电力变换装置的制作方法

专利名称：电力变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力变换装置，特别涉及减少电力变换装置所具有的开关元件的开关次数的技术。
背景技术：
作为对电动机提供交流电压的装置，使用逆变器。逆变器将所输入的直流电压转换为交流电压，将交流电压输出到电动机。该逆变器例如根据载波与指令值的比较来进行控制。指令值是与逆变器的输出电压有关的指令值。根据电动机的旋转位置角和/或速度指令等，首先生成第I指令值V*。然后，在与载波的比较中，采用根据第I指令值V*生成的第2指令值V**。第2指令值V**针对每个规定周期(例如载波的周期)采用一个固定值。在该逆变器输出矩形波的相电压的情况下，指令值V*是矩形波，具有与相电压的周期相同的周期。另一方面，由于该指令值V*不限于针对每个规定周期采用一个固定值，所以，按照每个规定周期对该指令值V*进行更新，生成与载波进行比较的指令值V#。例如，在图14中，利用虚线示出载波的周期，如这里例示的那样，载波的每个周期的指令值V**采用该周期各自的开始时点的指令值V*的值。然后，根据图14所例示的指令值V**与载波的比较，对逆变器进行控制，逆变器输出相电压V。在该相电压V中，相电压V取最大值的期间和相电压取最小值的期间不同。换言之，在相电压V中产生不平衡。根据该差异，在逆变器输出的相电流中产生所谓的偏置(offset)。换言之，相电流的I个周期的平均值不为零。作为解决这种问题的手段，例如可以采用专利文献I中的技术。在专利文献I中，在输出电压的平衡瓦解时，使载波的周期与指令值V*同步。并且，作为与本发明相关联的技术，公开了专利文献2。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特许第4205157号公报专利文献2:日本特开平9-308256号公报

发明内容
发明要解决的课题但是，在专利文献I所记载的技术中，由于需要使载波的周期与输出电压的周期的整数分之一相等并使载波与输出电压同步，所以，需要改变载波的周期。由此，使控制复杂化。因此，考虑对指令值V*进行校正并生成图2的电压指令值V**。图2的指令值V**在取其最大值Vl的期间和取其最小值V2的期间之间的期间内取规定值。由此，能够使指令值V**在周期T2中的平均值接近指令值V*的周期T2中的平均值，甚至能够接近输出电压在周期T2中的平均值。由此，能够降低输出电压的不平衡。
另一方面，如果对这种指令值V**与例如等腰三角波的载波C进行比较来控制开关元件，则如图15例示的那样，逆变器输出的相电压V在周期T2中具有3个脉冲。通过对逆变器的开关元件的开关模式进行2次切换，形成一个脉冲。由此，3个脉冲意味着开关元件的开关次数为6次。与该开关次数成比例地，开关损耗增大。因此，本发明的目的在于，提供能够通过简单的控制来抑制开关次数的电力变换
装置 。用于解决课题的手段本发明的电力变换装置的第I方式具有:第I输入端(Pl);第2输入端(Ρ2)，其被施加比所述第I输入端的电位低的电位；输出端(Pu、Pv、Pw);电力变换装置(I )，其包括连接在所述第I输入端与所述输出端之间的上侧开关元件(SI S3)和连接在所述第2输入端与所述输出端之间的下侧开关元件(S4 S6);开关控制部(33)，其根据与所述电力变换装置输出的输出电压有关的电压指令值和具有规定周期的载波的比较，对所述上侧开关元件和所述下侧开关元件进行控制；以及载波生成部(32)，其在第I期间(Tll)和第2期间(Τ13)中的至少任意一方中，对所述开关控制部提供单调减小的所述载波(Cl)，在第3期间(Τ16)和第4期间(Τ18)中的至少任意一方中，对所述开关控制部提供单调增大的所述载波(C2)，其中，所述第I期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述载波的最小值以下的值的期间的后一个期间，在该第I期间中所述电压指令值取比所述载波的最小值大的第I规定值，所述第2期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最大值以上的期间的前一个期间，在该第2期间中所述电压指令值取比所述最大值小的第2规定值，所述第3期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最大值以上的值的期间的后一个期间，在该第3期间中所述电压指令值取比所述最大值小的第3规定值，所述第4期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最小值以下的期间的前一个期间，在该第4期间中所述电压指令值取比所述最小值大的第4规定值，所述电力变换装置输出在所述输出电压的周期内仅具有I个脉冲的电压。本发明的电力变换装置的第2方式是在第I方式的电力变换装置中，所述电压指令值在所述第I期间的后一个期间内取所述载波的所述最大值以上的值，在所述第3期间的后一个期间内取所述载波的所述最小值以下的值。本发明的电力变换装置的第3方式是在第I或第2方式的电力变换装置中，所述电力变换装置还具有电压指令生成部(31)，该电压指令生成部(31)对矩形波的校正前电压指令值(V*)进行校正，生成所述电压指令值(V**)，所述电压指令生成部将具有所述规定周期的所述期间内的所述校正前电压指令值校正为所述期间内的所述校正前电压指令值的最大值与最小值之间的中间值，生成所述电压指令值。本发明的电力变换装置的第4方式是在第3方式的电力变换装置中，所述电压指令生成部(31)按照所述规定周期将所述校正前电压指令值(V*)校正为其平均值，生成所述电压指令值(V**)。发明效果根据本发明的电力变换装置的第I和第2方式，在电压指令值从最大值降低时的2个期间的边界前后，上侧开关元件和下侧开关元件的开关模式没有变化。并且，在电压指令值向最大值增大时的2个期间的边界前后，该开关模式没有变化。由此，能够减少开关次数。根据本发明的电力变换装置的第3方式，与按照每个规定周期将校正前电压指令值校正为各期间内的自身的最大值或最小值而生成电压指令值的情况相比，能够使电压指令值的平均值接近校正前电压指令值的平均值。根据本发明的电力变换装置的第4方式，在理论上，能够使电压指令值的平均值与校正前电压指令值的平均值一致。本发明的目的、特征、方面和优点通过以下的详细说明和附图将更加明白。


图1是例示逆变器的概念性结构的图。图2是示出电压指令值的一例的图。图3是示出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图4是示出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图5是不出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图6是不出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图7是示出电压指令值的一例的图。图8是示出电压指令值的一例的图。图9是示出电压指令值的一例的图。图10是示出电压指令值的一例的图。图11是示出电压指令值的一例的图。图12是示出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图13是示出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。图14是示出现有的电压指令值的一例的图。图15是不出电压指令值、载波和输出电压的一例的图。
具体实施例方式第1实施方式.
如图1所示，逆变器I与输入端P1、P2和输出端Pu、Pv、Pw连接。对输入端P1、P2施加直流电压。这里，对输入端P2施加的电位比对输入端Pl施加的电位低。逆变器I将直流电压转换为交流电压，将该交流电压输出到输出端Pu、Pv、Pw。作为更详细的结构的一例，逆变器I具有开关元件S1 S6和二极管Dl D6。开关元件SI S6例如是绝缘栅双极晶体管或电场效应晶体管等。各开关元件S1 S3设置在各个输出端Pu、Pv、Pw与输入端Pl之间。以下，将各开关元件S1 S3也称为上侧开关元件。二极管Dl D3的阳极分别与输出端Pu、Pv、Pw连接，二极管Dl D3分别与开关元件SI S3并联连接。各开关元件S4 S6设置在各个输出端Pu、Pv、Pw与输入端P2之间。以下，将各开关元件S4 S6也称为下侧开关元件。二极管D4 D6的阳极与输入端P2连接，二极管D4 D6分别与开关元件S4 S6并联连接。从控制部3分别对开关元件S1 S6提供开关信号。通过该开关信号使各开关元件SI S6导通。控制部3在适当时机分别对开关元件S1 S6提供开关信号，由此，逆变器I将直流电压转换为交流电压。另外，通过控制部3的控制，开关元件S1、S4以互斥(mutual exclusion)的方式导通,开关元件S2、S5以互斥的方式导通,开关元件S3、S6以互斥的方式导通。这是为了防止输入端P1、P2短路而在开关元件中流过大电流的情况。逆变器I例如能够驱动感应性负载2。感应性负载2与输出端Pu、Pv、Pw连接。感应性负载2例如是电动机，根据由逆变器I施加的交流电压而旋转。另外，在图1的例示中，逆变器I与3个输出端Pu、Pv、Pw连接。即，图1示出输出三相交流电压的三相逆变器I。但是，逆变器I不限于三相逆变器，也可以是单相逆变器，还可以是三相以上的逆变器。下面，以逆变器I为三相逆变器的情况为例进行说明。控制部3具有电压指令生成部31、载波生成部32和开关控制部33。首先对这些各要素进行概述后再对各要素进行详细叙述。电压指令生成部31生成与逆变器I输出的相电压(以下也称为输出电压)有关的电压指令值V#，将其输出到开关控制部33。在图1的例示中，由于逆变器I输出三相交流电压,所以，电压指令值V**包含3个相电压指令值Vu**、Vv**、Vw**。具体的电压指令值V**在后面详细叙述。载波生成部32生成具有规定周期且相互不同的载波C1、C2，将载波C1、C2中的任意一方提供给开关控制部33。开关控制部33根据来自电压指令生成部31的第2电压指令值V**与来自载波生成部32的载波的比较,对开关兀件SI S6输出开关信号。并且，这里，控制部3构成为包括微型计算机和存储装置。微型计算机执行程序中记述的各处理步骤(换言之为顺序)。上述存储装置例如可以由ROM (Read Only Memory)、RAM (Random Access Memory)、可改写的非易失性存储器(EPROM (Erasable ProgrammableROM)等)、硬盘装置等的各种存储装置中的一个或多个构成。该存储装置存储各种信息和数据等，并且存储微型计算机执行的程序，并且提供用于执行程序的作业区域。另外，微型计算机可以理解为作为与程序中记述的各处理步骤对应的各种单元而发挥功能，或者，可以理解为实现与各处理步骤对应的各种功能。并且，控制部3不限于此，也可以利用硬件实现由控制部3执行的各种顺序、或要实现的各种单元或各种功能的一部分或全部。参照图2对电压指令生成部31的具体动作的一例进行说明。电压指令生成部31生成电压指令值V**。在图2的例示中，由多个虚线中的相邻两条虚线夹持的期间均具有规定周期Tl。电压指令值V**在期间TlO开始时从自身的最小值V2 (例如0)上升而取规定值，在期间TlO结束时上升而取自身的最大值VI。电压指令值V**在期间TlO的下一个期间Tll 期间T12内取最大值VI，在期间T12的下一个期间T13开始时下降而取规定值，在期间T13结束时下降而取最小值V2。电压指令值V**在期间T13的下一个期间 期间T14内取最小值V2，在期间T14的下一个期间T15开始时再次从最小值V2上升而取规定值，在期间T15结束时上升到最大值VI。另外，在图2的例示中，代表性地示出电压指令值V**的形状。实际上，电压指令值V**包含相电压指令值Vu**、Vv**、Vw**,它们的相位彼此错开120度。并且，图2例示的电压指令值V**例如如下那样生成。即，对电压指令生成部31输入校正前电压指令值V* (以下简称为电压指令值V*)，对电压指令值V*进行校正并生成电压指令值V林。另外，在图1的例示中，由于逆变器I输出三相交流电压，所以，电压指令值V*包含3个相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*O相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*的相位彼此错开120 度。电压指令值V*为矩形波，交替取最大值Vl和最小值V2。这里，电压指令值V*取最大值Vl的期间与电压指令值V*取最小值V2的期间相等。在图2的例示中，电压指令值V*在期间TlO内从最小值V2上升而取最大值VI，在期间T13内从最大值Vl下降而取最小值V2。然后，电压指令值V*再次在期间T15内从最小值V2上升而取最大值VI。例如在各期间内电压指令值V*没有变化时，电压指令生成部31不对电压指令值V*进行校正。即，原样采用电压指令值V*的值生成电压指令值V**。例如如图2所示，在期间Til、T12、T14内，电压指令值V*取固定值。由此，在这些期间中，电压指令值V**与电压指令值V* —致。并且，例如在各期间内电压指令值V*变化时，电压指令生成部31将该期间内的电压指令值V*校正为该期间内的电压指令值V*的最大值与最小值之间的中间值，生成电压指令值V**。例如如图2所示，在期间T10、T13、T15中，电压指令值V*变化。由此，在这些期间中，采用最大值Vl与最小值V2之间的中间值作为电压指令值V**。通过以上的动作，生成图2例示的电压指令值V**。通过该动作，按照规定周期Tl识别值的微型计算机能够将电压指令值V*识别为电压指令值V**。并且，在对电压指令值V*进行校正而生成电压指令值V**的情况下，电压指令生成部31可以理解为电压指令值校正部。载波生成部32生成具有规定周期Tl的载波Cl、C2。更详细地讲，如图3例示的那样，载波生成部32生成在各期间内单调减小的单调减小载波Cl和在各个期间内单调增大的单调增大载波C2。载波Cl、C2的任意周期均与规定周期Tl相等。载波Cl例如是斜率为负的直角三角波，在各期间内，随着时间的经过而成比例地从最大值Vl减小到最小值V2。载波C2例如是斜率为正的直角三角波，在各期间内，例如随着时间的经过而成比例地从最小值V2增大到最大值VI。载波Cl、C2被称为所谓的锯齿波。另外，载波Cl、C2不需要与时间的经过成比例，也可以如图4例示的那样呈弯曲状。这点在后述的其他方式中也同样，所以省略重复的说明。载波生成部32根据来自电压指令生成部31的信息(后述)，将载波Cl、C2中的任意一方输出到开关控制部33。电压指令生成部31在输出电压指令值V**的期间之前的期间内生成该电压指令值V#。例如，在期间TlO以前生成期间Tll中输出的电压指令值V#。因此，电压指令生成部31能够识别在某个期间内输出的电压指令值V**和在下一个期间内输出的电压指令值V**的值。而且，在下一个期间为电压指令值V**从自身的最大值Vl下降而取第I规定值的期间(例如期间T13)时，电压指令生成部31向载波生成部32通知该内容。如果没有来自电压指令生成部31的通知，则载波生成部32将载波Cl输出到开关控制部33。另一方面，当从电压指令生成部31进行通知后，载波生成部32在相应的下一个期间内将载波C2输出到开关控制部33。由此，在图3、4的例示中，在期间T13内采用载波C2。开关控制部33根据电压指令值V**与载波的比较，对开关元件SI S6进行控制。例如，在电压指令值V**为载波以上时，开关控制部33使上侧开关元件导通并使下侧开关元件非导通，在电压指令值V**为载波以下时，开关控制部33使上侧开关元件非导通并使下侧开关元件导通。另外，通过上述电压指令生成部31和载波生成部32的动作，在电压指令值V**从最大值Vl下降到规定值的期间(例如期间T13)内，采用载波C2。另外，由于载波C2在该期间内单调增大，所以，在该期间的前半部分中，电压指令值V**为载波C2以上。由此，在该期间的前半部分中，上侧开关元件导通，下侧开关元件非导通。另一方面，在该期间的前一个期间(例如期间T12)内，由于电压指令值V**取最大值VI，所以为载波Cl以上。由此，在该期间内，上侧开关元件导通，下侧开关元件非导通。即，在这2个期间(例如期间T12、T13)的边界前后，上侧开关元件和下侧开关元件的开关模式没有变化。换言之，在这2个期间的边界前后，输出电压V没有下降而继续维持高电位。并且，在电压指令值V**从最大值Vl下降到规定值的期间以外的期间内，采用载波Cl。由此，在电压指令值V**从最小值V2上升到规定值的期间(例如期间Τ10、Τ15)内，也采用载波Cl。由于载波Cl在该期间内单调减小，所以，在该期间的后半部分中，电压指令值V**为载波Cl以上。由此，在该期间的后半部分中，上侧开关元件导通，下侧开关元件非导通。另一方面，在该期间的下一个期间(例如期间TH、期间Τ15的下一个期间)内，由于电压指令值V**取最大值Vl，所以，上侧开关元件导通，下侧开关元件非导通。即，在这2个期间(例如期间Τ10、Τ11、期间Τ15及其下一个期间)的边界前后，上侧开关元件和下侧开关元件的开关模式没有变化。换言之，在这2个期间的边界前后，输出电压V没有下降而继续维持高电位。并且，在期间Τ13的下一个期间内，由于电压指令值V**取最小值V2，所以，上侧开关元件非导通，下侧开关元件导通。在期间Τ13中，如上所述，由于采用载波C2，所以，在其后半部分中，上侧开关元件非导通，下侧开关元件导通。因此，在期间Τ13和其下一个期间的边界前后，上侧开关元件和下侧开关元件的开关模式没有变化。换言之，在这2个期间的边界前后，输出电压V继续维持低电位。并且，在期间Τ14内，由于电压指令值V**也取最小值V2，所以，上侧开关元件非导通，下侧开关元件导通。在期间Τ14的下一个期间Τ15内，如上所述，由于采用载波Cl，所以，在期间Τ15的前半部分中，上侧开关元件非导通，下侧开关元件导通。因此，在期间Τ14、Τ15的边界前后，上侧开关元件和下侧开关元件的开关模式没有变化。换言之，在这2个期间的边界前后，输出电压V继续维持低电位。因此，如图3、4例示的那样，逆变器I输出在I个周期(即周期Τ2)内仅具有I个脉冲的输出电压V。换言之，能够以最少的开关次数输出交流电压。另一方面，如专利文献I那样，如果电压指令值V*下降的时点和上升的时点分别位于各期间的边界中的任意一处，则电压指令值V**具有与电压指令值V*相同的形状。此时，即使采用三角波/直角三角波中的任意一种载波，逆变器I也能够输出在I个周期内仅具有I个脉冲的输出电压V。但是，为了实现该情况，需要使规定周期Tl与电压指令值V*的周期Τ2的整数分之一相等。由此，每当周期Τ2变化时，需要改变规定周期Tl，很难进行控制。另一方面，在本实施方式中，不需要使规定周期Tl与周期Τ2的整数分之一相等，容易进行控制。另外，在图3、4的例示中，电压指令值V**的最大值Vl和最小值V2分别与载波C1、C2的最大值和最小值一致，但是不限于此。很明显，在图3、4的电压指令值V**取最大值Vl的期间内，电压指令值V**为载波的最大值以上即可，在图3、4的电压指令值V**取最小值V2的期间内，电压指令值V**为载波C的最小值以下即可。这也可以如下表现。电压指令值V**在至少一个以上的期间(例如期间TlO之前的期间)内为载波的最小值以下，在接着该期间的期间(例如期间T10)的开始时从载波的最小值以下的值上升而取规定值。该规定值是比载波的最小值大且比载波的最大值小的值。而且，电压指令值V**在该期间结束时上升而取载波的最大值以上的值,在接着该期间的至少一个期间(例如期间Tll T12)内维持载波的最大值以上。进而，在接着该期间的期间(例如期间T13)开始时，电压指令值V**从载波C的最大值以上的值下降到规定值。该规定值也是比载波的最小值大且比载波的最大值小的值。而且，电压指令值V**在该期间结束时下降而取载波C的最小值以下的值，再次在至少一个以上的期间内维持载波的最小值以下。由此，与图3、4同样，逆变器I输出在I个周期(即周期T2)内仅具有I个脉冲的输出电压V。换言之，能够以最少的开关次数输出交流电压。这点在后述的其他方式中也同样，所以省略重复的说明。另外，如果没有从电压指令生成部31进行通知，则载波生成部32可以将载波C2输出到开关控制部33。该情况下，电压指令生成部31如下那样通知给载波生成部32。SP，在下一个期间为第2电压指令值V**从最小值V2上升到规定值的期间(例如期间T10)时，电压指令生成部31向载波生成部32通知该内容。如果接受到该通知，则载波生成部32在该下一个期间内将载波Cl输出到开关控制部33。由此，逆变器I也能够输出与图3、4相同的输出电压V。并且，在电压指令值V**取最大值Vl的期间(例如期间Tll 期间T12)内，与载波无关，输出电压V维持高电位，在电压指令值V**取最小值V2的期间内，与载波无关，输出电压V维持低电位。由此，如图5例示的那样，在电压指令值V**取最大值Vl或最小值V2的期间内，可以采用具有与控制周期Tl相同的周期、且在各期间内增大减小的例如等腰三角波的载波C3。总之，在期间T10、T15内采用单调减小的载波Cl、在期间T13内采用单调增大的载波C2即可。由此，逆变器I能够以最少的开关次数输出交流电压。另外，也可以在电压指令值V**为载波以下时，开关控制部33使上侧开关元件导通，使下侧开关元件非导通。该情况下的电压指令值V**、载波、输出电压V如图6例示那样。图6的电压指令值V**例如是以上下对称的方式改变图2的电压指令值V**而得到的。而且，在电压指令值V**从最小值V2上升到规定值的期间(例如期间T13)内，采用单调减小的载波Cl。在该期间内，由于载波Cl单调减小，所以，在其前半期间内，输出电压V维持高电位。另一方面，在该期间的前一个期间(例如期间T12)内，由于电压指令值V**采用最小值V2，所以，输出电压V维持高电位。由此，在这2个期间(例如T12、T13)的边界前后，输出电压V不下降而继续维持高电位。并且，在电压指令值V**从最大值Vl下降的期间(例如期间T10)内，采用单调增大的载波C2。在该期间内，由于载波C2单调增大，所以，在其后半期间内，输出电压V上升。另一方面，在该期间的下一个期间(例如期间Tll)内，由于电压指令值V**采用最小值V2，所以，输出电压V维持高电位。由此，在这2个期间(例如期间T10、TH)的边界前后，输出电压V不下降而继续维持高电位。因此，如图6例示的那样，逆变器I输出在I个周期内仅具有I个脉冲的输出电压V。换言之，能够以最少的开关次数输出交流电压，得到与参照图3、4说明的效果相同的效
果O另外，如果电压指令生成部31根据电压指令值V*生成电压指令值V#，则与图14的电压指令值V**相比，逆变器I能够输出接近电压指令值V*的电压。换言之，能够使电压指令值V**的周期T2中的平均值接近电压指令值V*的周期T2中的平均值。进而能够减少输出电压的不平衡。并且，在期间T10、T13、T15中，优选电压指令值V**取各个期间中的电压指令值V*的平均值。换言之，上述中间值是各期间中的电压指令值V*的平均值。该平均值可以按如下所述导出。即，假设这些各期间中的电压指令值V*取最大值Vl的期间为期间Tvl，假设这些各期间中的电压指令值V*取最小值V2的期间为期间Tv2(=Tl-Tvl)。此时，这些各期间中的电压指令值V**满足下式。V**= (VI.IV1+V2.Tv2)/Tl…(1)如果采用该电压指令值V#，则在理论上，能够使电压指令值V**的周期T2中的平均值与电压指令值V*的周期T2中的平均值相等。而且，由于能够使电压指令值V**的周期T2中的平均值接近电压指令值V*的周期T2中的平均值，所以，还能够使输出电压V的周期T2中的平均值接近电压指令值V*的平均值。换言之，能够减少输出电压V取最大值的期间与输出电压V取最小值的期间之差(不平衡)。在图2的例示中，在理论上，电压指令值V**的平均值与电压指令值V*的平均值相等，所以，在理论上能够消除输出电压V的不平衡。另外，如果将规定周期Tl设定为周期T2的整数分之一，则通过基于电压指令值V*与载波的比较的控制，也得出同样的效果。但是，这需要根据周期T2来改变规定周期Tl，需要进行用于变更规定周期Tl的运算或处理。由此，控制复杂化。另一方面，根据本实施方式，不需要使规定周期Tl为电压指令值V*的周期T2的整数分之一。因此，能够简单地进行控制。并且，如果提高规定周期Tl，则通过基于电压指令值V*与载波的比较的控制，也能够减少不平衡。但是，提高规定周期Tl所需要的运算处理能力，会导致制造成本的增大。另一方面，根据本实施方式，由于不需要提高规定周期Tl，所以，能够抑制该制造成本的增大。〈第2电压指令值V#的具体生成方法的一例>第I电压指令值V*为矩形波，假设在30度电角下降、在210度电角上升。图7放大示出电压指令值V*和电压指令值V**的一例。图7中示出电压指令值V*下降部分的附近。电压指令值V*在30度电角从最大值Vl下降到最小值V2。电压指令生成部31按照控制周期Tl对电压指令值V*进行校正，生成电压指令值V**。例如在各期间内的中央时点，生成各期间的下一个期间内的电压指令值V**。这里，当设各期间的中央时点的电压指令值V*的电角为δ [N] (N为整数)时，在几何学上满足下式。
δ [η+1]-δ [η]:30° - δ [η] =Tl:Τν1-Τ1/2...(2)对式(2)进行变形时，导出期间Tvl，并且，当考虑Tv2=Tl_Tvl时，导出期间Tv2。Tvl=Tl.(1/2+ (30° - δ [η] ) / ( δ [η+1]- δ [η] ))...(3)Τν2=Τ1.(1/2- (30° - δ [η] ) / ( δ [η+1]- δ [η] ))...(4)这里，当假设控制周期Tl固定、且电压指令值V*的周期Τ2固定时，δ [η+1]-δ [η]=δ [η]-δ [n-l]=k (固定)(η为整数)成立。该假设意味着例如以固定的旋转速度驱动作为感应性负载2的一例的电动机。考虑δ [η+1] - δ [η] = δ [η] - δ [n-l]=k而对式(3)和式(4)进行变形时，导出下式。Tvl=Tl.(1/2+ (30。- δ [n_l]_k)/k)...(5)Τν2=Τ1.(1/2- (30° - δ [n_l]_k)/k)...(6)通过将该期间Tvl、Tv2代入式(1)，电压指令生成部31能够求出期间Tll中的电压指令值V**。另外，在计算期间Tll中的电压指令值V**的时点，在δ [η]和δ [η+1]已知的情况下，也可以使用式(3 )、( 4 )计算电压指令值V**。图8放大示出电压指令值V*和电压指令值V**的另一例。图8示出电压指令值V*下降部分的附近。电压指令值V*例如在30度电角从最大值Vl下降到最小值V2。与图7的例示相比，电角δ [η]大于电压指令值V*下降时的电角(例如30度)。此时，例如在几何学上满足下式。δ [η] - δ [η_1]: δ [η]-30° =Tl:Τ1/2-Τν1...(7)
式(7)使用电角δ [η]、δ [η-1]表示。即，采用接近电压指令值V*上升的时点的电角S [η]、δ [η-1] ο当对该式(7)进行变形时，导出期间Tvl，并且，当考虑Tv2=Tl-Tvl时，导出期间Tv2。Tvl=Tl.(1/2+ (30° - δ [η] ) / ( δ [η]- δ [η-1] ))...(8)Τν2=Τ1.(1/2- (30。- δ [η] ) / ( δ [η]- δ [η_1] ))...(9)这里,设电角速度没有急剧变化,贝U δ [η+1] - δ [η] = δ [η] - δ [n_l]=k成立。使用该式对式(8)和式(9)进行变形时,导出式(5)和式(6)。通过将该期间Tvl、Tv2代入式(1)，电压指令生成部31能够求出期间Tll中的电压指令值V**。另外，在计算期间Tll中的电压指令值V**的时点，在δ [η-1]和δ [η]已知的情况下，也可以使用式(8 )、( 9 )计算电压指令值V**。另外，假设电压指令值V*在30度电角下降，但是，也可以在任意电角下降。在式
(2) 式(9)中，将“30° ”置换为该任意电角即可。并且，在上述例子中，使用时点δ的电压指令值V*，但是，如果是电压指令值V*按照每个控制周期Tl取一个值的情况，则使用该值即可。例如在利用控制部3的微型计算机执行的程序生成电压指令值V*的情况下，例如按照每个控制周期Tl生成一个电压指令值V*。并且，不是必须采用上述式子，例如也可以根据当前的控制周期Tl的电压指令值V*及其前后的控制周期中的电压指令值V*中的任意两个或全部，生成电压指令值V**。第2实施方式.
第2实施方式的逆变器的结构与图1的结构相同。但是，在第2实施方式中，如图9或图10例示的那样生成电压指令值V#。电压指令值V**具有取固定值的一对平坦区间和取台阶形状连接该一对平坦区间的台阶状区间(期间Tll T13、期间T16 18)。在图9的例示中，电压指令值V**的最大值Vl和最小值V2分别与载波的最大值Vcl和最小值Vc2—致。另一方面，在图10的例示中，最大值Vl大于最大值Vcl，最小值V2小于最小值Vc2。总之，最大值Vl为最大值Vcl以上、最小值V2为最小值Vc2以下即可。例如通过对梯形波的电压指令值V*进行校正，能够生成这种电压指令值V**。作为一例，以下进行详细说明。电压指令生成部31与第I实施方式同样，在具有控制周期Tl的各期间内，如果电压指令值V*固定，则直接采用电压指令值V*的值生成电压指令值V**。由此，在这些期间内，电压指令值V**与电压指令值V* —致。并且,例如在各期间内，如果电压指令值V*为载波C的最大值Vcl以上或最小值Vc2以下，则可以直接采用电压指令值V*的值生成电压指令值V#。或者也可以采用如下所述的方式。在图9的例示中，例如在期间T14内，电压指令值V*为载波的最大值Vcl以上。由此，期间T14中的电压指令值V**可以是最大值Vcl以上的任意值。同样，在电压指令值V*为载波的最小值Vc2以下的期间内，电压指令值V**可以是最小值Vc2以下的任意值。并且，在期间的中途，在电压指令值V*跨过最大值VcI的情况下或电压指令值V*跨过最小值Vc2的情况下，该期间(例如期间T13、T16)中的电压指令值V**可以采用大于该期间中的电压指令值V*的最小值且小于最大值的值。并且，如果该期间中的电压指令值V*的平均值超过最大值Vcl，则该期间中的电压指令值V**可以是最大值Vcl以上的任意值。并且，如果该期间中的电压指令值V*的平均值低于最小值Vc2，则该期间中的电压指令值V**可以是最小值Vc2以下的任意值。并且，在各期间内，如果电压指令值V*在最小值Vc2以上且最大值Vcl以下的范围内变化，则电压指令校正部31将该期间中的电压指令值V*校正为该期间中的电压指令值V*的最大值与最小值之间的中间值，生成电压指令值V**。例如在图9中，期间T12中的电压指令值V**是期间T12中的电压指令值V*的最大值Vll与最小值V12之间的中间值。通过该电压指令值V**，也能够如第I实施方式中说明的那样，使电压指令值V**的周期T2中的平均值接近电压指令值V*的周期T2中的平均值，得到与第I实施方式相同的效果。另外，如图11例示的那样，也可以对正弦波的电压指令值V*进行校正而生成电压指令值V**。另外,在图11的例示中,针对正弦波的周期,夸大示出各期间。如图11例示的那样，电压指令值V*为载波的最大值Vcl以上的期间至少存在一个，电压指令值V*为载波的最小值Vc2以下的期间至少存在一个。通过对该正弦波的电压指令值V*进行上述校正，例如能够生成图11例示的电压指令值V**。图12示出电压指令值、载波和输出电压的一例。另外，下面对采用图9的电压指令值V**的情况进行说明，但是，在采用图10、11例示的电压指令值V**的情况下，也能够应用以下内容。另外，如图12例示的那样，标准情况下，载波生成部32将载波Cl输出到开关控制部33。在规定期间(例如期间T15)内电压指令值V**取最大值Vcl以上的值、在下一个期间(例如期间T16)内电压指令值V**取小于最大值Vcl且大于最小值Vc2的值时，电压指令生成部31向载波生成部32通知该内容。换言之，在电压指令值V**从最大值Vcl以上的值下降到该值并取该值的期间内，电压指令生成部31向载波生成部32通知该内容。或者，在规定期间(例如期间T19)内电压指令值V**取最小值Vc2以下的值、在其前一个期间(例如期间T18)内电压指令值V**取小于最大值Vcl且大于最小值Vc2的值时，电压指令生成部31向载波生成部32通知该内容。被通知了该内容的载波生成部32在该下一个期间(例如期间T16)或该前一个期间(期间T18)内，将载波C2输出到开关控制部33。在图12的例示中，如果在期间T16内采用载波C2，则在期间T15、T16的边界前后，相电压V维持高电位。由此，在该边界前后，开关模式不变。因此，能够减少开关次数。另夕卜，在图12的例示中，在电压指令值V**存在减小倾向而采用中间值的期间(例如期间T17、T18)中，载波生成部32也将载波C2输出到开关控制部33。但是，例如如果在期间T16内采用载波C2，则期间T17、T18的载波可以是任意的三角波。并且，如果在期间Τ18内采用载波C2，则在期间Τ18、Τ19的边界前后，相电压V维持低电位。由此，在该边界前后，开关模式不变。因此，能够减少开关次数。另外，如果在期间Τ18内采用载波C2，则期间Τ16、Τ17内采用的载波可以是任意的三角波。通过该控制，能够在电压指令值V**取最大值Vcl以上的值的期间的最宽的脉冲前后，将脉冲的个数分别减少一个。其理由可以根据图3的说明而理解，所以省略详细说明。因此，能够减少开关次数。并且，与第I实施方式同样，标准情况下，载波生成部32将载波C2输出到开关控制部33，而在电压指令值V**取最大值Vcl以上的值的期间(例如期间Τ14)的前一个期间、即电压指令值V**取小于最大值Vc I且大于最小值Vc2的值的期间(例如期间T13 )、或电压指令值V**从最小值Vc2以下的值上升到小于最大值Vcl且大于最小值Vc2的值并取该值的期间(例如期间Tll)内，也可以将载波Cl输出到开关控制部33。在图12的例示中，如果在期间T13内采用载波Cl，则在期间T13、T14的边界前后，相电压V维持高电位。由此，在该边界前后，开关模式不变。因此，能够减少开关次数。另夕卜，在图12的例示中，在电压指令值V**存在增大倾向而采用中间值的期间(例如期间T11、T12)内，载波生成部32也将载波Cl输出到开关控制部33。但是，如果在期间T13内采用载波Cl，则期间Til、T12的载波可以是任意的三角波。并且，如果在期间TII内采用载波Cl，则在期间T10、T11的边界前后，相电压V维持低电位。由此，在该边界前后，开关模式不变。因此，能够减少开关次数。并且，如果在期间Tll内采用载波Cl，则期间Τ12、Τ13内采用的载波可以是任意的三角波。并且，与第I实施方式同样，在电压指令值V**取最大值Vcl以上的值的期间内，与载波的形状无关，相电压V维持高电位，在电压指令值V**取最小值Vc2以下的值的期间内，与载波的形状无关，相电压V继续维持低电位。由此，如图13例示的那样，在这些期间内，可以采用在各期间内增大减小的例如等腰三角波的载波C3。并且，在载波C为电压指令值V**以上时，可以使上侧开关元件导通。该情况下，如果在上述条件下采用载波Cl、C2，则能够减少开关次数。对本发明进行了详细说明，但是，上述说明在全部方面中是例示性的，本发明不限于此。应该理解为，在不脱离本发明的范围的前提下能够想到的未例示的无数变形例。标号说明1:逆变器;C、C1、C2:载波;P1、P2:输入端；Pu、Pv、Pw:输出端；S1 S6:开关元件。
权利要求
1.一种电力变换装置，其具有: 第I输入端(Pl)； 第2输入端(P2),其被施加比所述第I输入端的电位低的电位； 输出端(Pu、Pv,Pw)； 电力变换装置(1)，其包括连接在所述第I输入端与所述输出端之间的上侧开关元件(SI S3)和连接在所述第2输入端与所述输出端之间的下侧开关元件(S4 S6)； 开关控制部(33)，其根据与所述电力变换装置输出的输出电压有关的电压指令值和具有规定周期的载波的比较，对所述上侧开关元件和所述下侧开关元件进行控制；以及 载波生成部(32)，其在第1期间和第2期间中的至少任意一方中，对所述开关控制部提供单调减小的所述载波(Cl )，在第3期间和第4期间中的至少任意一方中，对所述开关控制部提供单调增大的所述载波(C2)，其中，所述第I期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述载波的最小值以下的值的期间的后一个期间，在该第I期间中所述电压指令值取比所述载波的最小值大的第I规定值，所述第2期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最大值以上的期间的前一个期间，在该第2期间中所述电压指令值取比所述最大值小的第2规定值，所述第3期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最大值以上的值的期间的后一个期间，在该第3期间中所述电压指令值取比所述最大值小的第3规定值，所述第4期间具有所述规定周期，是所述电压指令值为所述最小值以下的期间的前一个期间，在该第4期间中所述电压指令值取比所述最小值大的第4规定值。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中， 所述电压指令值在所述第I期间的后一个期间内取所述载波的所述最大值以上的值，在所述第3期间的后一个期间内取所述载波的所述最小值以下的值。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其中， 所述电力变换装置还具有电压指令生成部(31)，该电压指令生成部(31)对校正前电压指令值(V* )进行校正，生成所述电压指令值(V** )， 所述电压指令生成部将具有所述规定周期的所述期间内的所述校正前电压指令值校正为所述期间内的所述载波的所述最大值与所述最小值之间的中间值，生成所述电压指令值。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中， 所述电压指令生成部(31)按照所述规定周期将所述校正前电压指令值(V*)校正为其平均值，生成所述电压指令值(V** )。
全文摘要
本发明是能够减少开关次数的电力变换装置。载波生成部在第1期间(T10)和第2期间(T10)中的至少任意一方中，对开关控制部提供单调减小的载波(C1)，在第3期间(T13)和第4期间(T13)中的至少任意一方中，对开关控制部提供单调增大的载波(C2)，其中，第1期间是电压指令值(V**)为载波的最小值以下的值的期间的后一个期间，在该第1期间中电压指令值取比载波的最小值大的第1规定值，第2期间是电压指令值为最大值以上的期间的前一个期间，在该第2期间中电压指令值取比最大值小的第2规定值，第3期间是电压指令值为所述最大值以上的值的期间的后一个期间，在该第3期间中电压指令值取比最大值小的第3规定值，第4期间是电压指令值为最小值以下的期间的前一个期间，在该第4期间中电压指令值取比最小值大的第4规定值。
文档编号H02M7/5395GK103222179SQ201180054888
公开日2013年7月24日 申请日期2011年10月26日 优先权日2010年11月16日
发明者芦田刚, 日比野宽, 小林直人, 中川伦博, 北野伸起, 河野雅树 申请人:大金工业株式会社