CN105723233B - 逆变器试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是对单相逆变器(1)进行试验的逆变器试验装置(10),该逆变器试验装置(10)包括:向逆变器(1)提供直流电的直流电源(5);与逆变器(1)的直流侧相连接的试验设备逆变器(2);连接在逆变器(1)的交流侧和试验设备逆变器(2)的交流侧之间的电感器(4a);将逆变器(1)的交流电压控制为固定振幅、固定频率的PWM控制部(32);对流过电感器(4a)的电流(i)进行检测的电流检测器(7);计算试验设备逆变器(2)的相位指令值(θ2r),以控制由电流检测器(7)检测出的电流的控制部(31);以及基于计算得到的相位指令值(θ2r),控制试验设备逆变器(2)的相位的PWM控制部(33)。

Description

逆变器试验装置
技术领域
本发明涉及对逆变器进行试验的逆变器试验装置。
背景技术
一般而言,已知各种对逆变器进行试验的方法。
例如,具有在试验对象的逆变器的交流侧连接交流电源来进行试验的方法。此外,公开了如下内容:即、在单相逆变器的负载侧连接有电抗器的自励式转换器的试验方法中,将单相逆变器的任意1相设定为规定运转状态下的开关状态,调整剩余的1相的相位及振幅,使得该相电流的相位相对于所述1相的电压成为-180°~180°(参照专利文献1)。
然而,若在逆变器的交流侧连接交流电源,则耗费在试验装置上的成本有所增加。在逆变器的交流侧未连接有交流电源的情况下,难以在原来的通电条件下对逆变器进行试验。例如,上述试验方法中,成为构成功率转换电路的两个腿中的一个成为动力运行(powerrunning),另一个成为再生(regeneration)的特殊通电条件下的试验。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平11-285265号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能在接近现实的通电条件下对逆变器进行试验的逆变器试验装置。
基于本发明的观点的逆变器试验装置是进行第1单相逆变器的试验的逆变器试验装置,包括:向所述第1单相逆变器提供直流电的直流电源;与所述第1单相逆变器的直流侧相连接的第2单相逆变器;连接在所述第1单相逆变器的交流侧和所述第2单相逆变器的交流侧之间的电感器;将所述第1单相逆变器的交流电压控制为固定振幅、固定频率的第1控制单元;检测出流过所述电感器的电流的电流检测单元;相位指令值计算单元,该相位指令值计算单元计算所述第2单相逆变器的相位指令值,以对由所述电流检测单元检测出的电流进行控制;以及基于由所述相位指令值计算单元计算得到的所述相位指令值控制所述第2单相逆变器的相位的第2控制单元。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的逆变器试验装置的结构的结构图。
图2是表示实施方式1所涉及的逆变器的试验电路的等效电路的电路图。
图3是表示实施方式1所涉及的控制装置的控制部的结构的结构图。
图4是实施方式1所涉及的逆变器的试验电路中以V1r=V2r进行动力运行时的相量图。
图5是实施方式1所涉及的逆变器的试验电路中以V1r=V2r进行再生时的相量图。
图6是实施方式1所涉及的逆变器的试验电路中以V1r>V2r进行动力运行时的相量图。
图7是实施方式1所涉及的逆变器的试验电路中以V1r>V2r进行再生时的相量图。
图8是表示本发明的实施方式2所涉及的控制部的结构的结构图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的逆变器试验装置10的结构的结构图。另外,对图中的相同部分标注相同标号并适当省略其重复的说明,主要针对不同部分进行阐述。
逆变器试验装置10是用于对逆变器1进行试验的装置。逆变器试验装置10包括:试验设备逆变器2、控制装置3、2个电感器4a、4b、二极管整流器5、交流电源6、及电流检测器7。
逆变器1是单相逆变器,是中性点钳位型三电平逆变器。通过对逆变器1进行PWM(pulse width modulation:脉宽调制)控制来进行功率转换动作。
逆变器1包括8个开关元件11a、11b、11c、11d、12a、12b、12c、12d、4个中性点钳位二极管13a、13b、13c、13d及2个电容器14a、14b。8个开关元件11a~11d、12a~12d分别与回流二极管相连接。
8个开关元件11a~11d、12a~12d构成两个腿(leg)。第1腿通过串联连接4个开关元件11a~11d而构成。按开关元件11a、11b、11c、11d的顺序位于正极侧。第2腿通过串联连接4个开关元件12a~12d而构成。按开关元件12a、12b、12c、12d的顺序位于正极侧。第1腿和第2腿并联连接。串联连接的两个电容器14a、14b与两个腿并联连接。位于第1腿的中央的两个开关元件11b、11c的连接点和位于第2腿的中央的两个开关元件12b、12c的连接点成为逆变器1的单相交流侧端子。
以连接位于第1腿的正极侧的两个开关元件11a、11b的连接点和位于第1腿的负极侧的两个开关元件11c、11d的连接点的方式连接有串联连接的两个中性点钳位二极管13a、13b。中性点钳位二极管13a、13b的阴极侧与正极侧相连接,阳极侧与负极侧相连接。
以将位于第2腿的正极侧的两个开关元件12a、12b的连接点和位于第2腿的负极侧的两个开关元件12c、12d的连接点相连接的方式连接有串联连接的两个中性点钳位二极管13c、13d。中性点钳位二极管13c、13d的阴极侧与正极侧相连接,阳极侧与负极侧相连接。
位于第2腿的中央的两个开关元件12b、12c的连接点、设置于第1腿的两个中性点钳位二极管13a、13b的连接点、及两个电容器14a、14b的连接点作为电压的中性点而短路。两个腿的正极侧成为正极端子,两个腿的负极侧成为负极端子。
二极管整流器5在逆变器1的直流侧,以正极端子、中性点端子及负极端子这三个点进行连接。二极管整流器5是向逆变器1提供直流电的直流电源。二极管整流器5将由交流电源6提供的三相交流电转换成直流电,并输出至逆变器1。交流电源5是商用电源等。另外,若用于输出直流电,则可以设置发电机、电池、或功率转换装置等来取代二极管整流器5及交流电源6。
试验设备逆变器2是单相逆变器,是中性点钳位型三电平逆变器。通过对试验设备逆变器2进行PWM控制来进行功率转换动作。逆变器1与逆变器试验装置10相连接,从而试验设备逆变器2的直流侧与逆变器1的直流侧相连接。另外,试验设备逆变器2与试验对象的逆变器1为相同的结构,因此省略详细说明。
试验设备逆变器2包括8个开关元件21a、21b、21c、21d、22a、22b、22c、22d、4个中性点钳位二极管23a、23b、23c、23d及2个电容器24a、24b。8个开关元件21a~21d、22a~22d分别与回流二极管相连接。
第3腿由4个开关元件21a~21d构成。第4腿由4个开关元件22a~22d构成。第3腿、第4腿、及串联连接的两个电容器24a、24b并联连接。位于第3腿的中央的两个开关元件21b、21c的连接点和位于第4腿的中央的两个开关元件22b、22c的连接点成为逆变器2的单相交流侧端子。设置于第3腿的两个中性点钳位二极管23a、23b的连接点、设置于第4腿的两个中性点钳位二极管23c、23d的连接点、两个电容器24a、24b的连接点作为电压的中性点短路。两个腿的正极侧成为正极端子,两个腿的负极侧成为负极端子。
位于逆变器1的第1腿的中央的两个开关元件11b、11c的连接点和位于试验设备逆变器2的第3腿的中央的两个开关元件21b、21c的连接点经由电感器4a相连接。位于逆变器1的第2腿的中央的两个开关元件12b、12c的连接点和位于试验设备逆变器2的第4腿的中央的两个开关元件22b、22c的连接点经由电感器4b相连接。逆变器1和试验设备逆变器2的直流侧之间分别在正极、中性点及负极相连接。
电流检测器7设置于设有电感器4a的电线上,比电感器4a更靠近逆变器1一侧。电流检测器7检测出流过电感器4a的通电电流i,并输出至控制装置3。
控制装置3是控制逆变器1及试验设备逆变器2的装置。控制装置3包括控制部31、PWM控制部32、PWM控制部33。控制部31基于由电流检测器7检测出的通电电流i进行控制。控制部31计算针对逆变器1的电压指令值v1r及针对试验设备逆变器2的电压指令值v2r。PWM控制部32根据由控制部31计算得到的针对逆变器1的电压指令值v1r对逆变器1进行PWM控制。PWM控制部33根据由控制部31计算得到的针对试验设备逆变器2的电压指令值v2r对试验设备逆变器2进行PWM控制。由此,进行逆变器1的通电试验。
接着,说明控制装置3所进行的控制。
图2是表示逆变器1的试验电路的等效电路的电路图。L表示电感器4a、4b的电感。
控制装置3对逆变器1的单相交流电压v1及试验设备逆变器2的单相交流电压v2进行控制。如下式那样来提供针对逆变器1的电压指令值v1r及针对试验设备逆变器2的电压指令值v2r。
v1r=V1r×cos(ωr·t)……式(1)
v2r=V2r×cos(ωr·t+θ2r)……式(2)
此处,V1r、V2r是电压振幅指令值,ωr是角速度指令值,θ2r是相位指令值。
控制装置3将逆变器1的交流电压控制为固定振幅、固定频率,而不依赖于通电电流i。控制装置3将试验设备逆变器2的交流电压的振幅控制为基本固定,通过使相位指令值θ2r根据通电电流i而变化来进行电流控制。
图3是表示控制装置3的控制部31的结构的结构图。
控制部31包括有效值计算部311、减法器312、PI(proportional-plus-integralcontrol)控制(比例积分控制)部313、极性决定部314、及电压指令值计算部315。
有效值计算部311根据由电流检测器7检测出的通电电流i(瞬时值)来计算有效值。有效值计算部311将从有效值求得的通电电流振幅I输出至减法器312。
减法器312从预先设定的电流振幅指令值Ir减去由有效值计算部311计算得到的通电电流振幅I。减法器312将计算结果输出至PI控制部313。PI控制部313进行比例积分控制,使得减法器312的计算结果成为零。即,PI控制部313进行控制,使得通电电流振幅I跟随电流振幅指令值Ir。PI控制部313将计算结果输出至极性决定部314。
极性决定部314将PI控制部313的计算结果与决定极性的系数K相乘。在进行逆变器1的动力运行试验的情况下,设为系数K=1。在进行逆变器1的再生试验的情况下,设为系数K=-1。极性决定部314将计算结果作为相位指令值θ2r输出至电压指令值计算部315。系数K的设定值可以根据预先决定的试验计划而自动进行切换,也可以手动切换。
电压指令值计算部315基于由极性决定部314计算得到的相位指令值θ2r,并利用式(2)计算针对试验设备逆变器2的电压指令值v2r。电压指令值计算部315将计算得到的电压指令值v2r输出至控制试验设备逆变器2的PWM控制部33。
接着,说明控制装置3所进行的控制的原理。图4~图7是逆变器1的试验电路的不同试验条件的相量图。
图4是以V1r=V2r进行动力运行时的相量图。图5是以V1r=V2r进行再生时的相量图。通电电流振幅I由逆变器1的电压v1和试验设备逆变器2的电压v2的矢量差来决定。根据图4及图5,动力运行时,相位越是延迟通电电流振幅I变得越大,再生时,相位越是超前通电电流振幅I变得越大。因而,利用极性决定部314在动力运行和再生时改变极性。
图4及图5是V1r=V2r的情况,但通过设为V1r>V2r,能改变通电电流i的功率因数。
图6是以V1r>V2r进行动力运行时的相量图。图7是以V1r>V2r进行再生时的相量图。动力运行时成为延迟功率因数,再生时成为超前功率因数,与V1r=V2r的情况相比可获得功率因数有所下降的额定电流。即、示出了如下情况:对于作为试验对象的逆变器1,通过减少试验设备逆变器2的电压振幅指令值V2r,能以任意的功率因数的额定电压进行额定电流的动力运行或再生试验。
根据本实施方式,基于流过电感器4a的通电电流i,使试验设备逆变器2的相位发生变化,从而在以逆变器1的额定电压进行额定电流的通电试验中,若切换动力运行和再生,则能调整功率因数。
此外,在逆变器试验装置10所进行的试验中,通电电流i在逆变器1和试验设备逆变器2之间进行循环,因此二极管整流器5是提供损失量的容量即可。
并且,逆变器1及试验设备逆变器2是单相逆变器,因此为了实施试验需要进行单相电路的电流控制。因此,无法进行利用一般的dq变换的三相电路的电流控制。与此相对,控制装置3仅将通电电流i设为反馈量,能利用单相电路进行电流控制。例如,逆变器1是构成三相逆变器电路的三个单元中的一个的情况下,仍能以单体的方式利用单相电路对逆变器1进行试验。
(实施方式2)
图8是表示本发明的实施方式2所涉及的控制部31A的结构的结构图。
本实施方式所涉及的逆变器试验装置10是在实施方式1中以控制部31A取代图3所示的控制装置3的控制部31的装置。其它的结构与实施方式1相同。
控制部31A在实施方式1所涉及的控制部31中,去除了极性决定部314、以电压指令值计算部315A取代电压指令值计算部315,并追加了功率因数计算部316、减法器317、PI控制部318、及减法器319。其他点与实施方式1所涉及的控制部31相同。
控制部31A中,关于计算相位指令值θ2r的方法,没有实施方式1中极性决定部314进行的系数K的乘法运算,而是直接将PI控制部313的输出作为相位指令值θ2r。计算得到的相位指令值θ2r被输入至电压指令值计算部315A。
接着,说明控制部31A所进行的针对试验设备逆变器2的电压振幅指令值V2r的计算方法。
功率因数计算部316中输入有由电流检测器7检测出的通电电流i。功率因数计算部316基于通电电流i并利用预先决定的函数计算功率因数cosφ。计算得到的功率因数cosφ作为当前的功率因数的测定值来处理。功率因数计算部316将计算得到的功率因数cosφ输出至减法器317。另外,此处功率因数计算部316仅利用通电电流i来求得功率因数,也可以检测逆变器1的电压v1来求得。
减法器317从预先设定的功率因数指令值cosφr减去由功率因数计算部316计算得到的功率因数cosφ。减法器317将计算结果输出至PI控制部318。PI控制部318进行比例积分控制,使得减法器312的计算结果成为零。即,PI控制部318进行控制,使得功率因数cosφ跟随功率因数指令值cosφr。PI控制部318将计算结果输出至减法器319。减法器319从预先设定的针对逆变器1的电压振幅指令值V1r减去PI控制部318的计算结果。减法器319将计算结果作为针对试验设备逆变器2的电压振幅指令值V2r输出至电压指令值计算部315A。
电压指令值计算部315A中输入有由PI控制部313计算得到的相位指令值θ2r及由减法器319计算得到的电压振幅指令值V2r。电压指令值计算部315A基于电压振幅指令值V2r及相位指令值θ2r,并利用式(2)计算针对试验设备逆变器2的电压指令值v2r。电压指令值计算部315A将计算得到的电压指令值v2r输出至控制试验设备逆变器2的PWM控制部33。
根据本实施方式,除了实施方式1的作用效果以外,还能以功率因数cosφ跟随功率因数指令值cosφr的方式进行通电试验。例如,以使功率因数指令值cosφr随时间改变的方式进行编程,从而能实施功率因数cosφ随时间改变那样的试验。
另外,实施方式1中,控制装置3中设有极性决定部314,在仅实施动力运行试验或再生试验中的某一种的情况下,也可以省略极性决定部314。
逆变器1及试验设备逆变器2并不限于各实施方式所说明的装置,只要是单相逆变器,可以是任一种逆变器。
各实施方式中,预先设定的参数能根据试验条件等进行设定或变更。这些参数可以根据预先决定的试验计划自动进行更新,也可以手动进行更新的操作。
另外,本发明并不局限于上述实施方式本身,在实施阶段能够在不脱离其要点的范围内对结构要素进行变形以使其具体化。通过将上述实施方式所公开的多个结构要素进行适当组合,从而能形成各种发明。例如,可以从实施方式所示的所有结构要素中删除几个结构要素。并且,可以适当组合不同实施方式所涉及的结构要素。

Claims (4)

1.一种对第1单相逆变器进行试验的逆变器试验装置,其特征在于,包括:
向所述第1单相逆变器提供直流电的直流电源;
与所述第1单相逆变器的直流侧相连接的第2单相逆变器;
连接在所述第1单相逆变器的交流侧和所述第2单相逆变器的交流侧之间的电感器;
将所述第1单相逆变器的交流电压控制为固定振幅、固定频率的第1控制单元;
检测出流过所述电感器的电流的电流检测单元;
相位指令值计算单元,该相位指令值计算单元计算由所述电流检测单元检测出的电流的有效值,从所述有效值求得通电电流振幅,从预先设定的电流振幅指令值减去所述通电电流振幅,进行比例积分控制,使得减法结果为零,在进行所述第1单相逆变器的动力运行试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数1,在进行所述第1单相逆变器的再生试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数-1,来计算所述第2单相逆变器的相位指令值,从而计算所述第2单相逆变器的相位指令值,使得其跟随所述电流振幅指令值;以及
基于由所述相位指令值计算单元计算得到的所述相位指令值控制所述第2单相逆变器的相位的第2控制单元。
2.如权利要求1所述的逆变器试验装置,其特征在于,
包括电压振幅指令值计算单元,该电压振幅指令值计算单元基于由所述电流检测单元检测出的电流,计算所述第2单相逆变器的电压振幅指令值,以控制所述第1单相逆变器的功率因数,
所述第2控制单元基于由所述电压振幅指令值计算单元计算得到的所述电压振幅指令值,来控制所述第2单相逆变器的电压振幅。
3.一种对第1单相逆变器进行试验的逆变器试验方法,其特征在于,包括如下步骤:
将第2单相逆变器与所述第1单相逆变器的直流侧相连接;
在所述第1单相逆变器的交流侧和所述第2单相逆变器的交流侧之间连接电感器;
将所述第1单相逆变器的交流电压控制为固定振幅、固定频率;
检测流过所述电感器的电流;
计算检测出的电流的有效值,从所述有效值求得通电电流振幅,从预先设定的电流振幅指令值减去所述通电电流振幅,进行比例积分控制,使得减法结果为零,在进行所述第1单相逆变器的动力运行试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数1,在进行所述第1单相逆变器的再生试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数-1,来计算所述第2单相逆变器的相位指令值,从而计算所述第2单相逆变器的相位指令值,使得其跟随所述电流振幅指令值;以及
基于计算得到的所述相位指令值来控制所述第2单相逆变器的相位。
4.一种逆变器试验装置的控制装置,其中,第2单相逆变器与第1单相逆变器的直流侧相连接,在所述第1单相逆变器的交流侧和所述第2单相逆变器的交流侧之间连接有电感器,从而对所述第1单相逆变器进行试验,该逆变器试验装置的控制装置的特征在于,包括:
将所述第1单相逆变器的交流电压控制为固定振幅、固定频率的第1控制单元;
检测出流过所述电感器的电流的电流检测单元;
相位指令值计算单元,该相位指令值计算单元计算由所述电流检测单元检测出的电流的有效值,从所述有效值求得通电电流振幅,从预先设定的电流振幅指令值减去所述通电电流振幅,进行比例积分控制,使得减法结果为零,在进行所述第1单相逆变器的动力运行试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数1,在进行所述第1单相逆变器的再生试验的情况下,对所述比例积分控制的计算结果乘以系数-1,来计算所述第2单相逆变器的相位指令值,从而计算所述第2单相逆变器的相位指令值,使得其跟随所述电流振幅指令值;以及
基于由所述相位指令值计算单元计算得到的所述相位指令值控制所述第2单相逆变器的相位的第2控制单元。
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