本發(fā)明涉及一種電力轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

在電力轉(zhuǎn)換裝置中，通常采用一種用二極管電橋來(lái)構(gòu)成的全波整流電路以作為交直流轉(zhuǎn)換電路，上述交直流轉(zhuǎn)換電路用于從交流電力得到成為向直交流轉(zhuǎn)換電路的輸入的直流電力。此外，為了向直交流轉(zhuǎn)換電路供給脈動(dòng)較小的直流，大多數(shù)情況下在交直流轉(zhuǎn)換電路與直交流轉(zhuǎn)換電路之間使用如電解電容器這樣的大型平滑電容器。

在上述的交直流轉(zhuǎn)換電路中，只有在輸入電壓的絕對(duì)值大于平滑電容器的電壓的期間，用于整流的二極管才導(dǎo)通。因此，交直流轉(zhuǎn)換電路的輸入電流的波形會(huì)成為激變的波形，從而功率因數(shù)惡化，并且電流中包括高次諧波成分。

此外，在電力轉(zhuǎn)換裝置中使用輸入電抗器，要滿足電源功率因數(shù)、電源高次諧波就需要較大的電感，因此導(dǎo)致部件體積以及重量增大。

相對(duì)于此，在一些電力轉(zhuǎn)換裝置中，嘗試了通過(guò)使輸入至二極管電橋電路的交流升壓來(lái)改善功率因數(shù)、減少高次諧波(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1的例子中，設(shè)置有交流通過(guò)電抗器供給的二極管電橋電路，并且在該電抗器的各相輸出與二極管電橋電路的負(fù)側(cè)端子之間設(shè)置有功率因數(shù)改善電路。該功率因數(shù)改善電路具備在電抗器的能量的積存與釋放之間進(jìn)行切換的開(kāi)關(guān)元件。在使用了這種升壓電路的功率因數(shù)改善電路中，由于能夠使電抗器的電感較小，因此能夠使用小型電抗器。

此外，有時(shí)，通過(guò)在交直流轉(zhuǎn)換電路與直交流轉(zhuǎn)換電路之間的直流鏈路部設(shè)置容量較小的電容器來(lái)擴(kuò)大二極管電橋電路的導(dǎo)通寬度，從而謀求改善功率因數(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本公開(kāi)專利公報(bào)特開(kāi)2007-274818號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本公開(kāi)專利公報(bào)特開(kāi)2002-51589號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

－發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題－

然而，在利用專利文獻(xiàn)2的電力轉(zhuǎn)換裝置使電動(dòng)機(jī)(motor)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，在擴(kuò)大了導(dǎo)通寬度的期間，需要通過(guò)向電動(dòng)機(jī)供給電力而使該電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩來(lái)消耗電力。在該情況下，在交流電源的電壓的零交附近，由于電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓與直交流轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓之間的關(guān)系，因而難以讓電流在電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)。因此，在這種情況下，通常通過(guò)所謂的弱磁通控制來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

但是，在弱磁通控制中，會(huì)使不對(duì)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生做出貢獻(xiàn)的電流(負(fù)d軸電流)流動(dòng)，從而電動(dòng)機(jī)和直交流轉(zhuǎn)換器的效率惡化。如果是比較小的小型電力轉(zhuǎn)換裝置，則電源電流和電源高次諧波電流較小，因此，為了滿足高次諧波規(guī)則所需要的導(dǎo)通寬度較小也可以，從而因弱磁通控制而增加的電流也少，由此效率的惡化程度也較小。然而，如果電力轉(zhuǎn)換裝置的容量較大，則高次諧波電流也變大，要滿足高次諧波規(guī)則，就需要進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)通寬度，從而因弱磁通控制而增加的電流也多，由此效率的惡化程度比較顯著。此外，如果電動(dòng)機(jī)電流因弱磁通控制而增加，則需要加大直交流轉(zhuǎn)換部件的電流容量，這會(huì)導(dǎo)致成本增加。

本發(fā)明是鑒于所述問(wèn)題而完成的。其目的在于：謀求在電力轉(zhuǎn)換裝置和電動(dòng)機(jī)中改善效率。

－用以解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案－

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，第一方面的特征在于，具備：交直流轉(zhuǎn)換電路11，其與交流電源30連接且具有升壓斬波器15；電容器12a，其連接在上述交直流轉(zhuǎn)換電路11的輸出端子之間；多相直交流轉(zhuǎn)換電路13，其將上述電容器12a的端子電壓vdc轉(zhuǎn)換成交流而向電動(dòng)機(jī)20供給電力；以及升壓斬波控制部16，其控制上述升壓斬波器15的動(dòng)作，上述電容器12a具有如下所述的容量，即：在使上述升壓斬波器15的動(dòng)作總是停止的情況下，該電容器12a的端子電壓vdc以上述交流電源30的頻率的2倍頻率進(jìn)行脈動(dòng)，上述多相直交流轉(zhuǎn)換電路13的輸出電力與電源同步地變動(dòng)。

在該構(gòu)成方式下，電容器電壓vdc得以升壓，從而能夠在不使弱磁通控制下的電流大幅度地增大的情況下輸出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。此外，通過(guò)到交流電源的電壓的零交附為止向電動(dòng)機(jī)供給電力，從而交直流轉(zhuǎn)換電路11的導(dǎo)通期間擴(kuò)大。

此外，第二方面的特征在于，在第一方面的基礎(chǔ)上，上述升壓斬波控制部16使上述電容器12a的端子電壓vdc的下限值上升至規(guī)定目標(biāo)值以上。

在該構(gòu)成方式下，通過(guò)使端子電壓vdc(又稱之為電容器電壓vdc)的下限值上升至規(guī)定目標(biāo)值以上，從而在處于電容器電壓vdc的下限值的情況下也能夠使弱磁通控制下的電流極小，從而能夠效率良好地輸出電動(dòng)機(jī)20的轉(zhuǎn)矩。

此外，第三方面的特征在于，在第一或第二方面的基礎(chǔ)上，上述升壓斬波控制部16將上述升壓斬波器15控制為：使該升壓斬波器15在上述交流電源30的電壓vs的每半個(gè)周期內(nèi)具有工作期間和暫停期間，并且，該升壓斬波器15工作時(shí)的上述交流電源30的電壓的絕對(duì)值的最小值小于暫停時(shí)的上述交流電源30的電壓的絕對(duì)值的最大值。

在該構(gòu)成方式下，只有在交流電源的電壓的絕對(duì)值比較小的期間，開(kāi)關(guān)元件15a才工作。

此外，第四方面的特征在于，在第二方面的基礎(chǔ)上，在上述電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電壓上升的情況下，上述升壓斬波控制部16使上述目標(biāo)值上升。

在該構(gòu)成方式下，電容器電壓vdc的下限值根據(jù)感應(yīng)電壓而發(fā)生變化。因此，即使在交流電源30的電壓vs的絕對(duì)值小于無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的情況下，也能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)20供給規(guī)定的電力，并且能夠在不是總是積極利用弱磁通控制的情況下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20。

此外，第五方面的特征在于，在第一到第四中任一方面的基礎(chǔ)上，上述升壓斬波控制部16在上述交流電源30的電壓vs小于規(guī)定值的期間內(nèi)使該升壓斬波器15工作。

在該構(gòu)成方式下，設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件15a暫停工作的期間，從而損失會(huì)減少。

此外，第六方面的特征在于，在第一到第五中任一方面的基礎(chǔ)上，如果在上述升壓斬波器15工作的過(guò)程中被輸入至該升壓斬波器15的電流的時(shí)間積分超過(guò)規(guī)定閾值，則上述升壓斬波控制部16使該升壓斬波器15暫停。

在該構(gòu)成方式下，設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件15a暫停工作的期間。

－發(fā)明的效果－

根據(jù)第一方面，由于在不會(huì)大幅度地增大弱磁通控制下的電流的情況下向電動(dòng)機(jī)供給電力，因此能夠謀求改善電力轉(zhuǎn)換裝置以及電動(dòng)機(jī)的效率。

根據(jù)第二方面，由于在處于電容器電壓vdc的下限值的情況下也能夠效率良好地向電動(dòng)機(jī)供給電力，因此能夠謀求改善電力轉(zhuǎn)換裝置以及電動(dòng)機(jī)的效率。

根據(jù)第三方面，在交流電源的電壓的絕對(duì)值比較大的期間，減少由開(kāi)關(guān)元件15a的切換引發(fā)的損失。

根據(jù)第四方面，由于電容器電壓vdc的下限值根據(jù)感應(yīng)電壓而發(fā)生變化，因此能夠更加大幅度地改善效率。

根據(jù)第五方面，能夠減少由開(kāi)關(guān)元件15a的切換引發(fā)的損失，并且能夠減小開(kāi)關(guān)元件15a的大小。

根據(jù)第六方面，能夠減少由開(kāi)關(guān)元件15a的切換引發(fā)的損失，并且能夠更加可靠地減小開(kāi)關(guān)元件15a的大小。

附圖說(shuō)明

圖1是表示第一實(shí)施方式所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2示例性地表示電源電流is、電源電壓vs、電容器電壓vdc的波形。

圖3示例性地表示第一實(shí)施方式所涉及的升壓斬波器的切換狀態(tài)。

圖4示意性地表示暫停期間、導(dǎo)通截止工作期間以及電容器電壓vdc的波形。

圖5示例性地表示電源電流is的波形、電容器電壓vdc的波形以及電容器電壓的指令值vdc*。

圖6表示將電力轉(zhuǎn)換裝置的損失與電動(dòng)機(jī)的銅損合算而得的損失和指令值vdc*之間的關(guān)系。

圖7表示交直流轉(zhuǎn)換電路的損失比與導(dǎo)通截止工作期間之間的關(guān)系。

圖8表示第一實(shí)施方式所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的變形例。

具體實(shí)施方式

下面，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，下面的實(shí)施方式是本質(zhì)上優(yōu)選的示例而已，并沒(méi)有對(duì)本發(fā)明、本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象或本發(fā)明的用途加以限制的意圖。

(發(fā)明的第一實(shí)施方式)

圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置10的結(jié)構(gòu)的框圖。該電力轉(zhuǎn)換裝置10例如用于向驅(qū)動(dòng)空調(diào)裝置(省略圖示)的壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)等供給電力。

如圖1所示，電力轉(zhuǎn)換裝置10具備具有升壓斬波器15的交直流轉(zhuǎn)換電路11、直流鏈路部12、直交流轉(zhuǎn)換電路13、PWM控制部14以及升壓斬波控制部16，電力轉(zhuǎn)換裝置10將從單相交流電源30供給過(guò)來(lái)的交流電力轉(zhuǎn)換為規(guī)定頻率的交流電力后，將該交流電力供向電動(dòng)機(jī)20。電動(dòng)機(jī)20例如能夠采用所謂的IPM(Interior Permanent Magnet，內(nèi)置式永磁體)電動(dòng)機(jī)。

〈交直流轉(zhuǎn)換電路〉

在本實(shí)施方式中，交直流轉(zhuǎn)換電路11由全波整流電路11a和升壓斬波器15構(gòu)成。

全波整流電路11a經(jīng)由后述的電抗器L與交流電源30連接，全波整流電路11a將來(lái)自交流電源30的交流整流為直流。在該例子中，全波整流電路11a是單相整流電路，全波整流電路11a是四個(gè)二極管D1～D4橋狀地連接而構(gòu)成的二極管電橋電路。利用這些二極管D1～D4，對(duì)交流電源30的交流電壓進(jìn)行全波整流，從而轉(zhuǎn)換為直流電壓。

升壓斬波器15具備電抗器L、二極管D5、二極管D6以及開(kāi)關(guān)元件15a。在升壓斬波器15，通過(guò)由開(kāi)關(guān)元件15a對(duì)電抗器L的能量的積存與釋放之間進(jìn)行切換，從而使后述的電容器電壓vdc升壓。

在該例子中，二極管D5的陽(yáng)極連接在二極管D1與二極管D2的中點(diǎn)，二極管D5的陰極連接在開(kāi)關(guān)元件15a的電流流入側(cè)的被控制端子上。此外，二極管D6的陽(yáng)極連接在二極管D3與二極管D4的中點(diǎn)，二極管D6的陰極連接在開(kāi)關(guān)元件15a的電流流入側(cè)的被控制端子上。

此外，開(kāi)關(guān)元件15a的電流流出側(cè)的被控制端子與全波整流電路11a負(fù)側(cè)的直流母線連接。對(duì)開(kāi)關(guān)元件15a的切換(switching)的控制是由升壓斬波控制部16進(jìn)行的。

〈直流鏈路部〉

直流鏈路部12具備電容器12a。電容器12a連接在交直流轉(zhuǎn)換電路11的輸出節(jié)點(diǎn)之間，在該電容器12a的兩端生成的端子電壓vdc(下面還稱為電容器電壓vdc)被施加在直交流轉(zhuǎn)換電路13的輸入節(jié)點(diǎn)上。

該電容器12a具有靜電電容，該靜電電容只能使在直交流轉(zhuǎn)換電路13的開(kāi)關(guān)元件(后述)進(jìn)行切換動(dòng)作之際生成的波紋電壓(電壓變動(dòng))平滑化。即，電容器12a是小容量電容器，其不具有使由交直流轉(zhuǎn)換電路11整流過(guò)的電壓平滑化那樣的靜電電容。

圖2示例性地表示來(lái)自交流電源30的電流(下面稱為電源電流is)、交流電源30的電壓(下面稱為電源電壓vs)以及電容器電壓vdc的波形。在圖2，電容器電壓vdc和電源電流is的波形是假設(shè)升壓斬波器15不工作的情況(或者不存在的情況)下的波形。在該例子中，電容器12a具有如電容器電壓vdc以上述交流電源的頻率的2倍頻率進(jìn)行脈動(dòng)那樣的容量，在升壓斬波器15不工作的情況下，電容器電壓vdc以電源電壓vs的2倍頻率進(jìn)行脈動(dòng)。具體而言，電容器電壓vdc具有其最大值Vmax為其最小值Vmin的2倍以上的較大的脈動(dòng)波形。

〈直交流轉(zhuǎn)換電路〉

直交流轉(zhuǎn)換電路13的輸入節(jié)點(diǎn)與電容器12a連接，脈動(dòng)的電容器電壓vdc被供向直交流轉(zhuǎn)換電路13。直交流轉(zhuǎn)換電路13是所謂的多相直交流轉(zhuǎn)換電路，直交流轉(zhuǎn)換電路13將直流鏈路部12的輸出切換后轉(zhuǎn)換成三相交流U、V、W以供給電動(dòng)機(jī)20。

為了向電動(dòng)機(jī)20輸出三相交流U、V、W，本實(shí)施方式的直交流轉(zhuǎn)換電路13具備六個(gè)開(kāi)關(guān)元件Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz。詳細(xì)而言，直交流轉(zhuǎn)換電路13具備將兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件互相串聯(lián)連接的三個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂，各個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂中的上臂開(kāi)關(guān)元件Su、Sv、Sw與下臂開(kāi)關(guān)元件Sx、Sy、Sz之間的中點(diǎn)連接在負(fù)載(這里為電動(dòng)機(jī)20)上。此外，各個(gè)開(kāi)關(guān)元件Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz與回流二極管Du、Dv、Dw、Dx、Dy、Dz逆并聯(lián)連接。

直交流轉(zhuǎn)換電路13通過(guò)這些開(kāi)關(guān)元件Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz的導(dǎo)通截止(ON OFF)動(dòng)作，將電容器電壓vdc切換而轉(zhuǎn)換為三相交流電壓，然后將該三相交流電壓供向電動(dòng)機(jī)20。對(duì)該導(dǎo)通截止動(dòng)作的控制是由PWM控制部14進(jìn)行的。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于電容器容量較小的電力轉(zhuǎn)換器而言，升壓斬波器即使能夠使電源電壓vs升壓，幾乎也不會(huì)對(duì)改善電源電流is的波形的方面做出貢獻(xiàn)。需要在多相直交流轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行對(duì)電源電流is的波形的改善。例如，能夠通過(guò)使多相直交流轉(zhuǎn)換電路13的輸出電力以與電源同步的方式變動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)改善交流電源的功率因數(shù)和電流波形。具體而言，利用如下所述的動(dòng)作，例如，通過(guò)以電源的2倍頻率使輸出電力或者電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)來(lái)擴(kuò)大交直流轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)通寬度，以電源的整數(shù)倍頻率使輸出電力或者電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，由此更加高精度地抑制電源高次諧波等。

〈PWM控制部〉

PWM控制部14包括微型計(jì)算機(jī)(省略圖示)和存儲(chǔ)設(shè)備，在上述存儲(chǔ)設(shè)備中存放了使上述微型計(jì)算機(jī)工作的程序，PWM控制部14控制直交流轉(zhuǎn)換電路13的輸出來(lái)控制電動(dòng)機(jī)20的驅(qū)動(dòng)?？刂齐妱?dòng)機(jī)20的驅(qū)動(dòng)時(shí)，例如使用矢量控制。在該例子中，電動(dòng)機(jī)20的旋轉(zhuǎn)速度ω和旋轉(zhuǎn)速度的指令值ω*被輸入至PWM控制部14，在進(jìn)行矢量控制之際，為了使電動(dòng)機(jī)20的轉(zhuǎn)矩同步于電源電壓進(jìn)行脈動(dòng)，求出將各個(gè)開(kāi)關(guān)元件Su、Sv、Sw、Sx、Sy、Sz導(dǎo)通的時(shí)間，生成驅(qū)動(dòng)這些開(kāi)關(guān)元件的門(mén)信號(hào)G1、G2、…、G6。

〈升壓斬波控制部〉

升壓斬波控制部16包括微型計(jì)算機(jī)(省略圖示)和存儲(chǔ)設(shè)備，在上述存儲(chǔ)設(shè)備中存放了使上述微型計(jì)算機(jī)工作的程序。作為升壓斬波控制部16的微型計(jì)算機(jī)，可以共用PWM控制部14的微型計(jì)算機(jī)，也可以單獨(dú)地設(shè)置微型計(jì)算機(jī)。電源電壓vs的信息等被輸入至該升壓斬波控制部16，基于該信息等生成驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件15a的信號(hào)(門(mén)信號(hào)S)。

〈電力轉(zhuǎn)換裝置的工作情況〉

在本實(shí)施方式中，通過(guò)由升壓斬波控制部16對(duì)升壓斬波器15的切換進(jìn)行控制(切換的有無(wú)、以及占空比D的控制)，從而使電容器電壓vdc升壓以便向直交流轉(zhuǎn)換電路13輸入的輸入電壓(即電容器電壓vdc)的下限值達(dá)到規(guī)定目標(biāo)值以上，由此做到PWM控制部14盡可能地不對(duì)電動(dòng)機(jī)20進(jìn)行弱磁通控制也可以。在弱磁通控制下，需要用于減弱磁體磁通的電流，電容器電壓vdc越低，所需要的電流就越大。于是，本實(shí)施方式的升壓斬波控制部16檢查電動(dòng)機(jī)20的d軸電壓vd、q軸電壓vq(例如從PWM控制部14取得信息)，根據(jù)檢查到的值，進(jìn)行對(duì)升壓斬波器15的切換控制。

此時(shí)，升壓斬波控制部16將升壓斬波器15控制為：升壓斬波器15只在電源電壓vs的每半個(gè)周期中的一部分期間工作，并且，升壓斬波器15進(jìn)行工作時(shí)的電容器電壓vdc小于升壓斬波器15暫停時(shí)的電容器電壓vdc。即，在電源電壓vs的一個(gè)周期中，存在升壓斬波器15進(jìn)行切換的工作期間和升壓斬波器15不進(jìn)行切換的暫停期間。

圖3示例性地表示第一實(shí)施方式所涉及的升壓斬波器15的切換狀態(tài)。如圖3所示，在該例子中，升壓斬波控制部16在電容器電壓vdc比較低的期間內(nèi)使升壓斬波器15工作(切換)。其結(jié)果是，在該例子中，升壓斬波器15在電源電壓vs零交的前后規(guī)定期間(即，該期間不包括零交)工作。然后，本實(shí)施方式的升壓斬波控制部16求出在升壓斬波器15進(jìn)行工作時(shí)被輸入至該升壓斬波器15的電流的時(shí)間積分，如果該時(shí)間積分超過(guò)規(guī)定的閾值，就使升壓斬波器15暫停切換。如上所述，通過(guò)對(duì)升壓斬波器15的工作期間設(shè)定限制，從而能夠減少升壓斬波器15的切換損失，并且能夠減小開(kāi)關(guān)元件15a的大小(即開(kāi)關(guān)元件15a的小型化)。

需要說(shuō)明的是，在求出上述時(shí)間積分時(shí)，能夠使用多種電流檢測(cè)值。例如，能夠使用所檢測(cè)到的在升壓斬波器15的開(kāi)關(guān)元件15a流通的電流值或者用直交流轉(zhuǎn)換電路13所具備的分流電阻檢測(cè)到的電流值?？傊?，只要是與向升壓斬波器15輸入的輸入電流相關(guān)的電流值即可，至于從電路上的何處進(jìn)行檢測(cè)則無(wú)關(guān)緊要。此外，也可以為：在求出上述時(shí)間積分時(shí)，并不是單純地求出檢測(cè)值的時(shí)間積分，而是考慮開(kāi)關(guān)元件15a等的瞬態(tài)熱阻，根據(jù)使成為對(duì)象的電流值通過(guò)低通濾波器后得到的值求出時(shí)間積分，然后比較所求得的值與上述閾值。

〈本實(shí)施方式的效果〉

如上所述，在本實(shí)施方式中，在相對(duì)于所需要的d軸電壓vd、q軸電壓vq來(lái)說(shuō)電容器電壓vdc不足夠之前，由升壓斬波器15進(jìn)行對(duì)電容器電壓vdc的升壓。因此，在本實(shí)施方式中，進(jìn)行所謂的弱磁通控制的頻度減小，從而在電力轉(zhuǎn)換裝置中，能夠在擴(kuò)大導(dǎo)通寬度的同時(shí)，謀求改善電力轉(zhuǎn)換裝置以及電動(dòng)機(jī)中的系統(tǒng)效率。

需要說(shuō)明的是，優(yōu)選：上述下限值的目標(biāo)值根據(jù)電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電壓動(dòng)態(tài)地變化。具體而言，在電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電壓上升了的情況下使上述目標(biāo)值上升、若感應(yīng)電壓降低就使上述目標(biāo)值減小即可。由此，能夠期望進(jìn)一步大幅度地改善系統(tǒng)效率。

(發(fā)明的第二實(shí)施方式)

在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，對(duì)升壓斬波器15的其它控制例進(jìn)行說(shuō)明。在電源電壓vs的各個(gè)周期內(nèi)，本實(shí)施方式的升壓斬波控制部16只在包括電源電壓vs的零交在內(nèi)的一部分期間(下面稱為導(dǎo)通截止工作期間。參照?qǐng)D2)使開(kāi)關(guān)元件15a進(jìn)行切換，在除此之外的期間(下面稱為暫停期間)使開(kāi)關(guān)元件15a暫停切換。

這里，導(dǎo)通截止工作期間是指電源電壓vs的絕對(duì)值小于電容器電壓vdc的指令值vdc*的期間。這里，指令值vdc*只要在系統(tǒng)效率得到改善的范圍內(nèi)設(shè)定即可，作為一個(gè)例子，設(shè)定為比電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大的值。換言之，導(dǎo)通截止工作期間是指電源電壓vs的絕對(duì)值小于規(guī)定的指令值vdc*的期間，其中，上述規(guī)定的指令值vdc*被設(shè)定為比電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)高。

需要說(shuō)明的是，關(guān)于導(dǎo)通截止工作期間而言，假設(shè)是在電源電壓vs的絕對(duì)值的基礎(chǔ)上考慮了電抗器的電壓降之后得到的值小于規(guī)定的指令值vdc*的期間，從而能夠使電容器電壓以更佳的精度接近指令值。

此外，升壓斬波控制部16利用下述式(1)來(lái)決定導(dǎo)通截止工作期間中的切換(導(dǎo)通截止的反復(fù))的占空比D。

D＝1-{|vs|-L×(dis/dt)}/vdc*……式(1)

(0≤D≤1)

此外，升壓斬波控制部16在求出占空比D后，利用下述式(2)決定門(mén)信號(hào)S的脈沖寬度。

ton＝D×Tc……式(2)

式(2)中的Tc為規(guī)定的切換周期。

通過(guò)按照上述方式計(jì)算ton后，升壓斬波控制部16生成脈沖寬度為ton的門(mén)信號(hào)S，然后將該門(mén)信號(hào)S向開(kāi)關(guān)元件15a輸出。需要說(shuō)明的是，決定占空比D的方法只不過(guò)是一個(gè)示例，除此之外，還能夠利用多種方法來(lái)進(jìn)行設(shè)定?？傊?，只要以電容器電壓達(dá)到指令電壓的方式進(jìn)行對(duì)開(kāi)關(guān)元件15a的導(dǎo)通截止的控制即可。

〈電力轉(zhuǎn)換裝置的工作情況〉

在電力轉(zhuǎn)換裝置10中，直交流轉(zhuǎn)換電路13將交直流轉(zhuǎn)換電路11所輸出的直流轉(zhuǎn)換為交流后供給電動(dòng)機(jī)20。此時(shí)，直交流轉(zhuǎn)換電路13在反饋控制下，以旋轉(zhuǎn)速度ω與其指令值ω*之差減小的方式生成門(mén)信號(hào)G1、G2、…、G6后，將上述門(mén)信號(hào)G1、G2、…、G6向直交流轉(zhuǎn)換電路13輸出。在進(jìn)行這種電力轉(zhuǎn)換的期間，升壓斬波控制部16控制升壓斬波器15。

首先，升壓斬波控制部16監(jiān)視電源電壓vs的信息，檢測(cè)電源電壓vs零交的時(shí)機(jī)。在以零交為中心的規(guī)定的期間，電源電壓vs的絕對(duì)值小于電容器電壓vdc的指令值vdc*。于是，升壓斬波控制部16通過(guò)檢測(cè)電源電壓vs零交的時(shí)機(jī)，來(lái)決定導(dǎo)通截止工作期間的開(kāi)始及結(jié)束的時(shí)機(jī)(即，還決定暫停期間)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于檢測(cè)零交的方法并沒(méi)有特別限定，能夠采用多種方法進(jìn)行檢測(cè)。

-暫停期間-

圖4示意性地表示暫停期間、導(dǎo)通截止工作期間以及電容器電壓vdc等的波形。在暫停期間，升壓斬波控制部16使開(kāi)關(guān)元件15a暫停導(dǎo)通截止動(dòng)作。由此，抑制由開(kāi)關(guān)元件15a的切換引起的損失。

然而，對(duì)于在交直流轉(zhuǎn)換電路與直交流轉(zhuǎn)換電路之間具有如電解電容器那樣的大型平滑電容器且脈動(dòng)較小的直流被供向直交流轉(zhuǎn)換電路的電力轉(zhuǎn)換裝置(下面稱為現(xiàn)有電力轉(zhuǎn)換裝置)而言，用于整流的二極管只有在電源電壓的絕對(duì)值大于平滑電容器的電壓的期間才導(dǎo)通。因此，在現(xiàn)有電力轉(zhuǎn)換裝置中，電流的波形呈激變的波形，因而功率因數(shù)惡化，并且電流包括高次諧波成分。

相對(duì)于此，在電力轉(zhuǎn)換裝置10中，由于電容器電壓vdc是脈動(dòng)的，因此全波整流電路11a的各個(gè)二極管D1～D4的導(dǎo)通期間比現(xiàn)有電力轉(zhuǎn)換裝置長(zhǎng)。如上所述，若用于整流的二極管D1～D4的導(dǎo)通期間變長(zhǎng)，則能夠改善功率因數(shù)，從而能夠在暫停期間利用該效果。此外，電源電流is接近正弦波。即，對(duì)于電力轉(zhuǎn)換裝置10而言，在暫停期間中，電源電流is所包括的高次諧波成分減少。

-導(dǎo)通截止工作期間-

另一方面，在導(dǎo)通截止工作期間，升壓斬波控制部16使升壓斬波器15的開(kāi)關(guān)元件15a進(jìn)行導(dǎo)通截止動(dòng)作。若開(kāi)關(guān)元件15a進(jìn)行切換，則在電抗器L中進(jìn)行能量的積存和釋放。此時(shí)，通過(guò)如上所述那樣適當(dāng)?shù)卦O(shè)定門(mén)信號(hào)S的占空比D，從而能夠使電源電流is的波形接近正弦波。由此，對(duì)于電力轉(zhuǎn)換裝置10而言，即使在導(dǎo)通截止工作期間，也能夠?qū)崿F(xiàn)改善功率因數(shù)和減小電源電流is所包括的高次諧波成分。

此外，在導(dǎo)通截止工作期間，電源電壓vs的絕對(duì)值小于電容器電壓vdc的指令值vdc*。因此，如果假設(shè)由全波整流電路11a對(duì)電源電壓vs直接整流，則電容器電壓vdc根據(jù)電源電壓vs的脈動(dòng)情況而進(jìn)行脈動(dòng)，從而可能會(huì)小于電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

然而，在本實(shí)施方式中，由于升壓斬波器15進(jìn)行工作，因此電源電壓被升壓。由此，能夠做到電容器電壓vdc不低于其指令值vdc*。而且，如上所述，將指令值vdc*設(shè)定為比電動(dòng)機(jī)20的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大的值。由此，即使電容器電壓vdc發(fā)生脈動(dòng)，也能夠在不對(duì)連接在直交流轉(zhuǎn)換電路13上的電動(dòng)機(jī)20進(jìn)行弱磁通控制的情況下，產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)矩。

在該導(dǎo)通截止工作期間，由于開(kāi)關(guān)元件15a進(jìn)行切換，因而發(fā)生由此引發(fā)的損失，然而對(duì)于該期間而言，只在電源電壓vs的一個(gè)周期中的一部分期間才發(fā)生損失。由此，從電力轉(zhuǎn)換裝置10的整個(gè)工作期間來(lái)看，損失會(huì)減少。

圖5示例性地表示電源電流is的波形、電容器電壓vdc的波形以及電容器電壓vdc的指令值vdc*。如圖5所示，在導(dǎo)通截止工作期間，電源電流is的導(dǎo)通期間擴(kuò)大至零交。此外，在暫停期間，在使用小容量電容器作為直流鏈路部12的電容器12a所帶來(lái)的效果下，電源電流is被控制成正弦波狀。需要說(shuō)明的是，若增大指令值vdc*，則升壓斬波器15的工作范圍(導(dǎo)通截止工作期間)變寬；若減小指令值vdc*，則升壓斬波器15的工作范圍(導(dǎo)通截止工作期間)變窄。

需要說(shuō)明的是，通過(guò)將指令值vdc*設(shè)定為如下所述的值，從而能夠進(jìn)行將系統(tǒng)的損失減小到較小的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，在指令值vdc*被設(shè)定為上述值時(shí)，直交流轉(zhuǎn)換電路13能夠輸出相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)20的無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電壓。

圖6表示將電力轉(zhuǎn)換裝置10的損失與電動(dòng)機(jī)20的銅損相加而得的損失和指令值vdc*之間的關(guān)系。圖6的縱軸表示將在指令值vdc*為0V的情況下的損失設(shè)為1時(shí)的比例(為了便于說(shuō)明，稱之為系統(tǒng)的損失比)。如圖6所示，存在如下所述的指令值vdc*，在該指令值vdc*下，系統(tǒng)的損失比最小。這是由于存在增減方向相對(duì)于指令值vdc*的變化而言不同的多個(gè)損失因素之故。作為系統(tǒng)的損失比增加的因素，能夠列舉導(dǎo)通截止工作期間會(huì)伴隨著指令值vdc*的增加而變長(zhǎng)的情況。如果導(dǎo)通截止工作期間變長(zhǎng)，則由升壓斬波器15的動(dòng)作引發(fā)的損失增大。此外，作為系統(tǒng)的損失比伴隨著指令值vdc*的增加而減小的因素，有在使指令值vdc*降低的情況下進(jìn)行的、電動(dòng)機(jī)20的弱磁通控制。在弱磁通控制下，需要用于減弱磁體磁通的電流，電容器電壓vdc越低，所需要的電流就越大。由此，伴隨著指令值vdc*的增加，弱磁通控制中所需要的電動(dòng)機(jī)20的電流減小，從而電動(dòng)機(jī)20的銅損就會(huì)降低。通過(guò)將指令值vdc*設(shè)定為如下所述的值，從而能夠?qū)⒁蛉醮磐刂贫彼俚卦龃蟮碾妱?dòng)機(jī)20的銅損降低到最小，進(jìn)而能夠使整個(gè)系統(tǒng)高效率地運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，在指令值vdc*被設(shè)定為上述值時(shí)，直交流轉(zhuǎn)換電路13能夠輸出相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)20的無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電壓。

需要說(shuō)明的是，能夠讓直交流轉(zhuǎn)換電路13輸出與電動(dòng)機(jī)20的無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)?shù)碾妷旱淖钚‰娙萜麟妷簐dc會(huì)根據(jù)調(diào)制方式而不相等。在不使用過(guò)調(diào)制的正弦波調(diào)制下，直交流轉(zhuǎn)換器輸出的線電壓基本波有效值的最大值為直流部電壓值的因此需要：在電動(dòng)機(jī)端子的線路上產(chǎn)生的無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的基本波成分的有效值的約1.41倍的電容器電壓vdc。在能夠使直交流轉(zhuǎn)換器輸出的線電壓基本波有效值達(dá)到最大值的六步控制下，電容器電壓vdc只要達(dá)到無(wú)負(fù)載感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的基本波成分的有效值的約1.28倍即可。由此，指令值vdc*也會(huì)根據(jù)調(diào)制方式而不相等。

圖7表示交直流轉(zhuǎn)換電路11的損失比與導(dǎo)通截止工作期間之間的關(guān)系。圖7的橫軸表示導(dǎo)通截止工作期間與電源電壓vs的一個(gè)周期的比例。此外，交直流轉(zhuǎn)換電路11的損失比是將在電源電壓vs的一個(gè)周期的整個(gè)期間內(nèi)由升壓斬波器15進(jìn)行了切換的情況下的損失設(shè)為1時(shí)的比例。該損失中包括的是二極管D5、二極管D6以及開(kāi)關(guān)元件15a的、所謂的導(dǎo)通損失和切換損失。

如圖7所示，在導(dǎo)通截止工作期間為10％、即在零交的前后5％的范圍進(jìn)行了切換的情況下，能夠?qū)p失降低至約一半。此外，即使將導(dǎo)通截止工作期間設(shè)為50％的情況下，也能夠起到約降低40％的效果。若將導(dǎo)通截止工作期間設(shè)為50％以上，則損失幾乎與導(dǎo)通截止工作期間的增加成正比地增大。

〈本實(shí)施方式的效果〉

如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在電力轉(zhuǎn)換裝置10中能夠改善功率因數(shù)和減小高次諧波，同時(shí)能夠抑制損失增大。

(其它實(shí)施方式)

需要說(shuō)明的是，在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中，在電源電壓的絕對(duì)值大的期間，控制為使升壓斬波器暫停，然而并不需要一定要使其暫停，升壓斬波控制部16也可以控制為：在電源電壓vs的每半個(gè)周期中，升壓斬波器15具有工作期間和暫停期間，并且，在該升壓斬波器15進(jìn)行工作的工作期間的電源電壓vs的絕對(duì)值的最小值小于暫停期間的電源電壓vs的絕對(duì)值的最大值。

此外，也可以為：不設(shè)置暫停期間，升壓斬波器15在整個(gè)期間內(nèi)進(jìn)行切換。總之，只要將電容器電壓vdc的下限值上升至規(guī)定目標(biāo)值以上即可得到規(guī)定的效果。

此外，在第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式中的控制方式還能夠應(yīng)用于如下所述的電力轉(zhuǎn)換裝置(參照?qǐng)D8)，該電力轉(zhuǎn)換裝置具有升壓斬波器與全波整流電路的輸出連接的交直流轉(zhuǎn)換電路?？傊?，只要是具有升壓功能的交直流轉(zhuǎn)換電路即可得到規(guī)定的效果。

－產(chǎn)業(yè)實(shí)用性－

本發(fā)明作為電力轉(zhuǎn)換裝置非常有用。

－符號(hào)說(shuō)明－

10 電力轉(zhuǎn)換裝置

11 交直流轉(zhuǎn)換電路

12 直流鏈路部

12a 電容器

13 直交流轉(zhuǎn)換電路(多相直交流轉(zhuǎn)換電路)

15a 開(kāi)關(guān)元件

16 升壓斬波控制部

20 電動(dòng)機(jī)

30 交流電源