專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用逆變器(inverter)的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
使用圖5對日本專利特開2006—180700號公報(bào)中記載的現(xiàn)有的功 率因數(shù)校正型電力變換裝置進(jìn)行說明。
現(xiàn)有的電力變換裝置500包括 一端與單相的交流電源501的一 個(gè)輸出端連接的電抗器(reactor) 502，和通過該電抗器502將交流電 源501短路的短路電路503。而且，電力變換裝置500還包括通過輸入 電流檢測電路504連接在電抗器502未與交流電源501連接的一側(cè)的 另一端和交流電源501未與電抗器502連接的一側(cè)的另一端之間的整 流電路505。而且，電力變換裝置500還包括與整流電路505的直流 輸出的兩端串聯(lián)連接的平滑電容器506、和對交流電源501的過零 (zero-cross)進(jìn)行檢測的過零檢測電路507。而且，電力變換裝置500 還包括將從過零檢測電路507輸出的過零信號508作為基準(zhǔn)時(shí)刻，輸 出使短路電路503動作的短路脈沖信號509的控制電路510。而且，電 力變換裝置500還包括檢測平滑電容器506的兩端的電壓Vd并向控制 電路510輸出直流電壓值511的直流電壓檢測電路512。輸入電流檢測 電路504對從交流電源501輸入的輸入電流Is進(jìn)行檢測，并將輸入電 流值513輸出到控制電路510。此外，在圖5中，結(jié)合電機(jī)驅(qū)動部516 進(jìn)行表示，該電機(jī)驅(qū)動部516具備與電力變換裝置500的直流輸出連 接的逆變器電路514和內(nèi)置有電動機(jī)的壓縮機(jī)515。
過零檢測電路507輸入交流電源501兩端的交流電源電壓517，在 交流電源501的交流電壓通過過零點(diǎn)，極性改變的時(shí)刻，輸出作為下 降信號或上升信號的過零信號508，并輸向控制電路510。
控制電路510將輸入的過零信號508的上升或下降作為基準(zhǔn)時(shí)刻， 設(shè)定作為從該基準(zhǔn)時(shí)刻開始直至短路電路503開始短路動作為止的期間的延遲時(shí)間Tl、和作為短路期間的動作時(shí)間T2，將短路脈沖信號 509輸向短路電路503。延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2事先存儲在控制電 路510中，或在控制電路510中通過計(jì)算而求得。短路電路503由電力半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成，根據(jù)短路脈沖信號509 通過電抗器502將交流電源501短路。通過該短路動作和斷開動作， 校正交流電源501的功率因數(shù)。該現(xiàn)有的電力變換裝置500通過電抗器502在電源半周期進(jìn)行一 次或幾次將交流電源501短路的動作，擴(kuò)大電源電流的通電角，校正 電源的功率因數(shù)，并且將交流電力變換為直流電力。延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2按照以下方式被控制輸入電流檢測 電路504檢測輸入電流Is，利用在某規(guī)定的區(qū)間內(nèi)延遲時(shí)間Tl和動作 時(shí)間T2的和相等的關(guān)系，使得直流電壓Vd為一定。此外，根據(jù)輸入 電流Is，分別使用函數(shù)對延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2獨(dú)立地進(jìn)行控制。然而，在現(xiàn)有的電力變換裝置500中，在延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間 T2的決定中使用交流電源501的輸入電流Is，有必要檢測輸入電流Is， 受到交流電源501的變動的影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過平滑電容器105的直流電壓和逆變器電路的輸出電流 運(yùn)算求出逆變器輸出電力，并決定延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2，由此 不進(jìn)行交流電源的輸入電源的檢測而進(jìn)行電力變換裝置的控制。因而 不受交流電源501的變動的影響。本發(fā)明的電力變換裝置包括 一端連接交流電源的電抗器電路； 與電抗器電路的另一端連接的交流電源短路電路；與交流電源短路電 路并聯(lián)連接的整流電路；與整流電路的輸出端并聯(lián)連接的平滑電容器 電路；對交流電源的過零進(jìn)行檢測的過零檢測電路；對平滑電容器電 路的電壓進(jìn)行檢測的電壓檢測電路；輸入端與整流電路的輸出端連接 的逆變器電路；對交流電源短路電路和逆變器電路進(jìn)行控制的控制電 路；和對在與逆變器電路的輸出端連接的逆變器負(fù)載中流動的電流進(jìn) 行檢測的逆變器輸出電流檢測電路，其中，控制電路使用作為過零檢 測電路的輸出的過零信號、電壓檢測電路的輸出、和逆變器輸出電流檢測電路的輸出，對從使用過零檢測電路檢測的交流電源的過零開始 直至交流電源短路電路開始短路動作為止的延遲時(shí)間Tl、和作為交流 電源短路電路的短路動作期間的動作時(shí)間T2進(jìn)行控制。通過這樣的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對交流電源的輸入電流進(jìn)行檢測，就能夠決定延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2。此外，本發(fā)明的電力變換裝置，其控制電路根據(jù)由電壓檢測電路 的直流電壓輸出、逆變器輸出電流檢測電路的逆變器輸出電流輸出、 和控制電路輸出的逆變器驅(qū)動輸出而算出的逆變器輸出電力的函數(shù)， 對延遲時(shí)間T1加以控制。通過這樣的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對交流電源的輸入電流進(jìn)行檢測就能 夠容易地決定延遲時(shí)間Tl。此外，本發(fā)明的電力變換裝置，其控制電路使用與目標(biāo)的偏差對 動作時(shí)間T2加以控制。通過這樣的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對交流電源的輸入電流進(jìn)行檢測就能 夠容易地決定動作時(shí)間T2。此外，本發(fā)明的電力變換裝置，其控制電路使用對功率因數(shù)(power factor)的最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行建模(modeling)而得到的功率因數(shù)模型(model) 值，對動作時(shí)間T2加以控制，其中，功率因數(shù)由在逆變器電路和電源 短路電路的動作前使用電壓檢測電路檢測到的停止時(shí)直流電壓輸出、 和逆變器電路的逆變器輸出電力求得。通過這樣的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明不對交流電源的輸入電流進(jìn)行檢測就能 夠容易地決定動作時(shí)間T2。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置的框圖。圖2是用于說明該實(shí)施方式的動作的波形圖。圖3是該實(shí)施方式的Wi的計(jì)算式和標(biāo)量積的說明圖。圖4是表示該實(shí)施方式的延遲時(shí)間Tl、動作時(shí)間T2和Wi的關(guān)系的說明圖。圖5是現(xiàn)有的電力變換裝置的框圖。
具體實(shí)施方式
下面使用

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是將本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置利用于電機(jī)驅(qū)動的 框圖。在圖1中，本實(shí)施方式的電力變換裝置100包括 一端連接單相的交流電源101的電抗器102、和通過電抗器102將交流電源101短路 的短路電路103。而且，還包括連接在電抗器102未與交流電源101 連接的一側(cè)和交流電源101的另一端之間的整流電路104、和并聯(lián)連接 在整流電路104的直流輸出的兩端的平滑電容器105。而且，電力變換 裝置100還包括對交流電源101的過零進(jìn)行檢測并輸出過零信號106 的過零檢測電路107、和與平滑電容器105并聯(lián)連接的逆變器電路108。 而且，電力變換裝置100還包括將過零信號106作為基準(zhǔn)時(shí)刻輸出使 短路電路103動作的短路脈沖信號109的控制電路110，和內(nèi)置于控制 電路110內(nèi)的、進(jìn)行逆變器電路108的控制的逆變器驅(qū)動電路111。而 且，電力變換裝置100還包括對從逆變器電路108輸出的逆變器輸出 電流Io進(jìn)行檢測，并將逆變器輸出電流值112輸向逆變器驅(qū)動電路111 的逆變器輸出電流檢測電路113。而且，電力變換裝置100還包括檢測 平滑電容器105的兩端的電壓Vd并將直流輸出電壓值114輸出至逆變 器驅(qū)動電路111的直流電壓檢測電路115。電機(jī)116根據(jù)與逆變器輸出 電流值112對應(yīng)的輸出，通過逆變器驅(qū)動電路111被驅(qū)動。具有逆變 器電路108的電力變換裝置100與內(nèi)置有電機(jī)116的壓縮機(jī)等一起例 如作為電機(jī)驅(qū)動電路119而被使用。圖2表示本實(shí)施方式的交流電源101的交流電壓與過零信號106 和短路脈沖信號109的延遲時(shí)間Tl、動作時(shí)間T2的關(guān)系。過零檢測電路107輸入交流電源101兩端的交流電壓Vs (交流電 源電壓值117)，在交流電壓Vs通過過零點(diǎn)且極性改變的時(shí)刻，輸出上 升信號或上升信號(在圖2中為上升信號)，作為過零信號106向控制 電路110輸入?？刂齐娐?10將輸入的過零信號106的上升或下降(在圖2中為 下降)作為基準(zhǔn)，計(jì)算出作為從此開始直至短路電路103進(jìn)行動作為 止的期間的延遲時(shí)間T1、和作為短路期間的動作時(shí)間T2，作為短路脈沖信號109向短路電路103輸出。短路電路103由二極管橋和IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成，根據(jù)短 路脈沖信號109通過電抗器102將交流電源101短路，由此校正交流 電源101的功率因數(shù)。使用圖3，對本實(shí)施方式的逆變器電路108的逆變器輸出電力Wi 的計(jì)算方法進(jìn)行說明。逆變器輸出電力Wi是逆變器電路108的逆變器 輸出電壓Vo、逆變器輸出電流Io、和相位差0的函數(shù)。逆變器輸出電壓Vo為了通過逆變器驅(qū)動電路111進(jìn)行電機(jī)116的 控制，通過用直流電壓檢測電路115檢測出的電壓Vd和來自逆變器驅(qū) 動電路111的逆變器驅(qū)動信號118，表示為(公式1)所示的dq軸上 的矢量。(公式1),0= (Vod， Voq)其中，dq軸在電機(jī)控制中是既知的，所以省略說明。逆變器輸出電流Io被以逆變器輸入電流檢測電路113的逆變器輸 入電流值112輸入至逆變器驅(qū)動電路111，同樣地表示為(公式2)所 示的dq軸上的矢量。 (公式2)"^>= (lod， Ioq)此外，相位差</>在dq軸上以逆變器輸出電壓Vo與逆變器輸出電 流Io的角度差表示，為圖3所示的矢量圖。此時(shí)逆變器輸出電力Wi由(公式3)定義。 (公式3)Wi= I o I X I to I X cos 0因?yàn)?公式3)的右邊也為矢量的標(biāo)量積(scalarproduct)的計(jì)算 式，所以(公式3)能夠如(公式4)那樣表示。 (公式4)Wi= I o I X I to I X cos 0 =守。
to 此處，電壓Vd和逆變器輸出電流Io分別為(公式5)和(公式6)， 所以若用它們將(公式4)置換，則逆變器輸出電力Wi作為(公式7) 加以計(jì)算。(公式5),o= (Vod， Voq) (公式6)(Iod， Ioq)(公式7)Wi=Vod X Iod+Voq X Ioq接著，使用圖4，說明本實(shí)施方式的延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2 的決定方法。圖4是通過模擬求出逆變器輸出電力Wi與延遲時(shí)間Tl、動作時(shí) 間T2的功率因數(shù)最佳點(diǎn)的關(guān)系的圖。圖4的實(shí)線41和實(shí)線42表示逆 變器輸出電力Wi與延遲時(shí)間Tl、動作時(shí)間T2的功率因數(shù)最佳點(diǎn)的一 般關(guān)系。而虛線43和虛線44分別表示Vd較小時(shí)的、相對逆變器輸出 電力Wi的、延遲時(shí)間Tl的功率因數(shù)最佳點(diǎn)和動作時(shí)間T2的功率因 數(shù)最佳點(diǎn)。從該模擬結(jié)果可知，延遲時(shí)間Tl相對逆變器輸出電力Wi持續(xù)減 少，動作時(shí)間T2相對逆變器輸出電力Wi持續(xù)增加。gp，通過使延遲 時(shí)間T1、動作時(shí)間T2相對逆變器輸出電力Wi的變化而變化，能夠進(jìn) 行在功率因數(shù)最佳點(diǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。通常，由于隨著逆變器輸出電力Wi的增加電壓Vd減少，所以若 進(jìn)行控制使得電壓Vd保持一定，則延遲時(shí)間Tl、動作時(shí)間T2分別為 圖4的點(diǎn)劃線45和點(diǎn)劃線46所示?！熠?，包括延遲時(shí)間Tl的電壓Vd 的補(bǔ)正的功率因數(shù)最佳點(diǎn)Tla如點(diǎn)劃線45所示那樣進(jìn)行變化，包括動 作時(shí)間T2的電壓Vd的補(bǔ)正的功率因數(shù)最佳點(diǎn)T2a如點(diǎn)劃線46所示 那樣進(jìn)行變化。由于相對逆變器輸出電力Wi的變化的延遲時(shí)間Tl的變化比動作 時(shí)間T2的變化小，所以為了進(jìn)行更穩(wěn)定的控制，根據(jù)圖3說明過的逆 變器輸出電力Wi的函數(shù)，用控制電路110控制延遲時(shí)間Tl。另一方 面，關(guān)于動作時(shí)間T2，將通過模擬或?qū)崪y所決定的圖4的虛線44所示 的動作時(shí)間T2a預(yù)先存儲在控制電路110中，然后選擇與逆變器輸出 電力Wi的值相應(yīng)的動作時(shí)間T2a。這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，控制電路110根據(jù)由直流電壓檢測電路115的直流輸出電壓值114、逆變器輸出電流檢測電路113的逆變器輸 出電流值112、和控制電路110輸出的逆變器驅(qū)動信號118的值計(jì)算出 的逆變器輸出電力Wi的函數(shù)，控制延遲時(shí)間T1，進(jìn)行功率因數(shù)最佳 點(diǎn)的控制。進(jìn)一步，控制電路110使用對功率因數(shù)的最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行建模 (modeling)而得到的功率因數(shù)模型值，控制動作時(shí)間T2，其中，功 率因數(shù)的最優(yōu)點(diǎn)從在逆變器電路108和短路電路103的動作前用直流 電壓檢測電路115檢測到的停止時(shí)直流電壓輸出、和逆變器電路108 的逆變器輸出電力Wi求得。 (實(shí)施方式2)實(shí)施方式2的電力變換裝置，其結(jié)構(gòu)和延遲時(shí)間Tl的決定方法與 實(shí)施方式1相同，但動作時(shí)間T2的決定方法不同。若進(jìn)行將電壓Vd保持為一定的運(yùn)行則具有延遲時(shí)間Tl相對逆變 器輸出電力Wi持續(xù)減少，動作時(shí)間T2相對逆變器輸出電力Wi持續(xù) 增加的特性。S卩，使延遲時(shí)間T1、動作時(shí)間T2相對逆變器輸出電力 Wi的變化而變化，由此能夠進(jìn)行在功率因數(shù)最佳點(diǎn)的運(yùn)行。如果使用圖3說明過的逆變器輸出電力Wi的函數(shù)來決定延遲時(shí)間 Tl，則動作時(shí)間T2能夠以通過進(jìn)行已知的PI控制(Proportional Integral Control)而成為功率因數(shù)最佳點(diǎn)的方式進(jìn)行控制。即，控制電路110 控制動作時(shí)間T2，使得與選擇的延遲時(shí)間Tl對應(yīng)的目標(biāo)逆變器輸出 電力，與由直流輸出電壓值114、逆變器輸出電流值112、和逆變器驅(qū) 動信號118的值算出的當(dāng)前的逆變器輸出電力的偏差為零。動作時(shí)間T2的控制能夠列舉比例控制、積分控制等。比例控制隨 上述偏差的大小的變小而減小動作時(shí)間T2的控制量。積分控制，若偏 差的大小減小至某程度后則對偏差進(jìn)行時(shí)間積分，根據(jù)通過積分而積 蓄的偏差量的大小，使動作時(shí)間T2的控制量增加。但是，通過組合該 比例控制和積分控制，能夠快速地進(jìn)行令逆變器輸出電力成為目標(biāo)值 的控制。另外，本發(fā)明也可以不是各個(gè)實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)，如果為下述 結(jié)構(gòu)，即，控制電路110使用作為過零檢測電路107的輸出的過零信 號106、直流電壓檢測電路115的直流輸出電壓值114、和逆變器輸出電流檢測電路113的逆變器輸出電流值112，控制延遲時(shí)間Tl和動作時(shí)間T2，則因?yàn)椴皇褂媒涣麟娫?01的輸入電流，所以能夠進(jìn)行不受 交流電源101的變動影響的功率因數(shù)的校正。其中，在本發(fā)明中，能夠在逆變器輸出電流檢測電路113的逆變 器輸出電流Io的檢測中使用電流互感器(current transformer),分流 (shunt)電阻等。此外，在本發(fā)明中，即使逆變器負(fù)載為多個(gè)，如果對各輸出電流 進(jìn)行檢知，通過對其進(jìn)行合計(jì)也能夠進(jìn)行功率因數(shù)校正控制。此外，在逆變器電路108以外的負(fù)載電路的消耗電力與逆變器電 路108的負(fù)載相比較小的情況下，因?yàn)榧词购雎栽撠?fù)載電路進(jìn)行控制， 功率因數(shù)的降低也較小，所以能夠適用本發(fā)明。如上所述，本發(fā)明不檢測交流電源的輸入電流就能夠決定延遲時(shí) 間Tl和動作時(shí)間T2，所以能夠不受交流電源影響地進(jìn)行功率因數(shù)的 校正。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，包括一端與交流電源連接的電抗器電路；與所述電抗器電路的另一端連接的交流電源短路電路；與所述交流電源短路電路并聯(lián)連接的整流電路；與所述整流電路的輸出端并聯(lián)連接的平滑電容器電路；對所述交流電源的過零進(jìn)行檢測的過零檢測電路；對所述平滑電容器電路的電壓進(jìn)行檢測的電壓檢測電路；輸入端與所述整流電路的輸出端連接的逆變器電路；對所述交流電源短路電路和所述逆變器電路進(jìn)行控制的控制電路；和對在與所述逆變器電路的輸出端連接的逆變器負(fù)載中流動的電流進(jìn)行檢測的逆變器輸出電流檢測電路，其中，所述控制電路使用作為所述過零檢測電路的輸出的過零信號、所述電壓檢測電路的輸出、和所述逆變器輸出電流檢測電路的輸出，對從利用所述過零檢測電路檢測出的所述交流電源的過零開始直至所述交流電源短路電路開始短路動作為止的延遲時(shí)間T1、和作為所述交流電源短路電路的短路動作期間的動作時(shí)間T2進(jìn)行控制。
2. 如權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于 所述控制電路根據(jù)由所述電壓檢測電路的直流電壓輸出、所述逆變器輸出電流檢測電路的逆變器輸出電流輸出、和所述控制電路輸出 的逆變器驅(qū)動輸出而算出的逆變器輸出電力的函數(shù)，對所述延遲時(shí)間 Tl進(jìn)行控制。
3. 如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于 所述控制電路使用與目標(biāo)的偏差對所述動作時(shí)間T2進(jìn)行控制。
4. 如權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于 所述控制電路使用對由在所述逆變器電路和所述電源短路電路的動作前利用所述電壓檢測電路檢測出的停止時(shí)直流電壓輸出、和所述逆變器電路的逆變器輸出電力求得的功率因數(shù)的最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行建模而得到的功率因數(shù)模型值，對所述動作時(shí)間T2進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置包括一端與交流電源(101)連接的電抗器(102)；一端與電抗器(102)的另一端連接的短路電路(103)；整流電路(104)，其交流輸入側(cè)的一端與電抗器(102)的另一端連接，交流輸入側(cè)的另一端與短路電路(103)的另一端連接；對交流電源(101)的過零進(jìn)行檢測的過零檢測電路(107)；控制短路電路(103)的控制電路(110)；和逆變器電路(108)，其中，控制電路(110)根據(jù)逆變器電路(108)的輸出對延遲時(shí)間(T1)和短路電路的動作時(shí)間(T2)進(jìn)行控制，由此不檢測交流電源的輸入電流就能夠進(jìn)行功率因數(shù)的校正。
文檔編號H02M5/00GK101277059SQ200810009680
公開日2008年10月1日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者伊藤義照, 小原勝, 小林玄門, 杉原裕司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社