電力變換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將直流電力變換為交流電力、反過來將交流電力變換為直流電力的電力變換裝置，特別涉及應(yīng)用了三電平電力變換電路的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知具備具有多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的逆變器電路、和控制這些半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動的開關(guān)控制部的電力變換裝置。這樣的電力變換裝置廣泛應(yīng)用于需要控制例如馬達的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的家電機器、工業(yè)機器等。
[0003]另外，為了使這些馬達高效地運轉(zhuǎn)，期望實施根據(jù)馬達的速度?轉(zhuǎn)子位置來控制電壓.電流的所謂矢量控制。在實施該矢量控制時，對于馬達的速度?轉(zhuǎn)子位置的檢測，通過設(shè)置規(guī)定的傳感器而能夠檢測，但導(dǎo)致電力變換裝置的成本上升。
[0004]因此，廣泛應(yīng)用不通過傳感器來檢測馬達的速度.轉(zhuǎn)子位置而進行馬達控制的所謂無傳感器矢量控制。在該無傳感器矢量控制中，進行根據(jù)對馬達施加的電壓和在馬達中流過的電流來推側(cè)馬達的速度?轉(zhuǎn)子位置。另外，在一般的電力變換裝置中，使用電壓指令作為此時對馬達施加的電壓。
[0005]但是，在上述電力變換裝置中，一般地，相對半導(dǎo)體開關(guān)元件，逆并聯(lián)地連接了續(xù)流二極管。由于在這些半導(dǎo)體開關(guān)元件、續(xù)流二極管中流過電流時的通態(tài)(ON)壓降，實際的對馬達施加的電壓相對于上述電壓指令產(chǎn)生誤差。其結(jié)果是，在輸出電流、轉(zhuǎn)矩中產(chǎn)生失真。而且，由于這樣實際的對馬達施加的電壓相對于電壓指令產(chǎn)生誤差，所以還導(dǎo)致無傳感器矢量控制的不穩(wěn)定等。
[0006]相對于此，考慮例如如下述專利文獻I那樣的方法:考慮在半導(dǎo)體開關(guān)元件、續(xù)流二極管中流過電流時的通態(tài)壓降，來校正電壓指令。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2010 - 154726號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0011]但是，專利文獻I記載的以往技術(shù)是針對二電平逆變器的電壓指令的校正方法，沒有進行適用于三電平逆變器時的詳細記述。
[0012]二電平逆變器是如上述專利文獻I記載的那樣，將兩個電壓電平選擇性地導(dǎo)出到逆變器的輸出端子來控制輸出電壓的結(jié)構(gòu)，逆變器的主電路具備6個開關(guān)元件，在對這些各開關(guān)元件進行PWM調(diào)制控制(以下稱為PWM控制)時使用的載波也是單一的。
[0013]相對于此，三電平逆變器將直流電源電壓通過串聯(lián)連接的電容器分壓為兩個直流電壓，形成正(高電位)、零(中間電位)、負(低電位)這3個電壓電平(電位)，通過構(gòu)成逆變器的主電路的開關(guān)元件的接通.斷開動作，將這3個電壓電平選擇性地導(dǎo)出到逆變器輸出端子來控制輸出電壓。在該情況下，三電平逆變器的主電路具備12個開關(guān)元件，在對這些各開關(guān)元件進行PWM控制時使用的載波也是兩個。
[0014]像這樣，在二電平逆變器和三電平逆變器中，不僅主電路結(jié)構(gòu)不同，而且輸出電壓也不同，進而在PWM控制時使用的載波的數(shù)量也不同。因此，在考慮在半導(dǎo)體開關(guān)元件、續(xù)流二極管中流過電流時的通態(tài)壓降來校正電壓指令的情況下，難以將專利文獻I記載那樣的針對二電平逆變器的技術(shù)直接地應(yīng)用于三電平逆變器。
[0015]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種在應(yīng)用了生成三電平的電壓的三電平電力變換電路的電力變換裝置中，能夠正確地補償在半導(dǎo)體開關(guān)元件、續(xù)流二極管中流過電流時的通態(tài)壓降的電力變換裝置。
[0016]解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0017]本發(fā)明的第I電力變換裝置具有:三電平電力變換電路，具有多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和多個續(xù)流二極管，將直流電壓變換為具有正電壓和負電壓及零電壓這3個電位的電壓；電流檢測部，檢測對具有所述三電平電力變換電路的3個電位的端子輸入輸出的電流值；電壓檢測部，檢測所述直流電壓；以及控制部，根據(jù)電壓指令值，對所述三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行接通/斷開控制，該第I電力變換裝置的特征在于，所述控制部根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一定期間內(nèi)的所述3個電位的時間比率和來自所述電流檢測部的電流值，對伴隨在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述二極管中流過電流時的通態(tài)壓降而產(chǎn)生的通態(tài)電壓誤差進行運算，用校正所述通態(tài)電壓誤差的電壓校正量來校正所述電壓指令值，根據(jù)校正后的所述電壓指令值，對所述三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行接通/斷開控制。
[0018]本發(fā)明的第2電力變換裝置具有:三電平電力變換電路，具有多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和多個續(xù)流二極管，將直流電壓變換為具有正電壓和負電壓及零電壓這3個電位的電壓；電流檢測部，檢測對具有所述三電平電力變換電路的3個電位的端子輸入輸出的電流值；電壓檢測部，檢測所述直流電壓；以及控制部，根據(jù)電壓指令值，對所述三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行接通/斷開控制，該第2電力變換裝置的特征在于，所述控制部根據(jù)所述電壓指令值與所述直流電壓的比值和來自所述電流檢測部的電流值，對伴隨在所述半導(dǎo)體開關(guān)元件和所述二極管中流過電流時的通態(tài)壓降而產(chǎn)生的通態(tài)電壓誤差進行運算，用校正所述通態(tài)電壓誤差的電壓校正量來校正所述電壓指令值，根據(jù)校正后的所述電壓指令值，對所述三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行接通/斷開控制。
[0019]發(fā)明效果
[0020]本發(fā)明的第I電力變換裝置如上所述構(gòu)成，所以能夠補償通態(tài)壓降，不會由于基于電壓誤差而在輸出電流、轉(zhuǎn)矩中產(chǎn)生失真，進而，能夠針對電壓指令無誤差地輸出電壓，所以能夠提高無傳感器矢量控制的穩(wěn)定性。
[0021]本發(fā)明的第2電力變換裝置如上所述構(gòu)成，所以能夠補償通態(tài)壓降，不會由于電壓誤差而在輸出電流、轉(zhuǎn)矩中產(chǎn)生失真，進而，能夠針對電壓指令無誤差地輸出電壓，所以能夠提高無傳感器矢量控制的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的實施方式I中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2是本發(fā)明的實施方式I中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是示出通過雙極性調(diào)制對構(gòu)成該電力變換裝置的三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行PWM控制時的一個例子的說明圖。
[0025]圖4是該電力變換裝置的三電平電力變換電路中的通態(tài)壓降所致的通態(tài)電壓誤差的發(fā)生原理的說明圖。
[0026]圖5是該電力變換裝置的三電平電力變換電路中的通態(tài)壓降所致的通態(tài)電壓誤差的發(fā)生原理的說明圖。
[0027]圖6是校正該電力變換裝置的三電平電力變換電路中的通態(tài)壓降的原理的說明圖。
[0028]圖7是校正該電力變換裝置的三電平電力變換電路中的通態(tài)壓降的原理的說明圖。
[0029]圖8是在雙極性調(diào)制時校正通態(tài)壓降時的相電壓的Duty (保持時間)計算的說明圖。
[0030]圖9是構(gòu)成控制該電力變換裝置的三電平電力變換電路的控制部的通態(tài)電壓運算電路的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖10是構(gòu)成控制本發(fā)明的實施方式2中的電力變換裝置的三電平電力變換電路的控制部的通態(tài)電壓運算電路的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖11是示出通過單極性調(diào)制對構(gòu)成電力變換裝置的三電平電力變換電路的半導(dǎo)體開關(guān)元件進行PWM控制時的一個例子的說明圖。
[0033]圖12是本發(fā)明的實施方式3中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖13是本發(fā)明的實施方式3中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖14是在單極性調(diào)制時校正通態(tài)壓降時的相電壓的Duty計算的說明圖。
[0036]圖15是構(gòu)成控制該電力變換裝置的三電平電力變換電路的控制部的通態(tài)電壓運算電路的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0037]實施方式1.
[0038]圖1、圖2是本發(fā)明的實施方式I中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖，示出了將中性點鉗位方式的三電平逆變器應(yīng)用于電氣鐵路車輛的情況的一個例子。
[0039]在圖1、圖2中，符號I是構(gòu)成中性點鉗位方式的三電平逆變器的三電平電力變換電路(以下稱為主電路)，2是作為直流電壓源的電氣架線，3是集電裝置，4是車輪，5是軌道，6是電壓檢測部，7U、7V、7W是電流檢測部。另外，F(xiàn)C1、FC2是用于從電氣架線2制作與交流電壓輸出側(cè)的零電位相當?shù)闹虚g電壓(中性點電壓)的分壓電容器。此處，將電氣架線2的電壓設(shè)為Ed，將分壓電容器FC1、FC2的各電壓設(shè)為Ed/2。另外，8是負載，在該實施方式I中示出感應(yīng)電動機的情況。9是控制主電路I的控制部。
[0040]上述主電路I具備可自消弧的合計12個半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下簡稱為開關(guān)元件)SUl?SU4、SVl?SV4、Sffl?SW4、和針對各開關(guān)元件SUl?SU4、SVl?SV4、Sffl