電動機控制設(shè)備及電動機控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種電動機控制設(shè)備，該設(shè)備控制例如包括三相交流電動機的電動機系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]存在脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，作為驅(qū)動三相交流電動機的控制方法的實例。在P麗控制中，基于每個相電壓指令信號與具有預(yù)定頻率的載波信號之間的大小關(guān)系來控制將直流電壓(直流電力)轉(zhuǎn)換為交流電壓(交流電力)的電力變換器(參見公開號2004-120853的日本專利申請(JP2004-120853 A))。從使要提供給三相交流電動機的相電流與期望值一致的角度，設(shè)置每個相電壓指令信號。PWM控制也可以被用于控制將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電力變換器(參見公開號2010-263775的日本專利申請(JP 2010-263775 A))。
[0003]順便提一下，用于抑制被輸入到電力變換器或從電力變換器輸出的直流電壓中的波動的平滑電容器通常與電力變換器并聯(lián)地電連接。近幾年來，在很多情況下通過減小平滑電容器的電容來減小平滑電容器的尺寸。然而，如果平滑電容器的電容被減小，存在平滑電容器的端電壓中的紋波(所謂的脈動分量)相對增大的問題。因此，為了抑制(減小)這種平滑電容器的端電壓中的紋波，一種用于利用三次諧波信號的技術(shù)被描述在JP2010-263775 A和JP 2004-120853 A中。具體地，JP 2010-263775 A描述了一種用于控制電力變換器的開關(guān)元件的技術(shù)，使得來自交流電源的輸入電流的電流波形與具有與交流電源相同頻率的正弦波和該正弦波的三次諧波的合成波一致。JP 2004-120853 A描述了一種用于通過執(zhí)行PffM控制來控制逆變器(inverter)電路(電力變換器的實例)的技術(shù)，該PWM控制使用通過在三相調(diào)制波上疊加對應(yīng)的三次諧波而分別獲得的調(diào)制波。
[0004]電力變換器一般通過將電力變換器的開關(guān)元件的狀態(tài)從接通狀態(tài)切換至關(guān)斷狀態(tài)或者從關(guān)斷狀態(tài)切換至接通狀態(tài)來將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。在這樣的電力變換器中，出現(xiàn)由每個開關(guān)元件的狀態(tài)的切換(也就是說，開關(guān)操作)導(dǎo)致的損耗。這樣，在有效利用電力變換器的觀點上，期望減少由各個開關(guān)元件的開關(guān)操作導(dǎo)致的損耗。
[0005]隨著每單位時間各個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)增加，由各個開關(guān)元件的開關(guān)操作導(dǎo)致的損耗增加。這樣，通過減少每單位時間各個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)，可以減少由各個開關(guān)元件的開關(guān)操作導(dǎo)致的損耗。
[0006]然而，在JP 2010-263775 A和JP 2004-120853 A中所描述的技術(shù)中，因為主要目的是為了抑制平滑電容器的端電壓中的紋波，因此存在不可能充分減少各個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)的技術(shù)不便。這樣，從有效利用在JP 2010-263775 A和JP 2004-120853 A中所描述的技術(shù)中的電力變換器的角度，存在改進的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種電動機控制設(shè)備，其能夠相對地減少電力變換器的各個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)。
[0008]本發(fā)明的一方面提供了一種電動機控制設(shè)備。該電動機控制設(shè)備控制電動機系統(tǒng)，該電動機系統(tǒng)包括直流電源、電力變換器和三相交流電動機，所述電力變換器包括將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的開關(guān)元件，所述直流電力被從所述直流電源提供，所述三相交流電動機通過使用從所述電力變換器輸出的所述交流電力而被驅(qū)動。該電動機控制設(shè)備包括:生成裝置，其被配置為通過分別將對應(yīng)的三次諧波信號加到相電壓指令信號上來產(chǎn)生調(diào)制信號，所述相電壓指令信號定義所述三相交流電動機的操作；以及控制裝置，其被配置為通過基于所述調(diào)制信號中的每一個和具有預(yù)定頻率的載波信號之間的大小關(guān)系控制所述開關(guān)元件來控制所述電力變換器的操作，所述三次諧波信號中的每一個包括信號分量，該信號分量是這樣的三次諧波信號:在所述三相交流電動機的相的對應(yīng)一個中，該三次諧波信號將所述調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值增大到所述載波信號的信號電平的峰值的絕對值之上。
[0009]通過根據(jù)本發(fā)明的這方面的電動機控制設(shè)備，可以控制電動機系統(tǒng)。電動機控制設(shè)備對其執(zhí)行控制的電動機系統(tǒng)包括直流電源、電力變換器和三相交流電動機。直流電源輸出直流電力(換句話說，直流電壓和直流電流)。電力變換器將從直流電源所提供的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力(典型地，三相交流電力)。具體地，電力變換器在控制裝置(稍后將被描述)的控制之下，通過切換電力變換器的開關(guān)元件的狀態(tài)(例如，從接通狀態(tài)切換至關(guān)斷狀態(tài)，或者從關(guān)斷狀態(tài)切換至接通狀態(tài))來將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力。其結(jié)果是，三相交流電動機通過使用從電力變換器提供到該三相交流電動機的交流電力而被驅(qū)動。
[0010]該電動機系統(tǒng)可以包括平滑電容器。該平滑電容器可以與電力變換器并聯(lián)地電連接。典型地，該平滑電容器可以與直流電源并聯(lián)地電連接。在這種情況下，該平滑電容器能夠抑制平滑電容器的端電壓(也就是說，直流電源和電力變換器中的每一者的端電壓)中的波動。
[0011]為了控制上述電動機系統(tǒng)，該電動機控制設(shè)備包括生成裝置和控制裝置。
[0012]生成裝置通過分別將對應(yīng)的三次諧波信號加到相電壓指令信號上來產(chǎn)生調(diào)制信號。也就是說，該生成裝置將對應(yīng)的三次諧波信號加到與三相交流電動機的各相(也就是說，由U相、V相和W相構(gòu)成的三相)對應(yīng)的相電壓指令信號上。其結(jié)果是，該生成裝置產(chǎn)生與三相交流電動機的各相(也就是說，由U相、V相和W相構(gòu)成的三相)對應(yīng)的調(diào)制信號。
[0013]相電壓指令信號是定義三相交流電動機的操作的交流信號。例如，從使自三相交流電動機輸出的轉(zhuǎn)矩與期望值一致的角度來看，相電壓指令信號可以按需設(shè)置。
[0014]這些三次諧波信號中的每一個都是具有這樣頻率的信號(典型地，交流信號):該頻率是相電壓指令信號中的對應(yīng)一個的頻率的三倍高。在三相交流電動機的所有三相中共用的公共三次諧波信號可以被用作這些三次諧波信號中的每一個。在這種情況下，該公共三次諧波信號可以被加到各相的相電壓指令信號上?？蛇x地，為三相交流電動機的三相分別準備的三次諧波信號可以被用作這些三次諧波信號。在這種情況下，與各個相對應(yīng)的三次諧波信號可以被加到各個相的相電壓指令信號上。
[0015]控制裝置通過使用由生成裝置產(chǎn)生的調(diào)制信號來控制電力變換器的操作。具體地，該控制裝置可以通過基于所述調(diào)制信號中的每一個和具有預(yù)定頻率的載波信號之間的大小關(guān)系控制開關(guān)元件，來控制電力變換器的操作。其結(jié)果是，電力變換器為三相交流電動機提供基于相電壓指令信號的交流電力。這樣，三相交流電動機根據(jù)基于相電壓指令信號的模式而被驅(qū)動。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，特別是，三次諧波信號中的每一個可以包括信號分量，該信號分量是這樣的三次諧波信號:在所述三相交流電動機的相的對應(yīng)一個中，該三次諧波信號將所述調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值增大到所述載波信號的信號電平的峰值的絕對值之上。也就是說，三次諧波信號中的每一個是這樣的三次諧波信號:在所述三相交流電動機的相的對應(yīng)一個中，該三次諧波信號用于將調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值增大到載波信號的信號電平的峰值的絕對值之上。換句話說，三次諧波信號中的每一個包括這樣的信號分量:其用于將調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的最大振幅增大到載波信號的最大振幅之上。也就是說，三次諧波信號中的每一個是這樣的三次諧波信號:其用于將調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的最大振幅增大到載波信號的最大振幅之上。例如，即使當相電壓指令信號中的每一個的信號電平的峰值的絕對值不大于載波信號的信號電平的峰值的絕對值時，通過將對應(yīng)的三次諧波信號加到相電壓指令信號上，調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值變得大于載波信號的信號電平的峰值的絕對值。
[0017]例如，三次諧波信號中的每一個包括這樣的信號分量:在相的對應(yīng)一個中，至少在相電壓指令信號的信號電平的絕對值為最大值的時間處，該信號分量用于將調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值增大到載波信號的信號電平的峰值的絕對值之上。換句話說，三次諧波信號中的每一個可以至少包括這樣的信號分量:在相的對應(yīng)一個中，在相電壓指令信號的信號電平的絕對值為最大值的時間處，該信號分量將調(diào)制信號中的對應(yīng)一個的信號電平的峰值的絕對值增大到載波信號的信號電平的峰值的絕對值之上。
[0018]如上所述，控制裝置基于調(diào)制信號中的每一個和載波信號之間的大小關(guān)系控制電力變換器的開關(guān)元件。具體地，控制裝置控制開關(guān)元件，使得每個開關(guān)元件的狀態(tài)基于對應(yīng)的調(diào)制信號和載波信號之間的大小關(guān)系進行切換。例如，控制裝置控制開關(guān)元件，使得每個開關(guān)元件的狀態(tài)在對應(yīng)的調(diào)制信號和載波信號之間的大小關(guān)系從第一狀態(tài)(例如，其中對應(yīng)的調(diào)制信號的信號電平低于載波信號的信號電平的狀態(tài))轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)(例如，對應(yīng)的調(diào)制信號的信號電平高于載波信號的信號電平)時進行切換。類似的，控制裝置控制開關(guān)元件，使得每個開關(guān)元件的狀態(tài)在對應(yīng)的調(diào)制信號和載波信號之間的大小關(guān)系從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第一狀態(tài)時進行切換。這樣，隨著對應(yīng)的調(diào)制信號和載波信號之間的大小關(guān)系從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第二狀態(tài)的次數(shù)和該大小關(guān)系從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第一狀態(tài)的次數(shù)增加，每個開關(guān)元件的狀態(tài)切換的次數(shù)(也就是說，每個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù))也增加。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，因為每個調(diào)制信號是通過加上對應(yīng)的包括上述信號分量的三次諧波信號而產(chǎn)生的，所以每個調(diào)制信號的信號電平的峰值的絕對值比載波信號的信號電平的峰值的絕對值大。這樣，在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，正如稍后將參照附圖詳細描述的那樣，與不加上對應(yīng)的包括上述信號分量的三次諧波信號而產(chǎn)生每個調(diào)制信號的情況相比，每個調(diào)制信號和載波信號之間的大小關(guān)系轉(zhuǎn)變的次數(shù)減少。其結(jié)果是，在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，與不加上對應(yīng)的包括上述信號分量的三次諧波信號而產(chǎn)生每個調(diào)制信號的情況相比，每個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)也減少。這樣，在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，與不加上對應(yīng)的包括上述信號分量的三次諧波信號而產(chǎn)生每個調(diào)制信號的情況相比，由每個開關(guān)元件的開關(guān)操作導(dǎo)致的損耗降低。
[0020]以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備能夠相對地減少電力變換器的每個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)。其結(jié)果是，可以相對地減少由電力變換器的每個開關(guān)元件的開關(guān)操作導(dǎo)致的損耗。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，三次諧波信號中的每一個可以包括信號分量，在預(yù)期相的所述相電壓指令信號的信號電平的絕對值為最大值的時間處，(i)該信號分量的信號電平的絕對值大于零，和(ii)該信號分量的信號電平的極性與所述預(yù)期相的所述相電壓指令信號的極性相同。
[0022]利用上述配置，通過將每個包括這種信號分量的三次諧波信號加到相電壓指令信號中的對應(yīng)一個上，該電動機控制設(shè)備能夠相對地減少電力變換器的每個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，三次諧波信號中的每一個可以包括信號分量，在預(yù)期相的所述相電壓指令信號的信號電平的絕對值為最大值的時間處，(i)該信號分量的信號電平的絕對值為最大值，和(ii)該信號分量的信號電平的極性與所述預(yù)期相的所述相電壓指令信號的極性相同。
[0024]利用上述配置，通過將每個包括這種信號分量的三次諧波信號加到相電壓指令信號中的對應(yīng)一個上，該電動機控制設(shè)備能夠相對地減少電力變換器的每個開關(guān)元件的開關(guān)操作的次數(shù)。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明的該方面的電動機控制設(shè)備中，三次諧波信號中的每一個可以包括第一信號分量和第二信號分量中的至少一者，(i)在預(yù)期相的所述相電