CN102422517B - 功率变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种功率变换装置，具备：控制变换器（1）和逆变器（3）的变换器/逆变器控制装置（6），其中，该功率变换装置具备：直流电容器（4），在变换器（1）和逆变器（3）之间连接；以及直流电容器电压检测器（5），对直流电容器（4）的连接端的直流电容器电压（Efc）进行检测，在变换器/逆变器控制装置（6）中，基于交流电动机（2）的电动机频率、直流电容器电压（Efc）以及脉冲模式，进行对变换器（1）的直流电容器电压（Efc）的可变控制，在电动机频率的预定范围中将逆变器（3）的PWM调制系数固定为使逆变器（3）的输出电压中包含的预定次数的谐波减少的值（m0）来对逆变器（3）的工作进行控制。

Description

功率变换装置
技术领域
本发明涉及通过将交流电变换为直流电的变换器（converter）和将该直流电变换为交流电的逆变器（inverter）对交流电动机进行驱动的电动车的功率变换装置（power），特别涉及减少在逆变器输出电压中包含的预定次数的谐波成分的功率变换装置。
背景技术
通常在功率变换装置中，为了以可变频率可变电压高效率地驱动感应电动机，已知以使晶体管模块的交流输出电压和交流输出频率的比V/F成为固定的方式进行控制。为了实现该V/F的固定控制，需要使PWM调制度与晶体管模块输出频率成比例地进行变化。可是，已知在通常的PWM控制方式的逆变器装置中，直流电压越高、调制系数越低，载波频率电压成分相对于基波电压成分变得越大，变形大，结果，在低频率区域中，有在感应电动机中流过大的谐波电流，振动等变大的问题。
作为消除这样的问题的方案，在下述专利文献1中示出的现有技术中，通过在逆变器输出频率低的区域中固定直流电压并使逆变器的调制系数为可变，从而控制逆变器输出电压，通过在逆变器输出频率高的区域中固定该调制系数并使该直流电压为可变，从而控制逆变器输出电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-28397号公报。
发明内容
发明要解决的问题
可是，在上述专利文献1中记载的现有技术中，如上述那样通过在逆变器输出频率高的区域中，固定逆变器的调制系数并使直流电压为可变，从而控制逆变器输出电压，但此时的调制系数的值没有设定为减少在逆变器输出电压中包含的预定次数的谐波的值，当由于上述预定次数的谐波成分而产生的交流电动机的转矩的频率与搭载功率变换装置的设备的谐振频率重叠时，有该设备的振动、噪音变大的课题。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于获得一种功率变换装置，能够减少在逆变器输出电压中包含的预定次数的谐波。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，实现目的，本发明的功率变换装置，具备：将交流电变换为直流电的变换器；将所述直流电变换为任意频率和任意电压的交流电并输出到交流电动机的逆变器；以及控制所述变换器和所述逆变器的控制部，该功率变换装置的特征在于，具备：电容器，在所述变换器和所述逆变器之间连接；以及电压检测器，对所述电容器的连接端的电容器电压进行检测，在所述控制部中，基于所述交流电动机的频率、所述电容器电压以及脉冲模式，进行对所述变换器的所述电容器电压的可变控制，在所述交流电动机的频率的预定范围中将所述逆变器的PWM调制系数固定为使所述逆变器的输出电压中包含的预定次数的谐波减少的值来对所述逆变器的工作进行控制。
发明的效果
根据本发明，在逆变器的同步脉冲模式PWM控制时，进行对变换器的直流电容器电压的可变控制，将调制系数的值固定为能够减少在逆变器输出电压中包含的预定次数的谐波的值，使逆变器进行可变电压可变频率运转，因此获得能够减少在逆变器输出电压中包含的预定次数的谐波的效果。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的功率变换装置的结构例的框图。
图2是表示实施方式1涉及的控制部的结构的框图。
图3是表示逆变器输出电压的5次/7次成分和转矩以及6次成分、与在控制部运算的调制系数的关系的图。
图4是用于说明直流电容器电压指令生成部的工作的图。
图5是用于说明调制系数运算部的工作的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明涉及的功率变换装置的实施方式。再有，本发明并不被该实施方式限定。
实施方式
图1是表示实施方式1涉及的功率变换装置的结构例的框图。功率变换装置构成为作为主要结构具有：变换器1，将交流电变换为直流电；逆变器3，将直流电变换为交流电来使交流电动机2进行可变电压可变频率运转；直流电容器4，在变换器1的输出和逆变器3的输入之间连接；直流电容器电压检测器（以下仅称为“电压检测器”）5，检测直流电容器4的电压；变换器/逆变器控制装置（以下仅称为“控制部”）6，对变换器1和逆变器3进行控制。
控制部6基于直流电容器电压Efc和电动机频率，输出变换器栅极信号GS1和逆变器栅极信号GS2。以下，详细叙述控制部6的结构和工作。
图2是表示实施方式1涉及的控制部的结构的框图。控制部6构成为作为主要的结构具有：运算部61；变换器控制部10；以及逆变器PWM控制部9。
对运算部61和逆变器PWM控制部9输入对交流电动机2进行可变电压可变频率控制的逆变器频率finv。再有，在本实施方式中，通过从安装在交流电动机2的速度传感器（未图示）获得的电动机频率对逆变器频率finv进行运算，但当然在无速度传感器的情况下使用在无速度传感器控制下获得的速度估计值也可。
构成运算部61的直流电容器电压指令生成部7作为逆变器频率的函数对直流电容器电压指令值Efc*进行运算，调制系数运算部8对逆变器3的调制系数m进行运算。
变换器控制部10将直流电容器电压指令值Efc*作为输入，此外通过进行由电压检测器5检测出的直流电容器电压Efc的反馈控制，从而输出用于使直流电容器电压Efc追随直流电容器电压指令值Efc*的变换器栅极信号GS1，对变换器1进行控制。
逆变器PWM控制部9基于逆变器频率finv、调制系数（modulation factor）m、以及PWM脉冲模式设定，输出逆变器栅极信号GS2，对逆变器3进行控制。
接着，对控制部6的工作进行说明。在逆变器3的输出电压Vinv和直流电容器电压Efc和调制系数m之间，式1的关系成立。其中，K为常数。
Ｖｉｎｖ＝ＫｍＥｆｃ（式1）
通常，如直流电容器电压指令生成部7表示的逆变器频率finv和直流电容器电压指令值Efc*的关系那样，将直流电容器电压指令值Efc*设为固定值，以在调制系数运算部8（式1）的关系成立的方式对调制系数m进行控制，对交流电动机2进行可变电压可变频率控制。
在搭载本发明的功率变换装置的设备中有谐振特性，当在交流电动机2产生的转矩中包含上述谐振频率的成分时，上述设备进行振动，产生噪音。在这样的情况下，运算部61在产生该谐振频率的逆变器频率finv0附近，将调制系数m的值控制为能够减少该谐振频率的值（调制系数m0）。
在下面示出具体例。图3是表示逆变器输出电压的5次/7次成分以及转矩的6次成分、与在控制部运算的调制系数的关系的图，图4是用于说明直流电容器电压指令生成部的工作的图，图5是用于说明调制系数运算部的工作的图。
在图3中，示出逆变器3是3电平逆变器、脉冲模式是同步3脉冲模式（synchronous 3-pulse mode）的情况下的调制系数、和在逆变器输出电压（相电压）中包含的5次、7次频率成分、以及通过这些频率成分的电压从交流电动机2产生的转矩的6次频率成分的关系。
在搭载本实施方式涉及的功率变换装置的设备的谐振频率例如为480Hz的情况下，转矩的6次频率成分变为480Hz的逆变器频率成为480/6=80Hz。即，在图4、5中，产生谐振频率成分的逆变器频率finv0是80Hz附近，能够减少该谐振频率（80Hz附近）的调制系数m0根据图3的关系，例如成为0.92~0.94的范围。因此，如果将逆变器频率finv0附近（80Hz附近）的调制系数m0设定为上述的值的话，就能够减少转矩的6次成分。
像这样，本实施方式的功率变换装置在逆变器的同步脉冲模式PWM控制时，通过直流电容器电压指令生成部7进行对变换器1的直流电容器电压Efc的可变控制，通过运算部8将调制系数m设定为能够减少在相电压中包含的预定次数的频率成分的值，对逆变器3进行可变电压可变频率控制。因此，本实施方式的功率变换装置即使在由于预定次数的谐波成分而产生的交流电动机2的转矩的频率、和搭载功率变换装置的设备的谐振频率重叠的情况下，也能够减少该设备的振动、噪音。
此外，因为交流电动机2产生的转矩的谐波成分和在变换器1与逆变器3之间的直流电路中流过的直流电流的谐波成分相同，所以本实施方式的功率变换装置也能够减少在变换器1与逆变器3之间的直流电路中流过的直流电流中包含的预定次数的直流电流成分。
再有，本实施方式涉及的变换器1是单相变换器也可，是三相变换器也可，分别是2电平变换器、3电平变换器的任一种也可。此外，与各变换器1组合的逆变器3是三相逆变器且为2电平逆变器、三相3电平逆变器的任一种也可。此外，交流电动机2是三相感应电动机、三相同步电动机的任一种也可。
如以上说明的那样，本实施方式涉及的功率变换装置具备：控制部6，该控制部6在逆变器的同步脉冲模式PWM控制时，进行对变换器1的直流电容器电压Efc的可变控制，将调制系数m设定为能够减少在相电压中包含的预定次数的频率成分的值，对逆变器3进行可变电压可变频率控制，因此即使由于预定次数的谐波成分而产生的交流电动机2的转矩的频率与搭载功率变换装置的设备的谐振频率重叠，也能够减少该设备的振动、噪音。此外，通过设定为将在变换器1和逆变器3之间的直流电路中流过的直流电流中包含的预定次数的直流电流成分减少的调制系数，从而能够减少预定次数的直流电流成分。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明的功率变换装置能够应用于交流电动车，特别是作为以单相变换器将单相交流电变换为直流电，以三相逆变器将该直流电变换为交流电，对三相感应电动机、三相同步电动机进行控制，减少在电动车搭载的设备的振动、噪音的发明是有用的。
附图标记说明
1 变换器；
2 交流电动机；
3 逆变器；
4 直流电容器；
5 直流电容器电压检测器（电压检测器）；
6 变换器/逆变器控制装置（控制部）；
7 直流电容器电压指令生成部；
8 调制系数运算部；
9 逆变器PWM控制部；
10 变换器控制部；
61 运算部；
Efc 直流电容器电压（电容器电压）；
Efc* 直流电容器电压指令值（电容器电压指令值）；
finv 逆变器频率；
finv0 产生谐振频率成分的逆变器频率；
GS1 变换器栅极信号；
GS2 逆变器栅极信号；
m、m0 调制系数。

Claims (5)

1.一种功率变换装置，具备：将交流电变换为直流电的变换器；将所述直流电变换为任意频率和任意电压的交流电并输出到交流电动机的逆变器；以及控制所述变换器和所述逆变器的控制部，该功率变换装置的特征在于，具备：
电容器，连接在所述变换器和所述逆变器之间；以及
电压检测器，对所述电容器的连接端的电容器电压进行检测，
在所述控制部中，
基于所述交流电动机的频率、所述电容器电压以及脉冲模式，进行对所述变换器的所述电容器电压的可变控制，将搭载所述功率变换装置的设备的谐振频率的1/6的逆变器频率附近的PWM调制系数固定为位于0.92～0.94的范围中的预定的值，来对所述逆变器的工作进行控制，该预定的值是使所述逆变器的输出电压中包含的5次或7次谐波减少的值。
2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，
在所述控制部中，
具备：运算部，基于所述交流电动机的频率，对所述电容器电压的电压指令值和所述PWM调制系数进行运算。
3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述变换器是单相2电平变换器、三相2电平变换器、单相3电平变换器、以及三相3电平变换器的任一种，
所述逆变器是三相2电平逆变器。
4.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述变换器是单相3电平变换器和三相3电平变换器的任一种，
所述逆变器是三相3电平逆变器。
5.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述交流电动机是三相感应电动机或三相同步电动机。
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