電力轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】一種電力轉(zhuǎn)換裝置，能抑制因直流部電壓的脈動而產(chǎn)生的電動機(jī)的振動和噪聲。設(shè)置逆變器電路（4），該逆變器電路（4）將具有脈動分量的直流部電壓（vdc）轉(zhuǎn)換為交流電，并輸出至永磁同步電動機(jī)（7）。設(shè)置控制部（5），該控制部（5）通過矢量控制來控制逆變器電路（4），在基本電壓矢量不包含零矢量（電動機(jī)端子電壓為零的電壓矢量）的控制狀態(tài)下，該控制部（5）進(jìn)行控制，以根據(jù)脈動使永磁同步電動機(jī)（7）的d軸電壓矢量和q軸電壓矢量這兩個(gè)電壓矢量的合成電壓矢量（V0）的從q軸觀察到的相位產(chǎn)生脈動。
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對輸入進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率及規(guī)定電壓的輸出交流電的電力
轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，已知有一種具有逆變器電路的電力轉(zhuǎn)換裝置。逆變器電路是通過切換控制高效地將直流電力轉(zhuǎn)換為可變頻率、可變電壓的交流電力的電路。
[0003]在這種電力轉(zhuǎn)換裝置中，存在在直流部中使用小容量平滑電容的所謂無電解電容逆變器電路(例如參照專利文獻(xiàn)I)。在無電解電容逆變器電路中，在二極管整流電路的輸出側(cè)設(shè)有構(gòu)成為例如數(shù)百μ F左右的小容量的平滑電容，以代替現(xiàn)有的大容量平滑電容(電解電容)。在三相交流電被全波整流而輸入的無電解電容逆變器電路中，直流部電壓以電源(三相交流)的六倍頻率脈動，當(dāng)基本電壓矢量不含有零矢量(電動機(jī)端子電壓為零的電壓矢量)的控制狀態(tài)(以下稱為過調(diào)制狀態(tài))時(shí)，會產(chǎn)生電動機(jī)的振動、聲音等的不良情況。因此，通常，在三相無電解電容逆變器中，不進(jìn)行過調(diào)制控制，從而形成為三相無電解電容逆變器中的電壓利用率降低、設(shè)備損失增加的原因。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2002-51589號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明著眼于上述問題而作，其目的在于，在對脈動的直流電進(jìn)行切換而轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率及規(guī)定電壓的輸出交流電并輸出至永磁同步電動機(jī)的電力轉(zhuǎn)換裝置中，即便在過調(diào)制狀態(tài)下，也能抑制因直流部電壓的脈動而產(chǎn)生的電動機(jī)的振動和噪聲，并防止三相無電解電容逆變器的電壓利用率降低、設(shè)備損失的增大。
[0009]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，第一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的特征是，包括:逆變器電路4，該逆變器電路4對具有脈動分量的直流部電壓vdc進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率及規(guī)定電壓的輸出交流電，并輸出至永磁同步電動機(jī)7 ；以及控制部5，該控制部5通過矢量控制來控制上述逆變器電路4，其中，上述矢量控制是指組合基本電壓矢量來控制切換，在上述基本電壓矢量不包含零矢量的控制狀態(tài)下，該控制部5進(jìn)行控制，以根據(jù)上述脈動分量使上述永磁同步電動機(jī)7的d軸電壓矢量和q軸電壓矢量這兩個(gè)電壓矢量的合成電壓矢量VO的從q軸觀察到的相位產(chǎn)生脈動，其中，上述零矢量是指電動機(jī)端子電壓為零的電壓矢量。
[0011]在該結(jié)構(gòu)中，在過調(diào)制狀態(tài)下，根據(jù)上述脈動使逆變器電路4的輸出的基波分量的相位發(fā)生變化，因此，能降低逆變器電路4的直流部電壓脈動的影響，并能進(jìn)行過調(diào)制控制，從而能防止電壓利用率降低、設(shè)備損失的增大。[0012]另外，第二發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5根據(jù)與上述永磁同步電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩相關(guān)的指標(biāo)和/或轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)上述相位的脈動的相位。
[0013]在該結(jié)構(gòu)中，根據(jù)與轉(zhuǎn)矩相關(guān)的指標(biāo)或轉(zhuǎn)速對上述相位的脈動的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0014]另外，第三發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明或第二發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5以輸出連續(xù)通電期間為180度的三相交流電的方式進(jìn)行上述逆變器電路4的控制。
[0015]在該結(jié)構(gòu)中，在輸出各相的通電期間為180度的三相交流電的逆變器電路(所謂六步逆變器)中，不僅減小了輸出電流的脈動等不良情況的影響，還能提高電壓利用率，并能削減設(shè)備損失。
[0016]另外，第四發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，當(dāng)上述控制部5以上述逆變器電路4的輸出的相電壓為180度通電的方式進(jìn)行控制時(shí)，在每隔180度到來的相電壓切換時(shí)間點(diǎn)，以存在為了消除電壓誤差而輸出脈沖電壓的載波周期的方式進(jìn)行上述逆變器電路4的控制。
[0017]在該結(jié)構(gòu)中，能利用插入的脈沖電壓調(diào)節(jié)逆變器電路4的輸出電壓。
[0018]另外，第五發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5以上述逆變器電路4的輸出電流的有效值降低的方式使上述基波分量的相位變化。
[0019]在該結(jié)構(gòu)中，將輸出電流的有效值作為指標(biāo)來使基波分量的相位變化。
[0020]另外，第六發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5以上述逆變器電路4的輸出電流的基波分量的有效值降低的方式使上述基波分量的相位變化。
[0021]在該結(jié)構(gòu)中，將輸出電流的基波分量的有效值作為指標(biāo)來使上述相位變化。
[0022]另外，第七發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5以上述逆變器電路4的輸出電流的峰值降低的方式使上述基波分量的相位變化。
[0023]在該結(jié)構(gòu)中，將輸出電流的峰值作為指標(biāo)來使基波分量的相位變化。
[0024]另外，第八發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5求出上述永磁同步電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩，并以該轉(zhuǎn)矩的變化降低的方式使上述基波分量的相位變化。
[0025]在該結(jié)構(gòu)中，將永磁同步電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩作為指標(biāo)來使基波分量的相位變化。
[0026]另外，第九發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述控制部5以能改善上述永磁同步電動機(jī)7的功率系數(shù)的方式使上述基波分量的相位變化。
[0027]在該結(jié)構(gòu)中，將永磁同步電動機(jī)7的輸出功率系數(shù)作為指標(biāo)來使基波分量的相位變化。
[0028]另外，第十發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置是在第一發(fā)明至第四發(fā)明中任一發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)上，其特征是，上述電力轉(zhuǎn)換裝置包括直流供給部2、3，該直流供給部2、3將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為脈動的直流電并供給至上述逆變器電路4，上述控制部5以朝上述直流供給部2、3輸入的電流的高次諧波降低的方式使上述基波分量的相位變化。
[0029]在該結(jié)構(gòu)中，將朝直流供給部2、3輸入的電流的高次諧波作為指標(biāo)來使基波分量的相位變化。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)第一發(fā)明，能減小逆變器電路4的輸出電流的脈動，因此，能降低因直流部電壓的脈動而產(chǎn)生的不良情況，并能進(jìn)行過調(diào)制控制。
[0032]根據(jù)第二發(fā)明，能更有效地獲得第一發(fā)明的效果。
[0033]另外，根據(jù)第三發(fā)明，在所謂六步逆變器中，能實(shí)現(xiàn)電壓利用率的提高和設(shè)備損失的削減。
[0034]另外，根據(jù)第四發(fā)明，能更準(zhǔn)確地控制逆變器電路4的輸出電壓。
[0035]另外，在第五發(fā)明至第十發(fā)明中，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)確定基波分量的相位變化，并降低因逆變器電路4的直流部電壓脈動而產(chǎn)生的不良情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式一的電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0037]圖2是逆變器電路的輸出空間矢量調(diào)制圖。
[0038]圖3是電壓方程式的各矢量的關(guān)系圖。
[0039]圖4是說明實(shí)施方式一的控制部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0040]圖5是表示在不利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)而驅(qū)動電動機(jī)的情況下的輸出電流等的波形的圖。
[0041]圖6是表示在利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)后驅(qū)動電動機(jī)的情況下的輸出電流等的波形的圖。
[0042]圖7是表示在不利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)得比圖5、圖6的例子快的情況下的輸出電流等的波形的圖。
[0043]圖8是表示在利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)后以與圖7相同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)的情況下的輸出電流等的波形的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下，參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外，以下的實(shí)施方式本質(zhì)上是優(yōu)選的例示，并不意味著限制本發(fā)明、其應(yīng)用物或其用途范圍。
[0045]《發(fā)明的實(shí)施方式一》
[0046](整體結(jié)構(gòu))
[0047]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式一的電力轉(zhuǎn)換裝置I的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示，電力轉(zhuǎn)換裝置I包括轉(zhuǎn)換器電路2、直流部3、逆變器電路4及控制部5，其將由三相交流電源6供給來的交流電力轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率的電力，并供給至電動機(jī)7。另外，本實(shí)施方式的電動機(jī)7是永磁同步電動機(jī)。更具體而言，電動機(jī)7是埋入式永磁電動機(jī)(以下也稱為IPM電動機(jī)，IPM:1nterior PermanentMagnet Motor (內(nèi)置式永磁電動機(jī)))。電動機(jī)7例如對設(shè)于空調(diào)機(jī)的制冷劑回路的壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。
[0048](轉(zhuǎn)換器電路2)[0049]轉(zhuǎn)換器電路2與三相交流電源6連接，并對三相交流電源6輸出的三相交流進(jìn)行全波整流。在該例中，轉(zhuǎn)換器電路2是多個(gè)(本實(shí)施方式中為六個(gè))二極管Dl?D6被連接成橋狀的二極管電橋電路。
[0050](直流部3)
[0051]直流部3包括電容3a。電容3a經(jīng)由電抗器L與轉(zhuǎn)換器電路2的輸出節(jié)點(diǎn)并聯(lián)連接。另外，電容3a與逆變器電路4的輸入節(jié)點(diǎn)間連接，在該電容3a的兩端產(chǎn)生的直流電壓(直流部電壓vdc)施加于逆變器電路4。
[0052]電容3a具有當(dāng)逆變器電路4的切換元件(后述)進(jìn)行切換動作時(shí)、能僅對與切換頻率相對應(yīng)地產(chǎn)生的紋波電壓(電壓變化)進(jìn)行平滑化的靜電容量。即，電容3a是不具有對由轉(zhuǎn)換器電路2整流后的電壓(因電源電壓而產(chǎn)生的電壓變化)進(jìn)行平滑化這樣的靜電容量的小容量電容。電容3a例如由薄膜電容構(gòu)成。
[0053]通過將電容3a設(shè)為這種靜電容量，直流部3輸出的直流部電壓vdc具有脈動分量。交流電源6是三相交流電源，因此，直流部電壓vdc以電源頻率(例如50Hz)的六倍頻率進(jìn)行脈動。由該直流部3和上述轉(zhuǎn)換器電路2構(gòu)成本發(fā)明的直流供給部2、3的一例。
[0054](逆變器電路4)
[0055]逆變器電路4對直流部3的輸出進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為三相交流，并供給至連接的電動機(jī)7。逆變器電路4是將多個(gè)切換元件橋式連接而構(gòu)成的。切換元件S由IGBT(Insulated-gate bipolar transistor:絕緣柵雙極晶體管)構(gòu)成。當(dāng)然,切換元件S也可由例如FET (Field effect transistor:場效應(yīng)晶體管)等其他種類的半導(dǎo)體元件構(gòu)成。
[0056]該逆變器電路4將三相交流輸出至電動機(jī)7，因此，包括六個(gè)切換元件S。詳細(xì)而言，逆變器電路4包括將兩個(gè)切換元件彼此串聯(lián)連接而成的三個(gè)切換腿，在各切換腿上，上橋臂的切換元件S和下橋臂的切換元件S的中點(diǎn)分別與電動機(jī)7的各相的線圈(未圖示)連接。
[0057]另外，各切換元件S上反并聯(lián)連接著回流二極管D。此外，逆變器電路4通過這些切換元件S的導(dǎo)通斷開動作對從直流部3輸入的直流部電壓vdc進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為三相交流電壓。另外，控制部5進(jìn)行該導(dǎo)通斷開動作的控制。
[0058](控制部5)
[0059]控制部5包括微型計(jì)算機(jī)和使該微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行動作的程序，并恰當(dāng)?shù)貙WM控制模式(PWM:pulse width modulation (脈沖寬度調(diào)制))、過調(diào)制控制模式(后述)進(jìn)行切換以控制上述切換。過調(diào)制控制模式是在欲使逆變器電路4的輸出的主分量(也稱為基波分量)的振幅比直流部電壓vdc大的情況下被選擇的。
[0060]控制部5通過矢量控制對逆變器電路4中的切換進(jìn)行控制。圖2是逆變器電路4的輸出空間矢量調(diào)制圖。圖2中，示出了輸出三相交流電的逆變器電路的基本電壓矢量。各基本電壓矢量表示是否使上橋臂的任意切換元件S導(dǎo)通。例如，矢量(100)示出了在上橋臂僅使U相的切換元件S導(dǎo)通。在三相逆變器電路的PWM控制模式中，對與朝向圖2的六邊形的各頂點(diǎn)的六個(gè)基本電壓矢量以及不具有大小的兩個(gè)零矢量(000 )、( 111)這合計(jì)八個(gè)基本電壓矢量分別相對應(yīng)的八個(gè)切換狀態(tài)進(jìn)行切換，以輸出期望的電壓及相位的交流電。
[0061]另一方面，本實(shí)施方式的過調(diào)制控制模式是指逆變器電路4的輸出通過載波信號的一個(gè)周期控制在未出現(xiàn)全相高或全相低的圖案的狀態(tài)下的模式。圖2中，是斜線所示的區(qū)域。在過調(diào)制控制模式中，連續(xù)幾個(gè)載波周期地將規(guī)定的切換元件S固定于導(dǎo)通或斷開狀態(tài)。藉此，能使上述基波分量比PWM控制模式時(shí)高。
[0062]在過調(diào)制控制模式中，控制部5根據(jù)以下考慮對逆變器電路4進(jìn)行控制。
[0063]以下所示的式子是IPM電動機(jī)的電壓方程式。另外，圖3是電壓方程式的各矢量的關(guān)系圖。
[0064][數(shù)學(xué)式I]
[0065]Vd= (Ra+pLd).id-coLq.iq
[0066]vq= (Ra+pLq).iq-coLd.id+ω Ψ3
[0067]Wa:永磁體形成的交鏈磁通
[0068]vd, Vd:電動機(jī)d、q軸電壓
[0069]id, iq:電動機(jī)d、q軸電流
[0070]Ld, Lq:電動機(jī)d、q軸電感[0071 ] Ra:電動機(jī)電樞繞組電阻
[0072]直流部電壓Vdc如上所述以三相交流電源6的輸出電壓頻率的六倍頻率進(jìn)行脈動。這樣，由上述電壓方程式可知，逆變器電路4的輸出電壓的大小以三相交流電源6的輸出電壓頻率的六倍頻率進(jìn)行脈動。施加于電動機(jī)7的電壓使用d軸及q軸電壓vd、vq表示為V (V d a 2 + V q a 2)。因施加于電動機(jī)7的電壓的脈動影響也使d軸及q軸電流id、iq脈動。此外，d軸電流id、q軸電流iq的脈動成為電動機(jī)7的輸出轉(zhuǎn)矩變化、輸出電流有效值增大的原因。
[0073]因此，在控制部5中，在過調(diào)制控制模式中，根據(jù)直流部電壓vdc的脈動使電動機(jī)7的d軸電壓矢量和q軸電壓矢量這兩個(gè)電壓矢量的合成電壓矢量VO的從q軸觀察到的相位arctan (vd/vq)變化(脈動)。以下,也將合成電壓
[0074]矢量VO的相位簡稱為電壓相位。另外，此處的合成電壓矢量VO考慮了基波分量。另外，將電動機(jī)7的轉(zhuǎn)子的磁體的N極朝向定義為d軸，并將進(jìn)一步前進(jìn)/ 2的方向定義為q軸。當(dāng)將電動機(jī)7的定子(線圈)的電流及電壓u、v、w與轉(zhuǎn)子的位置Θ —致地轉(zhuǎn)換時(shí)，分別成為d、q軸電流及d、q軸電壓。
[0075]圖4是說明實(shí)施方式一的控制部5的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖4所示，控制部5包括直流部電壓檢測部51、過零檢測部52、振幅相位檢測部53、輸出脈沖檢測部54、輸出電流檢測部55、輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56及逆變器控制信號算出部57。
[0076]一直流部電壓檢測部51、過零檢測部52 —
[0077]直流部電壓檢測部51對直流部電壓vdc進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果輸出至振幅相位檢測部53及逆變器控制信號算出部57。過零檢測部52對三相交流電源6的線電壓為零的時(shí)間點(diǎn)(所謂過零)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果輸出至振幅相位檢測部53。
[0078]一振幅相位檢測部53 —
[0079]振幅相位檢測部53算出直流部電壓vdc中含有的交流分量的相位及振幅。直流部電壓vdc的交流分量具有三相交流電源6的電壓(電源電壓)頻率的六倍頻率，上述電源電壓的相位和直流部電壓vdc的交流分量的相位存在相間關(guān)系。因此，振幅相位檢測部53根據(jù)過零檢測部52的過零的檢測結(jié)果求出直流部電壓vdc的交流分量的相位。
[0080]另外，根據(jù)直流部電壓檢測部51檢測出的直流部電壓vdc和上述過零的檢測結(jié)果算出直流部電壓vdc中含有的交流分量的振幅。
[0081]一輸出脈沖檢測部54 —
[0082]輸出脈沖檢測部54對逆變器電路4的各相(U相、V相、W相)的電壓(相電壓vu、W.vw)的脈沖寬度進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果輸出至逆變器控制信號算出部57。
[0083]一輸出電流檢測部55 —
[0084]輸出電流檢測部55對逆變器電路4的各相(U相、V相、W相)的電流iu、iv、iw進(jìn)行檢測，并將檢測值轉(zhuǎn)換為電動機(jī)7的d軸電流id和q軸電流iq而輸出至輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56及逆變器控制信號算出部57。
[0085]一輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56 —
[0086]輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56以d軸及q軸電流id、iq (逆變器電路4的輸出電流)的有效值(以下稱為輸出電流有效值)在過調(diào)制控制模式下變小的方式根據(jù)直流部電壓vdc的脈動使上述電壓相位變化(脈動)。即，在過調(diào)制控制模式中，與直流部電壓Vdc的脈動一致地使上述電壓相位前進(jìn)或延遲。例如，當(dāng)使上述電壓相位前進(jìn)時(shí)，電流iu、1、iw增加，當(dāng)使相位延遲時(shí)，電流iu、iv、iw減少。
[0087]此處，上述輸出電流有效值表示為V ( i d a 2 + i q a 2)。若使用由輸出電流檢測部55求出的值以作為d軸及q軸電流id、iq的值，則能算出上述輸出電流有效值。在本實(shí)施方式中，在控制部5中進(jìn)行反饋控制，以探索出使電壓相位變化時(shí)的變化幅度。
[0088]一逆變器控制信號算出部57 —
[0089]逆變器控制信號算出部57接收到直流部電壓檢測部51的輸出、輸出脈沖檢測部54的輸出，并根據(jù)上述輸出生成對逆變器電路4的各切換元件S進(jìn)行驅(qū)動的柵極信號G。例如，在過調(diào)制控制模式中，逆變器控制信號算出部57以上述電壓相位按由輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56求出的振擺寬度變化的方式求出使各切換元件S導(dǎo)通或斷開的時(shí)間點(diǎn)，并生成相對于各切換兀件S的柵極信號G。
[0090](電力轉(zhuǎn)換裝置I的動作)
[0091]PWN控制模式下的動作與一般的逆變器電路相同。另一方面，在過調(diào)制控制模式中，在振幅相位檢測部53處算出直流部電壓vdc中含有的交流分量的相位及振幅。此外，在輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56處求出上述輸出電流有效值，并以該值比當(dāng)前值小的方式求出新的上述電壓相位的振幅。此外，以電壓相位根據(jù)直流部電壓vdc的脈動按新的振幅進(jìn)行變化的方式，利用逆變器控制信號算出部57對逆變器電路4的切換進(jìn)行控制。
[0092]圖5是表示在不利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)而驅(qū)動電動機(jī)7的情況下的輸出電流等的波形的圖。圖5的電壓相位調(diào)制波形表示基于輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56的上述電壓相位的脈動的控制狀態(tài)。在該例中，電壓相位調(diào)節(jié)波形是扁平的，該電壓相位調(diào)制波形表示未利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)不使上述電壓相位變化(脈動)時(shí)，輸出電流波形被調(diào)制而形成為具有較大起伏的波形。
[0093]另一方面，圖6是表不在利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)后驅(qū)動電動機(jī)7的情況下的輸出電流等的波形的圖。如圖6所示，在該例中，電壓相位調(diào)節(jié)波形脈動，與直流部電壓vdc的脈動相一致地使上述電壓相位前進(jìn)或延遲。通過這樣使上述電壓相位脈動，使輸出電流的波形消除圖5的例子這樣的“起伏”。另外，在圖6的例子中，在時(shí)刻tl，直流部電壓vdc是脈動的峰部，在該時(shí)間點(diǎn)，電壓相位調(diào)節(jié)波形的相位大致為0°。[0094]另外，圖7是表示在不利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)而使電動機(jī)7旋轉(zhuǎn)得比圖5、圖6的例子快的情況下的輸出電流等的波形的圖。在該情況下，電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩降低了。在圖7的例子中也是，當(dāng)不根據(jù)直流部電壓vdc的脈動使上述電壓相位變化(脈動)時(shí)，輸出電流波形形成為被調(diào)制而較大起伏的波形。
[0095]圖8是表示在利用輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56進(jìn)行電壓相位調(diào)節(jié)后以與圖7相同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)7的情況下的輸出電流等的波形的圖。在圖8的例子中也是，電壓相位調(diào)節(jié)波形脈動，與直流部電壓vdc的脈動相一致地使上述電壓相位前進(jìn)或延遲。另外，電壓相位調(diào)節(jié)波形的振幅(即相位的變化幅度)比圖6的例子大。即，根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩恰當(dāng)?shù)貙﹄妷合辔徽{(diào)節(jié)波形的振幅進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，通過使上述電壓相位脈動而使輸出電流的波形消除起伏(參照圖7、圖8 )。另外，在圖8的例子中，在時(shí)刻11，直流部電壓vdc是脈動的底部，在該時(shí)間點(diǎn)，電壓相位調(diào)節(jié)波形的相位也大致為0°。即，與圖6的例子相比，電壓相位調(diào)節(jié)波形的相位不同。即，電壓相位調(diào)節(jié)波形與電動機(jī)7的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的改變相一致地調(diào)節(jié)振幅、相位，這是優(yōu)選的。
[0096]另外，為了確定電壓相位調(diào)節(jié)波形的振幅、相位，未必一定需要對電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行檢測。例如，只要使用輸出電流、電壓或電力等與電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩相關(guān)的指標(biāo)即可。另夕卜，未必需要使用與電動機(jī)7的轉(zhuǎn)矩相關(guān)的指標(biāo)及轉(zhuǎn)速這兩方，也能根據(jù)任一方調(diào)節(jié)電壓相位調(diào)節(jié)波形的振幅、相位。
[0097](本實(shí)施方式的效果)
[0098]這樣，若能控制上述電壓相位而使上述輸出電流有效值變小，則逆變器電路4的輸出電流中含有的輸出頻率以外的分量變小。另外，若上述輸出電流有效值變小，則能使逆變器電路4小容量化。另外,也能降低電動機(jī)7的損失。
[0099](實(shí)施方式一的變形例)
[0100]另外，在控制部5中，也可抽出輸出電流的基波分量，并以該基波分量的有效值(以下也稱為輸出電流基波有效值)降低的方式對上述電壓相位進(jìn)行控制。這樣，能使逆變器電路4小容量化。另外,也能降低電動機(jī)7的損失。
[0101]另外，在控制部5中，也可以以輸出電流的峰值降低的方式對上述電壓相位進(jìn)行控制。這樣，能使功率設(shè)備小型化。
[0102]《發(fā)明的實(shí)施方式二》
[0103]實(shí)施方式二的電力轉(zhuǎn)換裝置I將電動機(jī)7的輸出轉(zhuǎn)矩作為指標(biāo)對上述電壓相位進(jìn)7TT控制，以代替將輸出電流作為指標(biāo)。
[0104]電動機(jī)7的電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也能通過電流矢量i與電樞交鏈磁通矢量的外積加以求出。具體而言，輸出轉(zhuǎn)矩能用下式加以表示。
[0105][數(shù)學(xué)式2]
[0106]i.Ψ.sin Φ
[0107]1:電流矢量大小
[0108]Ψ:交鏈磁通矢量大小
[0109]φ:兩矢量的角度
[0110]本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置I以電動機(jī)7的輸出轉(zhuǎn)矩作為指標(biāo)對上述電壓相位進(jìn)行控制，以代替將輸出電流作為指標(biāo)。電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由電動機(jī)電壓、電流、旋轉(zhuǎn)速度確定。因此，若控制電壓相位，則能控制轉(zhuǎn)矩。具體而言，通過在輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56中，進(jìn)行反饋控制使上述電壓相位變化來實(shí)現(xiàn)。
[0111](本實(shí)施方式的效果)
[0112]如上所述，通過控制電動機(jī)7的輸出轉(zhuǎn)矩，能使輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定化。其結(jié)果是，能抑制電動機(jī)7的振動、聲音。
[0113]《發(fā)明的實(shí)施方式三》
[0114]實(shí)施方式三的電力轉(zhuǎn)換裝置I將逆變器電路4的輸出功率系數(shù)作為指標(biāo)對上述電壓相位進(jìn)行控制，以代替將輸出電流作為指標(biāo)。輸出功率系數(shù)由合成電壓矢量VO的相位與電流矢量i的相位的關(guān)系確定。因此，若控制上述電壓相位，則能控制輸出功率系數(shù)。具體而言，通過在輸出電壓相位調(diào)節(jié)部56中，進(jìn)行反饋控制使上述電壓相位變化來實(shí)現(xiàn)。
[0115]若能改善輸出功率系數(shù)，則能使逆變器電路4、電動機(jī)7小型化。
[0116]《發(fā)明的實(shí)施方式四》
[0117]在朝逆變器電路4輸入的輸入電流中，包含有高次諧波分量。因此，實(shí)施方式四的電力轉(zhuǎn)換裝置I將逆變器電路4的輸入電流的高次諧波電平作為指標(biāo)來調(diào)節(jié)上述電壓相位的變化幅度和時(shí)間點(diǎn)，以代替將輸出電流作為指標(biāo)。
[0118]這樣，能降低因電流高次諧波而對電源造成影響。
[0119]《發(fā)明的實(shí)施方式五》
[0120]為了在振幅相位檢測部53中抽出交流分量，需使電源頻率是已知的。然而，該電源頻率既存在偏差的情況，也會因國家而不同。因此，在控制部5中，也可通過對由過零檢測部52檢測出的過零的間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)來求出電源頻率。
[0121]另外，在振幅相位檢測部53中，也可推定出數(shù)個(gè)載波周期前的直流部3的交流分量的相位、振幅。控制部5如上所述包括微型計(jì)算機(jī)，但該微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算需要規(guī)定的時(shí)間。當(dāng)該運(yùn)算時(shí)間變長時(shí)，交流分量在實(shí)際控制上述電壓相位的時(shí)間點(diǎn)的相位、振幅與由振幅相位檢測部53檢測出的相位、振幅的偏差可能會變大。因此，這樣，以推定出數(shù)個(gè)載波周期前的直流部3的交流分量的相位、振幅的方式構(gòu)成振幅相位檢測部53，從而能提高上述電壓相位的控制性。
[0122]上述直流部3的交流分量的相位振幅的檢測方法是例示。除此之外，例如也可通過從直流部電壓vdc抽出交流分量，并求出該交流分量為最小電壓的時(shí)間點(diǎn)，對該交流分量的相位及振幅進(jìn)行檢測。
[0123]另外，直流部電壓vdc中含有的交流分量的相位及振幅的檢測也可組合求出由多種方法獲得的結(jié)果的平均等多個(gè)方法。
[0124]《其它實(shí)施方式》
[0125](I)另外，電力轉(zhuǎn)換裝置I也可構(gòu)成為使逆變器電路4作為所謂六步逆變器進(jìn)行動作。在所謂六步逆變器中，輸出各相的通電期間為180度的交流電。該控制只要能由控制部5進(jìn)行即可。
[0126](2)另外，在以輸出各相的通電期間為180度的交流電的方式利用控制部5控制逆變器電路4的情況下，以規(guī)定寬度的脈沖電壓插入逆變器電路4的輸出的方式進(jìn)行逆變器電路4的控制是較為理想的。例如，當(dāng)逆變器電路4的輸出切換時(shí)間點(diǎn)(相位)和載波信號的相位產(chǎn)生偏差時(shí)，輸出電壓可能會產(chǎn)生誤差。因此，從逆變器電路4輸出規(guī)定寬度的脈沖以用于電壓調(diào)節(jié)。
[0127](3)另外，用作電動機(jī)7的IPM電動機(jī)是例示。除此之外，也可使用所謂SPM電動機(jī)(Surface Permanent Magnet Motor:表面式永磁電動機(jī))。
[0128]工業(yè)上的可利用性
[0129]本發(fā)明作為對輸入進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率及規(guī)定電壓的輸出交流電的電力轉(zhuǎn)換裝置是有用的。
[0130]符號說明
[0131]I電力轉(zhuǎn)換裝置
[0132]2轉(zhuǎn)換器電路
[0133]3直流部
[0134]4逆變器電路
[0135]5控制部
[0136]7電動機(jī)(永磁同步電動機(jī))
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括: 逆變器電路(4)，該逆變器電路(4)對具有脈動分量的直流部電壓(Vdc )進(jìn)行切換以轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率及規(guī)定電壓的輸出交流電，并輸出至永磁同步電動機(jī)(7 );以及 控制部(5 )，該控制部(5 )通過矢量控制來控制所述逆變器電路(4)，其中，所述矢量控制是指組合基本電壓矢量來控制切換，在所述基本電壓矢量不包含零矢量的控制狀態(tài)下，該控制部(5)進(jìn)行控制，以根據(jù)所述脈動分量使所述永磁同步電動機(jī)(7)的d軸電壓矢量和q軸電壓矢量這兩個(gè)電壓矢量的合成電壓矢量(VO)的從q軸觀察到的相位產(chǎn)生脈動，其中，所述零矢量是指電動機(jī)端子電壓為零的電壓矢量。
2.如權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)根據(jù)與所述永磁同步電動機(jī)(7)的轉(zhuǎn)矩相關(guān)的指標(biāo)和/或轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)所述相位的脈動的相位。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)以輸出連續(xù)通電期間為180度的三相交流電的方式進(jìn)行所述逆變器電路(4)的控制。
4.如權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 當(dāng)所述控制部(5)以所述逆變器電路(4)的輸出的相電壓為180度通電的方式進(jìn)行控制時(shí)，在每隔180度到來的相電壓切換時(shí)間點(diǎn)，以存在為了消除電壓誤差而輸出脈沖電壓的載波周期的方式進(jìn)行所述逆變器電路(4)的控制。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)以所述逆變器電路(4)的輸出電流的有效值降低的方式使所述基波分量的相位變化。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)以所述逆變器電路(4)的輸出電流的基波分量的有效值降低的方式使所述基波分量的相位變化。
7.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)以所述逆變器電路(4)的輸出電流的峰值降低的方式使所述基波分量的相位變化。
8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)求出所述永磁同步電動機(jī)(7)的轉(zhuǎn)矩，并以該轉(zhuǎn)矩的變化降低的方式使所述基波分量的相位變化。
9.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述控制部(5)以能改善所述永磁同步電動機(jī)(7)的功率系數(shù)的方式使所述基波分量的相位變化。
10.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電力轉(zhuǎn)換裝置包括直流供給部(2、3 )，該直流供給部(2、3 )將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為脈動的直流電并供給至所述逆變器電路(4 )， 所述控制部(5)以朝所述直流供給部(2、3)輸入的電流的高次諧波降低的方式使所述基波分量的相位變化。
【文檔編號】H02P27/04GK103858333SQ201280047903
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】周越強(qiáng), 前田敏行 申請人:大金工業(yè)株式會社