專利名稱：功率變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過將交流電變換為直流電的變換器(converter )和將該直流電變換為交流電的逆變器(inverter)對交流電動機進(jìn)行驅(qū)動的電動車的功率變換裝置(power)， 特別涉及減少在逆變器輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波成分的功率變換裝置。
背景技術(shù)：
通常在功率變換裝置中，為了以可變頻率可變電壓高效率地驅(qū)動感應(yīng)電動機，已知以使晶體管模塊的交流輸出電壓和交流輸出頻率的比V/F成為固定的方式進(jìn)行控制。為了實現(xiàn)該V/F的固定控制，需要使PWM調(diào)制度與晶體管模塊輸出頻率成比例地進(jìn)行變化?？墒?，已知在通常的PWM控制方式的逆變器裝置中，直流電壓越高、調(diào)制系數(shù)越低，載波頻率電壓成分相對于基波電壓成分變得越大，變形大，結(jié)果，在低頻率區(qū)域中，有在感應(yīng)電動機中流過大的諧波電流，振動等變大的問題。作為消除這樣的問題的方案，在下述專利文獻(xiàn)1中示出的現(xiàn)有技術(shù)中，通過在逆變器輸出頻率低的區(qū)域中固定直流電壓并使逆變器的調(diào)制系數(shù)為可變，從而控制逆變器輸出電壓，通過在逆變器輸出頻率高的區(qū)域中固定該調(diào)制系數(shù)并使該直流電壓為可變，從而控制逆變器輸出電壓?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-28397號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
可是，在上述專利文獻(xiàn)1中記載的現(xiàn)有技術(shù)中，如上述那樣通過在逆變器輸出頻率高的區(qū)域中，固定逆變器的調(diào)制系數(shù)并使直流電壓為可變，從而控制逆變器輸出電壓，但此時的調(diào)制系數(shù)的值沒有設(shè)定為減少在逆變器輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波的值，當(dāng)由于上述預(yù)定次數(shù)的諧波成分而產(chǎn)生的交流電動機的轉(zhuǎn)矩的頻率與搭載功率變換裝置的設(shè)備的諧振頻率重疊時，有該設(shè)備的振動、噪音變大的課題。本發(fā)明正是鑒于上述情況而完成的，其目的在于獲得一種功率變換裝置，能夠減少在逆變器輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波。用于解決課題的方案
為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的功率變換裝置，具備將交流電變換為直流電的變換器；將所述直流電變換為任意頻率和任意電壓的交流電并輸出到交流電動機的逆變器；以及控制所述變換器和所述逆變器的控制部，該功率變換裝置的特征在于，具備電容器，在所述變換器和所述逆變器之間連接；以及電壓檢測器，對所述電容器的連接端的電容器電壓進(jìn)行檢測，在所述控制部中，基于所述交流電動機的頻率、所述電容器電壓以及脈沖模式，進(jìn)行對所述變換器的所述電容器電壓的可變控制，在所述交流電動機的頻率的預(yù)定范圍中將所述逆變器的PWM調(diào)制系數(shù)固定為使所述逆變器的輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波減少的值來對所述逆變器的工作進(jìn)行控制。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，在逆變器的同步脈沖模式PWM控制時，進(jìn)行對變換器的直流電容器電壓的可變控制，將調(diào)制系數(shù)的值固定為能夠減少在逆變器輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波的值，使逆變器進(jìn)行可變電壓可變頻率運轉(zhuǎn)，因此獲得能夠減少在逆變器輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波的效果。


圖1是表示實施方式1涉及的功率變換裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。圖2是表示實施方式1涉及的控制部的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示逆變器輸出電壓的5次/7次成分和轉(zhuǎn)矩以及6次成分、與在控制部運算的調(diào)制系數(shù)的關(guān)系的圖。圖4是用于說明直流電容器電壓指令生成部的工作的圖。圖5是用于說明調(diào)制系數(shù)運算部的工作的圖。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明涉及的功率變換裝置的實施方式。再有，本發(fā)明并不被該實施方式限定。實施方式
圖1是表示實施方式1涉及的功率變換裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。功率變換裝置構(gòu)成為作為主要結(jié)構(gòu)具有變換器1，將交流電變換為直流電；逆變器3，將直流電變換為交流電來使交流電動機2進(jìn)行可變電壓可變頻率運轉(zhuǎn)；直流電容器4，在變換器1的輸出和逆變器3的輸入之間連接；直流電容器電壓檢測器(以下僅稱為“電壓檢測器”)5，檢測直流電容器4的電壓；變換器/逆變器控制裝置(以下僅稱為“控制部”)6，對變換器1和逆變器3進(jìn)行控制。控制部6基于直流電容器電壓Efc和電動機頻率，輸出變換器柵極信號GSl和逆變器柵極信號GS2。以下，詳細(xì)敘述控制部6的結(jié)構(gòu)和工作。圖2是表示實施方式1涉及的控制部的結(jié)構(gòu)的框圖?？刂撇?構(gòu)成為作為主要的結(jié)構(gòu)具有運算部61 ；變換器控制部10 ；以及逆變器PWM控制部9。對運算部61和逆變器PWM控制部9輸入對交流電動機2進(jìn)行可變電壓可變頻率控制的逆變器頻率finv。再有，在本實施方式中，通過從安裝在交流電動機2的速度傳感器 (未圖示)獲得的電動機頻率對逆變器頻率finv進(jìn)行運算，但當(dāng)然在無速度傳感器的情況下使用在無速度傳感器控制下獲得的速度估計值也可。構(gòu)成運算部61的直流電容器電壓指令生成部7作為逆變器頻率的函數(shù)對直流電容器電壓指令值Efc*進(jìn)行運算，調(diào)制系數(shù)運算部8對逆變器3的調(diào)制系數(shù)m進(jìn)行運算。變換器控制部10將直流電容器電壓指令值Efc*作為輸入，此外通過進(jìn)行由電壓檢測器5檢測出的直流電容器電壓Efc的反饋控制，從而輸出用于使直流電容器電壓Efc 追隨直流電容器電壓Efc*的變換器柵極信號GS1，對變換器1進(jìn)行控制。逆變器PWM控制部9基于逆變器頻率finv、調(diào)制系數(shù)(modulation factor) m、以
5及PWM脈沖模式設(shè)定，輸出逆變器柵極信號GS2，對逆變器3進(jìn)行控制。接著，對控制部6的工作進(jìn)行說明。在逆變器3的輸出電壓Vinv和直流電容器電壓Efc和調(diào)制系數(shù)m之間，式1的關(guān)系成立。其中，K為常數(shù)。Vi η ν =K m Efc(式 1)
通常，如直流電容器電壓指令生成部7表示的逆變器頻率firw和直流電容器電壓指令值Efc*的關(guān)系那樣，將直流電容器電壓指令值Efc*設(shè)為固定值，以在調(diào)制系數(shù)運算部8 (式1)的關(guān)系成立的方式對調(diào)制系數(shù)m進(jìn)行控制，對交流電動機2進(jìn)行可變電壓可變頻率控制。在搭載本發(fā)明的功率變換裝置的設(shè)備中有諧振特性，當(dāng)在交流電動機2產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩中包含上述諧振頻率的成分時，上述設(shè)備進(jìn)行振動，產(chǎn)生噪音。在這樣的情況下，運算部 61在產(chǎn)生該諧振頻率的逆變器頻率firwO附近，將調(diào)制系數(shù)m的值控制為能夠減少該諧振頻率的值(調(diào)制系數(shù)mO)。在下面示出具體例。圖3是表示逆變器輸出電壓的5次/7次成分以及轉(zhuǎn)矩的6 次成分、與在控制部運算的調(diào)制系數(shù)的關(guān)系的圖，圖4是用于說明直流電容器電壓指令生成部的工作的圖，圖5是用于說明調(diào)制系數(shù)運算部的工作的圖。在圖3中，示出逆變器2是3電平逆變器、脈沖模式是同步3脈沖模式 (synchronous 3-pulse mode)的情況下的調(diào)制系數(shù)、和在逆變器輸出電壓(相電壓)中包含的5次、7次頻率成分、以及通過這些頻率成分的電壓從交流電動機2產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的6次頻率成分的關(guān)系。在搭載本實施方式涉及的功率變換裝置的設(shè)備的諧振頻率例如為480Hz的情況下，轉(zhuǎn)矩的6次頻率成分變?yōu)?80Hz的逆變器頻率成為480/6=80Hz。S卩，在圖4、5中，產(chǎn)生諧振頻率成分的逆變器頻率finvO是80Hz附近，能夠減少該諧振頻率(80Hz附近)的調(diào)制系數(shù)m0根據(jù)圖3的關(guān)系，例如成為0. 92、. 94的范圍。因此，如果將逆變器頻率firwO附近(80Hz附近)的調(diào)制系數(shù)m0設(shè)定為上述的值的話，就能夠減少轉(zhuǎn)矩的6次成分。像這樣，本實施方式的功率變換裝置在逆變器的同步脈沖模式PWM控制時，通過直流電容器電壓指令生成部7進(jìn)行對變換器1的直流電容器電壓Efc的可變控制，通過運算部8將調(diào)制系數(shù)m設(shè)定為能夠減少在相電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的頻率成分的值，對逆變器3進(jìn)行可變電壓可變頻率控制。因此，本實施方式的功率變換裝置即使在由于預(yù)定次數(shù)的諧波成分而產(chǎn)生的交流電動機2的轉(zhuǎn)矩的頻率、和搭載功率變換裝置的設(shè)備的諧振頻率重疊的情況下，也能夠減少該設(shè)備的振動、噪音。此外，因為交流電動機2產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的諧波成分和在從變換器1到逆變器3之間的直流電路中流過的直流電流的諧波成分相同，所以本實施方式的功率變換裝置也能夠減少在從變換器1到逆變器3之間的直流電路中流過的直流電流中包含的預(yù)定次數(shù)的直流電流成分。再有，本實施方式涉及的變換器1是單相變換器也可，是三相變換器也可，分別是 2電平變換器、3電平變換器的任一種也可。此外，與各變換器1組合的逆變器3是三相逆變器且為2電平逆變器、三相3電平逆變器的任一種也可。此外，交流電動機2是三相感應(yīng)電動機、三相同步電動機的任一種也可。如以上說明的那樣，本實施方式涉及的功率變換裝置具備控制部6，該控制部6在逆變器的同步脈沖模式PWM控制時，進(jìn)行對變換器1的直流電容器電壓Efc的可變控制， 將調(diào)制系數(shù)m設(shè)定為能夠減少在相電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的頻率成分的值，對逆變器3進(jìn)行可變電壓可變頻率控制，因此即使由于預(yù)定次數(shù)的諧波成分而產(chǎn)生的交流電動機2的轉(zhuǎn)矩的頻率與搭載功率變換裝置的設(shè)備的諧振頻率重疊，也能夠減少該設(shè)備的振動、噪音。此外，通過設(shè)定為將在變換器1和逆變器3之間的直流電路中流過的直流電流中包含的預(yù)定次數(shù)的直流電流成分減少的調(diào)制系數(shù)，從而能夠減少預(yù)定次數(shù)的直流電流成分。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
如上所述，本發(fā)明的功率變換裝置能夠應(yīng)用于交流電動車，特別是作為以單相變換器將單相交流電變換為直流電，以三相逆變器將該直流電變換為交流電，對三相感應(yīng)電動機、 三相同步電動機進(jìn)行控制，減少在電動車搭載的設(shè)備的振動、噪音的發(fā)明是有用的。附圖標(biāo)記說明 1變換器；
2交流電動機； 3逆變器； 4直流電容器；
5直流電容器電壓檢測器(電壓檢測器)； 6變換器/逆變器控制裝置(控制部)； 7直流電容器電壓指令生成部； 8調(diào)制系數(shù)運算部； 9逆變器PWM控制部； 10變換器控制部； 61運算部；
Efc直流電容器電壓(電容器電壓)；
Efc*直流電容器電壓指令值(電容器電壓指令值)；
finv逆變器頻率；
finvO產(chǎn)生諧振頻率成分的逆變器頻率； GSl變換器柵極信號； GS2逆變器柵極信號； m、mO調(diào)制系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種功率變換裝置，具備將交流電變換為直流電的變換器；將所述直流電變換為任意頻率和任意電壓的交流電并輸出到交流電動機的逆變器；以及控制所述變換器和所述逆變器的控制部，該功率變換裝置的特征在于，具備電容器，在所述變換器和所述逆變器之間連接；以及電壓檢測器，對所述電容器的連接端的電容器電壓進(jìn)行檢測， 在所述控制部中，基于所述交流電動機的頻率、所述電容器電壓以及脈沖模式，進(jìn)行對所述變換器的所述電容器電壓的可變控制，在所述交流電動機的頻率的預(yù)定范圍中將所述逆變器的PWM調(diào)制系數(shù)固定為使所述逆變器的輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波減少的值來對所述逆變器的工作進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于， 在所述控制部中，在所述預(yù)定范圍中將所述PWM調(diào)制系數(shù)固定為使在所述逆變器的輸出電壓中包含的5 次或7次諧波減少的值來對所述逆變器的工作進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于， 在所述控制部中，具備運算部，基于所述交流電動機的頻率，對所述電容器電壓的電壓指令值、和使所述逆變器的輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波減少的所述PWM調(diào)制系數(shù)進(jìn)行運算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，在3脈沖模式的情況下，所述預(yù)定范圍中的所述PWM調(diào)制系數(shù)是0. 92、. 94的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是單相2電平變換器，所述逆變器是三相2電平逆變器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是三相2電平變換器，所述逆變器是三相2電平逆變器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是單相3電平變換器，所述逆變器是三相3電平逆變器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是三相3電平變換器，所述逆變器是三相3電平逆變器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是單相3電平變換器，所述逆變器是三相2電平逆變器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述變換器是三相3電平變換器，所述逆變器是三相2電平逆變器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述交流電動機是三相感應(yīng)電
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，所述交流電動機是三相同步電動機。
全文摘要
一種功率變換裝置，具備控制變換器(1)和逆變器(3)的變換器/逆變器控制裝置(6)，其中，該功率變換裝置具備直流電容器(4)，在變換器(1)和逆變器(3)之間連接；以及直流電容器電壓檢測器(5)，對直流電容器(4)的連接端的直流電容器電壓(Efc)進(jìn)行檢測，在變換器/逆變器控制裝置(6)中，基于交流電動機(2)的電動機頻率、直流電容器電壓(Efc)以及脈沖模式，進(jìn)行對變換器(1)的直流電容器電壓(Efc)的可變控制，在電動機頻率的預(yù)定范圍中將逆變器(3)的PWM調(diào)制系數(shù)固定為使逆變器(3)的輸出電壓中包含的預(yù)定次數(shù)的諧波減少的值(m0)來對逆變器(3)的工作進(jìn)行控制。
文檔編號H02M5/458GK102422517SQ20098015886
公開日2012年4月18日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者丸山高央, 松本武郎 申請人:三菱電機株式會社