专利名称：逆变器式发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变器式发电机，更详细地说涉及具有由发动机驱动的 发电部、并尽可能地减少交流输出中的谐波失真的逆变器式发电机。
背景技术：
这样的一种逆变器式发电机是众所周知的，即将从发动机所驱动
的发电部输出的交流电暂时变换为直流电，并根据PWM信号(该PWM
信号是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成)驱动开关元 件，从而将该直流电变换为预定频率(商用频率)的交流电而输出，作 为该逆变器式发电机的例子，可列举下述专利文献1记载的技术。
专利文献1记载的技术构成为检测4个开关元件的中点的输出电
压差，据此校正基准正弦波后提供给用于生成PWM信号的脉宽调制电
路，从而使交流输出电压波形接近正弦波。
专利文献1:日本特开平4一355672号公报
专利文献1记载的技术构成为按上述那样构成来去除输出电压的波 形失真，然而关于谐波失真分量未必能充分减少。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种逆变器式发电机， 该逆变器式发电机根据PWM信号变换为预定频率的交流电，准确地校 正基准正弦波而减少输出电压波形中的谐波失真分量，其中PWM信号 是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的。
为了解决上述课题，本发明的第一方面涉及一种逆变器式发电机， 该逆变器式发电机具有发电部，其由发动机驱动；变流器，其将从所 述发电部输出的交流电变换为直流电；逆变器，其具有开关元件，并将从所述变流器输出的直流电变换为交流电而输出；以及逆变器驱动单元， 其根据PWM信号来驱动所述开关元件，并将从所述逆变器输出的交流 电变换为预定频率的交流电，其中该PWM信号是使用目标输出电压波 形的基准正弦波和载波而生成的，所述逆变器式发电机的特征在于，该 逆变器式发电机具有负载电流检测单元，其检测当连接了负载时流过 所述负载的电流值；增益计算单元，其根据所述检测出的电流值来计算 所述基准正弦波的n次谐波的增益Gn，其中n-2、 3、 4、 5、 6、…、m; 以及基准正弦波校正单元，其使用所述计算出的增益Gn相加之和来校正 所述基准正弦波。
本发明第二方面涉及的逆变器式发电机具有存储单元，该存储单元 将所述基准正弦波的n次谐波的增益作为表值存储起来，并且，所述增 益计算单元根据检测出的所述电流值检索所述表来计算所述增益。
根据本发明的第一方面，逆变器式发电机具有逆变器驱动单元，该 逆变器驱动单元根据PWM信号驱动开关元件，并将从逆变器输出的交 流电变换为预定频率的交流电，该PWM信号是使用目标输出电压波形 的基准正弦波和载波而生成的，该逆变器式发电机构成为，根据检测出 的负载电流值来计算基准正弦波的n次谐波的增益Gn，其中n=2、 3、 4、 5、 6、、 m，并使用计算出的增益Gn来校正基准正弦波，因而例如以 抵消谐波的方式来计算增益，更具体地说抵消2次谐波、即如果其振幅 产生于正侧则以抵消该振幅的方式在负侧计算增益，并抵消3次谐波、 即如果其振幅产生于负侧则以抵消该振幅的方式在正侧计算增益。
然后，通过使用这些增益相加之和，更具体地说使用振幅与增益的 乘积之和，来校正基准正弦波(更具体地说是其电压值)，能够准确地校 正基准正弦波。因此，通过使用该校正后的基准正弦波来生成PWM信 号，能够可靠地减少输出电压波形中的谐波失真分量。
根据本发明的第二方面涉及的逆变器式发电机，构成为具有将基准 正弦波的n次谐波的增益作为表值来存储的存储单元，并且根据检测出 的电流值检索表来计算增益，因而除了上述效果以外，还能容易地计算 增益。
图1是整体地示出本发明的实施例涉及的逆变器式发电机的框图。 图2是功能性示出图1所示的CPU的动作的框图。
图3是示出图2所示的基准正弦波生成部等的动作的波形图。 图4是示出图2的基准正弦波校正部等的动作的流程图。 图5是说明图4的流程图的处理的、示出图2的基准正弦波校正部 的结构的框图。
图6是由图2的基准正弦波生成部生成的基准正弦波等的波形图。 图7是示出在图4的流程图的处理中使用的谐波增益的表值的说明图。
图8是示出在图4的流程图的处理中计算的谐波校正项的各要素的 说明图。
标号说明
10:逆变器式发电机；12:发动机(内燃机)；12a:节气门；12b: 节气门电机；14:发动机发电部；14a:三相输出绕组；20:变流器；26: 逆变器；36:电负载；40: CPU; 40a:晶闸管(SCR)驱动器；40b:栅 驱动器；40c:电机驱动器；40d: EEPROM; 40e、 40f:电压传感器；40g: 电流传感器；40j:基准正弦波生成部；40k:基准正弦波校正部；401: 脉宽调制部；40m:节气门控制部。
具体实施例方式
以下，结合
用于实施本发明的逆变器式发电机的最佳方式。实施例
图1是整体地示出本发明的实施例涉及的逆变器式发电机的框图。 在图1中，标号IO表示逆变器式发电机，发电机IO具有发动机(内 燃机)12，并具有3kW (交流100V， 30A)左右的额定输出。发动机12 是风冷发动机，且是火花点火式，其节气门12a利用由步进电机构成的 节气门电机(致动器)12b来开闭，并利用反冲起动器(未作图示)来起
5动。
在发动机12的气缸盖附近固定有圆形的定子(未作图示)，在该定
子上巻绕有构成发动机发电部14的由U相、V相、W相构成的3相输 出绕组(主绕组)14a以及3个单相绕组14b、 14c、 14d。
在定子的外侧配置有兼用作发动机12的飞轮的转子(未作图示)， 在该转子的内部，以与上述的绕组14a等对置的方式安装有多对永磁铁 (未作图示)，并使得这些永磁铁在直径方向上磁化的磁极相互交替。
随着转子的永磁铁绕着定子旋转，从3相输出绕组14a输出(发出) 3相(U相、V相、W相)交流电力，并从单相输出绕组14b、 14c、 14d 输出单相交流电力。
从发动机发电部14的输出绕组14a所输出(发出)的3相交流电力 经由U、 V、 W端子14e被输入到控制基板(印制电路板)16，并被输入 到搭载在该控制基板16上的变流器20。变流器20具有桥式连接的3个 晶闸管(SCR)和3个二极管DI，通过控制晶闸管的导通角，将从发动 机发电部14输出的3相交流电变换为直流电。
变流器20的正极侧和负极侧的输出与RCC (Ringing Choke Converter,振铃扼流转换器)电源(直流稳定电源)22连接，将整流后 的直流电作为工作电源提供给所述的3个晶闸管。RCC电源22的后级连 接有平滑电容器24，该平滑电容器24用于平滑从变流器20输出的直流 电。
平滑电容器24的后级连接有逆变器26。逆变器26具有由4个FET (场效应晶体管。开关元件)桥式连接而成的电路，如后所述通过控制4 个FET的导通和非导通，将从变流器20输出的直流电变换为预定频率(具 体地说50Hz或60Hz的商用频率)的交流电。
逆变器26的输出通过由谐波去除用的LC滤波器构成的扼流圈30 和噪声去除用的噪声滤波器32从输出端子34输出，并通过连接器(未 作图示)等自由地提供给电负载36。
控制基板16具有CPU (Central Processing Unit,中央处理单元)40。 CPU40由32位构成，并经由晶闸管(SCR)驱动器(驱动电路)40a控制变流器20的晶闸管的导通角，经由栅驱动器40b控制逆变器26的FET(场效应晶体管)的导通和非导通，并经由电机驱动器40c控制节气门电机12b的动作。CPU 40具有EEPROM (非易失性存储器)40d。
单相第1输出绕组14b的输出经由副端子14bl、 14b2被送到控制基板16，并被输入到控制电源生成部14b3，在控制电源生成部14b3中生成CPU 40的工作电源5V。副端子14bl的输出被送到NE (转速)检测电路14b4，在NE检测电路14b4中被变换为脉冲信号并被送到CPU 40。CPU 40对NE检测电路14b4的输出进行计数，从而检测发动机12的转速NE。
第2输出绕组14c的输出被送到全波整流电路14cl，在全波整流电路14cl中进行全波整流而生成节气门电机12b等的工作电源。第3输出绕组14d的输出被送到发动机12的点火电路12c，用作火花塞12d的点火电源。
CPU 40具有第1、第2电压传感器40e、 40f，第1电压传感器40e在RCC电源22的后级产生与从变流器20输出的直流电压对应的输出，并且第2电压传感器40f在逆变器26的后级产生与从逆变器26输出的交流电压对应的输出。第1、第2电压传感器40e、 40f的输出被输入到CPU40。
而且，CPU40具有电流传感器40g，电流传感器40g产生与从逆变器26输出的电流(换句话说，与连接了电负载36时流过电负载36的电流)对应的输出。
电流传感器40g的输出被输入到CPU 40，并且还被输入到过电流限制器40h。当由电流传感器40g检测出的电流超过容许极限值时，过电流限制器40h停止栅驱动器40b的输出，使逆变器26的输出暂时为零。
图2是功能性示出上述CPU 40的动作的框图。
如图2所示，CPU 40具有基准正弦波生成部40j、基准正弦波校正部40k、脉宽调制部401以及节气门控制部40m。
图3是示出图2的基准正弦波生成部等的动作的波形图。
如图3所示，基准正弦波生成部40j生成目标输出电压波形的预定
7频率(即，商用频率50Hz或60Hz)的基准正弦波(信号波。在上部由实线表示)。基准正弦波校正部40k如后所述那样校正由基准正弦波生成部40j生成的基准正弦波。
同样如图3所示，脉宽调制部401输入由基准正弦波生成部40j生成的、或者由基准正弦波校正部40k校正的基准正弦波，在比较器(未作图示)中与载波(例如20kHz的载波)进行比较，根据PWM(Pulse WidthModulation:脉宽调制)生成PWM信号(PWM波形)，即占空比(==接通时间t/周期T)可变的脉冲串。
图3中的下部虚线表示目标输出电压波形。另夕卜，PWM信号(PWM波形)的周期T(步长)实际上短得多，然而为了便于理解，在图3中夸张地示出。
节气门控制部40m用于确定节气门12a的开度，以达到根据由电负载36确定的交流输出而计算的目标转速，计算节气门电机12b的A相和B相的输出脉冲，将其经由电机驱动器40c从输出端子40cl提供给节气门电机12b，控制其动作。
然后，说明上述的CPU40的动作，具体地说是说明基准正弦波校正部40k和脉宽调制部401的动作。
图4是示出该动作的流程图。图示的程序按预定时刻执行，更具体地说，图示的程序当输出电压波形的频率是例如50Hz时每50微秒执行一次。
以下进行说明，在S10中根据由电流传感器40g检测出的电流值计算有效值，即检测值(瞬吋值)的平方的平均值的平方根。
然后进到S12，根据计算出的电流有效值来检索谐波增益表，计算谐波增益Gn (n=2、 3、 5…m)，进到S14，针对载波频率(20kHz)的每个步长(图3)，由各谐波表计算(检索)出振幅An (n=2、 3、 5…m),进到S16，根据计算出的增益Gn和振幅An，按照图示的运算式计算谐波校正项。图4-图8示出了2次、3次、5次的情况，对此，虽然在说明书中记载的是2次、3次、4次、5次、6次…，但在下文中以2次、3次、5次为例进行说明。图5是说明图4的流程图的处理的、示出基准正弦波校正部40k的结构的框图。
如图所示，基准正弦波校正部40k具有基准正弦波表，从2次、3次、5次到n次的谐波表，以及与谐波表对应的谐波增益表。基准正弦波表等的表全部被存储(保存)在EEPROM40d内。
如图6所示，基准正弦波表针对预定频率(商用频率50Hz和60Hz这两种频率)，按各预定时刻(更具体地说是分割为400个步长(时点))来存储基准正弦波。另外，如图6所示，为了便于计算，输出电压的振幅(最大值)由2的10次方即1024 (128字节)表示。
如图6所示，从2次、3次、5次到n次的谐波表也同样将各个谐波的振幅An (n=2、 3、 5…m)分割为400个步长来存储。另夕卜，为了便于理解，使谐波的振幅与基准正弦波相同来示出。
如图7所示，从2次、3次、5次到n次的增益表将增益Gn (n=2、3、 5…m)存储成可根据电流(A)(更准确地说是计算出的电流的有效值(A))进行检测的表值。增益表示谐波的振幅(大小)的比例，即百分比。
因此，在从S12到S16的处理中，根据计算出的电流有效值来检索增益表等，并从各谐波表等检索出与在图4的流程图的执行时刻规定的相应步长对应的振幅An。
然后，根据检索出的增益Gn和振幅An，按照图示的运算式，按以
下那样计算谐波校正项。
谐波校正项=A2 X G2+A3 X G3+A5 X G5 Am X Gm
图8示出谐波校正项的从2次到5次的值。并且，图6示出使谐波校正项对应于基准正弦波的1个周期连续时的波形。
回到图4的流程图的说明，接着进到S18，计算基准正弦波的电压值，例如图3表示为V18的值，按照图示的运算式将基准正弦波的电压值与谐波校正项相加来求和，根据和来计算PWM输出值(PWM信号)。
艮P，检索在图4的流程图的执行时刻确定的与步长对应的基准正弦波的电压值，利用该电压值与S16中计算出的谐波校正项(计算出的谐
9波的振幅An与增益Gn之积)相加得到的和来校正基准正弦波(的电压值)。至此是基准正弦波校正部40k的处理。
然后，脉宽调制部401输入由基准正弦波校正部40k所校正的基准正弦波的电压值(基准正弦波的电压值与谐波校正项之和)，在比较器中与载波进行比较来计算(生成)PWM输出值(PWM信号或PWM波形)。
计算出的PWM输出值从图1的栅驱动器40b输出到FET电桥电路，控制4个FET的导通和非导通，由此从输出端子34输出50Hz(或60Hz)的预定频率的交流电，并根据需要提供给电负载36。
参照图6来说明上述处理，在将图示的基准正弦波在比较器中与载波进行比较来计算并输出PWM信号的情况下，由此得到的输出电压波形如图3的虚线所示，也应为与基准正弦波相同的无失真的波形。
然而，由于FET的控制时的时间延迟、温度等，使得输出电压波形没有成为与预期的基准正弦波相同的波形，而是产生图6所示的谐波。
因此，在本实施例中，使用离线计算机，针对图6所示的基准正弦波的电压波形，对与电负载36的通电电流相应地产生的谐波进行傅立叶变换来进行频率分析，将分析结果作为振幅和增益预先进行数据化，并作成可根据电流自由检索的表值。
在该数据中增益Gn是以抵消谐波的方式来计算的。更具体地说，如果2次谐波的振幅A2产生于正侧，则以抵消该振幅A2的方式在负侧计算增益G2，如果3次谐波的振幅A3产生于负侧，则以抵消该振幅A3的方式在正侧计算增益G3。然后，利用谐波的振幅An与增益Gn的乘积相加得到的谐波校正项来校正基准正弦波(的电压值)。
本实施例由于按上述那样构成，因而可准确地校正基准正弦波。因此，通过使用该校正后的基准正弦波来生成PWM信号，能可靠地减少输出电压波形中的谐波失真分量。
并且，由于构成为具有将基准正弦波的n次谐波的增益作为表值来存储的存储单元(EEPROM) 40d，并且根据检测出的电流值检索表来计算增益Gn，因而除了上述效果以外，还可容易地计算增益Gn。
如上所述，在本实施例中涉及一种逆变器式发电机IO，该逆变器式发电机10具有发电部14，其由发动机12驱动；变流器20，其将从所述发电部14输出的交流电变换为直流电；逆变器26,其具有开关元件(FET)，并将从所述变流器20输出的直流电变换为交流电而输出；以及逆变器驱动单元(CPU 40)，其根据PWM信号驱动所述开关元件，将从所述逆变器26输出的交流电变换为预定频率的交流电，该PWM信号是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的，该逆变器式发电机10具有负载电流检测单元(CPU40、电流传感器40g， SIO)，当连接了负载(电负载)36时，该负载电流检测单元检测流过所述负载36的电流值，更具体地说是计算电流的有效值；增益计算单元(CPU40， S12)，其根据检测出的所述电流值，更具体地说是计算出的所述电流的有效值，来计算所述基准正弦波的n次谐波的增益Gn (n=2、 3、 4、 5、 6、、m);以及基准正弦波校正单元(CPU 40、基准正弦波校正部40k, S14至S18)，其使用所述计算出的增益Gn相加之和来校正所述基准正弦波。
并且，构成为具有存储单元(EEPROM) 40d，该存储单元将所述基准正弦波的n次谐波的增益作为表值存储起来，并且，所述增益计算单元(CPU 40， S12)根据所述检测出的电流值检索所述表来计算所述增益。
另外，在上述中作为逆变器的开关元件使用了FET,然而不限于此，可以是IGBT (insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)等。
权利要求
1.一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机具有发电部，其由发动机驱动；变流器，其将从所述发电部输出的交流电变换为直流电；逆变器，其具有开关元件，并将从所述变流器输出的直流电变换为交流电而输出；以及逆变器驱动单元，其根据PWM信号来驱动所述开关元件，并将从所述逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电，该PWM信号是使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的，所述逆变器式发电机的特征在于，该逆变器式发电机具有负载电流检测单元，其检测当连接了负载时流过所述负载的电流值；增益计算单元，其根据所述检测出的电流值来计算所述基准正弦波的n次谐波的增益(Gn)，其中n＝2、3、4、5、6、…、m；以及基准正弦波校正单元，其使用所述计算出的增益(Gn)相加之和来校正所述基准正弦波。
2. 根据权利要求1所述的逆变器式发电机，其特征在于， 该逆变器式发电机具有存储单元，该存储单元将所述基准正弦波的n次谐波的增益作为表值存储起来，并且，所述增益计算单元根据所述检测出的电流值检索所述表来计算所述 增益。
全文摘要
本发明提供一种逆变器式发电机，该逆变器式发电机根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号变换为预定频率的交流电，准确地校正基准正弦波，可靠地减少输出电压波形中的谐波失真分量。本发明的逆变器式发电机具有逆变器驱动单元，该逆变器驱动单元根据使用目标输出电压波形的基准正弦波和载波而生成的PWM信号来驱动开关元件，并将从逆变器输出的交流电变换为预定频率的交流电，在该逆变器式发电机中，计算流过负载的电流的有效值(S10)，根据计算出的电流的有效值来计算基准正弦波的n次谐波的增益(Gn)(S12)，使用计算出的增益(Gn)相加之和来校正基准正弦波(S14至S18)。
文档编号H02M7/48GK101635559SQ20091015217
公开日2010年1月27日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年7月25日
发明者室野井和文, 桥本省二 申请人:本田技研工业株式会社