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電力變換裝置的制造方法_4

文檔序號(hào):9355570閱讀:來(lái)源:國(guó)知局
置載波生成部5以及調(diào)制波 生成部6并比較載波和調(diào)制波從而得到選通信號(hào),但不依賴于載波和調(diào)制波的比較的PffM 調(diào)制方法也被廣泛知曉。特別是,本申請(qǐng)中的區(qū)域(2)a的過(guò)調(diào)制準(zhǔn)備模式、區(qū)域(2)的過(guò) 調(diào)制PffM模式、以及區(qū)域(3)的3沖擊脈沖模式是基于生成與輸出電壓相位角指令值0$同 步的選通信號(hào)的所謂同步PWM方式的模式,各相應(yīng)轉(zhuǎn)換的相位角和輸出電壓相位角指令值 Θ $的關(guān)系能夠通過(guò)調(diào)制系數(shù)PMF唯一地決定,能夠預(yù)先映射圖化。
[0152] 作為更具體的映射圖化的例子,如果將實(shí)施方式1~4中的針對(duì)過(guò)調(diào)制PffM用載 波生成部50b和過(guò)調(diào)制PffM用調(diào)制波生成部60b、比較部7預(yù)先使調(diào)制系數(shù)PMF從0變化 至1時(shí)的轉(zhuǎn)換發(fā)生相位角在仿真作業(yè)中進(jìn)行記錄并映射圖化,則通過(guò)將調(diào)制系數(shù)PMF用作 自變量,能夠求出轉(zhuǎn)換發(fā)生相位角。
[0153] 作為更具體的實(shí)施方式,圖13示出不依賴于載波和調(diào)制波的比較的結(jié)構(gòu)。將圖13 的結(jié)構(gòu)與圖1的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較時(shí),轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4b的結(jié)構(gòu)不同,但最終發(fā) 生的轉(zhuǎn)換指令SW_uvw與此前舉出的實(shí)施方式相同。
[0154] 轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部4b具有非同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部41、同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部 42、以及將它們輸出的選通信號(hào)根據(jù)調(diào)制模式來(lái)選擇的轉(zhuǎn)換信號(hào)選擇部43。非同步PffM轉(zhuǎn) 換信號(hào)生成部41既可以利用上述非專利文獻(xiàn)1的47頁(yè)所示的"瞬時(shí)空間磁通交鏈數(shù)矢量 圓軌跡PWM"那樣的方法、或者也可以是與其他實(shí)施方式同樣地通過(guò)非同步PffM用的載波、 調(diào)制波進(jìn)行比較的方法。
[0155] 另一方面,同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部42能夠例如如圖14那樣構(gòu)成。如圖14所 示,同步PffM轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部42構(gòu)成為具有上述例示了的對(duì)能夠預(yù)先求出的調(diào)制系數(shù)和轉(zhuǎn) 換發(fā)生相位角的關(guān)系進(jìn)行了映射圖化的轉(zhuǎn)換特性映射圖45、以及通過(guò)比較轉(zhuǎn)換特性映射圖 45輸出的U、V、W各相的轉(zhuǎn)換相位角和輸出電壓相位角指令值Θ $而輸出同步PffM轉(zhuǎn)換信 號(hào)的轉(zhuǎn)換輸出判定部46。
[0156] 通過(guò)上述的結(jié)構(gòu),可得到如下效果:不用始終運(yùn)算調(diào)制波以及載波,而從調(diào)制系數(shù) PMF引用轉(zhuǎn)換特性映射圖,從而能夠輸出過(guò)調(diào)制準(zhǔn)備模式、過(guò)調(diào)制PffM模式以及3沖擊脈沖 模式各自的選通信號(hào),減少控制裝置內(nèi)部的運(yùn)算量,無(wú)需使用昂貴的高速運(yùn)算處理運(yùn)算器 而能夠進(jìn)行PWM運(yùn)算。
[0157] 實(shí)施方式6.
[0158] 在實(shí)施方式5的電力變換裝置中,使用轉(zhuǎn)換特性映射圖來(lái)生成選通信號(hào),所以如 果是所謂的同步PWM,則能夠選擇所謂的調(diào)制方法。例如,作為區(qū)域(2)a的過(guò)調(diào)制準(zhǔn)備模式 用的轉(zhuǎn)換特性映射圖,能夠使用進(jìn)行從逆變器電路2的PffM輸出電壓抑制或者刪除特定的 次數(shù)的高次諧波的控制的所謂低次諧波刪除PWM(關(guān)于詳細(xì)的內(nèi)容參照上述專利文獻(xiàn)5), 將該方式作為實(shí)施方式6進(jìn)行說(shuō)明。
[0159] 如果使用低次諧波刪除PWM,則能夠從由逆變器電路2進(jìn)行電力供給的施加到交 流電動(dòng)機(jī)1的電壓中刪除特定的次數(shù)的高次諧波電壓,所以可得到除了抑制一部分的高次 諧波電流、高次諧波損耗以外還能夠削減特定次數(shù)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音這樣的效果。但是, 通過(guò)研究脈沖發(fā)生定時(shí)的操作來(lái)得到其效果,所以能夠維持效果的調(diào)制系數(shù)的上限是確定 的。
[0160] 將低次諧波刪除PffM中的調(diào)制系數(shù)上限值設(shè)為PWM_x,將此時(shí)的轉(zhuǎn)換發(fā)生相位角 的列設(shè)為θ X = ( θ χ?,θ χ2,θ χ3,...... θ χη)。此時(shí)的轉(zhuǎn)換波形成為例如圖15所示的波 形。
[0161] 根據(jù)這些信息,能夠如以下那樣制作過(guò)調(diào)制PffM用的轉(zhuǎn)換特性映射圖。
[0162] 具體而言,使用上述θχ,以電壓相位角指令值是〇、90、180、270[度]為基準(zhǔn), 定義作為PMF>PMF_x以上的轉(zhuǎn)換特性映射圖的與圖6-2、圖7-2同樣的期間X1、Y1、X2、Y2(U 相的情況)。
[0163] 接下來(lái),作為使期間XI、X2產(chǎn)生的ΔΧ,定義為如下:
[0164] ?在 PMF = PMF_x 時(shí),Δ X = 〇 ;
[0165] ?在 PMF = I (1 脈沖模式)時(shí),Δ X = 90 度。
[0166] 然后,在PMF_x〈PMF〈 1的期間中,根據(jù)PMF,以PMF越大使Δ X越大的方式操作。
[0167] 然后,根據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)生相位角列ΘΧ和ΔΧ,如圖16那樣,求出過(guò)調(diào)制PffM模式下 的轉(zhuǎn)換特性θ (Δχ) = ( Θ 1,Θ 2,Θ 3,……θη)。在期間Υ2、Yl中,使θχ = (θχ?, Θχ2,ΘΧ3,……θχη)以〇[度]為中心、以及以180[度]為中心,在橫軸方向上縮小 (9〇-&幻/9〇,將由此得到的結(jié)果設(shè)為0(&^ = (0 1,0 2,0 3,……θη)。
[0168] 由此,雖然失去低次諧波刪除的功能,但能夠進(jìn)行直至調(diào)制系數(shù)I (1脈沖模式)附 近為止的連續(xù)的調(diào)制。另外,在調(diào)制系數(shù)0.97以上等時(shí),如果切換為3沖擊脈沖模式(同 樣地能夠?qū)D(zhuǎn)換相位角進(jìn)行映射圖化),則能夠與實(shí)施方式1同樣地,更平滑地進(jìn)行向調(diào)制 系數(shù)1的切換。
[0169] 實(shí)施方式7.
[0170] 在實(shí)施方式1~6中,說(shuō)明了逆變器電路2是2電平的情況,但即使在逆變器電路 2是所謂多電平的情況下,也能夠構(gòu)成同樣的功能。
[0171] 例如,在實(shí)施方式2中,在逆變器電路2是3電平的情況下,載波生成部成為3電 平用,從載波生成部5輸出上側(cè)元件用載波和下側(cè)元件用載波這2種載波,通過(guò)與調(diào)制波的 比較來(lái)求出選通信號(hào)。另外,此時(shí)的選通信號(hào)相對(duì)于直流輸入電壓,取由高位電位"+1"、中 位電位"0"以及低位電位"-1"構(gòu)成的3個(gè)電平中的某一個(gè)電平。
[0172] 在具有這樣的3電平逆變器的實(shí)施方式7的電力變換裝置的情況下,具有與在圖 9中定義了的4個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的4個(gè)模式、具體而言3電平非同步PffM模式(區(qū)域(1))、3電 平過(guò)調(diào)制準(zhǔn)備模式(區(qū)域(2) a)、3電平過(guò)調(diào)制PffM模式(區(qū)域(2))以及1沖擊脈沖模式 (區(qū)域(3))而動(dòng)作。
[0173] 〈3電平非同步PffM模式〉
[0174] 載波生成部5中的非同步PffM用載波生成部50a輸出與電壓相位角指令值Θ $非 同步的上側(cè)元件用載波以及下側(cè)元件用載波。
[0175] 〈3電平過(guò)調(diào)制準(zhǔn)備模式〉
[0176] 載波生成部5中的過(guò)調(diào)制PffM用載波生成部50b輸出與電壓相位角指令值0$同 步的上側(cè)元件用載波以及下側(cè)元件用載波。
[0177] 〈3電平過(guò)調(diào)制PffM模式〉
[0178] 過(guò)調(diào)制PffM用載波生成部50b如圖16所示,定義分別以0、90、180、270[度]為中 心的期間Y2、XI、Y2、Xl (U相的情況),并且輸出操作了與調(diào)制系數(shù)對(duì)應(yīng)的Δ X的上側(cè)元件 用載波以及下側(cè)元件用載波。
[0179] 另外,在以上的3個(gè)模式中,非同步PffM用調(diào)制波生成部60a以及過(guò)調(diào)制PffM用調(diào) 制波生成部60b的舉動(dòng)與實(shí)施方式2相同。
[0180] 〈1沖擊脈沖模式〉
[0181] 與在實(shí)施方式1中說(shuō)明了的3沖擊脈沖模式同樣地,由于逆變器電路2的制約而 不可能隨意地輸出期間短的轉(zhuǎn)換脈沖,所以設(shè)為在調(diào)制系數(shù)是1附近的區(qū)域(例如超過(guò) 0. 95~0. 97的區(qū)域)中使期間Y1、Y2的轉(zhuǎn)換次數(shù)成為最小限的模式。在3電平逆變器的 情況下,如果使用例如上述專利文獻(xiàn)6公開的技術(shù),則能夠輸出脈沖寬度可變的1個(gè)脈沖, 如果使用它來(lái)代替2電平逆變器的情況的3沖擊脈沖模式,則能夠從區(qū)域(2)中的3電平 過(guò)調(diào)制模式平滑地迀移。
[0182] 如以上說(shuō)明那樣,根據(jù)實(shí)施方式7的電力變換裝置,即使在多電平逆變器中的過(guò) 調(diào)制控制中,也能夠提尚針對(duì)交流電壓輸出振幅指令的變化的追蹤性能。
[0183] 以上,說(shuō)明了實(shí)施方式1~7的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作,但通過(guò)這些實(shí)施方 式的概念,能夠構(gòu)成將以下所示的內(nèi)容作為要旨的電力變換裝置。
[0184] 首先,能夠構(gòu)成以如下方式動(dòng)作的電力變換裝置:作為向各相的選通信號(hào),在各相 的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(θ 1)為中心的第1 期間(Xl)中,為了始終輸出逆變器電路2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(Θ 2 : θ 2> θ 1)為中心的第2期間(X2)中,為了始終輸出 逆變器電路2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 者交流電壓輸出振幅指令值來(lái)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 值是從第1相位角(θ 1)與第2相位角(Θ 2)之間的期間除去第1以及第2期間(X1、X2) 得到的第3期間(Yl)和第1期間(Xl)的比值,所述第2比值是從第2相位角(Θ 2)與使 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)之間的期間除去第1以 及第2期間(XI、X2)得到的第4期間(Y2)和第2期間X2的比值,并且,作為第3以及第4 期間(Y1、Y2)中的選通信號(hào)的相位角指令條件,在第3期間(Yl)中,維持使選通信號(hào)接通 和斷開的相位角、與第1以及第2相位角(Θ1、Θ 2)的平均值((Θ 1+0 2)/2)的比值,在 第4期間(Y2)中,維持使選通信號(hào)接通和斷開的相位角、與使平均值的相位角偏移180度 得到的相位角((Θ1+Θ 2)/2+180)的比。根據(jù)這樣構(gòu)成的電力變換裝置,能夠得到如下效 果:在提高作為逆變器電路的輸出交流電壓振幅相對(duì)直流輸入電壓之比的調(diào)制度的所謂過(guò) 調(diào)制控制中,提尚針對(duì)交流電壓輸出振幅指令的變化的追蹤性能。
[0185] 另外,也可以具備將交流電壓輸出振幅指令值除以輸入直流電壓來(lái)計(jì)算輸出調(diào)制 系數(shù)指令的調(diào)制系數(shù)運(yùn)算部,轉(zhuǎn)換信號(hào)生成部輸出根據(jù)調(diào)制系數(shù)指令設(shè)定了交流電壓輸出 指令在1個(gè)周期中所占的期間XI、X2、期間Y1、Y2的比值的選通信號(hào)。
[0186] 另外,根據(jù)本實(shí)施方式的電力變換裝置,能夠構(gòu)成以如下方式動(dòng)作的電力變換裝 置:在第1期間(Xl)中,將從調(diào)制波生成部輸出的調(diào)制波的大小固定為從載波生成部輸出 的載波的上限值以上,在第2期間(Χ2)中,將從調(diào)制波生成部輸出的調(diào)制波的大小固定為 從載波生成部輸出的載波的下限值以下,在第3以及第4期間(Υ1、Υ2)中,輸出通過(guò)根據(jù)交 流電壓輸出振幅指令或者調(diào)制系數(shù)指令對(duì)從載波生成部輸出的載波、以及上限值以上的從 調(diào)制波生成部輸出的調(diào)制波及從調(diào)制波生成部輸出的調(diào)制波在相位角方向上分別以相同 的比值進(jìn)行縮小或者擴(kuò)大操作而設(shè)定了的選通信號(hào)。根據(jù)這樣構(gòu)成的電力變換裝置,能夠 進(jìn)一步提高針對(duì)交流電壓輸出振幅指令的變化的追蹤性能。
[0187] 另外,在本實(shí)施方式的電力變換裝置中,作為第3以及第4期間(Υ1、Υ2)的調(diào)制波 既可以輸出正弦波,也可以除了該正弦波以外還重疊三相共同的信號(hào)。根據(jù)這樣構(gòu)成的電 力變換裝置,能夠提高過(guò)調(diào)制控制的利用運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的設(shè)定自由度。
[0188] 另外,在本實(shí)施方式的電力變換裝置中,作為載波生成部輸出的載波,也可以將第 1至第4期間(XI、Χ2、Yl、Υ2)各自的邊界相位角條件中的載波的值作為上限值或者下限 值,生成并非不連續(xù)的載波并輸出。根據(jù)這樣構(gòu)成的電力變換裝置,避免輸出實(shí)際的逆變器 電路不可能輸出的短的電壓脈沖,從而能夠提高電壓的控制精度,能夠在抑制逆變器電路 的轉(zhuǎn)換損耗的同時(shí),維持控制性。
[0189] 另外,根據(jù)本實(shí)施方式的電力變換裝置,能夠構(gòu)成以如下方式動(dòng)作的電力變換裝 置:在預(yù)先設(shè)定的電壓振幅設(shè)定范圍的范圍內(nèi)存在交流電壓輸出振幅指令的運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)、 在預(yù)先設(shè)定的調(diào)制系數(shù)設(shè)定范圍的范圍內(nèi)存在調(diào)制系數(shù)指令的運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)、或者在預(yù)先設(shè) 定的交流電壓輸出基波
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