BR112014001156A2

BR112014001156A2 - dispositivo de conversão de energia

Info

Publication number: BR112014001156A2
Application number: BR112014001156A
Authority: BR
Inventors: Itoh Junichi; Yamamoto Kouji; Saito Masao; Nakamura Takamasa; Ohnuma Yoshiya
Original assignee: Univ Nagaoka Technology; Nissan Motor
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2020-01-07
Also published as: US9190922B2; BR112014001156B1; CN103688456B; RU2014113389A; JP2013055868A; US20140226386A1; EP2755312B1; EP2755312A1; MX2014000885A; WO2013035781A1; JP5377604B2; EP2755312A4; CN103688456A; KR101579389B1; KR20140042915A; RU2570804C2

Abstract

resumo dispositivo de conversão de energia trata-se de um dispositivo de conversão de energia elétrica que compreende um circuito de conversão tendo pares vários pares bidirecionalmente comutáveis de elementos de comutação conectados a respectivas fases e convertendo uma energia ca transmitida em uma energia elétrica ca. calcula-se um primeiro tempo de comutação durante o qual um dos elementos de comutação de um circuito de braço superior dos vários pares de elementos de comutação incluídos em uma fase dentre as respectivas fases é ligado, os outros elementos de comutação do circuito de braço superior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases são desligados, pelo menos um elemento de comutação de um circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases é ligado, e os outros elementos de comutação do circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos na primeira fase são desligados. calcula-se um segundo tempo de comutação durante o qual os vários pares de elementos de comutação incluídos na primeira fase dentre as respectivas fases são ligados e os vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases dentre as respectivas fases são desligados em uma forma de um tempo que é uma subtração do primeiro tempo de comutação a partir de um meio-período de uma portadora, e, usando esse tempo, sinais de controle para ligar e desligar os elementos de comutação são gerados.

Description

“DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA”

Campo técnico [001 ]A presente invenção refere-se a um dispositivo de conversão de energia elétrica.

Antecedentes da invenção [002]É conhecido um aparelho de controle para controlar um conversor de energia elétrica, o qual compreende: um retificador MLP (modulação de largura de pulso) que realiza uma conversão de uma corrente alternada em corrente contínua; e um inversor conectado ao retificador MLP para realizar uma inversão da corrente contínua para a corrente alternada, o aparelho de controle incluindo: meios de modulação bifásica para gerar um comando de tensão de saída para realizar uma modulação bifásica para o inversor; primeiros meios de cálculo de quantidade de compensação para calcular uma quantidade de compensação corrigindo o comando de tensão de saída de modo a compensar um erro de tensão de saída gerado quando a modulação bifásica para o inversor é realizada; meios de geração de padrão MLP do inversor para gerar pulsos MLP para elementos de comutação de semicondutor do retificador MLP com base em um comando de corrente de entrada; meios de detecção de comutação para detectar uma presença ou ausência de uma comutação do retificador MLP; meios de detecção de magnitude de tensão para detectar uma tensão de uma fase máxima, uma tensão de uma fase mínima e uma tensão de uma fase mínima a partir de uma tensão de entrada de cada fase; e meios de determinação de polaridade para determinar uma polaridade de uma corrente de carga, em que os primeiros meios de cálculo de quantidade de compensação calculam a quantidade de compensação corrigindo o comando de tensão de saída usando uma saída dos meios de detecção de magnitude de tensão, uma saída dos meios de determinação de polaridade, uma saída dos meios de detecção de comutação, uma frequência de comutação do inversor e um tempo morto.

2/28 [003]No entanto, ocorre o problema de que o aparelho de controle conhecido para o dispositivo de conversão de energia elétrica compensa somente um erro de tensão gerado de acordo com uma comutação, mas não é capaz de impedir uma falha de comutação em si.

Documento publicado anteriormente [004]Documento de Patente 1: Primeira Publicação do Pedido de Patente Japonês (tokkai) n² 2006-20384.

Revelação da invenção [005]A presente invenção tem por objetivo oferecer um dispositivo de conversão de energia elétrica que seja capaz de prevenir a falha de comutação.

[006]O objetivo descrito acima pode ser alcançado pela presente invenção de modo que uma seção de cálculo de tempo de comutação e uma seção de geração de sinal de controle que gera sinais de controle dos elementos de comutação com base em um primeiro tempo de comutação e um segundo tempo de comutação são proporcionados, a seção de cálculo de tempo de comutação calculando o primeiro tempo de comutação durante o qual um dos elementos de comutação de um circuito de braço superior de vários pares de elementos de comutação incluídos em uma fase dentre as respectivas fases é ligado, os outros elementos de comutação do circuito de braço superior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases são desligados, pelo menos um elemento de comutação de um circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases é ligado, e os outros elementos de comutação do circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos em uma fase são ligados usando as tensões detectadas pelos meios de detecção de tensão e um valor de comando de saída e calculando o segundo tempo de comutação durante o qual os vários pares de elementos de comutação incluídos na determinada fase dentre as respectivas fases são ligados e

3/28 os vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases dentre as respectivas fases são desligados em uma forma de um tempo que é uma subtração do primeiro tempo de comutação a partir de um tempo correspondendo a um meioperíodo de uma portadora.

[007]De acordo com a presente invenção, um intervalo entre uma operação de comutação em um primeiro ponto de tempo do segundo tempo de comutação e a operação de comutação em um último ponto de tempo do segundo tempo de comutação é assegurado. Portanto, uma sobreposição das operações de comutação no primeiro ponto de tempo e no último ponto de tempo é evitada. Consequentemente, é possível evitar a ocorrência da falha de comutação.

Breve descrição dos desenhos:

[008]A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de carregamento incluindo um dispositivo de conversão de energia elétrica em uma concretização preferida de acordo com a presente invenção.

[009]A Fig. 2 é um diagrama de blocos de um sistema de carregamento em um primeiro exemplo comparativo.

[010]A Fig. 3 é um diagrama de blocos de um sistema de carregamento em um segundo exemplo comparativo.

[011]A Fig. 4 é um diagrama de blocos de um controlador controlando o dispositivo de conversão de energia elétrica ilustrado na Fig. 1.

[012]A Fig. 5 é um gráfico representando uma sequência de comutação de um elemento de comutação de fase r ilustrado na Fig. 1.

[013]A Fig. 6 é um diagrama representando uma relação entre um vetor de base e um vetor de tensão em uma seção de modulação de vetor de espaço ilustrada na Fig. 4.

[014]A Fig. 7(a) é um diagrama que é uma adição de um padrão de comutação a um diagrama de vetor da Fig. 6 e a Fig. 7(b) é um diagrama de circuito

4/28 de uma fonte de alimentação de corrente alternada 1 e um conversor de matriz 4 no sistema de carregamento ilustrado na Fig. 1.

[015]A Fig. 8 é um diagrama conceituai da tabela de padrão de comutação da Fig. 4.

[016]As Figs. 9(1) a (6) são diagramas para explicar as transições de estado dos elementos de comutação na Fig. 1.

[017]A Fig. 10 é um gráfico representando uma relação entre uma portadora e um tempo de saída no controlador na Fig. 4.

[018]A Fig. 11 é um gráfico representando uma forma de onda de tensão de saída de um conversor de matriz na Fig. 1.

[019]A Fig. 12 é um gráfico representando outra forma de onda de tensão de saída do conversor de matriz na Fig. 1.

[020]A Fig. 13 mostra gráficos representando uma relação entre a portadora e um valor de comando e uma forma de onda de tensão de saída em um aparelho inversor em um terceiro exemplo comparativo.

[021 ]A Fig. 14 mostra gráficos representando uma relação entre a portadora e o tempo de saída e uma forma de onda de tensão de saída, em um controlador ilustrado na Fig. 4.

[022]A Fig. 15 mostra gráficos representando uma relação entre a portadora e o tempo de saída e uma forma de onda de tensão de saída no dispositivo de conversão de energia elétrica em uma modificação da concretização preferida de acordo com a presente invenção.

Concretizações para realização da invenção [023]Daqui em diante, uma concretização preferida de acordo com a presente invenção será descrita com base nos desenhos.

[024]A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de batería incluindo

5/28 um dispositivo de conversão de energia elétrica relacionado a uma concretização preferida de acordo com a presente invenção.

[025]Daqui em diante, um caso em que o dispositivo de conversão de energia elétrica nesta concretização é aplicado a um sistema de carregamento é explicado como um exemplo, mas esta concretização pode ser aplicada a um veículo ou similar incluindo um motor e um aparelho de controle controlando o motor ou similar.

[026]O sistema de carregamento nesta concretização inclui: uma fonte de alimentação de corrente alternada 1; um filtro de entrada 2; sensores de tensão 31 ~ 33; um conversor de matriz 4; um circuito transformador de alta frequência 5; um filtro de saída 6; e uma batería 7.

[027]A fonte de alimentação de corrente alternada 1 é uma fonte de alimentação de corrente alternada trifásica e fornece uma fonte de alimentação elétrica para o sistema de carregamento. O filtro de entrada 2 é um filtro para retificar uma energia elétrica de corrente alternada transmitida pela fonte de alimentação de corrente alternada 1 e é constituído por circuitos LC com bobinas 21, 22, 23 e capacitores 24, 25, 26. As bobinas 21, 22, 23 são conectadas entre respectivas fases da fonte de alimentação de corrente alternada 1 e do conversor de matriz 4. Os capacitores 24, 25, 26 são conectados entre as bobinas 21, 22, 23 e são conectados entre as respectivas fases.

[028]Sensores de tensão 31, 32, 33 são conectados entre a fonte de alimentação de corrente alternada 1 e o conversor de matriz 4 para detectar uma tensão de entrada (V_r, V_s, V_t) de cada fase a partir da fonte de alimentação de corrente alternada 1 para o conversor de matriz 4 e emite as tensões detectadas para um controlador 10, como será descrito posteriormente. O sensor de tensão 31 é conectado a um ponto central de uma fase r do conversor de matriz 4, o sensor de tensão 32 é conectado a um ponto central de uma fase s do conversor de matriz 4, e

6/28 o sensor de tensão 33 é conectado a um ponto central de uma fase t do conversor de matriz 4.

[029]O conversor de matriz 4 é provido de uma pluralidade de elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn comutáveis bidirecionalmente, converte a energia elétrica de corrente alternada transmitida pela fonte de alimentação de corrente alternada 1 em uma energia elétrica de corrente alternada de alta frequência e emite a energia elétrica de corrente alternada de alta frequência para o circuito transformador de alta frequência 5. O conversor de matriz 4 é conectado entre o filtro de entrada 2 e o circuito transformador de alta frequência 5. O elemento de comutação S_rp, de modo a proporcionar o elemento bidirecionalmente comutável, inclui:_o transistor Tr_rp1, tal como um MOSFET ou IGBT; o transistor Tr_rp2 tal como o MOSFET ou IGBT; um diodo D_rP1;eodiodo D_rP2._O transistor Tr_rp1 e o transistor Tr_rp2são conectados em série um ao outro em direções mutuamente opostas e o diodo D_rPi e o diodo D_rp2 são conectados em série um ao outro em direções mutuamente opostas, o transistor T_rp1 e o diodo D_rp1 são conectados em paralelo um ao outro em direções mutuamente opostas, o transistor Tr_rp2 e o diodo D_rp2 são conectados em paralelo um ao outro em direções mutuamente opostas._De maneira similar, outros elementos de comutação S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são constituídos por um circuito em ponte de transistores Tr_rni, Tr_rn2 θ diodos D_rni, Dm2, um circuito em ponte de transistores Tr_spi, Tr_sp2 θ diodos D_spi, D_SP2, um circuito em ponte de Tr_sni, Tr_sn2 θ diodos D_Sni, D_Sn2, um circuito em ponte de transistores Tr_tpi, Tr_tP2 e diodos D_tpi, D_tP2, e um circuito em ponte de transistores Tr_tni, Trtn2 θ diodos D_tni, Dtn2· [030]lsto quer dizer, três de um par de circuitos no qual dois elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são conectados em série são conectados em paralelo e um lado primário de um transformador 51. Então, um circuito em ponte no qual três linhas conectadas entre os respectivos pares de elementos de comutação S_rp, Sm, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são conectados eletricamente a seções de saída trifásica da

7/28 fonte de alimentação de corrente alternada 1 constitui o conversor de matriz trifásico-para-monofásico 4.

[031 ]O circuito transformador de alta frequência 5 é provido do transformador 51 e de um circuito em ponte retificador 52 e é conectado entre o conversor de matriz 4 e o filtro de saída 6. O circuito transformador de alta frequência 5 converte a energia elétrica de corrente alternada de alta frequência transmitida pelo conversor de matriz 4 em energia elétrica de corrente contínua e alimenta a energia elétrica de corrente contínua a uma batería 7 por meio do filtro de saída 6. O transformador 51 intensifica a tensão de corrente alternada de alta frequência transmitida pelo conversor de matriz 4 e emite essa corrente alternada intensificada ao circuito em ponte retificador 52. Deve-se notar que, uma vez que a energia elétrica de corrente alternada transmitida pelo conversor de matriz 4 é a frequência alta, um transformador de pequenas dimensões pode ser usado como o transformador 51. O circuito em ponte retificador 52 é um circuito no qual uma pluralidade de diodos são conectados em uma configuração em ponte e serve para converter uma corrente alternada do lado secundário do transformador 51 na corrente contínua.

[032]O filtro de saída 6 é constituído por um circuito LC de uma bobina 61 e um capacitor 62 e é conectado entre o circuito transformador de alta frequência 5 e a batería 7. O filtro de saída 6 retifica a energia elétrica de corrente contínua emitida pelo circuito transformador de alta frequência 5 e alimenta a energia elétrica de corrente contínua para a batería 7 A batería 7 é uma célula secundária carregada pelo sistema de carregamento nesta concretização e é constituída, por exemplo, por uma batería recarregável de íons de lítio. A batería 7 é, por exemplo, montada no veículo e fornece uma fonte (de energia) dinâmica do veículo.

[033]Assim, o sistema de carregamento nesta concretização converte a corrente alternada da fonte de alimentação de corrente alternada 1 em corrente

8/28 alternada de frequência, intensifica a corrente alternada de alta frequência através do circuito transformador de alta frequência 5, converte a corrente alternada intensificada em corrente contínua e alimenta a energia elétrica de corrente contínua de alta tensão intensificada para a batería 7.

[034]Os aspectos do sistema de carregamento ilustrado na Fig. 1 usando o dispositivo de conversão de energia elétrica nesta concretização serão explicados enquanto comparando com um exemplo comparativo 1 e outro exemplo comparativo 2 descrito abaixo. A Fig. 2 mostra um diagrama de blocos do sistema de carregamento relacionado ao exemplo comparativo 1 e a Fig. 3 mostra um diagrama de blocos do sistema de carregamento relacionado ao exemplo comparativo 2.

[035]Como o sistema de carregamento diferente da concretização preferida de acordo com a presente invenção, é conhecido um sistema, como mostra a Fig. 2, em que a energia elétrica de corrente alternada alimentada pela fonte de alimentação de corrente alternada 1 é passada por um transformador 101 e é convertida na energia elétrica de corrente contínua através de um retificador 102 (exemplo comparativo 1).

[036]Além disso, como outro sistema de carregamento diferente do sistema de carregamento nesta concretização, tal sistema é conhecido, como mostra a Fig. 3, em que a corrente alternada proveniente da fonte de alimentação de corrente alternada 1 é convertida na corrente contínua através de um retificador PWM 201, a corrente contínua é invertida para a corrente alternada através de um circuito inversor 203 de um lado primário do circuito de transformador de alta frequência 202, a corrente alternada convertida é intensificada por meio de um transformador 204, a corrente alternada intensificada é convertida na corrente contínua através de um circuito em ponte retificador 205 do circuito transformador de alta frequência 202, e a corrente contínua é alimentada para a batería 7 (exemplo comparativo 2).

[037]Em um caso do exemplo comparativo 1, uma estrutura do circuito é

9/28 simples, mas o transformador 101 adquire um tamanho grande. Além disso, há o problema de que se torna necessário conectar um capacitor de eletrólito de grande capacidade entre o retificador 102 e o pulsador intensificador de tensão 103.

[038]No caso do exemplo comparativo 2, embora um transformador de tamanho pequeno possa ser usado como o transformador 204, uma perda se torna grande, uma vez que é grande o número de vezes de conversões. Além disso, há o problema de que se torna necessário conectar um capacitor de eletrólito de grande capacidade entre o retificador MLP 201 e o transformador de alta frequência 202.

[039]Nesta concretização, uma vez que, como descrito acima, um uso do conversor de matriz 4 pode reduzir a perda causada pela conversão de energia elétrica, pode tornar o capacitor de eletrólito de grande capacidade no lado primário do transformador 51 desnecessário, e pode obter o dimensionamento pequeno do transformador 51.

[040]Em seguida, o controlador 10 controlando o conversor de matriz 4 incluído no dispositivo de conversão de energia elétrica nesta concretização será explicado abaixo com referência à Fig. 4. A Fig. 4 mostra um diagrama de blocos do controlador 10. O controlador 10 liga e desliga os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_Sp, S_sn, S_tp, S_tn e controla o conversor de matriz 4 através de um controle MLP. O controlador 10 inclui: uma seção de transformação de coordenadas 11; uma seção de modulação de vetor de espaço 12; uma seção de cálculo de tempo de vetor zero 13; uma tabela de padrão de comutação 14; e uma seção de geração de sinal de comutação 15.

[041 ]A seção de transformação de coordenadas 11 compara as tensões detectadas por meio dos sensores de tensão 31, 32, 33 obtém uma relação de magnitude entre as mesmas, realiza uma conversão trifásica para bifásica para as tensões detectadas (V_r, V_s, V_t) em um sistema de coordenadas fixas para serem convertidas em tensões (v_a, v_p) em um sistema de coordenadas estáticas, e emite as

10/28 tensões (ν_α, ν_β) para a seção de modulação de vetor de espaço 12. A seção de modulação de vetor de espaço 12 substitui formas de onda de tensão trifásica em um vetor utilizando uma modulação de vetor de espaço. Assim, os tempos de saída (17, T₂) dos vetores de tensão são calculados utilizando um ângulo de fase (Θ) das tensões (ν_α, ν_β).

[042]A seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 calcula um tempo de saída (T_z) do vetor zero usando um sinal portadora, tal como uma onda triangular, e o tempo calculado pela seção de modulação de vetor de espaço 12. Uma frequência do sinal portador é definida para ser maior do que uma frequência da energia elétrica de corrente alternada da fonte de alimentação de corrente alternada 1. Uma tabela de padrão de comutação 14 armazena um padrão de comutação predefinido para realizar a comutação dos elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tncorrespondendo ao ângulo de fase (Θ) na forma de uma tabela.

[043]A seção de geração de sinal de comutação 15 extrai o padrão de comutação correspondendo ao ângulo de fase (Θ) consultando a tabela de padrão de comutação 14 e emite sinais de controle (D_rp, D_rn, D_sp, D_sn, D_tp, D_tn) para ligar ou desligar os elementos de comutação (S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn) usando o padrão de comutação extraído, o tempo de saída (T_1; T₂) do vetor de tensão, e o tempo de saída (T_z) do vetor zero para um circuito de acionamento (não ilustrado) incluído no conversor de matriz 4. Os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são controlados por sinais de pulso. Assim, os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn incluídos no conversor de matriz 4 são comutados para ligar e desligar por meio do controle do controlador 10 e a energia elétrica é convertida.

[044]Em seguida, um controle de comutação dos elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn será descrito usando a Fig. 5.

[045]A Fig. 5 mostra um gráfico representando uma sequência da comutação para os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn.

11/28 [046]Na Fig. 5, um nível alto indica um estado ligado e um nível baixo denota um estado desligado. Um sistema (método) de comutação de tensão é usado para a comutação dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn. O controlador 10 monitora uma relação de magnitude das tensões de entrada a partir das tensões detectadas (Vr, Vs, Vt) para realizar a comutação. Suponha que o estado de Trrpl, Trrp2, Trspl, Trsp2 seja transitado de um estado inicial em uma sequência de i, ii, iii e iv.

[047]Daqui em diante, um exemplo específico do sistema (método) de comutação de tensão será descrito abaixo.

[048]Por simplicidade de explicação, somente o controle de comutação para um circuito de braço superior do conversor de matriz 4 será descrito abaixo.

[049]Suponha que os transistores Tr_rp1, Tr_rp2 incluídos no elemento de comutação S_rp estejam em um estado ligado e os transistores Tr_rp1, Tr_rp2 incluídos no elemento de comutação S_sp estejam em um estado desligado. Então, um caso em que, em um estado em que a tensão do elemento de comutação S_rp é maior do que a tensão do elemento de comutação S_sp, a comutação é realizada a partir do elemento de comutação S_rp para a tensão para o elemento de comutação S_sp, será explicado abaixo.

[050]Primeiro, quando o estado é transitado do estado inicial para o estado (i), o transistor Tr_spi é ligado, quando o estado é transitado do estado (i) para o estado (ii), o transistor Tr_rpi é desligado, quando o estado é transitado do estado (ii) para o estado (iii), o transistor Tr_sp2 é ligado, e quando o estado é transitado do estado (iii) para o estado (iv), o transistor Tr_rp2 é desligado. Isso causa a comutação dos elementos de comutação de modo que a fonte de alimentação de corrente alternada 1 não seja curto-circuitada. Assim, uma falha de comutação é suprimida.

[051 ]Em seguida, o controle no controlador 10 será descrito abaixo usando as Figs. 1,4 e 6 a 12.

12/28 [052]Quando a tensão (V_a, Vp) no sistema de coordenadas estáticas transformada e calculada pela seção de transformação de coordenadas 11 é transmitida para a seção de modulação de vetor de espaço 12, a seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula o ângulo de fase (0) da tensão (V_a, Vp) a partir da tensão transmitida (V_a, Vp). Deve-se notar que a tensão (v_a, vp) e o ângulo de fase (0) são representados por um vetor, como mostra a Fig. 6. A Fig. 6 mostra um diagrama de vetor no qual as tensões detectadas (V_r, V_s, V_t) são convertidas no sistema de coordenadas α β bifásico e as tensões de entrada são observadas como vetores de tensão no sistema de coordenadas estáticas. V_a na Fig. 6 representa um vetor de base e corresponde a um valor de comando de saída contendo o ângulo de fase (0) da tensão de entrada no sistema de coordenadas αβ. O vetor de base é rotacionado com um ponto central ilustrado na Fig. 6 como um centro de acordo com uma relação de magnitude dentre as tensões de entrada das respectivas fases.

[053]Nesta concretização, no sistema de coordenadas estáticas, as coordenadas são divididas com 60 graus em seis áreas a partir do eixo α no sentido anti-horário. Os eixos V! a V₆ são alocados para as linhas divisórias das respectivas áreas. A área entre Vt e V₂ é assumida como “ área 1 “, a área entre V₂ e V₃ é assumida como “ área 2 a área entre V₃ e V₄ é assumida como “ área 3 a área entre V₄ e V₅ é assumida como “ área 4 a área entre V₅ e V₆ é assumida como “ área 5”, e a área entre V₆ e Vi é assumida como “ área 6 Além disso, V₇ a V₉ são alocados para uma origem.

[054]Então, os vetores Vi a V₉ são vetores de tensões emitidas pelo conversor de matriz 4. Os vetores Vi a V₆ com magnitudes como os vetores (diferentes de zero) representam que as tensões diferentes de zero são emitidas pelo conversor de matriz 4. Isto quer dizer, os vetores Vi a V₆ correspondem a vetores de tensão diferentes de zero (daqui em diante, chamados de vetores de tensão). Por outro lado, os vetores V₇ a V₉ representam vetores de tensão zero

13/28 (daqui em diante denominados vetores zero).

[055]Além disso, nesta concretização, os vetores de tensão V! a V₉ são feitos correspondendo aos padrões de comutação mutuamente diferentes dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn e os elementos de comutação para operar os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn são determinados dependendo de à qual área pertencem as tensões de entrada. Devese notar que uma relação entre os vetores de tensão Vi a V₉ e o padrão de comutação será descrita posteriormente.

[056]Então, a seção de modulação de vetor de espaço 12 determina à qual área a tensão de entrada em um ponto de tempo de detecção pertencem a partir do ângulo de fase (Θ) do vetor de base v_a. No exemplo ilustrado na Fig. 6, uma vez que o vetor de base v_a está dentro da área 1, a seção de modulação de vetor de espaço 12 determina que a tensão de entrada pertence à área 1 a partir do ângulo de fase (Θ) da tensão (ν_α,ν_β). Além disso, por exemplo, em um caso em que a relação de magnitude das tensões de entrada (V_r, V_s, V_t) das respectivas fases é alterada e o ângulo de fase (Θ) das coordenadas das tensões de eixo αβ (ν_αχ ν_β) transformadas de acordo com a seção de transformação de coordenadas 11 indica 90 graus, a seção de modulação de vetor de espaço 12 identifica uma área 2 incluindo um ângulo de fase de 90 graus.

[057]A seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula um tempo de saída do vetor de tensão a partir de um componente de eixo de área do vetor de base (V_a) quando a área é identificada.

[058]No caso do exemplo ilustrado na Fig. 6, o vetor de base (V_a) pertence à área 1. A seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula um componente (V_ai) ao longo do eixo Vi e um componente (V_a2) ao longo do eixo V₂ usando o eixo Vi e o eixo V₂ que são eixos da área 1. Então, a magnitude (V_a1) do componente do eixo V! é o tempo de saída do padrão de comutação correspondendo a V! e a magnitude

14/28 (V_a2) do componente do eixo V₂ é o tempo de saída do padrão de comutação correspondendo a V₂. Deve-se notar, aqui, que os tempos de saída dos vetores de tensão V! a V₆ são assumidos como E, T₂ e o tempo de saída dos vetores zero(V₇ a V₉) são assumidos como T_z. Como será descrito adiante, nesta concretização, dois vetores de tensão são emitidos por um meio-período de uma primeira metade de uma portadora. Por conseguinte, o tempo de saída de um primeiro vetor de tensão a partir dos dois vetores de tensão é assumido como Ti e o tempo de saída de um segundo vetor de tensão é assumido como T₂.

[059]Cada tempo de saída (Τ_Ί, T₂, T_z) é representado por um tempo normalizado correspondendo ao período da portadora.

[060]Como será descrito posteriormente, nesta concretização, de modo a assegurar o tempo de saída (T_z) dos vetores zero (V₇ a V₉) por meio-período da portadora, coloca-se uma limitação sobre os tempos de saída (T, T₂, T_z). A seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula os tempos de saída (E, T₂) de modo que cada um dos tempos de saída (E, T₂) durante os quais um vetor de tensão correspondente dentre os dois vetores de tensão é emitido é igual ou inferior a um valor limite mais inferior predeterminado. Deve-se notar que o valor limite mais inferior predeterminado corresponde a um tempo para o qual o tempo de saída (T_z) é assegurado e é definido como um tempo mais curto do que o tempo correspondendo ao meio-período da portadora.

[061 ]A área 1 é uma região entre o ângulo de fase de 0 grau a 60 graus. Por exemplo, em um caso em que o ângulo de fase do vetor de base (v_a) cai entre 0 grau e 30 graus, a magnitude (V_ai) do componente de eixo Vi é maior do que a magnitude (V_a2) do componente de eixo V₂. Por conseguinte, o tempo de saída (Ti) do padrão de comutação Vi é maior do que o tempo de saída (T₂) do padrão de comutação V₂. A área 4 é uma região entre o ângulo de fase de 180 graus e o ângulo de fase de 240 graus. Por exemplo, o ângulo de fase do vetor de base (v_a)

15/28 varia de 210 graus a 240 graus, a magnitude (V_a5) do componente de eixo V₅ é maior do que a magnitude (V_a4) do componente de eixo V₄. Por conseguinte, o tempo de saída (T₂) do padrão de comutação V₅ é maior do que o tempo de saída (Th do padrão de comutação de V₄.

[062]Assim, a seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula o ângulo de fase (0) usando v_a, v_p correspondendo às tensões detectadas das respectivas fases, calcula os tempos de saída (Ti, T₂) dos vetores de tensão a partir do vetor de base V_a contendo o ângulo de fase calculado (0) como o componente direcional, e emite os tempos de saída calculados (Ti, T₂) para a seção de cálculo de tempo de vetor zero.

[063]A seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 subtrai um tempo total do tempo de saída (T^ e o tempo de saída (T₂) a partir de um meio-período predeterminado do período da portadora para calcular o tempo do vetor zero (T_z). Uma vez que a seção de modulação de vetor de espaço 12 calcula o tempo de saída (D e o tempo de saída (T₂) de modo que o tempo total descrito acima seja igual ou menor do que o tempo limite mais inferior predeterminado, a seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 pode calcular o tempo do vetor zero (T_z). Nesta concretização, de modo a fornecer a corrente alternada para a energia elétrica de saída do conversor de matriz 4, o tempo no qual a tensão diferente de zero é emitida e o tempo no qual a tensão zero é emitida são proporcionados periodicamente.

[064]Uma vez que o período da portadora corresponde ao período da tensão de saída, o tempo de saída (T_z) do vetor zero é uma subtração do tempo de saída (Ti) e do tempo de saída (T₂) a partir do tempo correspondendo ao meio-período da portadora. A seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 emite o tempo (T_z) do vetor zero e os tempos (Ti, T₂) dos vetores de tensão para uma seção de geração de sinal de comutação 15.

[065]A seção de geração de sinal de comutação 15 gera sinais de

16/28 comutação para acionar os elementos de comutação S_rp, S_m, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn usando o padrão de comutação armazenado na tabela de padrão de comutação 14, o tempo do vetor zero (T_z) e os tempos Ch, T₂) dos vetores de tensão.

[066]Antes de descrever os conteúdos de controle da tabela de padrão de comutação 14 e da seção de geração de sinal de comutação 15 em detalhes, a relação entre os vetores (Vi a V₉) e o ângulo de fase (0) e o padrão de comutação será descrita daqui em diante usando as Figs. 7(a) e 7(b).

[067]A Fig. 7(a) é uma vista explicativa do diagrama de vetor da Fig. 6 ao qual o padrão de comutação é adicionado. A Fig. 7(b) mostra um diagrama de circuito simplificado da fonte de alimentação de corrente alternada 1 e do conversor de matriz 4 do sistema de carregamento na Fig. 1. Deve-se observar que “1”, ilustrado na Fig. 7(a), indica o estado ligado, e “0” indica o estado desligado.

[068]Como mostram as Figs. 7(a) e 7(b), os vetores (V! a V₉) correspondem ao padrão de comutação dos elementos de comutação S_rp, Sm, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn. No vetor de tensão (Vfi, os elementos de comutação S_rp, S_tn são ligados e outros elementos de comutação S_rn, S_sp, S_sn, S_tp são desligados. No vetor de tensão (V₂), os elementos de comutação S_sp, S_tn são ligados e outros elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sn, S_tp são desligados. No vetor de tensão (V₃), os elementos de comutação S_rn, S_sp são ligados e outros elementos de comutação S_rp, S_sp, S_tp, S_tn são desligados. No vetor de tensão (V₄), os elementos de comutação S_rn, S_tp são ligados e outros elementos de comutação S_rp, S_sp, S_sn, S_tn são desligados. No vetor de tensão (V₅), os elementos de comutação S_sn, S_tp são ligados e outros elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_tp, S_tn são desligados. No vetor de tensão (V₆), os elementos de comutação S_rp, S_sn são ligados e outros elementos de comutação S_rn, S_sp, S_tp, S_tn são desligados. Isto quer dizer, nos vetores de tensão (Vi a V₆), um dos elementos de comutação S_rp, S_sp, S_tp do circuito de braço superior incluído em uma fase dentre as respectivas fases é ligado e os outros elementos de comutação S_rp,

17/28

S_sp, S_tp do circuito de braço superior incluído nas outras fases são desligados, pelo menos um dos elementos de comutação S_rn, S_sn, S_tn de um circuito de braço inferior incluído nas outras fases é ligado e os outros elementos de comutação S_rn, S_sn, S_tn do circuito de braço inferior incluído na primeira fase são desligados.

[069]Então, em um caso em que os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn são controlados através do padrão de comutação correspondendo aos vetores de tensão (V1 a V6), a tensão diferente de zero é emitida para o lado de saída do conversor de matriz 4. Além disso, uma vez que os dois vetores que fornecem limites das duas áreas adjacentes são usados de acordo com as áreas, as formas de onda dos diferentes níveis de tensão podem ser emitidas pelo conversor de matriz 4.

[070]Além disso, nos diagramas de vetor ilustrados nas Figs. 6, 7(a), e 7(b), o padrão de comutação é alocado para vetores zero (V₇ a V₉) ilustrados em uma origem da Fig. 7(a). No vetor (V₇), os elementos de comutação S_rp, S_rn são ligados e outros elementos de comutação S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são desligados. No vetor de tensão (V8), os elementos de comutação Ss_p, S_sn são ligados e outros elementos de comutação Srp, Srn, S_tp, S_tn são desligados. No vetor (V₉), os elementos de comutação S_tp, S_tn são ligados e outros elementos de comutação Srp, Srn, S_sp, S_snsão desligados.

[071 ]lsto quer dizer, nos vetores zero (V₇ a V₉), os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn incluídos em uma fase dentre as respectivas fases são ligados e os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn incluídos nas outras fases são desligados.

[072]Em um caso em que os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn são controlados no padrão de comutação correspondendo aos vetores zero (V7 a V9), a saída do conversor de matriz 4 indica zero.

[073]Como descrito acima, uma das áreas é identificada de acordo com o

18/28 ângulo de fase (θ). Então, os vetores de tensão de saída (V! a V₆) e o tempo de saída (Π, T₂) são determinados. Além disso, a seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 calcula vetores zero (V₇ a V₉) e o tempo de saída (T_z) dos mesmos. Uma vez que o conversor de matriz 4 é definido com a saída da energia elétrica de corrente alternada como um objeto, revertendo e controlando os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn em uma segunda metade do período da portadora, para o controle de comutação em uma primeira metade do período da portadora, de modo que a potência elétrica de saída tendo uma polaridade reversa para a primeira metade do período da portadora possa ser obtida.

[074]Então, nesta concretização, a tabela de padrão de comutação 14 armazena o padrão de comutação que faz correspondência com as áreas da Fig. 6. Além disso, a seção de geração de sinal de comutação 15 calcula os respectivos tempos de saída dos vetores (V! a V₉) para o período de portadora a partir dos tempos de saída (L, T₂) dos vetores de tensão e do tempo de saída (T_z) dos vetores zero e gera os sinais de comutação.

[075]Em seguida, a tabela armazenada na tabela de padrão de comutação 14 será descrita usando a Fig. 8. A Fig. 8 é um diagrama conceituai representando a tabela armazenada na tabela de padrão de comutação 14.

[076]Na Fig.8, as áreas 1 a 6 correspondem às áreas 1 a 6 ilustradas na Fig.

6. Vi a V₉ correspondem aos vetores (Vi a V₉). Na Fig. 8, S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tncorrespondem aos elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn. Além disso, para os estados (1) a (6) na Fig. 8, uma vez que um período da portadora é dividido em seis quando feito correspondente aos tempos de saída (Ti, T₂, T_z), os estados (1) a (6) são derivados em uma série de tempo de uma seção de ponto de pico de um vale da portadora.

[077]De modo a emitir a corrente alternada a partir do conversor de matriz 4, a tabela de padrão de matriz 14 define o padrão de comutação de modo que dois

19/28 vetores de tensão e um vetor zero sejam emitidos sequencialmente no primeiro meio-período (anterior) do período da portadora e dois vetores e um vetor zero sejam sequencialmente emitidos no segundo meio-período (último) do período da portadora.

[078]Por exemplo, em um caso em que o vetor de base (v_a) pertence à área 1, os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn são controlados em uma sequência de vetor de tensão (V1), vetor de tensão (V2), vetor zero (V8), vetor de tensão (V5), vetor de tensão (V4), e vetor zero (V7) por período da portadora. A transição do controle dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn na área 1 é ilustrada na Fig. 9. A Fig. 9 ilustra um diagrama de circuito para o qual o diagrama de circuito da fonte de alimentação de corrente alternada 1 e o conversor de matriz é simplificado.

[079]O estado ligado ou desligado dos respectivos elementos de comutação Srp, Sm, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn nos respectivos estados (1) a 96) e a direção fluindo através do lado primário do transformador 51 são indicados por setas.

[080]Como mostram as Figs. (1) a (6) da Fig. 9, em um caso em que a transição é feita de um estado para o estafo subsequente, tal como do estado (1) para o estado (2), do estado (2) para o estado (3) e assim por diante, o controlador 10 liga (liga a partir do estado desligado) os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn de qualquer circuito de braço dentre o circuito de braço superior e o circuito de braço inferior e mantém o estado ligado dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn do outro circuito de braço. Em outras palavras, dentre os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn, cada um dos quais está em um estado ligado, um dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn é desligado, mas o estado do outro dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn é mantido (fixado).

[081]Além disso, em um caso em que cada estado é transitado

20/28 continuamente, tal como os estados (1), (2), e (3), os estados (3), (4), e (5), e assim por diante, os elementos de comutação S_rp, S_sp, S_tp, do circuito de braço superior ou os elementos de comutação S_rn, S_sn, S_tn do circuito de braço inferior não são comutados continuamente. Em outras palavras, os elementos de comutação de S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são comutados alternadamente entre o circuito de braço superior e o circuito de braço inferior.

[082]Assim, nesta concretização, o número de vezes que a comutação dos elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn é realizada quando o estado é transitado entre os respectivos estados (1) a (6) é reduzido para suprimir a falha de comutação. Deve-se notar que o padrão de comutação da área 1 foi explicado, mas, para as áreas da área 2 à área 6, o mesmo controle de comutação é realizado sob as mesmas condições de acordo com o padrão, reduzindo o número de vezes que a comutação é realizada.

[083]Deve-se notar que, como ilustrado em (1) a (6) da Fig. 9, nos estados (1) a (3), a corrente de saída do conversor de matriz 4 indica mais, porém, nos estados (4) a (6), a corrente de saída do conversor de matriz 4 indica menos. Assim, a saída do conversor de matriz 4 indica a corrente alternada controlando os elementos de comutação Srp, Srn, Ssp, Ssn, Stp, Stn no padrão de comutação da área 1 da tabela de padrão de comutação 14. Também deve ser observado que, para a área 2, a área 3, a área 4, a área 5 e á área 6, o controle de comutação no padrão ilustrado na Fig. 8 é realizado de maneira similar para fornecer a corrente alternada para a saída do conversor de matriz 4.

[084]Em seguida, uma vez que as áreas 1 a 6 são classificadas de acordo com o ângulo de fase, a tabela de padrão de comutação 14 armazena o padrão de comutação correspondendo ao ângulo de fase (Θ).

[085]Em seguida, o controle da seção de geração de sinal de comutação 15 será descrito usando a Fig. 10. A Fig. 10 é um gráfico para explicar uma relação

21/28 entre a portadora e os tempos de saída (L, T₂, T_z). Primeiro, a seção de geração de sinal de comutação 15 define valores de comando correspondendo aos tempos de saída (T , T₂) obtendo uma sincronização com o período da portadora. Uma vez que o controlador 10 realiza o controle de comutação através de um método de controle MLP, as durações dos tempos de saída (Ti, T₂, T_z) dos vetores de tensão e do vetor zero indicam o valor de comando (um valor de tensão). Quando os valores de comando são definidos para os tempos de saída (Ti, T₂, T_z), os valores de comando são normalizados, de modo que uma amplitude máxima da portadora se torne os tempos de saída (Ti, T₂, T_z) para o qual dois vetores de tensão e um vetor de zero são emitidos. Além disso, para as temporizações de saída dos vetores de tensão e do vetor zero, no primeiro meio-período do período da portadora, os valores de comando são definidos de modo que os vetores de tensão no lado mais no sentido horário são inicialmente emitidos nas respectivas áreas 1 a 6 dentre os vetores de tensão (V! a V₆) ilustrados na Fig. 6. Após os dois vetores de tensão serem emitidos, os valores de comando são definidos de modo que os vetores zero (V₇ a V₉) sejam emitidos.

[086]Por outro lado, os valores de comando são definidos de modo que, no segundo meio-período da portadora, os tempos de saída dos dois vetores (V! a V₆) são invertidos em relação a estes do primeiro meio-período do período da portadora e emitidos, e, em seguida, os vetores zero (V₇ a V₉) são emitidos.

[087]Como um exemplo específico, em um caso em que o ângulo de fase (Θ) cai dentro de uma faixa de 0 grau a 30 graus área 1), como mostra a Fig. 10, a seção de geração de sinal de comutação 15 define o valor de comando (Ti) em um nível correspondendo ao tempo de saída (Ti) em relação ao baixo nível da portadora e define o valor de comando (T₂) adicionando o nível correspondendo ao tempo de saída (T₂) ao valor de comando (T0 como uma referência, no primeiro meio-período da portadora. Por outro lado, no segundo meio-período da portadora, a seção de

22/28 geração de sinal de comutação 15 define o valor de comando (T₂) no nível correspondendo ao tempo de saída (T₂) reduzido a partir do alto nível da portadora e define o valor de comando (L) no nível correspondendo ao tempo de saída (L) com o valor de comando (T₂) como a referência.

[088]A seção de geração de sinal de comutação 15 compara a portadora com os valores de comando definidos para determinar as temporizações de saída dos vetores de tensão e o vetor zero.

[089]Além disso, como descrito acima, os valores de comando são definidos em relação aos tempos de saída (Ti, T₂, T_z) e são comparados com a portadora, de modo que os seis estados por período da portadora sejam separados. No entanto, os seis estados correspondem aos estados (1) a (6) ilustrados na Fig. 8. Isto quer dizer, a seção de geração de sinal de comutação 15 compara os tempos de saída [090]A seção de geração de sinal de comutação 15 compara a portadora com os tempos de saída (L, T₂, T_z) para determinar as temporizações de saída, como mostra a Fig. 10. Nesse momento, a seção de geração de sinal de comutação 15 extrai o padrão de comutação de acordo com o ângulo de fase (Θ) a partir da tabela de padrão de comutação 14, gera os sinais de comutação para os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn para serem acionados de acordo com o padrão extraído nas temporizações de saída, e emite os sinais de comutação para os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn.

[091]Especificamente, em um caso em que o ângulo de fase (Θ) cai dentro da faixa de 0 grau a 30 graus, o padrão de comutação da área 1 na Fig. 8 é usado. Durante o tempo de saída (Ti) com o ponto de pico do vale da portadora como um ponto inicial, o controle de comutação emitindo o vetor de tensão (Vi) é realizado. Durante o tempo de saída subsequente (T₂), o controle de comutação para emitir o vetor de tensão (V₂) é realizado. Durante o tempo de saída subsequente (T_z) adicional, o controle de comutação para emitir o vetor zero (V₈) é realizado. Então,

23/28 pelo segundo meio-período da portadora, durante o tempo de saída (T₂) com um pico de montanha da portadora como o ponto inicial, o controle de comutação para emitir a portadora de tensão (V₅) é realizado. Durante o tempo de saída subsequente (Tb, o controle de comutação para emitir o vetor de tensão (V₄) é realizado. Durante o tempo de saída (T_z) adicional, o controle de comutação para emitir o vetor zero (V₇) é realizado.

[092]A forma de onda de tensão de saída do conversor de matriz 4 será descrita usando as Figs. 11 e 12.

[093]A Fig. 11 mostra uma característica de tempo da forma de onda de tensão de saída do conversor de matriz 4 em um caso em que o tempo de saída (Ti) é maior do que o tempo de saída (T₂).

[094]A Fig. 12 mostra outra característica de tempo da forma de onda de tensão de saída do conversor de matriz 4 em um caso em que o tempo de saída (T₂) é maior do que o tempo de saída (L).

[095]Em um caso em que o ângulo de fase (Θ) cai na faixa de 0 grau a 30 graus, o tempo de saída (L) se torna maior do que o tempo de saída (T₂). Assim, a forma de onda de tensão emitida pelo conversor de matriz 4 é transitada como mostra a Fig. 12. Além disso, em um caso em que o ângulo de fase (Θ) está dentro de 30 graus a 60 graus, o tempo de saída (T₂) se torna maior do que o tempo de saída (Ti) e a forma de onda de tensão de saída emitida pelo conversor de matriz 4 é transitada como mostra a Fig. 12.

[096]Como descrito acima, nesta concretização, os elementos de comutação S_rp, Sm, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn são controlados usando os tempos de saída (Ti, T₂) emitindo os vetores de tensão e o tempo de saída (T_z) emitindo o vetor zero para tornar o tempo de saída (T_z) incluído no primeiro meio-período da portadora igual ao tempo de saída (T_z) incluído no segundo meio-período da portadora. Como descrito acima, uma vez que o tempo de saída (T_z) do vetor zero é proporcionado, um

24/28 intervalo entre a operação de comutação no ponto de tempo inicial do tempo de saída (T_z) do vetor zero e a operação de comutação no último tempo do tempo de saída (T_z) é assegurado de modo que uma sobreposição entre as operações de comutação no tempo inicial e o último tempo seja evitada e a falha de comunicação possa ser evitada.

[097]lncidentemente, como é diferente desta concretização, um dispositivo inversor (um exemplo comparativo 3) no qual, em um circuito inversor trifásico formado por um circuito em ponte tendo uma pluralidade de elementos de comutação, com tensões detectadas de tensões intermediárias das respectivas fases definidas como valores de comando (v_u*, v_v*, v_w*), as tensões detectadas são comparadas com uma portadora de onda triangular para controlar os elementos de comutação é conhecido.

[098]A Fig. 13 mostra formas de onda da portadora e valores de comando (v_u*, v_v*, v_w*) e a forma de onda da tensão de saída do circuito inversor.

[099]Como mostra a Fig. 13, o exemplo comparativo 3 usa uma equação teórica que controla o nível da tensão de saída quando a portadora excede o valor de comando e controla de modo a inverter a equação teórica com a montanha e o vale da portadora como limites. Isto quer dizer, no exemplo comparativo 3, o nível da tensão de saída é definido pela comparação das tensões detectadas e pelo portadora e o controle da saída da corrente alternada é realizado. Por conseguinte, os intervalos de tensão zero (correspondem a α1, β1 na Fig. 13) são desviados em relação ao período da portadora.

[100]Em seguida, uma vez que um dos intervalos de tensão zero (a1 na Fig. 13) se torna relativamente curto, o intervalo das operações de comutação se torna consequentemente curto no primeiro ponto de tempo do intervalo de tensão zero e no último ponto de tempo do intervalo de tensão zero. Consequentemente, ocorre a falha de comutação.

25/28 [101] Além disso, neste exemplo comparativo 3, o intervalo de tensão zero não é prescrito como um intervalo predeterminado em relação ao período da portadora. Assim, ocorre o problema de que o controle do tempo durante o qual a tensão zero é emitida se torna complicado.

[102] Uma vez que, nesta concretização, o tempo de saída (T_z) do vetor de zero em relação ao período da portadora é assegurada, o intervalo das operações de comutação no ponto de tempo inicial do intervalo de tensão zero e o último ponto de tempo do intervalo de tensão zero é impedido de ser encurtado e a falha de comutação pode ser prevenida.

[103] lsto quer dizer, como mostra a Fig. 14, o intervalo de saída do vetor zero é alocado igualmente para cada meio-período da portadora. Por conseguinte, o tempo de saída (T_z) do vetor zero não é encurtado extremamente de modo que se possa evitar a ocorrência da falha de comutação.

[104] Além disso, o número de vezes que um pulso curto é atingido enquanto se controla os elementos de comutação S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn pode ser reduzido de modo que se possa prevenir a inconveniência de que uma carga é concentrada nos elementos de comutação e aplicada aos elementos de comutação. Além do mais, nesta concretização, as atividades dos sinais de comutação durante a realização do controle MLP e o padrão de comutação podem ser definidos livremente. Deve-se notar que a Fig. 14 mostra um gráfico para explicar a relação entre a portadora e os tempos de saída (Ti, T₂, T_z) e mostra uma característica de tempo da tensão de saída do conversor de matriz 4.

[105] Além disso, nesta concretização, a seção de modulação de vetor de espaço 12 limite os tempos de saída (Ti, T₂) para os quais os dois vetores de tensão são emitidos para um valor limite inferior predeterminado ou inferior. Assim, o tempo de saída (T_z) do vetor zero é assegurado. Consequentemente, é possível evitar a ocorrência da falha de comutação.

26/28 [106] Além disso, nesta concretização, os tempos de saída (L, T₂, T_z) são calculados a partir das tensões transformadas pela seção de transformação de coordenadas 11, a tabela de padrão de comutação 14 é consultada, e os elementos de comutação (S_rp, S_rn, S_sp, S_sn, S_tp, S_tn) são controlados através do padrão de comutação correspondendo à fase de tensão convertida. Assim, uma vez que o tempo de saída (T_z) do vetor zero é assegurada, a falha de comutação pode ser prevenida.

[107] Além disso, nesta concretização, os elementos de comutação são controlados através do tempo de saída (Ti) durante o qual um elemento de comutação dentre os elementos de comutação incluído no circuito de braço superior é ligado e o tempo de saída (T₂) durante o qual outro elemento de comutação dentre os elementos de comutação incluídos no circuito de braço superior é ligado e outro elemento de comutação dentre os elementos de comutação incluído no circuito de braço inferior é ligado. Assim, uma vez que o tempo de saída do vetor zero é assegurado, a sobreposição das operações de comutação entre o primeiro ponto de tempo do tempo de saída do vetor zero e o último ponto de tempo do mesmo pode ser evitada. Consequentemente, a falha de comutação pode ser prevenida.

[108] Além disso, nesta concretização, o tempo de saída (Tfi é um tempo antes do tempo de saída (T₂) no primeiro meio-período (inicial) da portadora e o tempo de saída (Ti) é um tempo após o tempo de saída (T₂) no último meio-período da portadora. Isso pode alcançar uma equalização do tempo de saída do vetor zero de acordo com um lado positivo e um lado negativo da tensão de saída do conversor de matriz 4.

[109] Deve-se notar que, nesta concretização, com o pico (ponto) do vale da portadora como o ponto inicial, os tempos de saída (Τ_Ί, T₂) dos dois vetores de tensão são primeiro ordenados, e, subsequentemente, o tempo de saída (T_z) do vetor zero é ordenado. No entanto, não é sempre necessário ordenar os tempos de

27/28 saída nesta sequência.

[110]Por exemplo, como mostra a Fig. 15, para o meio-período da portadora, o meio-tempo (T_z/2) do tempo de saída (T_z) do vetor zero pode ser ordenado, subsequentemente, os tempos de saída fL, T₂) dos dois vetores de tensão podem ser dispostos, e, finalmente, o meio-tempo (T_z/2) do tempo de saída restante (T_z) pode ser disposto.

[111 ]Além disso, nesta concretização, os tempos de saída (Ti, T₂) e o tempo de saída (T_z) são alocados de modo a corresponder ao meio-período da portadora. No entanto, nem sempre é necessário corresponder ao meio-período da portadora.

[112] Esses tempos de saída podem corresponder para serem mias curtos do que o meio-período da portadora, ou, como alternativa, para serem mais longos do que o meio-período da portadora.

[113] Além disso, um tempo limite inferior predeterminado na seção de modulação de vetor de espaço 12 nem sempre é um tempo mais curto do que o meio-período da portadora, mas pode ser um tempo mais curto do que o tempo parcialmente correspondendo ao período da portadora.

[114] Além disso, nesta concretização, os tempos de saída (R, T₂) são controlados para emitir os dois vetores de tensão (V! a V₆) por meio-período da portadora. Os vetores de tensão nem sempre são os dois vetores de tensão (Vi a V₆), mas podem ser um único vetor de tensão (Vi a V₆), ou, alternativamente, três vetores de tensão (Vi a V₆). Além disso, o padrão de comutação ilustrado na Fig. 8 é meramente um exemplo. Outro padrão dos vetores de tensão e dos vetores zero pode ser substituído e outro padrão de comutação para emitir os vetores de tensão e os vetores zero podem ser usados.

[115] O conversor de matriz 4 descrito acima corresponde a um circuito de conversão de acordo com a presente invenção, os sensores de tensão 31 a 33 correspondem aos meios de detecção de tensão, o controlador 10 corresponde ao

28/28 meio de controle, a seção de modulação de vetor de espaço 12 e a seção de cálculo de tempo de vetor zero 13 correspondem à seção de cálculo de tempo de comutação, a seção de geração de sinal de comutação 15 corresponde a uma seção de geração de sinal de controle, os tempos de saída (L, T₂) correspondem a um 5 primeiro tempo de comutação, o tempo de saída (T_z) corresponde a um segundo tempo de comutação, a tabela de padrão de comutação 14 corresponde a uma tabela, e a seção de transformação de coordenadas 11 corresponde ao meio de transformação de coordenadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de conversão de energia elétrica, CARACTERIZADO por compreender:

um circuito de conversão tendo vários pares de elementos de comutação bidirecionalmente comutáveis conectados às respectivas fases, o circuito de conversão sendo configurado para converter uma energia elétrica de corrente alternada transmitida em uma energia elétrica de corrente alternada;

meios de detecção de tensão para detectar tensões de entrada para o circuito de conversão; e meios de controle para ligar e desligar os elementos de comutação para controlar o circuito de conversão, em que os meios de controle compreendem:

uma seção de cálculo de tempo de comutação configurada para calcular um primeiro tempo de comutação durante o qual um dos elementos de comutação de um circuito de braço superior dos vários pares de elementos de comutação incluídos em uma fase dentre as respectivas fases é ligado, os outros elementos de comutação do circuito de braço superior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases são desligados, pelo menos um elemento de comutação de um circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases é ligado,e os outros elementos de comutação do circuito de braço inferior dos vários pares de elementos de comutação incluídos na primeira fase são desligados usando as tensões detectadas pelos meios de detecção de tensão e um valor de comando de saída e para calcular um segundo tempo de comutação durante o qual os vários pares de elementos de comutação incluídos na primeira fase dentre as respectivas fases são ligados e os vários pares de elementos de comutação incluídos nas outras fases dentre as respectivas fases são desligados em uma forma de um tempo que é uma subtração do primeiro tempo
2/2 de comutação de urn tempo correspondendo a um meio-período de uma portadora;

e uma seção de geração de sinal de controle configurada para gerar sinais de controle para ligar e desligar os elementos de comutação usando o primeiro tempo de comutação e o segundo tempo de comutação.

2. Dispositivo de conversão de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os meios de controle limitam o primeiro tempo de comutação a um tempo predeterminado ou mais curto, o tempo predeterminado sendo mais curto do que um tempo correspondendo a uma parte de um período da portadora.
3. Dispositivo de conversão de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os meios de controle adicionalmente compreendem: uma seção de transformação de coordenadas configurada para realizar uma transformação de coordenadas rotativa para as tensões detectadas por meio dos meios de detecção de tensão; e uma tabela representando uma relação entre um ângulo de fase e um padrão de comutação dos elementos de comutação, a seção de cálculo de tempo de comutação calcula o primeiro tempo de comutação com base em uma fase obtida a partir das tensões transformadas pela seção de transformação de coordenadas, e a seção de geração de sinal de controle gera os sinais de controle para ligar e desligar os elementos de comutação através do padrão de comutação que é correspondido ao ângulo de fase das tensões transformadas.