專利名稱：逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器，尤其涉及其壽命的改善。
背景技術(shù)：
圖12是示出現(xiàn)有的進(jìn)行AC-AC轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)的電路圖。交流/直流轉(zhuǎn)換器2從交 流電源1(例如三相)接受交流電，將其轉(zhuǎn)換成直流電。直流鏈電容器3接受該直流電。開 關(guān)元件組5將該直流電轉(zhuǎn)換成多相(例如三相)的交流電，并提供給負(fù)載6。開關(guān)元件組5 根據(jù)PWM控制部7的指示，進(jìn)行使用了脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)動(dòng)作。另外，作為與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)列舉如下。專利文獻(xiàn)1 歐洲專利申請(qǐng)公開第1780882號(hào)說(shuō)明書專利文獻(xiàn)2 美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2004/0207463號(hào)說(shuō)明書專利文獻(xiàn)3 日本特開平5-219741號(hào)公報(bào)通常，為了承擔(dān)平滑功能，直流鏈電容器3需要具有較大的靜電電容。并且，為了 增大靜電電容，通常直流鏈電容器3采用電解電容器。而且，電解電容器與其它電容器例如 薄膜電容器相比損耗較大。另一方面，使用了脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)動(dòng)作雖然容易降低功耗，但也容易產(chǎn)生交 流成分。由于該交流成分流入電解電容器，因此電解電容器的損耗增大，并導(dǎo)致溫度上升。這種溫度上升縮短了直流鏈電容器3的壽命，進(jìn)而縮短了包含直流鏈電容器3和 開關(guān)元件組5在內(nèi)的逆變器的壽命。為了減少這種溫度上升，可以考慮進(jìn)一步增大直流鏈電容器3的靜電電容，或采 用損耗小的高質(zhì)量部件。但是，這些手段導(dǎo)致成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，即使不進(jìn)一步增大直流鏈電容器所采用的電解電容器 的靜電電容或不采用損耗小的電解電容器，也能延長(zhǎng)電解電容器的壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)逆變器 的壽命。本發(fā)明的逆變器的第1方式具有電解電容器(3)，其接受直流電；串聯(lián)諧振電路 (4)，其與所述電解電容器并聯(lián)連接；以及開關(guān)元件組(5)，其通過(guò)使用了脈沖寬度調(diào)制的 開關(guān)動(dòng)作將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電。本發(fā)明的逆變器的第2方式，在其第1方式中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率 是所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率。本發(fā)明的逆變器的第3方式，在其第1方式中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率 與所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率的諧波中表現(xiàn)為最大成分的諧波的頻率一致。本發(fā)明的逆變器的第4方式，在其第3方式中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率 是所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率的2倍。本發(fā)明的逆變器的第5方式，在其第1至第4方式的任意一個(gè)方式中，所述串聯(lián)諧振電路(4)具有串聯(lián)連接的諧振用電感器(41)與諧振用電容器(42)，所述諧振用電容器是 薄膜電容器。根據(jù)本發(fā)明的逆變器的第1方式，由于隨著開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的交流成分流入串聯(lián) 諧振電路，因此在流入電解電容器的電流中去除了該交流成分。因此，電解電容器的壽命延 長(zhǎng)，進(jìn)而逆變器的壽命延長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的逆變器的第2方式，當(dāng)脈沖寬度調(diào)制的載波是鋸齒波時(shí)，隨著開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的交流成分高效地流入串聯(lián)諧振電路。根據(jù)本發(fā)明的逆變器的第3方式，諧波高效地流入串聯(lián)諧振電路。根據(jù)本發(fā)明的逆變器的第4方式，當(dāng)脈沖寬度調(diào)制的載波是三角波時(shí)，諧波高效 地流入串聯(lián)諧振電路。根據(jù)本發(fā)明的逆變器的第5方式，由于與電解電容器相比，諧振用電容器所需的 靜電電容較小，因此可以將薄膜電容器用作諧振用電容器。因此，諧振用電容器的壽命延 長(zhǎng)，逆變器的壽命延長(zhǎng)。通過(guò)下述詳細(xì)的說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的目的、特征、形態(tài)以及優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。


圖1是示出采用本發(fā)明的逆變器進(jìn)行AC-AC轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是第1實(shí)施例的電路圖。圖3是示出與第1實(shí)施例相對(duì)的比較對(duì)象的電流波形的曲線圖。圖4是示出與第1實(shí)施例相對(duì)的比較對(duì)象的電流譜的曲線圖。圖5是示出第1實(shí)施例的電流波形的曲線圖。圖6是示出第1實(shí)施例的電流譜的曲線圖。圖7是第2實(shí)施例的電路圖。圖8是示出與第2實(shí)施例相對(duì)的比較對(duì)象的電流波形的曲線圖。圖9是示出與第2實(shí)施例相對(duì)的比較對(duì)象的電流譜的曲線圖。圖10是示出第2實(shí)施例的電流波形的曲線圖。圖11是示出第2實(shí)施例的電流譜的曲線圖。圖12是示出現(xiàn)有的進(jìn)行AC-AC轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出采用本發(fā)明的逆變器進(jìn)行AC-AC轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)的電路圖。該逆變器具有 直流鏈電容器3、串聯(lián)諧振電路4以及開關(guān)元件組5。交流/直流轉(zhuǎn)換器2從交流電源1 (例如三相)接受交流電，將其轉(zhuǎn)換成直流電。 交流/直流轉(zhuǎn)換器2既可以采用基于無(wú)源元件的普通整流電路，還可采用應(yīng)用了有源元件 的有源變流器。直流鏈電容器3接受上述的直流電。然后，開關(guān)元件組5將該直流電轉(zhuǎn)換成多相 (例如三相)的交流電，提供給負(fù)載6。通過(guò)對(duì)該三相交流電的電流或電壓進(jìn)行監(jiān)視，PWM控 制部7生成用于進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的指示。該指示被提供給開關(guān)元件組5，在開關(guān)元件組5 中進(jìn)行應(yīng)用了脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)動(dòng)作。開關(guān)元件組5采用例如應(yīng)用了 IGBTdnsulatedGateBipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的公知結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征在于，將電解電容器用作直流鏈電容器3、且設(shè)有與電解電容器并聯(lián) 連接的串聯(lián)諧振電路4。將電解電容器用作直流鏈電容器3而承擔(dān)除去脈動(dòng)電流的平滑功 能，并且使隨著開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的交流成分流入串聯(lián)諧振電路。由此，從流入電解電容器的電 流中除去該交流成分。因此，電解電容器的壽命延長(zhǎng)，進(jìn)而逆變器的壽命延長(zhǎng)。并且，無(wú)需 進(jìn)一步增大電解電容器的靜電電容，或者采用損耗小的電解電容器。當(dāng)脈沖寬度調(diào)制所采用的載波是鋸齒波時(shí)，優(yōu)選直流諧振電路4的諧振頻率選定 為開關(guān)元件組5的開關(guān)頻率。原因是該頻率的交流成分最高。另外，也可以使直流諧振電路4的諧振頻率與開關(guān)元件組5的開關(guān)頻率的諧波中 表現(xiàn)為最大成分的諧波的頻率一致。這是為了使諧波高效地流入串聯(lián)諧振電路。例如，當(dāng) 脈沖寬度調(diào)制所采用的載波是三角波時(shí)，優(yōu)選直流諧振電路4的諧振頻率選定為開關(guān)元件 組5的開關(guān)頻率的2倍。串聯(lián)諧振電路4具有串聯(lián)連接的諧振用電感器41與諧振用電容器42。由于與直 流鏈電容器3所需的靜電電容相比諧振用電容器41所需的靜電電容較小，因此可使用薄膜 電容器。由于薄膜電容器的損耗較小，因此諧振用電容器41的壽命延長(zhǎng)，逆變器的壽命也 延長(zhǎng)。例如，諧振用電容器42的靜電電容所需的值是直流鏈電容器3所需的靜電電容的幾 十分之一。也可以與直流鏈電容器3并聯(lián)地設(shè)置多個(gè)串聯(lián)諧振電路4。對(duì)其各自的諧振頻率 進(jìn)行調(diào)整，對(duì)多個(gè)諧波進(jìn)行旁通。下面，具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的效果。第1實(shí)施例圖2是第1實(shí)施例的電路圖。對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)，具體化如下。將基于無(wú)源元 件的整流電路2A用作交流/直流轉(zhuǎn)換器2。將串并聯(lián)連接的4個(gè)電容器Cl C4用作直流 鏈電容器3。整流電路2A具有進(jìn)行三相全波整流的二極管電橋20、和安插在正側(cè)直流鏈母線 中的電抗器21。在本實(shí)施例中，將并聯(lián)連接設(shè)置的3個(gè)具有6mH電感的線圈作為電抗器21， 實(shí)質(zhì)上為2mH的電感。在直流鏈電容器3中，電容器Cl、C2串聯(lián)連接在直流鏈母線的正側(cè)與負(fù)側(cè)之間。 電容器C3、C4串聯(lián)連接在直流鏈母線的正側(cè)和負(fù)側(cè)之間。由于通常將電容器Cl C4的靜 電電容選定為相等，因此直流鏈電容器3的靜電電容與Cl C4各自的靜電電容相等。在 本實(shí)施例中，使用850yF作為該靜電電容。在本實(shí)施例中，諧振用電感器41與諧振用電容器42分別具有9μ H的電感和 20 μ F的靜電電容。下面，通過(guò)對(duì)流入直流鏈電容器3以及串聯(lián)諧振電路4的電流i0、流入電容器Cl 的電流il、以及流入串聯(lián)諧振電路4的電流i2進(jìn)行討論，來(lái)示出本實(shí)施例的效果。圖3是示出對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路(本實(shí)施例的比較對(duì)象)中的電流 波形進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果的曲線圖。雖然由于是對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路進(jìn)行 研究而不存在電流i2流過(guò)的路徑，但為了方便起見，將電流i2表示為零。這里，假設(shè)提供給負(fù)載6的電流的有效值是10. 3A。設(shè)調(diào)制度為1、電流i0的有效值為7. 20A。 圖4是示出對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流譜進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果 的曲線圖。以開關(guān)頻率Fs為中心出現(xiàn)了 2個(gè)(頻率Fs-AF、Fs+Δ F)基于PWM調(diào)制的峰 值。這里，假設(shè)開關(guān)頻率Fs為6kHz。另外，由于采用三角波作為PWM調(diào)制的載波，因此諧波 的峰值出現(xiàn)在頻率2Fs處。圖5是示出對(duì)設(shè)有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流波形進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果 的曲線圖。電流i0分支成2個(gè)電流il、以及電流i2。為了與未設(shè)串聯(lián)諧振電路4時(shí)的條 件一致，提供給負(fù)載6的電流的有效值、PWM調(diào)制的開關(guān)頻率Fs和調(diào)制度采用了與未設(shè)串 聯(lián)諧振電路4時(shí)相同的條件。電流iO的有效值是2. 70A,以本實(shí)施例的比較對(duì)象為基準(zhǔn)，減 少了 27%。圖6是示出對(duì)設(shè)有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流譜進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果的 曲線圖。與圖4相同，對(duì)于電流iO而言，諧波的峰值出現(xiàn)在頻率2Fs處，而對(duì)于流入串聯(lián)諧 振電路4的電流i2而言，諧波的峰值也出現(xiàn)在頻率2Fs處。并且，與圖4的曲線圖相比，對(duì) 于流入電容器Cl的電流il，在頻率2Fs處的峰值顯著降低。這意味著在電流iO中，大部分 具有頻率2Fs的成分作為電流i2流入串聯(lián)諧振電路4，在流入電容器Cl的電流il中基于 開關(guān)頻率的成分減少。由上述可知可以取得在上述實(shí)施方式中敘述的效果。第2實(shí)施例圖7是第2實(shí)施例的電路圖。相對(duì)于圖2所示的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，不同之處在于 將有源變流器2B用作交流/直流轉(zhuǎn)換器2。伴隨于此，在有源變流器2B的輸入側(cè)設(shè)有具有 各相電抗器的電抗器組8。針對(duì)各相而設(shè)置的電抗器分別具有3. 5mH的電感。還設(shè)有PWM 控制部9，該P(yáng)WM控制部9根據(jù)流入這些電抗器的電流以及直流鏈電容器3兩端的電壓，對(duì) 有源變流器2B的各元件(例如采用IGBT)的開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制。其它結(jié)構(gòu)(包括靜電電 容、電感)與第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。圖8是示出對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路(本實(shí)施例的比較對(duì)象)中的電流 波形進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果的曲線圖。雖然由于對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路進(jìn)行研 究而不存在電流i2流過(guò)的路徑，但為了方便起見，將電流i2表示為零。這里，假設(shè)提供給負(fù)載6的電流的有效值是10. 2A。設(shè)調(diào)制度為0. 92、電流iO的 有效值為7. 20A。圖9是示出對(duì)不具有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流譜進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果 的曲線圖?；赑WM調(diào)制的峰值出現(xiàn)在頻率Fs- Δ F、Fs+ Δ F、2Fs處。圖10是示出對(duì)設(shè)有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流波形進(jìn)行仿真后得到的結(jié) 果的曲線圖。為了與未設(shè)串聯(lián)諧振電路4時(shí)的條件一致，提供給負(fù)載6的電流的有效值、 PWM調(diào)制的開關(guān)頻率Fs和調(diào)制度采用了與未設(shè)串聯(lián)諧振電路4時(shí)相同的條件。電流iO的 有效值是2. 50A,以本實(shí)施例的比較對(duì)象為基準(zhǔn)，減少了 29%。圖11是示出對(duì)設(shè)有串聯(lián)諧振電路4時(shí)的電路中的電流譜進(jìn)行仿真后得到的結(jié)果 的曲線圖。與圖9相比，對(duì)于流入電容器Cl的電流il，在頻率2Fs處的峰值顯著降低。這 意味著在電流iO中，大部分具有頻率2Fs的成分作為電流i2流入串聯(lián)諧振電路4，在流入 電容器Cl的電流il中基于開關(guān)頻率的成分減少。由上述可知可以取得在上述實(shí)施方式中 敘述的效果。
雖然詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明，但是，上述說(shuō)明在所有方面中只是例示，本發(fā)明并不限定于此?？梢岳斫鉃?，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以想出未例示的多種變形例。
權(quán)利要求
一種逆變器，其具有，電解電容器(3)，其接受直流電；串聯(lián)諧振電路(4)，其與所述電解電容器并聯(lián)連接；以及開關(guān)元件組(5)，其通過(guò)使用了脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)動(dòng)作將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，其中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率是所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器，其中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率與所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率的諧波中表現(xiàn)為 最大成分的諧波的頻率一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆變器，其中，所述串聯(lián)諧振電路(4)的諧振頻率是所述開關(guān)元件組(5)的開關(guān)頻率的2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的逆變器，其中，所述串聯(lián)諧振電路⑷具有串聯(lián)連接的諧振用電感器(41)與諧振用電容器(42)， 所述諧振用電容器是薄膜電容器。
全文摘要
即使不進(jìn)一步增大直流鏈電容器所采用的電解電容器的靜電電容或不采用損耗小的電解電容器，本發(fā)明也能延長(zhǎng)電解電容器的壽命，進(jìn)而延長(zhǎng)逆變器的壽命。逆變器具有電解電容器(3)，其接受直流電；串聯(lián)諧振電路(4)，其與所述電解電容器并聯(lián)連接；以及開關(guān)元件組(5)，其通過(guò)使用了脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)動(dòng)作將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101821933SQ20088011079
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者阿卜杜拉·梅基 申請(qǐng)人:大金工業(yè)株式會(huì)社