CN1079849A

CN1079849A - 具有电力回授控制功能的电力转换装置

Info

Publication number: CN1079849A
Application number: CN 93106965
Authority: CN
Inventors: 田久保拡; 吉田雅和
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1993-12-22
Also published as: JP3237719B2; JPH05344736A; DE4319254A1

Abstract

带有回授控制功能的电力转换装置，包括有转换部分51、滤波电容53和倒相部分52的倒相器5，检测回授电流的变流器4和将其与基准值相比较的比较器10A。转换部分51与AC电源1相连并包括桥式连接的晶体管T₁—T₆及分别与之反并联的二极管D₁—D₆。本装置能防止电力转换装置和AC电源1之间连接点C和D处电压变动增大。

Description

本发明涉及一种电力转换装置，它具有把电力回授给AC电源的电力回授（regeneration）控制功能。

图1是一框图，显示了带有电力回授控制功能的传统电力转换装置（一种电压式三相倒相器）。在此图中，标号1代表一三相交流（AC）电源，2表示AC电源1的内电感，3表示AC电抗器，4表示变流器，5表示包括转换部分51、倒相部分52、和滤波电容器53的倒相器，6表示一感应电机，7表示电源电压检测器，8表示开启信号发生器，9表示设定单元，10表示比较器，11表示一锁存器，12表示一“与”门，而13表示一基极驱动电路。转换部分51分别电连成三相桥式结构的晶体管T1-T6（可由控制电压关闭的自闭式半导体开关）和与晶体管T1-T6反并联连接的二极管D1-D6（整流装置）组成。倒相部分52有类似的结构。

以此结构，当电力被从AC电源1提供给倒相部分52时，来自电源1的AC电力由转换部分51中的二极管桥进行全波整流，并存储在滤波电容53中作为DC电力。存储的电力由倒相部分52转换成所需的三相AC电压，并被供给到感应电机6。

另一方面，当把电力从感应电机6回授给电源1时，来自感应电机6的电力经倒相部分52而存在滤波电容53中，并经转换部分51中的晶体管T1-T6回授给电源1。转换部分51中的晶体管T1-T6的开启顺序将结合图2A-2H进行说明。

图2A显示了电源1的三相R、S和T的相电压V_R、V_S、和V_T，图2B-2G显示了加到晶体管T1-T6上的开启脉冲，而图2H显示了下列部分：

部分（1）：执行对R-S相的回授（开启晶体管T1和T5）;

部分（2）：执行对R-T相的回授（开启晶体管T1和T6）;

部分（3）：执行对S-T相的回授（开启晶体管T2和T6）;

部分（4）：执行对S-R相的回授（开启晶体管T2和T4）;

部分（5）：执行对T-R相的回授（开启晶体管T3和T4）;

部分（6）：执行对T-S相的回授（开启晶体管T3和T5）。

这样，来自倒相部分52的电力被回授到各相位上，在这些相位之间电源的电压差为最大。

开启信号发生器8根据电源电压检测器7的输出产生开启信号，而检测器7检测电源1的各相电压的相位。基极驱动电路13放大待分配到晶体管T1-T6中的每一个的开启信号，并驱动晶体管T1-T6中的每一个。晶体管T1-T6可以通常方式驱动，也可只在对电源1回授电力的期间驱动。在晶体管T1-T6仅在回授电力期间得到驱动的场合，需用图1中未显示的一电路来检测跨过滤波电容53上的电压，以确定是否需要回授。设置了AC电抗器3以便于AC电源1和倒相器5之间的配合。更具体地说，电抗器3减小了流过AC电源1的谐波成分，从而减小了转换部分51中的二极管D1-D6和晶体管T1-T6的电流容量。

在上述传统装置中，当回授电力突然增大时，或当AC电源瞬间失效时，流过晶体管T1-T6的集电极的电流突然增大，从而对这些晶体管造成损坏。为防止这点，传统装置设置了监测电源电流（即回授电流）的变流器4。若回授电流超过设定单元9设定的基准值，具有滞后特性的比较器10的输出便从高电平转变到低电平。这关断了“与”门12，从而中断了来自开启信号发生器8的开启信号。因而，晶体管T1-T6被关闭，且回授操作被中断，从而防止了对晶体管的损坏。在该操作期间，比较器的输出被暂时保存在锁存器11中。

回授电流的换向操作将结合图3和4进行描述。

在此，假设R相电压为最高且S相电压为最低（见图2H的部分（1））。在此情况下，晶体管T1和T5导通，而其余的晶体管不导通。正常回授电流沿图3中实线R1所示的路径流动。它流径滤波电容53、晶体管T1、AC电抗器3、AC电源1、AC电抗器3、晶体管T5，并回到滤波电容53。若发生了过流，变流器4的输出信号与电流成正比地增加，且比较器10的输出从高电平转变到低电平。这样就检测到了过流。若给所有晶体管T1-T6提供了中断信号以限制过流，流径AC电抗器3的电流沿图4中虚线R2所示的方向流动。即它流经二极管D4、AC电抗器3、AC电源1、AC电抗器3、二极管D2，并使起DC电源作用的滤波电容53充电。

在此情况下，由于导通的二极管D4和D2，转换部分51的输入点A和B之间的电压V_AB从滤波电容53两端的电压E_d转变为一E_d。这将大大降低电源1与电力转换装置的连接点C和D之间的电压V_CD。更具体地说，电压V_CD取决于AC电抗器3的电感与电源1的内电感2的比值，并根据电感的比值可降至零以下（V_CD＜0）。因此，AC电抗器3的电感必须被设置得足够大，以把电压变化控制在较小范围内，这造成装置的体积和成本的增大。

因此，本发明的一个目的，是提供一种具有电力回授控制功能的电力转换装置，它即使在发生负载变动或瞬间中断的情况下，也能限制电力转换装置与AC电源的连接点之间的电压变化。

根据本发明的第一个方面，提供了一种电力回授控制装置，它控制一具有待与AC电源相连的转换部分的电力转换装置，且该转换部分包括以桥式连接的自关断式半导体器件，以及每一个均与该半导体器件中的每一个反并联地连接的二极管，该电力回授控制装置包括：

电流检测装置，用于检测从转换部分提供至AC电源的回授电流;

第一比较装置，用于把来自电流检测装置的输出信号与一第一基准值相比较;

信号发生装置，用于响应于比较装置的输出而产生一个信号，该信号把转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行中断一定时期;

用于当回授电流超过第一基准值时响应于信号发生装置的输出而中断转换部分的上或下支路的半导体器件的运行的装置;

在此，第一比较装置可以是一滞后比较器，且在其中转换部分的上或下支路的半导体器件的运行被中断的一定时期可以由该滞后比较器的滞后特性来确定。

该电力回授控制装置可以进一步包括连在第一比较装置和信号发生装置之间的计时器，该计时器确定一特定时间时期，在此时期内转换部分的上或下支路的半导体器件的运行被中断。

该电力回授控制装置可以还包括用于将电流检测装置的输出与大于第一基准值的第二基准值进行比较的第二比较装置，以及用于中断与响应于第一比较器的输出而被中断的支路相对的支路的半导体器件的运行的装置，其中当回授电流超过第二基准值时，上和下支路的所有半导体器件均响应于第二比较装置的输出而被暂时中断。

各个半导体器件的每一个均可为一晶体管。

根据本发明的第二个方面，提供了一种电力转换装置，它包括：

一待与一AC电源连接的转换部分，它包括桥式连接的自关断式半导体器件和每个均与这些半导体器件的一个反并联地连接的二极管;

电流检测装置，用于检测从转换部分提供到AC电源的回授电流;

第一比较装置，用于把电流检测装置的输出信号与一第一基准值相比较;

信号发生装置，用于响应于比较装置的输出而产生一个信号，该信号使转换部分的上或下支路的半导体器件的运行中断一定时期;

用于当回授电流超过第一基准值时响应于信号发生装置的输出而中断转换部分的上或下支路的半导体器件的运行的装置。

根据本发明，在来自负载的回授电流超过基准值时，转换部分的上（或）支路的自关断式半导体器件的运行被中断一预定时期。结果，可减小电力转换装置与AC电源之间的连接点两端的电压变动。这使得能够减小转换部分中的AC电抗器的电感，从而减小了电力转换装置的尺寸和成本。

另外，由于设置了一电路以在关断了上或下支路的半导体器件之后仍继续过流的情况下关断所有的自关断式半导体器件，故可使所有半导体器件免受过流的损坏。

从以下结合附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的上述及其他目的、效果、特征和优点将变得更为明了。

图1是框图，显示了具有电力回授控制功能的传统电力转换装置;

图2A-2H显示了图1中的电源电压及晶体管的开启时序;

图3是电路图，显示了图1中正常状态下回授电流的路径;

图4是电路图，显示了在图1中的晶体管不导通状态下的回授电流路径;

图5是框图，显示了根据本发明的具有电力回授控制功能的电力转换装置的第一实施例;

图6是电路图，显示了图5所示的装置中回授电流的路径;

图7A-7D显示了图5所示装置中不同部分的波形;

图8是框图，显示了根据本发明的具有电力回授控制功能的电力转换装置的第二实施例;

图9A-9E显示了图8的装置中不同部分的波形。

现在将结合附图描述本发明。

实施例1

图5是显示本发明的第一实施例的框图。

在此图中，标号9A和9B表示设定单元，10A和10B表示比较器，11表示锁存器，12A和12B表示“与”门，且13A和13B表示基极驱动电路。这种设置与图1所示的传统装置的不同之处在于：首先，基极驱动电路被分成用于驱动正侧（上支路）的晶体管T1-T3的基极驱动电路13A，和用于驱动负侧（下支路）的晶体管T4-T6的基极驱动电路13B。基极驱动电路13B象传统基极驱动电路13那样中断驱动。另一方面，基极驱动电路13A，通过把电源电流与设定单元9A所设定的值相比较，中断对晶体管T1-T3的驱动。由于其余各点与图1的相同，故下面将只描述不同点。

当回授电力突然增大，或当AC电源1在电力回授期间瞬间失效时，回授电流急剧增大。变流器4检测到这一变化。比较器10A把变流器4输出的检测电流与设定单元9A所设定的值相比较。当检测电流超过该设定值时，比较器10A的输出从高电平转变到低电平。此低电平信号被作为过流检测信号馈入“与”门12A，该“与”门对过流检测信号和开启信号发生器8提供的开启信号进行“与”操作。“与”门12A的输出被馈到基极驱动电路13A，并作为正侧晶体管T1-T3的中断信号而进行操作。

让我们进一步考虑当R相电压V_R为最高且S相电压V_S为最低情况下的运行。若回授电力急剧增大，或电源1瞬间失效，则图6中的回授电流流过AC电抗器3、AC电源1、AC电抗器3、晶体管T5和二极管D4，如图6中的虚线R3所示。因此，点A和B之间的电压V_AB近似为零，使得AC电抗器3的电感与电源的内电感2的比值确定的电压V_CD可以是正的（V_CD＞0）。结果，可降低电源1的电压变化。

图7A-7D显示了上述运行的波形。图7A显示了R相电流与比较器10A的电平之间的关系，图7B显示了比较器10A的输出波形，图7C显示了晶体管的开启信号的波形，图7D显示了开启信号发生器8的输出。

当变流器4的输出超过比较器10A的倒相电平L1时，比较器10A的输出从高电平转变到低电平，如图7B所示。“与”门12A对比较器10A的输出及图7D所示的开启信号发生器8输出的开启信号进行“与”操作，并输出如图7C中所示的信号。该信号被加到正侧晶体管T1-T3上，且在此场合晶体管T1关断。

随后，如图7A所示，当回授电流降到比较器10A的恢复电平L2时，比较器10A的输出再次升到高电平（如图7B所示），且晶体管T1如图7C所示地再次开始开关操作。这样，在把回授电流如图7A所示地限制在预定范围内的同时，回授运行继续进行，从而防止了DC电压上升。这里应注意的是，用包括倒相电平和恢复电平的滞后比较器来作为比较器10A。

这样，防止了过流，且电源连接点C和D处的电压变化被限制在最小。若出现了增大的过流，则它将被此比较器10B检测到;后者比较变流器4的输出和设定单元9B的输出。该过流将使比较器10B的输出从高电平转变到低电平。比较器10B的输出被馈存器11锁定，并使“与”门12A和12B关断。这将关断所有晶体管T1-T6并防止其受到损坏。在此情况下，比较器10B的基准电压应比较器10A的设得高。

实施例2

图8是框图，显示了根据本发明的第二实施例;而图9显示了此实施例的不同部分的波形。

如从图8可见，本实施例的特征在于它包括一计时器14，后者把比较器10A的输出保持预定的时期T。本实施例的区别特征将结合图9A-9E进行描述。

当发生过流且变流器4的输出达到比较器10A的倒相电平时，比较器10A的输出如图9B所示地由高电平转变到低电平。该低电平输出被提供给计时器14，并如图9C所示地被保持一段预定的时期T。计时器14的输出被提供给“与”门12A;后者对图9C所示的计时器14的输出和图9E所示的开启信号发生器8的输出信号进行“与”操作。这样，如图9D所示的信号被从基极驱动电路13A提供给正侧晶体管T1-T3。

在此场合，尽管晶体管T1被关断，晶体管T5如第一实施例中那样是导通的。结果，如图6所示，回授电流流经AC电抗器3、AC电源1、AC电抗器3、晶体管T5、及二极管D4。随后，在预定时期T过去之后，计时器14的输出回到高电平，且正侧晶体管再次开始它们的运行。这样，在把回授电流如图9A所示地维持在预定范围内的同时，使回授运行得以继续，从而防止了DC电压上升。结果，电源连接点C和D处的电压变化被限制在最小值。若发生了过流增大，它将通过采用如图5的比较器10B和设定单元9B而被检则出来，且比较器10B的输出将从高电平转变到低电平。该低电平输出被锁存器11锁存，并关断了“与”门12A和12B。这将关断所有晶体管T1-T6，使它们免受损坏。

虽然在上述实施例中采用了晶体管来作为自关断式半导体器件，但也可用MOS-FET或IGBT（绝缘栅双极晶体管）来取代晶体管。另外，可由单相或多相电源来取代三相电源。此外，尽管在第一和第二实施例中，正侧（上支路）的晶体管为比较器10A的输出所关断，也可关断负侧（下支路）的晶体管以得到相同的效果。

已经就不同的实施例对本发明进行了详细描述，从以上这些描述，对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的基本范围的前提下，可进行多种变动和修正，因而所附权利要求书就是要覆盖所有这些属于本发明精神的变动和修正。

Claims

1、一种电力回授控制装置，它控制带有待与一AC电源相连接的转换部分的电力转换装置，该转换部分包括桥式连接的自关断式半导体器件和二极管，每个所述二极管均与所述半导体器件中的一个反并联地连接，所述电力回授控制装置包括：

电流检测装置，用于检测从所述转换部分提供到所述AC电源的回授电流；

第一比较装置，用于把来自所述电流检测装置的输出信号与一第一基准值相比较；

信号发生装置，用于响应于所述比较装置的输出而产生一个信号，该信号把所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行中断一定时期；

用于当回授电流超过第一基准值时响应于所述信号发生输出而中断所述转换部分的上或下支路的所述半导体器件的运行的装置。

2、如权利要求1所述的电力回授控制装置，其中所述第一比较装置是一滞后比较器，且在其间内所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行被中断的一定时期由所述滞后比较器的滞后特性来确定。

3、如权利要求1所述的电力回授控制装置，还包括连在所述第一比较装置和所述信号发生装置之间的计时器，所述计时器确定在其期间内所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行被中断的一定时期。

4、如权利要求1所述的电力回授控制装置，进一步包括用于把所述电流检测装置的输出与一个大于第一基准值的第二基准值相比较的第二比较装置，及用于中断与响应于所述第一比较装置的输出而被中断的支路相对的那条支路的半导体器件的运行的装置，其中当回授电流超过第二基准值时，响应于所述第二比较装置的输出，上和下支路的所有半导体器件均被暂时中断。

5、如权利要求1所述的电力回授控制装置，其中各所述半导体器件均为一晶体管。

6、一种电力转换装置，包括：

一转换部分，它待与一AC电源相连接，并且包括桥式连接的自关断式半导体器件和每一个均与所述半导体器件中的一个相反并联连接的二极管;

电流检测装置，用于检测从所述转换部分提供到所述AC电源的回授电流;

第一比较装置，用于把来自所述电流检测装置的输出信号与一个第一基准值相比较;

信号发生装置，用于响应于所述比较装置的输出而产生一个信号，该信号把所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行中断一定时期;

用于当回授电流超过第一基准值时响应于所述信号发生装置的输出而中断所述转换部分的上或下支路的半导体器件的运行的装置。

7、如权利要求6所述的电力转换装置，其中所述第一比较装置是一滞后比较器，且在其期间内所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行被中断的一定时期由所述滞后比较器的滞后特性所确定。

8、如权利要求6所述的电力转换装置，还包括连在所述第一比较装置和所述信号发生装置之间的计时器，所述计时器确定在其期间所述转换部分的上支路或下支路的半导体器件的运行被中断的一定时期。

9、如权利要求6所述的电力转换装置，进一步包括用于把所述电流检测装置的输出与一个大于第一基准值的第二基准值进行比较的第二比较装置，以及用于中断与响应于所述第一比较装置的输出而中断的支路相对的那条支路的半导体器件的运行的装置，其中当回授电流超过第二基准值时，响应于所述第二比较装置的输出，上和下支路的所有半导体器件均被暂时中断。

10、如权利要求6所述的电力转换装置，其中各所述半导体器件均为一晶体管。