CN101040427A

CN101040427A - 功率转换装置

Info

Publication number: CN101040427A
Application number: CNA2005800335979A
Authority: CN
Inventors: 川岛玲二; 小山义次
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: US8008886B2; CN100514828C; JP4645139B2; AU2005290576B2; JP2006109584A; EP1806833A4; EP1806833B1; EP1806833A1; US20080284367A1; AU2005290576A1; WO2006038545A1

Abstract

在包括整流电路、逆变器电路、以及具有共模扼流圈及电容器的共模滤波器的功率转换装置中，将PWM整流电路的开关频率设定为PWM逆变器电路的开关频率的3倍。或将共模滤波器的谐振频率设定为整流电路或PWM逆变器电路的载波频率的两倍以上。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及包括具有PWM整流电路和PWM逆变器电路，的同时具有共模扼流圈及电容器的共模滤波器在内的功率转换装置。

背景技术

以往，曾提出包括具有PWM整流电路和PWM逆变器电路，同时具有共模扼流圈及电容器的共模滤波器在内的功率转换装置的方案(参照专利文献1)。

图1为表示通过由二极管整流电路和PWM逆变器电路组成的功率转换装置驱动电动机的电动机驱动系统的电路图。

该电动机驱动系统中，用二极管整流电路将3相交流电压整流变换成直流电压，由PWM逆变器电路的开关元件通过利用作为载波的三角波信号和调制波间的比较进行脉冲调宽，从而输出所要的电压·频率的交流电压，供给电动机。而当PWM逆变器电路的各开关元件动作时，则如图2所示，产生共模电压Vinv(参照图2中(E))。设PWM逆变器的输出端子U、V、W点和直流部分的中点N之间的电位为Vun、Vvn、Vwn，则共模电压Vinv为，

Vinv＝(Vun+Vvn+Vwn)/3

取Ed/2、Ed/6、-Ed/2、-Ed/6四个值，得到PWM逆变器的载波频率fc作为基波分量的阶梯状的波形。

该共模电压Vinv成为用高频泄漏电流或在用逆变器驱动电动机时的轴电压的原因。高频泄漏电流成为传导噪声，成为噪声端子电压的主要原因。因而，为了解决起因于该共模电压Vinv的问题，对各种应对措施进行研讨。

所述的应对措施中，通常采用的方法为，利用共模扼流圈和电容器组合而成的共模滤波器抑制高频泄漏电流。采用共模滤波器的电动机驱动系统的对于共模的等效电路如图3所示。共模滤波器所用的共模扼流圈由于将3相线圈缠绕在磁心上使其极性和匝数相等，所以对于正常模(日文：ノ-マルモ-ド)抵消因3相电流产生的磁动势，电感为零，但对于共模，作为较大的电抗器而动作。但是，当共模扼流圈的磁通密度超过饱和磁通密度Bmax时，电感急剧减小，作为共模滤波器的功能丧失。

这里设外加于共模扼流圈的电压为VLC1、共模扼流圈的匝数为N，磁心的磁通φLC1用式(1)表示，设磁心的有效截面积为S，则磁通密度BLC1为式(2)。

式1

φLC 1 = \frac{1}{N} \cdot &Integral; VLC 1 dt

式2

BLC 1 = \frac{ΦLC 1}{S} = \frac{1}{SN} \cdot &Integral; VLC 1 dt

另外，共模电压的绝对值变成最大是在逆变器的三相支路所有正侧导通或负侧截止时(逆变器的调制率为零)。这里，设逆变器的载频周期为Ti、共模电压Vinv全部加在共模扼流圈上时的交链磁通φinv如式(3)所示，在直流电压Ed高时、或开关周期长时变大，共模扼流圈容易磁饱和。

式(3)

φinv = \frac{1}{N} \cdot &Integral; Vinv dt = \frac{Ed \cdot Ti}{8 \cdot N}

另外，为了不让共模扼流圈饱和，减小磁通密度，要加大线圈的截面积S、或增加匝数N。即，无论在哪种情况下，磁心尺寸变大。图4示出逆变器的调制率Ki为1时的载波、各相电压、共模电压Vinv、共模扼流圈的交链磁通φinv(参照图4中(A))、及Ki为0时的载波、各相电压、共模电压Vinv、共模扼流圈的交链磁通φinv(参照图4中(B))。

又因与高次谐波电流规定对应，有时采用和二极管并联地设置开关元件的PWM整流电路(参照图5)。在这种情况下，因为PWM整流电路的开关元件也作和PWM逆变器电路同样的动作，所以也从PWM整流电路开始产生共模电压Vrec。

对于PWM整流电路、PWM逆变器电路的共模的等效电路如图6所示，对于直流连接(日文：リンク)PWM整流电路和PWM逆变器电路产生的共模电压Vrec、Vinv为反串联。

而在将两转换器的载波共用时(开关频率互相相等时)，如图7所示，两转换器的共模电压互相抵消，作为整体的共模电压Vcc变得比各转换器产生的共模电压小。

专利文献1；特開2003-18853号公报

但是，在需要将PWM整流电路的开关频率和PWM逆变器电路的开关频率设定成不同频率的情况下，两转换器产生的共模电压就放大或互相抵消。具体为，PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2倍时的共模电压如图8所示，PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2.4倍时的共模电压如图9所示。

这样，根据两转换器的开关频率间的关系，通过采用PWM整流电路共模电压有时变大，其结果，若采用和二极管整流电路所用的共模扼流圈同等的器件则产生磁饱和，失去作为滤波器的功能，丧失对噪声端子电压等传导性噪声的抑制效果(参照表示PWM整流电路的开关频率和PWM逆变器电路的开关频率相等时的噪声端子电压的图10、以及参照表示PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2倍时的噪声端子电压的图11)。

尤其是在具有PWM整流电路和PWM逆变器电路的电动机驱动系统中，一方面将PWM整流电路的开关频率设定在相当高的频率以不受噪声等的影响，而另一方面，将PWM逆变器电路的开关频率设定在较低的频率以减少开关损耗，所以如以上所述，将PWM整流电路的开关频率和PWM逆变器电路的开关频率设定成不同的频率决非特殊，其结果，通常就产生上述的问题。

本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种能防止共模电压使共模扼流圈磁饱和程度变大的功率转换装置。

发明内容

本发明第1方面的功率转换装置包括共模滤波器，该共模滤波器具有PWM整流电路和PWM逆变器电路，同时具有共模扼流圈及电容器，其中

将PWM整流电路的载波频率和PWM逆变器电路的载波频率设定为共模扼流圈不产生磁饱和的频率。

本发明第2方面的功率转换装置为将PWM整流电路的载波频率设定为PWM逆变器电路的载波频率的奇数倍。

本发明第3方面的功率转换装置包括共模滤波器，该共模滤波器具有PWM整流电路和PWM逆变器电路，同时具有共模扼流圈及电容器，其中

将共模滤波器的谐振频率设定为整流电路的载波频率或PWM逆变器电路的载波频率的2倍以上。

本发明第4方面的功率转换装置为作为PWM逆变器电路用于向压缩机驱动用电动机供给驱动用电力的装置。

根据本发明第1方面的功率转换装置，能减小共模电压，减小共模滤波器的共模扼流圈上产生的磁通，防止共模扼流圈的磁饱和。

又因共模滤波器在谐振频率附近阻抗变小，所以当PWM整流电路、PWM逆变器电路中任一个的开关频率在共模滤波器的谐振频率附近时，则外加于共模扼流圈的电压就变得极其大，共模扼流圈不易产生磁饱和，但本发明第3方面中，由于将共模滤波器的谐振频率设定为整流电路的载波频率或PWM逆变器电路的载波频率的2倍以上。所以能防止共模扼流圈磁饱和。

本发明第1方面的效果为，能防止共模滤波器的共模扼流圈磁饱和，进而实现共模扼流圈小型化。

本发明第2方面的效果为，能防止共模滤波器的共模扼流圈磁饱和，进而实现共模扼流圈小型化。

附图说明

图1为表示将现有的功率转换装置的一示例装入压缩机用电动机驱动系统的简要构成图。

图2为说明生成共模电压波形用的图。

图3为表示对于共模电压的等效电路用的图。

图4为表示调制率为1.0时载波、各相电压、共模电压Vinv、共模扼流圈的交链磁通φinv用的图。

图5为表示将现有的功率转换装置的其它示例装入压缩机用电动机驱动系统的简要构成图。

图6为说明生成共模电压波形用的图。

图7为表示PWM整流电路的开关频率和PWM逆变器电路的开关频率相等时共模电压波形用的图。

图8为表示PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2倍时共模电压波形用的图。

图9为表示PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2.4倍时共模电压波形用的图。

图10为表示PWM整流电路的开关频率和PWM逆变器电路的开关频率相等时噪声端子电压用的图。

图11为表示PWM整流电路的开关频率是PWM逆变器电路的开关频率的2倍时噪声端子电压用的图。

图12为表示将本发明的功率转换装置的一实施方式装入压缩机用电动机驱动系统的简要构成图。

图13为表示将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的4倍，同时将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定成同相时的共模电压波形、及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图14为表示将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍，同时将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定成反相时的共模电压波形、及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图15为表示将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍时的噪声端子电压用的图。

图16为表示将共模滤波器的谐振频率设定成与PWM整流电路2的开关频率相等时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图17为表示将共模滤波器的谐振频率设定为PWM整流电路2的开关频率的2倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图18为表示将共模滤波器的谐振频率设定为PWM整流电路2的开关频率的3倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图19为表示将共模滤波器的谐振频率设定为PWM整流电路2的开关频率的4倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图20为表示采用二极管整流电路代替PWM整流电路，将共模滤波器的谐振频率设定成与PWM逆变器4的开关频率相等时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图21为表示采用二极管整流电路代替PWM整流电路，将共模滤波器的谐振频率设定为PWM逆变器4的开关频率2倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图22为表示采用二极管整流电路代替PWM整流电路，将共模滤波器的谐振频率设定为PWM逆变器4的开关频率3倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

图23为表示采用二极管整流电路代替PWM整流电路，将共模滤波器的谐振频率设定为PWM逆变器4的开关频率4倍时的共模电压波形及共模扼流圈的交链磁通用的图。

标号说明

2 PWM整流电路

4 PWM逆变器

5 压缩机驱动用电动机

Lc1共模扼流圈

Cc1电容器

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的功率转换装置的实施方式进行详细说明。

该压缩机驱动用电动机驱动系统为Y连接的3相交流电源1的各相输出端子串联地通过共模扼流圈Lc1及电抗器Ln与PWM整流电路2的输入端子连接，在PWM整流电路2的输出端子之间串联连接一对电容容量相等的电容器3，将一对电容器3串联连接电路端子间电压外加于PWM逆变器4的输入端子，PWM逆变器4的输出供给压缩机驱动用电动机5。而各相的共模扼流圈Lc1和电抗器Ln间连接点和3相交流电源1的中点间连接电容器Cc1。还具有控制PWM整流电路2各开关元件的PWM整流电路控制单元6和控制PWM逆变器4各开关元件的PWM逆变器控制单元7。

PWM整流电路控制单元6将PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍。而且，PWM整流电路控制单元6和PWM逆变器控制单元7将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定为同相。

还有，因两控制单元6、7的其它处理现均为已知，故不再详细说明。另外，用共模扼流圈Lc1和电容器Cc1构成共模滤波器。

关于上述构成的压缩机驱动用电动机驱动系统的作用现说明如下。

通过利用PWM整流电路控制单元6控制PWM整流电路2的开关元件从而将3相交流电压变换成直流电压，利用电容器3滤波，而且，通过利用PWM逆变器控制单元7控制PWM逆变器4的开关元件，从而，将直流电压变换成3相交流电压，外加于压缩机驱动用电动机5。

而在将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍的同时，还将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定为同相(参照图13中的(A)、(B))，整体的共模电压Vcc如图13中(C)所示，共模扼流圈Lc1的磁通φcc如图13中(D)所示。

图14为表示将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍，同时，还将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定成反相时的共模电压波形、及磁通波形。

对图13和图14进行对比可知：通过将PWM整流电路2产生的共模电压Vrec和PWM逆变器4产生的共模电压Vinv设定成同相，从而能抑制共模扼流圈Lc1的磁通φcc的峰值。

另外，噪声端子电压如图15所示，可以比图11示出的噪声端子电压还要大幅地降低。

因而，能防止共模扼流圈Lc1的磁饱和，实现共模滤波器小型化、及降低成本。

另外，代替将PWM整流电路控制单元6的PWM整流电路2的开关频率设定为PWM逆变器控制单元7的PWM逆变器4的开关频率的3倍，或者除此以外，还可将共模滤波器的谐振频率设定成PWM整流电路2的开关频率的2倍以上。

这时也能防止共模扼流圈Lc1的磁饱和，实现共模滤波器小型化、及降低成本。

现再作以下说明。

由于共模滤波器在谐振频率附近阻抗变小，因此PWM整流电路2、PWM逆变器4中任一个的开关频率当在共模滤波器的谐振频率附近时，外加于共模扼流圈Lc1的电压就变得极其大，共模扼流圈Lc1不易产生磁饱和，但如上所述，通过将共模滤波器的谐振频率设定为PWM整流电路2的载波频率或PWM逆变器4的载波频率的2倍以上，从而能防止共模扼流圈Lc1磁饱和。

图16至图19表示在共模滤波器的谐振频率fc分别为PWM整流电路2的开关频率frec的1倍、2倍、3倍、4倍时，作为整体的共模电压Vcc(参照(A))、共模扼流圈Lc1的电压VLC1(参照(B))、共模扼流圈Lc1的磁通φLc1(参照(C))。

参照图16至图19可知，通过将谐振频率fc设定为PWM整流电路2的开关频率frec的2倍以上，从而能抑制共模扼流圈Lc1的磁通φLc1，进而能防止共模扼流圈Lc1磁饱和。

另外，在本实施方式中，能采用二极管整流电路代替PWM整流电路2。但在这种情况下，将共模滤波器的谐振频率设定为PWM逆变器4的开关频率finv的2倍以上。

在这种情况下也能防止共模扼流圈Lc1磁饱和。

图20至图23表示在共模滤波器的谐振频率fc分别为PWM逆变器4的开关频率finv的1倍、2倍、3倍、4倍时，作为整体的共模电压Vcc(参照(A))、共模扼流圈Lc1的电压VLC1(参照(B))、共模扼流圈Lc1的磁通φLc1(参照(C))。

参照图20至图23可知，将谐振频率fc设定为PWM逆变器4的开关频率finv的2倍以上，从而能抑制共模扼流圈Lc1的磁通φLc1，进而能防止共模扼流圈Lc1磁饱和。

Claims

1.一种功率转换装置，包括共模滤波器，该共模滤波器具有PWM整流电路(2)和PWM逆变器电路(4)，同时具有共模扼流圈(Lc1)及电容器(Cc1)，其特征在于，

将PWM整流电路(2)的载波频率和PWM逆变器电路(4)的载波频率设定为共模扼流圈(Lc1)不产生磁饱和的频率。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

将PWM整流电路(2)的载波频率设定为PWM逆变器电路(4)的载波频率的奇数倍。

3.一种功率转换装置，包括共模滤波器，该共模滤波器具有PWM整流电路(2)和PWM逆变器电路(4)，同时具有共模扼流圈(Lc1)及电容器(Cc1)，其特征在于，

将共模滤波器的谐振频率设定为整流电路(2)的载波频率或PWM逆变器电路(4)的载波频率的2倍以上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

PWM逆变器电路(4)向压缩机驱动用电动机(5)供给驱动用电力。