RU2817330C1 - Power converter and heat pump system equipped with it - Google Patents
Power converter and heat pump system equipped with it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817330C1 RU2817330C1 RU2023111043A RU2023111043A RU2817330C1 RU 2817330 C1 RU2817330 C1 RU 2817330C1 RU 2023111043 A RU2023111043 A RU 2023111043A RU 2023111043 A RU2023111043 A RU 2023111043A RU 2817330 C1 RU2817330 C1 RU 2817330C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- compensation unit
- current compensation
- inverter
- power
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 150
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 46
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002964 excitative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
[0001] Настоящее раскрытие относится к преобразователю мощности, включающему в себя блок преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника питания переменного тока, и блок компенсации тока, который подает компенсирующий ток источнику питания переменного тока, и к системе теплового насоса, включающей в себя преобразователь мощности.[0001] The present disclosure relates to a power converter including a power conversion unit that performs power conversion for three-phase alternating current output from an AC power supply, and a current compensation unit that supplies compensating current to the AC power supply, and to a system heat pump, including a power converter.
Уровень техникиState of the art
[0002] Патентный документ 1 раскрывает преобразователь мощности, включающий в себя блок преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника питания переменного тока, и блок компенсации тока, который подает компенсирующий ток источнику питания переменного тока. В этом преобразователе мощности блок компенсации тока включает в себя инвертор блока компенсации тока, включающий в себя множество переключающих элементов, конденсатор блока компенсации тока, подключенный между узлами на стороне постоянного тока инвертора блока компенсации тока, дроссель блока компенсации тока, подключенный между стороной переменного тока инвертора блока компенсации тока и источником питания переменного тока, контроллер компенсации, который получает командное значение выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе источника питания, подаваемом к преобразователю мощности от источника питания переменного тока, уменьшается посредством компенсирующего тока, и генератор возбуждающего сигнала, который формирует возбуждающий сигнал для возбуждения множества переключающих элементов способом трехфазной модуляции на основе командного значения выходного напряжения.[0002] Patent Document 1 discloses a power converter including a power conversion unit that performs power conversion for three-phase alternating current output from an AC power supply, and a current compensation unit that supplies compensating current to the AC power supply. In this power converter, the current compensation unit includes a current compensation unit inverter including a plurality of switching elements, a current compensation unit capacitor connected between nodes on the DC side of the current compensation unit inverter, a current compensation unit inductor connected between the AC side of the inverter a current compensation unit and an AC power supply, a compensation controller that receives a command value of the output voltage so that a harmonic component contained in the power supply current supplied to the power converter from the AC power supply is reduced by the compensation current, and a driving signal generator, which generates a driving signal for driving a plurality of switching elements in a three-phase modulation manner based on a command value of the output voltage.
Список ссылокList of links
Патентный документPatent document
[0003] Патентный документ[0003] Patent document
1: Японская не прошедшая экспертизу патентная публикация №2015-928131: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-92813
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Техническая проблемаTechnical problem
[0004] Такой преобразователь мощности, включающий в себя блок компенсации тока, как в патентном документе 1, не может добиваться существенных компенсаций гармонической составляющей в токе нагрузки в некоторых случаях, если период несущей инвертора блока компенсации тока включает в себя длительное нерабочее время («мертвое время»).[0004] Such a power converter including a current compensation unit as in Patent Document 1 cannot achieve significant compensation of the harmonic component in the load current in some cases if the carrier period of the inverter current compensation unit includes a long non-operating time ("dead time"). time").
[0005] Задачей настоящего раскрытия является более эффективная компенсация гармонической составляющей, содержащейся в токе нагрузки в преобразователе мощности, включающем в себя блок компенсации тока.[0005] An object of the present disclosure is to more effectively compensate for the harmonic component contained in a load current in a power converter including a current compensation unit.
Решение проблемыSolution
[0006] Первый аспект настоящего раскрытия направлен на преобразователь мощности, включающий в себя блок (10) преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока; и блок (20) компенсации тока, который подает компенсирующий ток (Ia(uvw)) источнику (2) питания переменного тока, причем блок (20) компенсации тока включает в себя: инвертор (21) блока компенсации тока, включающий в себя множество переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), конденсатор (22) блока компенсации тока, подключенный между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока; дроссель (23) блока компенсации тока, подключенный между стороной переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и источником (2) питания переменного тока; контроллер (26) компенсации, который получает командное значение (Vid, Viq) выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, подаваемом к преобразователю (100) мощности от источника (2) питания переменного тока, уменьшается посредством компенсирующего тока (Ia(uvw)); и генератор (27) возбуждающего сигнала, который формирует, на основе командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения, возбуждающий сигал (Sd) для возбуждения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) способом трехфазной модуляции, инвертор (21) блока компенсации тока подает, посредством операции переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), компенсирующий ток (Ia(uvw)) к источнику (2) питания переменного тока через дроссель (23) блока компенсации тока, и Выражение (1) ниже удовлетворяется:[0006] The first aspect of the present disclosure is directed to a power converter including a power conversion unit (10) that performs power conversion for three-phase alternating current output from an alternating current power source (2); and a current compensation unit (20) that supplies a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2), wherein the current compensation unit (20) includes: a current compensation unit inverter (21), including a plurality of switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a capacitor (22) of the current compensation unit, connected between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the inverter (21) of the current compensation unit; a current compensation unit inductor (23) connected between the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the AC power supply (2); compensation controller (26) which receives the command value (Vid, Viq) of the output voltage so that the harmonic component contained in the power supply current (Is(uvw)) supplied to the power converter (100) from the AC power source (2) , is reduced by compensating current (Ia(uvw)); and an exciting signal generator (27) that generates, based on the command value (Vid, Viq) of the output voltage, an exciting signal (Sd) for exciting the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) by three-phase modulation, the inverter (21) of the current compensation unit supplies, through the switching operation of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2) through the inductor (23) of the compensation unit current, and Expression (1) below is satisfied:
[0007] [0007]
где fsw (кГц) представляет несущую частоту, применяемую для формирования возбуждающего сигнала (Sd), Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, а Td (мкс) представляет нерабочее время (мертвое время) для возбуждающего сигнала (Sd).where fsw (kHz) represents the carrier frequency used to generate the driving signal (Sd), Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), and Td (μs) represents the non-operating time (dead time) for the driving signal (Sd ).
В первом аспекте, по сравнению со случаем, когда Выражение (1) не удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным Международной электротехнической комиссией (IEC).In the first aspect, compared with the case where Expression (1) is not satisfied, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by the International Electrotechnical Commission (IEC).
[0008] Второй аспект настоящего раскрытия направлен на преобразователь мощности, включающий в себя блок (10) преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока; и блок (20) компенсации тока, который подает компенсирующий ток (Ia(uvw)) источнику (2) питания переменного тока, причем блок (20) компенсации тока включает в себя: инвертор (21) блока компенсации тока, включающий в себя множество переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); конденсатор (22) блока компенсации тока, подключенный между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока; дроссель (23) блока компенсации тока, подключенный между стороной переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и источником (2) питания переменного тока; контроллер (26) компенсации, который получает командное значение (Vid, Viq) выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, подаваемого к преобразователю (100) мощности от источника (2) питания переменного тока, уменьшается посредством компенсирующего тока (Ia(uvw)); и генератор (27) возбуждающего сигнала, который формирует, на основе командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения, возбуждающий сигал (Sd) для возбуждения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) способом двухфазной модуляции, инвертор (21) блока компенсации тока подает, посредством операции переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), компенсирующий ток (Ia(uvw)) к источнику (2) питания переменного тока через дроссель (23) блока компенсации тока, и Выражение (2) ниже удовлетворяется:[0008] The second aspect of the present disclosure is directed to a power converter including a power conversion unit (10) that performs power conversion for three-phase alternating current output from an alternating current power source (2); and a current compensation unit (20) that supplies a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2), wherein the current compensation unit (20) includes: a current compensation unit inverter (21), including a plurality of switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); a current compensation unit capacitor (22) connected between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21); a current compensation unit inductor (23) connected between the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the AC power supply (2); compensation controller (26) which receives the command value (Vid, Viq) of the output voltage so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply supplied to the power converter (100) from the AC power source (2) , is reduced by compensating current (Ia(uvw)); and an exciting signal generator (27) that generates, based on the command value (Vid, Viq) of the output voltage, an exciting signal (Sd) for exciting the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) by a two-phase modulation method, an inverter (21) of the current compensation unit supplies, through the switching operation of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2) through the inductor (23) of the compensation unit current, and Expression (2) below is satisfied:
[0009] [0009]
где fsw (кГц) представляет несущую частоту, применяемую для формирования возбуждающего сигнала (Sd), Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, а Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd).where fsw (kHz) represents the carrier frequency used to generate the driving signal (Sd), Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), and Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd).
Во втором аспекте, по сравнению со случаем, когда Выражение (2) не удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным IEC.In the second aspect, compared with the case where Expression (2) is not satisfied, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by IEC.
[0010] Поскольку способ двухфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd), нерабочее время может быть задано более продолжительным по сравнению со случаем, когда применяется способ трехфазной модуляции.[0010] Since the two-phase modulation method is used to generate the drive signal (Sd), the non-operating time can be set to be longer compared with the case when the three-phase modulation method is used.
[0011] Третий аспект настоящего раскрытия направлен на преобразователь мощности, включающий в себя блок (10) преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока; и блок (20) компенсации тока, который подает компенсирующий ток (Ia(uvw)) источнику (2) питания переменного тока, блок (20) компенсации тока включает в себя: инвертор (21) блока компенсации тока, включающий в себя множество переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); конденсатор (22) блока компенсации тока, подключенный между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока; дроссель (23) блока компенсации тока, подключенный между стороной переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и источником (2) питания переменного тока; контроллер (26) компенсации, который получает командное значение (Vid, Viq) выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, подаваемого к преобразователю (100) мощности от источника (2) питания переменного тока, уменьшается посредством компенсирующего тока (Ia(uvw)); и генератор (27) возбуждающего сигнала, который формирует, на основе командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения, возбуждающий сигал (Sd) для возбуждения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) способом трехфазной модуляции, инвертор (21) блока компенсации тока подает, посредством операции переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), компенсирующий ток (Ia(uvw)) к источнику (2) питания переменного тока через дроссель (23) блока компенсации тока, и Выражения (3) и (4) ниже удовлетворяются:[0011] The third aspect of the present disclosure is directed to a power converter including a power conversion unit (10) that performs power conversion for three-phase alternating current output from an alternating current power source (2); and a current compensation unit (20) that supplies a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2), the current compensation unit (20) includes: a current compensation unit inverter (21) including a plurality of switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); a current compensation unit capacitor (22) connected between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21); a current compensation unit inductor (23) connected between the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the AC power supply (2); compensation controller (26) which receives the command value (Vid, Viq) of the output voltage so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply supplied to the power converter (100) from the AC power source (2) , is reduced by compensating current (Ia(uvw)); and an exciting signal generator (27) that generates, based on the command value (Vid, Viq) of the output voltage, an exciting signal (Sd) for exciting the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) by three-phase modulation, the inverter (21) of the current compensation unit supplies, through the switching operation of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2) through the inductor (23) of the compensation unit current, and Expressions (3) and (4) below are satisfied:
[0012] [0012]
где fsw (кГц) представляет несущую частоту, применяемую для формирования возбуждающего сигнала (Sd), Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd), и Lac (мГн) представляет индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дросселе (23) блока компенсации тока, равен 0 А.where fsw (kHz) represents the carrier frequency used to generate the driving signal (Sd), Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd), and Lac ( mH) represents the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing in the current compensation unit inductor (23) is 0 A.
В третьем аспекте, по сравнению со случаем, когда, по меньшей мере, одно из Выражения (3) или (4) не удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным IEC.In the third aspect, compared with the case where at least one of Expression (3) or (4) is not satisfied, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by IEC.
[0013] Четвертый аспект настоящего раскрытия направлен на преобразователь мощности, включающий в себя блок (10) преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока; и блок (20) компенсации тока, который подает компенсирующий ток (Ia(uvw)) источнику (2) питания переменного тока, причем блок (20) компенсации тока включает в себя: инвертор (21) блока компенсации тока, включающий в себя множество переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); конденсатор (22) блока компенсации тока, подключенный между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока; дроссель (23) блока компенсации тока, подключенный между стороной переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и источником (2) питания переменного тока; контроллер (26) компенсации, который получает командное значение (Vid, Viq) выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, подаваемого к преобразователю (100) мощности от источника (2) питания переменного тока, уменьшается посредством компенсирующего тока (Ia(uvw)); и генератор (27) возбуждающего сигнала, который формирует, на основе командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения, возбуждающий сигал (Sd) для возбуждения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) способом двухфазной модуляции, инвертор (21) блока компенсации тока подает, посредством операции переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), компенсирующий ток (Ia(uvw)) к источнику (2) питания переменного тока через дроссель (23) блока компенсации тока, и Выражения (5) и (6) ниже удовлетворяются:[0013] The fourth aspect of the present disclosure is directed to a power converter including a power conversion unit (10) that performs power conversion for three-phase alternating current output from an alternating current power source (2); and a current compensation unit (20) that supplies a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2), wherein the current compensation unit (20) includes: a current compensation unit inverter (21), including a plurality of switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2); a current compensation unit capacitor (22) connected between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21); a current compensation unit inductor (23) connected between the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the AC power supply (2); compensation controller (26) which receives the command value (Vid, Viq) of the output voltage so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply supplied to the power converter (100) from the AC power source (2) , is reduced by compensating current (Ia(uvw)); and an exciting signal generator (27) that generates, based on the command value (Vid, Viq) of the output voltage, an exciting signal (Sd) for exciting the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) by a two-phase modulation method, an inverter (21) of the current compensation unit supplies, through the switching operation of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a compensating current (Ia(uvw)) to the AC power source (2) through the inductor (23) of the compensation unit current, and Expressions (5) and (6) below are satisfied:
[0014] [0014]
где fsw (кГц) представляет несущую частоту, применяемую для формирования возбуждающего сигнала (Sd), Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd), и Lac (мГн) представляет индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дросселе (23) блока компенсации тока, равен 0 А.where fsw (kHz) represents the carrier frequency used to generate the driving signal (Sd), Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd), and Lac ( mH) represents the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing in the current compensation unit inductor (23) is 0 A.
В четвертом аспекте, по сравнению со случаем, когда, по меньшей мере, одно из Выражения (5) или (6) не удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным IEC.In the fourth aspect, compared with the case where at least one of Expression (5) or (6) is not satisfied, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by IEC.
[0015] Поскольку способ двухфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd), нерабочее время может быть задано более продолжительным по сравнению со случаем, когда применяется способ трехфазной модуляции.[0015] Since the two-phase modulation method is used to generate the drive signal (Sd), the non-operating time can be set to be longer compared with the case when the three-phase modulation method is used.
[0016] Пятый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления третьего или четвертого аспекта. В пятом аспекте, соотношение индуктивности дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дросселе (23) блока компенсации тока, является пиковым током, к индуктивности дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дросселе (23) блока компенсации тока равен 0 А, устанавливается равным 1/3 или более.[0016] The fifth aspect of the present disclosure is an embodiment of the third or fourth aspect. In the fifth aspect, the ratio of the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing in the current compensation unit inductor (23) is a peak current to the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing in the inductor (23) current compensation unit is 0 A, set to 1/3 or more.
[0017] В пятом аспекте гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена, и компенсирующий ток (Ia(uvw)) может устойчиво регулироваться по сравнению со случаем, когда соотношение задается в меньшее чем 1/3.[0017] In the fifth aspect, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced, and the compensation current (Ia(uvw)) can be stably adjusted compared with the case where the ratio is set to less than 1/3.
[0018] Шестой аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления какого-либо одного из первого-пятого аспектов. В шестом аспекте преобразователь мощности включает в себя: фильтр (24), вставленный между источником (2) питания переменного тока, и дросселем (23) блока компенсации тока, фильтр (24) включает в себя дроссель (24а) фильтра с меньшей индуктивностью по сравнению с индуктивностью дросселя (23) блока компенсации тока и конденсатор (24b) фильтра и имеет резонансную частоту 4 кГц или выше.[0018] The sixth aspect of the present disclosure is an embodiment of any one of the first through fifth aspects. In the sixth aspect, the power converter includes: a filter (24) inserted between the AC power supply (2) and a current compensation unit inductor (23), the filter (24) includes a filter inductor (24a) with a lower inductance than with the inductance of the current compensation unit inductor (23) and the filter capacitor (24b) and has a resonant frequency of 4 kHz or higher.
[0019] В шестом аспекте, влияние резонанса фильтра (24) на компенсирующий ток (Ia(uvw)) может быть уменьшено при частоте ниже 4 кГц. Таким образом, в случае, когда частота трехфазного переменного тока равна 50 Гц или 60 Гц, гармонические составляющие вплоть до 40-ой в токе (Is(uvw)) источника питания могут быть надежно уменьшены, и компенсирующий ток (Ia(uvw)) может устойчиво регулироваться.[0019] In the sixth aspect, the influence of the resonance of the filter (24) on the compensation current (Ia(uvw)) can be reduced at a frequency below 4 kHz. Thus, in the case where the frequency of the three-phase alternating current is 50 Hz or 60 Hz, harmonic components up to 40th in the power supply current (Is(uvw)) can be reliably reduced, and the compensating current (Ia(uvw)) can steadily regulated.
[0020] Седьмой аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления второго или четвертого аспекта. В седьмом аспекте генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) на основе командного сигнала (Vid, Viq) выходного напряжения, так что процентное отношение амплитуды напряжения сети на стороне переменного тока относительно напряжения (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока равно 70% или более.[0020] The seventh aspect of the present disclosure is an embodiment of the second or fourth aspect. In the seventh aspect, the driving signal generator (27) generates a driving signal (Sd) based on the output voltage command signal (Vid, Viq), so that the amplitude percentage of the AC side mains voltage relative to the DC voltage (Vdc) between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the inverter (21) of the current compensation unit is 70% or more.
[0021] В седьмом аспекте, по сравнению со случаем, когда процентное отношение меньше 70%, быстрое изменение в продолжительности включения переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока при переключении фазы цели модуляции может быть более сдержано, и, следовательно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0021] In the seventh aspect, compared with the case where the percentage is less than 70%, the rapid change in the on duration of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) of the inverter (21) of the current compensation unit when switching the target phase modulation can be more restrained, and therefore the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0022] Восьмой аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления второго или четвертого аспекта. В восьмом аспекте контроллер (26) компенсации включает в себя блок (29) вычисления командного значения напряжения, который вычисляет командное значение (Vid, Viq) выходного напряжения на основе напряжения (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока и на основе командного значения (Vdc*) напряжения постоянного тока, и блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока, который вычисляет командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока на основе командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения, так что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока или основной частотной составляющей напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока.[0022] The eighth aspect of the present disclosure is an embodiment of the second or fourth aspect. In the eighth aspect, the compensation controller (26) includes a voltage command value calculating unit (29) that calculates an output voltage command value (Vid, Viq) based on the DC voltage (Vdc) between the DC side nodes (21a, 21b) inverter (21) of a current compensation unit and based on the command value (Vdc*) of the DC voltage, and a unit (28) for calculating the command value of the DC voltage, which calculates the command value (Vdc*) of the DC voltage based on the command value (Vid, Viq) of the output voltage, so that the command value (Vdc*) of the DC voltage is equal to or less than twice the average mains voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit or the fundamental frequency component of the mains voltage on the AC side of the inverter (21) of the compensation unit current.
[0023] В восьмом аспекте, по сравнению со случаем, когда командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока выше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока или основной частотной составляющей напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока, быстрое изменение в продолжительности включения переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока при переключении фазы цели модуляции может быть более сдержано, и, следовательно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0023] In the eighth aspect, compared with the case where the command value (Vdc*) of the DC voltage is higher than twice the average line voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit or the fundamental frequency component of the line voltage on the AC side of the inverter ( 21) current compensation unit, the rapid change in the switching duration of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) of the inverter (21) current compensation unit when switching the phase of the modulation target can be more restrained, and therefore the harmonic component, contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0024] Девятый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления какого-либо одного из первого-восьмого аспектов. В девятом аспекте блок (10) преобразования мощности включает в себя: схему (11) выпрямителя, которая выпрямляет трехфазный переменный ток в постоянный ток, инвертор (12) блока преобразования мощности, который преобразует постоянный ток в переменный ток, конденсатор (14) блока преобразования мощности, подключенный между узлами (12а, 12b) на стороне постоянного тока инвертора (12) блока преобразования мощности и выполненный с возможностью предоставлять возможность колебания в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя, и дроссель (13) блока преобразования мощности, подключенный между источником (2) питания переменного тока и одним концом конденсатора (14) блока преобразования мощности.[0024] The ninth aspect of the present disclosure is an embodiment of any one of the first through eighth aspects. In the ninth aspect, the power conversion unit (10) includes: a rectifier circuit (11) that rectifies three-phase alternating current into direct current, a power conversion unit inverter (12) that converts direct current into alternating current, a conversion unit capacitor (14). power connected between the nodes (12a, 12b) on the DC side of the inverter (12) of the power conversion unit and configured to allow fluctuations in the output voltage of the rectifier circuit (11), and the inductor (13) of the power conversion unit connected between the source ( 2) AC power and one end of the capacitor (14) of the power conversion unit.
[0025] В девятом аспекте конденсатор (14) блока преобразования мощности и дроссель (13) блока преобразования мощности формируют фильтр (LC1). Таким образом, устанавливая емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности правильно, колебание в токе, протекающем между инвертором (12) блока преобразования мощности и источником (2) питания переменного тока, согласно частоте несущей волны инвертора (12) блока преобразования мощности вследствие операции переключения инвертора (12) блока преобразования мощности может быть пресечено.[0025] In a ninth aspect, the power conversion unit capacitor (14) and the power conversion unit inductor (13) form a filter (LC1). Thus, by setting the capacitance of the power conversion unit capacitor (14) correctly, the fluctuation in the current flowing between the power conversion unit inverter (12) and the AC power source (2) according to the carrier wave frequency of the power conversion unit inverter (12) due to the switching operation the inverter (12) of the power conversion unit can be stopped.
[0026] Кроме того, конденсатор (14) блока преобразования мощности предоставляет возможность колебания выходного напряжения схемы (11) выпрямителя, так что колебание компенсирующего тока (Ia(uvw)) может быть пресечено, и гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0026] In addition, the capacitor (14) of the power conversion unit allows the output voltage of the rectifier circuit (11) to fluctuate, so that the fluctuation of the compensating current (Ia(uvw)) can be suppressed, and the harmonic component contained in the current (Is(uvw) )) power supply can be more reliably reduced.
[0027] Десятый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления девятого аспекта. В десятом аспекте емкость конденсатора (22) блока компенсации тока больше емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности.[0027] The tenth aspect of the present disclosure is an embodiment of the ninth aspect. In the tenth aspect, the capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit is greater than the capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit.
[0028] В десятом аспекте емкость конденсатора (22) блока компенсации тока может быть задана достаточно большой, чтобы пресекать пульсацию напряжения (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока по сравнению с пульсацией напряжения постоянного тока между узлами (12а, 12b) на стороне постоянного тока инвертора (12) блока преобразования мощности. Таким образом, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0028] In the tenth aspect, the capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit can be set large enough to suppress the ripple of the DC voltage (Vdc) between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the inverter (21) of the current compensation unit compared to DC voltage ripple between nodes (12a, 12b) on the DC side of the inverter (12) of the power conversion unit. In this way, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0029] Одиннадцатый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления какого-либо одного из первого-десятого аспектов. В одиннадцатом аспекте инвертор (21) блока компенсации тока включает в себя в качестве переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) шесть униполярных транзисторов, формирующих три ветви, и генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, чтобы вынуждать инвертор (21) блока компенсации тока выполнять операцию синхронного выпрямления.[0029] The eleventh aspect of the present disclosure is an embodiment of any one of the first through tenth aspects. In the eleventh aspect, the inverter (21) of the current compensation unit includes six unipolar transistors forming three branches as switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), and the driving signal generator (27) generates the driving signal (Sd ) so as to force the inverter (21) of the current compensation unit to perform a synchronous rectification operation.
[0030] В одиннадцатом аспекте напряжение, формируемое, когда переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) включены, может быть ниже напряжения в случае, когда биполярные транзисторы используются в качестве переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2). Таким образом, погрешность, вызванная в выходном напряжении (Va(uvw)), выводимом от инвертора (21) блока компенсации тока, относительно командного значения (Vid, Viq) выходного напряжения вследствие такого напряжения, может быть пресечена. Соответственно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0030] In the eleventh aspect, the voltage generated when the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) are turned on may be lower than the voltage in the case where bipolar transistors are used as the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2). Thus, an error caused in the output voltage (Va(uvw)) output from the current compensation unit inverter (21) relative to the output voltage command value (Vid, Viq) due to such voltage can be suppressed. Accordingly, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0031] Двенадцатый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления одиннадцатого аспекта. В двенадцатом аспекте переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) являются элементами, изготовленными из полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной в качестве основного материала, и сопротивление во включенном состоянии каждого переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) равно 100 мОм или менее.[0031] The twelfth aspect of the present disclosure is an embodiment of the eleventh aspect. In the twelfth aspect, the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) are elements made of wide bandgap semiconductor material as the main material, and the on-state resistance of each switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2 , St1, St2) is 100 mOhm or less.
[0032] В двенадцатом аспекте скорость переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) может быть увеличена, и, следовательно, нерабочее время может быть легко сокращено. Соответственно, легко уменьшать гармоническую составляющую, содержащуюся в токе (Is(uvw)) источника питания.[0032] In the twelfth aspect, the switching speed of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) can be increased, and therefore the non-operating time can be easily reduced. Accordingly, it is easy to reduce the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply.
[0033] Тринадцатый аспект настоящего раскрытия является вариантом осуществления какого-либо одного из первого-двенадцатого аспектов. В тринадцатом аспекте несущая частота равна 100 кГц или менее.[0033] The thirteenth aspect of the present disclosure is an embodiment of any one of the first through twelfth aspects. In the thirteenth aspect, the carrier frequency is 100 kHz or less.
[0034] В тринадцатом аспекте нерабочее время может поддерживаться более продолжительным по сравнению с нерабочим временем в случае, когда несущая частота задается выше 100 кГц.[0034] In the thirteenth aspect, the non-operating time can be kept longer than the non-operating time in the case where the carrier frequency is set above 100 kHz.
[0035] Четырнадцатый аспект настоящего раскрытия направлен на систему теплового насоса, включающую в себя преобразователь мощности по какому-либо одному из первого-тринадцатого аспектов, блок (10) преобразования мощности, принимающий ввод трехфазного переменного тока через три токопроводящих провода (601, 602, 603), и система (1) теплового насоса дополнительно включает в себя источник (300, 400) формирования гармонического колебания, который формирует гармоническое колебание в токе по меньшей мере в одном (601, 602) из трех токопроводящих проводов (601, 602, 603).[0035] The fourteenth aspect of the present disclosure is directed to a heat pump system including a power converter according to any one of the first to thirteenth aspects, a power conversion unit (10) receiving a three-phase alternating current input through three conductors (601, 602, 603), and the heat pump system (1) further includes a harmonic oscillation generating source (300, 400) that generates a harmonic oscillation in the current in at least one (601, 602) of the three conductive wires (601, 602, 603 ).
[0036] В четырнадцатом аспекте, в системе (1) теплового насоса, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным IEC. Краткое описание чертежей[0036] In the fourteenth aspect, in the heat pump system (1), the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by IEC. Brief description of drawings
[0037] Фиг. 1 является блок-схемой, показывающей конфигурацию системы кондиционирования воздуха.[0037] FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an air conditioning system.
Фиг. 2 является блок-схемой, показывающей конфигурацию преобразователя мощности согласно первому варианту осуществления настоящего раскрытия.Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of a power converter according to the first embodiment of the present disclosure.
Фиг. 3 является принципиальной схемой инвертора блока компенсации тока.Fig. 3 is a circuit diagram of the inverter current compensation unit.
Фиг. 4 является графиком, показывающим соотношение между нерабочим временем для возбуждающего сигнала и отношением величины гармонической составляющей, испускаемой в эксперименте, к верхнему пределу эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, когда применяется способ трехфазной модуляции.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the non-operating time for the driving signal and the ratio of the magnitude of the harmonic component emitted in the experiment to the upper limit of harmonic current emissions that is defined in IEC61000-3-2 when the three-phase modulation method is applied.
Фиг. 5 является графиком, показывающим соотношение между максимальной входной мощностью блока преобразования мощности и отношением величины гармонической составляющей, испускаемой в эксперименте, к верхнему пределу эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, когда применяется способ трехфазной модуляции, и применяется способ двухфазной модуляции.Fig. 5 is a graph showing the relationship between the maximum input power of the power conversion unit and the ratio of the magnitude of the harmonic component emitted in the experiment to the upper limit of harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, when the three-phase modulation method is applied, and the two-phase modulation method is applied. .
Фиг. 6 является таблицей, показывающей, для множества типов вторых несущих частот, нерабочее время, с которым величина гармонической составляющей в токе источника питания достигает верхнего предела для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, когда применяется способ трехфазной модуляции или способ двухфазной модуляции.Fig. 6 is a table showing, for a variety of types of second carrier frequencies, the non-operating time with which the magnitude of the harmonic component in the power supply current reaches the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, when a three-phase modulation method or a two-phase modulation method is applied. modulation.
Фиг. 7 является графиком, соответствующим таблице на фиг. 6.Fig. 7 is a graph corresponding to the table in FIG. 6.
Фиг. 8 является графиком, показывающим график верхнего предела для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, и значений тока гармонической составляющей, содержащейся в токе источника питания, относительно порядков в случае, когда вторая несущая частота равна 32 кГц, максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс и 1,0 мкс, когда применяется способ трехфазной модуляции.Fig. 8 is a graph showing a graph of the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, and the values of the harmonic component current contained in the power supply current, with respect to orders of magnitude in the case where the second carrier frequency is 32 kHz, the maximum input power The power conversion unit is 10 kW, and the non-operating time is 0.5 μs and 1.0 μs when the three-phase modulation method is applied.
Фиг.9А является временной диаграммой тока источника питания, компенсирующего тока и тока нагрузки в случае, когда нерабочее время возбуждающего сигнала равно 0,5 мкс, вторая несущая частота равна 16 кГц, максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и индуктивность дросселя блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дросселе блока компенсации тока, равна 1,0 мГн.Fig. 9A is a timing diagram of the power supply current, compensation current and load current in the case where the non-operating time of the driving signal is 0.5 μs, the second carrier frequency is 16 kHz, the maximum input power of the power conversion unit is 10 kW, and the inductance of the unit inductor is current compensation with a current of 0 A flowing in the choke of the current compensation unit is 1.0 mH.
Фиг. 9В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и индуктивность дросселя блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дросселе блока компенсации тока, равна 2,2 мГн.Fig. 9B is a timing chart corresponding to FIG. 9A, illustrating the case where the maximum input power of the power conversion unit is 10 kW, and the inductance of the current compensation unit inductor with a current of 0 A flowing in the current compensation unit inductor is 2.2 mH.
Фиг. 9С является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 5 кВт, и индуктивность дросселя блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дросселе блока компенсации тока, равна 1,0 мГн.Fig. 9C is a timing diagram corresponding to FIG. 9A, illustrating the case where the maximum input power of the power conversion unit is 5 kW, and the inductance of the current compensation unit inductor with a current of 0 A flowing in the current compensation unit inductor is 1.0 mH.
Фиг. 9D является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 5 кВт, и индуктивность дросселя блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дросселе блока компенсации тока, равна 2,2 мГн.Fig. 9D is a timing chart corresponding to FIG. 9A, illustrating the case where the maximum input power of the power conversion unit is 5 kW, and the inductance of the current compensation unit inductor with a current of 0 A flowing in the current compensation unit inductor is 2.2 mH.
Фиг. 10 является принципиальной схемой, показывающей эквивалентную схему блока компенсации тока.Fig. 10 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a current compensation unit.
Фиг. 11 является блок-схемой, показывающей систему регулирования тока, включенную в блок компенсации тока.Fig. 11 is a block diagram showing a current control system included in a current compensation unit.
Фиг. 12А показывает диаграмму усиления передаточных функций Gp, Gc и их суммы.Fig. 12A shows a gain diagram of the transfer functions Gp, Gc and their sum.
Фиг. 12В показывает фазовую диаграмму передаточных функций Gp, Gc и их суммы.Fig. 12B shows a phase diagram of the transfer functions Gp, Gc and their sum.
Фиг. 13А является графиком, показывающим характеристики наложения постоянного тока дросселя блока компенсации тока в случае, когда отношение индуктивности пикового тока к индуктивности нулевого тока меньше 1/3.Fig. 13A is a graph showing the DC stacking characteristics of the inductor of the current compensation unit in the case where the ratio of the peak current inductance to the zero current inductance is less than 1/3.
Фиг. 13В является графиком, соответствующим фиг. 13А, иллюстрирующим случай, когда отношение индуктивности пикового тока к индуктивности нулевого тока равно 1/3 или более.Fig. 13B is a graph corresponding to FIG. 13A, illustrating a case where the ratio of the peak current inductance to the zero current inductance is 1/3 or more.
Фиг. 14А является временной диаграммой примеров тока источника питания, тока нагрузки и компенсирующего тока в случае, когда максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и значение емкости конденсатора блока преобразования мощности задано так, что колебание в выходном напряжении схемы выпрямителя поглощается с помощью емкости.Fig. 14A is a timing chart of examples of power supply current, load current and compensation current in the case where the maximum input power of the power conversion unit is 10 kW, and the capacitance value of the power conversion unit is set such that fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit is absorbed by the capacitance.
Фиг. 14В является временной диаграммой, соответствующей на фиг. 14А, иллюстрирующей случай, когда значение емкости конденсатора блока преобразования мощности задается так, что колебание в выходном напряжении схемы выпрямителя допускается.Fig. 14B is a timing diagram corresponding to FIG. 14A, illustrating a case where the capacitance value of the power conversion unit capacitor is set such that fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit is allowed.
Фиг. 15А является временной диаграммой, показывающей, в качестве примера, ток источника питания, компенсирующий ток и напряжение постоянного тока в случае, когда емкость конденсатора блока компенсации тока равна 195 мкФ, и емкость конденсатора блока преобразования мощности равна 30 мкФ.Fig. 15A is a timing diagram showing, as an example, the power supply current, compensation current and DC voltage in the case where the capacitance of the current compensation unit capacitance is 195 μF, and the capacitance of the power conversion unit is 30 μF.
Фиг. 15В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 15А, иллюстрирующей случай, когда емкость конденсатора блока компенсации тока равна 15 мкФ, и емкость конденсатора блока преобразования мощности равна 30 мкФ.Fig. 15B is a timing chart corresponding to FIG. 15A, illustrating the case where the capacitance of the current compensating unit is 15 μF, and the capacitance of the power conversion unit is 30 μF.
Фиг. 16 является графиком, показывающим соотношение между напряжением проведения тока и током, протекающим в диоде обратной цепи в случае, когда диод Si-PiN предусматривается в качестве диода обратной цепи встречно-параллельно переключающему элементу, или ток, протекающий в противоположном направлении в переключающем элементе в случае, когда переключающий элемент является МОП-транзистором (MOSFET).Fig. 16 is a graph showing the relationship between the conducting voltage and the current flowing in the return diode in the case where a Si-PiN diode is provided as the return diode in counter-parallel to the switching element, or the current flowing in the opposite direction in the switching element in the case of , when the switching element is a MOSFET.
Фиг. 17 является графиком, соответствующим фиг. 4, иллюстрирующим случай, когда применяется способ двухфазной модуляции.Fig. 17 is a graph corresponding to FIG. 4, illustrating a case where a two-phase modulation method is used.
Фиг. 18 является графиком, показывающим график верхнего предела для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, и значений тока гармонической составляющей, содержащейся в токе источника питания, относительно порядков в случае, когда вторая несущая частота равна 48 кГц, максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс и 1,0 мкс, когда применяется способ двухфазной модуляции.Fig. 18 is a graph showing a graph of the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, and the values of the harmonic component current contained in the power supply current, with respect to orders of magnitude in the case where the second carrier frequency is 48 kHz, the maximum input power The power conversion unit is 10 kW, and the non-operating time is 0.5 μs and 1.0 μs when the two-phase modulation method is applied.
Фиг. 19А является временной диаграммой, показывающей напряжение постоянного тока, ток источника питания, ток нагрузки и компенсирующий ток в случае, когда вторая несущая частота равна 48 кГц, максимальная входная мощность блока преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс.Fig. 19A is a timing chart showing the DC voltage, power supply current, load current and compensation current in the case where the second carrier frequency is 48 kHz, the maximum input power of the power conversion unit is 10 kW, and the non-operating time is 0.5 μs.
Фиг. 19В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 19А, иллюстрирующей случай, когда нерабочее время равно 1,0 мкс.Fig. 19B is a timing diagram corresponding to FIG. 19A, illustrating the case where the non-operating time is 1.0 μs.
Фиг. 20 является блок-схемой, показывающей конфигурацию генератора возбуждающего сигнала согласно второму варианту осуществления.Fig. 20 is a block diagram showing the configuration of a driving signal generator according to the second embodiment.
Фиг. 21А является графиком, показывающим соотношение между продолжительностями включения и фазами трех переключающих элементов верхнего плеча инвертора блока компенсации тока в случае, когда коэффициент модуляции равен 40%.Fig. 21A is a graph showing the relationship between on-times and phases of three switching elements of the upper arm of the inverter of the current compensation unit in the case where the modulation ratio is 40%.
Фиг. 21В является графиком, соответствующим фиг. 21А, иллюстрирующим случай, когда коэффициент модуляции равен 70%.Fig. 21B is a graph corresponding to FIG. 21A illustrating the case where the modulation ratio is 70%.
Фиг. 22 является схемой, соответствующей фиг. 2, иллюстрирующей третий вариант осуществления.Fig. 22 is a diagram corresponding to FIG. 2 illustrating the third embodiment.
Описание вариантов осуществленияDescription of Embodiments
[0038] Далее в данном документе, варианты осуществления настоящего раскрытия будут описаны со ссылкой на чертежи. Следующие варианты осуществления являются просто примерными вариантами осуществления по природе и не предназначаются, чтобы ограничивать рамки, применение или использование настоящего изобретения.[0038] Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely exemplary embodiments in nature and are not intended to limit the scope, application or use of the present invention.
[0039] "Первый вариант осуществления"[0039] "First Embodiment"
Фиг. 1 показывает систему (1) кондиционирования воздуха в качестве системы теплового насоса. Система (1) кондиционирования воздуха включает в себя преобразователь (100) мощности согласно первому варианту осуществления настоящего раскрытия, фильтр (200) помех, внутренний блок (300) в качестве источника формирования гармоник, наружный вентилятор (400) в качестве источника формирования гармоник и компрессор (500).Fig. 1 shows an air conditioning system (1) as a heat pump system. The air conditioning system (1) includes a power converter (100) according to the first embodiment of the present disclosure, an interference filter (200), an indoor unit (300) as a harmonic source, an outdoor fan (400) as a harmonic source, and a compressor (500).
[0040] Преобразователь (100) мощности выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока и принимаемого через фильтр (200) помех. Источник (2) питания переменного тока является трехфазным четырехпроводным источником питания переменного тока. Трехфазный переменный ток вводится в преобразователь (100) мощности через три, с первого по третий, токопроводящих провода (601, 602, 603).[0040] The power converter (100) performs power conversion for three-phase alternating current output from the alternating current power source (2) and received through the noise filter (200). The AC power supply (2) is a three-phase, four-wire AC power supply. Three-phase alternating current is introduced into the power converter (100) through three first to third conductive wires (601, 602, 603).
[0041] Внутренний блок (300) приводится в действие с помощью переменного тока, принимаемого через первый токопроводящий провод (601) и нейтральный провод (604). Внутренний блок (300) формирует гармонику в первом токопроводящем проводе (601).[0041] The indoor unit (300) is driven by alternating current received through the first conductive wire (601) and the neutral wire (604). The indoor unit (300) generates a harmonic in the first conductor (601).
[0042] Наружный вентилятор (400) приводится в действие с помощью мощности, получаемой через второй токопроводящий провод (602) и нейтральный провод (604). Наружный вентилятор (400) формирует гармонику во втором токопроводящем проводе (602).[0042] The outdoor fan (400) is driven by power received through the second conductive wire (602) and the neutral wire (604). The outdoor fan (400) generates a harmonic in the second conductor (602).
[0043] Компрессор (500) включает в себя мотор (501) (см. фиг. 2). Мотор (501) принимает переменный ток, полученный посредством преобразования мощности, выполненного преобразователем (100) мощности.[0043] The compressor (500) includes a motor (501) (see FIG. 2). The motor (501) receives alternating current obtained through power conversion performed by the power converter (100).
[0044] Как показано на фиг. 2, преобразователь (100) мощности включает в себя блок (10) преобразования мощности и блок (20) компенсации тока.[0044] As shown in FIG. 2, the power converter (100) includes a power conversion unit (10) and a current compensation unit (20).
[0045] Блок (10) преобразования мощности выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника (2) питания переменного тока и принимаемого через первый-третий токопроводящие провода (601, 602, 603). Более конкретно, блок (10) преобразования мощности включает в себя схему (11) выпрямителя, инвертор (12) блока преобразования мощности, дроссель (13) блока преобразования мощности, конденсатор (14) блока преобразования мощности и блок (15) управления преобразованием.[0045] The power conversion unit (10) performs power conversion for three-phase alternating current output from the alternating current power source (2) and received through the first to third conductors (601, 602, 603). More specifically, the power conversion unit (10) includes a rectifier circuit (11), a power conversion unit inverter (12), a power conversion unit inductor (13), a power conversion unit capacitor (14), and a conversion control unit (15).
[0046] Схема (11) выпрямителя выпрямляет трехфазный переменный ток, выводимый от источника (2) питания переменного тока, в постоянный ток и выводит постоянный ток к первому и второму выходным узлам (11а, 11b). Более конкретно, схема (11) выпрямителя является схемой двухполупериодного выпрямителя. Схема (11) выпрямителя включает в себя шесть диодов (не показаны), соединенных в конфигурации моста. Эти диоды направлены своими катодами, обращенными в сторону первого выходного узла (11а), и своими анодами, обращенными в сторону второго выходного узла (11b).[0046] The rectifier circuit (11) rectifies the three-phase alternating current output from the alternating current power supply (2) into direct current and outputs the direct current to the first and second output nodes (11a, 11b). More specifically, the rectifier circuit (11) is a full-wave rectifier circuit. The rectifier circuit (11) includes six diodes (not shown) connected in a bridge configuration. These diodes have their cathodes facing the first output node (11a) and their anodes facing the second output node (11b).
[0047] Инвертор (12) блока преобразования мощности преобразует постоянный ток, выводимый из схемы (11) выпрямителя, в переменный ток, и выводит переменный ток к мотору (501) компрессора (500). Более конкретно, инвертор (12) блока преобразования мощности включает в себя шесть переключающих элементов (не показаны) и шесть диодов обратной цепи (не показаны). Шесть переключающих элементов соединяются в конфигурации моста. Т.е., инвертор (12) блока преобразования мощности включает в себя три переключающих ветви, соединенных между первым и вторым DC-узлами (12а, 12b). Каждая переключающая ветвь включает в себя два переключающих элемента, соединенных друг с другом последовательно.[0047] The inverter (12) of the power conversion unit converts the direct current output from the rectifier circuit (11) into alternating current, and outputs the alternating current to the motor (501) of the compressor (500). More specifically, the power conversion unit inverter (12) includes six switching elements (not shown) and six flyback diodes (not shown). Six switching elements are connected in a bridge configuration. That is, the inverter (12) of the power conversion unit includes three switching branches connected between the first and second DC nodes (12a, 12b). Each switching branch includes two switching elements connected to each other in series.
[0048] Каждая из трех переключающих ветвей включает в себя переключающий элемент верхнего плеча и переключающий элемент нижнего плеча, и средняя точка между верхним и нижним переключающими элементами соединяется с соответствующей одной из обмоток фаз (т.е., обмоток u-фазы, v-фазы или w-фазы) мотора (501). Диоды обратной цепи соединяются с соответствующим одним из переключающих элементов встречно-параллельным образом.[0048] Each of the three switching branches includes an upper leg switching element and a lower leg switching element, and the midpoint between the upper and lower switching elements is connected to the corresponding one of the phase windings (i.e., u-phase windings, v-phase windings). phase or w-phase) of the motor (501). The return circuit diodes are connected to the corresponding one of the switching elements in an anti-parallel manner.
[0049] Один конец дросселя (13) блока преобразования мощности соединяется с первым выходным узлом (11а) схемы (11) выпрямителя, а другой конец дросселя (13) блока преобразования мощности соединяется с первым DC-узлом (12а) инвертора (12) блока преобразования мощности.[0049] One end of the inductor (13) of the power conversion unit is connected to the first output node (11a) of the rectifier circuit (11), and the other end of the inductor (13) of the power conversion unit is connected to the first DC node (12a) of the inverter (12) of the unit power conversion.
[0050] Конденсатор (14) блока преобразования мощности подключается между первым и вторым DC-узлами (12а, 12и) инвертора (12) блока преобразования мощности. Таким образом, дроссель (13) блока преобразования мощности подключается между источником (2) питания переменного тока и одним концом конденсатора (14) блока преобразования мощности.[0050] The power conversion unit capacitor (14) is connected between the first and second DC nodes (12a, 12i) of the power conversion unit inverter (12). Thus, the power conversion unit inductor (13) is connected between the AC power source (2) and one end of the power conversion unit capacitor (14).
[0051] Значение емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности задается таким образом, что значение емкости может успешно уменьшать пульсирующее напряжение, вызванное вследствие операции переключения инвертора (12) блока преобразования мощности, в то время как значение емкости может предоставлять возможность колебания в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя. Пульсирующее напряжение является колебанием напряжения, соответствующим частоте переключения переключающего элемента. Таким образом, напряжение DC-звена, которое является напряжением конденсатора (14) блока преобразования мощности, содержит пульсирующую составляющую, колеблющуюся согласно частоте напряжения переменного тока источника (2) питания переменного тока.[0051] The capacitance value of the capacitor (14) of the power conversion unit is set such that the capacitance value can successfully reduce the ripple voltage caused due to the switching operation of the inverter (12) of the power conversion unit, while the capacitance value can enable fluctuation in the output voltage rectifier circuits (11). The ripple voltage is a voltage fluctuation corresponding to the switching frequency of the switching element. Thus, the DC link voltage, which is the voltage of the capacitor (14) of the power conversion unit, contains a pulsating component that oscillates according to the frequency of the AC voltage of the AC power source (2).
[0052] Более конкретно, емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности задается таким образом, что колебание в напряжении конденсатора (14) блока преобразования мощности во время цикла переключения равно 1/10 или менее для среднего напряжения конденсатора (14) блока преобразования мощности. Таким образом, минимальная необходимая емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности определяется в зависимости от частоты переключения и от тока мотора, протекающего между мотором (501) и конденсатором (14) блока преобразования мощности.[0052] More specifically, the capacitance of the power conversion unit capacitor (14) is set such that the fluctuation in the voltage of the power conversion unit capacitor (14) during a switching cycle is 1/10 or less for the average voltage of the power conversion unit capacitor (14). Thus, the minimum required capacitance of the power conversion unit capacitor (14) is determined depending on the switching frequency and the motor current flowing between the motor (501) and the power conversion unit capacitor (14).
[0053] Посредством задания значения С емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности таким образом, что Выражение (I) ниже удовлетворяется, колебание в напряжении конденсатора (14) блока преобразования мощности во время цикла переключения может быть 1/10 или менее для среднего напряжения конденсатора (14) блока преобразования мощности. В Выражении (I) колебание в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя, наложенное на напряжение DC-звена, игнорируется, VAdc представляет среднее значение напряжения DC-звена, Imax представляет пиковое значение тока мотора, полученное при максимальной мощности переменного тока, и Ts представляет цикл переключения.[0053] By setting the value C of the capacitance of the power conversion unit capacitor (14) such that Expression (I) below is satisfied, the fluctuation in the voltage of the power conversion unit capacitor (14) during a switching cycle can be 1/10 or less for the average voltage capacitor (14) of the power conversion unit. In Expression (I), the fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit (11) superimposed on the DC link voltage is ignored, VAdc represents the average value of the DC link voltage, Imax represents the peak value of the motor current obtained at maximum AC power, and Ts represents switching cycle.
[0054] [0054]
Здесь, цикл переключения является продолжительностью интервалов, с которыми переключающий элемент многократно включается и выключается. В первом варианте осуществления переключающий элемент находится под PWM-управлением. Таким образом, цикл переключения соответствует периоду несущей для первой несущей волны, используемой для PWM-управления.Here, the switching cycle is the duration of the intervals at which the switching element is repeatedly turned on and off. In the first embodiment, the switching element is under PWM control. Thus, the switching cycle corresponds to the carrier period for the first carrier wave used for PWM control.
[0055] Конденсатор (14) блока преобразования мощности конфигурируется как, например, пленочный конденсатор.[0055] The capacitor (14) of the power conversion unit is configured as a film capacitor, for example.
[0056] С такой относительно небольшой емкостью конденсатор (14) блока преобразования мощности едва сглаживает выходное напряжение схемы (11) выпрямителя. В результате, пульсирующая составляющая, соответствующая частоте источника (2) питания переменного тока, остается в напряжении DC-звена. Источник (2) питания переменного тока является трехфазным источником питания. Таким образом, пульсирующая составляющая, соответствующая частоте источника (2) питания переменного тока, имеет частоту, которая в шесть раз выше частоты источника (2) питания переменного тока.[0056] With such a relatively small capacitance, the power conversion unit capacitor (14) barely smoothes the output voltage of the rectifier circuit (11). As a result, the ripple component corresponding to the frequency of the AC power source (2) remains in the DC link voltage. The AC power supply (2) is a three-phase power supply. Thus, the ripple component corresponding to the frequency of the AC power source (2) has a frequency that is six times higher than the frequency of the AC power source (2).
[0057] Компонент индуктивности между источником (2) питания переменного тока и конденсатором (14) блока преобразования мощности и конденсатор (14) блока преобразования мощности формируют фильтр (LC1) блока преобразования мощности. Компонент индуктивности включает в себя дроссель (13). Емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности задается таким образом, что фильтр (LC1) блока преобразования мощности ослабляет первую несущую частотную составляющую, содержащуюся в токе. Здесь, первая несущая частота является частотой первой несущей волны, используемой для формирования управляющего сигнала для инвертора (12) блока преобразования мощности. Эта конфигурация может уменьшать колебание в токе, протекающем между инвертором (12) блока преобразования мощности и источником (2) питания переменного тока, колебание соответствует первой несущей частоте вследствие операции переключения инвертора (12) блока преобразования мощности.[0057] The inductance component between the AC power supply (2) and the power conversion unit capacitor (14) and the power conversion unit capacitor (14) form the power conversion unit filter (LC1). The inductance component includes an inductor (13). The capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit is set such that the filter (LC1) of the power conversion unit attenuates the first carrier frequency component contained in the current. Here, the first carrier frequency is the frequency of the first carrier wave used to generate a control signal for the inverter (12) of the power conversion unit. This configuration can reduce fluctuation in the current flowing between the power conversion unit inverter (12) and the AC power supply (2), the fluctuation corresponding to the first carrier frequency due to the switching operation of the power conversion unit inverter (12).
[0058] Блок (15) управления преобразованием управляет включением/выключением каждого переключающего элемента инвертора (12) блока преобразования мощности согласно управляющему сигналу (Smd).[0058] The conversion control unit (15) controls the on/off switching of each switching element of the power conversion unit inverter (12) according to the control signal (Smd).
[0059] Блок (20) компенсации тока подает компенсирующий ток (Ia(uvw)) к источнику (2) питания переменного тока. Здесь, направление компенсирующего тока (Ia(uvw)) от источника (2) питания переменного тока к блоку (20) компенсации тока считается отрицательным направлением. Для каждой фазы ток (Is(uvw)) источника питания, подаваемый от источника (2) питания переменного тока, является разностью между током (Io)uvw)) нагрузки, направленным от источника (2) питания переменного тока к блоку (10) преобразования мощности, и компенсирующим током (Ia(uvw)).[0059] The current compensation unit (20) supplies a compensation current (Ia(uvw)) to the AC power source (2). Here, the direction of the compensation current (Ia(uvw)) from the AC power supply (2) to the current compensation unit (20) is considered to be the negative direction. For each phase, the power supply current (Is(uvw)) supplied from the AC power source (2) is the difference between the load current (Io)uvw)) directed from the AC power source (2) to the conversion unit (10) power, and compensating current (Ia(uvw)).
[0060] Блок (20) компенсации тока включает в себя инвертор (21) блока компенсации тока, конденсатор (22) блока компенсации тока, дроссели (23) блока компенсации тока, соответствующие соответственным фазам, фильтры (24) блока компенсации тока, соответствующие соответственным фазам, датчик (25) напряжения, контроллер (26) компенсации и генератор (27) возбуждающего сигнала.[0060] The current compensation unit (20) includes an inverter (21) of the current compensation unit, a capacitor (22) of the current compensation unit, chokes (23) of the current compensation unit corresponding to the corresponding phases, filters (24) of the current compensation unit corresponding to the corresponding phases, voltage sensor (25), compensation controller (26) and exciting signal generator (27).
[0061] Как показано на фиг. 3, инвертор (21) блока компенсации тока включает в себя шесть переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2). Переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) являются униполярными транзисторами и являются полевыми транзисторами со структурой металл-оксид-полупроводник (MOSFET), изготовленными из полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной в качестве основного материала. Сопротивление во включенном состоянии переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) равно 100 мОм или менее. Шесть переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) формируют три переключающие ветви, соединенные между первым и вторым узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока. Каждая переключающая ветвь включает в себя два переключающих элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), соединенных друг с другом последовательно.[0061] As shown in FIG. 3, the inverter (21) of the current compensation unit includes six switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2). The switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) are unipolar transistors and are metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) made of wide bandgap semiconductor material as the base material. The on-resistance of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) is 100 mOhm or less. Six switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) form three switching branches connected between the first and second nodes (21a, 21b) on the DC side. Each switching branch includes two switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) connected to each other in series.
[0062] Каждая из трех переключающих ветвей включает в себя переключающий элемент (Sr1, Ss1, St1) верхнего плеча и переключающий элемент (Sr2, Ss2, St2) нижнего плеча, и средняя точка между верхними и нижними переключающими элементами является узлом на стороне переменного тока. Каждый переключающий элемент (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) включает в себя паразитный диод (RD). Паразитный диод (RD) служит в качестве элемента обратной цепи, который вынуждает ток протекать в обратном направлении.[0062] Each of the three switching branches includes a high-side switching element (Sr1, Ss1, St1) and a low-side switching element (Sr2, Ss2, St2), and the midpoint between the upper and lower switching elements is an AC side node . Each switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) includes a parasitic diode (RD). The parasitic diode (RD) serves as a flyback element that forces current to flow in the reverse direction.
[0063] Вместо униполярных транзисторов переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) могут быть биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), которые являются биполярным транзистором. В этом случае, диоды обратной цепи соединяются с соответствующими переключающими элементами (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) встречно-параллельным образом.[0063] Instead of unipolar transistors, the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) can be insulated gate bipolar transistors (IGBTs), which are a bipolar transistor. In this case, the return circuit diodes are connected to the corresponding switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) in an anti-parallel manner.
[0064] Даже в случае, когда переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) являются униполярными транзисторами как в первом варианте осуществления, диоды обратной цепи, которые имеют более низкое прямое напряжение по сравнению с паразитным диодом (RD) как в конфигурации, в которой переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, SS2, St1, St2) являются множеством IGBT, могут быть соединены с соответствующими переключающими элементами (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) встречно-параллельным образом.[0064] Even in the case where the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) are unipolar transistors as in the first embodiment, the flyback diodes, which have a lower forward voltage compared to the parasitic diode (RD) as in a configuration in which the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, SS2, St1, St2) are a plurality of IGBTs, can be connected to the corresponding switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) in an anti-parallel manner.
[0065] Конденсатор (22) блока компенсации тока подключается между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока. Напряжение конденсатора (22) блока компенсации тока, т.е., напряжение между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока, является напряжением (Vdc) постоянного тока. Емкость конденсатора (22) блока компенсации тока больше по сравнению с емкостью конденсатора (14) блока преобразования мощности.[0065] The current compensation unit capacitor (22) is connected between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21). The voltage of the capacitor (22) of the current compensation unit, that is, the voltage between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the inverter (21) of the current compensation unit, is the voltage (Vdc) of direct current. The capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit is larger compared to the capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit.
[0066] Один конец дросселя блока компенсации тока (дросселя блока компенсации тока u-фазы, v-фазы или w-фазы) (23) каждой фазы соединяется с каким-либо одним из узлов на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока. Другой конец каждого дросселя (23) блока компенсации тока соединяется с источником (2) питания переменного тока через соответствующий один из фильтров (24) блока компенсации тока. Т.е., дроссель (23) блока компенсации тока подключается между стороной переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и источником (2) питания переменного тока.[0066] One end of the current compensation unit inductor (u-phase, v-phase or w-phase current compensation unit inductor) (23) of each phase is connected to any one of the nodes on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit . The other end of each inductor (23) of the current compensation unit is connected to the AC power source (2) through the corresponding one of the filters (24) of the current compensation unit. That is, the current compensation unit inductor (23) is connected between the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the AC power source (2).
[0067] Фильтр (24) блока компенсации тока каждой фазы вставляется между источником (2) питания переменного тока и дросселем (23) блока компенсации тока. Каждый фильтр (24) блока компенсации тока имеет дроссель (24а) фильтра, имеющий меньшую индуктивность по сравнению с индуктивностью дросселя (23) блока компенсации тока, и конденсатор (24b) фильтра. Резонансная частота каждого фильтра (24) блока компенсации тока устанавливается в 4 кГц или выше.[0067] The filter (24) of the current compensation unit of each phase is inserted between the AC power supply (2) and the inductor (23) of the current compensation unit. Each filter (24) of the current compensation unit has a filter inductor (24a) having a lower inductance compared to the inductance of the inductor (23) of the current compensation unit, and a filter capacitor (24b). The resonant frequency of each filter (24) of the current compensation unit is set to 4 kHz or higher.
[0068] Датчик (25) напряжения обнаруживает напряжение сети между линиями, соответствующими двум из трех фаз напряжений источника питания, выводимых от источника (2) питания переменного тока.[0068] The voltage sensor (25) detects the line voltage between the lines corresponding to two of the three phases of the power supply voltages output from the AC power source (2).
[0069] Согласно вышеописанной конфигурации, инвертор (21) блока компенсации тока подает, согласно операции переключения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), компенсирующий ток (Ia(uvw)) источнику (2) питания переменного тока через дроссели (23) блока компенсации тока.[0069] According to the above-described configuration, the current compensation unit inverter (21) supplies, according to the switching operation of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), a compensation current (Ia(uvw)) to the AC power supply (2). through the chokes (23) of the current compensation unit.
[0070] Контроллер (26) компенсации получает, на основе напряжения (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока и на основе тока (Io(uvw)) нагрузки, протекающего в блок (10) преобразования мощности от источника (2) питания переменного тока, командные значения (Vid, Viq) выходного напряжения, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, подаваемого к преобразователю (100) мощности, уменьшается посредством компенсирующего тока (Ia(uvw)). Более конкретно, контроллер (26) компенсации включает в себя блок (26а) обнаружения фазы, первый и второй блоки (26b, 26 с) dq-преобразования, высокочастотный фильтр (26d), первый блок (26е) вычитания, блок (26f) регулирования напряжения, первый блок (26q) суммирования, второй и третий блоки (26h, 26i) вычитания и первый и второй блоки (26j, 26k) регулирования тока.[0070] The compensation controller (26) obtains, based on the DC voltage (Vdc) between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21) and based on the load current (Io(uvw)) flowing in power conversion unit (10) from the AC power source (2), command values (Vid, Viq) of the output voltage, so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power source supplied to the power converter (100), is reduced by a compensating current (Ia(uvw)). More specifically, the compensation controller (26) includes a phase detection unit (26a), first and second dq conversion units (26b, 26c), a high-pass filter (26d), a first subtraction unit (26e), and an adjustment unit (26f). voltage, the first summation block (26q), the second and third subtraction blocks (26h, 26i), and the first and second current control blocks (26j, 26k).
[0071] Блок (26а) обнаружения фазы обнаруживает фазу (ωt) напряжения источника питания на основе напряжения сети, обнаруженного датчиком (25) напряжения. Датчик (25) напряжения может обнаруживать разницу между напряжением источника питания одной из трех фаз от источника (2) питания переменного тока и напряжением нейтрального провода (604), т.е., фазное напряжение, так что блок (26а) обнаружения фазы может обнаруживать фазу (ωt) напряжения источника питания на основе фазного напряжения.[0071] The phase detection unit (26a) detects the phase (ωt) of the power supply voltage based on the line voltage detected by the voltage sensor (25). The voltage sensor (25) can detect the difference between the voltage of the power supply of one of the three phases from the AC power supply (2) and the voltage of the neutral wire (604), i.e., the phase voltage, so that the phase detection unit (26a) can detect phase (ωt) of the power supply voltage based on the phase voltage.
[0072] Первый блок (26b) dq-преобразования обнаруживает, по меньшей мере, токи (il(rt)) двух фаз из тока (il(rst)), пропорционального току (Io(uvw)) нагрузки, и получает составляющую d-оси и составляющую (iq*) q-оси тока (Io(uvw) нагрузки посредством трехфазного/двухфазного преобразования, d-ось и q-ось являются координатными осями вращающейся системы координат, синхронизированной с каждой фазой (ωt), обнаруженной посредством блока (26а) обнаружения фазы. Составляющая d-оси является активной составляющей, а составляющая q-оси является реактивной составляющей. Ток (il(rst)) имеет три фазы, и, следовательно, если токи (il(rt)) двух фаз могут быть обнаружены, составляющая d-оси и составляющая (iq*) q-оси тока (Io(uvw)) нагрузки могут быть получены посредством вычисления тока оставшейся одной фазы.[0072] The first dq conversion block (26b) detects at least the two phase currents (il(rt)) from the current (il(rst)) proportional to the load current (Io(uvw)) and obtains the d- component axis and component (iq*) of the q-axis of current (Io(uvw) of the load through three-phase/two-phase conversion, d-axis and q-axis are the coordinate axes of the rotating coordinate system synchronized with each phase (ωt) detected by the block (26a ) phase detection. The d-axis component is the active component and the q-axis component is the reactive component. The current (il(rst)) has three phases, and therefore, if the currents (il(rt)) of two phases can be detected, The d-axis component and the q-axis component (iq*) of the load current (Io(uvw)) can be obtained by calculating the current of the remaining one phase.
[0073] Второй блок (26 с) dq-преобразования обнаруживает токи (ia(uv)) дросселя для двух фаз из тока (ia(uvw)), пропорционального току, протекающему в дроссель (23) блока компенсации тока, и получает составляющую (id) d-оси и составляющую (iq) q-оси для компенсирующего тока (Ia(uvw)) посредством трехфазного/двухфазного преобразования. Ток (ia(uvw)) имеет три фазы, и, следовательно, если токи (ia(uv)) двух фаз могут быть обнаружены, составляющая (id) d-оси и составляющая (iq) q-оси компенсирующего тока (Ia(uvw)) могут быть получены посредством вычисления тока оставшейся одной фазы.[0073] The second dq conversion block (26 s) detects the inductor currents (ia(uv)) for two phases from the current (ia(uvw)) proportional to the current flowing into the inductor (23) of the current compensation unit, and obtains the component ( id) d-axis and q-axis component (iq) for compensating current (Ia(uvw)) through three-phase/two-phase conversion. The current (ia(uvw)) has three phases, and therefore, if the currents (ia(uv)) of two phases can be detected, the d-axis component (id) and the q-axis component (iq) of the compensating current (Ia(uvw )) can be obtained by calculating the current of the remaining one phase.
[0074] Высокочастотный фильтр (26d) выводит высокочастотную составляющую (idh) для составляющей d-оси тока (Io(uvw)) нагрузки, полученной посредством первого блока (26b) dq-преобразования.[0074] The high-pass filter (26d) outputs a high-frequency component (idh) for the d-axis current component (Io(uvw)) of the load obtained by the first dq transform block (26b).
[0075] Первый блок (26е) вычитания вычитает, из командного значения (Vdc*) выходного напряжения, напряжение (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока и выводит результат вычитания.[0075] The first subtraction unit (26e) subtracts, from the output voltage command value (Vdc*), the DC voltage (Vdc) between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the current compensation unit inverter (21) and outputs the subtraction result.
[0076] Блок (26f) регулирования напряжения выполняет пропорционально-интегральное регулирование по результату вычитания, выведенному из первого блока (26е) вычитания, чтоб, тем самым, получить корректирующее значение.[0076] The voltage control unit (26f) performs proportional integral control on the subtraction result output from the first subtraction unit (26e) to thereby obtain a correction value.
[0077] Первый блок (26g) суммирования суммирует высокочастотную составляющую (idh) для составляющей d-оси, выведенной из высокочастотного фильтра (26d), и корректирующее значение, полученное посредством блока (26f) регулирования напряжения, и выводит результат сложения в качестве командного значения (id*) для составляющей d-оси.[0077] The first summing unit (26g) sums the high-frequency component (idh) for the d-axis component output from the high-pass filter (26d) and the correction value obtained by the voltage control unit (26f), and outputs the result of the addition as a command value (id*) for the d-axis component.
[0078] Второй блок (26h) вычитания вычитает составляющую (id) d-оси компенсирующего тока (Ia(uvw)), полученную посредством второго блока (26 с) dq-преобразования, из командного значения (id*), выведенного из первого блока (26g) сложения, и выводит результат вычитания.[0078] The second subtraction block (26h) subtracts the d-axis component (id) of the compensating current (Ia(uvw)) obtained by the second dq transform block (26s) from the command value (id*) output from the first block (26g) addition, and outputs the result of the subtraction.
[0079] Третий блок (26i) вычитания вычитает ток (iq) q-оси компенсирующего тока (Ia(uv)), полученный посредством второго блока (26 с) dq-преобразования, из тока (iq*) q-оси тока (Io(uvw)) нагрузки, полученного посредством первого блока (26b) dq-преобразования, и выводит результат вычитания.[0079] The third subtraction block (26i) subtracts the compensating current q-axis current (Ia(uv)) obtained by the second dq-conversion block (26 s) from the q-axis current (Io) current (iq*) (uvw)) load obtained by the first dq transform block (26b), and outputs the subtraction result.
[0080] Первый блок (26j) регулирования тока формирует командное значение (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси, так что результат вычитания, выведенный из второго блока (26h) вычитания, уменьшается. Первый блок (26j) регулирования тока может формировать командное значение (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси посредством пропорционально-интегрального регулирования, например.[0080] The first current control unit (26j) generates an output voltage command value (Vid) for the d-axis component, so that the subtraction result output from the second subtraction unit (26h) is reduced. The first current control unit (26j) may generate an output voltage command value (Vid) for the d-axis component through proportional-integral control, for example.
[0081] Второй блок (26k) регулирования тока формирует командное значение (Viq) выходного напряжения для составляющей q-оси, так что результат вычитания, выведенный из третьего блока (26i) вычитания, уменьшается. Второй блок (26k) регулирования тока может формировать командное значение (Viq) выходного напряжения для составляющей q-оси посредством пропорционально-интегрального регулирования, например.[0081] The second current control unit (26k) generates an output voltage command value (Viq) for the q-axis component, so that the subtraction result output from the third subtraction unit (26i) is decreased. The second current control unit (26k) may generate an output voltage command value (Viq) for the q-axis component through proportional-integral control, for example.
[0082] Посредством способа трехфазной модуляции генератор (27) возбуждающего сигнала формирует, на основе командных значений (Vid, Viq) выходного напряжения, возбуждающий сигнал (Sd) для возбуждения переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока, с тем, чтобы вынуждать инвертор (21) блока компенсации тока выполнять операцию синхронного выпрямления. Вторая несущая частота, которая является частотой второй несущей волны, используемой для формирования возбуждающего сигнала (Sd), устанавливается в 100 кГц или менее. В случае, когда переключающие элементы (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) возбуждаются согласно возбуждающему сигналу (Sd) с нерабочим временем для возбуждающего сигнала (Sd), погрешность вызывается между фактическим выходным напряжением (Va(uvw)) на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и командным значением (Vid, Viq) выходного напряжения.[0082] Through the three-phase modulation method, the drive signal generator (27) generates, based on the command values (Vid, Viq) of the output voltage, a drive signal (Sd) for driving the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) of the inverter (21) of the current compensation unit so as to force the inverter (21) of the current compensation unit to perform a synchronous rectification operation. The second carrier frequency, which is the frequency of the second carrier wave used to generate the driving signal (Sd), is set to 100 kHz or less. In the case where the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) are driven according to the driving signal (Sd) with a non-operating time for the driving signal (Sd), an error is caused between the actual output voltage (Va(uvw)) on the side AC inverter (21) current compensation unit and the command value (Vid, Viq) of the output voltage.
[0083] В преобразователе (100) мощности, сконфигурированном, как описано выше, соотношение между нерабочим временем для возбуждающего сигнала (Sd) и отношением величины гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания в эксперименте, к верхнему пределу эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, который является стандартом гармонического колебания, установленным Международной электротехнической комиссией (IEC) (т.е., отношением экспериментального значения к стандартному значению), является таким, как показано на фиг. 4. Фиг. 4 показывает случаи, когда вторая несущая частота равна 16 кГц, 32 кГц и 48 кГц. Вторая несущая частота является частотой второй несущей волны, используемой для формирования возбуждающего сигнала (Sd). На основе соотношения, показанного на фиг. 4, оценивается, что, для большей второй несущей частоты, нерабочее время должно быть короче для того, чтобы ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворял стандарту.[0083] In the power converter (100) configured as described above, the ratio between the non-operating time for the driving signal (Sd) and the ratio of the magnitude of the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply in the experiment to the upper emission limit harmonic current, which is defined in IEC61000-3-2, which is the harmonic vibration standard set by the International Electrotechnical Commission (IEC) (ie, the ratio of the experimental value to the standard value), is as shown in FIG. 4. Fig. 4 shows cases where the second carrier frequency is 16 kHz, 32 kHz and 48 kHz. The second carrier frequency is the frequency of the second carrier wave used to generate the driving signal (Sd). Based on the relationship shown in FIG. 4, it is estimated that, for a larger second carrier frequency, the non-operating time must be shorter in order for the current (Is(uvw)) of the power supply to satisfy the standard.
[0084] В преобразователе (100) мощности, сконфигурированном, как описано выше, соотношение между максимальной входной мощностью блока (10) преобразования мощности и отношением (отношением экспериментального значения к стандартному значению) величины гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания в эксперименте, к верхнему пределу для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2 (т.е., отношением экспериментального значения к стандартному значению), является таким, как показано на фиг. 5. Фиг. 5 показывает случай, когда способ трехфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd) в случае, когда способ двухфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd), при условии, что вторая несущая частота равна 16 кГц, а нерабочее время равно 3,0 мкс.На основе соотношения, показанного на фиг. 5, оценивается, что, когда максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности увеличивается, величина гармонической составляющей увеличивается.[0084] In the power converter (100) configured as described above, the relationship between the maximum input power of the power conversion unit (10) and the ratio (ratio of the experimental value to the standard value) of the magnitude of the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) power supply in the experiment, to the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2 (ie, the ratio of the experimental value to the standard value), is as shown in FIG. 5. Fig. 5 shows the case where the three-phase modulation method is used to generate the driving signal (Sd) in the case where the two-phase modulation method is used to generate the driving signal (Sd), under the condition that the second carrier frequency is 16 kHz and the non-operating time is 3.0 μs. Based on the relationship shown in FIG. 5, it is estimated that when the maximum input power of the power conversion unit (10) increases, the magnitude of the harmonic component increases.
[0085] Фиг. 6 является таблицей, показывающей, для множества типов вторых несущих частот, нерабочее время (мкс), когда величина гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания, достигает верхнего предела эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, в случае, когда максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт. Фиг. 7 является графиком, соответствующим таблице на фиг. 6. Фиг. 6 и 7 показывают нерабочее время в случае, когда способ трехфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd), и случай, когда способ двухфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd).[0085] FIG. 6 is a table showing, for a variety of types of second carrier frequencies, the non-operating time (μs) when the magnitude of the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply reaches the upper limit of harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3- 2, in the case where the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW. Fig. 7 is a graph corresponding to the table in FIG. 6. Fig. 6 and 7 show the non-operating time in the case where the three-phase modulation method is used to generate the drive signal (Sd), and the case where the two-phase modulation method is used to generate the drive signal (Sd).
[0086] Фиг. 8 показывает текущие значения гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания относительно порядков в случае, когда вторая несущая частота равна 32 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс и 1,0 мкс. В случае, когда нерабочее время равно 1,0 мкс, гармоническая составляющая при 35-ом порядке превышает верхний предел для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2. В случае, когда нерабочее время равно 0,5 мкс, гармонические составляющие падают ниже верхнего предела для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, при всех порядках.[0086] FIG. 8 shows the current values of the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply relative to the orders in the case where the second carrier frequency is 32 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the non-operating time is 0. 5 µs and 1.0 µs. In the case where the non-operating time is 1.0 µs, the harmonic component at order 35 exceeds the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2. In the case where the non-operating time is 0.5 µs, the harmonic components fall below the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, at all orders.
[0087] На основе информации, показанной на фиг. 4-8, изобретатели обнаружили, что посредством установки нерабочего времени для возбуждающего сигнала (Sd), так что Выражение (II) ниже удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть эффективно уменьшена, и ток (Is(uvw)) источника питания может легко удовлетворять IEC61000-3-2.[0087] Based on the information shown in FIG. 4-8, the inventors have discovered that by setting the dead time for the driving signal (Sd) so that Expression (II) below is satisfied, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be effectively reduced, and the current (Is(uvw)) of the power supply can easily satisfy IEC61000-3-2.
[0088] Далее в данном документе, в Выражении (II) ниже, fsw (кГц) представляет вторую несущую частоту, Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, a Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd).[0088] Hereinafter, in Expression (II) below, fsw (kHz) represents the second carrier frequency, Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), and Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd).
[0089] [0089]
В первом варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что Выражение (II) ниже удовлетворяется.In the first embodiment, the drive signal generator (27) generates a drive signal (Sd), so that Expression (II) below is satisfied.
[0090] В первом варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что не только Выражение (II), но также Выражения (III) и (IV) ниже удовлетворяются.[0090] In the first embodiment, the driving signal generator (27) generates a driving signal (Sd), so that not only Expression (II), but also Expressions (III) and (IV) below are satisfied.
[0091] В Выражениях (III) и (IV) fsw (кГц) представляет вторую несущую частоту, Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd), а Lac (мГн) представляет индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дроссель (23) блока компенсации тока, равен 0 А.[0091] In Expressions (III) and (IV), fsw (kHz) represents the second carrier frequency, Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd), and Lac (mH) represents the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing into the current compensation unit inductor (23) is 0 A.
[0092] [0092]
Фиг. 9А показывает ток (Is(uvw)) источника питания, компенсирующий ток (Ia(uvw)) и ток (Io(uvw) нагрузки в случае, когда нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd) равно 0,5 мкс, вторая несущая частота равна 16 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дроссель (23) блока компенсации тока, равна 1,0 мГн. Фиг. 9 В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда нерабочее время возбуждающего сигнала (Sd) равно 0,5 мкс, вторая несущая частота равна 16 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дроссель (23) блока компенсации тока, равна 2,2 мГн. Фиг. 9С является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда нерабочее время возбуждающего сигнала (Sd) равно 0,5 мкс, вторая несущая частота равна 16 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 5 кВт, и индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дроссель (23) блока компенсации тока, равна 1,0 мГн. Фиг. 9D является временной диаграммой, соответствующей фиг. 9А, иллюстрирующей случай, когда нерабочее время возбуждающего сигнала (Sd) равно 0,5 мкс, вторая несущая частота равна 16 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 5 кВт, и индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока с током 0 А, протекающим в дроссель (23) блока компенсации тока, равна 2,2 мГн.Fig. 9A shows the power supply current (Is(uvw)), the compensation current (Ia(uvw)) and the load current (Io(uvw) in the case where the non-operating time for the driving signal (Sd) is 0.5 μs, the second carrier frequency is 16 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the inductance of the current compensation unit inductor (23) with a current of 0 A flowing into the current compensation unit inductor (23) is 1.0 mH. FIG. is a timing diagram corresponding to FIG. 9A illustrating the case where the drive signal dead time (Sd) is 0.5 μs, the second carrier frequency is 16 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the inductor inductance ( 23) of the current compensation unit with a current of 0 A flowing into the inductor (23) of the current compensation unit is 2.2 mH. FIG. 9C is a timing diagram corresponding to FIG. 9A illustrating the case where the non-operating time of the driving signal (Sd) is equal to. 0.5 μs, the second carrier frequency is 16 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 5 kW, and the inductance of the current compensation unit inductor (23) with a current of 0 A flowing into the current compensation unit inductor (23) is 1.0 mH. Fig. 9D is a timing diagram corresponding to FIG. 9A, illustrating the case where the dead time of the driving signal (Sd) is 0.5 μs, the second carrier frequency is 16 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 5 kW, and the inductance of the inductor (23) of the current compensation unit with current 0 A flowing into the inductor (23) of the current compensation unit is equal to 2.2 mH.
[0093] На фиг. 9В индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока больше индуктивности в случае на фиг. 9А, и, следовательно, градиент изменения в компенсирующем токе (Ia(uvw)) согласно изменению в токе (Io(uvw)) нагрузки является более пологим по сравнению с градиентом SLA на фиг. 9А. Соответственно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, увеличивается, и форма волны тока (Is(uvw) источника питания искажается. Таким образом, трудно сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2. Также на фиг. 9D индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока больше индуктивности в случае на фиг. 9С, и, следовательно, градиент изменения в компенсирующем токе (Ia(uvw)) согласно изменению в токе (Io(uvw)) нагрузки является более пологим по сравнению с градиентом SLC на фиг. 9С. Однако, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности является меньшей, и, следовательно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, и искажение формы волны тока (Is(uvw)) источника питания эквивалентны гармонической составляющей и искажению на фиг. 9А. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2.[0093] In FIG. 9B, the inductance of the inductor (23) of the current compensation unit is greater than the inductance in the case of FIG. 9A, and therefore the gradient of change in compensating current (Ia(uvw)) according to the change in load current (Io(uvw)) is flatter compared to the gradient of SLA in FIG. 9A. Accordingly, the harmonic component contained in the power supply current (Is(uvw)) increases, and the waveform of the power supply current (Is(uvw)) is distorted. Thus, it is difficult to make the power supply current (Is(uvw)) satisfy IEC61000-3 -2. Also in Fig. 9D, the inductance of the inductor (23) of the current compensation unit is greater than the inductance in the case of Fig. 9C, and therefore the gradient of the change in the compensating current (Ia(uvw)) according to the change in the current (Io(uvw)) load is flatter compared to the SLC gradient in Fig. 9C However, the maximum input power of the power conversion unit (10) is smaller, and hence the harmonic component contained in the power supply current (Is(uvw)) and the waveform distortion. The current waves (Is(uvw)) of the power supply are equivalent to the harmonic component and distortion in Fig. 9A. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2.
[0094] Инвертор (21) блока компенсации тока соединяется с системой источника питания через дроссели (23) блока компенсации тока и фильтры (24) блока компенсации тока, и, следовательно, схема блока (20) компенсации тока может быть представлена эквивалентной схемой, которая показана на фиг. 10. На фиг. 10 "is" представляет ток (Is(uvw)) источника питания, "ii" представляет ток (Io(uvw)) нагрузки, "Vs" представляет напряжение источника питания, "va" представляет выходное напряжение (Va(uvw)), выводимое от инвертора (21) блока компенсации тока, "ia" представляет ток (ia(uvw)) дросселя, протекающий в дросселе (23) блока компенсации тока, "La" представляет индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока, "Lf" представляет индуктивность дросселя (24а) фильтра, "Cf" представляет емкость конденсатора (24b) фильтра, "if" представляет ток, протекающий в дросселе (24а) фильтра, "ic" представляет ток, протекающий в конденсаторе (24b) фильтра, и "vc" представляет напряжение конденсатора (24b) фильтра. Передаточная функция Gp "ia" для "va" представлена Выражением (V) ниже.[0094] The inverter (21) of the current compensation unit is connected to the power supply system through the chokes (23) of the current compensation unit and the filters (24) of the current compensation unit, and therefore the circuit of the current compensation unit (20) can be represented by an equivalent circuit that shown in Fig. 10. In FIG. 10 "is" represents the current (Is(uvw)) of the power supply, "ii" represents the current (Io(uvw)) of the load, "Vs" represents the voltage of the power supply, "va" represents the output voltage (Va(uvw)) output from the inverter (21) of the current compensation unit, "ia" represents the inductor current (ia(uvw)) flowing in the inductor (23) of the current compensation unit, "La" represents the inductance of the inductor (23) of the current compensation unit, "Lf" represents the inductance filter inductor (24a), "Cf" represents the capacitance of the filter capacitor (24b), "if" represents the current flowing in the filter inductor (24a), "ic" represents the current flowing in the filter capacitor (24b), and "vc" represents voltage of the filter capacitor (24b). The transfer function Gp "ia" for "va" is given by Expression (V) below.
[0095] [Мат.1][0095] [Mat.1]
[0096] Как показано в Выражении (V), когда индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока больше индуктивности дросселя (24а) фильтра, передаточная функция Gp имеет характеристики, практически обратно пропорциональные индуктивности дросселя (23) блока компенсации тока.[0096] As shown in Expression (V), when the inductance of the current compensation unit inductor (23) is greater than the inductance of the filter inductor (24a), the transfer function Gp has characteristics substantially inversely proportional to the inductance of the current compensation unit inductor (23).
[0097] Контроллер (26) компенсации выполняет, на основе обнаруженного тока (ia(uvw)) дросселя, управление по обратной связи с помощью первого и второго блоков (26j, 26k) регулирования тока, так что значения (id, iq) тока, вычисленные из тока (ia(uvw)) дросселя, совпадают с командными значениями (id*, iq*), полученными вычитанием гармонической составляющей из тока (Io(uvw)) нагрузки. Предположим, что передаточная функция выходного напряжения (Va(uvw)), выводимого из инвертора (21) блока компенсации тока для тока (ia(uvw)) дросселя, равна Gc, система регулирования тока, включенная в блок (20) компенсации тока, может быть представлена, как показано на фиг. 11.[0097] The compensation controller (26) performs, based on the detected inductor current (ia(uvw)), feedback control via the first and second current control units (26j, 26k) such that the current values (id, iq) calculated from the inductor current (ia(uvw)) coincide with the command values (id*, iq*) obtained by subtracting the harmonic component from the load current (Io(uvw)). Assuming that the transfer function of the output voltage (Va(uvw)) output from the inverter (21) of the current compensation unit for the current (ia(uvw)) of the inductor is equal to Gc, the current control system included in the current compensation unit (20) can be represented as shown in FIG. eleven.
[0098] Фиг. 12А показывает диаграмму усиления передаточных функций Gp, Gc и их сумму, а фиг. 12В показывает фазовую диаграмму передаточных функций Gp, Рс и их сумму. Если характеристики усиления первого и второго блоков (26j, 26k) регулирования тока являются постоянными, характеристики усиления всего блока (20) компенсации тока изменяются согласно индуктивности дросселя (23) блока компенсации тока. На фиг. 12А резонанс фильтра (24) блока компенсации тока возникает в местоположении, окруженном штриховой линией.[0098] FIG. 12A shows a gain diagram of the transfer functions Gp, Gc and their sum, and FIG. 12B shows a phase diagram of the transfer functions Gp, Pc and their sum. If the gain characteristics of the first and second current control units (26j, 26k) are constant, the gain characteristics of the entire current compensation unit (20) change according to the inductance of the current compensation unit inductor (23). In fig. 12A, resonance of the current compensation unit filter (24) occurs at the location surrounded by the dashed line.
[0099] Для того, чтобы обеспечивать устойчивость регулирования тока, плоские характеристики наложения постоянного тока дросселя (23) блока компенсации тока являются предпочтительными. Если регулирование тока задается таким образом, что его устойчивость обеспечивается, когда ток, протекающий в дроссель (23) блока компенсации тока, находится на пиковом токе, характеристика регулирования ухудшается, когда ток является слабым, и такая ухудшенная характеристика регулирования приводит в результате к увеличению гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания. Отношение индуктивности пикового тока к индуктивности нулевого тока задается в 1/3 или более, где индуктивность пикового тока является индуктивностью дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дроссель (23) блока компенсации тока, находится на пиковом токе, а индуктивность нулевого тока является индуктивностью дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дроссель (23) блока компенсации тока, равен 0 А. Таким образом, устойчивость регулирования тока может быть обеспечена, и гармонический ток может быть уменьшен.[0099] In order to ensure stability of current regulation, flat DC superposition characteristics of the current compensation unit inductor (23) are preferred. If the current regulation is set such that its stability is ensured when the current flowing into the inductor (23) of the current compensation unit is at the peak current, the regulation performance is deteriorated when the current is weak, and such degraded regulation performance results in an increase in the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power source. The ratio of the peak current inductance to the zero current inductance is set to 1/3 or more, where the peak current inductance is the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing into the current compensation unit inductor (23) is at the peak current and the inductance zero current is the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing into the current compensation unit inductor (23) is 0 A. Thus, the stability of current regulation can be ensured, and the harmonic current can be reduced.
[0100] В первом варианте осуществления отношение индуктивности пикового тока к индуктивности нулевого тока задается в 1/3 или более.[0100] In the first embodiment, the ratio of the peak current inductance to the zero current inductance is set to 1/3 or more.
[0101] На фиг. 13А пиковый ток (Ipeak) равен 12 А, индуктивность (Lzero) нулевого тока равна 2,2 мГн, а индуктивность (Lpeak) пикового тока равна 0,6 мГн. Таким образом, отношение индуктивности (Lpeak) пикового тока к индуктивности (Lzero) нулевого тока меньше 1/3.[0101] In FIG. 13A, the peak current (Ipeak) is 12 A, the zero current inductance (Lzero) is 2.2 mH, and the peak current inductance (Lpeak) is 0.6 mH. Thus, the ratio of the inductance (Lpeak) of the peak current to the inductance (Lzero) of the zero current is less than 1/3.
[0102] На фиг. 13В пиковый ток (Ipeak) равен 12 А, индуктивность (Lzero) нулевого тока равна 1.3 мГн, а индуктивность (Lpeak) пикового тока равна 0,6 мГн. Таким образом, отношение индуктивности (Lpeak) пикового тока к индуктивности (Lzero) нулевого тока равно 1/3 или более.[0102] In FIG. 13V peak current (Ipeak) is 12 A, zero current inductance (Lzero) is 1.3 mH, and peak current inductance (Lpeak) is 0.6 mH. Thus, the ratio of peak current inductance (Lpeak) to zero current inductance (Lzero) is 1/3 or more.
[0103] Также, как показано на фиг. 12А и 12В, резонансная частота фильтра (24) блока компенсации тока задается в 4 кГц или выше, и, следовательно, влияние резонанса фильтра (24) блока компенсации тока на компенсирующий ток (Ia(uvw)) может быть уменьшено при частоте ниже 4 кГц. Таким образом, в случае, когда частота трехфазного переменного тока равна 50 Гц или 60 Гц, гармонические составляющие в токе (Is(uvw)) источника питания вплоть до 40-ых порядков могут быть надежно уменьшены, и компенсирующий ток (Ia(uvw)) может устойчиво регулироваться.[0103] Also, as shown in FIG. 12A and 12B, the resonance frequency of the current compensation unit filter (24) is set to 4 kHz or higher, and therefore the effect of the resonance of the current compensation unit filter (24) on the compensation current (Ia(uvw)) can be reduced at a frequency below 4 kHz . Thus, in the case where the frequency of the three-phase alternating current is 50 Hz or 60 Hz, the harmonic components in the current (Is(uvw)) of the power supply up to 40th orders of magnitude can be reliably reduced, and the compensating current (Ia(uvw)) can be stably adjusted.
[0104] Как показано в Выражении (V) выше, индуктивность дросселя (24а) фильтра предпочтительно задается меньшей по сравнению с индуктивностью дросселя (23) блока компенсации тока.[0104] As shown in Expression (V) above, the inductance of the filter inductor (24a) is preferably set to be smaller than that of the current compensation unit inductor (23).
[0105] В первом варианте осуществления значение емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности устанавливается достаточно небольшим, чтобы предоставлять возможность колебания в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя, и, следовательно, диапазон колебания выходного тока схемы (11) выпрямителя может быть уменьшен, и пиковое значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) может больше сдерживаться по сравнению со случаем, когда значение емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности устанавливается достаточно большим, чтобы поглощать колебание в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя.[0105] In the first embodiment, the capacitance value of the capacitor (14) of the power conversion unit is set small enough to allow fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit (11), and therefore, the fluctuation range of the output current of the rectifier circuit (11) can be reduced, and the peak value of the compensating current (Ia(uvw)) can be more suppressed compared with the case where the capacitance value of the power conversion unit capacitor (14) is set large enough to absorb the fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit (11).
[0106] Фиг. 14А показывает, в качестве примера, ток (Is(uvw)) источника питания, ток (Io(uvw)) нагрузки и компенсирующий ток (Ia(uvw)) в случае, когда максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и значение емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности задается таким образом, что колебание в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя поглощается, т.е., применяется так называемый входной тип конденсатора. Фиг. 14В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 14А, иллюстрирующей случай, когда максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и значение емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности задается так, что колебание в выходном напряжении схемы (11) выпрямителя допускается.[0106] FIG. 14A shows, as an example, the power supply current (Is(uvw)), the load current (Io(uvw)), and the compensation current (Ia(uvw)) in the case where the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW , and the capacitance value of the capacitor (14) of the power conversion unit is set in such a way that the fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit (11) is absorbed, i.e., the so-called input type capacitor is used. Fig. 14B is a timing chart corresponding to FIG. 14A, illustrating a case where the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the capacitance value of the power conversion unit capacitor (14) is set such that fluctuation in the output voltage of the rectifier circuit (11) is allowed.
[0107] На фиг. 14А эффективное значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) равно 6,8 А, а пиковое значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) равно 15,3 А. С другой стороны, на фиг. 14 В, эффективное значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) равно 4,5 А, и пиковое значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) равно 11,0 А. Т.е., эффективное значение и пиковое значение компенсирующего тока (Ia(uvw)) может сдерживаться до 2/3 для случая на фиг. 14А.[0107] In FIG. 14A, the effective value of the compensating current (Ia(uvw)) is 6.8 A, and the peak value of the compensating current (Ia(uvw)) is 15.3 A. On the other hand, in FIG. 14 V, the effective value of the compensating current (Ia(uvw)) is 4.5 A, and the peak value of the compensating current (Ia(uvw)) is 11.0 A. That is, the effective value and the peak value of the compensating current (Ia (uvw)) can be restrained to 2/3 for the case in Fig. 14A.
[0108] По сравнению со случаем, когда емкость конденсатора (22) блока компенсации тока равна или меньше емкости конденсатора (14) блока преобразования мощности, пульсация напряжения (Vdc) постоянного тока между узлами (21а, 21b) на стороне постоянного тока инвертора (21) блока компенсации тока может быть более сдержана, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0108] Compared with the case where the capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit is equal to or less than the capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit, the DC voltage (Vdc) ripples between the nodes (21a, 21b) on the DC side of the inverter (21 ) of the current compensation unit can be more restrained, so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0109] Фиг. 15А показывает, в качестве примера, ток (Is(uvw) источника питания, компенсирующий ток (Ia(uvw)) и напряжение (Vdc) постоянного тока в случае, когда емкость конденсатора (22) блока компенсации тока равна 195 мкФ, а емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности равна 30 мкФ. Фиг. 15В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 15А, иллюстрирующей случай, когда емкость конденсатора (22) блока компенсации тока равна 15 мкФ, и емкость конденсатора (14) блока преобразования мощности равна 30 мкФ.[0109] FIG. 15A shows, as an example, the current (Is(uvw) of the power supply, the compensation current (Ia(uvw)) and the voltage (Vdc) of the direct current in the case where the capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit is 195 μF, and the capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit is 30 μF. Fig. 15B is a timing diagram corresponding to Fig. 15A illustrating the case where the capacitance of the capacitor (22) of the current compensation unit is 15 μF, and the capacitance of the capacitor (14) of the power conversion unit is 30 μF. .
[0110] На фиг. 15В диапазон колебания напряжения (Vdc) постоянного тока является более значительным, и искажение тока (Is(uvw)) источника питания является более значительным по сравнению с диапазоном колебания напряжения и искажением тока на фиг. 15А.[0110] In FIG. 15V, the voltage fluctuation range (Vdc) of the DC current is more significant, and the current distortion (Is(uvw)) of the power supply is more significant compared with the voltage fluctuation range and current distortion in FIG. 15A.
[0111] В первом варианте осуществления операция синхронного выпрямления выполняется с помощью униполярных транзисторов в качестве переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока, и, следовательно, напряжение проведения тока, формируемое, когда какой-либо из переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) включается, может быть уменьшено по сравнению со случаем, когда биполярные транзисторы используются в качестве переключающих элементов (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2). Таким образом, погрешность в выходном напряжении (Va(uvw)), выводимом из инвертора (21) блока компенсации тока, вследствие напряжения проведения тока, может быть пресечена, так что гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0111] In the first embodiment, the synchronous rectification operation is performed using unipolar transistors as switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) of the inverter (21) of the current compensation unit, and therefore the conduction voltage generated when any of the switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) is turned on, can be reduced compared to the case when bipolar transistors are used as switching elements (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2 ). Thus, the error in the output voltage (Va(uvw)) output from the inverter (21) of the current compensation unit due to the conduction voltage can be suppressed, so that the harmonic component contained in the current (Is(uvw) of the power supply can be more reliably reduced.
[0112] Фиг. 16 является графиком, показывающим соотношение между напряжением проведения тока и током, протекающим в диоде обратной цепи, в случае, когда кремниевый диод со структурой р-собственная-n (Si-PiN) предусматривается в качестве диода обратной цепи встречно-параллельно с переключающим элементом (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), или током, протекающим в противоположном направлении в переключающем элементе (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) в случае, когда переключающий элемент (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) является MOSFET.[0112] FIG. 16 is a graph showing the relationship between the conducting voltage and the current flowing in the flyback diode in the case where a p-intrinsic-n (Si-PiN) structure silicon diode is provided as the flyback diode in back-to-back parallel with the switching element ( Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), or the current flowing in the opposite direction in the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) in the case where the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2 , St1, St2) is a MOSFET.
[0113] Здесь, предполагается, что пиковое значение тока, протекающего в переключающем элементе (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2), равно 12 А (указан ссылочными символами ip на фиг. 16), Vf представляет напряжение проведения тока для обычного диода, а Vsd представляет напряжение проведения тока для MOSFET. В то время как Vf равно 1,8 В, Vsd равно 1,1 В, как показано в Выражении (VI) ниже, предположим, что сопротивление во включенном состоянии равно 100 мОм.[0113] Here, it is assumed that the peak value of the current flowing in the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) is 12 A (indicated by the reference symbols ip in Fig. 16), Vf represents the conduction voltage for a conventional diode, and Vsd represents the conducting voltage for the MOSFET. While Vf is 1.8 V, Vsd is 1.1 V, as shown in Expression (VI) below, assume the on-resistance is 100 mΩ.
[0114] [0114]
Таким образом, согласно первому варианту осуществления, генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что Выражения (II)-(IV) выше удовлетворяются, и, следовательно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2.Thus, according to the first embodiment, the driving signal generator (27) generates the driving signal (Sd), so that Expressions (II)-(IV) above are satisfied, and hence the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) power supply can be effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2.
[0115] Отношение индуктивности (Lpeak) пикового тока к индуктивности (Lzero) нулевого тока устанавливается в 1/3 или более, и, следовательно, гармоническая составляющая,[0115] The ratio of the inductance (Lpeak) of the peak current to the inductance (Lzero) of the zero current is set to 1/3 or more, and therefore the harmonic component,
содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена, и компенсирующий ток (Ia(uvw)) может устойчиво регулироваться по сравнению со случаем, когда отношение устанавливается в меньшее, чем 1/3.contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced, and the compensation current (Ia(uvw)) can be stably adjusted compared with the case where the ratio is set to less than 1/3.
[0116] Переключающий элемент (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) является элементом, изготовленным из полупроводникового материала с широкой запрещенной зоной в качестве основного материала, и сопротивление во включенном состоянии переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) равно 100 мОм или менее. Таким образом, легко увеличивать скорость переключения переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) и сокращать нерабочее время. Соответственно, легко уменьшать гармоническую составляющую, содержащуюся в токе (Is(uvw)) источника питания.[0116] The switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) is an element made of wide bandgap semiconductor material as the main material, and the on-state resistance of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) is 100 mOhm or less. Thus, it is easy to increase the switching speed of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) and reduce non-working time. Accordingly, it is easy to reduce the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply.
[0117] Вторая несущая частота устанавливается в 100 кГц или менее, и, следовательно, нерабочее время может поддерживаться более продолжительным по сравнению с нерабочим временем в случае, когда вторая несущая частота устанавливается выше 100 кГц.[0117] The second carrier frequency is set to 100 kHz or less, and therefore, the non-operating time can be maintained longer than the non-operating time in the case where the second carrier frequency is set above 100 kHz.
[0118] "Второй вариант осуществления"[0118] "Second Embodiment"
Во втором варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) способом двухфазной модуляции на основе командных значений (Vid, Viq) выходного напряжения, так что инвертор (21) блока компенсации тока выполняет операцию синхронного выпрямления. Второй вариант осуществления является таким же или аналогичным первому варианту осуществления за исключением различия, упомянутого выше.In the second embodiment, the driving signal generator (27) generates the driving signal (Sd) by a two-phase modulation method based on the command values (Vid, Viq) of the output voltage, so that the current compensation unit inverter (21) performs a synchronous rectification operation. The second embodiment is the same or similar to the first embodiment except for the differences mentioned above.
[0119] В случае, когда способ двухфазной модуляции применяется для формирования возбуждающего сигнала (Sd), соотношение между нерабочим временем для возбуждающего сигнала (Sd) и отношением (отношением экспериментального значения к стандартному значению) величины гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания в эксперименте, к верхнему пределу для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2, является таким, как показано на фиг. 17. Фиг. 17 показывает случаи, когда вторая несущая частота равна 16 кГц, 32 кГц и 48 кГц. На основе соотношения, показанного на фиг. 17, оценивается, что, для большей второй несущей частоты, нерабочее время должно быть короче для того, чтобы ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворял стандарту.[0119] In the case where a two-phase modulation method is used to generate a driving signal (Sd), the ratio between the non-operating time for the driving signal (Sd) and the ratio (ratio of the experimental value to the standard value) of the magnitude of the harmonic component contained in the current (Is(uvw )) of the power supply in the experiment, to the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2, is as shown in FIG. 17. Fig. 17 shows cases where the second carrier frequency is 16 kHz, 32 kHz and 48 kHz. Based on the relationship shown in FIG. 17, it is estimated that, for a larger second carrier frequency, the non-operating time must be shorter in order for the current (Is(uvw)) of the power supply to satisfy the standard.
[0120] Фиг. 18 показывает значение тока для гармонической составляющей, содержащейся в токе (Is(uvw)) источника питания в случае, когда применяется способ двухфазной модуляции, вторая несущая частота равна 48 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс и 1,0 мкс. В случае, когда нерабочее время равно 1,0 мкс, гармонические составляющие при 8-м, 34-м, 35-м и 40-м порядках превышают верхний предел для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2. В случае, когда нерабочее время равно 0,5 мкс, гармонические составляющие при всех порядках падают ниже верхнего предела для эмиссий гармонического тока, который определен в IEC61000-3-2.[0120] FIG. 18 shows the current value for the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply in the case where the two-phase modulation method is used, the second carrier frequency is 48 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the non-operating the time is 0.5 µs and 1.0 µs. In the case where the non-operating time is 1.0 µs, the harmonic components at 8th, 34th, 35th and 40th orders exceed the upper limit for harmonic current emissions as defined in IEC61000-3-2. In the case where the non-operating time is 0.5 µs, the harmonic components at all orders fall below the upper limit for harmonic current emissions, which is defined in IEC61000-3-2.
[0121] Фиг. 19А показывает напряжение (Vdc) постоянного тока, ток (Is(uvw)) источника питания, ток (Io(uvw)) нагрузки и компенсирующий ток (Ia(uvw)) в случае, когда вторая несущая частота равна 48 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время равно 0,5 мкс. Фиг. 19В является временной диаграммой, соответствующей фиг. 19А, иллюстрирующей случай, когда вторая несущая частота равна 48 кГц, максимальная входная мощность блока (10) преобразования мощности равна 10 кВт, и нерабочее время является 1,0 мкс. Как описано выше, на фиг. 19А, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, уменьшается по сравнению с фиг. 19В.[0121] FIG. 19A shows the DC voltage (Vdc), current (Is(uvw)) of the power supply, current (Io(uvw)) of the load and compensating current (Ia(uvw)) in the case where the second carrier frequency is 48 kHz, the maximum input power power conversion unit (10) is 10 kW, and the non-working time is 0.5 μs. Fig. 19B is a timing chart corresponding to FIG. 19A, illustrating the case where the second carrier frequency is 48 kHz, the maximum input power of the power conversion unit (10) is 10 kW, and the non-operating time is 1.0 μs. As described above, FIG. 19A, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply is reduced compared to FIG. 19V.
[0122] На основе информации, показанной на фиг. 6, 7 и 17-19, изобретатели обнаружили, что посредством установки нерабочего времени для возбуждающего сигнала (Sd), так что Выражение (VII) ниже удовлетворяется, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть эффективно уменьшена, и ток (Is(uvw)) источника питания может легко удовлетворять IEC61000-3-2.[0122] Based on the information shown in FIG. 6, 7 and 17-19, the inventors have discovered that by setting the dead time for the driving signal (Sd) such that Expression (VII) below is satisfied, the harmonic component contained in the power supply current (Is(uvw)) can be effectively is reduced, and the current (Is(uvw)) of the power supply can easily satisfy IEC61000-3-2.
[0123] Далее в данном документе, в Выражении (VII) ниже, fsw (кГц) представляет вторую несущую частоту, Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, a Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала (Sd).[0123] Hereinafter, in Expression (VII) below, fsw (kHz) represents the second carrier frequency, Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), and Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal (Sd).
[0124] [0124]
Во втором варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что Выражение (VII) ниже удовлетворяется.In the second embodiment, the drive signal generator (27) generates a drive signal (Sd), so that Expression (VII) below is satisfied.
[0125] Во втором варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что не только Выражение (VII), но также Выражения (VIII) и (IX) ниже удовлетворяются.[0125] In the second embodiment, the drive signal generator (27) generates a drive signal (Sd), so that not only Expression (VII) but also Expressions (VIII) and (IX) below are satisfied.
[0126] В Выражениях (VIII) и (IX) fsw (кГц) представляет вторую несущую частоту, Pmax (кВт) представляет максимальную входную мощность блока (10) преобразования мощности, Td (мкс) представляет нерабочее время для возбуждающего сигнала, a Lac (мГн) представляет индуктивность дросселя (23) блока компенсации тока, когда ток, протекающий в дроссель (23) блока компенсации тока, равен 0 А.[0126] In Expressions (VIII) and (IX), fsw (kHz) represents the second carrier frequency, Pmax (kW) represents the maximum input power of the power conversion unit (10), Td (μs) represents the non-operating time for the driving signal, and Lac ( mH) represents the inductance of the current compensation unit inductor (23) when the current flowing into the current compensation unit inductor (23) is 0 A.
[0127] [0127]
Во втором варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) на основе командных значений (Vid, Viq) выходного напряжения, так что процент амплитуды напряжения сети на стороне переменного тока относительно напряжения (Vdc) постоянного тока равен 70% или более. Более конкретно, как показано на фиг. 20, генератор (27) возбуждающего сигнала включает в себя блок (27а) вычисления коэффициента модуляции, ограничитель (27b) и блок (27 с) PWM-модуляции.In the second embodiment, the driving signal generator (27) generates a driving signal (Sd) based on the command values (Vid, Viq) of the output voltage, so that the amplitude percentage of the AC side mains voltage relative to the DC voltage (Vdc) is 70% or more . More specifically, as shown in FIG. 20, the excitation signal generator (27) includes a modulation coefficient calculation unit (27a), a limiter (27b) and a PWM modulation unit (27c).
[0128] Блок (27а) вычисления коэффициента модуляции вычисляет фазу (ψ) и коэффициент (ks) модуляции на основе командных значений (Vid, Viq) выходного напряжения, сформированных первым и вторым блоками (26j, 26k) регулирования тока. Коэффициент (ks) модуляции означает процент амплитуды (максимального значения) напряжения сети на стороне переменного тока относительно напряжения (Vdc) постоянного тока.[0128] The modulation coefficient calculation unit (27a) calculates the phase (ψ) and modulation coefficient (ks) based on the output voltage command values (Vid, Viq) generated by the first and second current control units (26j, 26k). The modulation factor (ks) means the percentage of the amplitude (maximum value) of the AC side mains voltage relative to the DC voltage (Vdc).
[0129] Предположим, чтоψ представляет значение фазы, а Vid и Viq представляют командные значения (Vid, Viq) выходного напряжения, ψ может быть вычислено согласно Выражению (X) ниже.[0129] Assuming that ψ represents the phase value, and Vid and Viq represent the command values (Vid, Viq) of the output voltage, ψ can be calculated according to Expression (X) below.
[0130] [0130]
Предположим, что ks представляет коэффициент (ks) модуляции, ks может быть вычислен на основе Выражений (XI) и (XII) ниже. Здесь, Vi является эффективным значением напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока.Assuming that ks represents the modulation coefficient (ks), ks can be calculated based on Expressions (XI) and (XII) below. Here, Vi is the effective value of the mains voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit.
[0131] [0131]
[0132] [Мат.2][0132] [Mat.2]
[0133] В случае, когда коэффициент (ks) модуляции, вычисленный блоком (27а) вычисления коэффициента модуляции, равен 0,7 или более, ограничитель (27b) выводит коэффициент (ks) модуляции, вычисленный блоком (27а) вычисления коэффициента модуляции. В случае, когда коэффициент (ks) модуляции падает ниже 0,7, ограничитель (27b) выводит 0,7 в качестве коэффициента (ks) модуляции.[0133] In the case where the modulation coefficient (ks) calculated by the modulation coefficient calculating unit (27a) is 0.7 or more, the limiter (27b) outputs the modulation coefficient (ks) calculated by the modulation coefficient calculating unit (27a). In the case where the modulation coefficient (ks) falls below 0.7, the limiter (27b) outputs 0.7 as the modulation coefficient (ks).
[0134] Блок (27 с) PWM-модуляции формирует возбуждающий сигнал (Sd) на основе фазы (ψ) и коэффициента (ks) модуляции, выведенного из ограничителя (27b). Вторая несущая волна используется для формирования возбуждающего сигнала (Sd) блоком (27 с) PWM-модуляции. Частота 100 Гц или менее применяется в качестве второй несущей частоты, которая является несущей частотой для второй несущей волны.[0134] The PWM modulation block (27 s) generates a drive signal (Sd) based on the phase (ψ) and modulation coefficient (ks) output from the limiter (27b). The second carrier wave is used to generate the excitation signal (Sd) by the PWM modulation block (27 s). A frequency of 100 Hz or less is used as the second carrier frequency, which is the carrier frequency for the second carrier wave.
[0135] Во втором варианте осуществления коэффициент (ks) модуляции равен 70% или более, и, следовательно, быстрое изменение в продолжительности включения переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока при переключении фазы цели модуляции может быть пресечено по сравнению со случаем, когда коэффициент (ks) модуляции меньше 70%. Соответственно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0135] In the second embodiment, the modulation ratio (ks) is 70% or more, and therefore a rapid change in the on-time of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) of the inverter (21) of the current compensation unit when switching the phase of the modulation target can be suppressed compared to the case where the modulation coefficient (ks) is less than 70%. Accordingly, the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0136] Фиг. 21А показывает соотношение между продолжительностями включения и фазами трех переключающих элементов (Sr1, Ss1, St1) верхнего звена инвертора (21) блока компенсации тока в случае, когда коэффициент (ks) модуляции равен 40%. Фиг. 21В является графиком, соответствующим фиг. 21А и показывающим случай, когда коэффициент (ks) модуляции равен 70%. В случае, когда коэффициент (ks) модуляции равен 70%, изменение в продолжительности включения переключающего элемента (Sr1, Ss1, St1) инвертора (21) блока компенсации тока при переключении фаз цели модуляции является меньшим по сравнению со случаем, когда коэффициент (ks) модуляции равен 40%.[0136] FIG. 21A shows the relationship between the on-times and the phases of the three switching elements (Sr1, Ss1, St1) of the upper link of the inverter (21) of the current compensation unit in the case where the modulation coefficient (ks) is 40%. Fig. 21B is a graph corresponding to FIG. 21A and showing the case where the modulation coefficient (ks) is 70%. In the case when the modulation coefficient (ks) is 70%, the change in the switching duration of the switching element (Sr1, Ss1, St1) of the inverter (21) of the current compensation unit when switching phases of the modulation target is smaller compared to the case when the coefficient (ks) modulation is 40%.
[0137] Таким образом, согласно второму варианту осуществления, генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd), так что Выражения (VII)-(IX) выше удовлетворяются, и, следовательно, гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть эффективно уменьшена. Таким образом, легко сделать ток (Is(uvw)) источника питания удовлетворяющим IEC61000-3-2.[0137] Thus, according to the second embodiment, the driving signal generator (27) generates the driving signal (Sd), so that Expressions (VII) to (IX) above are satisfied, and therefore the harmonic component contained in the current (Is( uvw)) of the power source can be effectively reduced. Thus, it is easy to make the current (Is(uvw)) of the power supply satisfy IEC61000-3-2.
[0138] "Третий вариант осуществления"[0138] "Third Embodiment"
Фиг. 22 показывает преобразователь (100) мощности согласно третьему варианту осуществления настоящего раскрытия.Fig. 22 shows a power converter (100) according to the third embodiment of the present disclosure.
[0139] В третьем варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала не включает в себя ограничитель (27b), и блок (27 с) PWM-модуляции формирует возбуждающий сигнал (Sd) на основе коэффициента (ks) модуляции, выведенного из блока (27а) вычисления коэффициента модуляции.[0139] In the third embodiment, the drive signal generator (27) does not include a limiter (27b), and the PWM modulation unit (27c) generates a drive signal (Sd) based on the modulation coefficient (ks) output from the unit (27a ) calculation of the modulation coefficient.
[0140] Контроллер (26) компенсации дополнительно включает в себя блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока.[0140] The compensation controller (26) further includes a unit (28) for calculating the DC voltage command value.
[0141] Блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока вычисляет командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока на основе командного значения (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси, так что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше по сравнению с двойным средним напряжением сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока. Более конкретно, блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока имеет блок (28а) вычисления среднего значения, и блок (28b) умножения.[0141] The DC voltage command value calculation unit (28) calculates the DC voltage command value (Vdc*) based on the output voltage command value (Vid) for the d-axis component, so that the DC voltage command value (Vdc*) is or less compared to twice the average grid voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit. More specifically, the DC voltage command value calculation unit (28) has an average value calculation unit (28a), and a multiplication unit (28b).
[0142] Блок (28а) вычисления среднего значения вычисляет среднее командное значение (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси.[0142] The average value calculation unit (28a) calculates the average command value (Vid) of the output voltage for the d-axis component.
[0143] Блок (28b) умножения умножает среднее значение, вычисленное блоком (28а) вычисления среднего значения, на предварительно определенный коэффициент усиления (KVI), тем самым, вычисляя командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока. Предварительно определенный коэффициент усиления (KVI) устанавливается в 2 или менее.[0143] The multiplying unit (28b) multiplies the average value calculated by the average value calculating unit (28a) by a predetermined gain (K VI ), thereby calculating the DC voltage command value (Vdc*). The predetermined gain (K VI ) is set to 2 or less.
[0144] Блок (26а) обнаружения фазы, первый и второй блоки (26b, 26 с) dq-преобразования, высокочастотный фильтр (26d), первый блок (26е) вычитания, блок (26f) управления напряжением, первый блок (26g) суммирования, второй и третий блок (26h, 26i) вычитания и первый и второй блоки (26j, 26k) регулирования тока контроллера (26) компенсации формируют блок (29) вычисления командного значения напряжения, который вычисляет командные значения (Vid, Viq) выходного напряжения на основе напряжения (Vdc) постоянного тока и командного значения (Vdc*) напряжения постоянного тока.[0144] Phase detection block (26a), first and second dq conversion blocks (26b, 26c), high-pass filter (26d), first subtraction block (26e), voltage control block (26f), first summation block (26g) , the second and third block (26h, 26i) of subtraction and the first and second blocks (26j, 26k) of current regulation of the compensation controller (26) form a block (29) for calculating the command voltage value, which calculates the command values (Vid, Viq) of the output voltage at based on the DC voltage (Vdc) and the DC voltage command value (Vdc*).
[0145] Блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока может вычислять командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока на основе эффективного значения напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока, так что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока. Соотношение между эффективным значением напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока и командным значением (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси является таким, как показано в Выражении (XI) выше.[0145] The DC voltage command value calculation unit (28) can calculate the DC voltage command value (Vdc*) based on the effective value of the mains voltage on the AC side of the current compensation unit inverter (21), so that the command value (Vdc*) DC voltage is equal to or less than twice the average network voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit. The relationship between the effective value of the mains voltage on the AC side of the current compensation unit inverter (21) and the command value (Vid) of the output voltage for the d-axis component is as shown in Expression (XI) above.
[0146] Третий вариант осуществления является таким же или аналогичным второму варианту осуществления за исключением различия, упомянутого выше. Таким образом, аналогичные ссылочные символы присвоены аналогичным компонентам, и их подробное описание не будет повторяться в данном документе.[0146] The third embodiment is the same or similar to the second embodiment except for the differences mentioned above. Thus, like reference symbols are assigned to like components, and their detailed description will not be repeated herein.
[0147] Таким образом, согласно третьему варианту осуществления, командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока вычисляется таким образом, что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока, и, следовательно, процентное отношение амплитуды напряжения сети на стороне переменного тока относительно напряжения (Vdc) постоянного тока становится равным 70% или более. Таким образом, по сравнению со случаем, когда командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока выше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока, быстрое изменение в продолжительности включения переключающего элемента (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2, St1, St2) инвертора (21) блока компенсации тока при переключении фаз цели модуляции может быть более сдержано, и гармоническая составляющая, содержащаяся в токе (Is(uvw)) источника питания, может быть более надежно уменьшена.[0147] Thus, according to the third embodiment, the DC voltage command value (Vdc*) is calculated such that the DC voltage command value (Vdc*) is equal to or less than twice the average grid voltage on the AC side of the inverter (21) of the unit current compensation, and therefore the percentage of the amplitude of the AC side mains voltage relative to the DC voltage (Vdc) becomes 70% or more. Thus, compared with the case where the command value (Vdc*) of the DC voltage is higher than twice the average grid voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit, the rapid change in the ON duration of the switching element (Sr1, Sr2, Ss1, Ss2 , St1, St2) of the inverter (21) of the current compensation unit when switching phases of the modulation target can be more restrained, and the harmonic component contained in the current (Is(uvw)) of the power supply can be more reliably reduced.
[0148] "Другие варианты"[0148] "Other options"
В первом-третьем вариантах осуществления источник формирования гармоники соединяется с первым и вторым токопроводящими проводами (601, 602) первого-третьего токопроводящих проводов (601, 602, 603), но может быть соединен только с одним из первого-третьего токопроводящих проводов (601, 602, 603) или быть соединен со всеми тремя токопроводящими проводами.In the first to third embodiments, the harmonic generating source is connected to the first and second conductors (601, 602) of the first to third conductors (601, 602, 603), but may only be connected to one of the first to third conductors (601, 602, 603) or be connected to all three conductive wires.
[0149] В третьем варианте осуществления блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока вычисляет командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока таким образом, что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше двойного среднего напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока, но блок (28) вычисления командного значения напряжения постоянного тока может вычислять командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока таким образом, что командное значение (Vdc*) напряжения постоянного тока равно или меньше двойного значения основной частотной составляющей напряжения сети на стороне переменного тока инвертора (21) блока компенсации тока. Т.е., блок (28а) вычисления среднего значения может вычислять основную частотную составляющую командного значения (Vid) выходного напряжения для составляющей d-оси.[0149] In the third embodiment, the DC voltage command value calculating unit (28) calculates the DC voltage command value (Vdc*) such that the DC voltage command value (Vdc*) is equal to or less than twice the average AC side network voltage current of the inverter (21) of the current compensation unit, but the DC voltage command value calculation unit (28) can calculate the DC voltage command value (Vdc*) such that the DC voltage command value (Vdc*) is equal to or less than twice the main value frequency component of the network voltage on the AC side of the inverter (21) of the current compensation unit. That is, the average value calculation unit (28a) can calculate the fundamental frequency component of the command value (Vid) of the output voltage for the d-axis component.
[0150] В первом варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что Выражения (II)-(IV) удовлетворяются, но генератор (27) возбуждающего сигнала может формировать возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что не Выражение (II), а только Выражения (III) и (IV) удовлетворяются. Генератор (27) возбуждающего сигнала может формировать возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что одно или оба Выражения (III) и (IV) не удовлетворяются, а Выражение (II) удовлетворяется.[0150] In the first embodiment, the drive signal generator (27) generates the drive signal (Sd) such that Expressions (II) to (IV) are satisfied, but the drive signal generator (27) can generate the drive signal (Sd) such that that not Expression (II), but only Expressions (III) and (IV) are satisfied. The drive signal generator (27) may generate the drive signal (Sd) such that one or both of Expressions (III) and (IV) are not satisfied and Expression (II) is satisfied.
[0151] Во втором варианте осуществления генератор (27) возбуждающего сигнала формирует возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что Выражения (VII)-(IX) удовлетворяются, но генератор (27) возбуждающего сигнала может формировать возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что не Выражение (VII), а только Выражения (VIII) и (IX) удовлетворяются. Генератор (27) возбуждающего сигнала может формировать возбуждающий сигнал (Sd) таким образом, что одно или оба Выражения (VIII) и (IX) не удовлетворяются, а Выражение (VII) удовлетворяется.[0151] In the second embodiment, the drive signal generator (27) generates the drive signal (Sd) such that Expressions (VII) to (IX) are satisfied, but the drive signal generator (27) can generate the drive signal (Sd) such that that not Expression (VII), but only Expressions (VIII) and (IX) are satisfied. The drive signal generator (27) may generate the drive signal (Sd) such that one or both of Expressions (VIII) and (IX) are not satisfied and Expression (VII) is satisfied.
[0152] В первом-третьем вариантах осуществления преобразователь (100) мощности предоставляется в системе (1) кондиционирования воздуха, но преобразователь (100) мощности может быть предоставлен в системе теплового насоса другого типа, такой как системы для регулирования температуры, влажности и т.д. Более конкретно, преобразователь (100) мощности может быть предусмотрен в системах тепловых насосов системы нагрева воздуха/воды, витрины, холодильника, морозильника и нагревателя воды для регулирования внутренней температуры, и т.д.[0152] In the first to third embodiments, the power converter (100) is provided in the air conditioning system (1), but the power converter (100) may be provided in another type of heat pump system, such as systems for controlling temperature, humidity, etc. d. More specifically, the power converter (100) may be provided in heat pump systems of an air/water heating system, a display case, a refrigerator, a freezer, and a water heater to regulate the internal temperature, etc.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
[0153] Как описано выше, настоящее раскрытие является полезно применимым к преобразователю мощности, включающему в себя блок преобразования мощности, который выполняет преобразование мощности для трехфазного переменного тока, выводимого от источника питания переменного тока, и блок компенсации тока, который подает компенсирующий ток источнику питания переменного тока, и к системе теплового насоса, включающей в себя такой преобразователь мощности.[0153] As described above, the present disclosure is usefully applicable to a power converter including a power conversion unit that performs power conversion for three-phase alternating current output from an AC power supply, and a current compensation unit that supplies compensating current to the power supply AC power supply, and to a heat pump system including such a power converter.
Описание условных обозначенийDescription of symbols
[0154] 1 Система кондиционирования воздуха (система теплового насоса)[0154] 1 Air conditioning system (heat pump system)
2 Источник питания переменного тока2 AC power supply
10 Блок преобразования мощности10 Power conversion unit
11 Схема выпрямителя11 Rectifier circuit
12 Инвертор блока преобразования мощности12 Power conversion unit inverter
12а Первый узел постоянного тока12a First DC node
12b Второй узел постоянного тока12b Second DC node
13 Дроссель блока преобразования мощности13 Power conversion unit choke
14 Конденсатор блока преобразования мощности14 Power conversion unit capacitor
20 Блок компенсации тока20 Current compensation block
21 Инвертор блока компенсации тока21 Current compensation unit inverter
21а, 21b Узлы постоянного тока21a, 21b DC nodes
22 Конденсатор блока компенсации тока22 Current compensation unit capacitor
23 Дроссель блока компенсации тока23 Current compensation unit choke
24 Фильтр блока компенсации тока24 Current compensation filter
24а Дроссель фильтра24a Filter choke
24b Конденсатор фильтра24b Filter capacitor
26 Контроллер компенсации26 Compensation controller
27 Генератор возбуждающего сигнала27 Excitation signal generator
28 Блок вычисления командного значения напряжения постоянного тока28 Block for calculating the command value of DC voltage
29 Блок вычисления командного значения напряжения29 Block for calculating the command voltage value
100 Преобразователь мощности100 Power converter
300 Внутренний блок (источник формирования гармоник)300 Indoor unit (source of harmonic generation)
400 Наружный вентилятор (источник формирования гармоник)400 Outdoor fan (source of harmonics)
601 Первый токопроводящий провод601 First conductive wire
602 Второй токопроводящий провод602 Second conductive wire
603 Третий токопроводящий провод603 Third conductive wire
Ia (uvw) Компенсирующий токIa (uvw) Compensating current
Io (uvw) Ток нагрузкиIo (uvw) Load current
Vid, Viq Командное значение выходного напряженияVid, Viq Output voltage command value
Vdc Напряжение постоянного токаVdc DC Voltage
Vdc* Командное значение напряжения постоянного токаVdc* DC voltage command value
Sr1, Sr2, Sr3, Sr4, Sr5, Sr6 Переключающие элементыSr1, Sr2, Sr3, Sr4, Sr5, Sr6 Switching elements
Sd Возбуждающий сигналSd Excitatory signal
Claims (66)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020-163992 | 2020-09-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2817330C1 true RU2817330C1 (en) | 2024-04-15 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2209502C2 (en) * | 1997-10-31 | 2003-07-27 | Хитачи, Лтд. | Electric power inverting device |
US20040095121A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-05-20 | Kent Kernahan | Power converter circuitry and method |
US8587238B2 (en) * | 2003-07-22 | 2013-11-19 | Sergio A. Maiocchi | System for operating DC motors and power converters |
US9397580B1 (en) * | 2006-06-06 | 2016-07-19 | Ideal Power, Inc. | Dual link power converter |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2209502C2 (en) * | 1997-10-31 | 2003-07-27 | Хитачи, Лтд. | Electric power inverting device |
US20040095121A1 (en) * | 2002-11-14 | 2004-05-20 | Kent Kernahan | Power converter circuitry and method |
US8587238B2 (en) * | 2003-07-22 | 2013-11-19 | Sergio A. Maiocchi | System for operating DC motors and power converters |
US9397580B1 (en) * | 2006-06-06 | 2016-07-19 | Ideal Power, Inc. | Dual link power converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9960703B2 (en) | DC power-supply device and refrigeration-cycle application device including the same | |
JP5958531B2 (en) | Inverter device | |
JP4416531B2 (en) | Voltage controlled pulse width modulation frequency converter and control method thereof | |
WO2012049706A1 (en) | Three-phase ac/dc converting apparatus and air handling unit using three-phase ac/dc converting apparatus | |
JP2008113514A (en) | Power supply circuit and control circuit therewith | |
JPWO2008090917A1 (en) | DC power supply and air conditioner equipped with the same | |
US11177741B2 (en) | AC-AC converter circuit | |
JP2014057521A (en) | Power conversion device | |
US11811332B2 (en) | Direct-current power supply apparatus, motor drive control apparatus, blower, compressor, and air conditioner | |
JP5451797B2 (en) | Power converter | |
US20230246561A1 (en) | Power converter and heat pump system provided therewith | |
US11736025B2 (en) | Electrical power conversion apparatus | |
KR101911262B1 (en) | Power transforming apparatus having noise reduction function and air conditioner including the same | |
RU2817330C1 (en) | Power converter and heat pump system equipped with it | |
Singh et al. | Voltage controlled PFC SEPIC converter fed PMBLDCM drive for an air-conditioner | |
KR20200053925A (en) | Power transforming apparatus having noise reduction function, compressor including the same and the method for the same | |
KR20180085999A (en) | Power supply apparatus controlling harmonics, air conditioner including the same, and method for controlling harmonics | |
KR102015440B1 (en) | Power transforming apparatus and air conditioner including the same | |
JP4517762B2 (en) | Switching control method, rectifier, and drive system | |
KR102007852B1 (en) | Power transforming apparatus and air conditioner including the same | |
EP4322384A1 (en) | Power conversion method and power converter | |
KR102069067B1 (en) | Power transforming apparatus including rectifier decreasing ripple current and air conditioner including the same | |
Lin et al. | Green mode control strategy of a PMSM with front-end SEPIC PFC converter | |
KR101878146B1 (en) | Power transforming apparatus and air conditioner including the same | |
Hegde et al. | Improvement of Power Quality and Speed Regulation of A BLDC Motor Drive Using an Interleaved Converter |