專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
電力變換裝置使MOSFET、IGBT等開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作來進(jìn)行電力變換。此時(shí)，伴隨開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，產(chǎn)生開關(guān)損失。當(dāng)產(chǎn)生開關(guān)損失時(shí)，開關(guān)元件的溫度(以下稱為“元件溫度”)上升。因此，為了抑制元件溫度的上升，冷卻裝置是必不可少的。冷卻裝置通常是具備用于冷卻元件的發(fā)熱的散熱片的結(jié)構(gòu)，但是也存在許多為了進(jìn)一步提高冷卻能力而使用了利用內(nèi)置的制冷劑的沸騰現(xiàn)象的沸騰冷卻方式的冷卻裝置。在利用沸騰冷卻方式的冷卻裝置(以下稱為“沸騰冷卻裝置”)中，在散熱片內(nèi)部填充有制冷劑，經(jīng)由冷凝器用冷卻風(fēng)對(duì)通過元件的發(fā)熱而沸騰、汽化了的制冷劑進(jìn)行冷卻，由此冷卻元件。像這樣，沸騰冷卻裝置由于是利用制冷劑的方式，所以是冷卻能力強(qiáng)的冷卻裝置。另一方面，已知沸騰冷卻方式存在如下性質(zhì):在元件的發(fā)熱低的區(qū)域中，沸騰不穩(wěn)定，工作變得不穩(wěn)定(例如，參考下述非專利文獻(xiàn)I)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn)
非專利文獻(xiàn)1:傳熱工學(xué)日本機(jī)械學(xué)會(huì)丸善出版2005年3月P.128 130。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
如上所述，在沸騰冷卻方式中，具有如下性質(zhì):在沸騰不穩(wěn)定的區(qū)域中，沸騰現(xiàn)象不穩(wěn)定，工作變得不穩(wěn)定。因此，在以往的沸騰冷卻裝置中，存在如下課題:在沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中使工作繼續(xù)的情況下，元件可能陷入過度的溫度上升。此外，在利用沸騰冷卻方式的以往的電力變換裝置中，雖然有根據(jù)制冷劑的能力來變更用于控制電力變換裝置的結(jié)構(gòu)元件的開關(guān)頻率的概念，但是均停留于以不超過制冷劑的冷卻能力的方式控制開關(guān)頻率的概念或技術(shù)思想，在申請(qǐng)人調(diào)查的范圍內(nèi)未找到提及沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的文獻(xiàn)。本發(fā)明是鑒于上述而完成的，其目的在于提供一種積極地進(jìn)行不使沸騰冷卻裝置的工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移至沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的控制的電力變換裝置。用于解決課題的方案
為了解決上述的課題并達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種電力變換裝置，構(gòu)成為通過開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，將輸入的直流電或交流電變換為希望的交流電并輸出，使用對(duì)內(nèi)置的制冷劑的沸騰現(xiàn)象進(jìn)行利用的沸騰冷卻裝置來進(jìn)行所述開關(guān)元件的冷卻，其特征在于，具備:控制部，生成能夠使所述制冷劑的沸騰穩(wěn)定的柵極指令來控制所述開關(guān)元件，所述控制部具備:調(diào)制模式選擇部，基于所述開關(guān)元件的溫度估計(jì)值即元件溫度估計(jì)值，判定所述冷卻裝置的穩(wěn)定度，基于該判定結(jié)果決定并選擇對(duì)所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的調(diào)制模式；以及柵極指令生成部，基于所述調(diào)制模式選擇部選擇的調(diào)制模式，生成所述柵極指令。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，起到能夠提供能可靠地抑制沸騰冷卻裝置的工作點(diǎn)進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的電力變換裝置的效果。


圖1是表示適合在本發(fā)明實(shí)施方式I的電力變換裝置中使用的冷卻裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的概觀圖。圖2是表示利用沸騰冷卻方式的冷卻裝置中的開關(guān)損失-元件溫度特性的一個(gè)例子的圖。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的電力變換裝置的功能的框圖。圖4是表示運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示轉(zhuǎn)矩指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示電壓指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖7是表示調(diào)制模式選擇部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖8是表示柵極(gate)指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖9是用于說明調(diào)制模式信號(hào)的生成處理的流程圖。圖10是作為體現(xiàn)動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令模式生成部的圖表而在圖5中示出的動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令模式的放大圖。圖11是作為體現(xiàn)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令模式生成部的圖表而在圖5中示出的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令模式的放大圖。圖12是表示在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下一部分轉(zhuǎn)矩模式中的損失進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。圖13是表示進(jìn)行控制以使在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下全部轉(zhuǎn)矩模式中的損失不進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。圖14是表示在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下一部分轉(zhuǎn)矩模式中的損失進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況下的一個(gè)例子的圖。圖15是表示進(jìn)行控制以使在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下全部轉(zhuǎn)矩模式中的損失不進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。圖16是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的電力變換裝置的功能的框圖。圖17是表示直流電壓指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖18是表示電壓指令生成部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖19是表示調(diào)制模式選擇部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖20是用于說明調(diào)制模式信號(hào)PM的生成處理的流程圖。圖21是表示變換器電流與開關(guān)損失的關(guān)系的圖。圖22是表示進(jìn)行控制以使開關(guān)損失不進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域和冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的電力變換裝置進(jìn)行說明。再有，本發(fā)明不被以下所示的實(shí)施方式限定。實(shí)施方式1.圖1是表示適合在本發(fā)明實(shí)施方式I的電力變換裝置中使用的冷卻裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的概觀圖，Ca)是正視圖，(b)是側(cè)視圖。圖1所示的冷卻裝置I是利用沸騰冷卻方式的冷卻裝置，構(gòu)成為具備作為散熱部的冷凝器2、作為吸熱部的蒸發(fā)器3、制冷劑4、散熱片5等。設(shè)置于后述的電力變換裝置并構(gòu)成主電路的開關(guān)元件7與蒸發(fā)器3相接地進(jìn)行安裝(在圖1中，例示了安裝在蒸發(fā)器3的下部的結(jié)構(gòu))。此外，制冷劑4被封入到在蒸發(fā)器3的內(nèi)部設(shè)置的制冷劑室6a中。當(dāng)開關(guān)元件7發(fā)熱時(shí)，制冷劑4的溫度上升。當(dāng)制冷劑4的溫度達(dá)到某一溫度時(shí)，制冷劑4沸騰，汽化了的制冷劑4浸入到在冷凝器2的內(nèi)部設(shè)置的制冷劑室6b內(nèi)。再有，根據(jù)冷卻裝置的結(jié)構(gòu)，還有在散熱片的內(nèi)部也浸入有汽化了的制冷劑的結(jié)構(gòu)的冷卻裝置。通過散熱片5對(duì)由于開關(guān)元件7的發(fā)熱而產(chǎn)生的熱進(jìn)行散熱。再有，如圖1所示，只要朝向散熱片5對(duì)冷卻風(fēng)8進(jìn)行通風(fēng)，就能夠促進(jìn)通過冷凝器2的熱風(fēng)9的移動(dòng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻效率高的冷卻裝置。圖2是表示利用沸騰冷卻方式的冷卻裝置中的開關(guān)損失-元件溫度特性的一個(gè)例子的圖。在圖2中，橫軸表示開關(guān)損失，縱軸表示元件安裝面溫度。首先，在開關(guān)損失處于C點(diǎn)以下的區(qū)域中的情況下，不促進(jìn)制冷劑的沸騰。因此，冷卻裝置的熱電阻增加，元件溫度上升。另一方面，當(dāng)C點(diǎn)以上的開關(guān)損失被輸入至冷卻裝置時(shí)，促進(jìn)了沸騰。因此，冷卻裝置的熱電阻下降，元件溫度下降。此外，當(dāng)開關(guān)損失變?yōu)镈點(diǎn)以上時(shí)，沸騰穩(wěn)定，即使將開關(guān)損失降低至D點(diǎn)以下，也繼續(xù)沸騰。但是，當(dāng)變?yōu)锽點(diǎn)以下時(shí)，沸騰停止，如果在該狀態(tài)下未將C點(diǎn)以上的開關(guān)損失輸入至冷卻裝置，則不促進(jìn)沸騰。也就是說，在圖2的Al點(diǎn)的區(qū)域中，存在沸騰現(xiàn)象不穩(wěn)定，陷入過度的溫度上升，開關(guān)元件超過使用極限而被破壞的可能性。此外，在冷卻裝置的特性中不僅存在沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的概念，而且還存在最大性能超過區(qū)域的概念(如果是圖2的例子，則是E點(diǎn)右側(cè)的區(qū)域)。在最大性能超過區(qū)域中使用元件是在元件安裝面溫度高的狀態(tài)下繼續(xù)使用元件。因此，在最大性能超過區(qū)域中繼續(xù)使用元件的情況下，存在元件陷入過度的溫度上升，超過使用極限而被破壞的可能性。再有，在上述說明中，未提及冷卻裝置的周圍溫度，但是當(dāng)然，沸騰現(xiàn)象的穩(wěn)定度不僅依賴于開關(guān)損失，而且還依賴于冷卻裝置的周圍溫度。圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式I的電力變換裝置的功能的框圖。電力變換裝置的主要部分是逆變器主電路12、直流電源部13和逆變器控制部23。此外，在逆變器主電路12的輸出連接有以三相交流進(jìn)行工作的電動(dòng)機(jī)(例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī))11。此外，在電動(dòng)機(jī)11設(shè)置有測(cè)定電動(dòng)機(jī)11的轉(zhuǎn)速的速度傳感器19，在逆變器主電路12設(shè)置有直接或間接地測(cè)定開關(guān)元件的安裝面的溫度的溫度傳感器20。逆變器主電路12具有將由開關(guān)元件Su、Sv、Sw構(gòu)成的正側(cè)臂(例如在U相中為Su )和由開關(guān)元件Sx、Sy、Sz構(gòu)成的負(fù)側(cè)臂(例如在U相中為Sx)分別串聯(lián)連接的電路部(支路)。即，在逆變器主電路12中，構(gòu)成有具有3組(U相分量、V相分量、W相分量)支路的三相橋式電路。此外，在連接逆變器主電路12的交流端子(各支路的中點(diǎn))與電動(dòng)機(jī)11的線之間設(shè)置有電流傳感器21。直流電源部13是具有直流電的蓄積能力的結(jié)構(gòu)部，設(shè)想電池或電容器等。此外，在直流電源部13中設(shè)置有用于檢測(cè)直流電壓的電壓傳感器22。逆變器控制部23具有:運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部14、轉(zhuǎn)矩指令生成部15、電壓指令生成部16、調(diào)制模式選擇部17和柵極指令生成部18。從位于逆變器控制部23的最后級(jí)的柵極指令生成部18輸出柵極指令G，對(duì)逆變器主電路12的開關(guān)元件(SiTSz)進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制，將從直流電源部13供給的直流電變換為振幅可變、頻率可變的三相交流電并將其供給至電動(dòng)機(jī)11。接著，參照?qǐng)DΓ圖8的各附圖對(duì)構(gòu)成逆變器控制部23的各部分的結(jié)構(gòu)和工作進(jìn)行說明。在此，圖4是表示運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部14的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖5是表示轉(zhuǎn)矩指令生成部15的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖6是表示電壓指令生成部16的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖7是表示調(diào)制模式選擇部17的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖8是表示柵極指令生成部18的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。

首先，如圖4所示，運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部14具備動(dòng)力運(yùn)行/制動(dòng)選擇部51和轉(zhuǎn)矩指令選擇部52。動(dòng)力運(yùn)行/制動(dòng)選擇部51判斷由駕駛員進(jìn)行的操作(牽引級(jí)位(notch)操作)是動(dòng)力運(yùn)行指示還是制動(dòng)指示，轉(zhuǎn)矩指令選擇部52判斷根據(jù)動(dòng)力運(yùn)行指示或制動(dòng)指示的轉(zhuǎn)矩指令是動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩還是再生轉(zhuǎn)矩。將由動(dòng)力運(yùn)行/制動(dòng)選擇部51和轉(zhuǎn)矩指令選擇部52進(jìn)行的處理作為包含動(dòng)力運(yùn)行指令、制動(dòng)指令的運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)輸出至下一級(jí)轉(zhuǎn)矩指令生成部15。再有，如果是例如像鐵道車輛那樣運(yùn)轉(zhuǎn)指令的輸出部被設(shè)置于駕駛臺(tái)那樣的情況，則不需要將這種運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部14的功能附加在逆變器控制部23偵U。此外，如圖5所示，轉(zhuǎn)矩指令生成部15具備動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令生成部55和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部56。轉(zhuǎn)矩指令生成部15基于運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)和來自速度傳感器19的速度信號(hào)V對(duì)電動(dòng)機(jī)11應(yīng)輸出的所需轉(zhuǎn)矩進(jìn)行運(yùn)算，輸出電壓指令生成部16所需的轉(zhuǎn)矩模式PTR。再有，在圖5中，用圖表示出了動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令生成部55和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部56生成的轉(zhuǎn)矩模式PTR，但是關(guān)于該轉(zhuǎn)矩模式PTR，可以通過函數(shù)計(jì)算來進(jìn)行求取，也可以做成表格保持在處理部?jī)?nèi)。此外，也能夠?qū)⒃撧D(zhuǎn)矩模式PTR替換為電流模式。此外，如圖6所示，電壓指令生成部16基于從轉(zhuǎn)矩指令生成部15輸出的轉(zhuǎn)矩模式PTR、電壓傳感器22測(cè)定出的直流電壓EFC、電流傳感器21測(cè)定出的逆變器電流I V，將施加于電動(dòng)機(jī)11的電壓的指令值即電壓指令VR以電壓振幅、電壓頻率、電壓相位角、調(diào)制系數(shù)等形式輸出至調(diào)制模式選擇部17和柵極指令生成部18。再有，在圖6中，作為電壓指令生成部16，示出了將電流指令生成部61和電壓指令生成部62以該順序串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)來作為一個(gè)例子，但是不限定于該結(jié)構(gòu)。此外，關(guān)于這些電流指令生成部61和電壓指令生成部62的結(jié)構(gòu)，由于是公知的，所以在此省略詳細(xì)說明。此外，如圖7所示，調(diào)制模式選擇部17具備元件溫度估計(jì)部71和調(diào)制模式信號(hào)生成部72。元件溫度估計(jì)部71基于從電壓指令生成部16輸出的電壓指令VR、來自溫度傳感器20的元件安裝面溫度Tf、電流傳感器21檢測(cè)出的逆變器電流Iv、速度傳感器19檢測(cè)出的速度信號(hào)V，生成元件溫度估計(jì)值TE。再有，關(guān)于元件溫度估計(jì)值TE的估計(jì)處理，并不是使這些電壓指令VR、元件安裝面溫度Tf、逆變器電流Iv和速度信號(hào)V的全部成為必須的信號(hào)，而是例如可以僅使用元件安裝面溫度Tf來進(jìn)行估計(jì)，也可以使用電壓指令VR、逆變器電流Iv和速度信號(hào)V來進(jìn)行估計(jì)。調(diào)制模式信號(hào)生成部72基于元件溫度估計(jì)部71所估計(jì)的元件溫度估計(jì)值TE，生成包含最適合于調(diào)制的載波頻率、脈沖模式等的調(diào)制模式信號(hào)PM并將其輸出至柵極指令生成部18。再有，在作為溫度傳感器20而使用精度良好的溫度傳感器的情況下，也可以省略元件溫度估計(jì)部71。在該情況下，將溫度傳感器的輸出作為元件溫度估計(jì)值TE輸入至調(diào)制模式信號(hào)生成部72即可。此外，如圖8所示，柵極指令生成部18具備調(diào)制波生成部81、載波生成部82和比較器83。將電壓指令生成部16生成的電壓指令VR和調(diào)制模式選擇部17生成的調(diào)制模式信號(hào)PM輸入至柵極指令生成部18，基于這些電壓指令VR和調(diào)制模式信號(hào)PM，在調(diào)制波生成部81中生成調(diào)制波VREF，在載波生成部82中生成對(duì)柵極指令的周期進(jìn)行變更的載波CAR。將調(diào)制波VREF和載波CAR輸入至比較器83，生成將調(diào)制波VREF與載波CAR進(jìn)行比較后的結(jié)果來作為柵極指令G，將其輸出至逆變器主電路12。接著，參照?qǐng)D9的流程圖對(duì)調(diào)制模式信號(hào)PM的生成處理進(jìn)行說明。再有，該流程圖的處理由調(diào)制模式選擇部17的調(diào)制模式信號(hào)生成部72執(zhí)行。此外，向調(diào)制模式信號(hào)生成部72輸入有元件溫度估計(jì)部71生成的元件溫度估計(jì)值TE。在圖9中，調(diào)制模式信號(hào)生成部72基于元件溫度估計(jì)值TE，判別冷卻裝置的工作區(qū)域是否處于沸騰穩(wěn)定區(qū)域(圖2:D點(diǎn)I點(diǎn))中(步驟S101)。在冷卻裝置的工作區(qū)域處于沸騰穩(wěn)定區(qū)域中的情況下，作為調(diào)制模式信號(hào)PM而選擇初始設(shè)定調(diào)制模式(步驟S102)，生成在該初始設(shè)定調(diào)制模式下的調(diào)制模式信號(hào)(步驟S110)，結(jié)束本流程。此外，在冷卻裝置的工作區(qū)域不是沸騰穩(wěn)定區(qū)域(圖2:E點(diǎn)右側(cè)、或D點(diǎn)左側(cè))的情況下，判別開關(guān)損失是過大還是過小(步驟S103)，在開關(guān)損失過大的情況(達(dá)到最大性能超過區(qū)域的情況)下，進(jìn)一步判別當(dāng)前的調(diào)制模式是非同步模式還是同步模式(步驟S104)，在非同步模式的情況下，選擇載波頻率(脈沖數(shù):在柵極指令的一個(gè)周期中包含的脈沖數(shù))的下降指令或向同步模式的轉(zhuǎn)移指令(步驟S105)，在同步模式的情況下，選擇載波頻率(脈沖數(shù))的下降指令(步驟S106)，分別生成在該指令下的調(diào)制模式信號(hào)PM (步驟S110)，結(jié)束本流程。 另一方面，在步驟S103中，在開關(guān)損失過小的情況(達(dá)到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的情況)下，進(jìn)一步判別當(dāng)前的調(diào)制模式是非同步模式還是同步模式(步驟S107)，在非同步模式的情況下，選擇載波頻率(脈沖數(shù))的增加指令(步驟S108)，在同步模式的情況下，選擇載波頻率(脈沖數(shù))的增加指令或向非同步模式的轉(zhuǎn)移指令(步驟S109)，分別生成在該指令下的調(diào)制模式信號(hào)PM (步驟S110)，結(jié)束本流程。再有，在圖9的流程圖中，在冷卻裝置的工作區(qū)域不是沸騰穩(wěn)定區(qū)域的情況下，首先，判別開關(guān)損失是過大還是過小，在該判定后，判別當(dāng)前的調(diào)制模式是非同步模式還是同步模式，但是也可以使這些判定順序相反。即，也可以最初判別當(dāng)前的調(diào)制模式是非同步模式還是同步模式，之后，判別開關(guān)損失是過大還是過小。圖10是作為體現(xiàn)動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令生成部55的圖表而在圖5中示出的動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令模式的放大圖。在圖10中，橫軸為速度指令V，縱軸為轉(zhuǎn)矩，波形為轉(zhuǎn)矩模式。如圖所示，示出了這些轉(zhuǎn)矩模式PTR_P是以規(guī)定速度垂下的特性并且開始垂下的速度(開始垂下速度)按照I — η —……一η+1的順序變小的例子。圖11是作為體現(xiàn)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部56的圖表而在圖5中示出的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令模式的放大圖，橫軸為速度指令V，縱軸為轉(zhuǎn)矩(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，波形為轉(zhuǎn)矩模式(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩模式)。這些轉(zhuǎn)矩模式PTR_B與圖10不同，在各轉(zhuǎn)矩模式的每一個(gè)中，是不管速度的大小如何都持續(xù)輸出固定的轉(zhuǎn)矩的特性。再有，轉(zhuǎn)矩模式的大小按照I — η —……一η+1的順序變小。在鐵道車輛的情況下，在對(duì)車身發(fā)揮制動(dòng)力的情況下的制動(dòng)力的調(diào)整通常是在未圖示的制動(dòng)控制裝置側(cè)進(jìn)行的方式。也就是說，在從上位裝置輸入制動(dòng)指令的情況下，在電力變換裝置側(cè)生成與所輸入的制動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩模式即可，在制動(dòng)控制裝置側(cè)進(jìn)行制動(dòng)力的控制。因此，生成如圖示那樣的轉(zhuǎn)矩模式PTR_B (fn+1)就足夠了。接著，參照?qǐng)D12 圖15的附圖對(duì)實(shí)施方式I的電力變換裝置具有的效果進(jìn)行說明。
首先，圖12是表示在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下一部分轉(zhuǎn)矩模式中的損失進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。在此，在圖12中，用粗實(shí)線表示的波形是與圖10所示的多個(gè)轉(zhuǎn)矩模式中的轉(zhuǎn)矩模式η對(duì)應(yīng)的損失曲線，用粗虛線表示的波形是與圖10所示的多個(gè)轉(zhuǎn)矩模式中的轉(zhuǎn)矩模式η+1對(duì)應(yīng)的損失曲線。在圖12中，轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss在Al點(diǎn)處下降是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩模式PTR_Pn+l垂下，電動(dòng)機(jī)11的電流下降。此外,轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss和轉(zhuǎn)矩模式η中的損失PTR_Pn_Loss在A2點(diǎn)處下降是因?yàn)檎{(diào)制模式從非同步模式向同步模式轉(zhuǎn)移，載波頻率(脈沖數(shù))降低。但是，在A2點(diǎn)處的同步模式是逆變器的輸出線間電壓的半個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)為3以上的多脈沖模式。再有，非同步模式是相對(duì)于輸出頻率而非同步地決定載波頻率的模式，同步模式是與逆變器的輸出頻率同步地決定載波頻率的模式。此外, 轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss和轉(zhuǎn)矩模式η中的損失PTR_Pn_Loss在A3點(diǎn)處下降是因?yàn)檎{(diào)制模式從同步模式(多脈沖)向逆變器輸出電壓的半個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)為I的同步模式(I個(gè)脈沖)轉(zhuǎn)移并且載波頻率(脈沖數(shù))下降。在現(xiàn)有技術(shù)中，在冷卻裝置中存在沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的情況下，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩模式PTR_n的運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)時(shí)，在A3點(diǎn)進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中。但是，如上所述，沸騰不穩(wěn)定區(qū)域不僅依賴于開關(guān)損失，而且還依賴于冷卻裝置的周圍溫度，因此當(dāng)然，在周圍溫度高的情況下，不穩(wěn)定區(qū)域變小，在冷卻裝置的周圍溫度低的情況下，沸騰不穩(wěn)定區(qū)域變大。在輸入轉(zhuǎn)矩模式PTR_n的運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)的情況下，在A3點(diǎn)進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的原因是因?yàn)椴灰蕾囉谵D(zhuǎn)矩模式PTR的大小而僅具有一種調(diào)制模式生成部保持的調(diào)制模式相對(duì)于速度的特性。相對(duì)于圖12，圖13是表示進(jìn)行控制以使在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下全部轉(zhuǎn)矩模式(在圖13中，例示了 2種情況)中的損失不進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。在本實(shí)施方式的電力變換裝置中，應(yīng)用圖13所示的控制方法。在調(diào)制模式切換的速度不依賴于轉(zhuǎn)矩模式而是固定的現(xiàn)有方法中，例如，如圖12所示，即使是不同的轉(zhuǎn)矩曲線，也以速度Va這一相同速度切換調(diào)制模式，因此，例如如轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失那樣，在開關(guān)損失低的情況下進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中。另一方面，在調(diào)制模式切換的速度根據(jù)轉(zhuǎn)矩模式進(jìn)行切換的本申請(qǐng)方法中，例如，如圖13所示，在轉(zhuǎn)矩模式η中，以速度Va進(jìn)行切換，在轉(zhuǎn)矩模式η+1中以速度Vb進(jìn)行切換，因此，能夠抑制開關(guān)損失進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。圖14是表示在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下一部分轉(zhuǎn)矩模式中的損失進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。在此，在圖14中，用粗實(shí)線表示的波形是與圖10所示的多個(gè)轉(zhuǎn)矩模式中的轉(zhuǎn)矩模式η對(duì)應(yīng)的損失曲線，用粗虛線表示的波形是與圖10所示的多個(gè)轉(zhuǎn)矩模式中的轉(zhuǎn)矩模式η+1對(duì)應(yīng)的損失曲線。在圖14中，轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss在BI點(diǎn)處下降與圖12同樣地，是因?yàn)檗D(zhuǎn)矩模式PTR_Pn+l垂下并且電動(dòng)機(jī)11的電流下降。此外,轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss和轉(zhuǎn)矩模式η中的損失PTR_Pn_Loss在B2點(diǎn)處下降是因?yàn)檎{(diào)制模式從非同步模式向同步模式轉(zhuǎn)移并且載波頻率(脈沖數(shù))降低。但是，假定在B2點(diǎn)處的同步模式是逆變器的輸出線間電壓的半個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)例如為3以上的多脈沖模式。此外,轉(zhuǎn)矩模式η+1中的損失PTR_Pn+l_Loss和轉(zhuǎn)矩模式η中的損失PTR_Pn_Loss在B3點(diǎn)處下降是因?yàn)檎{(diào)制模式從同步模式(多脈沖)向逆變器輸出線間電壓的半個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)為I的同步模式(I個(gè)脈沖)轉(zhuǎn)移并且載波頻率(脈沖數(shù))降低。在輸入轉(zhuǎn)矩模式PTR_n的運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)的情況下，在B2點(diǎn)進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的原因與在開關(guān)損失低的情況下進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的情況相同，是因?yàn)椴灰蕾囉谵D(zhuǎn)矩模式PTR的大小而僅具有一種調(diào)制模式生成部保持的調(diào)制模式相對(duì)于速度的特性。相對(duì)于圖14，圖15是表示進(jìn)行控制以使在進(jìn)行調(diào)制模式切換控制的情況下全部轉(zhuǎn)矩模式(在圖15中，例示了 2種情況)中的損失不進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。在本實(shí)施 方式的電力變換裝置中，應(yīng)用圖15所示的控制方法。在調(diào)制模式切換的速度不依賴于轉(zhuǎn)矩模式而是固定的現(xiàn)有方法中，例如，如圖14所示，即使是不同的轉(zhuǎn)矩曲線，也以速度V。這一相同速度切換調(diào)制模式，因此，例如如轉(zhuǎn)矩模式η中的損失那樣，在開關(guān)損失高的情況下進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中。另一方面，在根據(jù)轉(zhuǎn)矩模式來切換調(diào)制模式切換的速度的本申請(qǐng)方法中，例如，如圖15所示，在轉(zhuǎn)矩模式η中以速度Vd切換，在轉(zhuǎn)矩模式η+1中以速度V。切換，因此，能夠抑制開關(guān)損失進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中。實(shí)施方式2.接著，針對(duì)實(shí)施方式2的電力變換裝置進(jìn)行說明。圖16是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的電力變換裝置的功能的框圖。在實(shí)施方式I的電力變換裝置中，電力供給部是直流電源，但是在實(shí)施方式2的電力變換裝置中，不同之處在于電力供給部是單相或三相的交流電源部。因此，根據(jù)圖3和圖16的比較很明確，在實(shí)施方式2的電力變換裝置中，設(shè)置有交流電源部35和將交流電源部35的輸出(交流電壓)變換為直流電壓的變換器主電路34，并且，在變換器主電路34與逆變器主電路32之間設(shè)置有作為直流電壓供給部的中間直流電壓部33。此外，在圖16中，在逆變器主電路32的輸出連接有以三相交流進(jìn)行工作的電動(dòng)機(jī)(例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī))31，在電動(dòng)機(jī)31設(shè)置有測(cè)定電動(dòng)機(jī)31的轉(zhuǎn)速的速度傳感器38。此外，在變換器主電路34設(shè)置有直接或間接地測(cè)定開關(guān)元件的安裝面的溫度的溫度傳感器41。變換器主電路34具有將由開關(guān)元件Scu、Sc V構(gòu)成的正側(cè)臂和由開關(guān)元件Scx、Scy構(gòu)成的負(fù)側(cè)臂分別串聯(lián)連接的電路部(支路)。即，在變換器主電路34中，構(gòu)成有具有2組支路的單相橋式電路。此外，在連接變換器主電路34的交流端子(各支路的中點(diǎn))與交流電源部35的線之間設(shè)置有對(duì)在變換器主電路34中流過的變換器電流值進(jìn)行測(cè)定的電流傳感器39。中間直流電壓部33是具有直流電的蓄積能力的結(jié)構(gòu)部，設(shè)想電池或電容器等。此夕卜，在中間直流電壓部33中設(shè)置有用于檢測(cè)直流電壓的電壓傳感器40。變換器控制部36是控制變換器主電路34的控制部，構(gòu)成為具備:運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部42、直流電壓指令生成部43、電壓指令生成部44、調(diào)制模式選擇部45和柵極指令生成部46。從位于變換器控制部36的最后級(jí)的柵極指令生成部46輸出柵極指令G，對(duì)變換器主電路34的開關(guān)元件(SciTScy)進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制，通過變換器主電路34將從交流電源部35供給的交流電變換為直流電，進(jìn)而通過逆變器主電路32變換為三相交流電，供給至電動(dòng)機(jī)31。再有，此時(shí)，變換器主電路34根據(jù)逆變器主電路32的輸出電流Iv使變換器電流IS變化，以使中間直流電壓部33的電壓值EFC等于直流電壓指令值EFC。逆變器控制部37是控制逆變器主電路32的控制部。向逆變器控制部37除了輸入速度傳感器38檢測(cè)出的速度信號(hào)V、電壓傳感器40檢測(cè)出的直流電壓EFC之外，還輸入來自各種傳感器的信號(hào)。再有，在作為逆變器主電路32的冷卻裝置而應(yīng)用沸騰冷卻裝置的情況下，也可以將與實(shí)施方式I的電力變換裝置相同的功能附加于逆變器控制部37。再有，關(guān)于在該情況下的功能，由于在實(shí)施方式I中詳細(xì)地進(jìn)行了說明，所以在此省略說明。接著，參照?qǐng)D17 圖19的各附圖對(duì)構(gòu)成變換器控制部36的各部分的結(jié)構(gòu)和工作進(jìn)行說明。在此，圖17是表示直流電壓指令生成部43的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖18是電壓指令生成部44的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖，圖19是表示調(diào)制模式選擇部45的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。再有，運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部42的功能和結(jié)構(gòu)與圖4所示的實(shí)施方式I的運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部14是同等的，在此省略說明。此外，柵極指令生成部46的功能和結(jié)構(gòu)與圖8所示的實(shí)施方式I的柵極指令生成部18是同等的，在此省略說明。再有，與實(shí)施方式I同樣地，如果是例如像鐵道車輛那樣運(yùn)轉(zhuǎn)指令的輸出部被設(shè)置于駕駛臺(tái)那樣的情況下，則不需要將這種運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部42的功能附加在逆變器控制部36偵U。如圖17所示，直流電壓指令生成部43具備動(dòng)力運(yùn)行直流電壓指令生成部171和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部172。直流電壓指令生成部43基于運(yùn)轉(zhuǎn)指令A(yù)和來自速度傳感器38的速度信號(hào)V，對(duì)變換器主電路34應(yīng)輸出的所需直流電壓指令進(jìn)行運(yùn)算，輸出電壓指令生成部44所需的直流電壓指令ECP。再有，在圖17中，用圖表示出了動(dòng)力運(yùn)行直流電壓指令生成部171和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部172生成的直流電壓指令ECP的模式，但是關(guān)于這些模式，可以通過函數(shù)計(jì)算來進(jìn)行求取，也可以做成表格保持在處理部?jī)?nèi)。此外，如圖18所示，電壓指令生成部44基于從直流電壓指令生成部43輸出的直流電壓指令ECP、電壓傳感器40測(cè)定出的直流電壓EFC、電流傳感器39測(cè)定出的變換器電流IS，生成在變換器主電路34中流通的變換器電流指令I(lǐng) SR，并且，基于該變換器電流指令I(lǐng)SR，將施加于變換器主電路34的電壓指令VR以電壓振幅、電壓頻率、調(diào)制系數(shù)等形式輸出至調(diào)制模式選擇部45和柵極指令生成部46。再有，在圖18中，作為電壓指令生成部44，示出了電流指令生成部181和電壓指令生成部182以該順序串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)來作為一個(gè)例子，但是不限定于該結(jié)構(gòu)。此外，關(guān)于這些電流指令生成部181和電壓指令生成部182的結(jié)構(gòu)，由于是公知的，所以在此省略詳細(xì)說明。此外，如圖19所示，調(diào)制模式選擇部45具備元件溫度估計(jì)部191和調(diào)制模式信號(hào)生成部192。元件溫度估計(jì)部191基于從電壓指令生成部44輸出的電壓指令VR、來自溫度傳感器41的元件安裝面溫度Tf、電流傳感器39檢測(cè)出的變換器電流IS，生成元件溫度估計(jì)值TE。再有，關(guān)于元件溫度估計(jì)值TE的估計(jì)處理，并不是使這些電壓指令VR、元件安裝面溫度Tf和變換器電流IS的全部成為必須的信號(hào)，而是例如可以僅使用元件安裝面溫度Tf來進(jìn)行估計(jì)，也可以使用電壓指令VR和變換器電流IS來進(jìn)行估計(jì)。調(diào)制模式信號(hào)生成部192基于元件溫度估計(jì)部191估計(jì)的元件溫度估計(jì)值TE，生成包含最適合于調(diào)制的載波頻率、脈沖模式等的調(diào)制模式信號(hào)PM并將其輸出至柵極指令生成部46。接著，參照?qǐng)D20的流程圖對(duì)調(diào)制模式信號(hào)PM的生成處理進(jìn)行說明。再有，該流程圖的處理由調(diào)制模式選擇部45的調(diào)制模式信號(hào)生成部192執(zhí)行。此外，向調(diào)制模式信號(hào)生成部192輸入有元件溫度估計(jì)部191生成的元件溫度估計(jì)值TE。在圖20中，調(diào)制模式信號(hào)生成部192基于元件溫度估計(jì)值TE，判別冷卻裝置的工作區(qū)域是否處于沸騰穩(wěn)定區(qū)域(圖2:D點(diǎn)飛點(diǎn))中(步驟S201)。在冷卻裝置的工作區(qū)域處于沸騰穩(wěn)定區(qū)域中的情況下，作為調(diào)制模式信號(hào)PM而選擇初始設(shè)定調(diào)制模式(步驟S202)，生成在該初始設(shè)定調(diào)制模式下的調(diào)制模式信號(hào)(步驟S206)，結(jié)束本流程。此外，在冷卻裝置的工作區(qū)域不是沸騰穩(wěn)定區(qū)域(圖2:E點(diǎn)右側(cè)、或D點(diǎn)左側(cè))的情況下，判別開關(guān)損失是過大還是過小(步驟S203)，在開關(guān)損失過大的情況(達(dá)到最大性能超過區(qū)域的情況)下，選擇載波頻率(脈沖數(shù))的下降指令(步驟S204)，生成在該指令下的調(diào)制模式信號(hào)PM (步驟S206)，結(jié)束本流程。另一方面，在步驟S203中，在開關(guān)損失過小的情況(達(dá)到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的情況)下，選擇載波頻率(脈沖數(shù))的增加指令(步驟S205)，生成在該指令下的調(diào)制模式信號(hào)PM(步驟S206)，結(jié)束本流程。接著，參照?qǐng)D21和圖22的附圖對(duì)實(shí)施方式2的電力變換裝置具有的效果進(jìn)行說明。圖21是表示變換器電流IS與開關(guān)損失SW_Loss的關(guān)系的圖。在變換器主電路中應(yīng)用的冷卻裝置是沸騰冷卻裝置的情況下，與逆變器主電路同樣地，存在沸騰不穩(wěn)定區(qū)域和冷卻裝置性能超過區(qū)域的概念。在圖21所示的例子中，當(dāng)變換器電流IS例如比Cl點(diǎn)小時(shí)，進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中。此外，在圖21所示的例子中，當(dāng)變換器電流IS例如比C2點(diǎn)大時(shí)，進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中。像這些這樣在Cl點(diǎn)進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中、在C2點(diǎn)進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中的原因是因?yàn)椴灰蕾囉谧儞Q器電流IS的大小而僅具有一種調(diào)制模式生成部保持的調(diào)制模式相對(duì)于變換器電流的特性。相對(duì)于圖21，圖22是表示進(jìn)行控制以使開關(guān)損失SW_LoSS不進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域和冷卻裝置性能超過區(qū)域中的情況的一個(gè)例子的圖。在本實(shí)施方式的電力變換裝置中，應(yīng)用圖22所示的控制方法。如圖22所示，在線性地進(jìn)行調(diào)制模式切換的變換器電流的現(xiàn)有方法中，即在調(diào)制模式切換相對(duì)于變換器電流的特性為固定的現(xiàn)有方法中，可能在變換器電流小的情況下進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中，在變換器電流大的情況下進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中。
另一方面，如果使用控制為若變換器電流IS變小則提高載波頻率(脈沖數(shù))，反之若變換器電流IS變大則降低載波頻率(脈沖數(shù))的本申請(qǐng)方法，即如果使用根據(jù)變換器電流IS使載波頻率(脈沖數(shù))上下變動(dòng)的本申請(qǐng)方法，則如圖22所示那樣能夠抑制開關(guān)損失進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，并且，還能夠抑制開關(guān)損失進(jìn)入到冷卻裝置性能超過區(qū)域中。再有，在圖22中，沸騰不穩(wěn)定區(qū)域和冷卻裝置性能超過區(qū)域的特性依賴于冷卻裝置的周圍溫度等而變動(dòng)，但是通過使載波頻率(脈沖數(shù))可變，從而能夠?qū)崿F(xiàn)決定限制(limit)特性的工作點(diǎn)(Cl點(diǎn)和C2點(diǎn))的位置的變更。因此，在本實(shí)施方式的電力變換裝置中，對(duì)于任意的變換器電流IS能夠可靠地抑制冷卻裝置進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域和冷卻裝置超過區(qū)域中。再有，在上述說明中，在變換器電流IS小的情況下，通過提高載波頻率(脈沖數(shù))，從而增加開關(guān)損失，抑制冷卻裝置進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中，但是通過增加變換器電流IS的無功電流分量，從而也能夠增加開關(guān)損失并且抑制冷卻裝置進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中。實(shí)施方式3.在實(shí)施方式3中，對(duì)逆變器主電路和變換器主電路中所具備的開關(guān)元件進(jìn)行說明。作為在電力變換裝置中使用的開關(guān)元件，通常是將以硅(Si)為材料的半導(dǎo)體晶體管元件(IGBT、MOSFET等)與同樣以硅為材料的二極管元件反向并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)的開關(guān)元件。在上述實(shí)施方式1、2中所說明的技術(shù)能夠用于具備該通常的開關(guān)元件的逆變器主電路和變換器主電路。另一方面，上述實(shí)施方式1、2的技術(shù)不限定于以硅為材料形成的開關(guān)元件。當(dāng)然也能夠用于具備代替該硅而以近年來受到關(guān)注的碳化硅(SiC)為材料的開關(guān)元件的逆變器主電路和變換器主電路。在此，由于碳化硅具有能夠?qū)崿F(xiàn)在高溫下的使用的特征，所以如果作為逆變器主電路或變換器主電路中所具備的開關(guān)元件而使用以碳化硅為材料的開關(guān)元件，則能夠減少裝載開關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊的開關(guān)損失。因此，在使用以碳化硅為材料的開關(guān)元件的情況下，由于開關(guān)損失變小，所以冷卻裝置變得容易陷入沸騰不穩(wěn)定區(qū)域，但是在本發(fā)明中，即使在冷卻裝置轉(zhuǎn)移至沸騰不穩(wěn)定區(qū)域的情況下，也能夠增加開關(guān)損失并且阻止進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中。再有，碳化硅(SiC)是具有帶隙比硅(Si)大的特性而被稱為寬帶隙半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的一個(gè)例子。除了該碳化硅以外，例如使用氮化鎵類材料或金剛石來形成的半導(dǎo)體也屬于寬帶隙半導(dǎo)體，它們的特性也與碳化硅類似之處較多。因此，使用碳化硅以外的其它寬帶隙半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)也是構(gòu)成本發(fā)明的主旨的結(jié)構(gòu)。此外，通過這樣的寬帶隙半導(dǎo)體形成的晶體管元件或二極管元件由于耐電壓性高，容許電流密度也高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)晶體管元件或二極管元件的小型化，通過使用這些小型化的晶體管元件或二極管元件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)裝入有這些元件的半導(dǎo)體模塊的小型化。此外，通過寬帶隙半導(dǎo)體形成的晶體管元件或二極管元件由于耐熱性也高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)散熱器的散熱片的小型化并且能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的進(jìn)一步小型化。進(jìn)而，通過寬帶隙半導(dǎo)體形成的晶體管元件或二極管元件由于電力損失低，所以能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)元件或二極管元件的高效率化，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的高效率化。再有，雖然希望開關(guān)元件或二極管元件這二者由寬帶隙半導(dǎo)體形成，但是也可以是任一個(gè)元件由寬帶隙半導(dǎo)體形成，能夠獲得上述實(shí)施方式所記載的效果。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
如上所述，本發(fā)明的電力變換裝置作為能夠可靠地抑制沸騰冷卻裝置的工作點(diǎn)進(jìn)入到沸騰不穩(wěn)定區(qū)域中的發(fā)明是有用的。附圖標(biāo)記的說明:
I冷卻裝置；
2冷凝器；
3蒸發(fā)器；
4制冷劑；
5散熱片；
6a、6b制冷劑室；
7開關(guān)元件；
8冷卻風(fēng)；
9熱風(fēng)；
11、31電動(dòng)機(jī)；
12逆變器主電路；
13直流電源部；
14,42運(yùn)轉(zhuǎn)指令生成部；
15轉(zhuǎn)矩指令生成部；
16、44、62、182電壓指令生成部；
17,45調(diào)制模式選擇部；
18,46柵極指令生成部；
19、38速度傳感器；
20、41溫度傳感器；
21、39電流傳感器；
22,40電壓傳感器；
23,37逆變器控制部；
23中間直流電壓部；
32逆變器主電路；
33中間直流電壓部；
34變換器主電路；
35交流電源部；
36變換器控制部；
43直流電壓指令生成部；
51動(dòng)力運(yùn)行/制動(dòng)選擇部；
52轉(zhuǎn)矩指令選擇部；
55動(dòng)力運(yùn)行轉(zhuǎn)矩指令生成部；
56制動(dòng)轉(zhuǎn)矩指令生成部；
61、181電流指令生成部；71、191元件溫度估計(jì)部；
72、192調(diào)制模式信號(hào)生成部；
81調(diào)制波生成部；
82載波生成部；
83比較器；
171動(dòng)力運(yùn)行直流電壓指令生成部。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，構(gòu)成為通過開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，將輸入的直流電或交流電變換為希望的交流電并輸出，使用對(duì)內(nèi)置的制冷劑的沸騰現(xiàn)象進(jìn)行利用的沸騰冷卻裝置來進(jìn)行所述開關(guān)元件的冷卻，其特征在于，具備: 控制部，生成能夠使所述制冷劑的沸騰穩(wěn)定的柵極指令來控制所述開關(guān)元件， 所述控制部具備: 調(diào)制模式選擇部，基于所述開關(guān)元件的溫度估計(jì)值即元件溫度估計(jì)值，判定所述冷卻裝置的穩(wěn)定度，基于該判定結(jié)果決定并選擇對(duì)所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的調(diào)制模式；以及 柵極指令生成部，基于所述調(diào)制模式選擇部選擇的調(diào)制模式，生成所述柵極指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述調(diào)制模式選擇部判別所述冷卻裝置的工作區(qū)域是否處于沸騰穩(wěn)定區(qū)域，在工作區(qū)域不是沸騰穩(wěn)定區(qū)域的情況下，對(duì)所述柵極指令生成部指示能夠使所述制冷劑的沸騰穩(wěn)定的柵極指令的生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述冷卻裝置被應(yīng)用于將直流電變換為交流電的逆變器主電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于，在從所述調(diào)制模式選擇部輸出至所述柵極指令生成部的指示信號(hào)中包含變更調(diào)制模式的指示、變更生成柵極指令所需的載波頻率的指示和變更柵極指令的一個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)的指示中的至少一個(gè)指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述調(diào)制模式選擇部具備:元件溫度估計(jì)部，基于來自檢測(cè)所述開關(guān)元件的安裝面溫度的溫度傳感器的溫度檢測(cè)信號(hào)，估計(jì)所述開關(guān)的溫度， 所述電力變換裝置使用所 述元件溫度估計(jì)部所估計(jì)的溫度來生成所述指示信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述調(diào)制模式選擇部具備:元件溫度估計(jì)部，基于在所述逆變器主電路中流過的電流、連接于所述逆變器主電路的電動(dòng)機(jī)的速度和施加于所述電動(dòng)機(jī)的電壓的指令值即電壓指令，估計(jì)所述開關(guān)的溫度， 所述電力變換裝置使用所述元件溫度估計(jì)部所估計(jì)的溫度來生成所述指示信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述冷卻裝置被應(yīng)用于將交流電變換為直流電的變換器主電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其特征在于，在從所述調(diào)制模式選擇部輸出至所述柵極指令生成部的指示信號(hào)中包含變更柵極指令的生成所需的載波頻率的指示、變更柵極指令的一個(gè)周期中所包含的脈沖數(shù)的指示和變更在所述變換器主電路中流通的電流的指示中的至少一個(gè)指示。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述調(diào)制模式選擇部具備:元件溫度估計(jì)部，基于來自檢測(cè)所述開關(guān)元件的安裝面溫度的溫度傳感器的溫度檢測(cè)信號(hào)，估計(jì)所述開關(guān)的溫度， 所述電力變換裝置使用所述元件溫度估計(jì)部所估計(jì)的溫度來生成所述指示信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述調(diào)制模式選擇部具備:元件溫度估計(jì)部，基于在所述變換器主電路中流過的電流和與施加于所述變換器主電路的電壓相關(guān)的指令值即電壓指令，估計(jì)所述開關(guān)的溫度， 所述電力變換裝置使用所述元件溫度估計(jì)部所估計(jì)的溫度來生成所述指示信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于，所述調(diào)制模式選擇部進(jìn)行使在所述變換器主電路中流通的電流的無功電流分量增加的控制，使所述開關(guān)元件的開關(guān)損失增大。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述沸騰穩(wěn)定區(qū)域是所述制冷劑的沸騰穩(wěn)定的工作區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述沸騰穩(wěn)定區(qū)域是所述制冷劑的沸騰穩(wěn)定的工作區(qū)域，而且是不超過所述開關(guān)元件的使用極限的工作區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求f13中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，構(gòu)成所述開關(guān)元件的晶體管元件和二極管元件中的至少一個(gè)由寬帶隙半導(dǎo)體形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電力變換裝置，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體是使用了碳化硅、氮化鎵類材 料或金剛石的半導(dǎo)體。
全文摘要
一種電力變換裝置，構(gòu)成為使用對(duì)內(nèi)置的制冷劑的沸騰現(xiàn)象進(jìn)行利用的沸騰冷卻裝置來進(jìn)行開關(guān)元件的冷卻，其中，生成能夠使制冷劑的沸騰穩(wěn)定的柵極指令來控制開關(guān)元件(Su~Sz)的逆變器控制部(23)具備調(diào)制模式選擇部(17)，基于開關(guān)元件(Su~Sz)的溫度估計(jì)值即元件溫度估計(jì)值判定冷卻裝置的穩(wěn)定度，基于該判定結(jié)果決定并選擇對(duì)開關(guān)元件(Su~Sz)進(jìn)行控制的調(diào)制模式(PM)；以及柵極指令生成部(18)，基于調(diào)制模式選擇部(17)選擇的調(diào)制模式(PM)，生成柵極指令(G)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK103222174SQ20108007042
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者菅原徹大 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社