電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)等負(fù)載的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為使直流電源電壓進(jìn)行升壓以提供給逆變器，并通過(guò)該逆變器使交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)行的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，已知有例如圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)。
圖4中，10是直流電源，20是電流可逆式升壓轉(zhuǎn)換器(DC/DC轉(zhuǎn)換器)，21、22是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，23是電抗器、30是電容器，40是三相電壓型逆變器，41至46是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，50是交流電動(dòng)機(jī)。此外，如圖4中括號(hào)所記載的那樣，各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)21、22、41至46由IGBT等半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、以及與其逆并聯(lián)連接的續(xù)流二極管構(gòu)成。
[0003]簡(jiǎn)單地說(shuō)明此現(xiàn)有技術(shù)的動(dòng)作，通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器20的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)20的導(dǎo)通、斷開(kāi)，對(duì)電抗器23反復(fù)進(jìn)行能量的儲(chǔ)存、釋放，因此電容器30的電壓對(duì)于直流電源10的電壓進(jìn)行升壓。逆變器40例如通過(guò)PWM控制使半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41至46導(dǎo)通、斷開(kāi)，將電容器30的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓以提供給交流電動(dòng)機(jī)50。
如圖4所示的現(xiàn)有技術(shù)例如記載于專利文獻(xiàn)I中。
[0004]此外，已知有圖5的現(xiàn)有技術(shù)，其中通過(guò)逆變器對(duì)零相電壓進(jìn)行控制以作為所謂的零相轉(zhuǎn)換器進(jìn)行動(dòng)作，從而使直流電源電壓進(jìn)行升壓。
圖5中，直流電源10連接在交流電動(dòng)機(jī)50的中性點(diǎn)(定子繞組的中性點(diǎn))50a與負(fù)側(cè)直流母線之間，對(duì)其他的構(gòu)成部件標(biāo)記與圖4相同的編號(hào)。
[0005]該現(xiàn)有技術(shù)中，例如通過(guò)反復(fù)進(jìn)行使逆變器40的下臂的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)42、44、46在同一時(shí)刻導(dǎo)通、斷開(kāi)的動(dòng)作，從而由直流電源10、交流電動(dòng)機(jī)50的漏電感(零相電感)以及逆變器40組成的零相等效電路與圖4的升壓轉(zhuǎn)換器20成為實(shí)質(zhì)上相同的電路結(jié)構(gòu)，能夠?qū)㈦娙萜?0的電壓控制為比直流電源10的電壓更高的值。此外，通過(guò)逆變器40對(duì)交流電動(dòng)機(jī)50進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作與圖4相同。
如圖5所示的現(xiàn)有技術(shù)例如記載于專利文獻(xiàn)2中。
[0006]另一方面，圖6是表示專利文獻(xiàn)3所記載的現(xiàn)有技術(shù)的電路圖。
圖6中，70是作為升降壓斬波器進(jìn)行動(dòng)作的DC/DC轉(zhuǎn)換器，71至74是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，75是電抗器，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)71、72的串聯(lián)電路與直流電源10以及電容器31并聯(lián)連接，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)73、74的串聯(lián)電路與電容器32以及逆變器40并聯(lián)連接。11、62是電壓檢測(cè)器，61是電流檢測(cè)器，80是控制電路。
[0007]該現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)控制DC/DC轉(zhuǎn)換器70的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)71、74以及72、73的占空比，從而使電抗器75中儲(chǔ)存的能量進(jìn)行變化，將直流電源10的電壓控制成所期望的大小并向電容器32 —側(cè)輸出。
與圖6幾乎相同的電路記載于非專利文獻(xiàn)I中。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)2004-120844號(hào)公報(bào)(圖2、圖5、圖6等)
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)2011-41336號(hào)公報(bào)(圖1等)
專利文獻(xiàn)3:日本專利特開(kāi)2004-350478號(hào)公報(bào)(圖1、圖7等)
非專利文獻(xiàn)
[0009]非專利文獻(xiàn)1:ComparativeEvaluat1n of Soft-Switching Concepts forB1-direct1nal Buck+BoostDc-Dc Converters,p.1856-1865，The2010 Internat1nalPower ElectronicsConference(圖1)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]圖4、圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)中，存在如下問(wèn)題:各轉(zhuǎn)換器20、27中設(shè)置的電抗器23、75導(dǎo)致電路的大型化、成本增加。
此外，圖5的現(xiàn)有技術(shù)中，在驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)50的逆變器40的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，通過(guò)對(duì)逆變器40適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行開(kāi)關(guān)，從而使其作為零相轉(zhuǎn)換器進(jìn)行動(dòng)作，因此在交流電動(dòng)機(jī)50運(yùn)行中一直進(jìn)行升壓動(dòng)作，由此存在逆變器40以及交流電動(dòng)機(jī)50的損耗變大的問(wèn)題。
而且，圖5的現(xiàn)有技術(shù)中，若調(diào)整逆變器40的上臂或者下臂的所有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的占空比，則能夠與交流電動(dòng)機(jī)50的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)應(yīng)地控制逆變器40的直流電壓(電容器30的電壓)，例如，在交流電動(dòng)機(jī)50高速旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠?qū)⒛孀兤?0的直流電壓控制成比直流電源10的電壓更高的值，但此直流電壓以及逆變器40的交流輸出電壓的自由度總的來(lái)說(shuō)是較低的。
[0011 ] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法，無(wú)需升壓用電抗器、一直進(jìn)行升壓動(dòng)作，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置整體的小型化、降低損耗的同時(shí)提高逆變器直流電壓的自由度。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，權(quán)利要求1所涉及的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有:電容器等蓄電裝置；逆變器，在該逆變器的正負(fù)直流端子之間連接蓄電裝置，在該逆變器的多個(gè)交流端子之間連接具有電感的負(fù)載；第I上下臂部，該第I上下臂部由第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接而構(gòu)成，且第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)彼此的連接點(diǎn)與負(fù)載的中性點(diǎn)相連接；以及直流電源，該直流電源是與第I上下臂部并聯(lián)連接的電池等，使所述逆變器的正負(fù)直流端子與所述第I上下臂部的正負(fù)端子的兩極彼此之間中至少一方的兩極彼此之間通過(guò)開(kāi)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，使另一方的同極彼此之間成為相同電位。
這里，如權(quán)利要求2所述，也可僅使所述逆變器的正負(fù)直流端子與所述第I上下臂部的正負(fù)端子的兩極彼此之間中一方的兩極彼此之間通過(guò)開(kāi)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，使另一方的兩極彼此之間直接進(jìn)行連接。
或者，如權(quán)利要求3所述，也可使所述逆變器的正負(fù)直流端子與所述第I上下臂部的正負(fù)端子的兩極彼此之間分別通過(guò)開(kāi)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，使一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)成為常導(dǎo)通狀態(tài)，并且使另一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開(kāi)動(dòng)作。
[0013]此外，如權(quán)利要求4所述，構(gòu)成所述逆變器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、以及構(gòu)成第I上下臂部的第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以及與其逆并聯(lián)連接的續(xù)流二極管構(gòu)成。 此外，如權(quán)利要求5所述，優(yōu)選為，連接交流電動(dòng)機(jī)以作為所述負(fù)載，使該交流電動(dòng)機(jī)的漏電感作為升壓用電感進(jìn)行使用。
[0014]作為本發(fā)明所涉及的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，如權(quán)利要求6所述，在使開(kāi)閉開(kāi)關(guān)導(dǎo)通且使第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下，通過(guò)對(duì)構(gòu)成逆變器的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而能夠從逆變器輸出交流電壓并驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
此外，如權(quán)利要求7所述，使權(quán)利要求2所述的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)且使逆變器的上臂或者下臂的所有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或者斷開(kāi)以等效地構(gòu)成由第3、第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路組成的第2上下臂部，并且通過(guò)使第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開(kāi)，從而還能夠使由第I上下臂部、第2上下臂部以及負(fù)載的電感組成的升降壓斬波器進(jìn)行動(dòng)作，使電容器進(jìn)行充放電。
或者，如權(quán)利要求8所述，在使權(quán)利要求3所述的一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)一直導(dǎo)通的狀態(tài)下使另一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，且使逆變器的上臂或者下臂的所有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通或者斷開(kāi)以等效地構(gòu)成由第3、第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路組成的第2上下臂部，并且通過(guò)使第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)進(jìn)行導(dǎo)通、斷開(kāi)，從而還能夠使由第I上下臂部、第2上下臂部以及負(fù)載的電感組成的升降壓斬波器進(jìn)行動(dòng)作，使電容器進(jìn)行充放電。
[0015]此外，如權(quán)利要求9或者權(quán)利要求10所述，若使得用于通過(guò)第2上下臂部進(jìn)行升降壓動(dòng)作的逆變器的開(kāi)關(guān)模式構(gòu)成用于通過(guò)逆變器輸出交流電壓以驅(qū)動(dòng)負(fù)載的開(kāi)關(guān)模式的一部分，則能夠在對(duì)電容器進(jìn)行升降壓動(dòng)作的同時(shí)通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
發(fā)明的技術(shù)效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)利用交流電動(dòng)機(jī)等負(fù)載具有的電感，從而無(wú)需升壓用電抗器，因此可實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、低價(jià)化。此外，由于能夠選擇不進(jìn)行升壓動(dòng)作、通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)負(fù)載的動(dòng)作模式，因此與一直進(jìn)行升壓動(dòng)作的現(xiàn)有技術(shù)相比能夠?qū)崿F(xiàn)控制的簡(jiǎn)化，并且降低損耗。
而且，通過(guò)提高逆變器的直流電壓的自由度，從而例如在負(fù)載是交流電動(dòng)機(jī)的情況下，能夠在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)提高逆變器的直流電壓，因此能夠使電動(dòng)機(jī)成為高電壓規(guī)格來(lái)減小電流，能夠使對(duì)電動(dòng)機(jī)提供電力的電纜的直徑變細(xì)，實(shí)現(xiàn)連接端子的小型化等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電路圖。
圖2是圖1的等效電路圖。
圖3是交流電動(dòng)機(jī)的速度與扭矩(電流)的關(guān)系的簡(jiǎn)要特性圖。
圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)的電路圖。
圖5是表不現(xiàn)有技術(shù)的電路圖。
圖6是表示現(xiàn)有技術(shù)的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的電路圖。圖1中，在作為蓄電裝置的電容器30的兩端，連接由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41?46組成的三相電壓型逆變器40的正負(fù)直流端子，三相的交流電動(dòng)機(jī)50與逆變器40的各交流端子相連接。
[0019]另一方面，在由電池等組成的直流電源10的正極與負(fù)極之間連接將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)91,92串聯(lián)連接的上下臂部90，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)91、92彼此的連接點(diǎn)與交流電動(dòng)機(jī)50的中性點(diǎn)50a相連接。這里，將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)91、92稱為第1、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，將上下臂部90稱為第I上下臂部。
此外，上下臂部90的正極端子(直流電源10的正極)通過(guò)由雙向性的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者機(jī)械式開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)100與逆變器40的一方的直流端子(正極端子)連接，上下臂部90的負(fù)極端子(直流電源10的負(fù)極)與逆變器40的另一方的直流端子(負(fù)極端子)進(jìn)行直接連接且保持在相同電位。
此外，也可將開(kāi)閉開(kāi)關(guān)100連接于上下臂部90的負(fù)極端子和逆變器40的負(fù)極端子之間，將上下臂部90的正極端子與逆變器40的正極端子直接連接且保持在相同電位。
此外，雖未圖示，但也可在上下臂部90的正極端子與逆變器的正極端子之間、以及上下臂部90的負(fù)極端子與逆變器的負(fù)極端子之間，分別連接開(kāi)閉開(kāi)關(guān)。此時(shí)，在電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)行中，通過(guò)后述的動(dòng)作使一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)(與此實(shí)施方式的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)100相當(dāng))導(dǎo)通或者斷開(kāi)并且使另一方的開(kāi)閉開(kāi)關(guān)一直成為導(dǎo)通狀態(tài)，將該開(kāi)閉開(kāi)關(guān)的兩端保持在相同電位，在電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)停止時(shí)使該開(kāi)閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)即可。
上述結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)41?46、91、92如圖1括號(hào)所示，由IGBT等半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件以及與其逆并聯(lián)連接的續(xù)流二極管構(gòu)成。
[0020]接著，說(shuō)明此實(shí)施方式的動(dòng)作。
若使圖1的開(kāi)閉