TW201742363A - 電力變換裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係在將複數相的交流電力變換成直流電力的電力變換裝置(1)當中，控制部(8)係具備：控制信號產生部(83)，係以產生用以控制直流電壓的各相交流電壓指令之方式產生控制信號(Ga)；以及限制信號產生部(82)，係以對各相限制控制信號(Ga)之方式限制開關次數。限制信號產生部(82)係在包夾交流電壓之各相電壓的正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間，產生限制控制信號(Ga)的致能信號(En)。

Description

電力變換裝置

本發明係有關於在複數相的交流和直流之間進行電力變換之電力變換裝置之相關技術。

習知技術中，揭示有在具備橋接有開關(switching)元件及反向並聯於開關元件的二極體之主電路之電力變換裝置的PWM(Pulse Width Modulation)控制當中，兩相PWM控制電力變換裝置之技術。

兩相PWM控制係在各相的電壓峰值附近，使該相的開關停止固定時間，且以殘留的兩相進行開關，而減低開關損失之控制。

習知之兩相PWM控制中，在產生控制反相器(inverter，依中華民國國立教育研究院電子計算機名詞工具書稱為反向器，亦有稱為變頻器或反用換流器之情形)中的各相的開關之各相PWM信號時，至少對任意的一相，檢測相電壓及線電流，且求得兩者的相位差(功因角(power factor angle))。求得之功因角係使用於控制各相PWM信號的產生動作，使反相器的各相的開關停止期間追隨流通於反相器的負載之線電流的峰值附近(例如，參考專利文獻 1)。

此外，在使用根據習知之另一例的兩相PWM控制之電力變換裝置中，係根據輸出電流及電壓指令值而演算功率因數，產生因應於功率因數之頻率的載波信號，來產生控制開關元件的PWM信號(例如，參考專利文獻2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平7-46855號公報

專利文獻2：日本專利第5615468號公報

在上述專利文獻1所記載之兩相PWM控制中，係根據檢測之負載狀態而求得功率因數，且根據功率因數而進行開關停止期間的追隨控制，故控制上較為複雜。此外，反相器的各相的開關停止期間係限定於流通於反相器的負載之線電流的峰值附近，故在開關損失之減低化會有瓶頸。

此外，在上述專利文獻2所記載之電力變換裝置中，雖然獲得諧波的抑制功效，但，僅在各相電壓指令值的峰值附近停止各相的開關，同樣的，在開關損失之減低化會有瓶頸。

本發明係為了解除上述之問題點而創作，目的在於使用PWM控制來將複數相的交流電力變換成直 流電力的電力變換裝置當中，以輕易的控制來有效地抑制諧波的同時，且謀求開關損失之減低。

本發明之電力變換裝置係具備：電力變換器，係橋接有各自以反向並列之方式連接二極體之複數個開關元件而構成，且將複數相的交流電力變換成直流電力；交流電壓檢測器及交流電流檢測器，係分別設置於上述電力變換器的交流側而檢測交流電壓及交流電流；直流電壓檢測器，係檢測上述電力變換器的直流端子的直流電壓；以及控制部，係根據上述該等的檢測結果，藉由PWM控制來將上述電力變換器予以輸出控制。上述控制部係具備：控制信號產生部，係以產生用以控制上述直流電壓的各相交流電壓指令之方式產生將上述開關元件予以開關控制的控制信號；以及限制部，係以對各相限制該控制信號之方式限制上述開關元件的開關次數。上述限制部係決定包夾上述交流電壓之各相電壓的正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間作為各相的限制期間，且在該限制期間當中，產生限制上述控制信號的限制信號。

根據本發明之電力變換裝置，由於將包夾上述交流電壓之各相電壓的正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間作為各相的限制期間並加以限制上述控制信號，故以輕易的控制來有效地抑制諧波的同時，能減低開關損失。

1‧‧‧電力變換裝置

1A至1C‧‧‧電力變換裝置

10‧‧‧交流電壓源

11‧‧‧負載

2‧‧‧交流電壓檢測器

3‧‧‧濾波器

4‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4R‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4S‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4T‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

5‧‧‧電力變換器

21‧‧‧第一儲存部

22‧‧‧第二儲存部

23a至23d‧‧‧乘算器

23r‧‧‧R相電壓臨界值產生部

23s‧‧‧S相電壓臨界值產生部

23t‧‧‧T相電壓臨界值產生部

24r‧‧‧R相電壓比較部

24s‧‧‧S相電壓比較部

24t‧‧‧T相電壓比較部

26‧‧‧第一儲存部

27‧‧‧第二儲存部

31‧‧‧指令值儲存部

32‧‧‧電壓指令產生部

32A‧‧‧電壓指令產生部

32C‧‧‧電壓指令產生部

33‧‧‧PWM信號產生部

33r‧‧‧R相PWM信號產生部

33s‧‧‧S相PWM信號產生部

33t‧‧‧T相PWM信號產生部

34‧‧‧載波產生部

51a至51f‧‧‧二極體

52a至52f‧‧‧開關元件

5a‧‧‧交流端子

5b‧‧‧直流端子5

6‧‧‧平滑電容器

7‧‧‧直流電壓檢測器

8‧‧‧控制部

8A‧‧‧控制部

8B‧‧‧控制部

8C‧‧‧控制部

81‧‧‧相電壓處理部

81A‧‧‧相電壓處理部

81B‧‧‧相電壓處理部

82‧‧‧限制信號產生部

82A‧‧‧限制信號產生部

82B‧‧‧限制信號產生部

82C‧‧‧限制信號產生部

83‧‧‧控制信號產生部

83A‧‧‧控制信號產生部

83C‧‧‧控制信號產生部

810‧‧‧相電壓資訊

811‧‧‧相電壓資訊

830‧‧‧相電壓指令資訊

831‧‧‧相電壓指令資訊

A至D‧‧‧區域

En‧‧‧致能信號

Enr‧‧‧致能信號

Enra至Enrd‧‧‧致能信號

Ens‧‧‧致能信號

Ent‧‧‧致能信號

Ga‧‧‧控制信號

Gnra‧‧‧控制信號

Gns‧‧‧PWM信號

Gnsa‧‧‧控制信號

Gnta‧‧‧控制信號

Gpra‧‧‧控制信號

Gps‧‧‧PWM信號

Gpsa‧‧‧控制信號

Gpta‧‧‧控制信號

Gra‧‧‧控制信號

Gs‧‧‧PWM信號

Gsa‧‧‧控制信號

Gta‧‧‧控制信號

Gr‧‧‧PWM信號

Gpr‧‧‧PWM信號

Gnr‧‧‧PWM信號

Gns‧‧‧PWM信號

Gt‧‧‧PWM信號

Gpt‧‧‧PWM信號

Gnt‧‧‧PWM信號

Ir‧‧‧相電流

Is‧‧‧相電流

It‧‧‧相電流

K1‧‧‧第一係數

K2‧‧‧第二係數

Mr＊‧‧‧R相調變波

Ms＊‧‧‧S相調變波

Mt＊‧‧‧T相調變波

Vdc‧‧‧直流電壓

Vdc＊‧‧‧指令值

Vr‧‧‧R相電壓(相電壓值)

Vra至Vrd‧‧‧電壓臨界值

Vr＊‧‧‧R相交流電壓指令

Vrmax‧‧‧R相電壓的正側峰值

Vrmin‧‧‧R相電壓的負側峰值

Vrs‧‧‧交流電壓

Vr＊max‧‧‧R相交流電壓指令的正側峰值

Vr＊min‧‧‧R相交流電壓指令的負側峰值

Vs‧‧‧S相電壓(相電壓值)

Vsa至Vsd‧‧‧電壓臨界值

Vsmax‧‧‧S相電壓的正側峰值

Vsmin‧‧‧S相電壓的負側峰值

Vst‧‧‧交流電壓

Vs＊‧‧‧S相交流電壓指令

Vs＊max‧‧‧S相交流電壓指令的正側峰值

Vs＊min‧‧‧S相交流電壓指令的負側峰值

Vt‧‧‧T相電壓(相電壓值)

Vta至Vtd‧‧‧電壓臨界值

Vtmax‧‧‧T相電壓的正側峰值

Vtmin‧‧‧T相電壓的負側峰值

Vtr‧‧‧交流電壓

Vt＊‧‧‧T相交流電壓指令

Vt＊max‧‧‧T相交流電壓指令的正側峰值

Vt＊min‧‧‧T相交流電壓指令的負側峰值

θ‧‧‧相位角

θ 1‧‧‧第一基準相位

θ 2‧‧‧第二基準相位

θ r‧‧‧相位角

θ r＊‧‧‧R相交流電壓指令的相位角

θ s‧‧‧相位角

θ s＊‧‧‧S相交流電壓指令的相位角

θ t‧‧‧相位角

θ t＊‧‧‧T相交流電壓指令的相位角

第1圖表示本發明之實施形態1的電力變換裝置之概略構成之圖示。

第2圖表示本發明之實施形態1的電力變換器之電路圖。

第3圖表示本發明之實施形態1之控制部的一部分之方塊圖。

第4圖表示本發明之實施形態1之控制部的一部分之方塊圖。

第5圖表示本發明之實施形態1之限制信號產生部的一部分之方塊圖。

第6圖說明本發明之實施形態1之限制信號的產生動作之流程圖。

第7圖說明本發明之實施形態1之控制信號的產生動作之流程圖。

第8圖說明本發明之實施形態1之電力變換裝置的動作之交流電壓波形圖。

第9圖說明本發明之實施形態1之電力變換裝置的動作之各部的波形圖。

第10圖說明本發明之實施形態1之電力變換裝置之另一例的動作之各部的波形圖。

第11圖表示本發明之實施形態2的電力變換裝置之概略構成之圖示。

第12圖表示本發明之實施形態2之控制部的一部分之方塊圖。

第13圖表示本發明之實施形態2之控制部的一部分之方塊圖。

第14圖表示本發明之實施形態3的電力變換裝置之概略構成之圖示。

第15圖表示本發明之實施形態3之控制部的一部分之方塊圖。

第16圖表示本發明之實施形態3之控制部的一部分之方塊圖。

第17圖說明本發明之實施形態3之限制信號的產生動作之流程圖。

第18圖表示本發明之實施形態4的電力變換裝置之概略構成之圖示。

第19圖表示本發明之實施形態4之控制部的一部分之方塊圖。

第20圖表示本發明之實施形態4之控制部的一部分之方塊圖。

實施形態1

以下，根據圖式而詳細說明本發明之實施形態1的電力變換裝置。第1圖係表示本發明之實施形態1的電力變換裝置之概略構成圖。

如第1圖所示，電力變換裝置1係具備：交流電壓檢 測器2；濾波器3；交流電流檢測器(以下，稱為電流檢測器)4；電力變換器5，係由功率模組所構成；平滑電容器6，係連接於電力變換器5的直流側；直流電壓檢測器7；以及控制部8，係控制電力變換器5。

電力變換器5係在複數相交流的情形下，進行三相交流(R相、S相、T相)的從交流電力變換成直流電力的電力變換者，交流側係透過濾波器3而連接於交流電壓源10，直流側係透過平滑電容器6而連接於負載11。

負載11係例如由馬達、以及將直流電力變換成馬達驅動所需的交流電力之反相器所構成。

又，該實施形態亦包含電力變換裝置1的輸入側之變壓器或因配線等所形成之阻抗成分及電抗成分用作為交流電壓源10來處理。

如第2圖所示，電力變換器5係橋接有各自以反向並列之方式連接二極體51a至51f之複數(該情形時為6個)的開關元件52a至52f而構成。又，二極體51a至51f係構成三相的全波整流電路。

將電力變換器5的連接構成之詳細情形表示如下。二極體51a的陽極和二極體51b的陰極係透過電流檢測器4和濾波器3而連接於交流電壓源10的R相。並且，二極體51c的陽極和二極體51d的陰極係透過電流檢測器4和濾波器3而連接於交流電壓源10的S相。二極體51e的陽極和二極體51f的陰極係透過電流檢測器4和濾波器3而連接於交流電壓源10的T相。

將二極體51a的陽極和二極體51b的陰極之連接點、二極體51c的陽極和二極體51d的陰極之連接點、以及二極體51e的陽極和二極體51f的陰極之連接點設成電力變換器5的交流端子5a。又，第2圖係將來自各連接點的端子圖示為交流端子5a。

開關元件52a至52f係各自與二極體51a至51f反向並聯。二極體51a的陰極和二極體51c的陰極和二極體51e的陰極、以及與該等陰極連接之開關元件52a、52c、52e的端子係互相連接而形成電力變換器5的直流端子5b之高電位側端子。

二極體51b的陽極和二極體51d的陽極和二極體51f的陽極、以及與該等陽極連接之開關元件52b、52d、52f的端子係互相連接而形成電力變換器5的直流端子5b之低電位側端子。

又，將直流端子5b之高電位側端子、以及低電位側端子合併而簡稱為直流端子5b。

開關元件52a至52f係藉由控制部8對各開關元件52a至52f分別輸出之控制信號(閘極信號)Ga，控制成導通/關斷之中之任意一者狀態。又，使開關元件52a至52f導通之控制信號Ga的狀態係稱為控制信號Ga為導通，而令開關元件52a至52f關斷之控制信號Ga的狀態係稱為控制信號Ga為關斷。

又，開關元件52a至52f係具有驅動電路(圖示省略)來切換導通/關斷。

濾波器3係例如由各連接兩個於各相的六個電抗器、以及利用△結線、或Y結線而連接於各相兩個電抗器之間的三個電容器所構成。

平滑電容器6係連接於電力變換器5的直流端子5b之間，將直流電壓予以平滑化。

交流電壓檢測器2係配設於濾波器3的交流電壓源10側，檢測兩相間的交流電壓，該情形時為檢測R相相對於S相的電壓Vrs、S相相對於T相的電壓Vst、以及T相相對於R相的電壓Vtr。檢測之交流電壓Vrs、Vst、Vtr之值係傳送至控制部8。又，為了方便起見，將交流電壓Vrs、Vst、Vtr之檢測值簡稱為交流電壓Vrs、Vst、Vtr。

該實施形態中，檢測三個之交流電壓Vrs、Vst、Vtr，但，亦可僅檢測其中之兩個。

電流檢測器4(4R、4S、4T)係配設於濾波器3和電力變換器5之間，檢測作為流通於電力變換器5的交流端子5a的交流電流之相電流Ir、Is、It之值。該情形時，電流檢測器4R係檢測R相的相電流Ir，電流檢測器4S係檢測S相的相電流Is，電流檢測器4T係檢測T相的相電流It。檢測之相電流Ir、Is、以及It之值係傳送至控制部8。

又，為了方便起見，將相電流Ir、Is、It之檢測值簡稱為相電流Ir、Is、It。

直流電壓檢測器7係連接於平滑電容器6的兩端子之間，亦即，連接於電力變換器5的直流端子5b 之間，且檢測平滑電容器6的直流電壓Vdc。並且，直流電壓(檢測值)Vdc係傳送至控制部8。

控制部8係具備相電壓處理部81、作為限制部之限制信號產生部82、以及控制信號產生部83。控制部8之詳細情形係表示於第3圖及第4圖。

如第3圖所示，相電壓處理部81係使用自交流電壓檢測器2所輸入之交流電壓Vrs、Vst、Vtr，演算相電壓(相電壓值)Vr、Vs、Vt、以及相電壓的正負的峰值(Vrmax、Vrmin)、(Vsmax、Vsmin)、(Vtmax、Vtmin)而作為相電壓資訊810，並輸出至限制信號產生部82。此外，相電壓處理部81係將相電壓之相位角θ輸出至控制信號產生部83。相電壓的正負的峰值為相電壓的最大電壓值(>0)、以及最小電壓值(<0)。

交流電壓檢測器2係在僅檢測三個交流電壓Vrs、Vst、Vtr之中的兩個時，則使用兩個交流電壓而演算三相之相電壓Vr、Vs、Vt。

限制信號產生部82係具備：第一儲存部21，係保持第一係數K1；第二儲存部22，係保持第二係數K2；R相電壓臨界值產生部23r；S相電壓臨界值產生部23s；T相電壓臨界值產生部23t；R相電壓比較部24r；S相電壓比較部24s；以及T相電壓比較部24t。並且，限制信號產生部82係輸出作為限制各相的控制信號之限制信號的致能信號En(Enr、Ens、Ent)，致能信號En係輸入至控制信號產生部83。

第一係數K1、第二係數K2係能自外部而設定使K1>K2≧0成立的任意之值。

R相電壓臨界值產生部23r、S相電壓臨界值產生部23s、以及T相電壓臨界值產生部23t之詳細情形係表示於第5圖。根據第5圖來說明有關於R相電壓臨界值產生部23r的動作如下。S相電壓臨界值產生部23s、T相電壓臨界值產生部23t的動作係針對S相、T相進行和R相電壓臨界值產生部23r相同的動作，且省略其說明。

如第5圖所示，R相電壓臨界值產生部23r係輸入第一係數K1、第二係數K2、以及R相電壓的正負的峰值(Vrmax、Vrmin)，將正側第一臨界值Vra、正側第二臨界值Vrb、負側第二臨界值Vrc、負側第一臨界值Vrd作為相對於相電壓Vr之電壓臨界值並加以輸出。

正側峰值Vrmax係使用乘算器23a而乘以第一係數K1，此外，使用乘算器23b而乘以第二係數K2。並且，乘算器23a、23b係產生正側第一臨界值Vra、正側第二臨界值Vrb。負側峰值Vrmin係使用乘算器23c而乘以第二係數K2，此外，使用乘算器23d而乘以第一係數K1。並且，乘算器23c、23d係產生負側第二臨界值Vrc、負側第一臨界值Vrd。

如此，R相電壓臨界值產生部23r、S相電壓臨界值產生部23s、以及T相電壓臨界值產生部23t係對各相而設定四個電壓臨界值，且設定之各相的電壓臨界值係輸入至R相電壓比較部24r、S相電壓比較部24s、以及 T相電壓比較部24t。各相的四個之電壓臨界值，總計為十二個電壓臨界值係設定如下。

Vra=K1‧Vrmax

Vrb=K2‧Vrmax

Vrc=K2‧Vrmin

Vrd=K1‧Vrmin

Vsa=K1‧Vsmax

Vsb=K2‧Vsmax

Vsc=K2‧Vsmin

Vsd=K1‧Vsmin

Vta=K1‧Vtmax

Vtb=K2‧Vtmax

Vtc=K2‧Vtmin

Vtd=K1‧Vtmin

接著，根據第6圖來說明R相電壓比較部24r的動作如下。S相電壓比較部24s、T相電壓比較部24t的動作係對S相、T相進行和R相電壓比較部24r相同的動作，且省略說明。

R相電壓比較部24r係自相電壓處理部81而輸入R相電壓Vr(步驟S1)，且檢測R相電壓Vr的符號(步驟S2)。

若R相電壓Vr為正值，則將R相電壓Vr和正側第一臨界值Vra作比較(步驟S3)，若R相電壓Vr超過正側第一臨界值Vra，則使致能信號Enra設為導通。在R相電壓Vr超過正側第一臨界值Vra的狀態所持續之期間，致能信號 Enra係維持導通狀態(步驟S4)。

致能信號係選擇導通、關斷之中之任意一個狀態的信號，而輸出屬於限制信號之致能信號係指將致能信號設為導通之情形。

在步驟S3當中，若R相電壓Vr為正側第一臨界值Vra以下，則將R相電壓Vr和正側第二臨界值Vrb作比較(步驟S5)，若R相電壓Vr為未滿正側第二臨界值Vrb，則使致能信號Enrb設為導通。在R相電壓Vr為正、並且未滿正側第二臨界值Vrb的狀態所持續之期間，致能信號Enrb係維持導通狀態(步驟S6)。

在步驟S2當中，若R相電壓Vr為負值或零，則將R相電壓Vr和負側第二臨界值Vrc作比較(步驟S7)，若R相電壓Vr為超過負側第二臨界值Vrc，則使致能信號Enrc設為導通。在R相電壓Vr超過負側第二臨界值Vrc的狀態所持續之期間，致能信號Enrc係維持導通狀態(步驟S8)。

在步驟S7當中，若R相電壓Vr為負側第二臨界值Vrc以下，則將R相電壓Vr和負側第一臨界值Vrd作比較(步驟S9)，若R相電壓Vr為未滿負側第一臨界值Vrd，則使致能信號Enrd設為導通。在R相電壓Vr為負、並且未滿負側第一臨界值Vrd的狀態所持續之期間，致能信號Enrd係維持導通狀態(步驟S10)。

在步驟S5當中，若R相電壓Vr為正側第二臨界值Vrb以上、或在步驟S9當中，R相電壓Vr為負 側第一臨界值Vrd以上，則使R相之全部的致能信號Enr(Enra、Enrb、Enrc、Enrd)設為關斷(步驟S11)。

如此，R相電壓比較部24r係使用R相電壓Vr之值及電壓臨界值Vra至Vrd，使R相的致能信號Enr(Enra、Enrb、Enrc、Enrd)之中之任意一者設為導通、或使全部設為關斷。

如第4圖所示，控制信號產生部83係具備：指令值儲存部31，係保持直流電壓Vdc的指令值Vdc＊；電壓指令產生部32；PWM信號產生部33，係產生使用PWM信號之Ga；以及載波產生部34。

電壓指令產生部32係輸入有：來自相電壓處理部81的相位角θ、來自電流檢測器4的相電流Ir、Is、It、來自直流電壓檢測器7的直流電壓Vdc、以及來自指令值儲存部31的指令值Vdc＊。並且，電壓指令產生部32係產生用以將直流電壓Vdc控制為指令值Vdc＊的各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊，且根據各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊而演算相對於電力變換器5的各相調變波Mr＊、Ms＊、Mt＊。

載波產生部34係產生PWM控制用之載波並輸出至PWM信號產生部33。載波係一般為高頻率的三角波或鋸齒波。

PWM信號產生部33係具備R相PWM信號產生部33r、S相PWM信號產生部33s、以及T相PWM信號產生部33t。R相PWM信號產生部33r係自電壓指令產生部32 而輸入R相調變波Mr＊，又自限制信號產生部82而輸入R相的致能信號Enr。同樣的，S相PWM信號產生部33s係輸入有S相調變波Ms＊及S相的致能信號Ens，而T相PWM信號產生部33t係輸入有T相調變波Mt＊及T相的致能信號Ent。

各相的PWM信號產生部33r、33s、33t係分別將各相的調變波Mr＊、Ms＊、Mt＊和載波作比較，產生形成基本控制信號之各相的PWM信號G，亦即，Gr(Gpr、Gnr)、Gs(Gps、Gns)、Gt(Gpt、Gnt)。PWM信號Gpr、Gps、Gpt係對電力變換器5內的高電位側之開關元件52a、52c、52e所產生，而PWM信號Gnr、Gns、Gnt係對電力變換器5內的低電位側之開關元件52b、52d、52f所產生。並且，各相的PWM信號產生部33r、33s、33t係以將產生的PWM信號Gr、Gs、Gt予以根據各相的致能信號Enr、Ens、Ent來限制導通及關斷切換之方式產生控制信號Ga，亦即產生Gra(Gpra、Gnra)、Gsa(Gpsa、Gnsa)、Gta(Gpta、Gnta)。

根據第7圖來說明根據PWM信號Gr(Gpr、Gnr)及致能信號Enr而產生控制信號Gra(Gpra、Gnra)之R相PWM信號產生部33r的動作如下。S相PWM信號產生部33s、T相PWM信號產生部33t的動作係對S相、T相進行和R相PWM信號產生部33r相同的動作，且省略說明。

R相PWM信號產生部33r係自R相電壓比較部24r而輸入致能信號Enr(Enra、Enrb、Enrc、Enrd)(步 驟SS1)，致能信號Enra為導通時(步驟SS2)，控制信號Gpra係被強制性的設定為導通，且控制信號Gnra係被強制性的設定為關斷(步驟SS3)。致能信號Enrb為導通時(步驟SS4)，控制信號Gpra係被強制性的設定為關斷，且控制信號Gnra係被強制性的設定為關斷(步驟SS5)。致能信號Enrc為導通時(步驟SS6)，控制信號Gpra係被強制性的設定為關斷，且控制信號Gnra係被強制性的設定為關斷(步驟SS7)。致能信號Enrd為導通時(步驟SS8)，控制信號Gpra係被強制性的設定為關斷，且控制信號Gnra係被強制性的設定為導通(步驟SS9)。致能信號Enr(Enra、Enrb、Enrc、Enrd)全部為關斷時，則控制信號Gpra係被設定為PWM信號Gpr，且控制信號Gnra係被設定為PWM信號Gnr(步驟SS10)。

如此，R相PWM信號產生部33r係在未輸入致能信號Enr之期間(致能信號Enr之關斷期間)，將調變波Mr＊及載波的比較結果之R相的PWM信號Gr作為R相的控制信號Gra而使用。並且，在輸入致能信號Enr之期間(致能信號Enr之導通期間)之限制期間，控制信號Gra係固定為導通或關斷並停止切換。控制信號Gra(Gpra、Gnra)係輸出至電力變換器5，並將R相的開關元件52a、52b進行開關。因此，在致能信號Enr輸入至R相PWM信號產生部33r之期間(限制期間)，係停止R相的開關元件52a、52b之導通關斷的切換。

第8圖係表示R相電壓Vr、相對於R相電 壓Vr的四個電壓臨界值(Vra、Vrb、Vrc、Vrd)、以及輸出致能信號Enr之期間的關係之波形圖。屬於正側第一期間的A區域係輸出致能信號Enra，且控制信號Gpra係固定為導通，而控制信號Gnra係固定為關斷。屬於正側第二期間的B區域係輸出致能信號Enrb，且控制信號Gpra、Gnra均固定為關斷。屬於負側第二期間的C區域係輸出致能信號Enrc，且控制信號Gpra、Gnra均固定為關斷。屬於負側第一期間的D區域係輸出致能信號Enrd，且控制信號Gpra係固定為關斷，而控制信號Gnra係固定為導通。

包夾各相電壓之正負的峰值之正側、負側的第一期間(A區域、D區域)，相電壓的大小和電力變換器5的直流電壓Vdc的差分較小，即使停止開關元件的切換，電壓變化亦較少。此外，包夾各相電壓之零交叉點之正側、負側的第二期間(B區域、C區域)，電流變移較小，即使停止開關元件的切換，波形變化亦較少。包夾零交叉點的第二期間係以合併正側第二期間(B區域)及負側第二期間(C區域)的期間所構成。

因此，在能減低開關次數的同時，亦能抑制諧波失真。此外，以採用根據使用相電壓之正負的峰值所產生的電壓臨界值而產生的致能信號En之方式來使控制信號Ga的轉換停止。因此，以輕易的控制來有效地抑制諧波的同時，能減低開關損失。

第9圖、第10圖係說明電力變換器5的動作之各部的波形圖，且表示：各相電壓Vr、Vs、Vt、各相 電流Ir、Is、It、相對於R相之控制信號Gpra、Gnra、以及相對於R相之致能信號Enra、Enrb、Enrc、Enrd。第9圖係表示設定為第一係數K1=0.85，第二係數K2=0.1之情形，而第10圖係表示設定為第一係數K1=0.75，第二係數K2=0.2之情形。

第9圖之情形係相較於第10圖之情形，使輸出致能信號En之期間設定為較短。第9圖之情形，開關次數係一週期為46次，各相電流Ir、Is、It之諧波失真率(THD)為5.5%。此外，第10圖之情形，開關次數係一週期為34次，各相電流Ir、Is、It之諧波失真率(THD)為12.9%。

如此，藉由調整而設定第一係數K1、第二係數K2，即能控制致能信號En所輸出之期間，亦即，能控制使控制信號Ga的切換停止之限制期間。使致能信號En所輸出之期間設定為較長時，即能減低開關元件52a至52f之開關次數，且能增大開關損失的減低功效。使致能信號En所輸出之期間設定為較短時，開關損失的減低功效雖變小，但，能增大諧波的抑制功效。

因此，因應對電力變換器5所要求之特性，能輕易地最佳化開關次數及諧波失真率。

此外，當第一係數K1降低時，則使包夾正負的峰值之第一期間變大，而當第二係數K2提高時，則使包夾零交叉點之第二期間變大，能分別個別地加以調整。

為了確實地實施兩相PWM控制並取得功效，第一係數K1之值較佳為0.86以下。

此外，包夾零交叉點之第二期間亦可實質為零，該情形時係設定第二係數K2=0。

此外，在上述實施形態當中，在致能信號En所輸出之期間係使控制信號Ga的切換停止，但，並不限定於此。例如，在致能信號En所輸出之期間當中，亦可以開關次數減低之方式進行限制。

此外，雖在控制部8內產生各相的四個電壓臨界值，但，負側的電壓臨界值亦可以使正側的電壓臨界值的極性予以反相之方式來產生。

實施形態2

接著，說明本發明之實施形態2的電力變換裝置。第11圖係本發明之實施形態2的電力變換裝置1A之概略構成圖。

如第11圖所示，電力變換裝置1A係具備：交流電壓檢測器2；濾波器3；交流電流檢測器(以下，稱為電流檢測器)4；電力變換器5，係由功率模組所構成；平滑電容器6，係連接於電力變換器5的直流側；直流電壓檢測器7；以及控制部8A，係控制電力變換器5。控制部8A以外之構成係和上述實施形態1相同。

控制部8A係具備：相電壓處理部81A、作為限制部之限制信號產生部82A、以及控制信號產生部83A。控制部8A之詳細係表示於第12圖及第13圖。

相電壓處理部81A係使用自交流電壓檢測器2所輸入之交流電壓Vrs、Vst、Vtr，且將相電壓之相位角θ輸出至 控制信號產生部83A。

控制信號產生部83A係具備：指令值儲存部31，係保持直流電壓Vdc的指令值Vdc＊；電壓指令產生部32A；PWM信號產生部33，係產生使用PWM信號之控制信號Ga；以及載波產生部34。載波產生部34及PWM信號產生部33係和上述實施形態1相同。

電壓指令產生部32A係輸入有：來自相電壓處理部81A的相位角θ、來自電流檢測器4的相電流Ir、Is、It、來自直流電壓檢測器7的直流電壓Vdc、以及來自指令值儲存部31的指令值Vdc＊。並且，電壓指令產生部32A係產生用以將直流電壓Vdc控制為指令值Vdc＊的各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊，且根據各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊而演算相對於電力變換器5的各相調變波Mr＊、Ms＊、Mt＊。並且，演算各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊的正負之峰值(Vr＊max、Vr＊min)、(Vs＊max、Vs＊min)、(Vt＊max、Vt＊min)，且與各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊一同作為相電壓指令資訊830而輸出至限制信號產生部82A。

限制信號產生部82A係具備：第一儲存部21，係保持第一係數K1；第二儲存部22，係保持第二係數K2；R相電壓臨界值產生部23r；S相電壓臨界值產生部23s；T相電壓臨界值產生部23t；R相電壓比較部24r；S相電壓比較部24s；以及T相電壓比較部24t。並且，限制信號產生部82A係自控制信號產生部83A輸入相電壓指 令資訊830，並輸出各相的致能信號En(Enr、Ens、Ent)。致能信號En係輸入至控制信號產生部83A。

該情形時，各相的電壓臨界值產生部23r、23s、23t、以及各相的電壓比較部24r、24s、24t係分別為和上述實施形態1相同的構成，根據相電壓指令資訊830，來產生相對於各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊之電壓臨界值而進行比較。亦即，在各相的電壓臨界值產生部23r、23s、23t當中，使用使K1>K2≧0成立之第一係數K1、第二係數K2、以及各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊的正負之峰值，來演算各相的四個電壓臨界值(正側第一臨界值、正側第二臨界值、負側第二臨界值、負側第一臨界值)。並且，在各相的電壓比較部24r、24s、24t當中，將各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊和電壓臨界值(正側第一臨界值、正側第二臨界值、負側第二臨界值、負側第一臨界值)作比較，藉此輸出致能信號En。

在該實施形態2當中，包夾各相電壓之正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間，亦停止開關元件的切換、或減低次數，和上述實施形態1同樣的，能輕易的控制而有效的抑制諧波，且減低開關損失。

實施形態3

接著，說明本發明之實施形態3的電力變換裝置。第14圖係表示本發明之實施形態3的電力變換裝置1B之概略構成圖。

如第14圖所示，電力變換裝置1B係具備：交流電壓 檢測器2；濾波器3；交流電流檢測器(以下，稱為電流檢測器)4；電力變換器5，係由功率模組所構成；平滑電容器6，係連接於電力變換器5的直流側；直流電壓檢測器7；以及控制部8B，係控制電力變換器5。控制部8B以外之構成係和上述實施形態1相同。

控制部8B係具備：相電壓處理部81B、作為限制部之限制信號產生部82B、以及控制信號產生部83。控制部8B之詳細情形係表示於第15圖及第16圖。第16圖所示之控制信號產生部83係和上述實施形態1相同。

如第15圖所示，相電壓處理部81B係使用自交流電壓檢測器2所輸入之交流電壓Vrs、Vst、Vtr，來演算相電壓Vr、Vs、Vt，且檢測各自的相位角θ r、θ s、θ t並作為相電壓資訊811而輸出至限制信號產生部82B。此外，相電壓處理部81B係將相位角θ r、θ s、θ t之中之任意一者作為相電壓的相位角θ而輸出至控制信號產生部83。相位角θ r、θ s、θ t的範圍係設0°至360°，360°以上時，則使用自該相位角減去360°之值。

和上述實施形態1相同地，交流電壓檢測器2係在三個之交流電壓Vrs、Vst、Vtr之中，僅檢測兩個時，則使用兩個之交流電壓而演算三相的相電壓Vr、Vs、Vt。

限制信號產生部82B係具備：第一儲存部26，係保持第一基準相位θ 1；第二儲存部27，係保持第二基準相位θ 2；R相電壓相位比較部28r；S相電壓相位比較部28s；以及T相電壓相位比較部28t。並且，限制信 號產生部82B係輸出各相的致能信號En(Enr、Ens、Ent)，且致能信號En係輸入至控制信號產生部83。

第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2係能自外部而設定使0°≦θ 2<θ 1<90°成立之任意的相位角之值。

在各相當中，根據第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2，由加算器而各自加上180°，產生各相四個之相位角臨界值θ 1、θ 2、(180°+θ 1)、(180°+θ 2)，且輸入至各相的電壓相位比較部28r、28s、28t。

各相四個相位角臨界值係正側第一臨界值θ 1、正側第二臨界值θ 2、負側第一臨界值(180°+θ 1)、負側第二臨界值(180°+θ 2)，且為對應於上述實施形態1所產生之各相四個電壓臨界值(Vra、Vrb、Vrd、Vrc)的電壓值之相位角。參考第8圖，屬於正側第一期間之A區域係相位角範圍為θ 1至(180°-θ 1)的範圍，屬於正側第二期間之B區域係相位角範圍為0°至θ 2、以及(180°-θ 2)至180°的範圍。屬於負側第二期間之C區域係相位角範圍為180°至(180°+θ 2)、以及(360°-θ 2)至360°的範圍。屬於負側第一期間之D區域係相位角範圍為(180°+θ 1)至(360°-θ 1)的範圍。

接著，根據第17圖，且參考第8圖的波形圖而說明R相電壓相位比較部28r的動作如下。S相電壓相位比較部28s、T相電壓相位比較部28t的動作係對S相、T相進行和R相電壓相位比較部28r相同的動作，且省略 說明。

R相電壓相位比較部28r係自相電壓處理部81B輸入R相電壓Vr的相位角θ r(步驟S1)，當相位角θ r滿足0°<θ r<θ 2時(步驟S2)，則使致能信號Enrb設為導通。在滿足0°<θ r<θ 2的狀態所持續之期間，致能信號Enrb係維持導通狀態(步驟S3)。

在步驟S2當中，相位角θ r未滿足所提供的條件，而滿足θ 1<θ r<(180°-θ 1)時(步驟S4)，則使致能信號Enra設為導通。在滿足θ 1<θ r<(180°-θ 1)的狀態所持續之期間，致能信號Enra係維持導通狀態(步驟S5)。

在步驟S4當中，相位角θ r未滿足所提供的條件，而滿足(180°-θ 2)<θ r<180°時(步驟S6)，則使致能信號Enrb設為導通狀態。在滿足(180°-θ 2)<θ r<180°的狀態所持續之期間，致能信號Enrb係維持導通狀態(步驟S7)。

在步驟S6當中，相位角θ r未滿足所提供的條件，而滿足180°≦θ r<(180°+θ 2)時(步驟S8)，則使致能信號Enrc設為導通狀態。在滿足180°≦θ r<(180°+θ 2)的狀態所持續之期間，致能信號Enrc係維持導通狀態(步驟S9)。

在步驟S8當中，相位角θ r未滿足所提供的條件，而滿足(180°+θ 1)<θ r<(360°-θ 1)時(步驟S10)，則使致能信號Enrd設為導通狀態。在滿足(180°+θ 1)<θ r<(360°-θ 1)的狀態所持續之期間，致能信號Enrd係維持導通狀態(步驟S11)。

在步驟S10當中，相位角θ r未滿足所提供的條件，而滿足(360°-θ 2)<θ r≦360°時(步驟S12)，則使將致能信號Enrc設為導通狀態。在滿足(360°-θ 2)<θ r≦360°的狀態所持續之期間，致能信號Enrc係維持導通狀態(步驟S13)。

在步驟S12當中，相位角θ r未滿足所提供的條件時，則使R相的全部致能信號Enr(Enra、Enrb、Enrc、Enrd)設為關斷(步驟S14)。

該情形時，相對於R相電壓的相位角θ r之四個相位角臨界值θ 1、θ 2、(180°+θ 1)、(180°+θ 2)係輸入至R相電壓相位比較部28r，進一步使(180°-θ 1)、(180°-θ 2)、(360°-θ 1)、(360°-θ 2)作為相位角臨界值由R相電壓相位比較部28r進行演算而加以使用。亦可僅將可直接使用第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2之相位角臨界值θ 1、θ 2輸入至R相電壓相位比較部28r，並在R相電壓相位比較部28r內演算剩餘的相位角臨界值而加以使用。

在該實施形態3當中，在包夾各相電壓之正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間，亦使開關元件的切換停止，和上述實施形態1同樣地，有效地抑制諧波的同時，可減低開關損失。

此外，以使用根據由第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2所產生之相位角臨界值而產生的致能信號En之方式使控制信號Ga的切換停止。因此，以輕易的控制來有效地 抑制諧波的同時，可減低開關損失。

此外，藉由調整而設定第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2，即能控制致能信號En所輸出之期間，亦即控制使控制信號Ga的切換停止之限制期間。使致能信號En所輸出之期間設定為較長時，即能減低開關元件52a至52f之開關次數，且能增大開關損失的減低功效。使致能信號En所輸出之期間設定為較短時，則開關損失的減低功效雖變小，但，能增大諧波的抑制功效。

因此，因應對電力變換器5所要求之特性，能輕易地最佳化開關次數及諧波失真率。

此外，當第一基準相位θ 1減小時，則使包夾正負的峰值之第一期間變大，而當第二基準相位θ 2增大時，則使包夾零交叉點之第二期間變大，能分別個別地加以調整。

又，為了確實地實施兩相PWM控制並獲得功效，第一基準相位θ 1之值最佳為小於60°。

此外，包夾零交叉點之第二期間亦可實質為零佳，該情形時，將第二基準相位θ 2設定為0°。

此外，在上述實施形態3當中，在致能信號En所輸出之期間，亦不使開關停止，亦可以開關次數減低之方式進行限制。

實施形態4

接著，說明本發明之實施形態4的電力變換裝置。第18圖係本發明之實施形態4的電力變換裝置1C之概略構成圖。

如第18圖所示，電力變換裝置1C係具備：交流電壓檢測器2；濾波器3；交流電流檢測器(以下，稱為電流檢測器)4；電力變換器5，係由功率模組所構成；平滑電容器6，係連接於電力變換器5的直流側；直流電壓檢測器7；以及控制部8C，係控制電力變換器5。控制部8C以外之構成係和上述實施形態1相同。

控制部8C係具備：相電壓處理部81A、作為限制部之限制信號產生部82C、以及控制信號產生部83C。控制部8C之詳細情形係表示於第19圖及第20圖。

相電壓處理部81A係和上述實施形態2相同的構成，使用自交流電壓檢測器2所輸入之交流電壓Vrs、Vst、Vtr，且將相電壓的相位角θ輸出至限制信號產生部83C。

控制信號產生部83C係具備：指令值儲存部31，係保持直流電壓Vdc的指令值Vdc＊；電壓指令產生部32C；PWM信號產生部33，係產生使用PWM信號之控制信號Ga；以及載波產生部34。載波產生部34及PWM信號產生部33係和上述實施形態1相同。

電壓指令產生部32C係輸入有：來自相電壓處理部81A的相位角θ、來自電流檢測器4的相電流Ir、Is、It、來自直流電壓檢測器7的直流電壓Vdc、以及來自指令值儲存部31的指令值Vdc＊。並且，電壓指令產生部32C係產生用以將直流電壓Vdc控制為指令值Vdc＊的各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊，且根據各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊而演算相對於電力變換器5的各相 調變波Mr＊、Ms＊、Mt＊。並且，檢測各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊的相位角θ r＊、θ s＊、θ t＊作為相電壓指令資訊831而輸出至限制信號產生部82C。

限制信號產生部82C係具備：第一儲存部26，係保持第一基準相位θ 1；第二儲存部27，係保持第二基準相位θ 2；R相電壓相位比較部28r；S相電壓相位比較部28s；以及T相電壓相位比較部28t。並且，限制信號產生部82C係自控制信號產生部83C而輸入屬於相電壓指令資訊831之相位角θ r＊、θ s＊、θ t＊，且輸出各相之致能信號En(Enr、Ens、Ent)。致能信號En係輸入至控制信號產生部83C。

該情形時，各相的電壓相位比較部28r、28s、28t係分別和上述實施形態3相同的構成，產生相對於各相交流電壓指令Vr＊、Vs＊、Vt＊的相位角θ r＊、θ s＊、θ t＊之相位角臨界值而作比較。亦即，使用第一基準相位θ 1、第二基準相位θ 2而演算各相四個相位角臨界值(正側第一臨界值、正側第二臨界值、負側第一臨界值、負側第二臨界值)。並且，在各相的電壓相位比較部28r、28s、28t當中，將各相電壓的相位角θ r＊、θ s＊、θ t＊和各相位角臨界值作和上述實施形態3相同的比較，藉此而輸出致能信號En。

在該實施形態4當中，在包夾各相電壓之正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間，亦使開關元件的切換停止、或使次數減低，和上述實施形態 3同樣的，以輕易地控制來有效地抑制諧波的同時，能減低開關損失。

上述各實施形態所使用之物理量的單位，並不限定為在各實施形態所記載的單位。

此外，本發明係在發明的範圍內，可自由組合各實施形態，且適當的將各實施形態作變形、或省略。

1‧‧‧電力變換裝置

2‧‧‧交流電壓檢測器

3‧‧‧濾波器

4‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4R‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4S‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

4T‧‧‧交流電流檢測器(電流檢測器)

5‧‧‧電力變換器

6‧‧‧平滑電容器

7‧‧‧直流電壓檢測器

8‧‧‧控制部

10‧‧‧交流電壓源

11‧‧‧負載

81‧‧‧相電壓處理部

82‧‧‧限制信號產生部

83‧‧‧控制信號產生部

810‧‧‧相電壓資訊

En‧‧‧致能信號

Ga‧‧‧控制信號

Ir‧‧‧相電流

Is‧‧‧相電流

It‧‧‧相電流

Vdc‧‧‧直流電壓

Vrs‧‧‧交流電壓

Vst‧‧‧交流電壓

Vtr‧‧‧交流電壓

θ‧‧‧相位角

Claims (9)

1. 一種電力變換裝置，係具備：電力變換器，係橋接有各自以反向並列之方式連接二極體之複數個開關元件而構成，且將複數相的交流電力變換成直流電力；交流電壓檢測器及交流電流檢測器，係分別設置於上述電力變換器的交流側而檢測交流電壓及交流電流；直流電壓檢測器，係檢測上述電力變換器的直流端子的直流電壓；以及控制部，係根據上述各檢測器的檢測結果，藉由PWM控制來將上述電力變換器予以輸出控制；上述控制部係具備：控制信號產生部，係以產生用以控制上述直流電壓的各相交流電壓指令之方式產生將上述開關元件予以開關控制的控制信號；以及限制部，係以對各相限制該控制信號之方式限制上述開關元件的開關次數；上述限制部係決定包夾上述交流電壓之各相電壓的正負的峰值之第一期間、以及包夾零交叉點之第二期間作為各相的限制期間，且在該限制期間中，產生限制上述控制信號的限制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電力變換裝置，其中上述控制部係在上述第一期間、以及上述第二期間中，使上述控制信號的導通關斷切換予以停止。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電力變換裝置，其中上述控制部係在上述第一期間中，因應上述各相 電壓的極性而固定上述控制信號的導通關斷，而在上述第二期間中，將上述控制信號固定為關斷。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係設定與上述第一期間、以及上述第二期間相對應的第一臨界值以及第二臨界值來決定上述限制期間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係以使上述第二期間實值為零之方式設定上述第二臨界值。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係對上述各相電壓、或上述各相交流電壓指令的電壓值而設定上述第一臨界值、以及上述第二臨界值。
7. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係對上述各相電壓、或上述各相交流電壓指令的相位而設定上述第一臨界值、以及上述第二臨界值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係保持能自外部設定之第一係數、以及第二係數，且根據上述各相電壓、或上述各相交流電壓指令的峰值、以及上述第一係數、上述第二係數 而演算上述第一臨界值、以及上述第二臨界值。
9. 如申請專利範圍第7項所述之電力變換裝置，其中上述限制部係保持能自外部設定之第一基準相位、以及第二基準相位，且根據該第一基準相位、以及上述第二基準相位而演算上述第一臨界值、以及上述第二臨界值。