專利名稱：帶脈沖抑制器的電力轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種電力轉(zhuǎn)換裝置，該裝置將單相交流(AC)電力輸入先轉(zhuǎn)換成直流(DC)電力，然后再將此直流電力通過一個(gè)直流/交流(DC/AC)逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電力，藉此而驅(qū)動(dòng)一臺(tái)作為負(fù)荷的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
輸入單相交流電力而驅(qū)動(dòng)一臺(tái)諸如電氣機(jī)車上用的交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，常見的這種類型的裝置為，利用一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器將交流電力轉(zhuǎn)換成直流電力，然后藉一臺(tái)逆變器進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成具有可變電壓和可變頻率的交流電力而加到一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，

圖1即為常規(guī)的這種電力轉(zhuǎn)換裝置之例。從一個(gè)電車頂上的導(dǎo)電弓“PAN”接受單相交流電力，再經(jīng)變壓器“T”降壓后通過一臺(tái)電抗器“L”輸?shù)矫}沖寬度調(diào)制轉(zhuǎn)換器“COV”，即行變成直流電力。該轉(zhuǎn)換器“COV”的輸出端接有一個(gè)電容器“CO”，在該電容器上接入一臺(tái)三相式DC/AC逆變器“INV”，于是，該逆變器“INV”即產(chǎn)生三相交流電力，藉此而驅(qū)動(dòng)一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)“IM”。
這種類型的電力轉(zhuǎn)換裝置舉例來說可見諸凱，納卡姆拉(K·Nakamura)等發(fā)表的題為”轉(zhuǎn)換逆變系統(tǒng)中脈沖現(xiàn)象的限制方法”《RestraintMethodofBeatPhenomenononConverterInvertorSystem》文，登載在1987年5月UDC(UnidirectionalCurrent一直流電)第109卷，第5號(hào)，363到369頁。
但是，這種常規(guī)的電力轉(zhuǎn)換裝置具有如下所述的問題，即利用該脈沖寬度調(diào)制轉(zhuǎn)換器“COV”將交流轉(zhuǎn)變成直流，直流側(cè)的電壓和電流則用電容器CO來濾波，這除非該電容器CO的電容量為無限大，否則該直流電壓即有脈動(dòng)成份，當(dāng)含有這種脈動(dòng)成份的直流電壓被用作輸入電源并被DC/AC逆變器“INV”轉(zhuǎn)換成期望的交流電力時(shí)，由于在這種脈動(dòng)頻率和被轉(zhuǎn)換成的交流頻率之間相互作用，即引起所謂的“拍頻現(xiàn)象”并造成電動(dòng)機(jī)電流的脈振。這種脈振現(xiàn)象不僅傳給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出，而且也導(dǎo)致DC/AC逆變器“INV”中增加了瞬態(tài)電流。
雖然，DC/AC逆變器“INV”有能力同時(shí)控制該輸出頻率和輸出電壓，而輸出電壓是能夠通過控制DC/AC逆變器“INV”內(nèi)的一個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通比得到控制，即利用調(diào)節(jié)其脈沖寬度來控制。
但是有一個(gè)問題，即逆變器“INV”輸出電壓波形的峰值由于受直流電壓脈振的影響而增減，致使電壓值波動(dòng)，因而輸出電流也受到波動(dòng)。
在這種情況中，因?yàn)殡妷旱姆逯挡荒芸刂?，所以?shí)際上即以控制脈沖寬度作為控制手段，即，當(dāng)輸出電壓的峰值高時(shí)，脈沖寬度被控制到變窄;當(dāng)其峰值低時(shí)，則將脈沖寬度變寬，以這種方式，將平均值或有效值作為該電壓面積的一項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制，結(jié)果即能抑制住電壓的波動(dòng)。
在應(yīng)用這樣一種常規(guī)的方法情況下，需要檢測直流電壓的脈振，和控制DC/AC逆變器的輸出電壓波形，但是，由于直流電路中用的電容器的電容量應(yīng)當(dāng)盡量地大，所以直流電壓本身的脈振就顯得相對(duì)地不大，以致造成檢測的困難，最好是檢測輸入的交流電壓作為衡量直流電壓脈振的主要因素，并根據(jù)檢測的交流輸入電壓來判定直流電壓的波動(dòng)，因而期望以所判定的波動(dòng)來用作控制逆變器的電壓。
本發(fā)明即為解決這種常規(guī)的電力逆變器中存在的問題而進(jìn)行的，故本發(fā)明的一個(gè)目的即為提供出一種這樣的電力轉(zhuǎn)換裝置，它能減少電動(dòng)機(jī)電流中的脈振現(xiàn)象，以及避免因上述缺陷而引起DC/AC逆變器的不穩(wěn)定運(yùn)行。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置包括電力轉(zhuǎn)換裝置(COV)，用于將單相交流輸入電壓(3A)轉(zhuǎn)換成具有脈動(dòng)分量的直流輸入電壓;
濾波裝置(CO)，用作濾除由電力轉(zhuǎn)換裝置(COV)加到輸入電壓中的該脈動(dòng)分量，以便導(dǎo)出一項(xiàng)輸入直流電壓;
DC/AC逆變裝置(INV)，用于將輸入的直流電壓逆變成三相的交流電壓，以加到一個(gè)三相負(fù)荷(IM)上;
檢測裝置(RFI，CI，PW-DET)，用于檢測含在該單相交流輸入電壓(3A)的變量，以獲得一項(xiàng)變量檢測信號(hào);
參考信號(hào)發(fā)生裝置(OS)，用于產(chǎn)生一項(xiàng)參考信號(hào)(3S);以及逆變器控制裝置(CN，MP，AD，COMP)，用于以脈沖寬度調(diào)制控制方式控制DC/AC逆變器(INV)，依據(jù)變量檢測信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行。
按照本發(fā)明的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，一個(gè)電源電壓檢測部件測出輸入的交流電壓，并用一個(gè)整流部件進(jìn)行整流，整流后電壓中的直流分量由一個(gè)電容器電路濾除，藉此而僅分出該波動(dòng)的交流分量。在一般情況中，由于在大負(fù)荷時(shí)消耗的電壓使直流電壓波動(dòng)增大，所以在一個(gè)電源校正部件中藉負(fù)荷電功率的因素來校正該波動(dòng)值。
一個(gè)逆變器控制器接受一電壓指令和一頻率指令，發(fā)出一門控制信號(hào)，使逆變器主電路中的一個(gè)開關(guān)元件在所期望的時(shí)間操作，通常，時(shí)間信號(hào)是通過比較參考的三相正弦波和一項(xiàng)三角波而產(chǎn)生的，該三角波作用如從一個(gè)三角波振蕩器來的各次諧波，直流電壓脈振值的校正信號(hào)是通過電源校正部件，逆變器電路，和乘法器輸出的，該信號(hào)通過一個(gè)加法器而加到從逆變器控制器導(dǎo)出的每個(gè)正弦波上，加法器的輸出信號(hào)與從三角波振蕩器來的該三角波由一個(gè)比較器進(jìn)行比較，因此提供給交流電源為校正該直流脈振分量用的該開關(guān)時(shí)間信號(hào)即作為門信號(hào)而輸出。
為更好地了解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)行說明以供參考。
圖1是常規(guī)電力轉(zhuǎn)換裝置的接線方框圖;
圖2是按本發(fā)明中一個(gè)最佳實(shí)施例進(jìn)行的電力轉(zhuǎn)換裝置的接線方框圖;
圖3A到3K為示于圖1中電力轉(zhuǎn)換裝置的電轉(zhuǎn)換操作的波形圖;以及圖4A到4K為示于圖2中電力轉(zhuǎn)換裝置的電力轉(zhuǎn)換操作的波形圖。
本發(fā)明的一種電力轉(zhuǎn)換裝置是根據(jù)下述的基本構(gòu)思做出的。
本發(fā)明的一種電力轉(zhuǎn)換裝置包括有一個(gè)電力轉(zhuǎn)換部件，用于將單相交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源;一個(gè)濾波電容器連接在該電力轉(zhuǎn)換部件的輸出上;一個(gè)DC/AC逆變器，用于將從濾波電容器傳來的直流電源轉(zhuǎn)換成脈沖寬度調(diào)制方式中的三相交流電源;一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)作為負(fù)荷;一個(gè)電源電壓檢測部件，用于檢測單相交流電源的電壓;一個(gè)整流部件，用于將電源電壓檢測部件的輸出進(jìn)行整流;一個(gè)電容器電路，用于濾除整流部件輸出中的直流分量;一個(gè)電力校正部件，用于將電動(dòng)機(jī)功率所造成的一項(xiàng)校正值提供到電容器電路的輸出上;一個(gè)逆變電路，用于將該電力校正部件的輸出進(jìn)行逆變換;一個(gè)逆變器控制器，用于執(zhí)行該逆變器的門控制;多個(gè)乘法器電路，用于將作為逆變器控制器輸出的相應(yīng)于三相電壓的每一方波信號(hào)乘以由該DC/AC逆變電路輸出的一項(xiàng)信號(hào);多個(gè)加法器電路，用于將逆變器控制器輸出的三相電壓的每一正弦波形信號(hào)和乘法電路的每一輸出信號(hào)相加;一個(gè)三角波振蕩器;以及多個(gè)比較器，用于將從三角波振蕩器輸出的三角波信號(hào)和每一加法電路的輸出進(jìn)行比較，并用于將它們的輸出置成該逆變器的門控制信號(hào)。
本發(fā)明的特征歸納如下。單相輸入電力被整流而形成直流輸入電力，然后，此直流輸入電力由DC/AC逆變器進(jìn)行DC/AC逆變換而形成三相的輸出電力。檢測出含在該單相輸入電力的交流電壓中的各變量，根據(jù)所測出的各變量，藉該參考信號(hào)來控制該DC/AC逆變器，也就是說，該逆變后的交流電壓的脈沖寬度是在DC/AC逆變器中受到該逆變器控制器的控制。
圖2是按照本發(fā)明中最佳實(shí)施例構(gòu)成的一臺(tái)電力逆變裝置100的方框圖。并且它的主要電路部分是與圖1所示常規(guī)的電力轉(zhuǎn)換裝置具有相同結(jié)構(gòu)，從導(dǎo)電弓“PAN”來的單相交流電力通過變壓器“T”降壓，然后，通過電抗器“L”輸入到PWM轉(zhuǎn)換器“COV”。
在另一方面，從單相轉(zhuǎn)換器“COV”傳來的直流電力通過濾波電容器“CO”輸入到三相DC/AC逆變器“INV”，該直流電力輸入被控制成具有可變電壓和可變頻率，然后成為三相交流電力輸?shù)礁袘?yīng)電動(dòng)機(jī)“IM”。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的一般功率被選擇為從100到300千瓦(對(duì)電車)，以及從500到1000千瓦(電氣火車)。
在交流輸入部件中設(shè)有一個(gè)電壓檢測器“VD”，用于上述主要電路;一個(gè)整流器“RFI”、一個(gè)濾除直流分量電容器“C1”、一個(gè)電力校正乘法器“PC”以及一個(gè)逆變電路“RV”都被接于該電壓校正器“VD”。
電流變換器“CTV”、“CTV”和“CTW”分別接于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)“IM”的各輸入線上，一個(gè)整流器“RF2”和一個(gè)電力檢測器“PD”連接于這些電流變換器上，該電力檢測器“PD”的輸出接到電力校正乘法器“PC”的輸入上。
一項(xiàng)電壓指令信號(hào)和一項(xiàng)頻率指令信號(hào)被送到一個(gè)逆變器控制器“CN”，其輸出側(cè)分別接于三相U、V和W的各方波U1、V1和W1，以及接到正弦波U2、V2和W2。
方波U1、V1和W1的輸出被接于乘法器“MP1”、“MP2”和“MP3”，然后輸出到各加法器“AD1”、“AD2”和“AD3”。在另一方面，正弦波U2、V2和W2的輸出被接到各加法器“AD1”、“AD2”和“AD3”的輸入端。
加法器“AD1”、“AD2”和“AD3”的輸出接到比較器“COMP1”、“COMP2”和“COMP3”，并與從三角波振蕩器“OS”來的三角波進(jìn)行比較。
比較器“COMP1”、“COMP2”和“COMP3”的輸出被整定為三相U、V和W的門信號(hào)，去控制DC/AC逆變器“INV”中各可控硅的柵極。
現(xiàn)參照?qǐng)D3說明具有上述電路布置的電力轉(zhuǎn)換裝置100的運(yùn)行。
電壓檢測器“VD”的輸入波形是正弦波形，如圖3A所示，(圖2中電路圖所示，加到其它波形上的也是同一波形)，由整流器RF1整流后的輸入電壓呈圖3B所示形狀，該直流分量被濾除直流分量電容器“C1”濾除，并且它的輸出波波形變成圖3C所示，且被輸入到電力校正電路“PC”。
該電力校正電路“PC”的輸出變成如圖3D所示，并被逆變電路“RV”逆變成如圖3E所示。
該電力校正器電路“PC”的輸出按照作為負(fù)荷的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)“IM”所消耗的功率變化。當(dāng)負(fù)荷消耗功率大時(shí)，并因此當(dāng)負(fù)荷電流也大時(shí)，則上述輸出的峰值就大。
在另一方面，由于逆變器控制器“CN”的輸出，方波U1、V1和W1的信號(hào)和正弦波U2、V2和W2的信號(hào)即分別按照三相U、V和W而輸出，例如，U相輸出的方波U1即變成圖3F所示，圖3F的波形與從逆變電路“RV”來的圖3E波形的乘積是由乘法器“MP1”、“NP2”和“NP3”的輸出中求得，并變成圖3G所示，這些方波U1，V1和W1被加法器“AD1”、“AD2”和“AD3”加到乘法器“MP1”、“NP2”和“MP3”的輸出中，于是最后求得如圖3H和3I所示的輸出波形。
將加法器“AD1”、“AD2”和“AD3”的各輸出通過比較器“COMP1”、“COMP2”和“COMP3”與從三角波振蕩器“OS”輸出的三角波進(jìn)行比較，如圖35所示，它們的輸出即成為被調(diào)制的門信號(hào)，如圖3K所示。
雖然圖3和圖4所表示的分別為同一部分的信號(hào)波形，而在圖4的情況中，在電源側(cè)的頻率和電動(dòng)機(jī)上的頻率之間的關(guān)系則與圖3情況不同，盡管在圖3中電動(dòng)機(jī)頻率低于電源頻率，而它們兩者在圖4的情況中則幾乎相等。
如上所述，這里有一個(gè)特性，以至不僅該逆變器控制器“CN”用將三相方波U1、V1和W1和正弦波U2、V2和W2(這些波是按照電壓指令信號(hào)和頻率指令信號(hào)輸出的)與從三角波振蕩器“OS”來的三角波進(jìn)行比較的方法實(shí)行該調(diào)制，而且該逆變器控制器“CN”也對(duì)負(fù)荷功率的波動(dòng)進(jìn)行修正，并藉助于該三角波對(duì)此進(jìn)行的調(diào)制，而使負(fù)荷功率的波動(dòng)得以補(bǔ)償，以及脈波振動(dòng)受到抑制。
即在圖4的情況中，由于直流電壓脈動(dòng)頻率是電動(dòng)機(jī)側(cè)頻率兩倍，如果實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制，則直流電壓的高電平部分就與該交流電壓的峰值吻合。因此，電壓波形變大，而電流也增高，但是利用實(shí)行校正那些與三角波進(jìn)行比較的各波形，以及利用將脈沖寬度變窄，窄于本最佳實(shí)施例中標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制情況下所產(chǎn)生的波寬，則平均電壓值能夠降低，結(jié)果，電流被減小，含在負(fù)荷功率中的脈波振動(dòng)即能受到抑制。
綜上所述，按照本發(fā)明，直流電壓的脈波振動(dòng)是從輸入的交流電壓波形中檢測，且逆變器輸出電壓的脈沖寬度受檢測信號(hào)的修正。因此，將從DC/AC逆變器輸出電壓的脈沖寬度加寬或變窄，以改變成相反于該逆變器輸出電壓的峰值，所以能夠獲得含有較少脈振的電動(dòng)機(jī)電流。
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置包括有，電力轉(zhuǎn)換器裝置(COV)，用于將一單相交流輸入電壓(3A)轉(zhuǎn)換成具有脈動(dòng)分量的直流輸入電壓；過濾裝置(CO)，用于將從該電力逆變器裝置(COV)施加的輸入電壓中的脈動(dòng)分量濾除，以便獲得一項(xiàng)輸入直流電壓；DC/AC逆變器裝置(INV)，用于將輸入的直流電壓逆變成三相的交流電壓，以應(yīng)用于一三相的負(fù)荷(IM)；檢測器裝置(RF1、C1、PW-DET)，用于檢測含在三相交流輸入電壓(3A)中的脈振波，以獲得一變量檢測信號(hào)(3E)；參考信號(hào)發(fā)生裝置(OS)，用于產(chǎn)生參考信號(hào)(3J)；以及逆變器控制裝置(CN，MP，AD，COMP)，用于根據(jù)變量檢測信號(hào)和參考信號(hào)，將DC/AC逆變器裝置(INV)控制在處于脈沖寬度調(diào)制控制的方式中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的檢測器裝置包括一個(gè)分壓器(VD)，用于將單相交流輸入電壓分隔成細(xì)分的交流電壓(3A);一個(gè)整流器(RF1)，用于將該細(xì)分的交流電壓(3A)整流，去激勵(lì)出具有脈動(dòng)波的脈動(dòng)直流電壓(3B);以及一個(gè)濾波電容器(C1)，用于濾除該脈振的直流電壓(3B)，以將原來含在單相交流輸入電壓中的變量引出。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置還包括有，一個(gè)電力校正單元(PC)，用于將從該濾波電容器(C1)導(dǎo)出的變量根據(jù)負(fù)荷(IM)的狀態(tài)進(jìn)行修正，以便獲得校正后的變量。
4.如權(quán)利要求1所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的DC/AC逆變器裝置(INV)包括多個(gè)連接成三相的可控硅。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的逆變器控制裝置包括有乘法器電路(MP1，MP3);加法器電路(AD1，AD3);以及比較器電路(COMP1，COMP3)，并且根據(jù)從檢測器裝置來的變量檢測信號(hào)和參考信號(hào)而產(chǎn)生門控制信號(hào)(3K)，藉此使所述各可控硅的控制柵極響應(yīng)該門控制信號(hào)(3K)而被控制在該脈沖寬度控制方式中。
6.如權(quán)利要求5所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的逆變器控制裝置在響應(yīng)電壓指令和頻率指令中產(chǎn)生方波信號(hào)(U1，V1，W1)和正弦波信號(hào)(U2，U2，W2);所述的乘法器電路(MP1，MP3)，用于將所述的方波信號(hào)(U1，V1，W1)乘以所述的變量檢測信號(hào)(3E)，以獲得被乘過的變量檢測信號(hào)(3G);所述的加法器電路(AD1，AD3)，用于將所述被乘過的變量檢測信號(hào)(3G)加到所述正弦波信號(hào)(U2、V2、W2)上，以獲得被加過的變量檢測信號(hào)(3I);以及所述的比較器電路(COMP1，COMP3)，用于比較所述加過的變量檢測信號(hào)(3I)和所述的參考信號(hào)(3J)，以便最終地產(chǎn)生所述的門控制信號(hào)(3K)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的參考信號(hào)發(fā)生裝置是一個(gè)三角波振蕩器(OS)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述的負(fù)荷是一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
避免脈沖現(xiàn)象的電力轉(zhuǎn)換器，包括電力轉(zhuǎn)換裝置(COV)將單相AC變?yōu)槊}波DC，濾波裝置(CO)將脈波DC變?yōu)镈C，然后DC/AC逆變器(INV)將DC變?yōu)槿郃C供給負(fù)荷(IM)；還包括檢測器(RFI，CI，PW-DET)用來檢測AC變量信號(hào)3E，參考信號(hào)發(fā)生器(OS)用來產(chǎn)生參考信號(hào)(3J)，逆變控制器(CN，MP，AD，COMP)根據(jù)3E和3J使該DC/AC逆變器處于脈沖寬度控制方式而避免脈沖現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H02P27/08GK1041073SQ8910699
公開日1990年4月4日 申請(qǐng)日期1989年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月8日
發(fā)明者高原英明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝