CN102792577B - 功率变换装置 - Google Patents

Abstract

功率变换装置具备：电容器（5），并联连接于直流电源（6）；多个功率变换器（2），驱动多个同步机（1）；电容器（3），并联连接于功率变换器（2）的直流侧；开关电路（4），直接插入电容器（5）和电容器（3）之间；开关开始指令部（12），控制多个功率变换器（2）的工作的开始；控制部（9），基于电动机速度（ω）和电容器（3）的电压（Vc）控制功率变换器（2），开关开始指令部（12）在功率变换器（2）的停止中使开关电路（4）断开，在功率变换器（2）的运转开始时使功率变换器（2）到同步机（1）的端子电压变为规定值为止使开关电路（4）关断，当同步机（1）的端子电压变为规定的值以下时使开关电路（4）接通。

Description

功率变换装置

技术领域

本发明涉及对在包含铁路车辆或电动汽车的电动车辆中使用的多个同步机进行驱动的功率变换装置，特别涉及能够应对同步机高速旋转时的空载感应电压（no-load induction voltage）比直流电源电压高的情况的功率变换装置（power conversion device）。

背景技术

在汽车、电气列车中，运行模式的特征在于不进行利用驱动系统的加速、减速而以惰性进行行驶（惰行）。在使用同步机的驱动系统中，在这样的惰行的情况下产生空载感应电压，该空载感应电压经由与构成功率变换器的开关元件反并联连接的二极管而被全波整流，直流电压（电容器的端子间电压）上升。因此，全波整流后的电力被再生到电源侧，驱动系统作为整体进行制动工作。

作为避免这样的制动工作的单元，在下述专利文献1中公开的功率变换装置按以下方式构成。即，该功率变换装置在逆变器的电源和逆变器桥臂之间，串联地插入单向导通单元及开关单元的并联连接电路，在逆变器停止中使开关单元开放，在逆变器运转开始时在使开关单元开放的状态下，以同步机的端子电压变成规定值的方式控制励磁电流。此外，该功率变换装置在同步机的端子电压达到规定值时，在使开关单元为关的状态下对同步机的转矩电流进行控制，使同步机加减速运转。此外，该功率变换装置在使运转中的逆变器停止时，在以同步机的端子电压变成规定值的方式对励磁电流进行控制的状态下使转矩电流减少至零，然后使开关单元开放，使励磁电流减少而使逆变器的运转停止。

此外，在下述专利文献2中，公开了与驱动多台同步机的功率变换装置相关的主电路结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-308388号公报（权利要求1，图1）；

专利文献2：日本特开2008-86077号公报（[0093]，图14）。

发明内容

发明要解决的问题

上述专利文献1所示的现有技术，是在逆变器的电源和逆变器桥臂之间串联连接单向导通单元及开关单元的并联连接电路的方式，但由于使用开关单元，所以存在功率变换装置大型化的课题。特别是在电动车辆中采用功率变换装置的情况下，通常是使用多个同步机对电动车辆进行驱动。因此，为了驱动多台同步机，也需要与同步机相同数量的功率变换器，对于尽可能进行小型化来实现能驱动多台同步机的功率变换装置来说，存在上述开关单元妨碍功率变换装置的小型化的课题。此外，关于连接在功率变换器附近的电容器，也必须研究配合多台同步机进行配置，由于电容器的尺寸大，所以存在难以谋求功率变换装置的进一步小型轻量化的课题。此外，在上述专利文献1中，没有公开驱动多台同步机的结构。

另一方面，在上述专利文献2中，公开了驱动多台同步机的主电路结构。但是，在通过该主电路结构，在同步机产生的空载感应电压比直流电压（相当于直流电源的两端电压）高的区域中对同步机驱动的情况下，如上所述，空载感应电压经由与构成功率变换器的开关元件反并联连接的二极管被全波整流。因此，由于直流电压上升，所以全波整流后的电力被再生到直流电源侧，存在产生上述的制动工作的课题。此外，在多台同步机的旋转频率不同的情况下，由于各同步机产生的空载感应电压的大小不同，所以如果不执行考虑了空载感应电压的大小的适当的控制的话，会产生上述的制动工作。在上述专利文献2中，由于没有公开空载感应电压的大小不同的情况下的控制，所以存在产生制动工作的情况的课题。

本发明正是鉴于上述情况而做出的，其目的在于获得一种能够抑制多个同步机的空载感应电压导致的制动工作的功率变换装置。

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，其特征在于具备：第1电容器，并联连接于对多个同步机供给电力的直流电源；多个功率变换器，驱动所述各同步机；第2电容器，并联连接于所述功率变换器的直流侧；开关电路，串联连接于所述第1电容器和所述第2电容器之间；第1控制部，基于运转指令、在所述第2电容器检测出的电压信息和在所述各同步机检测出的电流信息，对所述各功率变换器及所述开关电路的工作进行控制；以及第2控制部，基于所述电压信息、在所述各同步机检测出的电动机速度信息和来自所述第1控制部的控制信号，对所述各功率变换器进行控制，所述第1控制部在所述各功率变换器停止的期间中将所述开关电路控制成断开状态，在所述运转指令被开通时输出使所述各功率变换器的工作开始的信号，在所述电压信息的值变为规定的值以下时将所述开关电路控制成接通状态。

发明的效果

根据本发明，由于具备控制多个功率变换器的工作的开始的开关开始指令部，所以具有能够抑制多个同步机的空载感应电压导致的制动工作的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的功率变换装置的结构图。

图2是表示同步机的电动机电压与空载感应电压的关系的图。

图3是用于说明图1所示的功率变换装置的工作的图。

图4是图1所示的开关开始指令部的结构图。

图5是本发明的实施方式2的功率变换装置的结构图。

图6是图5所示的开关开始指令部的结构图。

图7是用于说明图5所示的功率变换装置的工作的图。

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1

图1是本发明的实施方式1的功率变换装置的结构图，图2是表示同步机的电动机电压与空载感应电压的关系的图，图3是用于说明图1所示的功率变换装置的工作的图，图4是图1所示的开关开始指令部的结构图。

在图1中，本实施方式的功率变换装置构成为作为主要的结构具有：与直流电源6并联连接的电容器（第1电容器）5；驱动2个同步机1a、1b的功率变换器2a、2b；与功率变换器2的直流侧并联连接的电容器（第2电容器）3；串联连接在电容器3与电容器5之间的开关电路4；检测电容器3的电压的电压检测器8；开关开始指令部（第1控制部）12；控制功率变换器2a、2b的控制部（第2控制部）9a、9b。

控制部9a、9b构成为具有：dq轴电流指令运算部10a、10b，以及电压指令运算部11a、11b。dq轴电流指令运算部10a、10b将来自检测同步机1a、1b的速度的速度信息检测器7a、7b的电动机速度（电动机速度信息）ω1、ω2作为输入，对dq轴电流指令进行运算。电压指令运算部11a、11b基于在dq轴电流指令运算部10a、10b中运算的dq轴电流指令id*、iq*、电动机速度ω1、ω2和来自开关开始指令部12的控制信号，对控制功率变换器2a、2b的电压指令进行运算。

开关开始指令部12基于表示动力运行指令或制动指令的运转指令、通过电流检测器13a检测出的电流（电流信息）iu1（以下仅称为“电流iu1”）、通过电流检测器13b检测出的电流（电流信息）iu2（以下仅称为“电流iu2”）、以及在电压检测器8检测出的电容器3的电压（电压信息）Vc，生成对开关电路4的开/关工作进行控制的开始信号GSTD，并且生成控制功率变换器2a、2b的工作开始及工作停止的逆变器开始信号GSTI。

开关电路4以开关元件和与该开关元件反并联连接的二极管构成。例如，在进行同步机1a、1b的加速运转的情况下，该反并联二极管在从直流电源6侧向功率变换器2供给电力的方向进行导通。

功率变换器2a、2b构成为具有开关电路Gu、Gv、Gw、Gx、Gy、Gz。具体地，功率变换器2a、2b以正侧桥臂的3个开关元件和负侧桥臂的3个开关元件的桥接电路构成。在各个开关元件连接有反并联二极管。而且，各个相的上桥臂元件和下桥臂元件的连接点构成三相的输出端，在各个输出端连接U相接线、V相接线、W相接线。U相接线、V相接线、W相接线连接于同步机1。功率变换器2a、2b通过该结构，各开关元件按照来自控制部9a、9b的选通信号（gate signal）进行开/关工作，从而将输入的直流电压变换成任意频率的三相交流电压来驱动同步机1。

实施方式1的同步机1a、1b为通过安装在转子的永磁铁来产生磁场的永磁铁同步机。在永磁铁同步机的情况下，由于永磁铁的磁通是固定的，所以作为同步机单体的特性，产生与磁通密度和同步机1的旋转速度的积成比例的感应电压。将其称为空载感应电压，具有图2中以虚线表示那样的特性。相对于此，由于功率变换器2a、2b不能产生输入的直流电源6的直流电压以上的电压，所以在空载感应电压超过功率变换器2a、2b的最大输出电压的区域中，进行以电枢绕组产生抵消永磁铁的磁通那样的磁通的所谓削弱磁场控制，进行到达高速的运转。在电动车辆中，如上述那样有“惰行”这一运行模式，在这样的惰行时，在使用永磁铁同步机的情况下，在功率变换装置中产生空载感应电压。在该空载感应电压比功率变压器2a、2b的直流电压（相当于电容器5的两端电压）大的区域中，空载感应电压经由与构成功率变换器的开关电路Gu、Gv、Gw、Gx、Gy、Gz反并联连接的二极管被全波整流。由于直流电压上升，所以被全波整流的电力被再生到直流电源6侧，驱动系统作为整体进行制动工作。

此外，在电动车辆的惰行中，在功率变换装置进行运转，为了削弱磁场控制而流过励磁电流的情况下，产生由于电流流过永磁铁同步机的绕组而产生的铜耗、功率变换器2a、2b的损失。这样的损失从节能的观点来看是不利的。特别是在能量效率为最重要课题的电动汽车中是致命的课题。

因此，在实施方式1中，如图1所示，在功率变换器2a、2b与电容器5之间插入开关电路4，经由功率变换器2a、2b驱动同步机1a、1b。再有，在实施方式1中，开关电路4以IGBT等的开关元件和反并联连接于该开关元件的二极管等的单向导通元件构成。该开关电路4能够使用与构成功率变换器2a、2b的开关电路Gu、Gv、Gw、Gx、Gy、Gz相同的电路，由此能够降低主电路的制造成本。

开关电路4在例如功率变换器2a、2b进行加速运转的情况下，为了从直流电源6对功率变换器2供给电力而变成接通。

此外，在功率变换器2a、2b停止工作的情况下，在同步机1a、1b产生的空载感应电压比电容器3的电压大时，开关电路4的开关元件通过开关开始指令部12被断开，电容器3被充电到峰值。即，在“惰行”时，来自同步机1a、1b的空载感应电压经由构成功率变换器2a、2b的反并联二极管被全波整流，被整流的电力被充电到电容器3。但是，通过适当地选择该电容器3的容量，电容器3立刻被充电，作为系统整体不会变为制动工作。此外，通过适当地选择电容器3的容量，在同步机1a与同步机1b以不同的旋转频率进行旋转的情况下，以变成旋转频率高的同步机的空载感应电压的峰值的方式对电容器3进行充电。

此外，在开关电路4的开关元件为断开状态的情况下，从功率变换器2a、2b侧向直流电源6侧的方向的电力的流动被开关电路4切断。因此，能够防止在惰行时由于同步机1a、1b产生的空载感应电压被再生到直流电源6侧而产生的不要的制动力的发生和伴随于此的功率的损失。进而，能够防止直流电源6的电压上升到通常的电源电压以上。

开关开始指令部12如上述那样，基于运转指令控制开关电路4及功率变换器2a、2b的工作，例如在运转指令被开通的情况下（参照图3的时刻t4），在电流iu1、iu2为0时，以使功率变换器2a、2b门极开通（gate on），即使功率变换器2a、2b的工作开始后使开关电路4接通的方式输出指令。即，开关开始指令部12在运转指令为开、且电流iu1、iu2为0时，开通逆变器开始信号GSTI，之后开通开始信号GSTD。

此外，在运转指令被关断的情况下（参照图3的时刻t1），开关开始指令部12在运转指令被关断的同时，以停止开关电路4及功率变换器2的工作的方式输出指令。即，开关开始指令部12在运转指令被关断的情况下，使逆变器开始信号GSTI及开始信号GSTD关断。

特别是在运转指令被开通的情况下（参照图3的时刻t4），因为从开关开始指令部12输出的逆变器开始信号GSTI变为开，所以需要瞬时控制施加到同步机1a、1b的电压。即，必须控制dq轴电流指令，使得施加到电动机的电压超过电源电压Vdc而产生的制动扭矩不会产生。在本实施方式的功率变换装置中，在控制部9a、9b的dq轴电流指令运算单元10a、10b执行该控制。

在以下，说明该运转指令变为开的稍后的dq轴电流指令运算部10a、10b的控制。

以（1）、（2）式给出在dq坐标上表示的永磁铁同步机的电压方程式和永磁铁同步机的转矩。

[数1]

[数2]

能够对永磁铁同步机供给的端子电压|Vm|相当于线间电压实效值，当将电容器3的电压设为Vc时，以（3）式的方式被限制。再有，线间电压表示图1所示的同步机1a、1b的U相-V相间、V相-W相间、或W相-U相间的任一个线间电压。

[数3]

再有，在线间电压的峰值Vmp与电容器3的电压Vc之间，（4）式的关系成立。

[数4]

在高电压的永磁铁同步机中，在高速区域中以将端子电压|Vm|抑制到功率变换器2a、2b的直流母线电压（电源电压Vdc）以内的方式流过d轴电流，进行利用d轴电枢反作用的去磁作用的等价的削弱磁场控制。在高速区域的功率变换器2a、2b的再起动时，由于在功率变换器2a、2b的起动稍后需要进行削弱磁场控制并起动，所以使用上述（3）式的电压限制条件对d轴电流指令进行运算。在这里，为了使（3）式简洁化，使上述电压限制条件为（5）和（6）式那样。

[数5]

但是，（5）式的V_d0、V_q0通过从（1）式忽略了微分项而被获得。进而，由于进行削弱磁场控制，功率变换器2a、2b再起动是在高速区域，所以认为ωL充分大。因此，（5）式的V_d0、V_q0从（1）式也忽略了电枢电阻下降量而成为（6）式。

[数6]

根据（5）、（6）式，在削弱磁场控制中使用的d轴电流的条件为（7）式。

[数7]

为了在功率变换器2a、2b的再起动时不产生转矩，只要根据上述（2）式使iq=0即可。因此，当对上述（7）式输入iq=0时，成为（8）式。但是，设为Ld、Lq：d、q轴电感，φａ＝√3/2*φf、φf：永磁铁的电枢磁链的最大值。

[数8]

即，通过（8）式，使功率变换器2再起动时不产生转矩，由此能够将线间电压抑制在电容器3的电压Vc以下。因此，电压指令运算部11a通过（8）式，基于电容器3的电压Vc、电动机速度ω1、ω2，计算能够使电容器3的电压Vc及同步机1的线间电压瞬时为所希望的值（在这里，作为一个例子是1600V）以下的d轴电流指令id*。也就是说，进行从（7）式的id向id*的置换。

再有，对本实施方式的电压指令运算部11a、11b，使iq*=0，输入使用（8）式运算的id*、在速度信息检测器7a、7b检测出的电动机速度ω1、ω2和电容器3的电压Vc。众所周知，电压指令运算部11a、11b在将三相电压或三相电流向旋转正交二轴进行坐标变换时，需要控制坐标轴，但基于任意的电动机速度ω1、ω2对作为旋转二轴坐标的控制坐标轴的相位θ进行运算。该相位θ如式（9）所示那样通过对电动机速度ω1、ω2进行积分而获得。

[数9]

此外，电压指令运算部11a、11b根据（10）式对dq轴电压指令Vd*、Vq*进行运算。再有，通过使iq*=0，能够不使转矩产生。

[数10]

电压指令运算部11a、11b通过（11）式对三相电压指令的电压相位θv进行运算。即，在相位角θ加上dq轴电压指令Vd*、Vq*的相位角，对三相电压指令的电压相位θv进行运算。

[数11]

电压指令运算部11a、11b根据（12）式基于电容器3的电压Vc对调制率PMF进行运算。

[数12]

电压指令运算部11a、11b使用（9）、（11）、（12）式的值，以（13）式对U相电压指令Vu*、V相电压指令Vv*和W相电压指令Vw*进行运算。

[数13]

电压指令运算部11a、11b以功率变换器2a、2b能够进行脉冲宽度控制的方式，对基于三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*的选通信号进行运算并向功率变换器2a、2b输出。

根据本实施方式的功率变换装置，即使在惰行中运转指令被开通的情况下，由于线间电压被限制为不超过电源电压Vdc的所希望的值（1600V），所以抑制由于线间电压超过电源电压Vdc而产生的不需要的转矩。

以下，说明作为本实施方式的功率变换装置的一个特征部分的开关开始指令部12的结构。

在图4中，开关开始指令部12将电容器3的电压Vc、运转指令、电流iu1、电流iu2作为输入，根据电容器3的电压Vc和运转指令输出开始信号GSTD，并且根据运转指令和电流iu1、iu2输出逆变器开始信号GSTI。

开关开始指令部12作为主要结构，构成为具有：比较部15、逻辑积部16a、电流实效值运算部19、相等比较部14a、14b、逻辑积部16b。此外，电流实效值运算部19构成为具有：绝对值处理部（ABS）17a、17b、一阶延迟部18a、18b。

电容器3的电压Vc被输入到比较部15，比较部15对电容器3的电压Vc和规定的值（上述的1600V）进行比较，在电容器3的电压Vc比规定的值低时输出“1”，除此之外输出“0”。逻辑积部16a导入来自比较部15的输出与运转指令，在来自比较部15的输出值为“1”且运转指令为“1”（开）时，输出使开关电路4接通的开始信号GSTD“1”。此外，逻辑积部16a在运转指令为“0”（关）时，输出使开关电路4断开的开始信号GSTD“0”。

电流iu1被输入到绝对值处理部17a，绝对值处理部17a进行电流iu1的绝对值处理。一阶延迟部18a导入绝对值处理部17a输出的电流iu1的绝对值，以根据一阶延迟的滤波器效应对电流iu1的实效值（直流量）进行运算。电流iu2被输入到绝对值处理部17b，绝对值处理部17b进行电流iu2的绝对值处理。一阶延迟部18b导入绝对值处理部17b输出的电流iu2的绝对值，以一阶延迟的滤波器效应对电流iu2的实效值（直流量）进行运算。相等比较部14a对从一阶延迟部18a输出的电流iu1的实效值与阈值“0”进行比较，在电流iu1的实效值为“0”的情况下，输出表示电流iu1的实效值与阈值“0”相等的“1”，在电流iu1的实效值为“0”以外的情况下，输出表示电流iu1的实效值比阈值“0”大的“1”。同样地，相等比较部14b对从一阶延迟部18b输出的电流iu2的实效值与阈值“0”进行比较，在电流iu2的实效值为“0”的情况下，输出表示电流iu2的实效值与阈值“0”相等的“1”，在电流iu2的实效值为“0”以外的情况下，输出表示电流iu2的实效值比阈值“0”大的“1”。

运转指令、相等比较部14a的输出信号和相等比较部14b的输出信号被输入到逻辑积部16b，逻辑积部16b在这些信号全部为“1”（运转指令为开）的情况下，将表示许可功率变换器2开始的“1”作为逆变器开始信号GSTI开进行输出。此外，逻辑积部16b在这些信号全部不是“1”的情况下，将表示不许可功率变换器2开始的“0”作为逆变器开始信号GSTI关进行输出。

使用图3，说明本实施方式的功率变换装置的主要工作。再有，在图3中，作为一个例子将到时刻t1为止设为输出制动指令的状态，将时刻t2到时刻t4设为惰行状态，将时刻t4以后设为输出动力运行指令的状态来进行说明。此外，图3所示的（a）表示运转指令的开/关状态，（b）表示开始信号GSTD的开/关状态，（c）（d）表示逆变器开始信号GSTI的开/关状态。（e）表示电容器5的电压Efc1、电容器3的电压Vc、同步机1a的线间电压的峰值Vmp1a、同步机1b的线间电压的峰值Vmp1b的开/关状态。（f）表示电流iu1的状态，（g）表示电流iu2的状态。

在时刻t1，在运转指令（a）被关断时，来自逻辑积部16a的开始信号GSTD（b）变为关，因此开关电路4变为关。此外，在运转指令（a）被关断时，来自逻辑积部16b的逆变器开始信号GSTI（c）（d）变为关，因此功率变换器2a、2b成为门极关断（gate off）。再有，到时刻t1为止的电流iu1（f）、iu2（g）被再生到电源电压Vdc侧，成为负的值。

在时刻t1到t2，由于惰行，同步机1a的空载感应电压和惰行时的同步机1b的空载感应电压均上升。但是，在功率变换器2a、2b门极关断时，由于同步机1a的电动机频率与同步机1b的电动机频率不同，所以如（e）所示那样，同步机1a的空载感应电压的大小与同步机1b的空载感应电压的大小不同。在图3中，作为一例示出同步机1a的电动机频率比同步机1b的电动机频率高的情况下的例子，相对于同步机1b的空载感应电压在时刻t2达到高峰，同步机1a的空载感应电压在时刻t3到达高峰。因此，同步机1a的线间电压的峰值Vmp1a变成空载感应电压，电容器3的电压Vc伴随该空载感应电压的上升而增加。再有，同步机1b的线间电压的峰值Vmp1b是比电容器3的电压Vc低的值。

此外，从时刻t1到t2，由于空载感应电压的上升，持续流过电流iu1（f）、iu2（g），在从时刻t2到t3，持续流过电流iu1（f）。在流过这样的惰行导致的电流iu1、iu2的期间，在功率变换器2a、2b开始工作的情况下，由于在功率变换器2a、2b流过大的电动机电流，所以可能由于过电流导致功率变换器2a、2b故障。

本实施方式的开关开始指令部12构成为在流过惰行导致的电流iu1、iu2的期间，使功率变换器2a、2b门极关断。因此，能够防止由于惰行时的电流iu1、iu2导致功率变换器2a、2b故障。再有，电容器5的电压Efc1如图3（e）所示，由于开关电路4关断，所以不上升。

接着，在时刻t4，在运转指令（a）被开通时，来自逻辑积部16b的逆变器开始信号GSTI（c）（d）变为开，因此功率变换器2a、2b成为门极开通。通过功率变换器2a、2b开始工作，电容器3的电压Vc及同步机1的线间电压瞬时降低到所希望的值（1600V）。在电容器3的电压Vc及同步机1的线间电压变为所希望的值（1600V）以下时（即时刻t5的时间点），来自逻辑积部16a的开始信号GSTD（b）变为开。结果，电源6与功率变换器2a、2b连接，能够进行同步机1a、1b的加减速运转。

再有，在运转指令（a）被关断，开始惰行时，开关开始指令部12关断开关电路4，使电容器3吸收同步机1a、1b的空载感应电压量的能量，由此如图3（e）所示，同步机1a的线间电压的峰值Vmp1a和电容器3的电压Vc平衡。

作为本发明的特征的电容器3的容量能够以下方式来决定。

例如，在同步机1的空载感应电压最大是1800V，惰行稍后的电容器3的初始电压是1500V的情况下，电容器3的电压上升量是300V。

电容器3的电压上升量能够通过流到电容器3的电流idc的关系以（14）式来表示。其中，将电容器3的容量设为C。再有，电容器3的电位与电流idc的流动方向的关系如图1所示的箭头那样。

[数14]

通过（14）式，流到电容器3的电流idc以（15）式来表示。

[数15]

此外，将在同步机1的空载感应电压与电容器3的电压Vc平衡时产生的平均转矩设为T，将该转矩T导致的能量设为P，定义旋转角频率为ω（机械角）的情况下，能量 P能够以（16）式表示。

[数16]

此外，能量P能够通过电容器3的电压Vc与流到电容器3的电流idc的关系以（17）式来表示。

[数17]

通过（15）~（17）式，在同步机1的空载感应电压与电容器3的电压Vc平衡时产生的转矩T能够以（18）式表示。

[数18]

通过（18）式，电容器3的容量C能以（19）式来表示。

[数19]

如果在（19）式的各个参数中代入以下的值的话，能够决定电容器3的容量C。使用电动车辆的代表性的常数，针对具体的电容器3的容量C进行考查。例如，设为ω=270×(2π/3)[rad/sec］、Vc=1800[V]。此外，T考虑是dt=0.1[sec]间能够容许的产生转矩，设为T=-0.1[Nm]以下，时间设为dt=0.1[sec]。当将上述参数代入到（19）式时，电容器3的容量C能以（20）式来表示。

[数20]

如上所述，可知图1的电容器3的容量C只要是10.471μF以上即可。再有，电容器5的容量在电动车辆的情况下，是1500μF~3000μF左右。

像这样，本发明者发现，电容器3的容量C是比电容器5小的容量即可，例如是电容器5的容量的100分之1以上10分之1以下即可。即，针对电容器3的容量C，发现了以下的关系成立。

电容器5的容量×1/100≤电容器3的容量C≤电容器5的容量×1/10

再有，通过使电容器3的容量C为电容器5的容量×1/10以下，从而能够使功率变换装置小型化。

如以上说明的那样，本实施方式的功率变换装置由于具备在各功率变换器2停止的期间中将开关电路4控制成断开状态、在运转指令被开通时输出使各功率变换器2的工作开始的信号、在同步机1的端子电压的值变为规定的值以下时将开关电路4控制成接通状态的开关开始指令部12，所以在多个同步机1a、1b的空载感应电压的大小不同的状况下，即使运转指令被开通，也能够不产生制动工作而从惰行转移到加减速运转。

此外，开关开始指令部12构成为在运转指令被关断，流过同步机1和功率变换器2间的电流的状态下输出使各功率变换器的工作停止的信号（逆变器开始信号GSTI关），因此在惰行引起的电流iu1、iu2流过的期间中功率变换器2被门极关断，结果能够防止过电流导致的功率变换器2的故障。

此外，根据本实施方式，由于在功率变换器2和开关电路4之间连接的电容器3被小型化，所以能够提供可驱动多个同步机，并且与以往相比小型轻量的功率变换装置。

实施方式2

图5是本发明的实施方式2的功率变换装置的结构图，图6是图5所示的开关开始指令部的结构图，图7是用于说明图5所示的功率变换装置的工作的图。以下，对与第1实施方式相同的部分赋予相同符号并省略其说明，在这里仅针对相异的部分进行叙述。

在图5中，实施方式2的电动车辆的功率变换装置构成为作为主要的结构具有：与直流电源6并联连接的电容器（第1电容器）5；驱动2个同步机1a、1b的功率变换器2a、2b；并联连接于功率变换器2的直流侧的电容器（第2电容器）3；串联连接在电容器3与电容器5之间的开关电路4；检测电容器3的电压的电压检测器8；检测电容器5的电压Efc1的电压检测器21；开关开始指令部（第1控制部）20；控制功率变换器2a、2b的控制部9a、9b（第2控制部）。与实施方式1的不同之处在于开关开始指令部的结构和设置有电压检测器21。在电压检测器21检测出的电容器5的电压Efc1被输入到开关开始指令部20。来自未图示的变电站的电流从架空线23经由导电弓22输入到功率变换器2a、2b，经由功率变换器2a、2b通过车轮24返回到变电站。

从架空线23经由导电弓22对电气列车供给的直流电压（Vdc）在各种条件下反复进行上升和下降。因此，要求搭载于电气列车的功率变换装置也能够应对直流电压的变动。本实施方式的功率变换装置构成为能够应对像这样直流电压的变动剧烈的架空线。

以下，使用图6，说明开关开始指令部20的结构。开关开始指令部20构成为具有：比较部25、逻辑积部16a、电流实效值运算部19、相等比较部14a、14b、逻辑积部16b。

电容器3的电压Vc和电容器5的电压Efc1被输入到比较部25，比较部25对电容器3的电压Vc和电容器5的电压Efc1进行比较，在电容器3的电压Vc比电容器5的电压Efc1低时输出“1”，除此之外输出0。逻辑积部16a导入来自比较部25的输出和运转指令，在来自比较部25的输出值为“1”且运转指令为“1”（开）时，将使开关电路4接通的开始信号GSTD“1”输出。此外，逻辑积部16a在运转指令为“0”（关）时，输出使开关电路4断开的开始信号GSTD“0”。

在电容器3的电压Vc变得比电容器5的电压Efc1大的情况下，比较部25的输出变为0，开关电路4的开始信号GSTD从1变化成0，因此开关电路4断开。由此，由于没有不需要的再生电流流到架空线23，所以具有能够防止不需要的再生电力产生的效果。电流实效值运算部19和相等比较部14a、14b和逻辑积部16b的结构与实施方式1相同，在以下省略其说明。

使用图7，说明本实施方式的功率变换装置的工作。图7的时刻t1~t4与实施方式1相同。在时刻t4，在运转指令（a）被开通时，来自逻辑积部16b的逆变器开始信号GSTI（c）（d）变为开，因此功率变换器2a、2b成为门极开通。通过功率变换器2a、2b开始工作，电容器3的电压Vc及同步机1的线间电压瞬时降低到电容器5的电压Efc1。在电容器3的电压Vc及同步机1的线间电压变为电容器5的电压Efc1以下时（即时刻t5的时间点），从逻辑积部16a输出的开始信号GSTD（b）变为开。

如以上说明的那样，本实施方式的功率变换装置由于具备在各功率变换器2停止的期间中将开关电路4控制成断开状态、在运转指令被开通时输出使各功率变换器2的工作开始的信号、在电容器3的电压Vc的值变为电容器5的电压Efc1的值以下时将开关电路4控制成开通状态的开关开始指令部20，所以即使在电容器5的电压Efc1变动的状况下运转指令被开通，也能不产生制动工作而从惰行转移到加减速运转。

此外，开关开始指令部20构成为在流过同步机1和功率变换器2间的电流的状态下不进行功率变换器2的开始工作，因此在惰行引起的电流iu1、iu2流过的期间中功率变换器2被门极关断，结果能够防止过电流导致的功率变换器2的故障。

此外，根据本实施方式，由于与实施方式1同样地电容器3被小型化，所以能够提供可驱动多个同步机，并且与以往相比小型轻量的功率变换装置。

再有，实施方式1、2所示的功率变换装置构成为驱动2台同步机，但并不局限于此，例如，也可以构成为驱动3台以上的同步机。

再有，在实施方式1和2中示出的功率变换装置是表示本发明的内容的一个例子，也能够与其它的公知的技术组合，在不脱离本发明的主旨的范围中，当然可以省略一部分等进行变更而构成。

产业上的利用可能性

如上所述，本发明能够应用于驱动多台同步机的功率变换装置，特别作为能够抑制多台同步机的空载感应电压导致的制动工作的发明是有用的。

附图标记说明

1a、1b 同步机；

2a、2b 功率变换器；

3 电容器（第2电容器）；

4 开关电路；

5 电容器（第1电容器）；

6 直流电源；

7a、7b 速度信息检测器；

8 电压检测器；

9a、9b 控制部（第2控制部）；

10a、10b dq轴电流指令运算部；

11a、11b 电压指令运算部；

12、20 开关开始指令部（第1控制部）；

13a、13b 电流检测器；

14a、14b 相等比较部；

15、25 比较部；

16a、16b 逻辑积（AND）部；

17a、17b 绝对值处理部；

18a、18b 一阶延迟部；

19 电流实效值运算部；

21 电压检测器；

22 导电弓；

23 架空线；

24 车轮；

Efc1 电容器5的电压；

GSTD 开始信号；

GSTI 逆变器开始信号；

idc 流到电容器3的电流；

id* d轴电流指令；

iq* q轴电流指令；

iu1 流到功率变换器2a的电流；

iu2 流到功率变换器2b的电流；

Vc 电容器3的电压；

Vmp1a 同步机1a的线间电压的峰值；

Vmp1b 同步机1b的线间电压的峰值；

Vd* d轴电压指令；

Vq* q轴电压指令；

Vdc 直流电压；

ω1、ω2 电动机速度。

Claims (6)

1.一种功率变换装置，其特征在于具备：

第1电容器，并联连接于对多个同步机供给电力的直流电源；

多个功率变换器，分别驱动各同步机；

第2电容器，并联连接于所述多个功率变换器的直流侧；

开关电路，串联连接于所述第1电容器和所述第2电容器之间；

第1控制部，基于运转指令、在所述第2电容器检测出的电压信息和在各同步机检测出的电流信息，对各功率变换器及所述开关电路的工作进行控制；以及

第2控制部，基于所述电压信息、在各同步机检测出的电动机速度信息和来自所述第1控制部的控制信号，对各功率变换器进行控制，

所述第1控制部在各功率变换器停止的期间中将所述开关电路控制成断开状态，在所述运转指令被开通时输出使各功率变换器的工作开始的信号，在所述电压信息的值变为规定的值以下时将所述开关电路控制成接通状态。

2.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述第1控制部在所述运转指令被关断时输出使各功率变换器的工作停止的信号。

3.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，

具备：电压检测器，检测所述第1电容器的电压，

所述第1控制部在各功率变换器停止的期间中将所述开关电路控制成断开状态，在所述运转指令被开通时输出使各功率变换器的工作开始的信号，在所述第1电容器检测到的电压信息的值变为以所述第2电容器检测到的电压信息的值以下时，将所述开关电路控制成接通状态。

4.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述开关电路与构成所述多个功率变换器的开关电路是同等的。

5.根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述第2电容器的容量是所述第1电容器的容量的100分之1以上10分之1以下。

6.根据权利要求3所述的功率变换装置，其特征在于，所述第1控制部应用于铁路车辆。