電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為以往的記載了電力變換控制的文獻(xiàn)，存在例如專利文獻(xiàn)1。在該專利文獻(xiàn)1 中，在切換逆變器的控制模式時(shí)發(fā)生的各種問題、具體而言轉(zhuǎn)換（switching)頻率變得不 連續(xù)并與其相伴地發(fā)生的磁噪音的音色變化成為刺耳的點(diǎn)、在電動(dòng)機(jī)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩中產(chǎn)生變 動(dòng)的點(diǎn)等作為問題點(diǎn)而被提出，并且未記載解決這些問題點(diǎn)的技術(shù)。
[0003] 另外，除了該專利文獻(xiàn)1以外，下述專利文獻(xiàn)2~4以及非專利文獻(xiàn)1、2也是與電 力變換控制有關(guān)的公知文獻(xiàn)，關(guān)于這些文獻(xiàn)，根據(jù)需要在后述的實(shí)施方式中適當(dāng)提及。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第3700019號(hào)公報(bào)
[0005] 專利文獻(xiàn)2 :日本特公平5-64036號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第2654118號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利第3812290號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開昭58-86874號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)6 :日本專利第2566021號(hào)公報(bào)
[0010] 非專利文獻(xiàn)1 :杉本英彥編著「AC寸一求システΛ?理論t設(shè)計(jì)①実際」総合電子 出版社1990年（杉本英彥編著《AC伺服系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)的實(shí)際》綜合電子出版社1990 年）
[0011] 非專利文獻(xiàn)2 :社団法人電気學(xué)會(huì)編「半導(dǎo)體電力變換回路」才一Λ社（社團(tuán)法人 電氣學(xué)會(huì)編《半導(dǎo)體電力變換電路》Ohmsha公司）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在電力變換裝置中，在電力變換控制是過調(diào)制狀態(tài)的情況下，存在不發(fā)生調(diào)制波 和載波的交叉的區(qū)間。在上述專利文獻(xiàn)1中，將該區(qū)間定義為"寬幅脈沖"，將發(fā)生調(diào)制波和 載波的交叉的區(qū)間定義為"等間隔脈沖"。在該專利文獻(xiàn)1中，在調(diào)制波零交叉的附近處PWM 輸出的脈沖波形成為"等間隔"是因?yàn)榛诜峭絇WM。如在該專利文獻(xiàn)1的段落"0012" 中記載那樣，"在非同步PWM中，輸出電壓的基波一周期中包含的各個(gè)電壓脈沖的寬度針對(duì) 每個(gè)周期不同，如果在過調(diào)制模式下隨著輸出電壓接近100%，輸出電壓基波的零交叉附近 的脈沖數(shù)減少，則該影響變顯著而在輸出電壓的正負(fù)之間產(chǎn)生失衡，在逆變器的負(fù)載電流 中發(fā)生跳動(dòng)現(xiàn)象"。因此，在該專利文獻(xiàn)1中，通過研究"轉(zhuǎn)移電壓"、"轉(zhuǎn)移相位"，進(jìn)行對(duì)過 渡性的電流、轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)進(jìn)行抑制的控制。
[0013] 但是，由于基于非同步PWM，所以"等間隔脈沖"的脈沖數(shù)還如該文獻(xiàn)的（式3)式 所示，與非同步的載波頻率Fc成比例，與基波頻率Fi成反比例，與調(diào)制系數(shù)（調(diào)制波的振 幅）A成反比例。特別是，在過調(diào)制域中，相對(duì)于輸出電壓指令值Ε*的增減率，調(diào)制系數(shù)A 的操作變化更大地變化，所以平均脈沖數(shù)的增減變動(dòng)變大，"等間隔脈沖"期間的脈沖數(shù)變 動(dòng)變大。
[0014] 因此，由于使用的應(yīng)用中的基波頻率Fi、非同步載波頻率Fe的制約（電力變換器 的發(fā)生損耗以及冷卻性能），在該文獻(xiàn)的（式2)式中定義的、調(diào)制系數(shù)A與輸出電壓指令 E*之間的關(guān)系式未被未保存，而存在發(fā)生電壓振幅的控制誤差、跳動(dòng)從而在逆變器輸出電 流中發(fā)生急劇變動(dòng)以及脈動(dòng)這樣的問題。
[0015] 本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于得到一種能夠一邊抑制逆變器輸出電流 的急劇變動(dòng)以及脈動(dòng)、一邊在寬的電壓操作范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)的電力變換裝 置。
[0016] 為了解決上述課題并達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種電力變換裝置，其特征在于，具 備：逆變器電路，將直流電壓變換為多相的交流電壓而輸出；以及轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部，根據(jù)交 流電壓輸出振幅指令值和交流電壓輸出相位角指令值來計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)所述逆變器電路的 選通信號(hào)，并輸出到所述逆變器電路，在所述轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部中，在交流電壓輸出指令的1 個(gè)周期中，在以成為上側(cè)電位的第1相位角（Θ1)為中心的第1期間（Xl)中，為了始終輸 出所述逆變器電路的直流輸入正側(cè)端子電壓值而使選通信號(hào)固定，在以成為下側(cè)電位的第 2相位角（Θ2:Θ2>Θ1)為中心的第2期間（X2)中，為了始終輸出所述逆變器電路的直流 輸入負(fù)側(cè)端子電壓值而使選通信號(hào)固定，并生成根據(jù)調(diào)制系數(shù)指令或者所述交流電壓輸出 振幅指令值來設(shè)定了第1比值以及第2比值的選通信號(hào)，其中，所述第1比值是從所述第1 相位角（θ 1)與所述第2相位角（Θ 2)之間的期間除去所述第1以及第2期間（Χ1、Χ2)得 到的第3期間（Yl)和所述第1期間（Xl)的比值，所述第2比值是從所述第2相位角（Θ2) 與使所述第1相位角（θ 1)在正方向上偏移360度得到的相位角（Θ 1+360)之間的期間 除去所述第1以及第2期間（XI、Χ2)得到的第4期間（Υ2)和所述第2期間Χ2的比值，并 且，作為所述第3以及第4期間（Υ1、Υ2)中的選通信號(hào)的相位角指令條件，在所述第3期間 (Yl)中，維持使所述選通信號(hào)接通和斷開的相位角、與所述第1以及第2相位角（Θ 1、Θ 2) 的平均值（（θ 1+Θ 2)/2)的比值，在所述第4期間（Υ2)中，維持使所述選通信號(hào)接通和斷 開的相位角、與使所述平均值的相位角偏移180度得到的相位角（（Θ 1+ Θ 2)/2+180)的比。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，起到能夠一邊抑制逆變器輸出電流的急劇變動(dòng)以及脈動(dòng)、一邊在寬 的電壓操作范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定的負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)這樣的效果。
【附圖說明】
[0018] 圖1是示出實(shí)施方式1中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019] 圖2是示出調(diào)制波選擇部的實(shí)施方式1中的模式選擇方法的圖。
[0020] 圖3是示出實(shí)施方式1中的載波生成部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021] 圖4是示出實(shí)施方式1中的調(diào)制波生成部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0022] 圖5-1是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0.9)中的調(diào)制波以及載波的波形的圖。
[0023] 圖5-2是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0.9)中的選通信號(hào)的波形的圖。
[0024] 圖6-1是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0. 93)中的調(diào)制波以及載波的波形的圖。
[0025] 圖6-2是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0.93)中的選通信號(hào)的波形的圖。
[0026] 圖7-1是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0. 97)中的調(diào)制波以及載波的波形的圖。
[0027] 圖7-2是示出過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0.97)中的選通信號(hào)的波形的圖。
[0028] 圖8是示出3沖擊（dash)脈沖模式（調(diào)制系數(shù)0. 97)中的選通信號(hào)的波形的圖。
[0029] 圖9是示出調(diào)制波選擇部的實(shí)施方式2中的模式選擇方法的圖。
[0030] 圖10-1是示出過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0.8)中的調(diào)制波以及載波的波形的 圖。
[0031] 圖10-2是示出過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0.8)中的選通信號(hào)的波形的圖。
[0032] 圖11-1是示出二相調(diào)制執(zhí)行時(shí)的過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0. 8)中的調(diào)制波以 及載波的波形的圖。
[0033] 圖11-2是示出二相調(diào)制執(zhí)行時(shí)的過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0.8)中的選通信號(hào) 的波形的圖。
[0034] 圖12-1是示出二相調(diào)制執(zhí)行時(shí)的過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0. 9)中的調(diào)制波以 及載波的波形的圖。
[0035] 圖12-2是示出二相調(diào)制執(zhí)行時(shí)的過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0. 93)中的調(diào)制波 以及載波的波形的圖。
[0036] 圖12-3是示出二相調(diào)制執(zhí)行時(shí)的過調(diào)制準(zhǔn)備模式（調(diào)制系數(shù)0. 97)中的調(diào)制波 以及載波的波形的圖。
[0037] 圖13是示出實(shí)施方式5中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0038] 圖14是示出實(shí)施方式5中的同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0039] 圖15是示出實(shí)施方式5的低次諧波刪除PffM最大調(diào)制系數(shù)下的轉(zhuǎn)換相位角θ X 的一個(gè)例子的圖。
[0040] 圖16是示出實(shí)施方式5的過調(diào)制PffM模式（調(diào)制系數(shù)0. 97)中的轉(zhuǎn)換相位角Θ 的一個(gè)例子的圖。
[0041] (符號(hào)說明）
[0042] 1 :交流電動(dòng)機(jī)；2 :逆變器電路；3 :直流電壓源部；4、4b :轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部；5 :載波 生成部；6 :調(diào)制波生成部；7 :比較部；8 :調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部；9 :調(diào)制模式選擇部；10 :電壓檢 測(cè)部；11 :交流電壓指令生成部；41 :非同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部；42 :同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生 成部；43 :轉(zhuǎn)換信號(hào)選擇部；45 :轉(zhuǎn)換特性映射圖；46 :轉(zhuǎn)換輸出判定部；50a :非同步PffM用 載波生成部；50b :過調(diào)制PffM用載波生成部；50c :3沖擊脈沖用載波生成部；51 :載波選擇 部；60a :非同步PffM用調(diào)制波生成部；60b :過調(diào)制PffM用調(diào)制波生成部；60c :3沖擊脈沖用 調(diào)制波生成部；61 :調(diào)制波選擇部。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的電力變換裝置。另外，本發(fā)明不被以下 所示的實(shí)施方式所限定。
[0044] 實(shí)施方式1.
[0045] 圖1是示出實(shí)施方式1中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的圖。如該圖所示，在實(shí)施方式 1的電力變換裝置中，作為用于驅(qū)動(dòng)作為負(fù)載的交流電動(dòng)機(jī)1的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成為具備逆變器電 路2、直流電壓源部3、具有載波生成部5、調(diào)制波生成部6及比較部7的轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4、 調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部8、調(diào)制模式選擇部9、電壓檢測(cè)部10、以及交流電壓指令生成部11。
[0046] 逆變器電路2構(gòu)成為具有未圖示的半導(dǎo)體開關(guān)元件，具有將從直流電壓源部3供 給的直流電力變換為可變電壓可變頻率的交流電力、并向交流電動(dòng)機(jī)1供給電力的功能。 電壓檢測(cè)部10為了運(yùn)算后述的調(diào)制系數(shù)，檢測(cè)從直流電壓源部3輸出的直流電壓值并輸出 到調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部8。
[0047] 利用由轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4所生成的多個(gè)作為轉(zhuǎn)換信號(hào)的選通信號(hào)，驅(qū)動(dòng)構(gòu)成逆變 器電路2的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件，從而進(jìn)行逆變器電路2中的上述的電力變換動(dòng)作。
[0048] 交流電壓指令生成部11生成與逆變器電路2對(duì)交流電動(dòng)機(jī)1施加的交流電壓中 的振幅、相位以及頻率相關(guān)的指令值。轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4根據(jù)從交流電壓指令生成部11直 接輸出或者經(jīng)由調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部8以及調(diào)制模式選擇部9輸出的信號(hào)，生成并輸出對(duì)逆變 器電路2進(jìn)行控制的選通信號(hào)。具體而言，在調(diào)制波生成部6中，將作為基于電壓指令的交 流波形信號(hào)的調(diào)制波作為信號(hào)而輸出，載波生成部5將以鋸齒波、三角波為基本的載波作 為信號(hào)而輸出。比較部7被輸入這些載波信號(hào)以及調(diào)制波信號(hào)，根據(jù)時(shí)刻變化的各個(gè)大小 關(guān)系，將選通信號(hào)輸出到逆變器電路2。
[0049] 例如，在逆變器電路2是2電平逆變器的情況下，作為向逆變器電路2輸出的選通 信號(hào)，生成與調(diào)制波和載波的大小關(guān)系對(duì)應(yīng)的以下的信號(hào)。
[0050] (i)調(diào)制波〉載波的期間
[0051 ] 直流電壓輸入的高電位被選擇為選通信號(hào)。
[0052] (i i)調(diào)制波〈載波的期間
[0053] 直流電壓輸入的低電位被選擇為選通信號(hào)。
[0054] 另外，在交流電動(dòng)機(jī)是多相交流的情況下，作為調(diào)制波，生成針對(duì)各個(gè)相的信號(hào)， 并且針對(duì)各個(gè)相進(jìn)行載波和調(diào)制波的比較，從而生成針對(duì)各個(gè)相的選通信號(hào)而輸出到逆變 器電路2。
[0055] 這樣，轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4所生成的選通信號(hào)被輸出到逆變器電路2,進(jìn)行所謂的脈 沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation:以下簡(jiǎn)記為"PWM"），從直流電力變換為多相交流 電力，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)等交流負(fù)載。