CN1853335B - 脉宽调制循环换流器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种很容易能够改善输入电流波形并且能够把缓冲器的能量再生为电源的PWM循环换流器。该PWM循环换流器包括连接到DC电压系统的PWM转换器。该PWM转换器的输出单元连接到该PWM循环换流器的输入滤波器之前的位置，以抑制该输入滤波器的谐振。

Description

脉宽调制循环换流器
技术领域
本发明涉及脉宽调制(PWM)循环换流器，其中使用连接到PWM循环换流器的输入单元的PWM转换器使得能够获得任意电流波形，从而可以抑制输入电流失真。
背景技术
图6表示常规PWM循环换流器的系统。在图6中，1表示三相AC电源，2表示三相AC电抗器，3表示三相AC电容器，4表示双向开关组，5表示用作负载的电动机，6表示三相AC电抗器，7表示用于把AC转换为DC的PWM转换器，14表示作为DC电压装置的平滑电容器，9表示三相AC电源的检测电流信号，10表示用于检测电流的CT，该CT是用于检测三相AC电源的电流的电流检测装置，11是用于检测电流的CT，该CT是电流检测装置，12是用于检测电流的CT的检测电流信号，而15表示设置在双向交换组4的各个双向开关上的缓冲器电路。
在表示常规实施例的图6中，类似于本发明，使用小型PWM转换器来抑制输入滤波器的谐振电压。但是在图6中，为了抑制电压，将PWM转换器的输出连接在滤波器之后(在滤波器的次级侧)。因此，施加大于谐振分量的修正量的电流反而造成电容器电压的很大变化，因此修正量受限。常规PWM转换器具有这样的缺点。因此，在如图3所示的对缓冲器的能量进行再生的系统中作用尤其受限。PWM循环换流器是用于把三相AC电源电压直接转换为具有可变频率的可变电压(任意电压和频率)的AC-AC直接电力转换设备。根据PWM循环换流器的原理，脉冲电流在半导体器件的输入单元中流动以获得电力。为了防止脉冲电流返回电源系统，通常使用AC电抗器和AC电容器来提供低通滤波器。但是当电流在滤波器中流动时，在电抗器和电容器之间会出现谐振现象，导致谐振电流流入该输入单元中。谐振电流会使输入电流的失真率劣化。此外，即使在PWM循环换流器不工作的情况下电流也在电容器中流动，从而也产生谐振电流。
作为抑制谐振电流的常规方法，提出了一种使用小型PWM循环换流器来执行输入电流修正的方法，其中该PWM循环换流器连接到缓冲器部分的DC电压源。
专利文献1：JP-A-2003-244960
发明内容
然而，在上述方法中，为了控制输入滤波器的谐振电压，在滤波器之后(靠近开关元件)设置PWM转换器。在这种情况下，缓冲器能量变大，由此，当需要再生较大电力时，滤波电容器的电压变化反而变大。这可能导致对输出电压的不利影响。
考虑到这个问题，本发明的目的是提供一种很容易能够改善输入电流波形并且把缓冲器的能量再生为电源的PWM循环换流器。
本发明意在通过PWM循环换流器中的转换器电流来再生缓冲器能量和改善输入电流，该PWM循环换流器包括连接到DC电压系统的PWM转换器，该PWM转换器的输出单元连接在PWM循环换流器的输入滤波器之前(在输入滤波器的初级侧)的位置。
为了解决以上问题，在PWM循环换流器中包括AC电源，在该PWM循环换流器中，各相通过具有自消弧能力的双向开关直接连接到其输出侧的各相，其中响应于输出电压命令对AC电源电压进行PWM控制以输出具有可变频率的可变电压，该PWM循环换流器包括：输入电流检测装置，用于检测PWM循环换流器的一个或更多个输入电流；以及连接到DC电压装置的PWM转换器，其中该PWM转换器的输出单元通过在其上设置检测修正电流信号的电流检测装置而连接到PWM循环换流器的输入滤波器之前的位置，以基于通过该输入电流检测装置检测到的输入电流信号和所述修正电流信号来抑制输入滤波器的谐振。
此外，该PWM循环换流器其特征在于：所述直流电压装置由二极管整流器和平滑电容器构成，其中该二极管整流器连接到用于向PWM循环换流器提供电力的半导体器件的输入端子。
此外，该PWM循环换流器，其中，所述直流电压装置使用由用于缓冲器的二极管组和电容器构成的DC箝压型缓冲器，所述用于缓冲器的二极管组连接到用于向所述脉宽调制循环换流器提供电力的半导体器件的输入端子。
应用本发明使得能够改善输入电流波形，并且可以很容易地把缓冲器的能量再生为PWM循环换流器中的电源。
根据PWM循环换流器的原理，起初可以对输入电流波形进行控制。但是，输入单元通过双向半导体开关直接连接到输出单元，使得应该同时控制输出电流。这导致输入电流控制性能受限。本发明涉及一种用于改善PWM循环换流器的控制性能的辅助装置。根据本发明，为了易于实现输入电流控制，采用了典型的小型PWM转换器。
附图说明
图1以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用DC电压源的PWM转换器的系统结构。
图2以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用二极管整流电路的PWM转换器的系统结构。
图3以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用由缓冲器电路构成的DC电压源的PWM转换器的系统结构。
图4以实现本发明的方式表示了缓冲器电路的结构示例。
图5以实现本发明的方式表示了缓冲器电路的结构示例。
图6表示了PWM循环换流器的常规系统结构和抑制滤波器谐振的常规方法的示例。
标号说明
1：三相AC电源
2：三相AC电抗器
3：三相AC电容器
4：双向开并组
5：电动机
6：三相AC电抗器
7：PWM转换器
8：DC电压源
91-3：输入电流信号
10：用于检测电流的CT
11：用于检测电流的CT
121-3：修正电流信号
13：二极管整流器
14：平滑电容器
151-9：缓冲器电路
16：用于缓冲器的二极管组
17：用于缓冲器的二极管组
具体实施方式
下面根据具体实施例来描述本发明。
图1以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用DC电压源的PWM转换器的系统结构。图2以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用二极管整流电路的PWM转换器的系统结构。图3以实现本发明的方式表示了PWM循环换流器，以及包括使用由缓冲器电路构成的DC电压源的PWM转换器的系统结构。图4以实现本发明的方式表示了缓冲器电路的结构示例。图5以实现本发明的方式表示了缓冲器电路的结构示例。图6表示了PWM循环换流器的常规系统结构和抑制滤波器谐振的常规方法的示例。
在使用图1的PWM转换器的系统结构中，尽可能地使用相同的参考符号和数字来标记与表示常规实施例的图6中的那些元件名称相同的元件，以省略重复的描述。8表示用作DC电压装置的DC电压源。图1与表示常规实施例的图6的不同之处在于设置电流检测CT 11的位置。也就是说，在图6中，在用于将三相AC电抗器2和三相AC电容器3的连接点与PWM转换器7相连接的连接线中设置电流检测CT 11。另一方面，在本发明的图1中，在用于不经过三相AC电抗器2将三相AC电源1与PWM变换器7相连接的连接线中设置电流检测CT 11。
下面将描述本发明的操作。首先，在图1的PWM循环换流器中，三相AC电源1通过设置在三相AC电源1和作为电动机5的输入电流的三相输出之间的总共九个双向半导体开关的组4直接连接到该三相输出，因此可以输出任意频率和电压，而不需要将AC电源电压转换为DC。但是在双向半导体开关组4的输入处有脉冲电流流动。因此，使用三相AC电抗器2和三相AC电容器3来形成输入滤波器。根据本发明，除了AC电源1以外还提供DC电源8，并且在DC电源8处设置小型PWM转换器7，以便在PWM循环换流器的输入滤波器之前的位置提供电流，使得能够抑制由于输入滤波器而导致的上述谐振电流。将通过用于检测电流10的CT检测到的输入电流信号9输入到作为电流控制装置的PWM转换器7的控制部分，执行与PWM循环换流器的任何期望电流波形的比较，并且提供等于修正量的电流量，这使得能够实现理想的输入电流波形。此外，检测修正电流信号12使得能够提高控制性能。作为修正方法的示例，在谐振电流仅是输入电流的高谐波分量中的控制对象的情况下，对输入电流信号9和理想正弦波进行比较，并且使修正电流从PWM转换器7流出，这使得能够抑制谐振电流。在这种情况下，谐振电流根据滤波器的设计而不同，但是其电流值与总输入电流的值相比足够小。这意味着PWM转换器7的电流容量也可以很小，从而花费很少的费用。
图2示出了下述的情况：将二极管整流器13用作图1中的DC电源8，来对所有的三相波进行整流，并且使用通过平滑电容器14进行了平滑的DC电源来驱动PWM转换器7。这种结构使得能够省略DC电源8，从而在成本方面有利。
在图3中，使用DC箝位型缓冲器电路14作为图1中的DC电源8和图2中的二极管整流器13。在该PWM循环换流器中存在DC箝压型缓冲器电路14用作双向半导体开关的保护装置的情况。图4和5表示图3中的缓冲器电路14的电路图。对于图4和5，可以分别考虑诸如用于缓冲器的二极管组15和用于缓冲器的二极管组16的结构。在本发明中使用这种缓冲器电路14作为PWM转换器7的DC电源电压，使得能够将在切换时产生的电涌能量(surge energy)用作修正电流而不会浪费，以使得可以在整个系统中获得更高的效率。
工业实用性
根据本发明，可以很容易地改善输入电流波形，以及把缓冲器的能量再生为电源，以使得可以实现电动机的节能驱动。因此，对于诸如电动汽车、电梯、起重机和绕线机的电动机，本发明作为控制装置特别有用，它可以用于把电力再生为电源而不会把电力消耗为热量。

Claims (3)

1.一种包括交流电源的脉宽调制循环换流器，在该脉宽调制循环换流器中，各相通过具有自消弧能力的双向开关直接连接到其输出侧的各相，其中响应于输出电压命令对交流电源电压进行脉宽调制控制，以输出具有可变频率的可变电压，
所述脉宽调制循环换流器包括：
输入电流检测装置，用于检测所述脉宽调制循环换流器的一个或更多个输入电流；以及
连接到直流电压装置的脉宽调制转换器，其中
所述脉宽调制转换器的输出单元通过在其上设置检测修正电流信号的电流检测装置而连接到所述脉宽调制循环换流器的输入滤波器之前的位置，以基于通过所述输入电流检测装置检测到的输入电流信号和所述修正电流信号来抑制该输入滤波器的谐振。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制循环换流器，其特征在于：
所述直流电压装置由二极管整流器和平滑电容器构成，该二极管整流器连接到用于向所述脉宽调制循环换流器提供电力的半导体器件的输入端子。
3.根据权利要求1所述的脉宽调制循环换流器，其特征在于：
所述直流电压装置使用由用于缓冲器的二极管组构成的DC箝压型缓冲器，所述用于缓冲器的二极管组连接到用于向所述脉宽调制循环换流器提供电力的半导体器件的输入端子。
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