с первым аспектом изобретения в тех случаях, когда пиковый ток электродвигателя (5) превышает заданное значение, выходной крутящий момент электродвигателя (5) снижается. Благодаря этому можно заранее избежать повреждения переключающих устройств и т.д. из-за крайне высокого значения тока электродвигателя (5).

В частности, во втором аспекте изобретения ввиду того, что выполняется удержание пикового значения для удержания значения тока электродвигателя (5) в заданный период определения, пиковый ток может быть найден в момент времени, в который пиковое значение крутящего момента нагрузки и пиковое значение напряжения источника питания совпадают или практически совпадают друг с другом. Благодаря этому можно обеспечить обнаружение увеличения значения тока электродвигателя (5) и защиту переключающих устройств и т.д.

В частности, в третьем или четвертом аспекте изобретения рабочая частота электродвигателя (5) регулируется таким образом, что момент времени пикового значения крутящего момента нагрузки и момент времени пикового значения напряжения звена постоянного тока в период определения совпадают или практически совпадают друг с другом. Рабочая частота обычно определяется на основе частоты источника питания. Благодаря этому, например, в случае, когда частота источника (6) питания переменного тока изменяется относительно требуемой частоты (например, 50 Гц или 60 Гц), может быть сформировано биение с требуемым циклом. Кроме того, например, в случае, если изменяется тактирование микрокомпьютера, может быть сформировано биение с требуемым циклом. В результате может быть обеспечено, чтобы пиковое значение тока в период определения было найдено в момент времени, в который пиковое значение крутящего момента нагрузки и пиковое значение напряжения звена постоянного тока совпадают или практически совпадают друг с другом.

В пятом аспекте изобретения пиковое значение тока легко может быть найдено.

В шестом аспекте изобретения, в так называемом «безконденсаторном устройстве преобразования мощности», в котором конденсатор имеет крайне малую электростатическую емкость, может быть обеспечено обнаружение увеличения значения тока электродвигателя (5) и защита переключающих устройств и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой принципиальную электрическую схему устройства преобразования мощности одного варианта осуществления.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, детально иллюстрирующую контроллер устройства преобразования мощности.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, детально иллюстрирующую контроллер крутящего момента устройства преобразования мощности.

Фиг. 4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую при управлении крутящим моментом (величина управления крутящим моментом=100%) форму сигнала крутящего момента нагрузки электродвигателя, форму сигнала напряжения звена постоянного тока и форму сигнала выходного крутящего момента электродвигателя.

Фиг. 5 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую при управлении крутящим моментом (величина управления крутящим моментом=150%) форму сигнала крутящего момента нагрузки электродвигателя, форму сигнала напряжения звена постоянного тока и форму сигнала выходного крутящего момента электродвигателя в состоянии, в котором ограничителем не ограничивается отрицательный крутящий момент.

Фиг. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую при управлении крутящим моментом (величина управления крутящим моментом=150%) форму сигнала крутящего момента нагрузки электродвигателя, форму сигнала напряжения звена постоянного тока и форму сигнала выходного крутящего момента электродвигателя в состоянии, в котором ограничителем ограничивается отрицательный крутящий момент.

Фиг. 7 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую при управлении крутящим моментом форму сигнала крутящего момента нагрузки электродвигателя, форму сигнала напряжения звена постоянного тока и форму сигнала выходного крутящего момента электродвигателя в состоянии, в котором пиковое значение крутящего момента нагрузки и пиковое значение напряжения звена постоянного тока совпадают друг с другом.

Фиг. 8 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую операцию удержания пикового значения при управлении крутящим моментом.

Фиг. 9 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую состояние, в котором пиковое значение крутящего момента нагрузки электродвигателя и пиковое значение напряжения звена постоянного тока постепенно смещаются относительно друг друга.

Фиг. 10 представляет собой блок-схему контроллера опорной скорости.

Фиг. 11 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую цикл возникновения биения и период определения для операции удержания пикового значения в состоянии, в котором биение не формируется в каждом периоде определения.

Фиг. 12 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую управление, выполняемое контроллером опорной скорости.

Фиг. 13 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую цикл возникновения биения и период определения для операции удержания пикового значения в состоянии, в котором биение формируется в каждом периоде определения.

Фиг. 14 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую в качестве примера увеличение напряжения звена постоянного тока в связи с резонансом между дросселем и конденсатором.

Фиг. 15 представляет собой принципиальную электрическую схему устройства преобразования мощности первой модификации.

Фиг. 16 представляет собой электрическую схему устройства преобразования мощности второй модификации.

Фиг. 17 представляет собой электрическую схему устройства преобразования мощности третьей модификации.

Фиг. 18 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую пример изменения крутящего момента сжатия.

Фиг. 19 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию контроллера второго варианта осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Ниже со ссылками на чертежи подробно описываются варианты осуществления настоящего изобретения. Необходимо отметить, что описываемые ниже варианты осуществления излагаются лишь с целью представления предпочтительных по характеру примеров и не предполагают ограничения объема, применений и использования изобретения.

ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство (10) преобразования мощности настоящего изобретения подключается, например, к трехфазному электродвигателю (5) переменного тока компрессора, подключенного к схеме циркуляции хладагента установки кондиционирования воздуха. Компрессор представляет собой, например, роторный компрессор, содержащий один цилиндр. То есть в таком компрессоре крутящий момент сжатия (т.е. крутящий момент нагрузки электродвигателя (5)) пульсирует в течение одного оборота приводного вала. Электродвигатель (5) представляет собой, например, 4-полюсный 6-пазовый бесщеточный электродвигатель постоянного тока с концентрированной обмоткой. Как описывается ниже, устройство (10) преобразования мощности выполнено таким образом, чтобы выполнять управление крутящим моментом для управления крутящим моментом, создаваемым в электродвигателе (5) для снижения вибрации электродвигателя (5).

ОБЩАЯ КОНФИГУРАЦИЯ УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ

В соответствии с фиг. 1 устройство (10) преобразования мощности содержит схему (11) преобразователя, звено (15) постоянного тока, схему (20) инвертора и контроллер (40). Устройство (10) преобразования мощности преобразует мощность переменного тока, поступающую с однофазного источника (6) питания переменного тока, в мощность, имеющую заданную частоту, а затем подает мощность в электродвигатель (5).

Схема (11) преобразователя соединена с источником (6) питания переменного тока. Схема (11) преобразователя представляет собой так называемую «схему диодного моста», в которой множество диодов (D1-D4) (четыре в настоящем варианте осуществления) соединены друг с другом в конфигурации моста. Схема (11) преобразователя представляет собой схему двухполупериодного выпрямления, выполненную с возможностью двухполупериодного выпрямления выходного сигнала переменного тока источника (6) питания переменного тока в постоянный ток.

Звено (15) постоянного тока подключено параллельно выходной стороне схемы (11) преобразователя. Дроссель (12) подключен между схемой (11) преобразователя и звеном (15) постоянного тока. Звено (15) постоянного тока содержит конденсатор (16). Напряжение постоянного тока (напряжение Vdc звена постоянного тока), создаваемое на обоих концах конденсатора (16), подается на входные узлы схемы (20) инвертора.

Конденсатор (16) представляет собой, например, пленочный конденсатор. Конденсатор (16) выполнен таким образом, чтобы иметь относительно низкую электростатическую емкость (например, десятки мкФ). В частности, конденсатор (16) имеет такую электростатическую емкость, что при работе переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) схемы (20) инвертора пульсирующее напряжение (колебание напряжения), создаваемое в связи с работой переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), может сглаживаться. Кроме того, конденсатор (16) имеет такую электростатическую емкость, что напряжение (колебание напряжения из-за напряжения источника питания), выпрямляемое схемой (11) преобразователя, не может сглаживаться. Благодаря этому звено (15) постоянного тока принимает выходной сигнал схемы (11) преобразователя, при этом напряжение Vdc звена постоянного тока, пульсирующее с частотой, вдвое превышающей напряжение Vin питания источника (6) питания переменного тока, выдается через оба вывода конденсатора (16). Напряжение Vdc звена постоянного тока, выдаваемое со звена (15) постоянного тока, имеет столь большую пульсацию, что его максимальное значение составляет не менее его двойного минимального значения.

Схема (20) инвертора служит в качестве секции преобразования. Входной узел схемы (20) инвертора подключен параллельно конденсатору (16) звена (15) постоянного тока. Схема (20) инвертора преобразует выход звена (15) постоянного тока в трехфазный переменный ток путем переключения и подает такой переменный ток на соединенный с ней электродвигатель (5). Схема (20) инвертора настоящего варианта осуществления выполнена таким образом, что множество переключающих устройств соединено друг с другом в конфигурации моста. Поскольку схема (20) инвертора выдает трехфазный переменный ток в электродвигатель (5), схема (20) инвертора имеет шесть переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). В частности, схема (20) инвертора содержит три переключающие ветви, в каждой из которых два переключающих устройства последовательно соединены друг с другом. Каждая из переключающих ветвей соединена с фазной обмоткой (не показана на чертеже) электродвигателя (5) в средней точке между переключающим устройством (Su, Sv, Sw) верхнего плеча и переключающим устройством (Sx, Sy, Sz) нижнего плеча. Каждый из обратных диодов (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) соединен встречно-параллельно с соответствующим одним из переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Схема (20) инвертора переключает переключающие устройства (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) между включением и выключением для преобразования напряжения (Vdc) звена постоянного тока, выдаваемого со звена (15) постоянного тока, в трехфазное напряжение переменного тока, а затем подает такое напряжение на электродвигатель (5).

Устройство (10) преобразования мощности содержит различные детекторы. В частности, устройство (10) преобразования мощности содержит детектор (25) напряжения источника питания, выполненный с возможностью обнаружения напряжения (Vin) источника (6) питания переменного тока, детектор (26) фазы источника питания, выполненный с возможностью обнаружения фазы (θin) источника (6) питания переменного тока, и детектор (27) частоты источника питания, выполненный с возможностью обнаружения частоты (fin) источника (6) питания переменного тока. Кроме того, устройство (10) преобразования мощности дополнительно содержит детектор (28) входного тока, выполненный с возможностью обнаружения входного тока (Iin) схемы (11) преобразователя, и детектор (29) напряжения звена постоянного тока, выполненный с возможностью обнаружения напряжения (Vdc) звена (15) постоянного тока. Кроме того, устройство (10) преобразования мощности дополнительно содержит детектор (30) тока электродвигателя, выполненный с возможностью обнаружения тока (Idq), протекающего через электродвигатель (5) (в частности, тока, протекающего через каждую фазу электродвигателя (5)), детектор (31) фазы электродвигателя, выполненный с возможностью обнаружения фазы (θm) электродвигателя (5), и детектор (32) скорости вращения, выполненный с возможностью обнаружения фактической скорости (ωm) вращения электродвигателя (5).

Контроллер (40) выдает в схему (20) инвертора отпирающий сигнал (G) для управления переключением (включением/выключением) схемы (20) инвертора. Контроллер (40) настоящего варианта осуществления выполнен таким образом, чтобы выполнять управление крутящим моментом, с помощью которого пульсирующая составляющая напряжения источника питания объединяется с выходным крутящим моментом электродвигателя (5), а выходной крутящий момент электродвигателя (5) изменяется в зависимости от изменения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5).

ДЕТАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ КОНТРОЛЛЕРА

В соответствии с фиг. 2 контроллер (40) содержит контроллер (41) скорости вращения, контроллер (50) крутящего момента, блок (42) наложения управления крутящим моментом, модулятор (43) опорного крутящего момента, сумматор (44) составляющих двойной частоты, опорный генератор (45) входного тока, усилитель (46), ограничитель (60), контроллер (47) тока и оператор (48) широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

В вычитателе (34) отклонение находится путем вычитания фактической скорости (ωm) вращения электродвигателя (5) из опорной скорости (ω∗) вращения электродвигателя. Затем такое отклонение вводится в качестве входных данных в контроллер (41) скорости вращения. Контроллер (41) скорости вращения выполняет пропорционально-интегральное вычисление (ПИ вычисление) отклонения между фактической скоростью (ωm) вращения и опорной скоростью (ω∗) вращения, посредством чего вычисляется среднее значение (средний крутящий момент) крутящего момента нагрузки электродвигателя (5). Средний крутящий момент представляет собой среднее значение крутящего момента нагрузки, пульсирующего с заданным циклом. Контроллер (41) скорости вращения выдает в качестве опорного значения (среднего опорного значения крутящего момента (Tave∗)) средний крутящий момент в блок (42) наложения управления крутящим моментом.

В блоке (42) наложения управления крутящим моментом среднее опорное значение крутящего момента (Tave∗) умножается на опорное значение, выдаваемое с контроллера (50) крутящего момента, который подробно описывается ниже. Таким образом, в блоке (42) наложения управления крутящим моментом формируется опорное значение (Т∗) крутящего момента, объединенного с пульсирующей составляющей крутящего момента нагрузки электродвигателя (5). Опорное значение, сформированное в блоке (42) наложения управления крутящим моментом, вводится в модулятор (43) опорного крутящего момента.

Модулятор (43) опорного крутящего момента генерирует значение синуса sinθin по вводимому в него фазовому углу (фазе источника питания (θin)) источника (6) питания переменного тока. Затем модулятор (43) опорного крутящего момента умножает опорное значение (Т∗) крутящего момента на коэффициент r модуляции, соответствующий значению синуса sinθin, а затем выдает найденное значение в сумматор (44) составляющих двойной частоты. Сумматор (44) составляющих двойной частоты добавляет частотную составляющую с частотой вдвое выше частоты источника питания в выходное значение модулятора (43) опорного крутящего момента таким образом, что выходная мощность электродвигателя (5) приобретает синусоидальный характер. Коэффициент r модуляции составляет, например, |sin(θin)| или sin²(θin). Необходимо отметить, что коэффициент r модуляции может варьироваться в зависимости от частоты источника питания (50 Гц или 60 Гц) с целью приближения выходной мощности электродвигателя (5) к синусоидальной волне. В соответствии с другим вариантом коэффициент r модуляции может определяться в зависимости от значения синуса sin(θin+Δ), находимого путем сдвига фазы (θin) на заданную величину Δ таким образом, что выходная мощность электродвигателя (5) приобретает синусоидальный характер. Посредством этого реализуются преимущества, практически аналогичные преимуществам в том случае, когда добавляется частотная составляющая с частотой вдвое выше частоты источника питания.

При этом генератор (45) опорного входного тока выполняет преобразование Фурье входного тока (Iin) для извлечения основной частотной составляющей и умножает основную частотную составляющую на sin(θin) для формирования опорного значения (Iin∗) для входного тока. После того как абсолютное значение (|Iin|) для входного тока вычитается из опорного значения (Iin∗) в вычитателе (35), найденное значение выдается в усилитель (46). В усилителе (46) выходное значение, найденное путем вычитания, умножается на заданный коэффициент усиления.

Выходное значение с сумматора (44) составляющих двойной частоты и выходное значение с усилителя (46) суммируются друг с другом в сумматоре (36). После того как опорное значение, найденное суммированием, обработано в ограничителе (60), который подробно описывается ниже, найденное значение вводится в вычитатель (37). В вычитателе (37) фактический ток (Idq) электродвигателя вычитается из опорного значения, выдаваемого с ограничителя (60), и найденное значение выдается в контроллер (47) тока. Контроллер (47) тока генерирует опорное значение напряжения (Vdq∗) на основе опорного значения тока и выдает опорное значение напряжения (Vdq∗) в оператор (48) ШИМ.

Оператор (48) ШИМ на основе опорного значения напряжения (Vdq∗) генерирует отпирающий сигнал (G) для управления включением/выключением переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Это обеспечивает включение/выключение переключающих устройств (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) с заданным рабочим циклом.

БАЗОВАЯ КОНФИГУРАЦИЯ КОНТРОЛЛЕРА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Контроллер (50) крутящего момента выполнен с возможностью определения/выдачи на основе, например, крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) величины управления для вышеупомянутого опорного значения крутящего момента. В соответствии с фиг. 3 контроллер (50) крутящего момента содержит блок (52) извлечения основной составляющей, усилитель (53), регулятор (54) величины управления крутящим моментом и блок (55) удержания пикового значения.

Средство (52) извлечения основной составляющей выполняет преобразование Фурье для извлечения из пульсирующей составляющей крутящего момента нагрузки электродвигателя (5) основной составляющей (фундаментальной частотной составляющей), которой больше всего подвержена вибрация электродвигателя (5). Усилитель (53) умножает основную составляющую, извлеченную с помощью блока (52) извлечения основной составляющей, на заданный коэффициент усиления и выдает найденное значение в регулятор (54) величины управления крутящим моментом.

Регулятор (54) величины управления крутящим моментом выдает в качестве конечной величины управления крутящим моментом опорное значение, подлежащее умножению на среднее опорное значение крутящего момента (Tave∗), в блок (42) наложения управления крутящим моментом. При этом блок (42) наложения управления крутящим моментом выдает опорное значение крутящего момента (T∗), диапазон изменений которого больше, чем у среднего опорного значения крутящего момента (Tave∗). В том случае, когда диапазон изменений опорного значения крутящего момента (T∗), найденного умножением, равен диапазону изменений среднего опорного значения крутящего момента (Tave∗), диапазон изменений выходного крутящего момента электродвигателя (5) соответствует среднему значению (среднему крутящему моменту) крутящего момента нагрузки. В таком случае отношение диапазона изменений выходного крутящего момента к диапазону изменений среднего крутящего момента, т.е. величина управления крутящим моментом составляет 100%. В настоящем варианте осуществления основная составляющая, которая является главной составляющей вибрации электродвигателя (5), больше среднего крутящего момента. Таким образом, если управление крутящим моментом выполняется таким образом, чтобы в достаточной степени уменьшить вибрацию, величина управления крутящим моментом, как правило, составляет не менее 100%. То есть в соответствии с настоящим вариантом осуществления при управлении крутящим моментом выходной крутящий момент электродвигателя (5) управляется с тем, чтобы иметь форму колебаний с диапазоном изменений больше среднего значения крутящего момента нагрузки электродвигателя (5).

Блок (55) удержания пикового значения, изображенный на фиг. 3, служит в качестве блока нахождения пикового значения тока, выполненного с возможностью удержания в течение заданного периода определения максимальной величины тока (Idq), протекающего через электродвигатель (5), и нахождения пикового значения тока. В тех случаях, когда пиковое значение тока превышает заданный верхний предел, регулятор (54) величины управления крутящим моментом регулирует выходное опорное значение таким образом, что величина управления крутящим моментом уменьшается. Кроме того, регулятор (54) величины управления крутящим моментом регулирует выходное опорное значение для величины управления крутящим моментом на основе напряжения (Vdc) звена постоянного тока, обнаруженного детектором (29) напряжения звена постоянного тока.

БАЗОВАЯ ОПЕРАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ

Ниже подробно описывается управление крутящим моментом. Входное опорное значение контроллера (47) тока о