專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換裝置，特別涉及鉗位電路(也包括緩沖器)直接型交流電力
變換裝置。
背景技術(shù)：
作為逆變器的有代表性的主電路結(jié)構(gòu)，一般使用所謂的間接型交流電力變換電 路。在間接型交流電力變換電路中對交流進(jìn)行整流，經(jīng)由平滑電路轉(zhuǎn)換成直流，通過電壓型 轉(zhuǎn)換器得到交流輸出。另一方面，作為從交流電壓直接得到交流輸出的方式，公知有以矩陣變流器為代 表的直接型交流電力變換裝置。直接型交流電力變換裝置不需要對商用頻率導(dǎo)致的電壓脈 動進(jìn)行平滑的大型電容器和/或電抗器，因此能夠期待轉(zhuǎn)換器的小型化，近年來，作為下一 代的電力變換器受到關(guān)注。例如，專利文獻(xiàn)1至4中，公開了在直流環(huán)(DC link)中不經(jīng)由平滑電路而直接從 交流轉(zhuǎn)換為交流的技術(shù)。特別是在專利文獻(xiàn)3、4中，根據(jù)彼此相位相差120度的三個梯形 波與載波之間的比較結(jié)果決定變流器進(jìn)行換流的時機(jī)，由此試圖簡化變流器和逆變器的控 制。另外，在專利文獻(xiàn)5中公開了這樣的技術(shù)采用使用了要求的耐壓較小的元件的 鉗位電路，來試圖解決直接型交流電力變換裝置中的再生電流的問題。并且，作為與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，舉出專利文獻(xiàn)6、7、8。專利文獻(xiàn)6公開了對提供 的電流進(jìn)行放大和滯相來減少電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置估計誤差的技術(shù)。專利文獻(xiàn)7公開了在間接 型交流電力變換電路中應(yīng)對電源的瞬停/再啟動的技術(shù)。專利文獻(xiàn)8記載了與變流器的自 然換流模式等效的使用二極管電橋的電力變換。并且，作為與本發(fā)明相關(guān)的文獻(xiàn)，還舉出非專利文獻(xiàn)1至6。專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-222337號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-266972號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2007-312589號公報
專利文獻(xiàn)4 國際公開第2007/123118號專利文獻(xiàn)5 日本特開2007-295686號公報專利文獻(xiàn)6 日本專利第3806872號公報專利文獻(xiàn)7 日本特開平5-56682號公報專利文獻(xiàn)8 日本專利第2524771號公報# # ^lJ i K 1 :Lixiang Wei, Thomas A Lipo,"A Novel MatrixConverter Topology With Simple Commutation", IEEE IAS 2001，vol. 3，2001，ppl749_1754.非專利文獻(xiàn)2 伊藤里繪、高橋勲、「7卜U夕7 ^ > A—夕(二杉汁3入出力無効 電力O非干涉制御法」、電気學(xué)會半導(dǎo)體電力変換研究會SPC-01-121，2001非專利文獻(xiàn)3 加藤康司、伊藤淳一、「昇壓形AC/DC/AC直接形電力変換器O波形改善」、平成19年電気學(xué)會全國大會4-098(2007)、第4分冊153 154頁非專利文獻(xiàn)4 加藤康司、伊藤淳一、「入力電流^著目L· t昇壓形AC/DC/AC直接 形電力変換器O波形改善」、平成19年電気學(xué)會産業(yè)応用部門大會1-31，1-279 282頁非專利文獻(xiàn)5:竹下隆晴、外山浩司、松井信行、「電流形三相^ —夕 二 一夕O三角波比較方式PWM制御」、電気學(xué)會論文誌D、vol. 116,No. 1、第106 107頁、1996非專利文獻(xiàn)6 :Siyoung Kim, Seung-Ki Sul，Thomas A. Lipo, “ AC/ACPower Conversion Based on Matrix Converter Topology with UnidirectionalSwitches", IEEE trans, on Industry applications, vol. 36, No.1,2000,ppl39-145.當(dāng)在按照電流型變流器-直流環(huán)-電壓型逆變器的順序連接的直接型交流電力變 換裝置中應(yīng)用專利文獻(xiàn)3、4示出的技術(shù)時，變流器不能使直流環(huán)的電壓翻轉(zhuǎn)。因此，在負(fù)載 功率因數(shù)低的情況下不再能處理再生電流，在直流環(huán)中產(chǎn)生過電壓。因此，考慮了這樣的情況通過像專利文獻(xiàn)5那樣采用具有電容器的鉗位電路，使 其吸收再生電流。更具體而言，利用對兩個電容器的串聯(lián)連接的充電，電容器的充電電壓上 升，來自并聯(lián)連接的放電電流增大，電流回流，進(jìn)行鉗位電壓的平衡化(參照專利文獻(xiàn)5的 圖3)。該方式示出了下述情況如果負(fù)載功率因數(shù)為0. 5以上，則能夠?qū)Q位電壓設(shè)為 電源電壓的峰值的1. 4倍以下(參照專利文獻(xiàn)5的圖7)，能夠充分應(yīng)對正常運轉(zhuǎn)中電動機(jī) 的負(fù)載功率因數(shù)。但是，采用專利文獻(xiàn)6所示的位置檢測方法，在進(jìn)行功率因數(shù)大幅度降低的運轉(zhuǎn) 時，不能用專利文獻(xiàn)5鉗位電路來充分應(yīng)對。并且，根據(jù)通常在啟動時就執(zhí)行位置檢測的情 況，有可能直流環(huán)中的鉗位電壓變?yōu)檫^電壓，啟動變得困難。另外，在發(fā)生專利文獻(xiàn)7所示的電源瞬停的情況下，也有可能由于鉗位電壓不足 而導(dǎo)致難以繼續(xù)運轉(zhuǎn)。通過應(yīng)用專利文獻(xiàn)3、4所示的技術(shù)，在正常地向變流器提供電源電 壓的情況下，對直流環(huán)施加最大相與最小相之間的電位差、最大相與中間相之間的電位差、 或最小相與中間相之間的電位差中的某一個。但是，當(dāng)發(fā)生電源的瞬停時，這些電位差變 小，鉗位電壓變小。這種傾向因在從鉗位電路流出放電電流時兩個電容器被并聯(lián)連接而變 得明顯。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請的發(fā)明的目的在于，在電力變換裝置中同時實現(xiàn)再生電流的吸收和 直接型交流電力變換。本發(fā)明的電力變換裝置具有3個輸入端(Pr、Ps、Pt)，其分別被輸入三相交流電 的相電壓；3個輸出端(Pu、Pv、Pw)；第1直流電源線(LH)以及第2直流電源線(LL)；電流 型變流器(4)，其具有第1開關(guān)元件組，該第1開關(guān)元件組包括連接在各個所述輸入端與 所述第1直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qrp、Qsp, Qtp)、以及連接在各個所述輸入端與 所述第2直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qrn、Qsn, Qtn)；電壓型逆變器(6)，其具有第2 開關(guān)元件組，該第2開關(guān)元件組包括連接在各個所述輸出端與所述第1直流電源線之間的 3個開關(guān)元件(Qup、Qvp, Qwp)、以及連接在各個所述輸出端與所述第2直流電源線之間的 3個開關(guān)元件(Qim、Qvn, Qwn)；以及鉗位電路(5)，其具有鉗位二極管(Del)，該鉗位二極管包括分別與所述第1直流電源線和所述第2直流電源線連接的正極和負(fù)極；電容器(51 ； 52 ;51，52)，該電容器在所述第1直流電源線以及所述第2直流電源線之間與所述鉗位二極 管串聯(lián)連接；以及短路用開關(guān)(Qcl)，該短路用開關(guān)與所述鉗位二極管并聯(lián)連接。并且，在該第1方式中，所述變流器按照利用3個梯形波與載波之間的比較結(jié)果而 確定的第1換流模式和120度通電模式中的任意一個進(jìn)行換流，所述3個梯形波均為360度 周期，且彼此相位相差120度。在所述第1換流模式下，各個所述梯形波具有一對在120度 區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間、以及一對連接這一對平坦區(qū)間的60度區(qū)間的傾斜區(qū)域。在所述第 1換流模式下，所述變流器根據(jù)在一對所述平坦區(qū)間之間轉(zhuǎn)變的所述梯形波與所述載波之 間的比較進(jìn)行換流。以在采用了所述第1換流模式的狀態(tài)下所述短路用開關(guān)導(dǎo)通為契機(jī)， 采用所述120度通電模式，在所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通的時刻以后，采用所述第1換流模 式。本發(fā)明的電力變換裝置的第2方式為，在該第1方式中，在與所述輸出端連接的負(fù) 載(7)的功率因數(shù)小于預(yù)定值時，所述短路用開關(guān)導(dǎo)通。本發(fā)明的電力變換裝置的第3方式為，在該第2方式中，所述負(fù)載(7)是旋轉(zhuǎn)機(jī) 械，所述變流器(4)在啟動開始的預(yù)定期間內(nèi)按照所述120度通電模式進(jìn)行換流。本發(fā)明的電力變換裝置的第4方式為，在該第1方式中，當(dāng)所述第1直流電源線 (LH)以及所述第2直流電源線(LL)間的直流電壓在預(yù)定期間內(nèi)維持第1閾值以下時，所述 短路用開關(guān)導(dǎo)通?；蛘?，當(dāng)在所述載波的一個周期內(nèi)對所述第1直流電源線(LH)以及第2 直流電源線(LL)間的直流電壓進(jìn)行平均而得到的平均值為第1閾值以下時，所述短路用開 關(guān)導(dǎo)通。例如，在電力變換裝置的第4方式中，所述短路用開關(guān)以下述為條件變?yōu)榉菍?dǎo)通 所述第1直流電源線(LH)和所述第2直流電源線(LL)間的直流電壓將超過大于等于所述 第1閾值的第2閾值的值已經(jīng)保持預(yù)定期間，并以所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通為契機(jī)，采用 所述第1換流模式?；蛘?，例如，在電力變換裝置的第4方式中，所述短路用開關(guān)以所述第1直流電源 線(LH)以及第2直流電源線(LL)間的直流電壓超過大于等于所述第1閾值的第2閾值為 契機(jī)而變?yōu)榉菍?dǎo)通。并且，優(yōu)選的是，以所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通為契機(jī)，采用所述第1換流模式。 或者，在所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通起經(jīng)過預(yù)定期間后，采用所述第1換流模式。本發(fā)明的電力變換裝置的第5方式為，在該第1方式至第4方式的任一方式中，在 所述鉗位電路(5)中，所述電容器被劃分為彼此串聯(lián)連接的第1電容器(51)和第2電容器 (52)，所述鉗位二極管(Del)的所述正極經(jīng)由所述第1電容器與所述第1直流電源線(LH) 連接，所述負(fù)極經(jīng)由所述第2電容器與所述第2直流電源線(LL)連接，所述鉗位電路還具 有第1 二極管(53)，其具有與所述鉗位二極管的所述負(fù)極連接的正極、以及與所述第1直 流電源線連接的負(fù)極；以及第2 二極管(54)，其具有與所述鉗位二極管的所述正極連接的 負(fù)極、以及與所述第2直流電源線連接的正極。本發(fā)明的電力變換裝置的第6方式為，在該第1方式至第5方式的任一方式中，所 述120度通電模式是第2換流模式，在所述第2換流模式下，各個所述梯形波具有1對在180 度區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間，所述變流器在所述第2換流模式下根據(jù)在一對所述平坦區(qū)間之間轉(zhuǎn)變的所述梯形波與所述載波之間的比較進(jìn)行換流。本發(fā)明的電力變換裝置的第7方式為，在該第1方式至第5方式的任一方式中，所 述120度通電模式是所述第1開關(guān)元件組全部導(dǎo)通的自然換流模式。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第1方式，即使在為了應(yīng)對與輸出端連接的負(fù)載的 功率因數(shù)降低和與輸入端連接的電源的瞬時電壓降低而使短路用開關(guān)導(dǎo)通、使鉗位電路的 本來功能停止的情況下，或不使短路用開關(guān)導(dǎo)通而發(fā)揮鉗位電路的本來功能的情況下，都 能夠適當(dāng)變更變流器的換流模式，同時實現(xiàn)再生電流的吸收和直接型交流電力變換。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第2方式，避免因功率因數(shù)降低而增大的再生電流 導(dǎo)致的第1換流模式的功能不全。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第3方式，應(yīng)對在其啟動開始為了進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械的 位置檢測而成為滯相的電流所導(dǎo)致的功率因數(shù)下降。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第4方式，避免因直流電壓降低導(dǎo)致的第1換流模 式的功能不全。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第5方式，當(dāng)短路用開關(guān)非導(dǎo)通時，第1、第2電容器 在串聯(lián)連接的路徑上進(jìn)行充電，第1、第2電容器在并聯(lián)連接的路徑上進(jìn)行放電，因此，第1、 第2電容器要求的耐壓可以很小。另外，當(dāng)短路用開關(guān)導(dǎo)通時，第1、第2電容器在串聯(lián)連接 的路徑上進(jìn)行充放電，停止作為鉗位電路的功能。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第6方式，在第1以及第2換流模式中，變流器均根 據(jù)梯形波與載波的比較進(jìn)行換流，因此無需根據(jù)這些換流模式單獨地進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置的第7方式，在120度通電模式中，無需進(jìn)行梯形波與 載波的比較。通過下面的詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的目的、特征、形態(tài)以及優(yōu)點將更明確。


圖1是例示本發(fā)明的直接型電力變換器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2例示第1換流模式中采用的梯形波的曲線圖。圖3是示出第1換流模式下的線電壓指令的曲線圖。圖4是例示在第1換流模式下用于進(jìn)行振幅調(diào)制校正的校正值的曲線圖。圖5是說明第1換流模式下的變流器和逆變器的動作的曲線圖。圖6是例示第2換流模式采用的梯形波的曲線圖。圖7是示出第2換流模式下的線電壓指令的曲線圖。圖8是例示在第2換流模式下用于進(jìn)行振幅調(diào)制校正的校正值的曲線圖。圖9是說明第2換流模式下的變流器和逆變器的動作的曲線圖。圖10是說明第2換流模式下的變流器和逆變器的動作的曲線圖。圖11是示出用于進(jìn)行變流器和逆變器的換流的控制部的概念性一例的框圖。圖12是示出假想的逆變器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖13是示出鉗位電路5保持的鉗位電壓與負(fù)載功率因數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。圖14是示出專利文獻(xiàn)5的圖6(d)、圖6(e)的圖。圖15是示出鉗位電路5保持的鉗位電壓與負(fù)載功率因數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
圖16是示出鉗位電路在瞬時停電時也發(fā)揮功能的情況下的動作的曲線圖。圖17是示出切換變流器的換流模式的動作的曲線圖。圖18是示出切換變流器的換流模式的動作的曲線圖。圖19是示出切換變流器的換流模式的動作的曲線圖。圖20是示出直流環(huán)電壓及其平均值的曲線圖。
具體實施例方式圖1是例示本發(fā)明的直接型電力變換裝置9的結(jié)構(gòu)的電路圖。直接型電力變換裝 置9具有變流器4、鉗位電路5、逆變器6，并且按照變流器4、鉗位電路5、逆變器6的順序進(jìn) 行了連接。直接型電力變換裝置9具有從電源1輸入三相交流的相電壓的3個輸入端Pr、Ps、 Pr ；以及與負(fù)載7連接的3個輸出端Pu、Pv、Pw。直接型電力變換裝置9還具有作為直流環(huán) 的直流電源線LH、LL。利用變流器4的功能，與直流電源線LL相比，直流電源線LH成為高 電位。變流器4包括6個開關(guān)元件Qrp、Qsp、Qtp、QrruQsn、Qtn。為了便于說明，有時將 它們稱為第1開關(guān)元件組。開關(guān)元件Qrp、Qsp、Qtp分別連接在輸入端Pr、Ps、Pt與直流電 源線LH之間，開關(guān)元件Qrn、QsruQtn分別連接在輸入端Pr、Ps、Pt與直流電源線LL之間。 變流器4構(gòu)成所謂的電流型變流器，包括6個二極管Drp、Dsp、Dtp、Drn、Dsn、Dtn0為了便 于說明，有時將它們稱為第1 二極管組。二極管Drp、Dsp、Dtp、Drn、Dsn、Dtn均是負(fù)極配置在直流電源線LH側(cè)，正極配置 在直流電源線LL側(cè)。在輸入端Pr與直流電源線LH之間，二極管Drp與開關(guān)元件Qrp串聯(lián) 連接。同樣，二極管Dsp, Dtp、Drn、Dsn、Dtn分別與開關(guān)元件Qsp、Qtp、Qrn, Qsn、Qtn串聯(lián)連接。逆變器6包括6個開關(guān)元件Qup、Qvp、Qwp、Qun、Qvn、Qwn。為了便于說明，有時將 它們稱為第2開關(guān)元件組。開關(guān)元件Qup、QVp、Qwp分別連接在輸出端Pu、Pv、Pw與直流電 源線LH之間，開關(guān)元件Qun、QvruQwn分別連接在輸出端Pu、Pv、Pw與直流電源線LL之間。 逆變器6構(gòu)成所謂的電壓型逆變器，包括6個二極管Dup、Dvp、Dwp、Dun、Dvn, Dwn。為了便 于說明，有時將它們稱為第2 二極管組。二極管Dup、Dvp、Dwp, Dun、Dvn, Dwn均是負(fù)極配置在直流電源線LH側(cè)，正極配置 在直流電源線LL側(cè)。在輸出端Pu與直流電源線LH之間，二極管Dup與開關(guān)元件Qup并聯(lián) 連接。同樣，二極管Dvp、Dwp、Dun、Dvn, Dwn分別與開關(guān)元件Qvp、Qwp, Qun, Qvn, Qwn并聯(lián)連接。在鉗位電路5中，鉗位二極管Del、電容器51、52連接在直流電源線LH、LL之間。 具體而言，鉗位二極管Dcl的正極經(jīng)由電容器51與直流電源線LH側(cè)連接，負(fù)極經(jīng)由電容器 52與直流電源線LL側(cè)連接。并且，鉗位二極管Dcl與短路用開關(guān)Qcl并聯(lián)連接。并且，也可以設(shè)置二極管53、54，以便在放電時將電容器51、52并聯(lián)連接。具體而 言，二極管53的正極以及負(fù)極分別與鉗位二極管Dcl的負(fù)極以及直流電源線LH連接。另 外，二極管54的正極以及負(fù)極分別與直流電源線LL以及鉗位二極管Dcl的正極連接。當(dāng)短路用開關(guān)Qcl非導(dǎo)通時，電容器51、52在二者串聯(lián)連接的路徑上進(jìn)行充電，在二者并聯(lián)連接的路徑上進(jìn)行放電，因此，這些電容器要求的耐壓可以很小(參照專利文獻(xiàn) 5)。當(dāng)短路用開關(guān)導(dǎo)通時，電容器51、52在二者串聯(lián)連接的路徑上進(jìn)行充放電，停止鉗位電 路5的本來功能。例如，第1開關(guān)元件組以及第2開關(guān)元件組的各個開關(guān)元件和短路用開關(guān)Qcl采 用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。并且，在不設(shè)置二極管53、54的情況下，在鉗位電路5中，如果將電容器51、52的 串聯(lián)連接理解為一個整體，則該整體與鉗位二極管Dcl呈現(xiàn)作為所謂⑶緩沖器的結(jié)構(gòu)。在 本發(fā)明中理解為，這樣的⑶緩沖器也包含在鉗位電路中(參照本說明書的[技術(shù)領(lǐng)域])。電抗器組2和電容器組3安插在電源1與輸入端Pr、Ps、Pt之間。構(gòu)成電抗器組 2的各個電抗器并聯(lián)連接有電阻，但可省略這些電阻。電抗器組2和電容器組3的功能是眾 所周知的，與本發(fā)明的直接關(guān)系較小，因此，在本發(fā)明中省略電抗器組2和電容器組3的說 明。負(fù)載7例如為旋轉(zhuǎn)機(jī)械，用表示是感應(yīng)性負(fù)載的等效電路示出。變流器4按照下面詳細(xì)敘述的第1換流模式、第2換流模式、自然換流模式進(jìn)行換 流。第1換流模式、第2換流模式均是根據(jù)360度周期的彼此相位相差120度的3個 梯形波與載波之間的比較結(jié)果決定換流的時機(jī)。在第1換流模式下，各個梯形波具有一對 在120度區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間、以及一對連接這一對平坦區(qū)間的60度區(qū)間的傾斜區(qū)域。在第2換流模式下，各個梯形波具有一對在180度區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間，實質(zhì)上 為矩形波。一般地，“梯形”這個概念包括“矩形”，因此在本發(fā)明中，在與載波的比較中，第 2換流模式使用的矩形波也與在第1換流模式下與載波進(jìn)行比較的梯形波同樣地被稱為梯 形波。第1換流模式、第2換流模式均根據(jù)在一對平坦區(qū)間之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變的梯形波與載 波的比較進(jìn)行換流。<第1換流模式>第1換流模式是已經(jīng)在專利文獻(xiàn)3、4中公開的換流技術(shù)。變流器4根據(jù)梯形波內(nèi) 60度區(qū)間的傾斜區(qū)域與載波的比較結(jié)果進(jìn)行換流。圖2是例示該梯形波的曲線圖。橫軸表 示相位角360度的范圍。在該曲線圖中，標(biāo)記有相電壓矢量V4、V6、V2、V3、V1、V5的大致三 角形的區(qū)域分別表示標(biāo)記的該相電壓矢量所對應(yīng)的開關(guān)動作方式(pattern)的比例。艮口， 在相位角0度處，僅執(zhí)行與相電壓矢量V4相應(yīng)的開關(guān)動作，在相位角30度處，按照1 1 的比例執(zhí)行與相電壓矢量V4相應(yīng)的開關(guān)動作和與相電壓矢量V4相當(dāng)?shù)拈_關(guān)動作，在相位 角60度處，僅執(zhí)行與相電壓矢量V6相當(dāng)?shù)拈_關(guān)動作。并且，將對相電壓矢量標(biāo)記的數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)而得到的三位數(shù)字的各位表示 虛擬的電壓型變流器中的開關(guān)元件組的每相的導(dǎo)通/非導(dǎo)通。例如相電壓矢量V4表示下 述方式虛擬的變流器將電源的r相電壓輸出到直流電源線IiMf s相電壓以及t相電壓 輸出到直流電源線LL。如專利文獻(xiàn)3、4所示，可根據(jù)電流與電壓的對偶性，在虛擬的電壓型變流器的相 電壓指令Vs*、Vt*與載波的比較的基礎(chǔ)上進(jìn)行載波與電流型變流器的指令值的比較。 如上所述，與載波進(jìn)行比較的是梯形波中的60度區(qū)間的傾斜區(qū)域。因此，作為載波的比較對象，提取相電壓指令Vt*中的既不是取最大值的指令也不是取最小值的指令的、 相當(dāng)于所謂的中間相的指令即可。更具體而言，根據(jù)這些相電壓指令Vr*、Vs*、Vt*得到的線電壓指令Vrs*、Vst*、Vtr* 與電流型變流器的線電流指令(例如參照非專利文獻(xiàn)1)等效。因此，可根據(jù)相電壓指令 Vr*、VS*、Vt*，應(yīng)用基于非專利文獻(xiàn)5的邏輯運算，求出電流型變流器的指令值。圖3是示出 線電壓指令Vrs*、Vst*, Vtr*的曲線圖。如非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)3、4所示，在第1換流模式下，通過使變流器進(jìn)行換 流，線電流成為大致正弦波形，但是直流環(huán)電壓的平均值發(fā)生脈動。具體而言，該平均值按 照每個60度區(qū)間，在區(qū)間的中央處取極大值，以該極大值的/2的值為最小值，呈現(xiàn)在該 區(qū)間的兩端。并且，在非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)3、4中，脈動的電壓的振幅是相電壓的3/2， 因此在以被施加了三相電壓的線電壓的直流環(huán)的電壓為基準(zhǔn)時，最小值是極大值的V^/2。圖20是示出直流環(huán)電壓Vdc的包絡(luò)線E1、E2以及直流環(huán)電壓Vdc的平均值Vdcl 的曲線圖。包絡(luò)線El、E2分別相當(dāng)于最大相電壓與最小相電壓之差、中間相電壓與最小相 電壓之差。平均值Vdcl是直流環(huán)電壓Vdc去除脈沖寬度調(diào)制導(dǎo)致的變動后的值。直流環(huán)電 壓Vdc利用變流器4的開關(guān)動作而在包絡(luò)線E1、E2之間轉(zhuǎn)變，因此進(jìn)行了省略。并且，平均 值Vdcl由(V^/2)Em/Vm表示(關(guān)于詳細(xì)的推導(dǎo)，參照非專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)3、4)。這 里，Em是最大相電壓與最小相電壓之差的最大值，Vm是最大相電壓的絕對值。平均值Vdcl 是在變流器的載波的一個周期內(nèi)對直流環(huán)電壓Vdc進(jìn)行平均后的值。為了校正該平均值Vcdl的脈動實現(xiàn)三相平衡，優(yōu)選的是，對線電壓指令進(jìn)行振幅 調(diào)制校正。圖4是例示用于進(jìn)行這種振幅調(diào)制校正的校正值的曲線圖。例如非專利文獻(xiàn)1 例示了這種校正。現(xiàn)在，考慮變流器4的開關(guān)元件Qtn導(dǎo)通且開關(guān)元件Qtp、Qrn、QSn非導(dǎo)通、開關(guān)元 件Qrp、Qsp互補地導(dǎo)通的狀況。開關(guān)元件Qrp導(dǎo)通的期間與開關(guān)元件Qsp導(dǎo)通的期間之比 等于圖3的線電壓指令Vrs*的值與線電壓指令Vst*的值之比。因此，將開關(guān)元件Qrp導(dǎo)通 的期間與開關(guān)元件Qsp導(dǎo)通的期間之比設(shè)為drt dst，繼續(xù)說明。圖5是說明第1換流模式下的變流器4和逆變器6的動作的曲線圖。這里，作為 變流器4換流使用的載波C，采用其值在0 drt+dst之間變動、周期為ts的三角波(也可 以是鋸齒波)。通過進(jìn)行如下控制，能夠?qū)㈤_關(guān)元件Qrp導(dǎo)通的期間與開關(guān)元件Qsp導(dǎo)通 的期間之比設(shè)為drt dst，所述控制為載波C取0 drt的值時，開關(guān)元件Qrp導(dǎo)通，取 drt drt+dst的值時，開關(guān)元件QSp導(dǎo)通。輸入電流Ir、Is、It分別表示流入輸入端Pr、Ps的電流以及從輸入端Pt流出的 電流。另外，DC環(huán)電流Idc是流過直流環(huán)部的電流，這里忽略流入鉗位電路5的電流來考 慮，從而是流過直流電源線LH、LL的電流。逆變器6側(cè)換流用的載波C也與變流器4換流用的載波C共用。圖5例示了逆變 器6的換流反復(fù)采用電壓矢量V0、V4、V6的情況。但是，逆變器6中的電壓矢量(圖5)與 變流器4的換流采用的虛擬相電壓矢量(圖2)沒有直接關(guān)系。將對逆變器6的換流采用 的電壓矢量標(biāo)注的數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)而得到的三位數(shù)字的各位表示第2開關(guān)元件組的 每個相的導(dǎo)通/非導(dǎo)通。例如，電壓矢量V4表示下述方式直流電源線LH與逆變器6的輸 出端Pu連接，直流電源線LL與逆變器6的輸出端Pv、Pw連接。
在該情況下，如果分別用d0、d4、d6(其中，d6 = l-d0-d4)表示取電壓矢量V0、 V4、V6的期間的比，則如專利文獻(xiàn)3、4所示，在載波C取值drt(l-dO) drt+dst · d0的 期間內(nèi)，取電壓矢量V0，在載波C取值drt+dst · d0 drt+dst (d0+d4)的期間以及取值 drt(l-d0-d4) drt(l-dO)的期間內(nèi)，取電壓矢量V4，在載波C取值0 drt (l-d0_d4)的 期間以及取值drt+dst (d0+d4) drt+dst的期間內(nèi)，取電壓矢量V6即可。換言之，以載波C 取值 drt (l-d0-d4)、drt (l_d0)、drt+dst · d0、drt+dst (d0+d4) 的時刻為契機(jī)，切換第2開關(guān)元件的導(dǎo)通方式即可。并且，開關(guān)元件Qup、Qvp、Qwp、Qun、Qvn、Qwn 根據(jù)圖 5 的開關(guān)信號 Sup、Svp、Swp、 51111、5^、5 11的激活/禁用(在曲線圖上表示為高電位/低電位)而分別導(dǎo)通/非導(dǎo)通。這里，例示了采用電壓矢量V0、V4、V6重復(fù)進(jìn)行逆變器6的換流的情況，因此開關(guān) 元件Qwp始終非導(dǎo)通，開關(guān)元件Qwn始終導(dǎo)通。因此，開關(guān)信號Swp、Swn分別表示禁用、激活。另外，在采用了電壓矢量VO的期間內(nèi)，除了開關(guān)元件Qwn以外，所有的第2開關(guān)元 件變?yōu)榉菍?dǎo)通，因此，DC環(huán)電流Idc在該期間內(nèi)變?yōu)榱?。伴隨于此，盡管變流器4在載波C 取值drt的時刻進(jìn)行換流，但輸入電流Ir、Is、It為零?！吹?換流模式〉在第2換流模式下與載波進(jìn)行比較的梯形波實質(zhì)上為矩形波，因此在一對平坦區(qū) 間之間轉(zhuǎn)變的期間非常短。圖6是例示該梯形波的曲線圖。在圖6中，與圖2相同，采用橫軸，標(biāo)記了相電壓 矢量V4、V6、V2、V3、VI、V5。在相位角0 30度內(nèi)，僅執(zhí)行與相電壓矢量V4相當(dāng)?shù)拈_關(guān)動 作，在相位角30度 90度內(nèi)，僅執(zhí)行與相電壓矢量V6相當(dāng)?shù)拈_關(guān)動作。因此，在第2換流模式下，作為根據(jù)相電壓指令Vs*, Vt*而得到的線電壓指令 VrAVstWtr*，在相位角0 30度內(nèi)采用的值是圖3中的相位角0度處采用的值。另夕卜， 在相位角30 90度內(nèi)采用的值是圖3中相位角60度處采用的值。這樣，如圖7的曲線圖 所示，線電壓指令Vrs*、Vst*, Vtr*為矩形波。因此，在電流型變流器中與載波比較的值在相位角0 30度內(nèi)dst = 0，在相位角 30 90 度內(nèi) drt = 0。并且，在第2換流模式下，省略詳細(xì)說明，中間相的相電壓不施加給直流環(huán)，因此 直流環(huán)電壓的平均值的脈動是最大相電壓與最小相電壓之差的脈動。因此，該脈動的波峰 和波谷與第1換流模式下的脈動的波峰和波谷相反。并且，為了校正該振幅實現(xiàn)三相平衡， 優(yōu)選對線電壓指令進(jìn)行振幅調(diào)制校正。圖8是例示用于進(jìn)行這種振幅調(diào)制校正的校正值的 曲線圖。例如專利文獻(xiàn)8例示了這種校正。圖9以及圖10是說明第2換流模式下的變流器4與逆變器6的動作的曲線圖。在 圖9以及圖10中，換算成圖6至圖8所示的相位角，分別示出0 30度內(nèi)的動作、相位角 30 90度內(nèi)的動作。如上所述，在相位角0 30度內(nèi)，在變流器4中與載波C進(jìn)行比較的值為dst = 0，因此，載波C的最大值表示為drt。另外，在相位角30 90度內(nèi)，在變流器4中與載波C 進(jìn)行比較的值為drt = 0，因此，載波C4的最大值表示為dst。即，在變流器4中，在相位角 0 90度內(nèi)共同地采用值drt作為指令值，但變流器4的換流最終不需要載波C與值drt的比較，在相位角0 30度內(nèi)，輸入電流Ir = It、Is = 0，在相位角30 90度內(nèi)輸入電 流 Is = It、Ir = 0。因此，關(guān)于相位角0 30度內(nèi)的逆變器6側(cè)的換流(圖9)，在第1換流模式下的 電壓側(cè)逆變器的比較(參照圖5)中設(shè)為dst = 0，在載波C取值drt(l-dO) drt的期間 內(nèi)取電壓矢量V0，在載波C取值drt(l-d0-d4) drt(l-dO)的期間內(nèi)取電壓矢量V4，在載 波C取值0 drt (l-d0-d4)的期間內(nèi)取電壓矢量V6即可。換言之，以載波C取值drt (l-d0-d4)、drt (l_d0)的時刻為契機(jī)，切換第2開關(guān)元 件的導(dǎo)通方式即可。同樣，在相位角30 90度內(nèi)的逆變器6側(cè)的換流(圖10)中，第1換流模式下的 電壓側(cè)逆變器的比較(參照圖5)中設(shè)為drt = 0，在載波C取值0 dst · d0的期間內(nèi)取 電壓矢量VO，在載波C取值dst · d0 dst (d0+d4)的期間內(nèi)取電壓矢量V4，在載波C取值 dst (d0+d4) dst的期間取電壓矢量V6即可。換言之，以載波C取值dst · d0、dst(d0+d4)的時刻為契機(jī)，切換第2開關(guān)元件的
導(dǎo)通方式即可。另外，與第1換流模式相同，這里也例示了采用電壓矢量VO的情況，因此，在采用 電壓矢量VO的期間內(nèi)，DC環(huán)電流Idc變?yōu)榱?。伴隨于此，輸入電流Ir、Is、It為零而不取 決于變流器4的換流。另外，例示了采用電壓矢量V0、V4、V6反復(fù)進(jìn)行逆變器6的換流的情況，因此在圖 9中開關(guān)元件Qup、QVp、Qwp始終非導(dǎo)通、開關(guān)元件Qwn始終導(dǎo)通。因此，開關(guān)信號Sup、Svp、 Swp被表示為禁用，開關(guān)信號Swn被表示為激活。另外，在圖10中開關(guān)元件Qim、Qvn, Qwp 始終非導(dǎo)通，開關(guān)元件Qwn始終導(dǎo)通，因此，開關(guān)信號SuruSvruSwp被表示為禁用，開關(guān)信號 Swn被表示為激活?！醋匀粨Q流模式〉自然換流模式是這樣的模式通過第1開關(guān)元件組均導(dǎo)通，僅用第1二極管組進(jìn)行 整流，而不進(jìn)行與載波的比較。由上述說明可知，第2換流模式下的變流器4的換流最終不取決于第1開關(guān)元件 組的動作。具體而言，與變流器4的線電流指令相應(yīng)的由圖7所示的線電壓指令VrAVst*、 VtZ呈現(xiàn)為被通稱為120度通電的方式的矩形波。因此，基于該方式的整流模式與使第1 開關(guān)元件組全部導(dǎo)通、僅用第1 二極管組進(jìn)行整流的模式等效。因此，自然換流模式與第2 換流模式的共同之處在于均是120度通電，可相互替代。在本發(fā)明中，將這樣實現(xiàn)120度通 電的變流器6的換流模式稱為120度通電模式。并且，非專利文獻(xiàn)6也介紹了基于120度 通電的電力變換裝置的控制。自然換流模式下的變流器6的換流也與第2換流模式相同，最終不需要載波C與 值drt的比較。接著，例示性地說明用于進(jìn)行上述開關(guān)動作的具體結(jié)構(gòu)。圖11是示出用于進(jìn)行變 流器4的換流和逆變器6的換流的控制部8的概念性的一例的框圖?？刂撇?大致被分為 變流器換流信號生成部81、逆變器換流信號生成部82、以及切換信號生成部83?！醋兞髌?的換流〉變流器換流信號生成部81對輸入端Pr的電壓Vr(特別是其相位)進(jìn)行輸入，對開關(guān)信號 Srp、Ssp、Stp, Srn, Ssn、Stn 進(jìn)行輸出。各個開關(guān)元件 Qrp、Qsp、Qtp, Qrn, Qsn、 Qtn根據(jù)開關(guān)信號Srp、Ssp、Stp, Sm、Ssn、Stn的激活/禁用而導(dǎo)通/非導(dǎo)通。逆變器換流信號生成部82輸入電壓Vr (特別是其相位)與運轉(zhuǎn)頻率的指令值嚴(yán)， 輸出開關(guān)信號 Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swn0切換信號生成部83根據(jù)直流電源線LH、LL之間的電壓即直流環(huán)電壓Vdc (優(yōu)選的 是，直流環(huán)電壓Vdc減去脈沖寬度調(diào)制引起的變動后的平均值)生成切換信號Scl。短路用 開關(guān)Qcl分別根據(jù)切換信號Scl的激活、禁用而導(dǎo)通/非導(dǎo)通。變流器換流信號生成部81具有梯形電壓指令生成部11、比較器12、以及電流型門 邏輯轉(zhuǎn)換部13。它們的動作在專利文獻(xiàn)3、4中是公知技術(shù)，因此省略詳細(xì)說明，概要如下。梯形電壓指令生成部11例如根據(jù)預(yù)定的表，生成呈現(xiàn)為梯形波的相電壓指 令Vt*。例如，關(guān)于第1換流模式采用的梯形波的傾斜區(qū)域，對其振幅進(jìn)行歸 一化，用士力· tan (θ)來表示(θ是以電壓Vr的相位為基準(zhǔn)，針對各相而確定的相 位，-JI/6彡θ ( π/6)。另外，第2換流模式采用的相電壓指令VZ、Vs*、Vt*在其值轉(zhuǎn)變 的附近具有陡峭的斜率。比較器12輸出對載波C與相電壓指令Vs*, Vt*進(jìn)行比較而得到的結(jié)果，電流 型門邏輯轉(zhuǎn)換部13根據(jù)它們的結(jié)果生成開關(guān)信號Srp、Ssp、Stp, Srn、Ssn、Stn0下面，敘 述該生成。上述非專利文獻(xiàn)5中，公開了根據(jù)電壓型逆變器的相電壓與電流型逆變器的相電 流之間的對偶性、以及電壓型逆變器的線電壓與電流型逆變器的相電流之間的對偶性，基 于線電流指令值的開關(guān)動作與基于相電流指令值的開關(guān)動作之間的對應(yīng)關(guān)系。圖12是示出這里討論的虛擬逆變器的結(jié)構(gòu)的電路圖。該逆變器用于討論變流器 4的開關(guān)動作，與逆變器6沒有直接關(guān)系，因此對三相交流采用a相、b相、c相的名稱。該 逆變器分別在a相的上臂側(cè)具有開關(guān)元件Qap，在下臂側(cè)具有開關(guān)元件Qan。該逆變器同樣 在b相中具有開關(guān)元件Qbp、Qbn，在c相中具有開關(guān)元件Qcp、Qcn0a相的線電流是根據(jù)a相_c相間的相電流ica與b相_a相間的相電流iba之差 求出的，因此僅在進(jìn)行使這一對相電流流過的開關(guān)動作的情況下，a相電流流過。其它相的 線電流也相同。因此，用記號Sjk表示相電流i jk是否流過上臂側(cè)的開關(guān)元件，用記號SjkB 表示相電流ijk是否流過下臂側(cè)的開關(guān)元件。這里，記號j、k彼此不同，并代表記號a、b、 c，記號Sj k、Sj k B取二值邏輯“1”/ “0”，由此相電流ijk表示“流過”/ “不流過”。當(dāng)分別用記號Sj+、Sj-表示開關(guān)指令時，非專利文獻(xiàn)5所示的內(nèi)容由如下轉(zhuǎn)換 :Sa+ = Sac · SbaB Λ Sb+ = Sba · ScbB、Sc+ = Scb · SacB Λ Sa" = Sba · SacB Λ Sb"=
Scb · SbaB, Sc" = Sac · ScbB，該開關(guān)指令用于在逆變器根據(jù)相電壓指令與載波的比較使線 電流流過時，對上臂側(cè)的開關(guān)元件Qjp、下臂側(cè)的開關(guān)元件Qjn的導(dǎo)通/非導(dǎo)通進(jìn)行控制。這里，根據(jù)電壓型逆變器的相電壓與電流型逆變器的相電流之間的對偶性，進(jìn)一 步可知上述各式右邊的邏輯值是作為電壓型逆變器中的相電壓與載波的比較結(jié)果而得到 的。根據(jù)非專利文獻(xiàn)5，相電流ij k的指令值與相電壓Vj的指令值對應(yīng)。因此，記號Sj k 的邏輯與根據(jù)相電壓指令Vf與載波的比較使開關(guān)元件Qjp導(dǎo)通的邏輯一致，記號Sj k B 的邏輯與根據(jù)相電壓指令Vj*與載波的比較使開關(guān)元件Qjn導(dǎo)通的邏輯一致。記號SbaB的邏輯與根據(jù)相電壓指令Vb與載波的比較分別使開關(guān)元件Qap、Qbp導(dǎo)通/非導(dǎo)通的邏輯一致，記號Sba的邏輯與根據(jù)相電壓指令Vb與載波的比較分別使開關(guān)元 件Qbp、Qap導(dǎo)通/非導(dǎo)通的邏輯一致。更具體而言，在相電壓指令Vb為載波C以下的情 況下使開關(guān)元件Sap導(dǎo)通，在相電壓指令Vb為載波C以上的情況下，使開關(guān)元件Qbp導(dǎo)通。 并且，記號Sa+、Sb+表示使線電流流過時分別使開關(guān)元件Qap、Qbp導(dǎo)通的期間?，F(xiàn)在，將圖2所示的相電壓指令Vs*, Vt*換為電壓指令Vb*, Vc*,說明相位 角0 60度的范圍內(nèi)的電壓指令Va*、Vb*、Vc*。電壓指令Va*,Vc*分別取值1、_1，因此Sac =1、SacB = 0、Scb = 0、ScbB = 1。由此，Sa+ = SbaB, Sb+ = Sba、Sc+ = Sa- = Sb" = 0。換言之，將a相、b相、c相分別換為r相、s相、t相，在相電壓指令V 為載波C以 下的情況下，開關(guān)元件Qrp導(dǎo)通，在相電壓指令V 為載波C以上的情況下，開關(guān)元件Qsp導(dǎo) 通。根據(jù)載波C的最小值為0的情況，電壓指令信號Vs的值相當(dāng)于使開關(guān)元件Qrp導(dǎo)通的 期間。如上所述，相電壓指令Vs的值成為求解與載波C進(jìn)行比較的指令值時的基準(zhǔn)值 drt?；鶞?zhǔn)值drt規(guī)定在與值drt、dst之比成比例的期間內(nèi)使變流器4的開關(guān)元件Qrp、Qsp 交替導(dǎo)通的換流的定時。對于其他相位角也相同，上述說明對于電壓指令Vt*的值而言 也是恰當(dāng)?shù)?。返回到圖11，從比較部12向電流型門邏輯轉(zhuǎn)換部13輸出根據(jù)如上述那樣決定的 相電壓指令Vt*與載波C的比較而得到的結(jié)果。然后，進(jìn)行遵照由上述轉(zhuǎn)換式示出 的轉(zhuǎn)換式的轉(zhuǎn)換，由此求出開關(guān)信號Srp、Ssp、Stp、Srn、Ssn、Stn。生成載波C的載波生成部14可以設(shè)置在變流器換流信號生成部81中，也可以設(shè) 置在接下來說明的逆變器換流信號生成部82中，可理解為屬于兩者中的任意一個?！茨孀兤?的換流〉逆變器換流信號生成部82具有輸出電壓指令生成部21、中間相檢測部22、指令值 校正部23、比較器24、以及邏輯運算部25。逆變器換流信號生成部82的動作也在專利文獻(xiàn) 3、4中眾所周知，因此僅進(jìn)行簡單的說明。中間相檢測部22判斷相電壓指令VZ、Vs*, Vt*中的哪一個相當(dāng)于所謂的中間相。 就第1換流模式而言，在圖2例示的相位角0 60°內(nèi)，相電壓指令Vs*相當(dāng)于中間相。并 且，根據(jù)相電壓指令Vs*的值，決定比drt dst，將值drt、dst提供給指令值校正部23。它 們的比根據(jù)哪個相電壓指令相當(dāng)于中間相而不同，因此，在圖11中也包括相電壓指令
Vt*為中間相的情況，將相當(dāng)于值drt、dst的值分別記載為校正值dx、dy。下面，也采用這 種表達(dá)方式。但是，在采用第2換流模式或自然換流模式的情況下，中間相存在的期間非常短。 因此，實質(zhì)上，提取根據(jù)相電壓指令Vs*, Vt*而唯一決定的線電壓指令Vrs*、Vst*, Vtr* 中的哪一個是中間相。并且，例如在相位角0 30度內(nèi)，線電壓指令Vst*為中間相，此時， 值dst被設(shè)定為0。另外，在相位角30 90度內(nèi)，線電壓指令Vrs*為中間相，此時值drt 被設(shè)定為0。中間相檢測部22可以設(shè)置在逆變器換流信號生成部82中，也可以設(shè)置在上面說 明的變流器換流信號生成部81中，可理解為屬于兩者中的任意一個。輸出電壓指令生成部21輸入電壓Vr (特別是其相位)和運轉(zhuǎn)頻率的指令值嚴(yán)，生 成逆變器6的電壓指令值VIAV/、VW*。這樣的電壓指令值VU*、V/、Vw*的生成是公知的技
14術(shù)，因此省略說明。指令值校正部23根據(jù)電壓指令值ViA Vv*, Vw*和校正值dx、dy，生成應(yīng)與載波C 進(jìn)行比較的值，以進(jìn)行逆變器6的換流。如果按照圖5進(jìn)行說明(即，以相電壓指令Vs* 為中間相的情況為例)，則指令值校正部23根據(jù)電壓指令值ViA Vv*, Vw*,計算值d0、d4、 d6 ( = l-d0-d4)，根據(jù)該值與值 drt、dst,生成值 drt (l-d0_d4)、drt (1-dO)、drt+dst · d0、 drt+dst (d0+d4)。指令值校正部23還輸出值0、drt+dst。這些值在比較器24中與載波C 進(jìn)行比較，其結(jié)果被輸入到邏輯運算部25。然后，邏輯運算部25根據(jù)比較器24中的比較結(jié) 果，進(jìn)行運算，生成開關(guān)信號Sup、Svp> Swp> Sun、Svn> Swn0〈換流模式的切換〉切換信號生成部83具有切換指令生成部31、切換信號發(fā)生部32。切換指令生成 部31按照后述的基準(zhǔn)，根據(jù)直流環(huán)電壓Vdc判斷第1換流模式、第2換流模式(或自然換 流模式)的切換，生成切換指令J。梯形電壓指令生成部11遵照切換指令J，切換其輸出的相電壓指令Vt*呈 現(xiàn)的梯形波的種類。另外，如上所述，關(guān)于中間相檢測部22中的中間相檢測，優(yōu)選的是，實 質(zhì)上在第1換流模式下檢測相電壓指令Vr*、VS*、Vt*的中間相，在第2換流模式下檢測線電 壓指令Vrs*、Vst*, Vtr*的中間相。因此，中間相檢測部22也可以根據(jù)切換指令J，對檢測 相電壓指令、線電壓指令的哪個指令的中間相進(jìn)行切換。并且，在采用自然換流模式替代第2換流模式的情況下，第1開關(guān)元件組全部導(dǎo) 通，因此，實質(zhì)上變流器換流信號生成部81、逆變器換流信號生成部82、切換信號生成部83 無需如上述那樣發(fā)揮功能，也可以使開關(guān)信號Srp、Ssp、Stp、Srn、Ssn、Stn全部激活。例如， 在圖11中，如虛線箭頭所示，向電流型門邏輯轉(zhuǎn)換部13提供切換指令J。在切換指令J設(shè) 定第1換流模式的情況下，電流型門邏輯轉(zhuǎn)換部13進(jìn)行上述動作。在切換指令J設(shè)定自然 換流模式的情況下，電流型門邏輯轉(zhuǎn)換部13輸出均已激活的開關(guān)信號Srp、Ssp, Stp、Srn、 Ssn、Stn0但是，與使切換信號生成部83進(jìn)行這樣的自然換流模式用的特別動作相比，從裝 置設(shè)計的角度來看，生成相電壓指令Vs*, Vt*的波形用于第2換流模式具有比較容易 實現(xiàn)的優(yōu)點。即，在第1以及第2換流模式中，變流器4均根據(jù)梯形波與載波的比較進(jìn)行換 流，因此無需根據(jù)這些換流模式單獨地進(jìn)行設(shè)計。另一方面，如果120度通電模式采用自然換流模式，則具有無需進(jìn)行梯形波與載 波的比較的優(yōu)點。在切換指令J設(shè)定第1換流模式作為變流器4的換流模式的情況下，切換信號發(fā) 生部32使切換信號Scl禁用。另外，在設(shè)定第2換流模式或自然換流模式作為變流器4的 換流模式的情況下，切換信號發(fā)生部32使切換信號Scl激活。如上所述，即使在使短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通而停止鉗位電路5的本來功能停止的情 況下，或不使短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通而發(fā)揮鉗位電路5的本來功能的情況下，都能夠適當(dāng)變更 變流器4的換流模式，同時實現(xiàn)再生電流的吸收和直接型交流電力變換。下面，具體說明切換指令J在哪種情況下設(shè)定第1換流模式/第2換流模式(或 自然換流模式)中的哪一個。<與輸出端連接的負(fù)載的功率因數(shù)的降低>
15
首先，說明下述技術(shù)當(dāng)與輸出端Pu、Pv、Pw連接的負(fù)載7(參照圖1)的功率因數(shù) (以下簡稱為“負(fù)載功率因數(shù)”)降低時，采用第2換流模式(或自然換流模式)作為變流 器4的換流模式。如專利文獻(xiàn)6所示，在使相位延遲來減少旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)位置估計誤差的情況 下，功率因數(shù)降低。圖13是示出短路用開關(guān)Qcl未導(dǎo)通時的、鉗位電路5保持的鉗位電壓 與負(fù)載功率因數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。其中，設(shè)電源電壓為415V(誤差士 10%)。橫軸采 用作為負(fù)載功率因數(shù)的反正切值的負(fù)載相位角。另外，在鉗位電路5中，電容器51、52在其 充電時相互串聯(lián)連接，在放電時并聯(lián)連接，因此用兩條曲線示出鉗位電壓。如果負(fù)載功率因數(shù)為0. 5以上，則能夠?qū)⒊潆姇r的鉗位電壓設(shè)為線電壓的波峰值 415xV3xV2 =1000 (V)以下(放電時的鉗位電壓也是電源電壓波峰值以下)。但是，負(fù)載功率因數(shù)大幅度地降低0.2時，再生電流與動力運轉(zhuǎn)時的電流大致相 同，流入鉗位電路5的充電電流增大，放電時的鉗位電壓達(dá)到與電源電壓的波峰值相近的 650V左右。為了避免這樣的狀態(tài)，在負(fù)載功率因數(shù)低的情況下，優(yōu)選使短路用開關(guān)Qcl導(dǎo) 通。這是為了通過使鉗位電路5的本來功能停止，將鉗位電路5設(shè)為電容器51、52的單純 的串聯(lián)連接，來使動力運轉(zhuǎn)時的電流、再生電流回流。但是，在將鉗位電路5設(shè)為電容器51、52的單純的串聯(lián)連接時，即使變流器4在第 1換流模式下?lián)Q流，也難以輸出電流。其原因在于，連鉗位電路5放電時的電壓也不能降低。更具體而言，如上所述，第1換流模式采用的、圖3例示的線電壓指令相當(dāng)于變流 器4的線電流指令，但兩個開關(guān)動作方式同時存在。例如，就相位角0 60°而言，分別與 線電壓指令Vrs*、Vst*對應(yīng)的開關(guān)動作方式同時存在。并且，在該情況下，如果電容器51、 52的串聯(lián)連接被充電到比輸入端Pr、Ps中的某一個電位較低的輸入端高的電位，則難以利 用鉗位電路5的二極管Drp、Dsp等的功能，從變流器4向逆變器6提供電流。與此相對，在第2換流模式和自然換流模式中，電流按照120度通電的方式流過， 因此，輸入端Pr、Ps、Pt的任意一個中的、被施加了與最大相對應(yīng)的相電壓的輸入端與直流 電源線LH連接。因此，能夠確保從變流器4向逆變器6提供電離。即，避免因功率因數(shù)降低 而增大的再生電流導(dǎo)致的第1換流模式的功能不全，由此能夠?qū)崿F(xiàn)直接型交流電力變換。因此，優(yōu)選的是，在負(fù)載功率因數(shù)低于預(yù)定值的情況下，使短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通， 且采用第2換流模式(或自然換流模式)。更詳細(xì)而言，以在采用了第1換流模式的狀態(tài)下 短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通為契機(jī)，采用第2換流模式或自然換流模式。并且，在短路用開關(guān)Qcl 變?yōu)榉菍?dǎo)通的時刻以后采用第1換流模式。由圖13可知，可檢測電容器保持的鉗位電壓來推測負(fù)載功率因數(shù)?；蛘?，鉗位電 壓的變動影響直流環(huán)電壓Vdc的大小，因此可通過檢測直流環(huán)電壓Vdc推測負(fù)載功率因數(shù)。 因此，如圖11所示，切換指令生成部31能夠輸入直流環(huán)電壓Vdc (或鉗位電壓)，根據(jù)該電 壓求出平均值Vdcl，將該平均值Vdcl與和關(guān)于負(fù)載功率因數(shù)的上記預(yù)定值相應(yīng)的閾值進(jìn) 行比較，生成切換指令J。或者，如專利文獻(xiàn)5的圖6(d)所示，相對于電流相位角，電流極性翻轉(zhuǎn)的相位角相 位延遲π/6。如專利文獻(xiàn)5的圖6(e)所示，逆變器的輸出電壓的相位角為已知，因此，能夠 根據(jù)這些相位角之差，檢測負(fù)載電流的相位，并根據(jù)該相位估計功率因數(shù)的大小。即，作為 對切換指令生成部31的輸入，可替代圖11所示的直流環(huán)電壓Vdc，輸入逆變器輸出電流的過零點、逆變器的輸出電壓，對兩者的相位差和與負(fù)載功率因數(shù)的預(yù)定值相應(yīng)的閾值進(jìn)行 比較，生成切換指令J。示出專利文獻(xiàn)5的圖6(d)(e)，作為圖14。曲線圖I_V4、I_V6分別 表示逆變器取電壓矢量V4、V6時流過的直流電流，曲線圖t4、t6分別表示逆變器取電壓矢 量V4、V6的占空比?；蛘?，根據(jù)在啟動開始采用進(jìn)行相位延遲來減少旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)位置估計誤差的 運轉(zhuǎn)的情況，優(yōu)選的是，在啟動開始使短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通，以此為契機(jī)采用第2換流模式 或自然換流模式。并且，在經(jīng)過預(yù)定期間之前，變流器4按照第2換流模式或自然換流模式 進(jìn)行換流，在經(jīng)過預(yù)定期間之后，使短路用開關(guān)Qcl非導(dǎo)通。在該時刻以后，采用第1換流 模式即可。這樣，在負(fù)載7為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的情況下，能夠應(yīng)對在其啟動開始為了進(jìn)行位置檢測 而成為滯相的電流所導(dǎo)致的功率因數(shù)下降。并且，如上所述，在鉗位電路5中未設(shè)置二極管53、54，能夠采用所謂的⑶緩沖器。 但是，在該情況下，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)不是/2以上時，即使使短路用開關(guān)Qcl非導(dǎo)通，鉗位 電路5也不會有效地發(fā)揮功能。因此，優(yōu)選的是，等到負(fù)載功率因數(shù)變?yōu)閂^/2以上，再變?yōu)?切換指令J選擇第1換流模式的時期。<與輸入端連接的電源的瞬時電壓降低>圖15與圖13相同，是示出短路用開關(guān)Qcl未導(dǎo)通時的、鉗位電路5保持的鉗位電 壓與負(fù)載功率因數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。其中，與圖13所示的情況相比，電源電壓較低，因 此鉗位電壓也較低。當(dāng)由于瞬時停電而導(dǎo)致輸入到變流器4中的三相交流電壓消失時，在鉗位電路5 中，電容器51、52被并聯(lián)連接而放電，因此鉗位電壓減半。特別是，在負(fù)載7為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的 情況下，鉗位電壓的減少有可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)械的交鏈磁通減弱，電流增多，逆變器6停止， 或由于失步導(dǎo)致運轉(zhuǎn)停止。圖16是示出瞬時停電時鉗位電路5也發(fā)揮功能的情況下的動作的曲線圖。例示 了電源1產(chǎn)生的電源電壓為50Hz400V、停電僅在1/4周期內(nèi)發(fā)生的情況。電源相電壓Vr、Ns、Vt分別表示輸入端Pr、Ps、Pt處的電壓，電源線電流Ir、Is、 It分別表示從電容器組3流入到輸入端Ir、Is、It中的電流，鉗位電路串聯(lián)電壓Vc表示鉗 位電路5中電容器51、52保持的電壓之和，直流環(huán)電壓Vdc表示直流電源線LH、LL之間的 電壓，負(fù)載線電壓表示對輸出端Pu、Pv、Pw施加的電壓Vu、Vv、Vw之差(其中，圖示的是電 壓Vu、Vv之差Vuv)、負(fù)載線電流Iu、Iv、Iw分別表示從輸出端Pu、Pv, Pw流出到負(fù)載7中 的電流。電源相電壓Vr、Vs、Vt全部變?yōu)榱悖纱?，電源線電流Ir、Is、It伴隨著振鈴而收 斂于零，直流環(huán)電壓Vdc只是維持由電容器51、52分別保持的電壓，從而降低。伴隨于此， 負(fù)載線電壓Vuv也減半，負(fù)載線電流Iu、Iv、Iw大幅度地紊亂。因此，優(yōu)選的是，以瞬時停電為契機(jī)，使短路用開關(guān)Qcl短路。具體而言，以直流環(huán) 電壓Vdc的平均值Vcdl低于第1閾值(例如400V)時為契機(jī)，激活切換信號Scl。前面已 經(jīng)敘述了此時的切換指令J的生成。圖17以及圖18均是示出下述情況下的動作的曲線圖，即如上述那樣激活切換信 號Scl，在切換信號Scl激活時將變流器4的換流模式設(shè)為120度通電模式(第2換流模式 或自然換流模式)，在切換信號Scl禁用時將變流器4的換流模式設(shè)為第1換流模式的情況。與圖16相同，例示了電源1產(chǎn)生的電源電壓為50Hz400V、僅在1/4周期內(nèi)發(fā)生了停電 的情況。均是在切換信號Scl激活的期間內(nèi)，電容器51、52在直流電源線LH、LL間串聯(lián)連 接，因此直流環(huán)電壓Vdc與鉗位電路串聯(lián)電壓Vc —致。并且，在切換信號Scl激活的期間內(nèi)，在120度通電模式下變流器4進(jìn)行換流，因 此，鉗位電壓Vc (直流環(huán)電壓Vdc)立即上升。其中，圖17例示了下述情況以直流環(huán)電壓Vdc在預(yù)定期間內(nèi)維持超過第2閾值 (其是第1閾值以上，例如450V)的值為條件，禁用切換信號Scl。另外，圖18例示了下述 情況以直流環(huán)電壓Vdc超過第2閾值(其是第1閾值以上，例如600V)為契機(jī)，禁用切換 信號Scl。圖17所示的動作中具有下述優(yōu)點轉(zhuǎn)移到第1換流模式時的直流環(huán)電壓Vdc不會 過大，其后直流環(huán)電壓Vdc很難變得過大。圖18所示的動作中具有下述優(yōu)點電源線電流 Ir、Is、It中產(chǎn)生的振鈴發(fā)生次數(shù)較少。圖19也是示出伴隨瞬時停電的動作的曲線圖。該動作也與圖17以及圖18所示 的動作相同，以直流環(huán)電壓Vdc的平均值Vdcl低于第1閾值(例如400V)時為契機(jī)，激活 切換信號Scl。并且，圖19所示的動作與圖18所示的動作的共同之處在于，以直流環(huán)電壓 Vdc超過第2閾值(其是第1閾值以上，例如600V)為契機(jī)，禁用切換信號Scl。但是，在圖19所示的動作中，使切換信號Scl禁用起到轉(zhuǎn)變?yōu)?20度通電模式之 前，設(shè)定預(yù)定時間的遅延。即，圖17至圖19所示的動作的相同之處在于，均是在短路用開關(guān) Qcl變?yōu)榉菍?dǎo)通的時刻以后采用第1換流模式，但在圖19所示的動作中，與圖17、圖18所 示的動作的不同之處在于，在短路用開關(guān)Qcl變?yōu)榉菍?dǎo)通時以后，經(jīng)過預(yù)定時間后采用第1 換流模式。即使切換指令J設(shè)定了第1換流模式，也能通過在梯形電壓指令生成部11中進(jìn) 行計時來實現(xiàn)這樣的預(yù)定時間的延遲。在圖19所示的動作中，在從使切換信號Scl禁用起到轉(zhuǎn)移至120度通電模式為止 的期間內(nèi)，采用120度通電模式進(jìn)行變流器4的換流。這樣，在鉗位電路發(fā)揮功能的情況下 采用120度通電模式使變流器進(jìn)行換流時，電源線電流Ir、Is、It大幅度紊亂，但并不影響 直流環(huán)電壓Vdc。因此，即使在不設(shè)置短路用開關(guān)Qcl的情況下，也可以檢測直流環(huán)電壓Vdc，從而 檢測停電，在該停電時采用120度通電模式，使變流器進(jìn)行換流。并且，除了使用平均值Vdcl以外，還可以使用直流環(huán)電壓Vdc本身來決定使切換 信號Scl激活的時機(jī)。如圖16所示，并且如使用圖20說明的那樣，直流環(huán)電壓Vdc根據(jù)變 流器4的開關(guān)動作，在包絡(luò)線間轉(zhuǎn)變。因此，例如，當(dāng)如上述那樣將第1閾值設(shè)定為400V時， 即使正常運轉(zhuǎn)時直流環(huán)電壓Vdc也離散地取比第1閾值小的值。因此，為了僅使用直流環(huán)電壓Vdc決定使切換信號Scl激活的時機(jī)，只要使切換指 令生成部31對直流環(huán)電壓Vdc的靈敏度降低即可。具體而言，將切換指令生成部31識別 直流環(huán)電壓Vdc的大小所需的時間設(shè)置得較長即可。例如，當(dāng)直流環(huán)電壓Vdc在預(yù)定期間 內(nèi)維持第1閾值以下時，生成切換指令J，短路用開關(guān)Qcl導(dǎo)通。當(dāng)然，對平均值Vdcl與第1閾值進(jìn)行比較在無需在預(yù)定期間內(nèi)持續(xù)地測量直流環(huán) 電壓Vdc的方面是有利的。
18
也可以由切換指令生成部31發(fā)揮根據(jù)直流環(huán)電壓Vdc求出平均值Vdcl的功能。 或者，也可以使另外設(shè)置的運算部或積分電路發(fā)揮該功能，將平均值Vdcl輸入到切換指令 生成部31。以上詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但上述說明在所有的形態(tài)中只是例示，本發(fā)明并不限 于此。應(yīng)理解為在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠想到的未例示的無數(shù)變形例。
權(quán)利要求
一種電力變換裝置，該電力變換裝置具有3個輸入端(Pr、Ps、Pt)，其分別被輸入三相交流電的相電壓；3個輸出端(Pu、Pv、Pw)；第1直流電源線(LH)以及第2直流電源線(LL)；電流型變流器(4)，其具有第1開關(guān)元件組，該第1開關(guān)元件組包括連接在各個所述輸入端與所述第1直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qrp、Qsp、Qtp)、以及連接在各個所述輸入端與所述第2直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qrn、Qsn、Qtn)；電壓型逆變器(6)，其具有第2開關(guān)元件組，該第2開關(guān)元件組包括連接在各個所述輸出端與所述第1直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qup、Qvp、Qwp)、以及連接在各個所述輸出端與所述第2直流電源線之間的3個開關(guān)元件(Qun、Qvn、Qwn)；以及鉗位電路(5)，其具有鉗位二極管(Dcl)，該鉗位二極管包括分別與所述第1直流電源線和所述第2直流電源線連接的正極和負(fù)極；電容器(51；52；51，52)，該電容器在所述第1直流電源線以及所述第2直流電源線之間與所述鉗位二極管串聯(lián)連接；以及短路用開關(guān)(Qcl)，該短路用開關(guān)與所述鉗位二極管并聯(lián)連接，所述變流器按照利用3個梯形波與載波之間的比較結(jié)果而確定的第1換流模式和120度通電模式中的任意一個進(jìn)行換流，所述3個梯形波均為360度周期，且彼此相位相差120度，在所述第1換流模式下，各個所述梯形波具有一對在120度區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間、以及一對連接這一對平坦區(qū)間的60度區(qū)間的傾斜區(qū)域，在所述第1換流模式下，所述變流器根據(jù)在一對所述平坦區(qū)間之間轉(zhuǎn)變的所述梯形波與所述載波之間的比較進(jìn)行換流，以在采用了所述第1換流模式的狀態(tài)下所述短路用開關(guān)導(dǎo)通為契機(jī)，采用所述120度通電模式，在所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通的時刻以后，采用所述第1換流模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，在與所述輸出端連接的負(fù)載(7)的功率因數(shù)小于預(yù)定值時，所述短路用開關(guān)導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其中，所述負(fù)載(7)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，所述變流器(4)在啟動開始的預(yù)定期間內(nèi)按照所述120度 通電模式進(jìn)行換流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，當(dāng)所述第1直流電源線(LH)以及所述第2直流電源線(LL)間的直流電壓在預(yù)定期間 內(nèi)維持第1閾值以下時，所述短路用開關(guān)導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，當(dāng)在所述載波的一個周期內(nèi)對所述第1直流電源線(LH)以及第2直流電源線(LL)間 的直流電壓進(jìn)行平均而得到的平均值為第1閾值以下時，所述短路用開關(guān)導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電力變換裝置，其中，所述短路用開關(guān)以下述為條件變?yōu)榉菍?dǎo)通所述第1直流電源線(LH)和所述第2直流 電源線(LL)間的直流電壓將超過大于等于所述第1閾值的第2閾值的值已經(jīng)保持預(yù)定期 間，以所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通為契機(jī)，采用所述第1換流模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電力變換裝置，其中，所述短路用開關(guān)以所述第1直流電源線(LH)以及第2直流電源線(LL)間的直流電壓 超過大于等于所述第1閾值的第2閾值為契機(jī)而變?yōu)榉菍?dǎo)通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其中，以所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通為契機(jī)，采用所述第1換流模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其中，在所述短路用開關(guān)變?yōu)榉菍?dǎo)通起經(jīng)過預(yù)定期間后，采用所述第1換流模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，在所述鉗位電路(5)中，所述電容器被劃分為彼此串聯(lián)連接的第1電容器(51)和第2 電容器(52)，所述鉗位二極管(Del)的所述正極經(jīng)由所述第1電容器與所述第1直流電源線(LH) 連接，所述負(fù)極經(jīng)由所述第2電容器與所述第2直流電源線(LL)連接，所述鉗位電路還具有第1 二極管(53)，其具有與所述鉗位二極管的所述負(fù)極連接的正極、以及與所述第1直 流電源線連接的負(fù)極；以及第2 二極管(54)，其具有與所述鉗位二極管的所述正極連接的負(fù)極、以及與所述第2直 流電源線連接的正極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，所述120度通電模式是第2換流模式，在所述第2換流模式下，各個所述梯形波具有1對在180度區(qū)間內(nèi)連續(xù)的平坦區(qū)間，所述變流器在所述第2換流模式下根據(jù)在一對所述平坦區(qū)間之間轉(zhuǎn)變的所述梯形波 與所述載波之間的比較進(jìn)行換流。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，所述120度通電模式是所述第1開關(guān)元件組全部導(dǎo)通的自然換流模式。
全文摘要
在電力變換裝置中同時實現(xiàn)再生電流的吸收與直接型交流電力變換。變流器(4)與逆變器(6)夾隔著鉗位電路(5)而連接。變流器(4)按照對梯形波與載波進(jìn)行比較的第1換流模式、以及120度通電模式中的任意一個進(jìn)行換流。鉗位電路(5)的二極管(Dcl)利用短路用開關(guān)(Qcl)而短路。在功率因數(shù)降低、電源電壓降低時，短路用開關(guān)(Qcl)導(dǎo)通，鉗位電路(5)的電容器(51)、(52)在直流電源線(LL、LH)之間串聯(lián)連接。在短路用開關(guān)(Qcl)導(dǎo)通的期間內(nèi)，變流器(4)不是按照第1換流模式而是按照120度通電模式進(jìn)行換流。
文檔編號H02M5/458GK101981798SQ20098011081
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者榊原憲一 申請人:大金工業(yè)株式會社