CN116601860A - 功率转换装置 - Google Patents

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森辰也
久保建太
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Abstract

本发明的功率转换装置中，调制控制部(6)基于基本电压指令，运算电压偏移，将电压偏移重叠于基本电压指令来运算修正电压指令，逆变器(3)基于通过调制控制部(6)运算出的修正电压指令将直流电压转换为三相电压并将电压施加到交流旋转电机的三相绕组，在将基本电压指令转换为三相电压指令的情况下，将三相电压指令按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时，调制控制部(6)基于直流电压、最大相、基本电压指令的平方和，来运算第一电压偏移。

Description

功率转换装置
技术领域
本申请涉及基于三相电压指令将直流电压变换为三相电压并输出的功率转换装置。
背景技术
以往，为了提高PWM逆变器的电压利用率，调制电压的技术广为人知。此外，除了提高电压利用率之外，还提出了根据各种目的的调制方法。例如，在专利文献1中，在将三相电压指令按从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时，根据最大相和最小相之差，切换使最大相固定的调制和使最小相固定的调制。
以下，将使最大相固定的调制称为上层保持调制(upper-level heldmodulation)，将使最小相固定的调制称为下层保持调制(lower-level heldmodulation)。上层保持调制是以减小安装在下臂上的电流检测元件的电压降引起的损失为目的而进行的，下层保持调制是以使电流可检测时间最大为目的而进行的。在上层保持调制中，以最大相成为预先决定的电压值的方式进行调制，另外，下层保持调制也同样以成为预先决定的电压值的方式进行调制。在专利文献2中，减少成为两相调制的区间，根据电压振幅切换调制方法，使输出电压不超过逆变器可输出范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5161985号公报
专利文献2：日本专利第6525364号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
三相电压指令的振幅较大时，最大相峰值也变大，占空比也变大。在逆变器的各下臂具有三相电流检测用电阻元件的情况下，如果占空比较大，则对下臂的电流检测用电阻元件通电的时间变短，因此电流检测精度恶化。
为了最大限度地确保用于电流检测的下臂通电时间而进行下层保持调制的情况下，由于在电气角1周期中出现6次调制后的最大相的峰值，所以在1周期中产生6次电流检测精度恶化的定时。已知在使用逆变器进行电动机控制时，电动机在结构上容易以电气角1周期的6倍的频率产生感应电压脉动，该频率的转矩脉动引起振动、噪音问题。如果电流检测在以1周期恶化6次的状态下进行电流控制，则存在电气角1个周期的6倍频率的转矩脉动进一步恶化的问题。
在专利文献1中，在最大相与最小相之差较大的瞬间选择下层保持调制，在最大相与最小相之差较大的瞬间占空比较大，因此会引起上述问题。另外，还提出了在最大相和最小相之差超过电源电压的大小的情况下，将最大相和最小相的平均值作为重叠电压进行调制的方法，但即使在使用该调制方法的情况下，最大相的峰值也在电气角1周期中出现6次，因此会引起上述问题。
在专利文献2中，示出了在三相电压指令的振幅较小时选择上层保持调制，在三相电压指令的振幅较大时选择下层保持调制的实施方式，但在该方法中，三相电压指令的振幅较大时占空比也较大，因此与专利文献1同样会引起上述问题。另外，在其他实施例中也示出了仅进行上层保持调制的示例。但是，上层保持调制如上所述，由于进行调制以使最大相以预先决定的电压值固定，因此，如果在电压指令超过预先决定的值的情况下进行该调制，则由于电压指令超过输出下限，所以线间电压失真，由此导致新的振动、噪音的产生。
另外，在将预先决定的值设为输出上限的情况下，即使在电压指令较小的瞬间也总是将最大相调制为输出上限，因此，最小相的电压值也必然变大，在该瞬间三相都难以进行电流检测，对控制造成障碍。另外，还公开了如下方法：在电压指令振幅较小时进行上层保持调制以使最大相成为可检测电流的值，在电压指令的振幅较大时进行上层保持调制以使最大相成为输出上限，但在该方法中，在切换时最大相不连续，因此有可能引起由于其不连续性而导致产生的其他振动、噪音。
本申请是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种功率转换装置，该功率转换装置通过使用基本电压指令的平方和来运算电压偏移，从而电流检测精度不会恶化，另外，通过使用基本电压指令的平方和，从而能够使最大相以与基本电压指令对应的电压值来固定而不是预先决定的电压值来固定，所以不会低于逆变器输出下限。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所公开的功率转换装置，包括：基本电压指令部，该基本电压指令部输出基本电压指令；调制控制部，该调制控制部基于基本电压指令，运算电压偏移，并将电压偏移重叠于基本电压指令来运算修正电压指令；以及逆变器，该逆变器基于通过调制控制部运算出的修正电压指令将直流电压转换为三相电压并将电压施加到交流旋转电机的三相绕组，并具有电流检测部，该电流检测部通过与开关元件串联连接的电流检测用电阻元件的电压降来检测流过三相绕组的各相的电流，在将基本电压指令转换为三相电压指令的情况下，将三相电压指令按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时，调制控制部基于直流电压、最大相、基本电压指令的平方和，来运算第一电压偏移。
发明效果
根据本申请的功率转换装置，通过使用基本电压指令的平方和来运算电压偏移，从而电流检测精度不会恶化。
另外，通过使用基本电压指令的平方和，能够使最大相以与基本电压指令对应的电压值来固定而不是预先决定的电压值来固定，因此不会低于逆变器输出下限。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的整体结构图。
图2是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图3是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图4是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图5是表示实施方式2所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图6是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图7是表示实施方式3所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图8是表示实施方式4所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图9是表示实施方式4所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图10是表示实施方式4所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图11是表示实施方式5所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图12是表示实施方式5所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图13是表示实施方式6所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图14是表示实施方式6所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图15是表示实施方式7所涉及的功率转换装置中的调制控制部的运算处理的流程图。
图16是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的输出波形的图。
图17是表示实施方式7所涉及的功率转换装置中的调制控制部的其他运算处理的流程图。
图18是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的其他输出波形的图。
图19是表示实施方式所涉及的功率转换控制装置中的调制控制部的硬件结构的一个示例的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的整体结构图。在图1中，交流旋转电机1是具有三相绕组U、V、W的交流旋转电机，例如是永磁体同步旋转电机、绕组励磁同步旋转电机、感应旋转电机、同步磁阻电动机等。
直流电源2向逆变器3施加直流电压Vdc。逆变器3基于三相修正电压指令Vu、Vv、Vw及直流电压Vdc，以载波周期Tc进行PWM调制，对交流旋转电机的三相绕组U、V、W施加电压。开关(开关元件)Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swn使用将IGBT、双极型晶体管、MOS功率晶体管等半导体开关元件与二极管反向并联连接而得到的器件。
电流检测用电阻元件Ru、Rv、Rw分别与逆变器3的下侧臂元件(开关元件)Sun、Svn、Swn串联连接。电流检测用电阻元件Ru在下侧臂元件Sun导通的定时获取其两端电压，由此检测流过交流旋转电机1的U相绕组的电流。电流检测用电阻元件Rv在下侧臂元件Svn导通的定时获取其两端电压，由此检测流过交流旋转电机1的V相绕组的电流。电流检测用电阻元件Rw在下侧臂元件Swn导通的定时获取其两端电压，由此检测流过交流旋转电机1的W相绕组的电流。滤波电容器4是使直流电源2的直流电压Vdc稳定化的电容器。另外，基本电压指令部5发出用于驱动交流旋转电机1的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的指令。
调制控制部6基于三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb，运算第1电压偏移Voffset1，并重叠于三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb。
图2是表示调制控制部6的运算处理的流程图。在图2中，在步骤S101中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。在步骤S102中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，减去相乘后得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。在步骤S103中，从步骤S101中运算的最大相Vmax中减去步骤S102中运算的峰值电压Vpeak，再减去直流电压Vdc与0.5相乘后的值，来运算第一电压偏移Voffset1。在步骤S104中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。峰值电压Vpeak由式(1)表示，第一电压偏移Voffset1由式(2)表示。
[数学式1]
[数学式2]
Voffsc1＝Vmax-Vpcak-0.5Vdc…(2)
图3是表示实施方式1所涉及的三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的调制率超过电流检测上限电压值的调制率时的功率转换装置的各输出波形的说明图，图4是表示三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的调制率未超过电流检测上限电压值的调制率时的功率转换装置的各输出波形的说明图。
在图3、图4中，从上起第1级表示三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb，第2级表示从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值，第3级表示第一电压偏移Voffset1，第4级表示三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
这里，逆变器的输出上限值IOup为Vdc/2，输出下限值IOlo为-Vdc/2，电流检测上限值由电流检测用电阻元件Ru、Rv、Rw处的电流检测所需的下侧臂开关元件Sun、Svn、Swn的通电时间的下限值来决定。例如，电流检测所需的下侧臂开关元件Sun、Svn、Swn的通电时间的下限值为5μs时，如果载波周期Tc为50μs时，则下限值5μs相对于载波周期的比例为10％。
因此，在电流检测中，下侧导通占空比最低限度需要10％，换言之，上侧导通占空比需要90％以下。如果Vdc为12V，则输出上限值为6V，12V的10％为1.2V，因此电流检测条件为比上限值6V低1.2V以上的电压、即4.8V以下。因此，意味着此时的电流检测上限电压值UVi为4.8V。
从图3、图4可知，三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最大相的值始终以从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值来固定。
在上述问题中，通过最大相的值以电气角1周期的6倍频率变动，电流检测用电阻元件Ru、Rv、Rw的检测精度恶化定时以电气角1周期的6倍频率产生，从而引起该频率的振动、噪音问题，但根据本实施方式的调制方法，最大相始终固定，因此能够得到降低电气角的6倍频率的振动、噪音的效果。
另外，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。式(3)、式(4)中示出将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过绝对变换来转换为αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者转换为dq相基本电压指令Vd、Vq时的峰值电压Vpeak的运算式。
[数学式3]
[数学式4]
接着，说明对专利文献1的效果。在专利文献1中，公开了以在最大相与最小相之差小于电流检测上限电压值的情况下，最大相以预先决定的值(电流检测上限电压值)来固定，在最大相与最小相之差大于电流检测上限电压值的情况下最小相以预先决定的值(逆变器输出下限值)来固定的方式进行调制的示例。在该示例中，在最大相与最小相之差大于电流检测上限电压值UVi的情况下，如果将最小相调制为预先决定的固定值，则最大相在电气角1周期中具有6次峰值。
此时，在最大相成为峰值的瞬间下侧臂开关元件的导通时间成为最小，在该瞬间电流检测精度成为最差。在使用此时检测出的电流进行电流反馈控制的情况下，检测精度成为最差的瞬间在电气角1周期中出现6次，因此在该瞬间电流的控制性降低，以电气角6倍的频率产生电流的振动。在由于电动机控制等原本产生电气角6倍频率的转矩脉动的情况下，由于电流检测精度的恶化而产生的电气角6倍频率的电流的振动，将进一步导致转矩脉动的恶化，振动或噪音的问题变得显著。
在本实施方式中，如上所述，由于最大相以从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值来固定，因此能够降低由电流检测精度引起的电气角6倍频率的电流的振动。在专利文献1中，还提出了在最大相和最小相之差超过电源电压的大小的情况下，调制最大相和最小相的平均值作为重叠电压的方法。但是，在该调制方法中，由于最大相峰值也在电气角1周期中出现6次，因此即使在最大相和最小相之差未超过电源电压的大小时应用该方法也不能解决问题。
另外，在仅使用专利文献1中说明的上层保持调制的情况下，能够避免最大相峰值在电气角1周期中出现6次。但是，由于以使最大相以预先决定的值来固定的方式进行调制，所以在三相基本电压指令的调制率大于预先决定的值的调制率的情况下，三相修正电压指令的最小相低于逆变器输出下限。如果低于输出下限，则会产生线间电压失真、振动或噪音增大的其他问题。在该观点中，本实施方式中的调制方法如图3所示，在计算出峰值电压Vpeak的基础上进行调制，使得最大相以从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值来固定，从而如图3那样，最大相以超过电流检测上限电压值UVi的值来固定，能够避免最小相低于逆变器下限。
另外，对于专利文献1中说明的上层保持调制，如果将预先决定的值作为逆变器输出上限值，则三相修正电压指令的最小相不会低于逆变器输出下限值。
但是，在三相基本电压指令的振幅较小的情况下，由于将最大相调制为逆变器输出上限值，因此最小相也必然成为接近逆变器输出上限值的值，所有三相的下侧臂开关元件的导通时间变短，所有三相的电流检测精度极端恶化。在该观点中，本实施方式中的调制方法如图4所示，在计算出峰值电压Vpeak的基础上进行调制，使得最大相成为从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值，因此不会使最大相徒劳地以较大的值来固定，能够避免所有三相的电流检测精度的恶化。
在专利文献2中也示出了仅使用上层保持调制的示例，但在使最大相固定的值需要预先决定这一点上，与专利文献1相同，与本实施方式的对比也相同。另外，在专利文献2的其他实施例中，还示出了以在三相基本电压指令的振幅小于阈值的情况下最大相以电流检测上限电压值固定，在三相基本电压指令的振幅大于阈值的情况下最大相以逆变器输出上限值固定的方式进行调制的示例。
在该示例中，例如存在三相基本电压指令的振幅小于阈值的瞬间，在下一个瞬间变得大于阈值的情况下，三相修正电压指令的最大相的值从电流检测上限值跳至逆变器输出上限值。当然，如果是相反的情况，则相修正电压指令的最大相的值从逆变器输出上限值跳至电流检测上限值。即，在该示例中，有时电压偏移不连续，也存在导致由此引起的振动、噪音增大的问题。与此相对地，在本实施方式的方法中，电压偏移不会不连续。
如上所述，根据实施方式1，调制控制部在将三相基本电压指令按照从大到小顺序设为最大相、中间相、最小相时，基于直流电压、最大相和三相基本电压指令的平方和，来运算第一电压偏移，通过从三相基本电压指令中减去第一电压偏移并输出三相修正电压指令，从而在三相基本电压指令的振幅较大的情况下不低于逆变器的输出下限，即使在三相基本电压指令的振幅较小的情况下也不会使三相的电流检测精度恶化，偏移电压不会不连续。
在此基础上，通过避免最大相的峰值在电气角1周期中发生6次，能够防止由于电流检测精度的恶化定时在电角度1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
实施方式2.
在实施方式1中，对于第1电压偏移进行了调制，使得最大相以从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值来固定。此时，如图4所示，如果三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的振幅较小，则三相修正电压指令Vu、Vv、Vw靠近逆变器输出下限值IOlo侧。由此，电流检测精度上升，但下侧臂的通电时间变长，下侧臂的发热变大。在产生发热等由于靠近逆变器输出下限值IOlo侧而导致产生的问题的情况下，如以下所示，也可以进行调制，使得最大相从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值开始移位。
对于与实施方式1重复的部分省略说明。图5是表示实施方式2中的调制控制部6的运算处理的流程图。在图5中，在步骤S201中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。
在步骤S202中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S203中，从在步骤S201中运算出的最大相Vmax中减去在步骤S202中运算出的峰值电压Vpeak与0.5相乘而得到的值，再减去将从第一常数k1减去0.5后的值与直流电压Vdc相乘而得到的值，来运算第二电压偏移Voffset2。
在步骤S204中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去第二电压偏移Voffset2，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。第二电压偏移Voffset2由式(5)来表示。
[数学式5]
Voffset2＝Vmax-0.5Vpeak-(k1-0，5)Vdc…(5)
这里，第1常数k1为确定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的中心值的数。例如，在逆变器的可输出范围为-6V至6V时，将三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的中心值设为逆变器的可输出范围的中心值即0V时，设定为k1＝0.5。在本实施方式中，通过设为k1＝0.5，从而如果三相基本电压指令的调制率为1以下，则三相修正电压指令不会超过输出上下限。
图6表示本实施方式2中的设为k1＝0.5时的功率转换装置的各输出波形。通过该调制方法，三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的中心值为(k1-0.5)*Vdc。在图6中，从上起第1级表示三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb，第2级表示从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值，第3级表示第二电压偏移Voffset2，第4级表示三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
根据图6，通过将三相修正电压指令Vu、Vv、Vw从实施方式1的状态向逆变器输出上限值IOup侧移位，从而下侧臂的通电时间变短，发热量减少。另外，通过避免最大相峰值在电气角1周期中出现6次，从而能够防止由于电流检测精度的恶化定时在电气角1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
实施方式3.
在实施方式1中，对于第一电压偏移进行了调制，使得最大相以从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值来固定。此时，如图4所示，如果三相基本电压指令的振幅较小，则三相修正电压指令靠近逆变器输出下限侧。由此，电流检测精度上升，但下侧臂的通电时间变长，下侧臂的发热变大。在产生发热等由于靠近逆变器输出下限侧而导致产生的问题的情况下，如以下所示，也可以进行控制，使得在三相基本电压指令的调制率低于调制率阈值的情况下使第一电压偏移为零。
对于与实施方式1重复的部分省略说明。图7是表示实施方式3中的调制控制部6的运算处理的流程图。在图7中，在步骤S301，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S302中，将在步骤S301中求出的峰值电压Vpeak除以直流电压Vdc，来运算调制率M。
在步骤S303中，判定在步骤S302中求出的调制率M是否大于调制率阈值Mth。在此，Mth设定为能够避免三相基本电压指令的最大相超过电流检测上限的电压值的值。例如，如果电流检测上限为占空比90％，则电流检测上限电压值UVi为(0.9-0.5)*Vdc＝0.4Vdc，因此将Mth设定为0.4√3以下的值。
如果在步骤S303中判定为调制率M为调制率阈值Mth以上的值，则前进至步骤S304。在步骤S304中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。
在步骤S305中，从步骤S304中运算的最大相Vmax中减去步骤S301中运算的峰值电压Vpeak，再从其值中减去直流电压Vdc与0.5相乘后的值，来运算第一电压偏移Voffset1。
如果在步骤S303中判定为调制率M小于调制率阈值Mth，则前进至步骤S306。在步骤S306中，将第一电压偏移Voffset1设为0。
在步骤S307中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S305或步骤S306中运算出的第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。调制率M由式(6)表示。
[数学式6]
根据实施方式3，在调制率M小于调制率阈值Mth的情况下，虽然未进行新的图示，但三相修正电压指令Vu、Vv、Vw与三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb一致，各相的下臂通电平均时间与上臂通电平均时间相等。另外，在调制率M为调制率阈值Mth以上的值的情况下，通过避免最大相峰值在电气角1周期中出现6次，从而能够防止由于电流检测精度的恶化定时在电气角1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
实施方式4.
在实施方式3中，在三相基本电压指令的调制率低于调制率阈值的情况下进行调制，使得电压偏移为0，但在该情况下，也可以进行调制，使得最大相从峰值电压Vpeak减去直流电压Vdc和0.5的相乘值而得到的值开始移位。
对于与实施方式3重复的部分省略说明。图8是表示实施方式4中的调制控制部6的运算处理的流程图。在图8中，在步骤S401中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S402中，将在步骤S401中求出的峰值电压Vpeak除以直流电压Vdc，来运算调制率M。
在步骤S403中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。
在步骤S404中，判定在步骤S402中求出的调制率M是否大于调制率阈值Mth。这里，Mth设定为电流检测上限的电压值的调制率以下。例如，当电流检测上限为占空比90％时，将Mth设定为0.9以下的值。
如果在步骤S404中判定为调制率M为调制率阈值Mth以上的值，则前进至步骤S405。
在步骤S405中，从步骤S403中运算的最大相Vmax中减去步骤S401中运算的峰值电压Vpeak，再从其值中减去直流电压Vdc与0.5相乘而得到的值，来运算第一电压偏移Voffset1。
在步骤S406中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S405中运算出的第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S404中判定为调制率M小于调制率阈值Mth，则前进至步骤S407。
在步骤S407中，从在步骤S403中运算出的最大相Vmax中减去在步骤S401中运算出的峰值电压Vpeak与0.5相乘而得到的值，再减去将从第一常数k1减去0.5后的值与直流电压Vdc相乘而得到的值，来运算第二电压偏移Voffset2。
在步骤S408中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S407中运算出的第二电压偏移Voffset2，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。第二电压偏移Voffset2由式(5)来表示。
这里，第1常数k1为确定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的中心值的数。在该实施方式中，通过将k1设为调制率阈值Mth的0.5倍的值，从而如果三相基本电压指令的调制率M接近调制率阈值Mth，则基于第二电压偏移Voffset2的三相修正电压指令的最大相成为相当于调制率阈值Mth的电压值，即使切换到Voffset1，电压偏移也是连续的。
图9、图10表示将调制率阈值Mth设为0.9、将k1设为调制率阈值Mth的0.5倍即0.45的示例。图9中，调制率M为调制率阈值Mth以上，三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最小值为逆变器下限，最大相以Vpeak-0.5Vdc的值来固定。图10中，调制率M为小于调制率阈值Mth的值，三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的中央值为(k1-0.5)Vdc。
根据本实施方式，通过避免最大相峰值在电气角1周期中出现6次，从而能够防止由于电流检测精度的恶化定时在电气角1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
实施方式5.
以下，对实施方式5进行说明，但对与实施方式1重复的部分省略说明。图11是表示实施方式5中的调制控制部6的运算的流程图。
在图11中，在步骤S501中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。
在步骤S502中，运算最小相Vmin。在步骤S503中，根据最大相Vmax和最小相Vmin运算中间相Vmid。在步骤S504中，判定在步骤S503中求出的中间相Vmid是否为中间相阈值Vmidth以下。这里，中间相阈值Vmidth为0。
如果在步骤S504中判定为中间相Vmid为中间相阈值Vmidth以下的值，则前进至步骤S505。
在步骤S505中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S506中，从步骤S501中运算的最大相Vmax中减去步骤S505中运算的峰值电压Vpeak，再从其值中减去直流电压Vdc与0.5相乘而得到的值，来运算第一电压偏移Voffset1。
在步骤S507中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S506中运算出的第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S504中判定为中间相Vmid大于中间相阈值Vmidth，则前进至步骤S508。
在步骤S508中，在步骤S502中运算的最小相Vmin中，加上从0.5减去第2常数k2后的值与直流电压Vdc的相乘值，来运算第三电压偏移Voffset3。
在步骤S509中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb减去步骤S508中运算出的Voffset3，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
第三电压偏移Voffset3由式(7)来表示。
[数学式7]
Voffset3＝Vmin+(0.5-k2)Vdc……(7)
这里，第2常数k2为决定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最小相的值的数。在最小相以逆变器输出下限值来固定的情况下，设第2常数k2＝0。在避免二相调制的情况下，若将第2常数k2设为PWM的最小脉冲占空比，例如载波周期为50μs，逆变器的最小脉冲宽度为0.5μs，则k2设定为0.5/50＝0.01。
图12表示第2常数k2＝0的示例。在图12中，在中间相大于中间相阈值Vmidth的部位，最小相成为固定值，在中间相为中间相阈值Vmidth以下的部位，最大相成为固定。如图12所示，能够避免三相修正电压指令的最大相的峰值在电气角1周期中出现6次，防止由于电流检测精度的恶化定时在电气角1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
实施方式6.
以下，对实施方式6进行说明，但对与实施方式5重复的部分省略说明。如果三相基本电压指令的调制率接近1，则最大相接近逆变器输出上限，占空比接近100％。在电流检测中，在载波取最大值的瞬间进行电流检测的情况下，由于最大相的占空比为100％附近，所以无法进行电流检测，而检测其他的两相。
此时，如果最大相占空比完全不是100％，则即使在最大相也发生开关。在这种情况下，由于最大相的开关定时在载波取最大值的瞬间附近，所以最大相的开关噪声有可能对其他相的电流检测产生不良影响。为了避免该开关噪声带来的不良影响，在三相基本电压指令的调制率为1附近的情况下，通过使最大相以逆变器输出上限值来固定，使占空比为100％，从而能够采取不产生开关的方法。图13是表示实施方式6中的调制控制部6的运算处理的流程图。
在图13中，在步骤S601，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S602中，将峰值电压Vpeak除以直流电压Vdc，运算调制率M。
在步骤S603中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。
在步骤S604中，判定调制率M是否为调制率阈值Mth以下。调制率阈值Mth为电流检测上限的调制率以上且逆变器可输出的调制率以下的值。
如果在步骤S604中判定为调制率M为调制率阈值Mth以下的值，则前进至步骤S605。
在步骤S605中，运算最小相Vmin。在步骤S606中，根据最大相Vmax和最小相Vmin运算中间相Vmid。在步骤S607中，判定中间相Vmid是否为中间相阈值Vmidth以下。这里，中间相阈值Vmidth为0。
如果在步骤S607中判定为中间相Vmid为中间相阈值Vmidth以下的值，则前进至步骤S608。
在步骤S608中，从最大相Vmax中减去峰值电压Vpeak，从该值中减去直流电压Vdc与0.5相乘而得到的值，来运算第一电压偏移Voffset1。
在步骤S609中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S608中运算出的第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S607中判定为中间相Vmid大于中间相阈值Vmidth，则前进至步骤S610。
在步骤S610中，在最小相Vmin中，加上从0.5减去第2常数k2后的值与直流电压Vdc的相乘值，来运算第三电压偏移Voffset3。
在步骤S611中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S610中运算出的第四电压偏移Voffset4，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S604中判定为调制率M大于调制率阈值Mth，则前进至步骤S612。
在步骤S612中，从最大相Vmax减去从第三常数k3减去0.5后的值和直流电压Vdc的相乘值，来运算第四电压偏移Voffset4。
在步骤S613中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb减去步骤S612中运算出的第三电压偏移Voffset3，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
第四电压偏移Voffset4由式(8)来表示。
[数学式8]
Voffset4＝Vmax-(k3-0.5)Vdc…(8)
在此，k3是决定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最大相的值的数，在使最大相以逆变器输出上限值来固定的情况下，设为k3＝1。图14表示将调制率阈值Mth设为0.95的示例。在图14中，在调制率大于调制率阈值的情况下，最大相以逆变器输出上限来固定。另外，虽然没有新的图示，但在调制率为调制率阈值以下时，与实施方式6相同。
实施方式7.
以下，对实施方式7进行说明，但对与实施方式1重复的部分省略说明。图15是表示实施方式7中的调制控制部6的运算处理的流程图。
在步骤S701中，运算三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb中按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时的最大相Vmax。在步骤S702中，运算最小相Vmin。在步骤S703中，判定最大相Vmax和最小相Vmin之差是否在电压阈值Vth以上。
如果在步骤S703中判定为最大相Vmax与最小相Vmin之差为电压阈值Vth以上，则前进至步骤S704。在步骤S704中，根据最大相Vmax和最小相Vmin来运算中间相Vmid。
在步骤S705中，判定中间相Vmid是否为中间相阈值Vmidth以下。这里，中间相阈值Vmidth为0。
如果在步骤S705中判定为中间相Vmid为中间相阈值Vmidth以下，则前进至步骤S706。
在步骤S706中，判定1个控制周期之前的调制是否是使用后述的第三电压偏移Voffset3的调制。
在步骤S706中，如果判定为1个控制周期之前的调制不是使用第三电压偏移Voffset3的调制，则前进至步骤S707。
在步骤S707中，将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb的平方和与2相乘，运算相乘而得到的值的正的平方根，进而运算峰值电压Vpeak。另外，实施方式1中也进行了说明，在峰值电压的计算方法中，也能够使用将三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb通过已知的坐标转换方法转换为αβ轴坐标系的αβ相基本电压指令Vα、Vβ、或者通过同样已知的坐标转换方法转换为dq轴坐标系的dq相基本电压指令Vd、Vq进行计算。
在步骤S708中，从最大相Vmax中减去峰值电压Vpeak，从该值中减去直流电压Vdc与0.5相乘而得到的值，来运算第一电压偏移Voffset1。
在步骤S709中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S708中运算出的第一电压偏移Voffset1，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S705中判定为中间相Vmid大于中间相阈值Vmidth，或者在步骤S706中判定为1个控制周期之前的调制是使用第三电压偏移Voffset3的调制，则前进至步骤S710。
在步骤S710中，在最小相Vmin中，加上从0.5减去第3常数k3后的值与直流电压Vdc的相乘值，来运算第四电压偏移Voffset4。
在步骤S711中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb分别减去步骤S710中运算出的第四电压偏移Voffset4，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
如果在步骤S703中判定为最大相Vmax与最小相Vmin之差小于电压阈值Vth，则前进至步骤S712。
在步骤S712中，判定1个控制周期之前的调制是否是使用第一电压偏移Voffset1的调制。
在步骤S712中，如果判定为1个控制周期之前的调制是使用第一电压偏移Voffset1的调制，则前进至步骤S704。
在步骤S712中，如果判定为1个控制周期之前的调制不是使用第一电压偏移Voffset1的调制，则前进至步骤S713。
在步骤S713中，从最大相Vmax减去从第2常数k2减去0.5后的值和直流电压Vdc的相乘值，来运算第三电压偏移Voffset3。
在步骤S714中，从三相基本电压指令Vub、Vvb、Vwb减去步骤S713中运算出的第三电压偏移Voffset3，来运算三相修正电压指令Vu、Vv、Vw。
第三电压偏移Voffset3由式(7)来表示。k2为决定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最小相的值的数。在最小相以逆变器输出下限值来固定的情况下，设k2＝0。在避免二相调制的情况下，将k2设为PWM的最小脉冲占空比，例如载波周期为50μs，逆变器的最小脉冲宽度为0.5μs时，k3设定为0.5/50＝0.01。
第四电压偏移Voffset4由式(8)来表示。k3为决定三相修正电压指令Vu、Vv、Vw的最大相的值的数，这里设为电流检测上限电压值的调制率。图16表示本实施方式的输出波形例。
本实施方式是根据最大相和最小相之差来切换调制方法的方式。
判定最大相与最小相之差的电压阈值Vth设为电流检测上限的电压值。在该方式中构成为，参照图15的步骤S706和步骤S712中1个控制周期之前的调制方法，根据该调制方法决定下一个调制方法。
说明采用这样的构成的理由。
在电气角1周期中，即使在三相基本电压指令的调制率固定的情况下，最大相和最小相之差也不固定而是变动的。因此，即使三相基本电压指令的调制率固定，调制方式也会适时切换。
步骤S709和S714的调制都是将最大相设为固定值的调制方法，但步骤S709中使最大相以Vpeak-0.5Vdc来固定，与此相对地，在步骤S714中以预先决定的值来固定。这里，图17表示没有步骤S706和步骤S712时的流程图。在图17的情况下，即使在三相基本电压指令的调制率固定的情况下，最大相和最小相之差也不是固定的，因此在步骤S709进行调制后，可以存在在下一个控制周期的判定中在步骤S714进行调制的瞬间。当然，反之亦然，也可以存在在步骤S714中调制后，在下一个判定中在步骤S709中调制的瞬间。
该情况下的输出波形在图18中示出。在图18的θ1、θ3、θ5的部位，从步骤S709切换到步骤S714，在θ2、θ4、θ6的部位，从步骤S714切换到步骤S709。因此，在该瞬间最大相跳跃，在电气角1周期中产生6次最大相峰值。如果产生6次最大相峰值，则电流以电气角6次的频率进行脉动，与振动、噪音相关联。因此，在本实施方式中构成为，通过导入图15的步骤S706和步骤S712的条件，从步骤S709到步骤S714、或者从步骤S714到步骤S709不产生切换。
通过步骤S706和步骤S712的导入，从步骤S709切换到步骤S711，之后从步骤S711切换到步骤S714。此外，对于相反的情况也相同。如果从步骤S709切换到步骤S711，则在从步骤S714到步骤S711的切换中，不发生最大相的跳跃，电压偏移连续。根据本实施方式，能够避免三相修正电压指令的最大相的峰值在电气角1周期中出现6次，防止由于电流检测精度的恶化定时在电气角1周期中发生6次而引起的电流的电气角1周期的6倍频率的振动。
另外，调制控制部6如图19示出硬件的一个示例那样，由处理器601和存储装置602构成。存储装置602例如具备随机存取存储器等易失性存储装置、以及闪存等非易失性的辅助存储装置。另外，也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器601执行从存储装置602输入的程序。该情况下，将程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器601。另外，处理器601可以将运算结果等数据输出至存储装置602的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。
虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。
因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
标号说明
3逆变器
5基本电压指令部
6调制控制部
Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swn开关(开关元件)
Ru、Rv、Rw电流检测用电阻元件。

Claims (20)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
基本电压指令部，该基本电压指令部输出基本电压指令；
调制控制部，该调制控制部基于所述基本电压指令，运算电压偏移，并将所述电压偏移重叠于所述基本电压指令来运算修正电压指令；以及
逆变器，该逆变器基于通过所述调制控制部运算出的所述修正电压指令将直流电压转换为三相电压并将电压施加到交流旋转电机的三相绕组，并具有电流检测部，该电流检测部通过与开关元件串联连接的电流检测用电阻元件的电压降来检测流过所述三相绕组的各相的电流，
在将所述基本电压指令转换为三相电压指令的情况下，将所述三相电压指令按照从大到小的顺序设为最大相、中间相、最小相时，所述调制控制部基于所述直流电压、所述最大相、所述基本电压指令的平方和，来运算第一电压偏移。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部基于所述直流电压、所述最大相、第一常数和所述基本电压指令的平方和，来运算第二电压偏移。
3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述基本电压指令的调制率低于第一阈值时，将所述第一电压偏移设为0。
4.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述基本电压指令的调制率低于第二阈值的情况下，运算所述第二电压偏移。
5.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述中间相中的所述基本电压指令的调制率超过第三阈值的情况下，基于所述直流电压、所述最小相、第二常数来运算第三电压偏移。
6.如权利要求1或5所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述基本电压指令的调制率超过第二阈值的情况下，基于所述直流电压、所述最大相、第三常数来运算第四电压偏移。
7.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部根据1个控制周期之前的调制方法来选择调制方法。
8.如权利要求1或7所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述最大相和所述最小相之差低于第四阈值、且1个控制周期之前计算出的电压偏移不是所述第一电压偏移的情况下，基于所述直流电压、所述最大相、第三常数来运算第四电压偏移。
9.如权利要求8所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述最大相和所述最小相之差超过所述第四阈值、且所述中间相超过预先设定的第三阈值的情况下，基于所述最小相、所述直流电压、第二常数来运算第三电压偏移。
10.如权利要求9所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述最大相和所述最小相之差超过所述第四阈值、且所述中间相低于所述第三阈值、1个控制周期之前计算出的所述电压偏移是所述第四电压偏移的情况下，基于所述最小相、所述直流电压、第二常数来运算第三电压偏移。
11.如权利要求8至10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述最大相和所述最小相之差超过所述第四阈值、且所述中间相中的所述基本电压指令的调制率低于第一阈值、1个控制周期之前计算出的所述电压偏移不是所述第四电压偏移的情况下，运算所述第一电压偏移。
12.如权利要求8至11的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部在所述最大相和所述最小相之差低于所述第四阈值、且1个控制周期之前计算出的所述电压偏移是所述第一电压偏移的情况下，运算所述第一电压偏移。
13.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部将所述第一阈值设定为所述基本电压指令成为通过所述电流检测用电阻元件可进行电流检测的上限电压值以下的调制率。
14.如权利要求4或6所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部将所述第二阈值设定为通过所述电流检测用电阻元件可进行电流检测的上限电压值的调制率以上、且逆变器可输出的调制率以下的值。
15.如权利要求5、9、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部将所述第三阈值设定为所述逆变器可输出范围的中心值。
16.如权利要求8至12的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部将所述第四阈值设定为通过所述电流检测用电阻元件可进行电流检测的调制率的上限值与所述直流电压相乘而得到的值。
17.如权利要求2或4所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部设定所述第一常数，使得所述修正电压指令的中心值为所述逆变器可输出范围的中心值以下。
18.如权利要求5、9、10的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部设定所述第二常数，使得所述最小相为预先设定的下限值。
19.如权利要求6或8所述的功率转换装置，其特征在于，
所述调制控制部设定所述第三常数，使得所述最大相为预先设定的上限值。
20.如权利要求19所述的功率转换装置，其特征在于，
所述第三常数为所述逆变器可输出范围的上限值。
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