CN110178300B - 电力变换装置及电力变换系统 - Google Patents

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Abstract

具备：串联连接体，由第一防逆流元件(51)、第二防逆流元件(52)、第一开关元件(53)以及第二开关元件(54)依次串联连接而成；电抗器(4)；第一输出电容器(6)，连接于串联连接体的第一端部与串联连接体的第二端部之间；以及第二输出电容器(60)，连接于第一开关元件(53)和第二开关元件(54)的连接点与第一防逆流元件(51)和第二防逆流元件(52)的连接点之间，其中，在电抗器(4)的另一端与串联连接体的第二端部之间输入直流，向连接于第一输出电容器(6)的两端的第一负载(7)以及连接于第二输出电容器(60)的两端的第二负载(9)供给电力。

Description

电力变换装置及电力变换系统
技术领域
本发明涉及能够向多个负载供给不同电压的电力的电力变换装置。
背景技术
作为驱动空调装置的压缩机的电力变换电路，一般为使用三相整流电路生成直流电压、用逆变器驱动压缩机的方式。而且，多为用逆变器驱动室外机的风扇电动机、用多个逆变器构成电力变换电路的情况。例如，在驱动两台逆变器的情况下，考虑将所有部件分别备置两套。但是，由于当分别备置两套时价钱较高，因此要求通过兼用部件来削减部件数量并降低成本。例如在专利文献1中，通过将转换器部和平滑电容器共享化并对两个逆变器供电，从而削减部件数量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-35713号公报
专利文献2：日本特开昭61-92162号公报
专利文献3：国际公开第2012/014912号
发明内容
发明所要解决的问题
根据专利文献1所记载的电力变换装置，在由使用了升压电路和平滑电容器的转换器来驱动多台逆变器的结构中，在母线电压变高的情况下，第二逆变器、第二电动机变为高电压，因此可能会超过第二逆变器和第二电动机的部件耐压。另外，第二逆变器的开关损耗增加和第二电动机的铁损增加造成问题，效率会降低。因此，也考虑了将转换器做成多个独立的电路来驱动多台逆变器的方式，但部件数量会增加而导致大型化。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种不增加转换器的数量而能够对多个负载供给不同电压的电力、能够改善负载的效率的电力变换装置。
解决问题的技术方案
本发明的电力变换装置具备：串联连接体，由第一防逆流元件、第二防逆流元件、第一开关元件和第二开关元件依次串联连接而成；电抗器，其一端连接于第二防逆流元件和第一开关元件的连接点；第一输出电容器，连接于作为串联连接体的第一防逆流元件侧的端部的第一端部与作为串联连接体的第二开关元件侧的端部的第二端部之间；以及第二输出电容器，连接于第一开关元件和第二开关元件的连接点与第一防逆流元件和第二防逆流元件的连接点之间，其中，通过在电抗器的另一端与串联连接体的第二端部之间输入直流，并控制第一开关元件及第二开关元件的接通/断开状态，从而向连接于第一输出电容器的两端的第一负载施加第一直流电压，向连接于第二输出电容器的两端的第二负载施加第二直流电压。
发明效果
根据本发明，为了向各个负载供电，在不增加转换器的数量的情况下也能够向第二负载供给电力，另外，由于能够根据负载的工作状态而降低第二负载的电压，因此能够降低损耗。
附图说明
图1是示出包括本发明的实施方式1的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图2是本发明的实施方式1的电力变换装置的包括开关控制器的结构图。
图3是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式A的开关控制器的结构的控制框图。
图4是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式A的工作的一例的波形图。
图5是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式B的开关控制器的结构的控制框图。
图6是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式B的工作的一例的波形图。
图7是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式C的开关控制器的结构的控制框图。
图8是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的工作模式C的工作的一例的波形图。
图9是示出包括本发明的实施方式2的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图10是示出包括本发明的实施方式3的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图11是示出包括本发明的实施方式3的电力变换装置的电力变换系统的另一概略结构的主电路结构图。
图12是示出包括本发明的实施方式4的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图13是示出包括本发明的实施方式5的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图14是用于说明本发明的实施方式5的电力变换装置的工作的示意图。
图15是示出包括本发明的实施方式6的电力变换装置的电力变换系统的概略结构的主电路结构图。
图16是用于说明本发明的实施方式6的电力变换装置的工作的示意图。
图17是用于说明现有的电力变换装置的工作的示意图。
图18是示出本发明的电力变换装置的开关控制器的硬件结构的一例的框图。
附图标记
1三相交流电源；2三相整流器；3降压电路；4电抗器；5多电平升压电路；6第一输出电容器；7第一逆变器(第一负载)；8第一电动机；9第二逆变器(第二负载)；10第二电动机；11开关控制器；12电流传感器；13第二电压传感器；14第一电压传感器；15、16、17控制信号；18、20、22、24减法器；19、21、23PID控制；25加法器；26开关信号产生部；27直流电源；28第三逆变器；29第三电动机；31第三开关元件；32第三二极管；40第四逆变器；41第四电动机；51第一二极管(第一防逆流元件)；52第二二极管(第二防逆流元件)；53第一开关元件；54第二开关元件；60第二输出电容器；100电力变换装置；111第一输出电容器的电压控制系统、112电抗器的电流控制系统、113第二输出电容器的电压控制系统
具体实施方式
实施方式1.
图1是示出包括本发明的实施方式1的电力变换装置100的电力变换系统整体的结构的主电路结构图。该电力变换系统的电源是三相交流电源1，使用三相整流器2从交流电力变换为直流。将电力变换后的直流作为电力变换装置100的输入，使用降压电路3、电抗器4、多电平升压电路5，使第一输出电容器6的直流电压升降压。将第一输出电容器6的电压即第一直流电压施加于连接到第一输出电容器6的两端的第一负载。在此，第一负载是驱动电动机的第一逆变器7，第一逆变器7从直流电力变换为交流，对第一电动机8进行可变速驱动。此外，在多电平升压电路5内的第二电容器60的两端连接有第二负载，第二电容器60的电压即第二直流电压被施加于第二负载。在此，第二负载是驱动电动机的第二逆变器9，第二逆变器9从直流电力变换为交流，对第二电动机10进行可变速驱动。
降压电路3包括第三开关元件31、第三二极管32和电抗器4，具有以紧接三相整流器2之后的直流电压为基准，对第一输出电容器6的电压进行降压的功能。降压电路3是所谓的降压斩波电路。多电平升压电路5包括第一二极管51、第二二极管52、第一开关元件53、第二开关元件54、电抗器4和第二输出电容器60。在此，构成降压电路3的电抗器和构成多电平升压电路5的电抗器共用同一电抗器4。多电平升压电路5具有如下特征：具有将第一输出电容器6的电压即第一直流电压升压的功能，并且使第二输出电容器60产生作为第一输出电容器6的电压以下的电压的第二直流电压，即电压电平为三级电平。由于具有该特征，将由附图标记5示出的部分的结构称为多电平升压电路。
虽然图1的电抗器4、第一开关元件53、第二开关元件54、第一二极管51、第二二极管52、第一输出电容器6、第二输出电容器60的连接关系与例如专利文献2的第1图所示的电路中的各部件的连接关系相同，但本发明中的直流电力的输出方法与专利文献2完全不同。专利文献2的电容器C1虽然具有与图1的第二输出电容器60相同的连接关系，但不会从专利文献2的电容器C1向负载取出电力。专利文献2的电容器C1仅作为将电荷送到具有与第一输出电容器6相同的连接关系的电容器C0的充放电电容器而工作。在专利文献2中，为仅从具有与第一输出电容器相同的连接关系的电容器C0向负载取出电力的结构。此外，例如在专利文献3中，也是仅从连接关系与第一输出电容器6相同的电容器向负载取出电力的结构。像这样，以往，具有与图1的第二输出电容器60相同的连接关系的电容器没有连接成直接向负载供给电力，而是作为用于向具有与第一输出电容器6相同的连接关系的电容器供给电荷的充放电电容器而工作。与此相对，在本发明中，具有如下特征：构成为从第一输出电容器6向作为第一负载的第一逆变器供给电力，并且从第二输出电容器向与第一负载不同的作为第二负载的第二逆变器供给电力。另外，能够使在第一输出电容器6产生的直流电压即第一直流电压与在第二输出电容器60产生的直流电压即第二直流电压为不同的电压。因此，具有如下特征：能够对与各个电容器连接的不同的负载根据负载的状态供给不同电压的电力。
当将第二输出电容器60的电压即第二直流电压Vm控制为第一输出电容器6的电压即第一直流电压Vdc的一半，即1/2Vdc时，多电平升压电路5能够输出0、1/2Vdc、Vdc这三个电平。具有如下特征：由于能够减小开关损耗，电抗器的载波纹波电流变小，因此变得高效。
降压电路3和多电平升压电路5中使用的开关元件31、53、54能够由IGBT或MOSFET这样的半导体元件构成。开关元件31、53、54和二极管32、51、52的材料除了Si(硅)之外，当然也能够由SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)半导体构成。另外，无论第一电动机8、第二电动机10是感应电动机、同步电动机的哪一种，都能够适用本发明。另外，第一二极管51以及第二二极管52也能够由并联地具备寄生二极管并且具有开关功能的如IGBT或MOSFET那样的半导体元件构成，但在以下说明的各工作模式中，必须以防止电流从负载逆流的方式工作。在该意义上，有时也将第一二极管51称为第一防逆流元件51，将第二二极管52称为第二防逆流元件52。例如，在以下说明的工作以外，在需要进行从负载再生电力的再生工作的情况下，需要由能够进行控制使得在再生工作时流过逆流的电流的如IGBT或MOSFET这样的具有开关功能的半导体元件构成第一防逆流元件51及第二防逆流元件52。因为本发明的特征与再生工作无关，所以在以下的说明中，第一防逆流元件51及第二防逆流元件52都被说明为二极管。
如图1所示，通过从直流输入开始按降压电路3、多电平升压电路5的顺序构成电力变换装置100，能够使第一输出电容器6的电压变为降压、升压的任意一个。另外，通过经由第二输出电容器60向第二逆变器9供电，能够将连接于第二输出电容器60的第二逆变器9的母线电压设为连接于第一输出电容器6的第一逆变器7的母线电压以下的不同的母线电压。
图2是包括控制系统来示出包括本发明的实施方式1的电力变换装置100的电力变换系统的结构的电路结构图。抽出了降压电路3和多电平升压电路5的开关控制器11及其输入输出部分。首先，对开关控制器11的输入部进行说明。利用电流传感器12获取电抗器4的电流值，并输入到开关控制器11。另外，利用第二电压传感器13获取第二输出电容器60的电压值，并输入到开关控制器11。进而，利用第一电压传感器14获取第一输出电容器6的电压，并输入到开关控制器11。
为了将这三个要素、即电抗器电流、第一输出电容器电压和第二输出电容器电压控制为任意值，控制降压电路3的第三开关元件31和多电平升压电路5的第一开关元件53、第二开关元件54。由此，开关控制器11的输出部成为多电平升压电路5的第一开关元件53的控制信号16和第二开关元件54的控制信号17以及降压电路3的第三开关元件31的控制信号15。对于第一逆变器7和第二逆变器9，使用V/f控制、矢量控制等一般的电动机控制方法即可。
另外，具体而言，如图18所示，开关控制器11具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)等运算处理装置201、与运算处理装置201交换数据的存储装置202、在运算处理装置201与外部之间输入输出信号的输入输出接口203等。作为运算处理装置201，也可以具备ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、IC(Integrated Circuit，集成电路)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)以及各种信号处理电路等。另外，作为运算处理装置201，可以具备多个相同种类的装置或不同种类的装置，可以分担执行各处理。作为存储装置202，具备构成为能够从运算处理装置201读出数据以及向运算处理装置201写入数据的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、构成为能够从运算处理装置201读出数据的ROM(Read Only Memory，只读存储器)等。输入输出接口203包括例如将从电流传感器12、第二电压传感器13、第一电压传感器14等输出的信号输入到运算处理装置201的A/D转换器、用于向各开关元件输出信号的驱动电路等。
并且，开关控制器11所具备的各功能通过运算处理装置201执行存储于ROM等存储装置202的软件(程序)，并与存储装置202、输入输出接口203等其它硬件协作来实现。
接下来，对详细的控制方式进行说明。当将紧接整流器2之后的电压作为降压电路3的输入电压时，根据该输入电压、第一输出电容器6的电压指令值及第二输出电容器60的电压指令值的大小关系，存在三个工作模式A、B、C。以下，分别详细说明这三个工作模式的工作。
(1)工作模式A：输入电压＜第一输出电容器电压Vdc的情况
本工作适用于将输入电压升压的情况。使降压电路3的第三开关元件31始终接通，而使多电平升压电路5的第一开关元件53及第二开关元件54进行PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)工作。图3示出该工作模式A的开关控制器11内的控制框图。包括第一输出电容器电压Vdc的电压控制系统111的反馈环路、作为次环路(minor loop)的电抗器电流IL的电流控制系统112以及第二输出电容器电压Vm的电压控制系统113。
第一输出电容器6的电压控制系统111以第一输出电容器的输出电压指令Vdc＊作为输入，包括减法器18和PID控制19。PID控制19是比例控制、积分控制和微分控制的控制器。该控制器的控制可以仅为比例控制和积分控制，也可以仅为比例控制，只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
电抗器4的电流控制系统112以PID控制19的输出即电抗器电流指令IL＊作为输入，包括减法器20和PID控制21。当然，电流控制系统112的PID控制21也只要为比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
第二输出电容器60的电压控制系统113以第二输出电容器电压指令Vm＊作为输入，包括减法器22和PID控制23。PID控制23只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
利用减法器24从由电抗器4的电流控制系统112得到的占空比D减去第二输出电容器60的电压控制系统113的输出，而计算将第一开关元件53接通的比例，即PWM工作的接通占空比D1。另外，利用加法器25将从电抗器4的电流控制系统112得到的占空比D与第二输出电容器60的电压控制系统113的输出相加，而计算第二开关元件54的接通占空比D2。另外，降压电路3的开关元件31由于始终接通，所以接通占空比为D3＝1。在此，各控制系统的输出本身有时也不一定是占空比的值本身，而在该情况下，也能够基于上述说明的各控制系统的输出来确定各开关元件的接通占空比的值。在后述的工作模式B和工作模式C中也是同样的。
最后，由开关信号产生部26与用于进行PWM工作的PWM信号进行比较，根据接通占空比D1、D2、D3生成各开关元件的接通/断开信号S1、S2、S3。
图4示出仿真工作波形。图4是将第一输出电容器电压Vdc控制为660V，将第二输出电容器电压Vm控制为330V的情况。关于各个电动机负载的电力，设第一电动机为10kW，设第二电动机为2kW。第一输出电容器电压Vdc和第二输出电容器电压Vm与指令一样，可知升降压电路正确地工作，能够对各个逆变器供给电力。
在以上的例子中，虽然将第二输出电容器电压Vm设为第一输出电容器电压Vdc的1/2，但不限于1/2，能够以0＜Vm＜Vdc的关系向第一逆变器7和第二逆变器9供电。
(2)工作模式B：输入电压＞第一输出电容器电压Vdc＝第二输出电容器电压Vm的情况
本工作适用于将输入电压降压的情况。使降压电路3的第三开关元件31进行PWM工作，使多电平升压电路5的第一开关元件53始终断开，使第二开关元件54始终接通。在本工作的情况下，第一输出电容器6和第二输出电容器60的电压相等。图5示出开关控制器11内的控制框图。
如图5所示，工作模式B的控制系统包括第一输出电容器电压Vdc的电压控制系统111的反馈环路和作为次环路的电抗器电流IL的电流控制系统112。第二输出电容器电压Vm不需要控制系统。
第一输出电容器6的电压控制系统111以第一输出电容器的输出电压指令Vdc＊作为输入，包括减法器18和PID控制19。PID控制19是比例控制、积分控制和微分控制的控制器。该控制器的控制可以仅为比例控制和积分控制，也可以仅为比例控制，只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
电抗器4的电流控制系统112以电抗器电流指令IL＊作为输入，包括减法器20和PID控制21。PID控制21当然只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
能够根据电抗器4的电流控制系统112的输出得到第三开关元件31的接通占空比D3。此外，由于使多电平升压电路5的第一开关元件53始终断开，因此D1＝0。由于使第二开关元件54始终接通，因此D2＝1。
最后，由开关信号产生部26与用于进行PWM工作的PWM信号进行比较，根据接通占空比D1、D2、D3生成各开关元件的接通/断开信号S1、S2、S3。
图6示出仿真工作波形。将第一输出电容器电压Vdc控制为250V，关于各个电动机负载的电力，设第一电动机为1kW，设第二电动机为1kW。由于第一输出电容器电压Vdc和第二输出电容器电压Vm为250V，可知升降压电路正确地工作，能够对各个逆变器供给电力。
(3)工作模式C：输入电压＞第一输出电容器电压＞第二输出电容器电压的情况
在想要进一步降低第二逆变器和第二电动机的损耗的情况下，还能够使第二输出电容器电压Vm小于第一输出电容器电压Vdc。使降压电路3的第三开关元件31进行PWM工作，而使多电平升压电路5的第一开关元件53始终断开，并使第二开关元件54进行PWM工作。图7示出开关控制器11内的控制框图。包括第一输出电容器电压Vdc的电压控制系统111的反馈环路、作为次环路的电抗器电流IL的电流控制系统112以及第二输出电容器电压Vm的电压控制系统113。
第一输出电容器6的电压控制系统111以第一输出电容器的输出电压指令Vdc＊作为输入，包括减法器18和PID控制19。PID控制器19是比例控制、积分控制和微分控制的控制器。可以仅为比例控制和积分控制，也可以仅为比例控制，只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
电抗器4的电流控制系统112以电抗器电流指令IL＊作为输入，包括减法器20和PID控制21。当然，PID控制21也只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
第二输出电容器60的电压控制系统113以第二输出电容器的电压指令Vm＊作为输入，包括减法器22与PID控制23。PID控制23只要是比例控制、积分控制和微分控制的任意组合即可。
由电抗器4的电流控制系统112得到的占空比成为降压电路的第三开关元件31的接通占空比D3，由第二输出电容器60的电压控制系统113得到的占空比成为多电平升压电路5的第二开关元件54的接通占空比D2。另外，由于第一开关元件53始终断开，所以D1＝0。
最后，由开关信号产生部26与PWM信号进行比较，根据接通占空比D1、D2、D3生成各开关元件的接通/断开信号S1、S2、S3。
图8示出仿真工作波形。图8是将第一输出电容器电压Vdc控制为300V，将第二输出电容器电压Vm控制为250V的情况。关于各个电动机负载的电力，设第一电动机为2kW，设第二电动机为2kW。第一输出电容器电压和第二输出电容器电压与指令一样，可知降压电路及升压电路正确地工作，能够对各个逆变器供给电力。
例如，当设为图1中的第一电动机8及第二电动机10是空调机的电动机，例如第二电动机10是能力可变的电动机时，开关控制器11构成为与第二电动机10的能力对应地切换以上说明的工作模式A、B、C来进行工作即可。通过这样构成，即使使第二电动机10的能力改变，也能够与该能力对应地使第二电动机10及第二逆变器9以效率变高的方式工作。
如上所述，根据实施方式1，通过经由第二输出电容器60向第二逆变器9供电，能够使第一逆变器7和第二逆变器9的母线电压改变。特别是通过降低第二逆变器9的母线电压，能够降低第二逆变器9的开关损耗和第二电动机10的铁损，能够进行高效的工作。另外，通过从第二输出电容器60向第二逆变器9供电，能够不追加部件等，以小型且低价的结构向第二逆变器9供给电力。
实施方式2.
图9是示出包括本发明的实施方式2的电力变换装置100的电力变换系统的结构的主电路结构图。与实施方式1相比，为删除了降压电路3的结构。在该情况下，虽然不能将第一输出电容器电压降压到低于输入电压，但能够将第二输出电容器60的电压降压而向第二逆变器9供电。因此，工作模式为在实施方式1中说明的工作模式A：输入电压＜第一输出电容器电压这一种情况。工作模式A的详细说明与实施方式1相同，因此省略。
根据本实施方式2，通过经由第二输出电容器60向第二逆变器9供电，能够使第一逆变器7和第二逆变器9的母线电压改变。特别是通过降低第二逆变器9的母线电压，能够降低转换器的开关损耗和电动机的铁损。通过经由第二输出电容器60向第二逆变器9供电，能够不追加部件等，以小型且低价的结构向第一逆变器7供给电力，并且还能够向第二逆变器9供给电力。
实施方式3.
图10是示出包括本发明的实施方式3的电力变换装置100的电力变换系统的结构的主电路结构图。特征在于电源为直流电源27。从直流电源27被输入直流以后的电路为与实施方式1相同的结构。此外，如图11所示，也可以为从直流电源27不经由降压电路而直接输入到多电平升压电路5，不使用降压电路的结构。但是，在不经由降压电路的情况下，与在实施方式2中说明过的同样地，为只进行工作方式A的工作。另外，直流电源27也能够采用使用电池的结构。
根据本实施方式3，通过经由第二输出电容器60向第二逆变器9供给电力，能够使第一逆变器7和第二逆变器9的母线电压改变。特别是通过降低第二逆变器9的母线电压，能够降低逆变器的开关损耗和电动机的铁损。通过经由第二输出电容器向第二逆变器9供电，能够不追加部件等，以小型且低价的结构向第一逆变器7供给电力，并且还能够向第二逆变器供给电力。
实施方式4.
图12是示出包括本发明的实施方式4的电力变换装置100的电力变换系统的结构的主电路结构图。在本实施方式4中，分别由并联连接的多个逆变器构成作为连接于第一输出电容器6的负载的逆变器及作为连接于第二输出电容器60的负载的逆变器。对第一输出电容器6，除了第一逆变器7之外，还并联连接有驱动第三电动机29的第三逆变器28，此外，对第二输出电容器60，除了第二逆变器9之外，还并联连接有驱动第四电动机41的第四逆变器40。
像这样，也能够增加与各输出电容器连接的逆变器。虽然在图12的结构中，对各输出电容器分别连接有两个逆变器，但也可以将对各输出电容器连接的逆变器数量增加到任意个。
虽然在图12中对一个逆变器连接有一个电动机，但也能够利用电力供给源的电容器相同的第一逆变器7和第三逆变器28这两台逆变器来驱动一个电动机。这样，也能够使用多台逆变器来驱动一个电动机。
另外，也能够如实施方式2中说明的那样删除降压电路3，能够如实施方式3中说明的那样应用直流电源或电池作为输入侧的直流。
根据本实施方式4，通过从第二输出电容器60向第二逆变器9和第四逆变器40供电，能够使从第二输出电容器60供给的逆变器的母线电压和从第一输出电容器6供给的逆变器的母线电压改变。特别是通过降低被从第二输出电容器60供电的逆变器的母线电压，能够降低第二逆变器9、第四逆变器40的开关损耗和电动机的铁损。通过从第二输出电容器60向第二逆变器9和第四逆变器40供电，能够不追加部件等，以小型且低价的结构，供给第二逆变器9、第四逆变器40的电力。
在以上的各实施方式中，作为连接于第一输出电容器6的第一负载以及连接于第二输出电容器60的第二负载，以分别驱动电动机的逆变器为例进行了说明，而所连接的负载作为直流负载可以是任意负载，这是不言而喻的。
实施方式5.
本实施方式5是第二负载为作为以上的实施方式的负载的例子而示出的驱动第二电动机的第二逆变器的情况，是与负载协作地进行控制的电力变换系统的实施方式。实施方式5的电力变换系统的结构例如是图13所示的结构。图13的电力变换系统的结构与图1大致相同，但从第二电动机10向开关控制器11输入与第二电动机10的实际转速对应的信号。开关控制器11使用该信号，使第二输出电容器60的电压、即第二直流电压与第二电动机的转速对应地改变。第二电动机的实际转速能够根据来自设置于第二电动机10的位置检测器的信号来计算。此外，即使在应用了不使用位置检测器的无位置传感器控制的情况下，因为具有位置/速度估计单元，因此也能够使用速度的估计值来设定第二输出电容器电压指令Vm*。
图14示意性地示出该控制。一般而言，关于驱动电动机的逆变器，如图14的虚线所示，逆变器的输入电压为恒定，如果逆变器是例如PWM控制的逆变器，则使PWM的脉冲宽度改变来控制电动机的转速。与此相对，根据实施方式5的控制方式，如图14的实线所示，进行与电动机的转速对应地使逆变器的输入电压改变的控制。
这样，根据实施方式5的电力变换系统，使成为第二逆变器9的输入电压的第二直流电压与第二电动机的转速对应地改变。即，将第二直流电压设定为能够驱动第二电动机10的最小限度的电压值，根据运转状况使第二直流电压改变。由此，第二电动机10的纹波电流变小，能够降低电动机铁损。而且，通过减小第二直流电压，能够减小第二逆变器9的开关损耗，能够使第二逆变器9及第二电动机10都高效化。
实施方式6.
本实施方式6是第二负载为逆变器、并且与负载协作进行控制的电力变换系统的实施方式。与作为第二负载的逆变器的输出连接的负载可以是任意负载。在此，以与逆变器的输出连接的负载是电动机的情况为例进行说明。实施方式6的电力变换系统的结构是例如图15所示的结构。图15的电力变换系统的结构与图1大致相同，但从第二逆变器9向开关控制器11输入例如第二逆变器的输出电压，作为用于识别第二逆变器9的调制率的信号。开关控制器11使用该信号，设定第二输出电容器60的电压即第二直流电压，以使第二逆变器9的调制率恒定。
逆变器的调制率是指逆变器的输出交流电压与逆变器的输入直流电压之比。一般来说，用于使电压利用率为100％的调制率在不叠加三次谐波的结构的逆变器的情况下为1，在叠加三次谐波的结构的逆变器的情况下为1.15。在调制率＝1.15的情况下，在设第二逆变器的输出电压的有效值为Vinv时，第二输出电容器电压指令Vm*由下式给出。
Figure GDA0002124376020000151
在此，Vinv是第二逆变器9输出的电压，因此能够根据来自第二逆变器的信号在开关控制器11进行识别，并且能够计算Vm*。例如在图1所示的电力变换装置100，使用该Vm*由图3所示的控制系统进行控制即可。
图16示意性地示出实施方式6的第二逆变器9的工作例。与第二逆变器9的输出电压对应，将第二逆变器9的输入电压即作为第二输出电容器60的电压的第二直流电压设定为实线所示，以使得第二逆变器9的调制率如虚线所示地为恒定。这样，通过与第二逆变器9的输出对应地设定第二直流电压以使第二逆变器9的调制率恒定，能够实现使第二逆变器9高效运转的电力变换系统。另一方面，如图17所示，现有的逆变器的工作由于逆变器的输入电压恒定，并且根据逆变器的调制率来控制逆变器的输出电压，因此与实施方式6的第二逆变器相比效率低。
另外，实施方式5及实施方式6的控制方法在实施方式1中说明的工作模式中的工作模式A及工作模式C下有效，而通常无法适用于图5所示的由控制系统进行的、不单独控制第二输出电容器电压Vm的工作模式B。
本发明在其发明的范围内，能够组合各实施方式，或对各实施方式进行适当变形、省略。

Claims (16)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
串联连接体，由第一防逆流元件、第二防逆流元件、第一开关元件和第二开关元件依次串联连接而成；
电抗器，其一端连接于所述第二防逆流元件和所述第一开关元件的连接点；
第一输出电容器，连接于作为所述串联连接体的所述第一防逆流元件侧的端部的第一端部与作为所述串联连接体的所述第二开关元件侧的端部的第二端部之间；以及
第二输出电容器，连接于所述第一开关元件和所述第二开关元件的连接点与所述第一防逆流元件和所述第二防逆流元件的连接点之间，其中，
通过在所述电抗器的另一端与所述串联连接体的所述第二端部之间输入直流，并控制所述第一开关元件及所述第二开关元件的接通/断开状态，从而向连接于所述第一输出电容器的两端的第一负载施加第一直流电压，向连接于所述第二输出电容器的两端的第二负载施加第二直流电压。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第二直流电压等于或小于所述第一直流电压。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，
使所述第一开关元件及所述第二开关元件分别进行PWM工作。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，
控制所述第一开关元件及所述第二开关元件的控制系统是包括所述第一输出电容器的电压控制系统、所述第二输出电容器的电压控制系统以及所述电抗器的电流控制系统的反馈控制系统，在所述第一输出电容器的电压控制系统和所述电抗器的电流控制系统的反馈环路中，所述第一输出电容器的电压控制系统构成主环路，所述电抗器的电流控制系统构成次环路，基于从所述电抗器的电流控制系统的输出减去所述第二输出电容器的电压控制系统的输出而得到的输出来确定所述第一开关元件的所述PWM工作的接通占空比，基于将所述电抗器的电流控制系统的输出与所述第二输出电容器的电压控制系统的输出相加而得到的输出来确定所述第二开关元件的所述PWM工作的接通占空比。
5.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，
输入到所述电抗器的另一端与所述串联连接体的所述第二端部之间的直流是从直流电源经由接通/断开状态被控制的第三开关元件而被供给的直流。
6.根据权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第一开关元件、所述第二开关元件以及所述第三开关元件中的任意开关元件在一个工作模式下被设为始终断开或始终接通。
7.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
使所述第三开关元件始终接通，并且使所述第一开关元件及所述第二开关元件分别进行PWM工作。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，
控制所述第一开关元件及所述第二开关元件的控制系统是包括所述第一输出电容器的电压控制系统、所述第二输出电容器的电压控制系统和所述电抗器的电流控制系统的反馈控制系统，在所述第一输出电容器的电压控制系统和所述电抗器的电流控制系统的反馈环路中，所述第一输出电容器的电压控制系统构成主环路，所述电抗器的电流控制系统构成次环路，基于从所述电抗器的电流控制系统的输出减去所述第二输出电容器的电压控制系统的输出而得到的输出来确定所述第一开关元件的所述PWM工作的接通占空比，基于将所述电抗器的电流控制系统的输出与所述第二输出电容器的电压控制系统的输出相加而得到的输出来确定所述第二开关元件的所述PWM工作的接通占空比。
9.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
使所述第一开关元件始终断开，并且使所述第二开关元件及所述第三开关元件分别进行PWM工作。
10.根据权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，
控制所述第二开关元件的控制系统包括所述第二输出电容器的电压控制系统，基于所述第二输出电容器的电压控制系统的输出来确定所述第二开关元件的所述PWM工作的接通占空比，控制所述第三开关元件的控制系统是以所述第一输出电容器的电压控制系统为主环路、以所述电抗器的电流控制系统为次环路的反馈控制系统，基于所述电抗器的电流控制系统的输出来确定所述第三开关元件的所述PWM工作的接通占空比。
11.根据权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于，
使所述第一开关元件始终断开，使所述第二开关元件始终接通，并且使所述第三开关元件进行PWM工作。
12.根据权利要求11所述的电力变换装置，其特征在于，
控制所述第三开关元件的控制系统是以所述第一输出电容器的电压控制系统为主环路、以所述电抗器的电流控制系统为次环路的反馈控制系统，基于所述电抗器的电流控制系统的输出来确定所述第三开关元件的所述PWM工作的接通占空比。
13.一种电力变换系统，其特征在于，针对权利要求1至12中任一项所述的电力变换装置，连接有将直流变换为交流的第一逆变器作为所述第一负载，并连接有将直流变换为交流的第二逆变器作为所述第二负载。
14.根据权利要求13所述的电力变换系统，其特征在于，
所述第一逆变器或所述第二逆变器包括并联连接的多个逆变器。
15.一种电力变换系统，其特征在于，针对权利要求1至10中任一项所述的电力变换装置，连接有将直流变换为交流的第一逆变器作为所述第一负载，并连接有将直流变换为交流来驱动电动机的第二逆变器作为所述第二负载，并且与所述电动机的转速对应地设定所述第二直流电压。
16.一种电力变换系统，其特征在于，针对权利要求1至10中任一项所述的电力变换装置，连接有将直流变换为交流的第一逆变器作为所述第一负载，并连接有将直流变换为交流的第二逆变器作为所述第二负载，并且以使所述第二逆变器的调制率恒定的方式设定所述第二直流电压。
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