專利名稱：對(duì)于三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)各相的上下臂由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成、且通過脈寬調(diào)制進(jìn)行電力變換的三相電流型電力變換器生成脈沖圖形的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在各相的上下臂由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成、且通過脈寬調(diào)制進(jìn)行電力變換的以往的三相電流型電力變換器中，提出了作為三相電流型高功率因數(shù)整流器而利用的例子 (下述非專利文獻(xiàn)1)。圖8是表示非專利文獻(xiàn)1所述的三相電流型電力變換系統(tǒng)10的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。圖8所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)10具備有U相、V相以及W相的各相U、V、 W的上下臂(UP，UN)，(VP，VN)，(ffp, ffN)由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成、且通過脈寬調(diào)制進(jìn)行電力變換的三相電流型電力變換器A、電力變換器A的直流側(cè)電路11、電力變換器A的交流側(cè)電路12、以及管理電力變換系統(tǒng)10整體的控制的控制部130。在電力變換器A中，U相U、V相V以及W相W的臂對(duì)Bu、Bv、Bff三對(duì)并聯(lián)連接。U 相U、V相V以及W相W的臂對(duì)Bu、Bv、Bff,分別將U相U、V相V以及W相W的上臂Up、VP、Wp 以及U相U、V相V以及W相W的下臂UN、VN、ffN串聯(lián)連接。U相U、V相V以及W相W的上臂 Up、VP、Wp以及U相U、V相V以及W相W的下臂UN、\、Wn都由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成。在電力變換器A的交流側(cè)電路12中，在各臂對(duì)B 、Bv、Bff的上臂UP、VP、Wp與下臂 UN、VN、ffN之間分別經(jīng)由U相、V相、W相的三相線U、V、W連接了三相電力系統(tǒng)E和負(fù)載Load。 此外，本說明書所說的上臂是指電流從直流側(cè)向三相電流型電力變換器流入的一方的臂群 (Up, Vp, WP)，下臂是指電流從三相電流型電力變換器向直流側(cè)流出的一方的臂群(UN，Vn, I)。在U相U、V相V、W相W的各線中分別設(shè)置有對(duì)各線U、V、W并聯(lián)連接的電容器Cu、 Cv、(；和濾波器電路F。直流側(cè)電路11在輸入側(cè)連接了直流電源G、且在輸出側(cè)連接了電力變換器A。在直流側(cè)電路11中，設(shè)置有串聯(lián)連接到直流電源G的輸出側(cè)且電力變換器A的輸入側(cè)的電感器LD0此外，在圖8中，標(biāo)記iL表示直流側(cè)的電流，標(biāo)記iu、iv、iw分別表示電力變換器A 的U相U、V相V以及W相W的交流側(cè)線電流。另外，標(biāo)記1 、Iv、Iff分別表示三相電力系統(tǒng) E側(cè)(負(fù)載Load側(cè))的U相U、V相V以及W相W的交流側(cè)線電流。這些對(duì)后述的圖9 圖11也相同。并且，圖8所示的電力變換器A作為按照控制部130的指示命令從交流側(cè)向直流側(cè)以高功率因數(shù)(功率因數(shù)約100% )進(jìn)行電力變換的三相電流型高功率因數(shù)整流器(轉(zhuǎn)換器)而利用。從容易決定向電力變換器A的開關(guān)脈沖這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，在直流側(cè)電路11 中還設(shè)置有在電感器Ld與電力變換器A之間并聯(lián)連接到直流電源G的二極管Dfw。
另外，在沒有設(shè)置如圖8所示的二極管Dfw那樣的元件的一般的三相電流型電力變換系統(tǒng)中，通常直流側(cè)的電流量與交流側(cè)的電流量不同，因此當(dāng)用于電力變換的開關(guān)動(dòng)作以外時(shí)，也需要確保在直流側(cè)使電流環(huán)流(短路)的環(huán)流路徑，因此當(dāng)用于電力變換的開關(guān)動(dòng)作以外時(shí)，進(jìn)行生成用于確保環(huán)流路徑的短路脈沖的開關(guān)動(dòng)作。關(guān)于這點(diǎn)，在圖8所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)10中，在電感器Ld與電力變換器A之間二極管Dfw并聯(lián)連接到直流電源G，因此通過該二極管Dfw，當(dāng)用于電力變換的開關(guān)動(dòng)作以外時(shí)不生成短路脈沖也能夠確保環(huán)流路徑a。S卩，二極管Dfw還作為用于確保在直流側(cè)使電流環(huán)流(短路)的環(huán)流路徑的短路元件而發(fā)揮功能。非專利文獻(xiàn)1 :Y. Nishida and A. Maeda, “ A Simplified Discontinuous-Swi tching-Modulation for Three-Phase Current-Fed PFC-Converters and Experimental Study for the Effects, “ Proc. IEEE APEC' 96，Vol. 2，pp.552-558，199
發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題)但是，在圖8所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)10中設(shè)置有二極管Dfw，因此電力變換器A限定于從交流側(cè)向直流側(cè)以高功率因數(shù)(功率因數(shù)約100% )進(jìn)行電力變換的三相電流型高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器的利用。因此，無法將電力變換器A作為低功率因數(shù)的三相電流型轉(zhuǎn)換器、三相電流型逆變器而利用。為了將電力變換器A作為低功率因數(shù)的三相電流型轉(zhuǎn)換器、三相電流型逆變器而利用，只要去除二極管Dfw即可，但是這樣的話，當(dāng)用于電力變換的開關(guān)動(dòng)作以外時(shí)將進(jìn)行基于生成用于確保環(huán)流路徑的短路脈沖的脈寬調(diào)制(具體地說三相調(diào)制或者二相調(diào)制)的開關(guān)動(dòng)作。圖9 圖11是表示將電力變換器A作為三相電流型逆變器而利用的情況下的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。圖9表示將三相電力系統(tǒng)E和負(fù)載Load替換為馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)E的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng)10a，圖10表示將電力變換器A作為三相電流型逆變器的SVG (Static Var Generator 靜止無功發(fā)生器)或者 APF(Active Power filter 有源電力濾波器)而利用的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng) 10b,圖11表示進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng)10c。另夕卜，圖12是表示對(duì)于在電力變換器A中U相U、V相V以及W相W的上臂UP、VP、 Wp中的任一個(gè)成為導(dǎo)通、且U相U、V相V以及W相W的下臂UN、VN、ffN中的任一個(gè)成為導(dǎo)通的導(dǎo)通臂的組合(開關(guān)動(dòng)作模式Ml M9)的電流路徑α 1 α 9的表。此外，在圖8 圖12中，直流側(cè)的電流k將向電力變換器A流出的方向設(shè)為正， 在圖8中，U相U、V相V以及W相W的交流側(cè)線電流、、iv、iff將從三相電力系統(tǒng)E向電力變換器A流入的方向設(shè)為正，在圖9 圖12中，U相U、V相V以及W相W的交流側(cè)線電流 iu> iv、、將從電力變換器A向馬達(dá)E或者三相電力系統(tǒng)E流出的方向設(shè)為正。另外，在圖 12的表中粗框部的動(dòng)作模式M1、M5、M9中，電流路徑α 1、α 5、α 9表示在直流側(cè)使電流環(huán)流(短路)的環(huán)流路徑?？刂撇?3a 13c具備有CPU (Central Processing Unit :中央處理單元)14、以及存儲(chǔ)部15。存儲(chǔ)部15包含ROM (Read Only Memory 只讀存儲(chǔ)器)151以及RAM (RandomAccess Memory 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)152，存儲(chǔ)各種控制程序、所需的函數(shù)以及表格?？刂撇?3a 13c構(gòu)成為通過由CPU 14將開關(guān)控制程序從存儲(chǔ)部15讀出、并執(zhí)行該讀出的開關(guān)控制程序來進(jìn)行三相電流型電力變換器A中的各上下臂(UP，UN)、(VP，Vn)、 (WP，WN)的開關(guān)元件的開關(guān)控制。S卩，如圖12所示，當(dāng)在第1動(dòng)作模式Ml中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un 導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑(環(huán)流路徑)α 1，當(dāng)在第2動(dòng)作模式Μ2中U相U的上臂Up以及V相 V的下臂Vn導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 2，當(dāng)在第3動(dòng)作模式Μ3中U相U的上臂Up以及W相W 的下臂Wn導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 3。另夕卜，當(dāng)在第4動(dòng)作模式Μ4中V相V的上臂Vp以及U相U的下臂Un導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 4，當(dāng)在第5動(dòng)作模式Μ5中V相V的上臂Vp以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑(環(huán)流路徑)α 5，當(dāng)在第6動(dòng)作模式Μ6中V相V的上臂Vp以及W相W的下臂Wn 導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 6。而且，當(dāng)在第7動(dòng)作模式Μ7中W相W的上臂Wp以及U相U的下臂Un導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 7，當(dāng)在第8動(dòng)作模式Μ8中W相W的上臂Wp以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑α 8，當(dāng)在第9動(dòng)作模式Μ9中W相W的上臂Wp以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通時(shí)形成電流路徑(環(huán)流路徑)α 9。此外，第1、第5以及第9動(dòng)作模式Ml、M5、M9設(shè)為生成短路脈沖SP(參照后述的圖13以及圖14)的短路模式。圖13是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c進(jìn)行三相調(diào)制的情況下的電力變換器A的各相U、V、W中的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、iv、、對(duì)應(yīng)起來的圖。另外，圖14是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c進(jìn)行第1以及第2 二相調(diào)制的情況下的電力變換器A的各相U、V、W中的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、、、、對(duì)應(yīng)起來的圖。圖14(a)表示第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子，圖 14(b)表示第2 二相調(diào)制的一個(gè)例子。此外，在圖13以及圖14中，標(biāo)記β表示用于控制開關(guān)動(dòng)作的載波(三角波)。標(biāo)記iuv \ iv/、iw/表示與載波β —起決定對(duì)于一個(gè)調(diào)制周期T的各相U、V、W的交流側(cè)線電流、、‘、流過的時(shí)間所占的比例的開關(guān)參數(shù)。在開關(guān)參數(shù)/與開關(guān)參數(shù)iw/之間決定U相U的交流側(cè)線電流指令值*，在開關(guān)參數(shù)ivw *與開關(guān)參數(shù)iuv *之間決定V相V的交流側(cè)線電流指令值i/，在開關(guān)參數(shù)iw/與開關(guān)參數(shù)iv/之間決定W相W的交流側(cè)線電流指令值i/。另外，標(biāo)記T表示一個(gè)調(diào)制周期。作為一個(gè)調(diào)制周期T不限于此，但是例如能在變換電力小于等于IOOkW的情況下能夠例示小于等于100 μ sec、或者在變換電力超過 IOOkff的情況下能夠例示200 μ sec左右。這些對(duì)于后述的圖1 圖3以及圖5的情況也相同。脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期的起點(diǎn)以及終點(diǎn)的位置能夠任意地決定，但是在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中，例如將一個(gè)調(diào)制周期T的起點(diǎn)以及終點(diǎn)設(shè)為載波β的振幅的最小位置時(shí)進(jìn)行如下的開關(guān)動(dòng)作的控制。
這里，以流過U相U的交流側(cè)線電流設(shè)為正的電流、流過V相V的交流側(cè)線電流 iv以及流過W相W的交流側(cè)線電流iw設(shè)為負(fù)的電流、而且U相U的交流側(cè)線電流指令值
*的絕對(duì)值Ii/ I成為最大的情況為例進(jìn)行說明。更具體地說，將直流側(cè)的電流iL設(shè)為20A、一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)流過的U相U、V相V 以及W相W的交流側(cè)線電流iu、iv、iff分別設(shè)為10A、-7. 5A以及-2. 5A來順序地說明三相調(diào)制、第1以及第2 二相調(diào)制。[三相調(diào)制]在圖13所示的三相調(diào)制的一個(gè)例子中，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第1時(shí)間Tl中U相 U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/8周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))， 在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/16周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)。接著，在第1時(shí)間Tl中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/4周期(圖 12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))，在第2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂 Vn導(dǎo)通3/16周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相 W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，而且在第1時(shí)間Tl中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/8周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))。即，在該三相調(diào)制的一個(gè)例子中，在第1動(dòng)作模式Ml (短路模式)中作為第1時(shí)間 Tl使U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通周期T的( = 1/8+1/4+1/8 = 50%), 在第2動(dòng)作模式M2中作為第2時(shí)間T2使U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通周期 T的3/8 ( = 3/16+3/16 = 37. 5% )，在第3動(dòng)作模式M3中作為第3時(shí)間T3使U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通周期T的1/8(= 1/16+1/16 = 12.5%)。[第1二相調(diào)制]在圖14(a)所示的第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子中，開關(guān)參數(shù)/配置在載波β的振幅的頂點(diǎn)位置X，開關(guān)參數(shù)、/“ *以載波β的振幅的頂點(diǎn)位置X為基準(zhǔn)配置在下側(cè)。如圖14 (a)所示，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第1時(shí)間Tl中U相U的上臂Up以及U相 U的下臂Un導(dǎo)通1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))，在第3時(shí)間T3中U相 U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間 T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/8周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)。接著，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖 12的第3動(dòng)作模式M3)，而且在第1時(shí)間Tl中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通 1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))。S卩，在該第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子中，在第1動(dòng)作模式Ml (短路模式)中作為第1 時(shí)間Tl使U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通周期T的1/2 ( = 1/4+1/4 = 50%), 在第2動(dòng)作模式M2中作為第2時(shí)間T2使U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通周期 T的3/8 ( = 37. 5% )，在第3動(dòng)作模式M3中作為第3時(shí)間T3使U相U的上臂Up以及W相 W 的下臂 ％ 導(dǎo)通周期 T 的 1/8( = 1/16+1/16 = 12. 5% )0[第2相調(diào)制]在圖14(b)所示的第2相調(diào)制的一個(gè)例子中，開關(guān)參數(shù)/配置在載波β的振幅的谷底位置X，開關(guān)參數(shù)‘*、、/以載波β的振幅的谷底位置X為基準(zhǔn)配置在上側(cè)。如圖14(b)所示，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第3時(shí)間Τ3中U相U的上臂Up以及W相 W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式Μ3)，在第2時(shí)間Τ2中U相U的上臂Up 以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/16周期(圖12的第2動(dòng)作模式Μ2)，在第1時(shí)間Tl中U相U 的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/2周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))。接著，在第2時(shí)間Τ2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Un導(dǎo)通3/16周期(圖 12的第2動(dòng)作模式Μ2)，而且在第3時(shí)間Τ3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通 1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式Μ3)。S卩，在該第2 二相調(diào)制的一個(gè)例子中，在第1動(dòng)作模式Ml (短路模式)中作為第1 時(shí)間Tl使U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通周期T的1/2 ( = 50% )，在第2動(dòng)作模式Μ2中作為第2時(shí)間Τ2使U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通周期T的3/8 (= 3/16+3/16 = 37. 5 % )，在第3動(dòng)作模式Μ3中作為第3時(shí)間Τ3使U相U的上臂Up以及W 相W的下臂％導(dǎo)通周期T的1/8( = 1/16+1/16 = 12. 5% )0由此，在三相調(diào)制以及第1以及第2 二相調(diào)制中，作為一個(gè)調(diào)制周期T整體， 在U相中流過IOA ( = iLX (T2+T3)/T)、在V相流過-7. 5A( = Τ2/Τ)、在W相中流過-2. 5A( = _iLXT3/T)、在環(huán)流路徑α 1中流過IOA( = iLXTl/T)的電流。另外，在三相電流型電力變換器中，作為開關(guān)損耗增加的主要要素，與換流的次數(shù)、直流側(cè)的電流、交流側(cè)的線間電壓的大小有關(guān)。這里，換流是指電流流過的臂切換為其它臂，在圖13以及圖14中，相當(dāng)于執(zhí)行中的開關(guān)動(dòng)作模式切換為其它開關(guān)動(dòng)作模式。此外， 這在圖1 圖3以及圖5中也相同。S卩，如果換流的次數(shù)變多、或者/而且如果直流側(cè)的電流變大、或者/而且對(duì)交流側(cè)的線間電壓中的絕對(duì)值成為最大的線間的各相進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)，開關(guān)損耗相應(yīng)地變大， 隨之電力變換效率下降。[關(guān)于換流的次數(shù)]在三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中，在如圖13所示那樣進(jìn)行三相調(diào)制的情況下，開關(guān)動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式Ml —第3動(dòng)作模式M3 —第2動(dòng)作模式M2 —第1 動(dòng)作模式Ml —第2動(dòng)作模式M2 —第3動(dòng)作模式M3 —第1動(dòng)作模式M1，換流次數(shù)成為6次。與此相對(duì)，在如圖14(a)所示那樣進(jìn)行第1 二相調(diào)制的情況下開關(guān)動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式Ml —第3動(dòng)作模式M3 —第2動(dòng)作模式M2 —第3動(dòng)作模式M3 —第1動(dòng)作模式Ml。另外，在如圖14(b)所示那樣進(jìn)行第2 二相調(diào)制的情況下開關(guān)動(dòng)作模式切換為第 3動(dòng)作模式M3 —第2動(dòng)作模式M2 —第1動(dòng)作模式Ml —第2動(dòng)作模式M2 —第3動(dòng)作模式 M3。S卩，在第1以及第2 二相調(diào)制的情況下，無論哪個(gè)，換流次數(shù)都成為4次。因而，與三相調(diào)制的情況相比第1以及第2 二相調(diào)制的情況能夠降低開關(guān)損耗。[關(guān)于交流側(cè)的線間電壓]圖15是表示在U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值|i/ I成為最大的情況下對(duì)于通過切換開關(guān)動(dòng)作模式來產(chǎn)生換流的換流模式的電路圖、開關(guān)損耗的計(jì)算公式、在三相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第1 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、 以及在第2 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式的表格。
此外，在圖15所示的表格中，標(biāo)記Vw表示U相U與V相V之間的交流側(cè)線間電壓，標(biāo)記Vvw表示V相V與W相W之間的交流側(cè)線間電壓，標(biāo)記Vffu表示W(wǎng)相W與U相U之間的交流側(cè)線間電壓。各線間電壓vuv、Vvw、Vffu將箭頭的方向設(shè)為正。另外，表格的換流模式中的左側(cè)的UV換流模式是在第1動(dòng)作模式Ml與第2動(dòng)作模式M2之間換流的換流模式，中央的VW換流模式是在第2動(dòng)作模式M2與第3動(dòng)作模式M3之間換流的換流模式，右側(cè)的WU 換流模式是在第3動(dòng)作模式M3與第1動(dòng)作模式Ml之間換流的換流模式。另外，”〇”標(biāo)記表示調(diào)制對(duì)象。這些對(duì)后述的圖4也相同。如圖15所示，三相調(diào)制將UV換流模式、VW換流模式以及WU換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象，第1 二相調(diào)制將VW換流模式以及WU換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象，第2 二相調(diào)制將UV換流模式以及VW換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象。這里，開關(guān)損耗在UV換流模式下成為|Vuv| Xiy因此能夠通過進(jìn)行當(dāng)交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值IvlJ為最大時(shí)暫停uv換流模式的第ι 二相調(diào)制來避免開關(guān)損耗的增大。 另外，開關(guān)損耗在WU換流模式下成為IvffuI Xiy因此能夠通過進(jìn)行當(dāng)交流側(cè)線間電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ為最大時(shí)暫停WU換流模式的第2 二相調(diào)制來避免開關(guān)損耗的增大。另一方面，開關(guān)損耗在VW換流模式下成為IVvwI Xip但是在將電力變換器A的利用限定于以高功率因數(shù)(功率因數(shù)約100% )進(jìn)行電力變換的三相電流型高功率因數(shù)電力變換器的情況下，能夠避免交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值IvvwI成為最大，因此也可以不考慮 V相V與W相W的交流側(cè)線間電壓Vvw導(dǎo)致的開關(guān)損耗的增大。然而，在將電力變換器A作為低功率因數(shù)的三相電流型轉(zhuǎn)換器、三相電流型逆變器而利用的情況下，有時(shí)交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值IvvwI成為最大，這樣的話，在不進(jìn)行 Vff換流模式的暫停的第1 二相調(diào)制以及第2 二相調(diào)制中，都不得不執(zhí)行VW換流模式，因此無論如何都不能避免開關(guān)損耗的增大。此外，這里以U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值Ii/ I成為最大的情況為例進(jìn)行了說明，但是在其它的相V、w的交流側(cè)線電流指令值i/、i/的絕對(duì)值|i/ |、|iw * I成為最大的情況下也能夠同樣地考慮。本發(fā)明是鑒于上述課題而作出的，其目的在于提供一種對(duì)于不論功率因數(shù)的大小都能夠盡可能降低開關(guān)損耗、由此能夠提高電力變換效率的三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)。(解決問題的方案)本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種對(duì)于三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，該三相電流型電力變換器的各相的上下臂由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成，且通過脈寬調(diào)制進(jìn)行電力變換，該脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)的特征在于，在不包含在上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線間電壓中的絕對(duì)值成為最大的線間的線間電壓非最大相、與上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的線電流指令值最大相一致的情況下，在上述脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)進(jìn)行第1開關(guān)控制，該第1開關(guān)控制中，空出隔離時(shí)間地設(shè)置，以使上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上隔離，且對(duì)上述線電流指令值最大相在上述隔離時(shí)間配置短路脈沖，另一方面，在上述線間電壓非最大相、與上述線電流指令值最大相不一致的情況下，在上述脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)進(jìn)行第2開關(guān)控制，該第2開關(guān)控制中，將上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰地設(shè)置，且對(duì)上述線間電壓非最大相或者上述線電流指令值最大相，與上述線間電壓非最大相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰地配置短路脈沖。在與本發(fā)明有關(guān)的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)中，例如在U相U的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況下，將U相的上臂以及U相的下臂導(dǎo)通的情況設(shè)為第1動(dòng)作模式，U 相的上臂以及V相的下臂導(dǎo)通的情況設(shè)為第2動(dòng)作模式，U相的上臂以及W相的下臂導(dǎo)通的情況設(shè)為第3動(dòng)作模式。另外，將在上述第1動(dòng)作模式與上述第2動(dòng)作模式之間換流的換流模式設(shè)為UV換流模式，在上述第2動(dòng)作模式與上述第3動(dòng)作模式之間換流的換流模式設(shè)為VW換流模式，在上述第3動(dòng)作模式與上述第1動(dòng)作模式之間換流的換流模式設(shè)為WU換流模式。由此，在U相與V相的交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值成為最大的情況下，能夠通過上述第2開關(guān)控制來進(jìn)行暫停上述UV換流模式的第1 二相調(diào)制。另外，在W相與U相的交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值成為最大的情況下，能夠通過上述第2開關(guān)控制來進(jìn)行暫停上述WU換流模式的第2 二相調(diào)制。并且，在V相與W相的交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值成為最大的情況下，能夠通過上述第1開關(guān)控制來進(jìn)行暫停上述VW換流模式的第3 二相調(diào)制。此外，在其它的V相以及W相的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況也能夠同樣地考慮。這樣，根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行二相調(diào)制，因此與進(jìn)行三相調(diào)制的情況相比能夠降低開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)。并且，能夠暫停上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線間電壓中的絕對(duì)值成為最大的線間的各相的開關(guān)動(dòng)作模式。例如，在U相的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況下，當(dāng)V相與W相的交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值成為最大時(shí)，能夠通過進(jìn)行第3 二相調(diào)制來暫停VW換流模式。因而，不論功率因數(shù)的大小都能夠盡可能地降低開關(guān)損耗。在與本發(fā)明有關(guān)的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選是在上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線電流指令值中包含零的情況下，將上述短路脈沖配置在與剛要開始上述一個(gè)調(diào)制周期之前的前調(diào)制周期中的最后的脈沖、和緊接上述一個(gè)調(diào)制周期之后的下一調(diào)制周期中的最初的脈沖中的至少一個(gè)相同的相。在該方式中，能夠在相鄰的調(diào)制周期之間避免奇異點(diǎn)，在該相鄰的調(diào)制周期之間不切換傳輸模式，因此能夠進(jìn)一步降低開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)。在與本發(fā)明有關(guān)的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選是將上述一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)的脈沖圖形以該一個(gè)調(diào)制周期中的中央時(shí)刻的時(shí)間軸為基準(zhǔn)而線對(duì)稱地配置。該方式在中，能夠使上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)中的線電流的波形的開關(guān)頻率成分集中在開關(guān)頻率周邊。由此，能夠使連接到交流側(cè)的濾波器電路等的電路設(shè)計(jì)變得容易。(發(fā)明的效果)如以上說明那樣，根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行二相調(diào)制，因此與進(jìn)行三相調(diào)制的情況相比能夠降低開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)。并且，能夠暫停上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線間電壓中的絕對(duì)值成為最大的線間的各相的開關(guān)動(dòng)作模式。例如， 在U相的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況下，當(dāng)V相與W相的交流側(cè)線間電壓的絕對(duì)值成為最大時(shí)，能夠通過進(jìn)行上述第3 二相調(diào)制來暫停VW換流模式。因而，不論功率因數(shù)的大小都能夠盡可能地降低開關(guān)損耗。


圖1是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第3 二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖。圖2是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第1二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖，圖(a)是表示第1 二相調(diào)制的其它例子的圖，圖(b)是表示第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子的圖。圖3是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第2 二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖，圖(a)是表示第2 二相調(diào)制的其它例子的圖，圖(b)是表示第2 二相調(diào)制的一個(gè)例子的圖。圖4是表示對(duì)于在U相的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況下通過切換開關(guān)動(dòng)作模式產(chǎn)生換流的換流模式的電路圖、開關(guān)損耗的計(jì)算公式、在第1 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第3 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第2 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式的表格。圖5是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制的情況下交流側(cè)線電流指令值中包含零的情況下的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖。圖6是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的開關(guān)控制的一個(gè)例子的主例程的流程圖。圖7是表示圖6所示的流程圖中的脈寬運(yùn)算的一個(gè)例子的子例程的流程圖。圖8是表示非專利文獻(xiàn)1所述的三相電流型電力變換系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)的電路圖。圖9是表示在將三相電流型電力變換器作為三相電流型逆變器而利用的情況下將負(fù)載作為馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng)的電路圖。圖10是表示在將三相電流型電力變換器作為三相電流型逆變器而利用的情況下將三相電流型電力變換器作為三相電流型逆變器的SVG或者APF而利用的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng)的電路圖。圖11是表示在將三相電流型電力變換器作為三相電流型逆變器而利用的情況下進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的例子的三相電流型電力變換系統(tǒng)的電路圖。圖12是表示對(duì)于在電力變換器中U相、V相以及W相的上臂中的任一個(gè)成為導(dǎo)通、 且U相、V相以及W相的下臂中的任一個(gè)成為導(dǎo)通的導(dǎo)通臂的組合(開關(guān)動(dòng)作模式)的電流路徑的表格。圖13是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行三相調(diào)制的情況下三相電流型電力變換器的各相中的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化的一CN 102549906 A個(gè)例子、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖。圖14是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)中通過控制部進(jìn)行第1 以及第2 二相調(diào)制的情況下的三相電流型電力變換器的各相中的交流側(cè)線電流指令值隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流對(duì)應(yīng)起來的圖， 圖(a)是表示第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子的圖，圖(b)是表示第2 二相調(diào)制的一個(gè)例子的圖。圖15是表示在U相的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的情況下對(duì)于通過切換開關(guān)動(dòng)作模式產(chǎn)生換流的換流模式的電路圖、開關(guān)損耗的計(jì)算公式、在三相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第1 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第2 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式的表格。
具體實(shí)施例方式下面，舉出圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc并參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，下面的實(shí)施方式是將本發(fā)明具體化了的例子，并非限定于本發(fā)明的技術(shù)范圍。在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中，控制部13a 13c 設(shè)為如下結(jié)構(gòu)通過與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的開關(guān)控制程序?qū)﹄娏ψ儞Q器A進(jìn)行第1 第3 二相調(diào)制來生成脈沖圖形。S卩，控制部13a 13c設(shè)為如下結(jié)構(gòu)在不包含在電力變換器A的交流側(cè)線間電壓 VOT、VVW、Vffu中的絕對(duì)值VuvU VvffU VffuI成為最大的線間的線間電壓非最大相、與電力變換器A的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/的絕對(duì)值Ii/ I、Ii/ I、Ii/ I成為最大的線電流指令值最大相一致的情況下，在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期τ內(nèi)進(jìn)行第ι開關(guān)控制，該第 1開關(guān)控制中，空出隔離時(shí)間地設(shè)置，以將上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上隔離，且對(duì)上述線電流指令值最大相配置短路脈沖SP以填補(bǔ)隔離時(shí)間。另一方面，控制部13a 13c設(shè)為如下結(jié)構(gòu)在上述線間電壓非最大相與上述線電流指令值最大相不一致的情況下在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)進(jìn)行第2開關(guān)控制，該第2 開關(guān)控制中，將上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地設(shè)置，且對(duì)上述線間電壓非最大相或者上述線電流指令值最大相配置短路脈沖SP，以與上述線間電壓非最大相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地填補(bǔ)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)的相鄰關(guān)斷時(shí)間。此外，這里如圖9 11所示，三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc具備有檢測直流側(cè)的電流I的直流側(cè)電流檢測單元17、以及檢測交流側(cè)線間電壓VOT、Vvw、VTO的線間電壓檢測單元18。由此，直流側(cè)的電流k能夠通過直流側(cè)電流檢測單元17來檢測，交流側(cè)線間電壓Vuv、Vvff, Vffu能夠通過線間電壓檢測單元18來檢測。具體地說，以流過U相U的交流側(cè)線電流、設(shè)為正的電流、流過V相V的交流側(cè)線電流iv以及流過W相W的交流側(cè)線電流iw設(shè)為負(fù)的電流、而且U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值Ii/ I成為最大的情況為例，參照?qǐng)D1 圖5進(jìn)行說明。此外，在第3 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值|Vvw|成為最大的情況為例、在第1 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vuv的絕對(duì)值IVotI成為最大的情況為例、在第2 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ成為最大的情況為例進(jìn)行說明。
在下面的說明中，上下臂(UP，UN)、(VP，VN)、(WP，ffN)中沒有特別提到的臂設(shè)為關(guān)斷狀態(tài)。圖1是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c來進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第3 二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、iv、、對(duì)應(yīng)起來的圖。圖2是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c來進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第1 二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值i/、iv*> i/隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、iv、、對(duì)應(yīng)起來的圖。圖2(a)表示第1 二相調(diào)制的其它的例子，圖2(b)表示第1 二相調(diào)制的一個(gè)例子。此外，圖2(b)與上述的圖14(a)相對(duì)應(yīng)。圖3是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c來進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制中的第2 二相調(diào)制的情況下的交流側(cè)線電流指令值i/、iv*> i/隨時(shí)間的變化、與圖12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、iv、、對(duì)應(yīng)起來的圖。圖3(a)表示第2 二相調(diào)制的其它的例子，圖3 (b)表示第2 二相調(diào)制的一個(gè)例子。此外，圖3(b)與上述的圖14(b)相對(duì)應(yīng)。首先說明第3 二相調(diào)制之后順序地說明第1 二相調(diào)制以及第2 二相調(diào)制。在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中，例如將脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T的起點(diǎn)以及終點(diǎn)設(shè)為載波β的振幅的最小位置時(shí)，進(jìn)行接下來的開關(guān)動(dòng)作的控制。此外，下面以流過U相U的交流側(cè)線電流、設(shè)為正的電流、流過V相V的交流側(cè)線電流iv以及流過W相W的交流側(cè)線電流iw設(shè)為負(fù)的電流、而且U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值Ii/ I成為最大的情況為例進(jìn)行說明。更具體地說，將直流側(cè)的電流k設(shè)為20A，一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)流過的U相U、V相V以及W相W的交流側(cè)線電流i 、iv、iff分別設(shè)為10A、-7. 5A以及-2. 5A，來順序地說明第3 二相調(diào)制以及第1以及第2 二相調(diào)制。[第3二相調(diào)制](電壓Vvw的絕對(duì)值|Vvw|為最大的情況)在電壓Vvw的絕對(duì)值|Vvw|為最大的情況下，在圖1所示的第3 二相調(diào)制的一個(gè)例子中，不包含在電壓Vvw的絕對(duì)值IvvwI的線間(這里為ν相以及w相)中的線間電壓非最大相(這里為υ相)、與交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/的絕對(duì)值Ii/ I、Ii/ I、Ii/ 成為最大(這里為Ii/ I)的線電流指令值最大相(這里為υ相)一致。因而，在第1開關(guān)控制中，在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)空出隔離時(shí)間(第1時(shí)間Tl)地設(shè)置，以將線電流指令值最大相(這里為U相)以外的二相(這里為V相以及W 相)的開關(guān)脈沖(這里為PV、PW)在時(shí)間上隔離，且對(duì)線電流指令值最大相(這里為U相) 配置短路脈沖SP以填補(bǔ)隔離時(shí)間(第1時(shí)間Tl)。具體地說，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂％導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在隔離時(shí)間(第1時(shí)間Tl)中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))，在第 2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/8周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)。接著，在隔離時(shí)間(第1時(shí)間Tl)中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通 1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及 W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)。[第1二相調(diào)制](電壓Vot的絕對(duì)值IVuv I為最大的情況)在電壓Vw的絕對(duì)值IVuvI為最大的情況下，在圖2所示的第1 二相調(diào)制的例子中不包含在電壓Vuv的絕對(duì)值IvuvI的線間(這里為υ相以及ν相)中的線間電壓非最大相 (這里為w相)、與線電流指令值最大相(這里為υ相)不一致。因而，在第2開關(guān)控制中，在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相 (這里為U相)以外的二相(這里為V相以及W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv、Pw)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地設(shè)置，且對(duì)線間電壓非最大相(這里為W相參照?qǐng)D2(a))或者線電流指令值最大相(這里為U相參照?qǐng)D2(b))配置短路脈沖SP，以與線間電壓非最大相(這里為W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pw)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地填補(bǔ)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)的相鄰關(guān)斷時(shí)間(在圖2(a)中為第9時(shí)間T9或者在圖2(b)中為第1時(shí)間Tl)。具體地說，在圖2(a)所示的例子中，在一個(gè)調(diào)制周期T中的相鄰關(guān)斷時(shí)間(第9 時(shí)間T9)中W相W的上臂Wp以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/4周期(圖12的第9動(dòng)作模式 M9 (短路模式))，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期 (圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通 3/8周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)。接著，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖 12的第3動(dòng)作模式M3)，而且在相鄰關(guān)斷時(shí)間(第9時(shí)間T9)中W相W的上臂Wp以及W相 W的下臂Wn導(dǎo)通1/4周期(圖12的第9動(dòng)作模式M9 (短路模式))。另外，在圖2(b)所示的例子中，在一個(gè)調(diào)制周期T中的相鄰關(guān)斷時(shí)間(第1時(shí)間 Tl)中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12 的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/8周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)。接著，在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖 12的第3動(dòng)作模式M3)，而且在相鄰關(guān)斷時(shí)間(第1時(shí)間Tl)中U相U的上臂Up以及U相 U的下臂Un導(dǎo)通1/4周期(圖12的第1動(dòng)作模式Ml (短路模式))。這里，線間電壓非最大相(這里為W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pw)的脈寬有時(shí)變得極端小，因此在進(jìn)行開關(guān)控制的過程中擔(dān)心識(shí)別不到線間電壓非最大相(這里為W相) 的開關(guān)脈沖(這里為Pw)。因此，優(yōu)選是對(duì)線間電壓非最大相(這里為W相)配置短路脈沖 SP0由此，能夠消除極端小的脈寬的開關(guān)脈沖，由此能夠?qū)崿F(xiàn)精度優(yōu)良的開關(guān)控制。這對(duì)于接下來的第2 二相調(diào)制也相同。[第2二相調(diào)制](電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ為最大的情況)在電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ為最大的情況下，在圖3所示的第2 二相調(diào)制的例子中不包含在電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ的線間(這里為w相以及υ相)中的線間電壓非最大相 (這里為ν相)、與線電流指令值最大相(這里為υ相)不一致。因而，在第2開關(guān)控制中，在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相 (這里為U相)以外的二相(這里為V相以及W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv、Pw)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地設(shè)置，且對(duì)線間電壓非最大相(這里為V相參照?qǐng)D3(a))或者線電流指令值最大相(這里為U相參照?qǐng)D3(b))配置短路脈沖SP，以與線間電壓非最大相(這里為V相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地填補(bǔ)開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)的相鄰關(guān)斷時(shí)間(在圖3(a)中為第5時(shí)間T5或者在圖3(b)中為第1時(shí)間Tl)。具體地說，在圖3(a)所示的例子中，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第3時(shí)間T3中U相U 的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間T2 中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/16周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)，在相鄰關(guān)斷時(shí)間(第5時(shí)間T5)中V相V的上臂Vp以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通1/2周期(圖12 的第5動(dòng)作模式M5 (短路模式))。接著，在第2時(shí)間T2中U相U的上臂Up以及V相V的下臂Un導(dǎo)通3/16周期(圖 12的第2動(dòng)作模式M2)，而且在第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通 1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)。另外，在圖3(b)所示的例子中，在一個(gè)調(diào)制周期T中的第3時(shí)間T3中U相U的上臂Up以及W相W的下臂Wn導(dǎo)通1/16周期(圖12的第3動(dòng)作模式M3)，在第2時(shí)間T2中U 相U的上臂Up以及V相V的下臂Vn導(dǎo)通3/16周期(圖12的第2動(dòng)作模式M2)，在相鄰關(guān)斷時(shí)間(第1時(shí)間Tl)中U相U的上臂Up以及U相U的下臂Un導(dǎo)通1/2周期(圖12的第 1動(dòng)作模式Ml (短路模式))。之后與圖3(a)所示的例子相同，省略說明。[關(guān)于換流的次數(shù)]如圖1所示，在進(jìn)行第3 二相調(diào)制的情況下，開關(guān)動(dòng)作模式切換為第3動(dòng)作模式 M3 —第1動(dòng)作模式Ml —第2動(dòng)作模式M2 —第1動(dòng)作模式Ml —第3動(dòng)作模式M3。S卩，在第3二相調(diào)制的情況下?lián)Q流次數(shù)成為4次。此外，在第1以及第2二相調(diào)制的情況下，如上述那樣換流次數(shù)都成為4次。因而，與三相調(diào)制的情況相比第1 第3 二相調(diào)制的情況下能夠降低開關(guān)損耗。[關(guān)于交流側(cè)的線間電壓]圖4是表示對(duì)于在U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值|i/ I成為最大的情況下通過切換開關(guān)動(dòng)作模式產(chǎn)生換流的換流模式的電路圖、開關(guān)損耗的計(jì)算公式、在第1 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、在第3 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式、 在第2 二相調(diào)制的情況下成為對(duì)象的換流模式的表格。如圖4所示，第1 二相調(diào)制將VW換流模式以及WU換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象，第3 二相調(diào)制將UV換流模式以及WU換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象，第2 二相調(diào)制將UV換流模式以及VW 換流模式設(shè)為調(diào)制對(duì)象。如圖4所示，在U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值|i/ I成為最大的情況下，當(dāng)U相U與V相V的交流側(cè)線間電壓Vuv的絕對(duì)值ι Vuv I成為最大時(shí)能夠通過第2開關(guān)控制來進(jìn)行暫停UV換流模式的第1 二相調(diào)制。另外，當(dāng)W相W與U相U的交流側(cè)線間電壓Vffu的絕對(duì)值IvffuI成為最大時(shí)能夠通過第2開關(guān)控制來進(jìn)行暫停WU換流模式的第2 二相調(diào)制。并且，在V相V與W相W的交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值|Vvw|成為最大的情況下， 能夠通過第1開關(guān)控制來進(jìn)行暫停VW換流模式的第3 二相調(diào)制。此外，這里以U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值|i/ I成為最大的情況為例進(jìn)行了說明，但是在其它的相V、w的交流側(cè)線電流指令值i/、i/的絕對(duì)值|i/ |、|iw * I成為最大情況下也能夠同樣地考慮。根據(jù)與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa 10c，進(jìn)行二相調(diào)制，因此與進(jìn)行三相調(diào)制的情況相比能夠降低開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)。并且，能夠暫停電力變換器A的交流側(cè)線間電壓vuv、vvw、vTO中的絕對(duì)值IvuvI、IvvffI、IvffuI成為最大的線間的各相的開關(guān)動(dòng)作模式。例如，在υ相υ的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值|i/ I成為最大的情況下，當(dāng)ν相ν與w相w的交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值|vvw|成為最大時(shí)，能夠通過進(jìn)行第3 二相調(diào)制來暫停VW換流模式。因而，不論功率因數(shù)的大小如何，都能夠盡可能地降低開關(guān)損耗。另外，在一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)的脈沖圖形以中央時(shí)刻的時(shí)間軸Y為基準(zhǔn)而不具有對(duì)稱性的情況下，電力變換器A的交流側(cè)中的線電流i 、iv、iff的波形的開關(guān)頻率成分分散。 由此，應(yīng)該考慮的頻率成分增加，因此濾波器電路F等的用于消除開關(guān)頻率成分的電路設(shè)計(jì)變得復(fù)雜化。這點(diǎn)如本實(shí)施方式那樣，在將一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)的脈沖圖形以一個(gè)調(diào)制周期T中的中央時(shí)刻的時(shí)間軸γ為基準(zhǔn)而線對(duì)稱地配置的情況下，能夠使電力變換器A的交流側(cè)中的線電流i 、iv、iff的波形的開關(guān)頻率成分集中在開關(guān)頻率周邊，由此能夠?qū)崿F(xiàn)連接到交流側(cè)的濾波器電路F等的電路設(shè)計(jì)的容易化。在本實(shí)施方式中，在控制部13a 13c的存儲(chǔ)部15中預(yù)先存儲(chǔ)有交流側(cè)線電流指令值指令值i/、i/、i/的表格，有時(shí)存在在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、iw *中包含零的定時(shí)。圖5是將在圖9 圖11所示的三相電流型電力變換系統(tǒng)IOa IOc中通過控制部13a 13c進(jìn)行與本實(shí)施方式有關(guān)的二相調(diào)制的情況下在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、 iff *中包含零的情況下的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子、與圖 12所示的開關(guān)動(dòng)作模式的脈沖圖形、以及交流側(cè)線電流、、iv、、對(duì)應(yīng)起來的圖。如圖5所示，在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、iw *中包含零的情況下，為了電力變換而進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的相只有2相，當(dāng)短路脈沖SP配置在如虛線來表示那樣的相鄰的調(diào)制周期之間不同的相位時(shí)，換流次數(shù)增加，導(dǎo)致開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)相應(yīng)變大，因此不是優(yōu)選的。因此，優(yōu)選是將短路脈沖SP如斜線表示那樣配置在與剛要開始一個(gè)調(diào)制周期T之前的前調(diào)制周期中的最后的短路脈沖SP、和緊接一個(gè)調(diào)制周期T之后的下一調(diào)制周期中的最初的短路脈沖SP中的至少一個(gè)(這里為兩者)相同的相。由此，能夠在相鄰的調(diào)制周期之間避免奇異點(diǎn)，并且在該相鄰的調(diào)制周期之間不切換傳輸模式，因此能夠進(jìn)一步降低開關(guān)次數(shù)(開關(guān)損耗)。接著，說明與本實(shí)施的某一個(gè)方式有關(guān)的開關(guān)控制的動(dòng)作例。圖6是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的開關(guān)控制的一個(gè)例子的主例程的流程圖，圖7是表示圖6所示的流程圖中的脈寬運(yùn)算的一個(gè)例子的子例程的流程圖。
在該控制例中，也以U相U的交流側(cè)線電流指令值i/的絕對(duì)值Ii/ I成為最大的情況為例進(jìn)行說明，其中，在第3 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vvw的絕對(duì)值IvvwI成為最大的情況為例，在第1 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vuv的絕對(duì)值IVotI成為最大的情況為例，在第2 二相調(diào)制中以交流側(cè)線間電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ成為最大的情況為例。在圖6所示的主例程中，首先由步驟Sl向圖7所示的子例程進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，根據(jù)電力變換器A的各相U、V、W中的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/運(yùn)算各相的開關(guān)脈沖的脈覓οS卩，在圖7所示的子例程中，首先計(jì)算各相U、V、W的交流側(cè)線電流指令值i/、iv *、i/ (步驟Sla)，由直流側(cè)電流檢測單元17來檢測直流側(cè)的電流ij步驟Slb)。接著，計(jì)算交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/的絕對(duì)值Ii/|、|iv* |、|i/ι以及直流側(cè)的電流k的絕對(duì)值Ii」來運(yùn)算各相U、V、W的脈寬(步驟Slc)。此外，當(dāng)將各相U、V、W的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/的脈寬分別設(shè)為V Tv、Tw時(shí)，脈寬Tu、Tv、Tw能夠由下式來求出。Tu= li/ |/|iL|Tv= |iv* |/|iL|Tff= li/ |/|iL|另夕卜，當(dāng)將脈寬Tu、Tv、Tw中的最大值[Wig^x、中間值[Tu、!；、!^·以及最小值[Upig^分別設(shè)為TmajoTmid以及Tmin時(shí)，最大值Tmax、中間值Tmid以及最小值Tmin成立下面的關(guān)系。Tmax 一 TMID+TMIN返回到圖6所示的主例程，在步驟S2中由線間電壓檢測單元18來檢測電力變換器A的交流側(cè)線間電壓Vuv、Vvff, VTO。接著，計(jì)算交流側(cè)線間電壓Vuv、Vvw、VTO的絕對(duì)值IvuvI、IvvwI、IvffuI,判斷不包含在絕對(duì)值IVuvI、IvvwI、IvffuI成為最大的線間的線間電壓非最大相、與電力變換器A的交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/的絕對(duì)值|i/u |i/l、Ii/ I成為最大的線電流指令值最大相一致、還是不一致(步驟S3)。在由步驟S3判斷為線間電壓非最大相與線電流指令值最大相一致的情況下(步驟S3 —致)，由步驟S4以及步驟S5進(jìn)行第1開關(guān)控制的第3 二相調(diào)制。S卩，在第3 二相調(diào)制(這里為電壓Vvw的絕對(duì)值|Vvw|為最大的情況)中，在步驟S4 中在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相(這里為U相)以外的二相(這里為V相以及W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv、Pw)在時(shí)間上隔離，在步驟S5中對(duì)線電流指令值最大相(這里為U相參照?qǐng)D1)配置短路脈沖SP。另一方面，在由步驟S3判斷為線間電壓非最大相與線電流指令值最大相不一致的情況下(步驟S3 不一致)，由步驟S6以及步驟S7進(jìn)行第2開關(guān)控制的第1以及第2 二相調(diào)制。S卩，在第1 二相調(diào)制(這里為電壓Vuv的絕對(duì)值|Vuv|為最大的情況)中，在步驟S6 中在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相(這里為U相)以外的二相(這里為V相以及W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv、Pw)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地設(shè)置，在步驟S7 中對(duì)線間電壓非最大相(這里為W相參照?qǐng)D2(a))、或者線電流指令值最大相(這里為U相參照?qǐng)D2(b))配置短路脈沖SP。另外，在第2 二相調(diào)制(這里為電壓Vffu的絕對(duì)值IvffJ為最大的情況)中，在步驟 S6中在脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相(這里為U相)以外的二相 (這里為V相以及W相)的開關(guān)脈沖(這里為Pv、Pw)在時(shí)間上相鄰(連續(xù))地設(shè)置，在步驟S7中對(duì)線間電壓非最大相(這里為V相參照?qǐng)D3(a))、或者線電流指令值最大相(這里為U相參照?qǐng)D3(b))配置短路脈沖SP。接著，判斷在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、iw *中包含、還是不包含零(步驟S8)。在由步驟S8判斷為在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、i/中包含零的情況下(步驟S8 包含)，將短路脈沖SP配置在與剛要開始一個(gè)調(diào)制周期T之前的前調(diào)制周期中的最后的短路脈沖SP、和緊接一個(gè)調(diào)制周期T之后的下一調(diào)制周期中的最初的短路脈沖SP中的至少一個(gè)(這里為雙方)相同的相(步驟S9)，向步驟SlO進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。另一方面，在由步驟S8判斷為在交流側(cè)線電流指令值i/、i/、iw *中不包含零的情況下(步驟S8 不包含)，直接向步驟SlO進(jìn)行跳轉(zhuǎn)。接著，將一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)的脈沖圖形以一個(gè)調(diào)制周期T中的中央時(shí)刻的時(shí)間軸 Y為基準(zhǔn)而線對(duì)稱地配置(步驟S10)，將這樣生成的脈沖圖形向電力變換器A進(jìn)行輸出 (步驟Sll)。并且，由步驟S12判斷是否處理結(jié)束，在處理沒有結(jié)束的前提下(步驟S12 否)重復(fù)步驟Sl 步驟S12的處理。此外，本實(shí)施方式的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)應(yīng)用于將電力變換器A作為三相電流型逆變器而利用的情況，但是也可以應(yīng)用于作為三相電流型轉(zhuǎn)換器而利用的情況。(附圖標(biāo)記說明)IOaUObUOc 三相電流型電力變換系統(tǒng)；13a、1北、13c 控制部；A 三相電流型逆變器(三相電流型電力變換器的一個(gè)例子)；Pu :u相的開關(guān)脈沖；Pv :V相的開關(guān)脈沖；PW :ff 相的開關(guān)脈沖；SP 短路脈沖；T 一個(gè)調(diào)制周期；Tl 隔離時(shí)間；Up :U相的上臂；Vp :v相的上臂；Wp :w相的上臂;UN :u相的下臂;VN :v相的下臂;ffN :W相的下臂；U :U相；V :V相；W :w相； Vw =U相與V相之間的交流側(cè)線間電壓；Vvw =V相與W相之間的交流側(cè)線間電壓；Vffu =W相與 U相之間的交流側(cè)線間電壓；k 直流側(cè)的電流；i/ :u相的交流側(cè)線電流指令值；i/ :v相的交流側(cè)線電流指令值；i/ :w相的交流側(cè)線電流指令值；γ 時(shí)間軸。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)于三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，該三相電流型電力變換器的各相的上下臂由反向阻斷型的開關(guān)元件構(gòu)成，且通過脈寬調(diào)制進(jìn)行電力變換，該脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)的特征在于，在不包含在上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線間電壓中的絕對(duì)值成為最大的線間的線間電壓非最大相、與上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線電流指令值的絕對(duì)值成為最大的線電流指令值最大相一致的情況下，在上述脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)進(jìn)行第1開關(guān)控制，該第1開關(guān)控制中，空出隔離時(shí)間地設(shè)置以便上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上隔離，且對(duì)上述線電流指令值最大相在上述隔離時(shí)間配置短路脈沖； 另一方面，在上述線間電壓非最大相、與上述線電流指令值最大相不一致的情況下， 在上述脈寬調(diào)制的一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)進(jìn)行第2開關(guān)控制，該第2開關(guān)控制中，將上述線電流指令值最大相以外的二相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰地設(shè)置，且對(duì)上述線間電壓非最大相或者上述線電流指令值最大相，與上述線間電壓非最大相的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰地配置短路脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)于三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，其特征在于，在上述三相電流型電力變換器的交流側(cè)線電流指令值中包含零的情況下，將上述短路脈沖配置在與剛要開始上述一個(gè)調(diào)制周期之前的前調(diào)制周期中的最后的脈沖、和緊接上述一個(gè)調(diào)制周期之后的下一調(diào)制周期中的最初的脈沖中的至少一個(gè)相同的相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的對(duì)于三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)，其特征在于，將上述一個(gè)調(diào)制周期內(nèi)的脈沖圖形以該一個(gè)調(diào)制周期中的中央時(shí)刻的時(shí)間軸為基準(zhǔn)而線對(duì)稱地配置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種對(duì)于不論功率因數(shù)的大小都能夠盡可能降低開關(guān)損耗，由此能夠提高電力變換效率的三相電流型電力變換器的脈沖圖形生成結(jié)構(gòu)。在線間電壓非最大相(U相)與線電流指令值最大相(U相)一致的情況下，在一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)空出隔離時(shí)間T1地設(shè)置以便將線電流指令值最大相以外的二相(V相及W相)的開關(guān)脈沖在時(shí)間上隔離，對(duì)線電流指令值最大相(U相)配置短路脈沖SP，另一方面在線間電壓非最大相(V相或W相)與線電流指令值最大相(U相)不一致的情況下，在一個(gè)調(diào)制周期T內(nèi)將線電流指令值最大相以外的二相(V相及W相)的開關(guān)脈沖在時(shí)間上相鄰地設(shè)置，對(duì)線間電壓非最大相(V相或W相)或線電流指令值最大相(U相)配置短路脈沖SP。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102549906SQ20108004311
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者茂木進(jìn)一 申請(qǐng)人:洋馬株式會(huì)社