具有靜電電容計算部的pwm整流器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種使用PWM信號（脈沖寬度調制信號）來控制開關元件從而將交流 電力變換成直流電力的PWM整流器。
【背景技術】
[0002] 在驅動機床、產業機械、鍛壓機械、注射成形機或各種機器人內的電動機的電動機 控制裝置中，在將從交流電源側輸入的交流電力暫時變換成直流電力后再變換成交流電 力，將該交流電力作為對每個驅動軸設置的電動機的驅動電力來使用。電動機控制裝置具 備：整流器，其對從交流電源側供給的交流電力進行整流后輸出直流電力；W及逆變換器， 其與整流器的直流側即直流鏈路連接，將直流鏈路的直流電力與電動機的驅動電力或再生 電力的交流電力進行相互電力變換，控制與該逆變換器的交流側連接的電動機的速度、扭 矩或轉子的位置。
[0003] 作為運樣的整流器，有二極管整流方式的整流器。二極管整流方式的整流器具有 廉價的優點，但存在電源高次諧波或無效電力大的缺點。
[0004] 與此相化近年來，根據降低電源高次諧波W及降低無效電力的要求，廣泛采用應 用了脈沖幅度調制（Pulse Wi化h Mo化Iation :PWM)的整流器（W下，稱為"PWM整流器")。
[0005] 圖4是表示具有PWM整流器的一般的電動機控制裝置的結構的圖。電動機控制裝 置101具備：PWM整流器1，其將來自商用=相交流電源（W下，簡單地稱為"交流電源"）3 的交流電力變換成直流電力；W及逆變換器2,其將從PWM整流器1輸出的直流電力變換成 作為電動機4的驅動電力供給的期望的頻率的交流電力或者將從電動機4再生的交流電力 變換成直流電力，控制與該逆變換器2的交流側連接的電動機4的速度、扭矩或轉子的位 置。PWM整流器1與逆變換器2經由直流鏈路連接。如后所述，在直流鏈路上設置平滑電容 器5。在PWM整流器1的交流電源3側連接升壓電抗器6。
[0006] PWM整流器1主要由主電路部11和PWM控制部12構成，其中，主電路部1由開關 元件W及與其逆并聯連接的二極管的橋接電路構成；PWM控制部12生成用于控制主電路部 11內的開關元件的開關動作的PWM控制信號。 陽007] PWM整流器1的主電路部11由與交流電源3的相數對應的相數的橋接電路構成。 例如，在交流電源3為=相的情況下，與此對應PWM整流器1的主電路部11為=相全橋電 路。在PWM整流器1的主電路部11的直流側，為了使PWM整流器1的直流輸出平滑化并聯 連接了平滑電容器5。 陽00引 PWM整流器1的PWM控制部12根據由交流電壓檢測部32檢測出的交流電源3側 的交流電壓値、由交流電流檢測部33檢測出的交流電源3側的交流電流值W及由直流電壓 檢測部13檢測出的平滑電容器5的直流電壓（即，位于PWM整流器1的主電路部11與逆 變換器2之間的直流鏈路的直流電壓）生成PWM控制信號。為了使PWM整流器1的主電路 部11產生功率因數1的交流電力并且將PWM整流器1的輸出即直流電壓（即，平滑電容器 5的兩端的直流電壓）保持為期望的值，生成PWM控制信號，并將其施加給PWM整流器1的 主電路部11內的開關元件。在通過電動機控制裝置101的控制使電動機4減速時，在電動 機4產生再生電力，但PWM整流器1通過PWM控制信號控制其內部的開關元件的開關動作， 從而進行將直流電力變換成交流電力的再生動作（逆變換動作），能夠使經過逆變換器2返 回的再生能量再次返回到交流電源3偵U。
[0009] 平滑電容器5在電動機控制裝置101剛啟動后直到電動機4開始驅動前（即，逆 變換器2的電力變換動作開始前）的期間需要進行充電。W下，將電動機4開始驅動前的 平滑電容器5的充電稱為"初始充電"。當在開始初始充電時在平滑電容器5中沒有積蓄能 量的狀態下，在PWM整流器1的主電路部11流過大的突入電流。特別是平滑電容器5的電 容越大，產生越大的突入電流。作為該突入電流的對策，一般在PWM整流器1的主電路部11 與平滑電容器5之間，或在PWM整流器1的主電路部11的S相交流輸入側設置初始充電電 路31。在圖4所示的例子中表示了在PWM整流器1的主電路部11與平滑電容器5之間設 有初始充電電路31的情況。
[0010] 初始充電電路31具有開關部41和與開關部41并聯連接的充點電阻42。開關部 41僅在電動機控制裝置101剛啟動后的平滑電容器5的初始充電期間斷開（開路），在電 動機控制裝置101驅動電動機4的通常動作期間維持接通（閉路）的狀態。更具體而言， 在從電動機控制裝置101剛啟動后到電動機4開始驅動前的初始充電期間斷開（開路）開 關部41，從而從主電路部11輸出的直流電力經過充點電阻42流入平滑電容器5,對平滑電 容器5進行充電。當平滑電容器5被充電至交流電源3的交流電壓的峰值時，斷開（開路） 開關部41初始充電動作完成。 W11] 此外，在PWM整流器1中，原理上需要輸出交流電源3的交流電壓的峰值W上的值 的直流電壓。因此，在針對平滑電容器5的初始充電動作完成后，通過PWM控制部12進行 主電路部11內的開關元件的開關動作，將平滑電容器5的兩端的直流電壓升壓至比交流電 源3側的交流電壓的峰值大的電壓。W下，將從平滑電容器5的初始充電完成后至電動機 4開始驅動前的針對平滑電容器5的升壓稱為"初始升壓"。在初始充電動作和初始升壓動 作完成后，逆變換器2開始電力變換動作轉移至向電動機4供給驅動電力的通常動作模式， 電動機4根據從逆變換器2輸出的交流的驅動電力進行驅動。
[0012] 一般，已知平滑電容器5是通過重復充放電其靜電電容（也被稱為"電容器電容"） 減少的有限壽命的部件。當平滑電容器5的靜電電容下降時，流過直流鏈路的紋波電流增 加，產生直流電壓的變動變大的問題。因此，重要的是準確地測定平滑電容器5的靜電電 容。作為測定的結果，需要對判定為性能惡化的平滑電容器5進行更換。
[0013] 作為用于推定在整流器的直流鏈路中設置的平滑電容器的靜電電容的方法，例如 像日本特開平5 - 76180號公報所示，具有根據平滑電容器兩端的初始充電時的直流電壓 (直流鏈路中的直流電壓）的值計算時間常數，并除W充電電阻的電阻值來求出靜電電容 的方法。圖5是表示日本特開平5-76180號公報中記載的發明的初始充電時的電容器電壓 的圖。在時刻t = 0開始針對平滑電容器（電解電容器）的初始充電時，平滑電容器兩端 的直流電壓如圖5所示一階滯后地上升。在將充電電阻設為R [ Q ]，將平滑電容器的電容設 為C[円時，用RC表示一階滯后時間常數。由此，測量直流電壓達到交流電源側的交流電壓 的峰值V的0. 63倍的電壓即0. 63V的時刻tl，將其除W充電電阻的電阻值R，由此來推定 平滑電容器的靜電電容C。
[0014] 此外，例如像國際公開第2010/055556號中記載的那樣，具有在平滑電容器的初 始充電時推定向直流鏈路流入的電荷量，將該電荷量除W初始充電完成時的直流電壓由此 來求出靜電電容的方法。根據該方法，初始充電期間中的向平滑電容器的流入電流與交流 電源側的交流電流的絕對值相等或近似，根據初始充電時的積分值求出在平滑電容器中累 積的電荷量，通過將該電荷量除W充電完成時的直流電壓來求出靜電電容。
[0015] 如上所述，與直流輸出側并聯連接的平滑電容器由于重復進行充放電，其靜電電 容減少時，產生流過直流鏈路的紋波電流增加，直流電壓的變動變大的問題，因此重要的是 準確地測定平滑電容器的靜電電容。如果不能準確地測定平滑電容器的靜電電容，則有可 能錯過平滑電容器的更換定時而在直流鏈路中產生大的紋波電流或直流電壓變動。或者， 有可能提前更換尚有壽命的平滑電容器。
[0016] 例如在日本特開平5 - 76180號公報中所記載的發明中，推定的平滑電容器的靜 電電容依存于交流電源側的交流電壓的峰值和充電電阻的電阻值，因此當在交流電壓的峰 值和充電電阻的電阻值中包含誤差時，無法準確地測定平滑電容器的靜電電容。
[0017] 此外，例如根據在國際公開第2010/05555