專利名稱：功率變換裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種功率變換裝置及其控制方法，尤其是涉及到一種能 夠降低功率變換器所生成的電磁噪音的功率變換裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
功率變換器所生成的電磁波干涉(EMI: Electromagnetic interference) 會(huì)給周圍的設(shè)備帶來不良影響，而使該等設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作。作為其對策， 較為普遍的做法是安裝共模扼流線圈(Common mode choke)等的無源元 件，但這種做法會(huì)導(dǎo)致裝置大型化以及成本增加。電磁波干涉在負(fù)載電動(dòng) 機(jī)以極低速進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，也就是功率變換器的輸出電壓振幅接近零時(shí)變得 尤為顯著。其原因是，此時(shí)3相逆變器的幾乎所有的開關(guān)元件都同時(shí)進(jìn)行 ON/OFF,從而使零相電壓大幅度增加。
對此，專利文獻(xiàn)1中公開了一種二相調(diào)制式逆變器裝置，其采用僅使 3相中的2相執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作的二相調(diào)制方式，使同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的相數(shù) 減到為2/3，從而降低了噪音。此外，在專利文獻(xiàn)l中，利用二相調(diào)制方 式的特性，將在生成PWM脈沖時(shí)對于同一個(gè)三角波載波進(jìn)行開關(guān)的2相 的指令值設(shè)定成其中的一方在大于三角波時(shí)ON，而另一方在小于三角波 時(shí)ON。由此，使PWM脈沖的中心點(diǎn)錯(cuò)位，避免多個(gè)相同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng) 作，使極低速區(qū)域以外的部分的噪音也得以降低。
此外，在專利文獻(xiàn)2至5中公開了電容器的脈動(dòng)降低技術(shù)、電動(dòng)機(jī)損 耗降低技術(shù)以及作為為了提高變換效率，使輸出電壓的相位錯(cuò)開的方法。
專利文獻(xiàn)1:日本國專利特開2003-33042號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本國專利特開2004-187386號公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:日本國專利特開2002-27763號公報(bào)
專利文獻(xiàn)4:日本國專利特開2004-248419號公報(bào)
專利文獻(xiàn)5:日本國專利特開2005-224070號公報(bào)但是，專利文獻(xiàn)l的二相調(diào)制方式中，由于在負(fù)載電動(dòng)機(jī)的低速區(qū)域
內(nèi)，PWM (Pulse Width Modulation:脈寬調(diào)制)脈沖的幅度變得極為狹窄， 所以可能出現(xiàn)因設(shè)備無法響應(yīng)而導(dǎo)致波形失真加大的情況。尤其是在升降 設(shè)備那樣要求具有低速和高轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)特性的系統(tǒng)中，波形失真而引起的波 形特性劣化會(huì)給乘坐舒適性帶來重大的影響。此外，對設(shè)備反復(fù)施加幅度 狹窄的PWM脈沖，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備本身損壞。
另一方面，在專利文獻(xiàn)2至5中，雖然能夠輸出與現(xiàn)有的3相調(diào)制方 式同等的PWM脈沖，但是有可能導(dǎo)致誤動(dòng)作產(chǎn)生，在進(jìn)行實(shí)用化時(shí)，為 了確保穩(wěn)定運(yùn)作，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。此外，根據(jù)電壓指令值的大小， 可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)相同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，而導(dǎo)致電磁波干涉產(chǎn)生的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功率變換裝置及其控制方法，其在保持與 現(xiàn)有的3相調(diào)制方式同等的波形特性的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，以降 低電磁波。
本發(fā)明的一個(gè)方面的特征在于，作為將進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號 傳送給功率變換器內(nèi)的對開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路中的運(yùn)算裝置，具 有將發(fā)送到功率變換裝置的電壓指令值分別與各個(gè)相都具有相位差的三 角波進(jìn)行比較的比較部分，并且以與各個(gè)相的所述三角波的相位分別對應(yīng) 的各個(gè)相的定時(shí)來實(shí)行與所述三角波進(jìn)行比較的所述電壓指令值的更新 定時(shí)。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式的特征在于具有各個(gè)相獨(dú)立設(shè)置的暫時(shí)存儲(chǔ)
部分，其暫時(shí)存儲(chǔ)所述電壓指令值；各個(gè)相獨(dú)立設(shè)置的暫時(shí)保存部分，其 為了與各個(gè)相的所述三角波進(jìn)行比較，而暫時(shí)保存所述電壓指令值；以及 指令傳送處理部分，其以與各個(gè)相的所述三角波的相位分別對應(yīng)的各個(gè)相 的定時(shí)，將所述暫時(shí)存儲(chǔ)部分中所存儲(chǔ)的所述電壓指令值傳送給所述暫時(shí) 保存部分。
在更為具體的實(shí)施例中，在各相獨(dú)立地設(shè)置生成PWM脈沖時(shí)使用的 三角波載波，并對各個(gè)三角波載波設(shè)置相位差。
此外，作為運(yùn)算裝置，使用微型計(jì)算機(jī)等的數(shù)字式運(yùn)算裝置，為了將各相的指令值與三角波進(jìn)行比較，以各相互異的定時(shí)對迸行暫時(shí)存儲(chǔ)的緩 沖區(qū)進(jìn)行設(shè)定。
并且，根據(jù)功率變換器的輸出電壓和加速度等的信息，分別對各相的
載波的頻率進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，以避免在驅(qū)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)輸出電壓的PWM脈沖同
時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的情況。 發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式，由于在低速區(qū)域中能夠充分確保PWM 脈沖的幅度，所以能夠確保與現(xiàn)有的3相調(diào)制方式同等的波形特性，而且， 還能夠降低電磁波。尤其適用于具有能夠以高速驅(qū)動(dòng)的開關(guān)元件并以高速 的開關(guān)頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的功率變換裝置。
本發(fā)明的其它的目的以及特征將在以下說明的實(shí)施例中進(jìn)一步予以 說明。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的功率變換裝置的主電路和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖2是運(yùn)算裝置3的功能說明圖，其對本發(fā)明一實(shí)施例的指令值生成
部分中的數(shù)據(jù)傳送例進(jìn)行了說明。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的輸出PWM波形和零相電壓波形的示例。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的零電壓輸出時(shí)的輸出PWM波形和零相電壓波形
的示例。
圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的輸出PWM波形和零相電壓波形的示例。 圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中的零電壓輸出時(shí)的輸出PWM波形和零相電 壓波形。
圖7表示在以U相指令值VW與U相三角波信號Tru的比較為例時(shí) 的比較處理中，可能出現(xiàn)誤動(dòng)作的場合的示例。
圖8是在本發(fā)明一實(shí)施例中的三角波信號的波峰與波谷附近更新指令 值時(shí)的動(dòng)作說明用的波形圖。
圖9是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的變更載波相位時(shí)的載波狀態(tài)的圖。
圖10是表示圖9中的輸出值和載波振幅之間關(guān)系的圖。符號說明 l一主電路部分；
2 —負(fù)載(電動(dòng)機(jī))；
3 —運(yùn)算裝置； 4一驅(qū)動(dòng)電路； 5—電壓指令值生成部分； 6u 6w—U W相用三角波生成部分； 61 —三角波生成部分；
7u 7w—U W相用比較處理部分； 8—電壓指令值運(yùn)算部分； 9u 9w—U W相用緩沖寄存器； 10u 10w—U W相用指令傳送處理部分; 1 lu 1 lw—U W相用設(shè)置寄存器； Vu Vw—U W相輸出電壓； Vo —零相電壓；
Vu*~Vw*—U~W相輸出電壓指令值； Vupwm Vwpwm—U W相PWM脈沖； Trl一三角波信號； Tru Trw—U W相用三角波信號。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的功率變換裝置的主電路和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。作為主電路，具有由開關(guān)元件構(gòu)成的逆變器主電路部分l以及作為 負(fù)載的交流電動(dòng)機(jī)2，該交流電動(dòng)機(jī)2由該主電路1提供可變電壓和可變 頻率的交流電并且由該主電路1驅(qū)動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)由運(yùn)算裝置3和驅(qū)動(dòng)電路 4構(gòu)成，該運(yùn)算裝置3運(yùn)算將所述主電路部分1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的信號，使得所 述負(fù)載2進(jìn)行所需的動(dòng)作，該驅(qū)動(dòng)電路4根據(jù)從該運(yùn)算裝置3輸出的信號， 對所述主電路部分1進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。運(yùn)算裝置3由微型計(jì)算機(jī)或者FPGA(Field Programmable Gate Array)或者ASIC (Application Specific Integrated Circuit)等運(yùn)算處理裝置構(gòu)成。其內(nèi)部具有根據(jù)在負(fù)載2中流動(dòng)的電流等生成U W 各相的輸出電壓指令值Vu^Vw^^的電壓指令值生成部分5、生成三角波載 波的三角波生成部分6u 6w、以及將所述指令值丫11*~￥**與三角波信號 Tru Trw進(jìn)行比較以生成PWM脈沖Vupwm Vwpwm的比較處理部分 7u 7w。
在現(xiàn)有技術(shù)中，功率變換裝置的構(gòu)成零部件和圖1的實(shí)施例大致相同。 但是，在運(yùn)算裝置3中，使用單一的三角波生成部分生成三角波載波，并 且在各相的比較處理部分7u 7w中將三角波生成部分61所生成的單一的 三角波信號Trl與電壓指令值Vi^ Vw申進(jìn)行比較。
以下對圖1的實(shí)施例中的電壓指令值生成部分5的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖2是運(yùn)算裝置3的功能說明圖，其對本發(fā)明一實(shí)施例的電壓指令值 生成部分5中的數(shù)據(jù)傳送例進(jìn)行了說明。首先，具有對各相的電壓指令值 VW Vw+進(jìn)行運(yùn)算的電壓指令值運(yùn)算部分8，以及具有暫時(shí)存儲(chǔ)進(jìn)行了運(yùn) 算的該電壓指令值丫11!^^^*的緩沖寄存器9u 9w。此外，還具有指令傳 送處理部分10u 10w和設(shè)置寄存器11u llw，該指令傳送處理部分根據(jù)預(yù) 先設(shè)定的定時(shí)分別傳送存儲(chǔ)在緩沖寄存器中的該等電壓指令值，設(shè)置寄存 器存儲(chǔ)該等指令傳送處理部分傳送來的電壓指令值，并給予作為與三角波 比較的對象的電壓指令值。
存儲(chǔ)在所述設(shè)置寄存器中的電壓指令值和從三角波生成部分6u 6w 輸出的三角波信號Tru Trw在比較處理部分7u 7w中進(jìn)行比較，并生成 PWM脈沖Vupwm Vwpwm。
在此，由于運(yùn)算裝置3是微型計(jì)算機(jī)或者FPGA或者ASIC等數(shù)字式 運(yùn)算處理裝置，所以其處理的信號是離散性的信號。為此，離散性信號的 變化定時(shí)將變得重要。詳細(xì)的動(dòng)作在下文中進(jìn)行說明。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的輸出PWM波形和零相電壓波形的示例，圖3(A) 是三角波比較方式的示意圖，圖3(B)是輸出PWM波形和零相電壓波形。 例如，在圖3(A)的U相輸出電壓指令值Vi^方面，在點(diǎn)劃線所示部分，當(dāng) 公式(l)成立時(shí)，U相輸出電壓Vu成為Hi狀態(tài)(Vu-Ed)。
<formula>formula see original document page 10</formula>此夕卜，當(dāng)(2)式成立時(shí)，生成使得Vu成為Lo狀態(tài)(Vu-O)的PWM脈沖。
Vu*<Trl.....................................................................(2)
另一方面，對電磁波產(chǎn)生影響的零相電壓Vo滿足公式(3)，噪音量與 該零相電壓Vo的變化幅度成比例地增加。
Vo=(Vu+Vv+Vw)/3.........................................................(3)
其中，Vu Vw表示U W相的輸出電壓。
也就是說，在通常的開關(guān)狀態(tài)下，如(3)式所示，在各相開關(guān)每次切換 時(shí)，零相電壓Vo的變動(dòng)量為Ed/3，而如圖3(B)的虛線的橢圓部分所示， 在多個(gè)相同時(shí)變動(dòng)時(shí)，零相電壓Vo的變動(dòng)幅度增大，噪音量也隨之增加。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的零電壓輸出時(shí)的輸出PWM波形和零相電壓波形 的示例。圖4(A)是零電壓輸出的三角波比較方式的示意圖，圖4(B)是輸出 PWM波形和零相電壓波形。在以極低速驅(qū)動(dòng)負(fù)載時(shí)，形成與零電壓輸出 狀態(tài)相近的狀態(tài)。如圖4(B)所示，各相的輸出電壓Vu Vw成為大致相同 的波形。其結(jié)果，功率變換器的輸出側(cè)的線間電壓為零。但是，由于此時(shí) 的零相電壓Vo各相同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，所以如圖4(B)的虛線部分所示， 滿足公式(4)。
Vo二Ed........................................................................... (4)
為此，與單一相進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的場合相比，噪音量將增加至大約3倍。 以上就三相調(diào)制的情況作了說明，相對于三相調(diào)制，在二相調(diào)制方式 中，將3相中的l相始終固定在ON狀態(tài)或者OFF狀態(tài)，而只對2相進(jìn)行 開關(guān)，所以在零電壓輸出時(shí)，零相電壓Vo滿足公式(5),噪音量比三相調(diào) 制時(shí)能夠進(jìn)一步降低。
Vo = 2， Ed/3........................................................................(5)
另一方面，在零電壓輸出時(shí)的波形方面，在進(jìn)行三相調(diào)制時(shí)，如圖4(B) 所示，占空比(ON時(shí)間與OFF時(shí)間之比)大約為50。/。，與此相比，二相調(diào) 制時(shí)的占空比非常小，使得設(shè)備無法作出響應(yīng)。其結(jié)果，可能導(dǎo)致波形的 失真加大。尤其是在升降設(shè)備那樣要求具有低速和高轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)特性的系統(tǒng) 中，波形失真而引起的波形特性劣化會(huì)給乘坐舒適性帶來重大的影響。此 外，對設(shè)備反復(fù)施加幅度狹窄的PWM脈沖，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備本身損壞。
對此，在圖1的本發(fā)明的一實(shí)施例中，在各個(gè)相獨(dú)立地設(shè)置生成三角波載波的三角波產(chǎn)生部分6u 6w,并且，對輸出的三角波信號Tru Trw分 別設(shè)定相位差。
圖5是圖1以及圖2所示的本發(fā)明一實(shí)施例中的輸出PWM波形和零 相電壓波形的示例，圖5(A)是三角波比較方式的示意圖，圖5(B)是輸出 PWM波形和零相電壓波形。圖5(A)是在各相用的三角波信號分別設(shè)置了 120度相位差的狀態(tài)下的示例。此時(shí)的輸出電壓波形的占空比與圖3時(shí)大 致相同，零相電壓Vo的變化幅度大致滿足公式(6)。 Vo二Ed/3........................................................................ (6)
另一方面，圖6是所述實(shí)施例中的零電壓輸出時(shí)的輸出PWM波形和 零相電壓波形的示例。圖6(A)是零電壓輸出的三角波比較方式的示意圖， 圖6(B)是輸出PWM波形和零相電壓波形。此時(shí)的輸出電壓波形的占空比 與圖4的場合相同大約為50%。并且，通過在三角波信號設(shè)置相位差，其 結(jié)果，零相電壓Vo的變化幅度滿足公式(7)，即使在零電壓輸出時(shí)，也能 夠降低噪音。
Vo=Ed/3........................................................................ (7)
在圖6中，以載波周期那樣大小的時(shí)間軸觀察時(shí)，輸出的線間電壓不 是零，其值會(huì)波動(dòng)。另一方面，如果通過負(fù)載的輸出頻率大小為數(shù)十ms 的時(shí)間軸觀察時(shí)，由于占空比大致為50%，輸出線間電壓的平均值為零。 尤其是，在具有能進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)的開關(guān)元件的功率變換器中，當(dāng)三角波載 波的頻率較高時(shí)，能夠形成精度極為良好的波形。
圖7表示在以U相指令值Vf與U相三角波信號Tru的比較為例時(shí) 的比較處理中，可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作的場合的示例。在圖7的虛線橢圓部分 中，U相的電壓指令值VW根據(jù)與U相三角波信號Tru的變化重疊的定時(shí) 進(jìn)行變化。也就是說，在能檢測到電壓指令值和三角波信號的大小關(guān)系發(fā) 生逆轉(zhuǎn)(變化)的定時(shí)(波峰與波谷之間)，電壓指令值不穩(wěn)定，兩者的大小關(guān) 系難以判別，可能會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作。
圖8是在本發(fā)明一實(shí)施例中的三角波信號的波峰與波谷附近更新比較 用的電壓指令值時(shí)的動(dòng)作說明用的波形圖。該處理與將指令傳送處理部分 10u 10W進(jìn)行傳送的定時(shí)設(shè)定在三角波信號的波峰與波谷附近的場合相 當(dāng)。在現(xiàn)有的運(yùn)算裝置中，由于與單一的三角波進(jìn)行比較，所以如圖8所 示的，通過單一的指令傳送處理，將全部的相的緩沖寄存器中所存儲(chǔ)的電 壓指令值在三角波信號的波峰與波谷處進(jìn)行傳送。與此相對，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，由于各個(gè)相具有三角波生成部分6u 6w，并且由于各個(gè)相位彼此不同，所以，在以單一的指令傳送處理部 分進(jìn)行處理時(shí)，在某一個(gè)相成為如圖7所示的狀態(tài)，從而有可能導(dǎo)致誤動(dòng) 作產(chǎn)生。在此，在本實(shí)施例中，在各相中設(shè)置指令傳送處理部分10u 10w， 并且，各相的指令傳送處理部分10u 10w以互不相同的定時(shí)，也就是在各 相的三角波信號的波峰以及波谷附近的各自的位置實(shí)行指令傳送。由此， 各相均成為如圖8所示的關(guān)系，所以能夠防止在進(jìn)行三角波比較時(shí)發(fā)生誤 動(dòng)作。并且，在圖5和圖6中，以各相的三角波信號Tru Trw的相位差為 120度為例進(jìn)行了說明，但只要滿足在零電壓狀態(tài)下同時(shí)進(jìn)行開關(guān)這一目 的，則并不僅限于120度。也就是說，各相的三角波信號的相位差可以是 非等間隔的。尤其是，因零相電壓的變化而產(chǎn)生的共模電流，也就是造成 電磁障礙的直接原因的電流的波形是以數(shù)十kHz 數(shù)MHz進(jìn)行衰減振動(dòng)的 波形，所以，只要所錯(cuò)開的相位能獲得足夠的時(shí)間使振動(dòng)衰減，則能夠獲 得充分的噪音降低效果。以下對上述本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)行概括說明。首先，具有使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成主電路l的功率變換器、對該 功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路4以及將進(jìn)行了脈寬調(diào) 制的PWM信號Vupwm Vwpwm傳送給該驅(qū)動(dòng)電路4的運(yùn)算裝置3。該運(yùn) 算裝置3如圖1所示，具有生成發(fā)送到所述功率變換器的電壓指令值 Vi^ Vw^^的電壓指令值生成部分5、將該電壓指令值VW Vw^^分別與各 個(gè)相具有相位差的三角波Tru Trw進(jìn)行比較的比較部分7U 7w。在此， 所述運(yùn)算裝置3如圖2所示，首先具有在各個(gè)相設(shè)置的緩沖寄存器9u 9w， 其暫時(shí)存儲(chǔ)由電壓指令值運(yùn)算部分8運(yùn)算出電壓指令值Vu* Vw*。此外, 還具有在各個(gè)相設(shè)置的設(shè)置寄存器llu-llw，其為了對各個(gè)相的所述三角 波Tru trw進(jìn)行比較，而暫時(shí)保存所述電壓指令值Vu*~Vw*。并且，如圖 8所示，具有指令傳送處理部分10u 10w，根據(jù)與各個(gè)相的所述三角波的波峰附近以及波谷附近的相位對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)，將存儲(chǔ)在所述緩沖寄存器9u 9w中的電壓指令V一 Vw+的最新值發(fā)送到所述設(shè)置寄存器 11u llw，以更新作為與所述三角波Tru Trw比較的對象的所述設(shè)置寄存 器Uu lw內(nèi)的電壓指令值Vu*~Vw*。其結(jié)果，如在圖8所說明的那樣，盡管各個(gè)相的三角波載波Tru Trw 具有互相錯(cuò)開的相位，但作為與各相的三角波載波Tru Trw比較的對象的 設(shè)置寄存器11u llw內(nèi)的電壓指令Vu^Vw+僅在各相的三角波載波 Tru Trw的波峰附近以及波谷附近進(jìn)行更新。為此，在各相的三角波載波 Tru Trw的大小和電壓指令VW Vw+的大小發(fā)生逆轉(zhuǎn)(變化)的定時(shí)(波峰 與波谷之間)中，電壓指令值Vi^ Vw^^的大小始終保持穩(wěn)定。因此，除比 較部分7u 7w的動(dòng)作保持穩(wěn)定外，還能實(shí)現(xiàn)沒有產(chǎn)生誤動(dòng)作之虞的PWM 調(diào)制。以下對圖1以及圖2的一實(shí)施例的三角波生成部分6u 6w的動(dòng)作進(jìn)行 說明。通過圖2的處理，即使在由各相的三角波生成部分產(chǎn)生的三角波信號 中以相同的頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且以相同的相位差進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，尤其是在零電 壓區(qū)域中，所發(fā)生的噪音少且能夠進(jìn)行穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。但是，有時(shí)會(huì)隨著電 壓指令值變大而產(chǎn)生同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的相。為了避免這種情況發(fā)生，在 本實(shí)施例中，根據(jù)被指令的輸出電壓的大小和負(fù)載電動(dòng)機(jī)的加速度的信息 等，針對發(fā)生同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)的電壓值，使各相的三角波信號的相位 變化。在一般情況下，功率變換器為了輸出平衡電壓，能夠事先知道同時(shí) 迸行開關(guān)動(dòng)作時(shí)的各相的電壓值。并且，在升降設(shè)備等能夠在某種程度上 掌握負(fù)載的加速度和運(yùn)行模式等的場合，通過以前饋方式使三角波信號的 相位變化，能夠避免在整個(gè)輸出電壓區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的情況，具 有能夠減少噪音的效果。圖9是表示在本發(fā)明的一實(shí)施例中更改載波相位時(shí)的載波狀態(tài)的圖。 U相用三角波信號Tru是相同頻率的三角波信號，與此相對，V相用三角 波信號Trv在相位變動(dòng)區(qū)間內(nèi)三角波頻率暫時(shí)升高，且相位比U相用三角 波信號Tm更提前。另一方面，W相用三角波信號Trw在相位變動(dòng)區(qū)間內(nèi) 三角波頻率暫時(shí)降低，且相位比U相用三角波信號Tru滯后。在通過微型計(jì)算機(jī)等生成三角波信號時(shí)，在一般情況下，進(jìn)行對時(shí)鐘信號進(jìn)行正計(jì)(countup)時(shí)，在達(dá)到折回點(diǎn)trnl后進(jìn)行倒計(jì)(countdown)時(shí)這樣的處 理。為此，通過使信號大小值下降到如折回點(diǎn)trn2那樣，能夠提高三角波 頻率，而通過使信號大小值上升到如折回點(diǎn)trn3那樣，則能夠降低三角波 頻率。圖10是表示圖9中的輸出值與載波振幅之間關(guān)系的圖。如圖9的三 角波信號的虛線橢圓部分所示，在使三角波振幅變化時(shí)，有必要對電壓指 令值也進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在圖1的主電路部分1的直流電壓值為Ed時(shí)， 當(dāng)如圖10所示，三角波半周期的時(shí)鐘數(shù)為A時(shí)，能夠通過以成為公式(8) 的比例的形式使輸出指令值增加增益倍，并進(jìn)行調(diào)整量為A / 2[digit]的偏 移調(diào)整，來調(diào)整電壓指令值。Ed[V]二A[digit] .....................................................................(8)并且，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，以三相逆變器為例作了說明，但理所 當(dāng)然在三相的PWM整流器和橋接形的單相功率變換器等場合也能夠得到 同樣的效果。以上對本發(fā)明的一實(shí)施例作了說明，但本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施 例，理所當(dāng)然能夠在不改變本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)實(shí)施各種變形例。
權(quán)利要求
1、一種功率變換裝置，具有使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成主電路的功率變換器、對該功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路以及將進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號傳送給該驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)算裝置，該運(yùn)算裝置具有生成輸出到所述功率變換器的電壓指令值的電壓指令值生成部分、以及將該電壓指令值分別與各個(gè)相均具有相位差的三角波進(jìn)行比較的比較部分，該功率變換裝置的特征在于，所述運(yùn)算裝置被構(gòu)成為以與各個(gè)相的所述三角波的相位分別對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)來實(shí)行與所述三角波進(jìn)行比較的所述電壓指令值的更新定時(shí)。
2. —種功率變換裝置，具有使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成主電路的功 率變換器、對該功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路以及將 進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號傳送給該驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)算裝置，該運(yùn)算裝置 具有生成輸出到所述功率變換器的電壓指令值的電壓指令值生成部分、以 及將該電壓指令值分別與各個(gè)相均具有相位差的三角波進(jìn)行比較的比較 部分，該功率變換裝置的特征在于，所述運(yùn)算裝置具有各個(gè)相的暫時(shí)存儲(chǔ)部分，其暫時(shí)存儲(chǔ)所述電壓指 令值；各個(gè)相的暫時(shí)保存部分，其為了與各個(gè)相的所述三角波進(jìn)行比較， 而暫時(shí)保存所述電壓指令值；以及指令傳送處理部分，其以與各個(gè)相的所 述三角波的相位對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)，將所述暫時(shí)存儲(chǔ)部分中所存儲(chǔ)的所 述電壓指令值傳送給所述暫時(shí)保存部分。
3. 如權(quán)利要求1或者2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述運(yùn) 算裝置是微型計(jì)算機(jī)或者FPGA或者ASIC等的數(shù)字運(yùn)算處理裝置。
4. 如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述暫時(shí)存儲(chǔ)部分包括緩沖寄存器。
5. 如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述暫時(shí)保存部分包括設(shè)置寄存器。
6. 如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述運(yùn)算裝置具有按各個(gè)相獨(dú)立地設(shè)置的三角波生成部分，其分別生成具有相位差的各 個(gè)相的三角波，所述指令傳送處理部分被構(gòu)成為各個(gè)相獨(dú)立地以各不相同 的定時(shí)生成傳送指令。
7. 如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于，所述指令傳送 處理部分被構(gòu)成為在各相的三角波信號的波峰或者波谷的附近傳送指令 值。
8. 如權(quán)利要求l所述的功率變換裝置，其特征在于，具有頻率設(shè)定 部分和相位調(diào)整部分，該頻率設(shè)定部分將各相的三角波生成部分所生成的 三角波信號的頻率以各個(gè)相獨(dú)立的形式進(jìn)行設(shè)定，該相位調(diào)整部分調(diào)整各 個(gè)相的三角波信號之間的相位差。
9. 如權(quán)利要求l所述的功率變換裝置，其特征在于，具有相位差調(diào) 整部分，其對所述相位差進(jìn)行調(diào)整，以使得所有的所述PWM信號均以各 不相同的定時(shí)進(jìn)行變化。
10. 如權(quán)利要求l所述的功率變換裝置，其特征在于，相對于使所有 相的電壓指令值實(shí)質(zhì)上均為零的電壓指令值，各相的所述PWM信號實(shí)質(zhì) 上全部為50%的通斷比，并且，各相的所述PWM信號的相位各不相同。
11. 一種功率變換裝置，具有使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成主電路的功 率變換器、對該功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路以及將 進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號傳送給該驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)算裝置，該運(yùn)算裝置 具有生成輸出到所述功率變換器的電壓指令值的電壓指令值生成部分、以 及將該電壓指令值分別與各個(gè)相均具有相位差的三角波進(jìn)行比較的比較 部分，該功率變換裝置的特征在于，所述運(yùn)算裝置具有各個(gè)相分別設(shè)置的緩沖寄存器，其暫時(shí)存儲(chǔ)所述 電壓指令值；各個(gè)相分別設(shè)置的設(shè)置寄存器，其為了對各個(gè)相的所述三角 波進(jìn)行比較，暫時(shí)保存所述電壓指令值；以及指令傳送處理部分，其將存 儲(chǔ)在所述緩沖寄存器中的電壓指令的最新值，以與各個(gè)相的所述三角波的 波峰附近以及波谷附近的相位分別對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)發(fā)送到所述設(shè)置 寄存器，以更新所述設(shè)置寄存器內(nèi)的作為所述三角波的比較對象的電壓指 令值。
12. —種功率變換裝置的控制方法，該功率變換裝置具有使用半導(dǎo)體開關(guān)元件來構(gòu)成主電路的功率變換器、對該功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路以及將進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號傳送給該驅(qū)動(dòng)電 路的運(yùn)算裝置，該控制方法具有生成輸出到所述功率變換器的電壓指令值 的電壓指令值生成步驟、以及將該電壓指令值分別與各個(gè)相均具有相位差 的三角波進(jìn)行比較的步驟，該控制方法的特征在于，以與各個(gè)相的所述三角波的相位分別對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)來實(shí)行與 所述三角波進(jìn)行比較的所述電壓指令值的更新定時(shí)。
13. —種功率變換裝置的控制方法，該功率變換裝置具有使用半導(dǎo)體 開關(guān)元件來構(gòu)成主電路的功率變換器、對該功率變換器內(nèi)的所述開關(guān)元件 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路以及將進(jìn)行了脈寬調(diào)制的PWM信號傳送給該驅(qū)動(dòng)電 路的運(yùn)算裝置，該控制方法具有生成輸出到所述功率變換器的電壓指令值 的電壓指令值生成步驟、以及將該電壓指令值分別與各個(gè)相均具有相位差 的三角波進(jìn)行比較的步驟，該控制方法的特征在于，包括生成各個(gè)相的三角波的步驟；各個(gè)相的暫時(shí)存儲(chǔ)步驟，其暫時(shí)存儲(chǔ)所 述電壓指令值；各個(gè)相的暫時(shí)保存步驟，其為了與各個(gè)相的所述三角波進(jìn) 行比較，暫時(shí)保存所述電壓指令值；以及各個(gè)相的指令傳送處理步驟，其 以與各個(gè)相的所述三角波的相位分別對應(yīng)的各個(gè)相的定時(shí)，傳送所述暫時(shí) 存儲(chǔ)步驟中所存儲(chǔ)的所述電壓指令值，以便在所述暫時(shí)保存步驟中對其進(jìn) 行保存。
14. 如權(quán)利要求12或者13所述的功率變換裝置的控制方法，其特征 在于，具有各個(gè)相獨(dú)立進(jìn)行的三角波生成步驟，其分別生成具有相位差 的各個(gè)相的三角波；以及各個(gè)相獨(dú)立進(jìn)行的傳送步驟，其以各不相同的定 時(shí)傳送所述用于比較的電壓指令值。
15. 如權(quán)利要求12所述的功率變換裝置的控制方法，其特征在于， 具有傳送步驟，其在各相的三角波信號的波峰或者波谷附近，傳送所述用 于比較的所述電壓指令值。
16. 如權(quán)利要求12所述的功率變換裝置的控制方法，其特征在于， 具有頻率設(shè)定步驟和相位調(diào)整步驟，該頻率設(shè)定步驟以各個(gè)相獨(dú)立的方式 設(shè)定各個(gè)相的所述三角波信號的頻率，該相位調(diào)整步驟調(diào)整各個(gè)相的三角 波信號之間的相位差。
17. 如權(quán)利要求12所述的功率變換裝置的控制方法，其特征在于， 具有相位差調(diào)整步驟，其對所述相位差進(jìn)行調(diào)整，以使得所有的所述PWM 信號均以各不相同的定時(shí)進(jìn)行變化。
18. 如權(quán)利要求12所述的功率變換裝置的控制方法，其特征在于， 相對于使所有相的電壓指令值實(shí)質(zhì)上均為零的電壓指令值，各相的所述 PWM信號實(shí)質(zhì)上全部為50%的通斷比，并且，各相的PWM信號的相位 各不相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種功率變換裝置，其在負(fù)載電動(dòng)機(jī)2的低速區(qū)域中也能保持與現(xiàn)有的3相調(diào)制方式同等的波形特性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)，從而能夠降低電磁波。通過在各個(gè)相獨(dú)立設(shè)置的U～W相用三角波生成部分6u～6w，在各個(gè)相獨(dú)立地生成三角波載波，并使各個(gè)相的三角波載波具有相位差。此外，使用微型計(jì)算機(jī)等作為運(yùn)算裝置3，為了將各個(gè)相的電壓指令值Vu^*～Vw^*與三角波進(jìn)行比較，以各相互不相同的定時(shí)進(jìn)行在緩沖器9u～9w進(jìn)行暫時(shí)更新設(shè)定的動(dòng)作。并且，根據(jù)功率變換器的輸出電壓和加速度等的信息單獨(dú)調(diào)整各個(gè)相的載波的頻率，以輸出電壓的PWM脈沖的變化不會(huì)重疊的方式進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動(dòng)。
文檔編號H02M7/48GK101291115SQ200810003850
公開日2008年10月22日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者大昭直人, 森和久, 稻葉博美, 綾野秀樹, 蛭田清玄 申請人:株式會(huì)社日立制作所