專(zhuān)利名稱(chēng)：電力變換器裝置以及利用該裝置的電氣車(chē)輛控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電或?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電的一種電力變換器裝置的改進(jìn)，尤其涉及此類(lèi)電力變換器裝置的輸出電壓控制。1988年4月出版的《PESC’88RECORD，IEEE》第1255至1262頁(yè)發(fā)表了B.韋拉厄茨(Velaerts)等題為“一種新穎的三級(jí)脈寬調(diào)制波形的產(chǎn)生和最優(yōu)化方法”一文，其中推薦一種雙極調(diào)制方式，適合于交替輸出通過(guò)零電位的正、負(fù)類(lèi)似脈沖的電壓，以改善三級(jí)變換器的輸出電壓波形。
上述文章揭示了從雙極調(diào)制方式至單極調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換，它適合于僅僅輸出與輸出電壓極性相同的類(lèi)似脈沖的電壓，這種轉(zhuǎn)換在一個(gè)周期內(nèi)最佳必須在六個(gè)點(diǎn)完成。
此外，相應(yīng)于第4，953，069號(hào)美國(guó)專(zhuān)利的日本專(zhuān)利JP-A-2-101969(1990年)中圖9揭示了在輸出電壓的半個(gè)周期內(nèi)，雙極調(diào)制周期和單極調(diào)制周期兩者都存在。
對(duì)于改善輸出電壓波形以及精細(xì)的電壓調(diào)整，采用雙極調(diào)制方式是所希望的。
然而，當(dāng)要求實(shí)現(xiàn)某種輸出電壓時(shí)，雙極調(diào)制方式要求實(shí)現(xiàn)與輸出電壓極性相反的脈沖，因此使電壓利用率降低。相應(yīng)地，從雙極調(diào)制方式至單極調(diào)制方式的轉(zhuǎn)換是不可避免的。
如從雙極調(diào)制方式簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制方式，而當(dāng)其負(fù)荷為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在變換期間的電流脈動(dòng)將加劇，引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
上述后一種技術(shù)表明，雙極調(diào)制方式與單極調(diào)制方式之間的轉(zhuǎn)換被控制在預(yù)定的相位時(shí)完成。
然而，這種控制必須在確定最佳點(diǎn)(一個(gè)周期僅有六個(gè)點(diǎn))之后才能執(zhí)行，因此，問(wèn)題在于為此所需的控制系統(tǒng)與定時(shí)控制整套裝置有關(guān)。
此外，例如當(dāng)要求電力變換器利用單極調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓響應(yīng)某一輸出電壓指令時(shí)，正弦波輸出電壓指令的波節(jié)部分就不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。這是由于在構(gòu)成電力變換器的開(kāi)關(guān)元件中存在一個(gè)最小導(dǎo)通時(shí)間，這種如在波節(jié)部分中那樣小的輸出電壓指令，不能被認(rèn)作為電力變換器的輸出電壓。
上述后一種現(xiàn)有技術(shù)的圖9表示在一個(gè)周期內(nèi)包含一個(gè)雙極調(diào)制方式的固定時(shí)期(60°)，和其余的單極調(diào)制方式的下一時(shí)期。然而，這種波形是為了調(diào)制波超出1的部分由其它相補(bǔ)償而輸出的。
因此，即使在前一種上述技術(shù)中，也存在上述波節(jié)部分，即輸出電壓指令不能被識(shí)別的極小的輸出電壓部分。
本發(fā)明的目的在于提供一種電力變換器裝置，以及一種用以不間斷地控制變換器輸出電壓的電氣車(chē)輛控制裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電力變換器裝置，以及一種用以在變換器輸出電壓中精確重現(xiàn)輸出電壓指令的電氣車(chē)輛控制裝置。
本發(fā)明的上述目的是通過(guò)一種電力變換器裝置而實(shí)現(xiàn)的，其中包括通過(guò)交替輸出正、負(fù)輸出脈沖而完成半個(gè)周期的輸出電壓的第一調(diào)制區(qū)，與通過(guò)僅輸出與輸出電壓極性相同的輸出脈沖而完成半個(gè)周期的輸出電壓的第二調(diào)制區(qū);并且將直流電壓轉(zhuǎn)換為至少有三個(gè)不同電平電位的交流相電壓，其中，當(dāng)從第一調(diào)制區(qū)轉(zhuǎn)移到第二調(diào)制區(qū)時(shí)，通過(guò)第三調(diào)制區(qū)完成轉(zhuǎn)換。
此外，本發(fā)明的上述目的通過(guò)一種將直流電壓轉(zhuǎn)換為具有至少三個(gè)不同電平電位的交流相電壓的電力變換器裝置而實(shí)現(xiàn)，其中包括在半個(gè)周期的輸出電壓中，由交替輸出正、負(fù)輸出脈沖的時(shí)期和僅僅輸出極性與輸出電壓相同的輸出脈沖的另一個(gè)時(shí)期內(nèi)構(gòu)成的第三調(diào)制區(qū)。此外，還進(jìn)一步包括用以改變這兩種時(shí)期的手段。
在第一調(diào)制區(qū)即雙極調(diào)制區(qū)與第二調(diào)制區(qū)即單極調(diào)制區(qū)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，其轉(zhuǎn)換并非直接完成，而是通過(guò)第三調(diào)制區(qū)完成的，因此，在直接轉(zhuǎn)換過(guò)程中所引起的電流波紋增加得到抑制。
此外，考慮半個(gè)周期內(nèi)的輸出電壓指令時(shí)，接近于峰的正弦波時(shí)，必須輸出高輸出電壓，在其波節(jié)部分必須輸出極小的輸出電壓。
在要求相對(duì)高的輸出電壓，如接近其峰值處的時(shí)期內(nèi)，采用單極調(diào)制方式，而在要求相對(duì)低的輸出電壓，如接近其谷值處的時(shí)期內(nèi)，采用雙極調(diào)制方式，此外，這兩個(gè)時(shí)期可以變化，由此，即使輸出電壓指令變化，也可以重現(xiàn)精確對(duì)應(yīng)于該變化的電壓指令的輸出電壓。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成圖;
圖2(a)是表示變換器頻率與輸出電壓指令之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖;
圖2(b)是表示變換器頻率與輸出電壓之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖;
圖3是表示基本調(diào)制波和雙極調(diào)制工作期間輸出電壓脈沖波形的示意圖;
圖4是表示基本調(diào)制波和部分雙極調(diào)制工作期間輸出電壓脈沖波形的示意圖;
圖5是表示基本調(diào)制波和單極調(diào)制工作期間輸出電壓脈沖波形的示意圖;
圖6是表示基本調(diào)制波和過(guò)調(diào)制工作期間輸出電壓脈沖波形的示意圖;
圖7是表示基本調(diào)制波振幅A與用以確定脈寬調(diào)制方式的偏移量B之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖;
圖8是表示變換器頻率，輸出電壓指令與脈寬調(diào)制方式之間關(guān)系的曲線(xiàn)圖;
圖9是解釋雙極調(diào)制工作期間和單極調(diào)制工作期間脈沖圖象發(fā)生的波形圖;
圖10是解釋過(guò)調(diào)制工作期間脈沖圖象發(fā)生的波形圖;
圖11是說(shuō)明在圖1所示脈沖圖象發(fā)生器31中所執(zhí)行過(guò)程的流程圖;
圖12是說(shuō)明圖1所示圖象發(fā)生器31中所執(zhí)行的另一種過(guò)程的流程圖;
圖13是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的極性鑒別和分配器的另一實(shí)施例的示意圖;
圖14是表示在圖13所示另一個(gè)實(shí)施例中相應(yīng)部位上波形的示意圖。
在介紹了本發(fā)明的概貌后，以下將參照?qǐng)D1至圖14描述本發(fā)明的實(shí)施例。
近來(lái)，正在確立一種技術(shù)，通過(guò)稱(chēng)為三級(jí)變換器，也稱(chēng)為混聯(lián)變換器的變換器來(lái)操作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，特別是驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其中，除了直流電源的高電位點(diǎn)及其低電位點(diǎn)以外，還提供了位于這些高電位點(diǎn)與低電位點(diǎn)之間的中間電位點(diǎn)，而通過(guò)構(gòu)成變換器的開(kāi)關(guān)元件組的通、斷操作選擇，可以在作為相電壓的交流端引出具有高電位點(diǎn)、低電位點(diǎn)和中間電位點(diǎn)的三個(gè)電位電平。
三級(jí)變換器的主要特征之一在于，由于脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率的明顯提高，可以獲得相當(dāng)于諧波成份相對(duì)小的交流輸出。
由此，所連接的電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩抖動(dòng)降低，而且還降低開(kāi)關(guān)元件的擊穿電壓。
圖1表示在三相情況下，電力交換器裝置主電路的基本結(jié)構(gòu)。
圖1中，標(biāo)號(hào)60為直流電源架空線(xiàn);標(biāo)號(hào)61和62是分壓電容器，用以從直流電源60建立中間點(diǎn)N，以下稱(chēng)為中性點(diǎn);標(biāo)號(hào)70-73，80-83和90-93為自熄滅開(kāi)關(guān)元件，各有一個(gè)用于電流環(huán)流的整流元件，在本實(shí)施例中，以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為例，然而也可用控制極可判斷元件(GTO)和晶體管替代IGBT;標(biāo)號(hào)74、75、84、85、94和95為輔助整流元件，用以從電容器引出中性點(diǎn)電位。此外，在本實(shí)施例中，以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)10形式的負(fù)載為例。
以下以開(kāi)關(guān)支路7為倒，說(shuō)明可由每一相獨(dú)立操作的開(kāi)關(guān)支路7-9的基本操作。
電容器61和62上的電壓ed1和ed2假定為理想平滑的直流電壓源，并定義為ed1＝ed2＝Ed/2(其中Ed為總直流電壓)在上述條件下，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件70-73按照表1所示順序控制通斷時(shí)，在交流輸出端U即得到三級(jí)輸出電壓e，即Ed/2，O和-Ed/2。
表1
其中，Sp，So、Sn和S是以1、0和-1的形式表示的開(kāi)關(guān)元件70-73導(dǎo)通情況的開(kāi)關(guān)函數(shù)，輸出電壓e用下列公式表示e＝Sped1-Sned2＝SEd/2(1)輸出電壓e的波形由類(lèi)似于振幅為Ed/2，0和-Ed/2類(lèi)似脈沖的電壓的組合決定，而開(kāi)關(guān)函數(shù)S＝Sp-Sn一般由脈寬調(diào)制控制，使輸出電壓波形接近于正弦波形。
在脈寬調(diào)制控制裝置中，開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通條件通過(guò)建立開(kāi)關(guān)函數(shù)Sp和Sn而確定。
此外，三級(jí)變換器的細(xì)節(jié)已在日本JP-B-51-47848(1976)和JP-A-56-74088(1981)等專(zhuān)利中披露。
目前，在電氣車(chē)輛控制裝置實(shí)例中，其中用有限的電源電壓進(jìn)行寬范圍的速度控制，換言之，當(dāng)從可變電壓可變頻率(VVVF)區(qū)到恒定電壓可變頻率(CVVF)區(qū)進(jìn)行速度控制時(shí)，要求如圖2(b)中實(shí)線(xiàn)所示的輸出電壓特性。
也就是說(shuō)，在稱(chēng)作VVVF控制區(qū)的低速區(qū)，輸出電壓調(diào)節(jié)到實(shí)際上與變換器頻率成比例，因此，電動(dòng)機(jī)中的磁通實(shí)際上可保持恒定。且可獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)矩。此外，在稱(chēng)作CVVF區(qū)的高速區(qū)，變換器頻率可逐步提高，而變換器輸出電壓維持在最大值，因此電壓利用率達(dá)到最大，并可以用有限的電源電壓實(shí)現(xiàn)高速操作。
然而，對(duì)于非常小的電壓指令，它包括兩種情況，一種是倒相器輸出頻率低，輸出電壓指令也小，另一種是輸出電壓與前者相比為大，但要輸出正弦波形中含有非常小的電壓，任何比由最小脈寬輸出脈沖所產(chǎn)生的電壓更小的電壓都不可能實(shí)現(xiàn)，而最小脈寬決定于開(kāi)關(guān)元件的最小導(dǎo)通時(shí)間。換言之，不可能作為變換器輸出電壓而重新產(chǎn)生，因而輸出比輸出電壓指令更大的輸出電壓。
例如，當(dāng)所有用作變換器輸出電壓的電壓脈沖都是最小脈寬由最小導(dǎo)通時(shí)間所決定的脈沖時(shí)，所獲得的輸出電壓的基波分量E1用下列公式表示E1＝2TonPFiEmax(2)其中，Ton為最小導(dǎo)通時(shí)間;P為脈沖數(shù);Fi為變換器頻率;Emax為最大輸出電壓。
現(xiàn)在，開(kāi)關(guān)頻率Fc表示為Fc＝PFi(3)因此，輸出電壓的基波分量E1即可以下列公式表示E1＝2TonFcEmax(4)因此，例如假定開(kāi)關(guān)頻率為1KHz，最小導(dǎo)通時(shí)間為100μs，則E1＝0.2Emax，即低于最大輸出電壓的百分之二十的輸出電壓不能控制。
因此，所能控制的最小輸出電壓受限制，取決于圖2(b)所示虛線(xiàn)所表示的特性曲線(xiàn)。這樣就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，即輸出電壓連續(xù)調(diào)整有困難。
因此，在本實(shí)施例中，當(dāng)根據(jù)一個(gè)小的變換器輸出電壓指令輸出一個(gè)非常小的輸出電壓時(shí)，通過(guò)以雙極調(diào)制交替輸出經(jīng)過(guò)三級(jí)電位的中間電位的脈沖似的高、低電位電壓，在變換器輸出電壓中可重新產(chǎn)生小的輸出電壓指令。
當(dāng)要求輸出的正弦波中含有非常小的電壓時(shí)，盡管輸出電壓指令的振幅并非如此小，通過(guò)在輸出電壓半個(gè)周期內(nèi)提供兩個(gè)時(shí)期而得到恰好相應(yīng)于輸出電壓指令的變換器輸出電壓，其中在一個(gè)時(shí)期中，類(lèi)似脈沖的高低電位通過(guò)三級(jí)電位中的中間電位交替輸出，而在另一個(gè)時(shí)期中，僅輸出與輸出電壓極性相同的輸出脈沖，這種雙極調(diào)制和單極調(diào)制的組合調(diào)制在下文中稱(chēng)為部分雙極調(diào)制。
在單極調(diào)制中，隨著輸出電壓指令的增加，所有脈沖都改變?yōu)闃O性與輸出電壓相同的脈沖。
為了進(jìn)一步提高輸出電壓，通過(guò)使接近于瞬時(shí)輸出電壓峰值的輸出脈寬最大化以抑制中間電位的輸出，而提高輸出電壓直至包含在半個(gè)周期輸出電壓中的脈沖數(shù)為一個(gè)。
通過(guò)連續(xù)轉(zhuǎn)換這些系列的調(diào)制方式，即可連續(xù)獲得從零電壓至最大電壓的高度精確而穩(wěn)定的輸出電壓。
以下參照?qǐng)D2(a)至圖8說(shuō)明變換器輸出電壓指令與變換器輸出電壓之間的關(guān)系。
圖2(a)表示的變換器輸出電壓指令E＊對(duì)應(yīng)于變換器頻率Fi＊而設(shè)定，其中Fcv表示輸出電壓指令開(kāi)始保持恒定的變換器頻率。
有了變換器輸出電壓指令E＊和直流電壓Ed后，基本調(diào)制波的振幅A即可按照下列公式而設(shè)定A = 22E＊／E d]]>(5)基本調(diào)制波al＊由振幅指令A(yù)及其相位θ決定如下al＊＝A Sinθ (6)如圖3(a)、圖4(a)和圖5(a)所示。
以下參照?qǐng)D3說(shuō)明雙極調(diào)制。
為了得到最小導(dǎo)通脈寬，亦即對(duì)于最小導(dǎo)通時(shí)間的脈寬，當(dāng)?shù)瓜嗥鬏敵鲭妷褐噶頔＊非常小時(shí)，根據(jù)下列公式制備兩個(gè)正、負(fù)偏置的調(diào)制波apl＊和anl＊，如圖3(b)所示。
其中，B為位移設(shè)定單元4輸出的位移量。
現(xiàn)在，通過(guò)設(shè)定超越如圖3(c)和圖3(d)所示預(yù)定值的位移量，可以防止產(chǎn)生非常小的輸出電壓指令，其中接近于零的指令對(duì)上、下一支都消除，對(duì)相應(yīng)開(kāi)關(guān)元件的最小導(dǎo)通時(shí)間被保持，因此，輸出電壓甚至控制在極小的量，而同時(shí)保留預(yù)定的最小導(dǎo)通脈寬。
此外，位移量B意味著以預(yù)定方向疊加在輸出電壓指令上的直流電壓包含在偏置電壓中。
圖3(e)中所示的正向脈沖圖形，即開(kāi)關(guān)函數(shù)Sp與如圖3(f)中所示的負(fù)向脈沖圖形，即開(kāi)關(guān)函數(shù)Sn是以正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊為基礎(chǔ)，在脈沖發(fā)生周期2Tck產(chǎn)生的。在脈沖發(fā)生周期2Tck期間的脈沖寬度即決于相應(yīng)調(diào)制波的振幅，而當(dāng)ap＊、an＊≥0時(shí)，脈沖繼續(xù)產(chǎn)生，當(dāng)ap＊、an＊＝0時(shí)，脈沖產(chǎn)生抑制。圖3(g)是當(dāng)如圖3(e)和圖3(f)所示的正、負(fù)向脈沖圖形，而脈沖圖形Sp和Sn分別加到開(kāi)關(guān)元件的相應(yīng)門(mén)時(shí)，在倒相器支路7的交流端U外出現(xiàn)的輸出脈沖電壓。
下面參照?qǐng)D4說(shuō)明部分雙極調(diào)制。
在輸出電壓指令振幅不很高，而正弦波低谷部分的電壓不能忽略的區(qū)域里，最好采用部分雙極調(diào)制。即如果整個(gè)周期均由雙極調(diào)制所覆蓋，則輸出電壓指令的重現(xiàn)方面不產(chǎn)生問(wèn)題。然而電壓利用率降低。另一方面，如果為了改善電壓利用率而通過(guò)單極調(diào)制重新產(chǎn)生整個(gè)輸出電壓指令，則由于最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，不能精確地重現(xiàn)低谷部分。
在這種區(qū)域中，通過(guò)利用雙極調(diào)制，而重新產(chǎn)生低谷部分，其周期隨輸出電壓指令的幅度而變化。
從圖4(b)可見(jiàn)，出現(xiàn)象apl＊＜0或anl＊＞0這樣取決于位移量B的區(qū)，其中不可能在變換器輸出端產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)正、負(fù)偏置調(diào)制波apl＊和anl＊的脈沖圖形。
例如，在anl＊＞0區(qū)，必須產(chǎn)生有負(fù)向脈沖圖形的正輸出電壓。
鑒于三級(jí)變換器的主電路結(jié)構(gòu)，正極性的輸出脈沖電壓不能通過(guò)僅調(diào)節(jié)負(fù)向脈沖圖形而輸出，因此正輸出電壓不可能由負(fù)向脈沖圖形產(chǎn)生。同樣，在正向脈沖圖形的情況下，負(fù)輸出電壓也不可能通過(guò)正向脈沖圖形而產(chǎn)生。
根據(jù)本實(shí)施例，其中通過(guò)改變位移量而改變脈寬調(diào)制方式，上述情況特別發(fā)生在當(dāng)從雙極調(diào)制方式轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制方式轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制方式時(shí)。
因此，在這樣的區(qū)內(nèi)，可以通過(guò)相反極性的另一調(diào)制波補(bǔ)償一個(gè)極性調(diào)制波的電壓不足而確定脈沖圖形。即如圖4(c)和4(d)中所示，通過(guò)按下列公式設(shè)定正、負(fù)向調(diào)制波ap＊以及an＊，電壓不足可以由相反極性調(diào)制波的輸出電壓補(bǔ)償，結(jié)果可以重新產(chǎn)生精確對(duì)應(yīng)于變換器輸出電壓指令的輸出電壓。
其中，在時(shí)期Ⅰ中，apl＊＞0和anl＊＜0，進(jìn)行雙極調(diào)制;在時(shí)期Ⅱ中，apl＊＞0和anl＊＞0或apl＊＜0和anl＊＜0，進(jìn)行單極調(diào)制。
通過(guò)改變響應(yīng)于變換器輸出電壓指令的時(shí)期Ⅰ和時(shí)期Ⅱ的時(shí)間間隔，或通過(guò)改變時(shí)期Ⅰ和時(shí)期Ⅱ在變換器輸出電壓半個(gè)周期中的比率，可以在部分雙極調(diào)制區(qū)內(nèi)再現(xiàn)精確對(duì)應(yīng)于變換器輸出電壓指令的輸出電壓。
現(xiàn)在，當(dāng)位移量B進(jìn)一步減少到B＝0時(shí)，脈寬調(diào)制方式轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制方式。
以下參照?qǐng)D5說(shuō)明單極調(diào)制方式。
當(dāng)位移量B減少到零時(shí)，如圖5(b)所示的兩種偏置的調(diào)制波apl＊和anl＊完全重合，如圖5(c)和圖5(d)所示，正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊可按下列公式修改
在本實(shí)施例中，位移量B的設(shè)定很重要，且要設(shè)定的位移量B的范圍限于如圖7所示的三個(gè)區(qū)。
雙極調(diào)制區(qū)A/2≤B＜0.5部分雙極調(diào)制區(qū)O＜B＜A/2
單極調(diào)制區(qū)B＝0在雙極調(diào)制區(qū)，雙極調(diào)制控制在整個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行(見(jiàn)圖3(e)、(f)和(g))。
在部分雙極調(diào)制區(qū)，單極調(diào)制方式用于輸出電壓的波峰附近，而雙極調(diào)制方式則用于變換器輸出電壓指令的波節(jié)部分，(見(jiàn)圖4(e)、(f)和(g)。
而當(dāng)B＝0時(shí)，整個(gè)周期內(nèi)部采用單極調(diào)制方式工作(見(jiàn)圖5(e)、(f)和(g)。
更進(jìn)一步，當(dāng)B＝0.5時(shí)，脈寬調(diào)制方式成為兩級(jí)雙極調(diào)制方式而沒(méi)有中間電位。
因此，在要求小的基本調(diào)制波振幅A的區(qū)內(nèi)，位移量B設(shè)定在A(yíng)/2+△1≤B≤0.5-△2的范圍內(nèi)。其中，△1和△2為由最小通、斷時(shí)間決定的常數(shù)，為了維持預(yù)定的零電壓周期，而位移量B相應(yīng)于基本調(diào)制波振幅A的增加而減小，由此可達(dá)到平滑而連續(xù)的脈沖方式轉(zhuǎn)換。
亦即，在如圖8所示的輸出電壓特性曲線(xiàn)中，脈寬調(diào)制方式響應(yīng)于變換器頻率Fi，從雙極調(diào)制方式(0≤Fi≤F1)和部分雙極調(diào)制方式(F1≤Fi≤F2)轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制方式(F2≤Fi≤F3)，并進(jìn)一步通過(guò)將在下文說(shuō)明的過(guò)調(diào)制方式(F3≤Fi≤Fcv)轉(zhuǎn)移到具有必不可少的中間電位的三級(jí)單脈沖方式(Fi≥Fcv)。
下面參照?qǐng)D6說(shuō)明過(guò)調(diào)制區(qū)。
過(guò)調(diào)制區(qū)是位移量B為零且進(jìn)一步變換器輸出電壓指令的一部分超過(guò)一的區(qū)域。
當(dāng)單極性調(diào)制對(duì)變換器輸出電壓指令超過(guò)一的部分進(jìn)行時(shí)，因出現(xiàn)截止期而平均電壓下降且相應(yīng)于輸出電壓指令的輸出電壓不能輸出。
因此，存在于變換器輸出電壓指令超過(guò)一的周期內(nèi)脈沖按圖6(b)、(c)和(d)所示連接。
此外，當(dāng)輸出電壓指令相當(dāng)大的部分超過(guò)一時(shí)，包含在半周期內(nèi)的脈沖數(shù)量減少到一個(gè)，這種方式稱(chēng)為三級(jí)單脈沖調(diào)制方式(圖中未示)。
現(xiàn)在，當(dāng)本實(shí)施例應(yīng)用于軋鋼機(jī)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)控制時(shí)，不采用包括過(guò)調(diào)制區(qū)和單一脈沖調(diào)制區(qū)等在內(nèi)的寬范圍控制，在雙極調(diào)制區(qū)，部分雙極調(diào)制區(qū)和單極調(diào)制區(qū)之間的轉(zhuǎn)換，響應(yīng)于變換器頻率與與之相應(yīng)的輸出電壓指令而完成，因此，在轉(zhuǎn)換期間因電流脈動(dòng)增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)受到抑制，而且由于甚至一個(gè)非常小的輸出電壓指令都能精確地重現(xiàn)，包含在輸出電流中的諧波成分也減少。
此外，在利用甚至單脈沖調(diào)制區(qū)的動(dòng)態(tài)電動(dòng)機(jī)控制，例如在電氣車(chē)輛控制中，從極低速到極高速的整個(gè)區(qū)域，單一脈沖調(diào)制將引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，故并不可取。
因此，如果雙極調(diào)制至少用于VVVF區(qū)，即可抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，然而，在該時(shí)期內(nèi)電壓利用率將降低。
因此，根據(jù)變換器頻率或與之成比例的車(chē)輛速度的提高，逐步改換脈寬調(diào)制方式。
即如圖8所示，從起始點(diǎn)到變換器頻率F1，采用能輸出極小輸出電壓的雙極調(diào)制方式，在達(dá)到變換器頻率F1以后，脈寬調(diào)制方式轉(zhuǎn)移到部分雙極調(diào)制區(qū);而達(dá)到F2時(shí)，脈寬調(diào)制方式逐步轉(zhuǎn)移到單極調(diào)制區(qū);達(dá)到F3時(shí)，又轉(zhuǎn)移到過(guò)調(diào)制區(qū);達(dá)到Fcv時(shí)，轉(zhuǎn)移到單脈沖調(diào)制區(qū)。
各個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換通過(guò)兩種方式進(jìn)行，一種是響應(yīng)于變換器頻率，另一種是響應(yīng)于輸出電壓指令。
因此，在起動(dòng)期間由于非常小的輸出電壓不能輸出，而難以防止沖擊的電氣車(chē)輛控制裝置中，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很小的控制，而在起動(dòng)期間以及其它工作區(qū)，可保持較高的電壓利用率。
以上參照變換器輸出電壓指令和輸出脈沖兩種波形之間的關(guān)系，闡述本實(shí)施例的原理。以下將描述實(shí)現(xiàn)上述基本原理的結(jié)構(gòu)。
圖1是電氣變換器的控制裝置的一例，它通過(guò)四個(gè)串接的開(kāi)關(guān)元件組的通斷控制，輸出一個(gè)在三極電位之間變化的交流輸出電壓，圖中表示用于一相的控制裝置。
圖1中，基波電壓指令發(fā)生器1中輸入變換器輸出電壓的頻率指令Fi＊，有效輸出電壓指令E＊和直流電壓Ed，確定基本調(diào)制波A Sinθ，并將其輸出到一個(gè)振幅指令分配器2。
位移設(shè)定單元4輸出一個(gè)位移量B，它經(jīng)計(jì)算并根據(jù)基本調(diào)制波振幅A設(shè)定到振幅指令分配器2。
此外，被輸入基本調(diào)制波A Sinθ和位移量B的振幅指令分配器2，產(chǎn)生如圖3(c)和(d)、圖4(c)和(d)以及圖5(c)和(d)所示的正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊。
還有被輸出正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊的脈沖發(fā)生和分配器3，產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖串S1至S4，這些脈沖串由開(kāi)關(guān)函數(shù)Sp和Sn確定，并提供給開(kāi)關(guān)元件。
這些脈寬調(diào)制脈沖串S1至S4，通過(guò)門(mén)電路放大器(圖中未示)提供給開(kāi)關(guān)元件70至73作為U相，以完成相應(yīng)于開(kāi)關(guān)元件的通斷控制。
以下將詳細(xì)描述上述結(jié)構(gòu)。
相位θ是在積分器10中通過(guò)對(duì)變換器輸出電壓的頻率指令Fi＊的時(shí)間積分而得到的，而變換器輸出電壓頻率指令是對(duì)以電動(dòng)機(jī)電流指令，電動(dòng)機(jī)實(shí)際電流和電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率之間的偏差為基礎(chǔ)所得到的轉(zhuǎn)差頻率進(jìn)行加法運(yùn)算而獲得的。
Sinθ值是以θ值為基礎(chǔ)在正弦發(fā)生器11中計(jì)算得到的，基本調(diào)制波振幅A是以與頻率指令Fi＊成比例的有效輸出指令E＊和直流電壓Ed為基礎(chǔ)，在振幅置位單元12中產(chǎn)生的。上述Sinθ和A在乘法器13中相乘，由此輸出一個(gè)瞬時(shí)基本調(diào)制波A Sinθ。如果電源為精確的電壓源，輸入Ed即可省略，然而架空線(xiàn)沒(méi)有必要是一種恒定的電源，故必須用該輸入值調(diào)整調(diào)制率?；妷褐噶畎l(fā)生裝置1將基本調(diào)制波A Sinθ輸入到一個(gè)1/2單元20，將其分為二分之一，通過(guò)加法器22和23將該二分之一信號(hào)中加、減以基本調(diào)制波振幅A為基礎(chǔ)的經(jīng)由位移設(shè)定單元4設(shè)定的位移量B，即得到兩個(gè)正弦偏置的調(diào)制波apl＊和anl＊?；菊{(diào)制波不一定分為1/2，但否則其后的結(jié)構(gòu)就復(fù)雜了。
根據(jù)上述正弦形偏置的調(diào)制波apl＊和anl＊，通過(guò)極性鑒別和分配器24、25，加法器26以及極鑒別和分配器27、28，加法器29分別產(chǎn)生一個(gè)正向調(diào)制波ap＊和一個(gè)負(fù)向調(diào)制波an＊。
根據(jù)振幅指令分配器2輸出的正向調(diào)制波ap＊和負(fù)向調(diào)制波an＊，脈沖發(fā)生器31產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)函數(shù)Sp的正向脈沖圖形，以及一個(gè)對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)函數(shù)Sn的負(fù)向脈沖圖形，并發(fā)生脈寬調(diào)制脈沖串，其中，門(mén)信號(hào)為S1-S4。
接下來(lái)通過(guò)以圖4所示的部分雙極調(diào)制為例，說(shuō)明振幅指令分配器2的工作。
基波電壓指令發(fā)生器1的輸出，如圖4(a)所示，由1/2單元20分為二分之一，疊加上述位移量B，由此得到如圖4(b)所示的波形。
這樣，正向調(diào)制波ap＊和負(fù)向調(diào)制波an＊必須以上述偏置調(diào)制波apl＊和anl＊為基礎(chǔ)而產(chǎn)生，然而，如果負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的相位反向，以此獲得負(fù)向調(diào)制波an＊，則在負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的期間Ⅱ中就不可能精確地重現(xiàn)基本調(diào)制波。
因此，在本實(shí)施例中，上述問(wèn)題通過(guò)提供極性鑒別和分配器24、25、26和27而得以解決。
即，提供了極性鑒別和分配器25后，負(fù)偏置調(diào)制波anl＊中的正向部分作為正向調(diào)制波ap＊的一部分。進(jìn)一步，當(dāng)提供了極性鑒別和分配器28后，正偏置調(diào)制波apl＊中的負(fù)向部分可作為負(fù)向調(diào)制波an＊的一部分。
在這種條件下，正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊可從加法器26和29得到。
此后，正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊可通過(guò)以下將闡述的脈沖發(fā)生和分配器3轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制脈沖。
現(xiàn)在描述用以產(chǎn)生使開(kāi)關(guān)元件通斷的脈沖圖形的脈沖發(fā)生和分配器3的工作。
作為輸出電壓的正、負(fù)向脈沖圖形或者開(kāi)關(guān)函數(shù)Sp和Sn由脈沖發(fā)生器31實(shí)現(xiàn)。
輸出到脈沖發(fā)生器31的時(shí)鐘信號(hào)CK，作為確定脈沖發(fā)生定時(shí)以及開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換頻率的基準(zhǔn)信號(hào)。
在本實(shí)施例中，說(shuō)明一個(gè)脈沖發(fā)生器31的例子，它由用以計(jì)算脈沖前、后沿定時(shí)的裝置，與在與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CK同步的定時(shí)裝置處輸出脈沖的兩個(gè)定時(shí)器構(gòu)成。
輸出電壓的脈沖圖形，根據(jù)正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊的振幅分為三類(lèi)。
圖9表示一例在時(shí)期Ⅰ中以雙極調(diào)制產(chǎn)生的脈沖圖形，而在時(shí)期Ⅱ中以單極調(diào)制產(chǎn)生脈沖圖形。
圖10表示一個(gè)脈沖圖形產(chǎn)生的例子，其中在單極調(diào)制(以下稱(chēng)為過(guò)調(diào)制)下，正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊的絕對(duì)值超過(guò)1。圖11表示用以產(chǎn)生如圖9和圖10所示脈沖圖形的脈沖發(fā)生器31中執(zhí)行的操作流程圖。
圖9所示的雙極調(diào)制中，正向脈沖圖形Sp的前沿時(shí)間Tp1和負(fù)側(cè)脈沖圖形Sn的后沿時(shí)間Tn2，根據(jù)以下公式?jīng)Q定，而與正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊有關(guān)。
Tp1＝(1-ap＊)Tck (12)Tn2＝(an＊Tck) (13)其中，Tck為基準(zhǔn)信號(hào)CK的周期。
然后，上述數(shù)值在定時(shí)器中設(shè)定(處理1)。
在圖9所示的定時(shí)中，定時(shí)器與基準(zhǔn)信號(hào)CK以及正、負(fù)向脈沖串Sp和Sn的輸出脈沖同步工作。
在下一個(gè)周期內(nèi)，正向脈沖圖形Sp的后沿時(shí)間Tp2以及負(fù)向脈沖圖形Sn的前沿時(shí)間Tn1根據(jù)下列公式得到，并設(shè)定在定時(shí)器中(處理2)。
Tp2＝ap＊Tck (14)Tn1＝(1-an＊)Tck (15)同樣，通過(guò)與基準(zhǔn)信號(hào)CK同步交替執(zhí)行處理1和處理2，可以實(shí)現(xiàn)雙極調(diào)制。
在單極調(diào)制期間，如圖9周期Ⅱ所示僅需產(chǎn)生單極脈沖，而通過(guò)在負(fù)向調(diào)制波an＊的振幅為零的周期Ⅱ中抑制脈沖產(chǎn)生，而實(shí)現(xiàn)單極調(diào)制。
此外，當(dāng)正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊的振幅增加，而且其絕對(duì)值超過(guò)1時(shí)，調(diào)制方式轉(zhuǎn)換為如圖10所示的過(guò)調(diào)制方式。
當(dāng)正向或負(fù)向調(diào)制波ap＊或an＊的振幅超過(guò)1時(shí)，脈沖的前沿時(shí)間減小到零，脈沖的后沿時(shí)間設(shè)定在Tck。
在這種情況下，脈沖連續(xù)產(chǎn)生，直到正向或負(fù)向調(diào)制波ap＊或an＊的振幅減小到1以下。
當(dāng)振幅進(jìn)一步增加時(shí)，調(diào)制方式最終轉(zhuǎn)換為三極單脈沖調(diào)制方式。
采用這種方式，設(shè)定Tp1、Tp2、Tn1和Tn2，以維持大于一個(gè)預(yù)定值的零電位期間，三級(jí)變換器輸出最大輸出電壓。
此外，由于在啟動(dòng)期間沒(méi)有必要設(shè)定脈沖后沿時(shí)間，故執(zhí)行如圖12所示的處理O。
利用具有相同時(shí)間間隔的基準(zhǔn)信號(hào)CK產(chǎn)生輸出電壓脈沖很有效，然而，在脈沖發(fā)生器31中維持零電壓的范圍內(nèi)，也可以采用具有不均等時(shí)間間隔的基準(zhǔn)信號(hào)。
再有，當(dāng)構(gòu)成變換器主電路的開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換頻率，在變換器輸出頻率低的區(qū)域內(nèi)調(diào)低，且采用雙極調(diào)制，而當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率隨著轉(zhuǎn)向單極調(diào)制而調(diào)高時(shí)，則開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換損耗在整個(gè)變換器工作區(qū)基本上保持恒定。
也就是說(shuō)，在部分雙極調(diào)制區(qū)內(nèi)，根據(jù)位移量B的減小，時(shí)鐘信號(hào)CK的頻率可以提高。由此，可使轉(zhuǎn)換損耗保持恒定，而無(wú)需改換其它結(jié)構(gòu)。
當(dāng)本發(fā)明的控制裝置采用微處理機(jī)后，上述脈沖發(fā)生裝置的一部分或全部當(dāng)然可通過(guò)程序軟件實(shí)現(xiàn)。
此外，在上述實(shí)施例中，位移量B根據(jù)基本調(diào)制波振幅A而改變，然而，當(dāng)在基本調(diào)制波振幅A和變換器輸出頻率指令之間，存在預(yù)定關(guān)系，例如比例關(guān)系時(shí)，位移值可以響應(yīng)于變換器輸出頻率指令或與之成比例的車(chē)速而改變。
在本實(shí)施例中，輸出電壓可以從零電壓連續(xù)平滑調(diào)節(jié)到最大電壓，并且可以進(jìn)一步提供高精度而穩(wěn)定的輸出電壓。
更進(jìn)一步，在圖3所示的雙極調(diào)制區(qū)，正、負(fù)向調(diào)制波是離零電平預(yù)定的值，這樣當(dāng)脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生時(shí)，可以得到最小導(dǎo)通時(shí)間而不致失誤。
然而，采用如圖4和圖5所示的調(diào)制方式中，幾乎與零相應(yīng)的輸出電壓，必須通過(guò)利用正、負(fù)向調(diào)制波重新產(chǎn)生，以便產(chǎn)生不能得到最小導(dǎo)通時(shí)間的時(shí)期。
為了保證最小導(dǎo)通時(shí)間，考慮一種措施使脈沖寬度始終受到監(jiān)視，當(dāng)可能產(chǎn)生寬度低于最小導(dǎo)通時(shí)間的脈沖時(shí)，即將該脈沖消掉。然而，采用上述措施后，為了重現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于輸出電壓指令的輸出電壓而產(chǎn)生的脈沖也被機(jī)械消去，由此將使諧波成分增加，致使電流波紋增加。
為了解決上述問(wèn)題，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，對(duì)幅度指令分配器2作了修改，以保證最小導(dǎo)通時(shí)間，而同時(shí)利用三級(jí)變換器的特色。
也就是說(shuō)，如圖1所示的極性鑒別和分配器24、25、27和28，可以按圖13所示改進(jìn)，以保證最小導(dǎo)通時(shí)間。
以下將參照?qǐng)D13和圖14說(shuō)明改進(jìn)的幅度指令分配器。
極性鑒別和分配器240、250、270和280以這樣一種方式構(gòu)成，即為了保證正向最小導(dǎo)通時(shí)間，使極性鑒別和分配器240偏置成不輸出低于對(duì)應(yīng)于最小導(dǎo)通時(shí)間的預(yù)定值d的輸出電壓指令，而相應(yīng)部分則通過(guò)負(fù)向輸出電壓指令進(jìn)行補(bǔ)償。
如圖14a)所示偏置的調(diào)制波apl＊和anl＊分別輸入到極性鑒別和分配器240、250、270和280，其相應(yīng)的輸出波形如圖14(b)-(e)所示，由加法器26和29輸出的正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊的波形如圖14(f)和(g)所示。
相應(yīng)地，正、負(fù)向調(diào)制波都沒(méi)有輸出低于最小導(dǎo)通時(shí)間的輸出電壓指令。況且，由于這些輸出通過(guò)處理輸出電壓指令而得到的，故可以消除變換器輸出電流中的波紋增加。
此外，上文只是參照一個(gè)相位說(shuō)明本實(shí)施例的各種優(yōu)點(diǎn)，而在兩相或兩個(gè)以上的多相方案中，同樣可以獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。
再進(jìn)一步，本實(shí)施例雖參照感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來(lái)描述，但本發(fā)明也適用于同步電動(dòng)機(jī)，而具有相同優(yōu)點(diǎn)。
上述各個(gè)實(shí)施例都是聯(lián)系變換器而描述的，然而，本發(fā)明也適用于將交流轉(zhuǎn)換為直流的自激勵(lì)變換器，通過(guò)具有上述變換器操作中相同的優(yōu)點(diǎn)的、進(jìn)行再生操作的電抗元件，將上述實(shí)施例中所述的變換器的輸出端連接到一個(gè)交流電流，即可構(gòu)成自激勵(lì)變換器。
根據(jù)本發(fā)明，變換器的輸出電壓可以從零電壓連續(xù)平滑調(diào)節(jié)到最大電壓。
此外，與輸出電壓指令相應(yīng)的極小的輸出電壓，也可以作為變換器的輸出電壓重新產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種電力變換器裝置，包括由串接的正向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和串接的負(fù)向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成其一相，用以將直流電壓轉(zhuǎn)換為具有至少三個(gè)電位電平的交流輸出相電壓的變換器并包括控制所述變換器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和截止，以根據(jù)輸入到所述控制單元的電壓幅度指令E*操作所述變換器的變換器控制單元；所述電壓幅度指令E*在第一種調(diào)制方式和第二種調(diào)制方式中均作為一個(gè)基本調(diào)制波al*，在第一種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)交替正負(fù)輸出脈沖而實(shí)現(xiàn)，在第二種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)僅與相應(yīng)的基本調(diào)制波al*極性相同的輸出脈沖而實(shí)現(xiàn)，其特征在于，所述第一種調(diào)制方式工作與所述第二種調(diào)制方式工作之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)第三種調(diào)制方式而實(shí)現(xiàn)的，在所述第三種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期的第一個(gè)時(shí)期內(nèi)，通過(guò)交替正、負(fù)輸出脈沖而實(shí)現(xiàn)，而交流輸出相電壓在其半個(gè)周期的第二個(gè)時(shí)期內(nèi)，通過(guò)僅僅輸出與相應(yīng)的基本調(diào)制波al*極性相同的脈沖而實(shí)現(xiàn)，所述交流輸出相電壓的半個(gè)周期中的第一和第二個(gè)時(shí)期的時(shí)間間隔，根據(jù)用作基本調(diào)制波al*的電壓幅度指令E*而變化。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換器裝置，其特征在于所述控制單元包括用以根據(jù)由所述變換器輸出的電壓幅度指令E＊和頻率指令Fi＊產(chǎn)生基本調(diào)制波al＊的第一裝置1;用以根據(jù)電壓幅度指令E＊產(chǎn)生正偏置調(diào)制波apl＊和負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的第二裝置4、20、22和23，用以根據(jù)正負(fù)偏置調(diào)制波apl＊、anl＊產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊，根據(jù)正負(fù)偏置調(diào)制波apl＊、anl＊產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊的第三裝置24、25、26、27、28和29;以及用以根據(jù)所述正、負(fù)向調(diào)制波ap＊、an＊，產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖串S1、S2、S3和S4，以用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件70、71、72和73的第四裝置3。
3.如權(quán)利要求2所述的電力變換器裝置，其特征在于，所述第三裝置通過(guò)將負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的正分量加到正偏置調(diào)制波apl＊的正分量上，產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊;通過(guò)將正偏置調(diào)制波apl＊的負(fù)向成分加到負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的負(fù)向分量上，產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊。
4.如權(quán)利要求2所述的電力變換器裝置，其特征在于，所述第三裝置抑制輸出低于預(yù)定正、負(fù)值d、-d的正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊，它產(chǎn)生一個(gè)其寬度與所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的最小導(dǎo)通時(shí)間相應(yīng)的脈沖，并通過(guò)將高于預(yù)定負(fù)向值-d的負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的分量加到正偏置調(diào)制波apl＊的未抑制分量上，產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊，并且通過(guò)將低于預(yù)定正向值d的正偏置調(diào)制波apl＊的分量加到負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的未抑制分量上，產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊。
5.如權(quán)利要求2所述的電力變換器裝置，其特征在于，所述第四裝置加上基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CK.以決定脈沖S1、S2、S3和S4產(chǎn)生的時(shí)間，而所述基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CK的頻率適合于隨著基本調(diào)制波al＊的電壓幅度指令E＊的增高而增高。
6.一種電氣車(chē)輛控制裝置，包括將直流電壓轉(zhuǎn)換為具有至少三個(gè)電位電平的交流輸出相位電壓的電力變換器裝置，以及由所述電力變換器裝置所驅(qū)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)，所述電力變換器裝置包括由串接的正向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和串接的負(fù)向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成其一相的變換器;控制所述變換器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和截止，以根據(jù)輸入到所述控制單元的電壓幅度指令E＊操作所述變換器的變換器控制單元;所述電壓幅度指令E＊在第一種調(diào)制方式，第二種調(diào)制方式，第四種調(diào)制方式和第五種調(diào)制方式中均作為一個(gè)基本調(diào)制波al＊，在第一種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)交替正負(fù)輸出脈沖而實(shí)現(xiàn);在第二種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)輸出僅與相應(yīng)的基本調(diào)制波al＊極性相同的脈沖而實(shí)現(xiàn);在第四種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)減少所連接的僅與相應(yīng)的基本調(diào)制波al＊極性相同的輸出脈沖數(shù)量而實(shí)現(xiàn);在第五種調(diào)制方式中，交流輸出電壓在其半個(gè)周期中，通過(guò)單個(gè)與相應(yīng)的基本調(diào)制波al＊極性相同的連續(xù)輸出脈沖而實(shí)現(xiàn);其特征在于，所述第一種調(diào)制方式與所述第二種調(diào)制方式之間的轉(zhuǎn)換是通過(guò)第三種調(diào)制方式而實(shí)現(xiàn)的，在所述第三種調(diào)制方式中，交流輸出相電壓在其半個(gè)周期的第一個(gè)時(shí)期內(nèi)，通過(guò)交替正負(fù)輸出脈沖而實(shí)現(xiàn)，而交流輸出相電壓在其半個(gè)周期的第二個(gè)時(shí)期內(nèi)，通過(guò)輸出僅與相應(yīng)的基本調(diào)制波al＊極性相同的脈沖而實(shí)現(xiàn)，所述交流輸出相電壓的半個(gè)周期中的第一和第二個(gè)時(shí)期的時(shí)間間隔，根據(jù)基本調(diào)制波al＊的電壓幅度指令E＊而變化。
7.如權(quán)利要求6所述的電氣車(chē)輛控制裝置，其特征在于，所述控制單元包括用以根據(jù)由所述變換器輸出的電壓幅度指令E＊和頻率指令Fi＊產(chǎn)生基本調(diào)制波al＊的第一裝置1;用以根據(jù)電壓幅度指令E＊產(chǎn)生正偏置調(diào)制波apl＊和負(fù)偏置調(diào)制波apl＊的第二裝置4、20、22和23;用以根據(jù)正負(fù)偏置調(diào)制波apl＊、anl＊產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊，根據(jù)正負(fù)偏置調(diào)制波apl＊、anl＊產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊的第三裝置24、25、26、27、28和29;以及用以根據(jù)所述正、負(fù)向調(diào)制波ap＊、an＊，產(chǎn)生脈寬調(diào)制脈沖串S1、S2、S3和S4，以用于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件70、71、72和73的第四裝置3。
8.如權(quán)利要求7所述的電氣車(chē)輛控制裝置，其特征在于，所述第三裝置通過(guò)將負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的正分量加到正偏置調(diào)制波apl＊的正向分量上，產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊;通過(guò)將正偏置調(diào)制波apl＊的負(fù)分量加到負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的負(fù)分量上，產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊。
9.如權(quán)利要求7所述的電氣車(chē)輛控制裝置，其特征在于，所述第三裝置抑制輸出低于預(yù)定正、負(fù)值d、-d的正、負(fù)向調(diào)制波ap＊和an＊，它產(chǎn)生一個(gè)其寬度與所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件70、71、72和73的最小導(dǎo)通時(shí)間相應(yīng)的脈沖，并通過(guò)將高于預(yù)定負(fù)值-d的負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的分量加到正偏置調(diào)制波apl＊的未抑制分量上，產(chǎn)生正向調(diào)制波ap＊，并且通過(guò)將低于預(yù)定正值d的正偏置調(diào)制波apl＊的分量加到負(fù)偏置調(diào)制波anl＊的未抑制成分上，產(chǎn)生負(fù)向調(diào)制波an＊。
10.如權(quán)利要求7所述的電氣車(chē)輛控制裝置，其特征在于，所述第四裝置上加上基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CK以決定脈沖S1、S2、S3和S4由此產(chǎn)生的時(shí)間，所述基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CK的頻率適合于隨著基本調(diào)制波al＊的電壓幅度指令E＊的增高而增高。
全文摘要
一種電力變換器裝置，包括由串接的正側(cè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和串接的負(fù)側(cè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成其一相的變換器，控制所述變換器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和截止，以根據(jù)輸入到所述控制單元的電壓幅度指令E
文檔編號(hào)B60L9/18GK1077064SQ9211323
公開(kāi)日1993年10月6日 申請(qǐng)日期1992年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月18日
發(fā)明者仲田清, 棚町德之助, 中村清, 照沼睦弘, 鈴木優(yōu)人, 筒井義雄, 田瑛一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所