專利名稱：電力變換裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測(cè)直流母線電流從而得到相電流信息的電力變換裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
在以逆變器為代表的電力變換裝置中，通過脈沖寬度調(diào)制(以下記為“PWM”)實(shí)現(xiàn)了直流-交流變換或者交流-直流變換的功能。逆變器被用于同步電機(jī)或感應(yīng)電機(jī)等的交流電動(dòng)機(jī)(以下記為“電動(dòng)機(jī)”)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電力變換裝置中，為了實(shí)現(xiàn)精度高的控制，需要相電流的檢測(cè)單元。近年來，例如在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3等中提出了不使用電流傳感器等的外部電流檢測(cè)單元，而從電力變換裝置的直流母線電流中取得流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的交流電流的信息的方法。通過這些技術(shù)，不需要使用專用的電流傳感器，裝置的零件數(shù)減少，可實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間化和制造成本的降低。專利文獻(xiàn)1 JP特開平8-19263號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP發(fā)明專利第3664040號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 JP特開2008-131770號(hào)公報(bào)首先，為了進(jìn)行后述的說明，在將三相電壓指令的瞬時(shí)值按從大到小的順序排列時(shí)，將最大的相稱為最大相，將第二大的相稱為中間相，將第三大的相稱為最小相。在專利文獻(xiàn)2中，為了取得相電流信息，將生成PWM信號(hào)的三角波載波信號(hào)的一個(gè)周期劃分為前半部分和后半部分，在前后半部分的任意一個(gè)期間內(nèi)，對(duì)相電壓指令值相加或相減規(guī)定值，暫時(shí)延長在直流母線中脈沖狀流動(dòng)的相電流的流通時(shí)間。這樣一來，擴(kuò)大線間電壓值，暫時(shí)延長在直流母線中脈沖狀流動(dòng)的相電流(以下，將其稱為脈沖狀電流)的流通時(shí)間，而取得相電流信息。這里，關(guān)于對(duì)上述電壓指令的修正而言，對(duì)最大相相加修正量或者對(duì)最小相相減修正量為最優(yōu)實(shí)施方式。可是，一般地，在PWM脈沖生成器中，與三角波載波信號(hào)相比較的各相的電壓指令值設(shè)有上限值和下限值，相加或相減修正量之后的結(jié)果有時(shí)會(huì)超過所述上限值或下限值。 這樣的情況下存在如下問題無法充分確保上述脈沖狀電流的流通時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生無法進(jìn)行電流檢測(cè)的期間，電動(dòng)機(jī)控制精度惡化。上述狀況在如下情況時(shí)發(fā)生，即例如電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)那樣，修正前的電壓指令值的絕對(duì)值大且用小的修正量也會(huì)超過上限值或下限值的情況、所需要的修正量大的情況。作為修正量大的情況，存在載波頻率高的情況、或者在脈沖狀電流上升時(shí)產(chǎn)生并成為檢測(cè)誤差原因的振鈴噪聲(ringing noise)的持續(xù)時(shí)間長的情況等。近年來，隨著電動(dòng)機(jī)的高效率化、小型化、低噪音化的推進(jìn)，電壓飽和區(qū)域的靈活運(yùn)用及載波頻率的高頻化等導(dǎo)致上述狀況越來越容易發(fā)生，而成為較大的問題。另外，在專利文獻(xiàn)3中，提出一種用于對(duì)因PWM的開關(guān)產(chǎn)生的電流脈動(dòng)帶來的檢測(cè)誤差進(jìn)行抑制的三相電壓指令的修正方法，但仍然沒有與因電壓的上限及下限引起的不可檢測(cè)狀態(tài)相關(guān)的記述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電力變換裝置及其控制方法，不會(huì)因電壓指令值的上限或下限的制約而不能進(jìn)行電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了基于直流母線的相電流的檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定的高精度運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的一個(gè)方面的電力變換裝置，其具備脈沖寬度調(diào)制單元，通過比較三相電壓指令和三角波載波信號(hào)，將電壓指令變換成PWM脈沖；電力變換器，基于所述PWM脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，在直流電壓與三相交流電壓之間進(jìn)行電力變換；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)流經(jīng)所述電力變換器的主電路的直流母線的脈沖狀電流；和電壓指令修正單元，在將所述三相電壓指令的瞬時(shí)值按其大小順序排列情況下，將最大的相設(shè)為最大相、第二大的相設(shè)為中間相、 第三大的相設(shè)為最小相時(shí)，以最大相和中間相的線間電壓以及中間相和最小相的線間電壓分別在規(guī)定值以上的方式，修正所述最大相和最小相的電壓指令，其中，所述電力變換裝置具備的電壓指令修正單元，在規(guī)定條件下，不僅修正所述最大相和/或最小相的電壓指令還修正所述中間相的電壓指令。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，將所述規(guī)定條件設(shè)定為通過修正所述最大相或最小相的電壓指令值從而超出電壓指令值的上限值或下限值的情況。另外，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過電壓指令修正單元將三角波載波信號(hào)周期的一半作為單位周期來修正電壓指令，單位周期的整數(shù)倍的期間中的電壓指令的修正量的平均值為零或大致為零。此外，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，將電壓指令修正量的平均為零或大致為零的期間設(shè)定成單位周期的奇數(shù)倍，并且在相當(dāng)于其中心的單位周期檢測(cè)電流。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式能夠提供一種電力變換裝置及其控制方法，不會(huì)因電壓指令值的上限或下限的制約而不能進(jìn)行電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了基于直流母線的相電流的檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定的高精度運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，即便在現(xiàn)有方法中從直流母線不能檢測(cè)電流的高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、三角波載波頻率高的條件、振鈴噪聲的持續(xù)時(shí)間長的惡劣環(huán)境等的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，也能適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)電流檢測(cè)。本發(fā)明的其他目的及特征在以下敘述的實(shí)施方式中變得更明了。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的電力變換裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1中的電壓指令修正量運(yùn)算部的處理流程圖。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖5是本發(fā)明的實(shí)施例3中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例4中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例5中的電壓補(bǔ)償量與因該電壓補(bǔ)償量引起的電流高次諧波之間關(guān)系的說明圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施例6中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖9是本發(fā)明的實(shí)施例7中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。圖10是本發(fā)明的實(shí)施例9中的電壓指令修正量運(yùn)算部的處理流程圖。符號(hào)說明I-直流電源2-交流電動(dòng)機(jī)3-電流檢測(cè)單元4-微型計(jì)算機(jī)5-電力變換部主電路7-電流檢測(cè)部8-電壓指令運(yùn)算部9-電壓指令修正部10-電壓指令修正量運(yùn)算部Il-PWM變換單元
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。實(shí)施例1圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的電力變換裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，微型計(jì)算機(jī) 4內(nèi)部表示信息的流向，除此之外表示電路(實(shí)際電流的流向)。在本實(shí)施例中，具備直流電源1、與直流母線連接的電流檢測(cè)單元3、基于由上述電流檢測(cè)單元3得到的電流信息輸出PWM信號(hào)的微型計(jì)算機(jī)4、根據(jù)上述PWM信號(hào)將上述直流電源1的電力變換成交流電力的電力變換部主電路5、以及通過變換后的電力進(jìn)行工作的交流電動(dòng)機(jī)2。上述微型計(jì)算機(jī)4首先具備電流檢測(cè)部7，該電流檢測(cè)部7輸入由上述電流檢測(cè)單元3檢測(cè)出的直流母線電流IDC信號(hào)，再現(xiàn)并輸出三相平衡電流Iuc、Ivc, Iwc0其次具備電壓指令運(yùn)算部8，該電壓指令運(yùn)算部8輸入三相平衡電流Iuc、Ivc、Iwc和從外部任意提供的電流指令I(lǐng)w* (以下，附加符號(hào)“*”意味著指令值)，運(yùn)算并輸出第1三相電壓指令Vw*。這里，也可代替電流指令I(lǐng)u *、Iw*，而以在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中對(duì)其進(jìn)行變換之后的Id*、Iq*的方式進(jìn)行給予。另外，具備電壓指令修正量運(yùn)算部10， 其根據(jù)第1三相電壓指令Vu *、Vv *、Vw*來運(yùn)算電壓指令修正量八州、八\^、八\%;和電壓指令修正部9，其相加第1電壓指令和電壓指令修正量來運(yùn)算第2三相電壓指令Vu μ、Vv W、此外，具備PWM變換單元11，該P(yáng)ffM變換單元11以PWM的方式將最終得到的第 2三相電壓指令Vu 〃、Vv 〃、Vw 〃變換成開關(guān)信號(hào)。上述電力變換部主電路5根據(jù)上述開關(guān)信號(hào)將直流電源1的電力變換成交流電力，而使三相平衡電流Iu、Iv、Iw流向交流電動(dòng)機(jī)。該相電流是通過電力變換部主電路5的開關(guān)狀態(tài)流經(jīng)直流母線，因此在直流母線電流中流動(dòng)脈沖狀的相電流。電流檢測(cè)部7根據(jù)第2電壓指令值判定可否進(jìn)行相電流檢測(cè)，如果可檢測(cè)，則設(shè)定檢測(cè)相電流的定時(shí)并進(jìn)行電流檢測(cè)，進(jìn)而判定檢測(cè)出的電流相當(dāng)于哪一相，根據(jù)檢測(cè)出的IDC來再現(xiàn)Iuc、Ivc, Iwc0下面，敘述作為本實(shí)施例的特征的電壓指令修正部9。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖，示意表示三角波載波信號(hào)和直流母線電流波形。三角波載波的一個(gè)周期由三角波的單調(diào)增加期間和單調(diào)減少期間的各半個(gè)周期組成。在直流母線電流IDC中，關(guān)于三角波載波的半個(gè)周期(以下將其稱為單位周期)，可知二相的相電流信息呈現(xiàn)出脈沖狀。所得到的電流相是單位周期中的電壓最大相和電壓最小相，如圖2所示，在三角波載波的單調(diào)增加期間k = 1、3 和單調(diào)減少期間k = 2、4中呈現(xiàn)脈沖的順序是變化的。在圖2中，將由上述電流檢測(cè)單元 3在各單位周期內(nèi)檢測(cè)出的二相的電流值，按檢測(cè)的順序表現(xiàn)為IDC1、IDC2。根據(jù)直流母線電流在單位周期內(nèi)得到的相電流信息僅僅是三相交流電流中的二相，但由于三相交流電流Iu、Iv、Iw為平衡電流，因此Iu+Iv+Iw = 0始終成立。因此，剩余一相的信息可根據(jù)其他二相求出。這里，將各瞬時(shí)的三相的電壓指令中的最大的作為最大相表示為符號(hào)VI，將最小的作為最小相表示為V3，將中間的作為中間相表示為V2，將所對(duì)應(yīng)的相電流分別表述為 II、12、13。在圖2中，由于大小關(guān)系為Vu > Vv > Vw，因此有Vl = Vu, V2 = Vv, V3 = Vw。在各單位周期內(nèi)，在直流母線電流中出現(xiàn)的電壓最大相電流11和電壓最小相電流13的流通時(shí)間(以下，稱為電流脈沖寬度)是依賴于Vl和V3距中間相電壓V2的線間電壓值而決定的。也就是說，如圖2中的表示修正前的單位周期k= 1、2可知，例如最小相電流脈沖的流通時(shí)間由V23 * = V2 * -V3 *決定，最大相電流脈沖的流通時(shí)間由V12 * = V * 1-V2*決定。為了根據(jù)脈沖狀電流進(jìn)行電流檢測(cè)，需要使電流脈沖寬度在規(guī)定值以上。這里所指的“規(guī)定值”是考慮了用于防止半導(dǎo)體元件的支路短路的空載時(shí)間(dead time)期間、產(chǎn)生振鈴噪聲的期間、或者A/D變換器的采樣保持時(shí)間等的最小寬度，可以認(rèn)為由硬性制約決定。將可進(jìn)行電流檢測(cè)的電流脈沖寬度的最小值定義為最小脈沖寬度Tpw。此外，在圖2中，在k = 2的情況下，由于V12足夠大且V23小，因此可進(jìn)行IDCl 檢測(cè)，但是，由于IDC2的流通時(shí)間t比最小脈沖寬度Tpw短(t < Tpw)，因此不能進(jìn)行電流檢測(cè)?？傊?，能根據(jù)直流母線電流IDC進(jìn)行相電流檢測(cè)的條件由如下⑴式表示。V12 >= Vpw、且、V23 >= Vpw............... (1)這里，必要線間電壓Vpw是相當(dāng)于最小脈沖寬度Tpw的線間電壓。電流檢測(cè)時(shí)的電壓指令修正部9的目的在于在第1電壓指令不滿足(1)式的情況下，按第2電壓指令滿足(1)式的方式修正電壓指令值。其次，對(duì)本發(fā)明的最具特征的電壓指令修正量運(yùn)算的內(nèi)容進(jìn)行說明。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1中的電壓指令修正量運(yùn)算部的處理流程圖。按每個(gè)規(guī)定的周期調(diào)用電流檢測(cè)時(shí)的電壓指令修正量運(yùn)算處理30，將所輸入的第1電壓指令Vv \^*按從大到小的順序定義為￥1*、￥2*、￥3*(處理31)。接著，以滿足⑴式的方式修正最大相電壓Vl *和最小相電壓V3 *時(shí)，確認(rèn)是否超過輸出電壓上限值Vmax或電壓下限值 Vmin。此外，Vmax和Vmin例如以直流電源1的電壓決定的電力變換部主電路5可輸出的最大電壓和最小電壓來提供。
例如，為了滿足⑴式，在對(duì)VI*相加修正量AVl時(shí)，以滿足⑵式和(3)式的方式確定Δ Vl和AV3。 可是，此時(shí)如果將輸出電壓的最大值最小值限制在Vmax以上Vmin以下，則必有 (4)式和(5)式。在不滿足(6)式時(shí)，第2電壓指令值Vl μ超過Vmax，無法檢測(cè)最大相電流。同樣地，在不滿足(7)式時(shí)，由于第2電壓指令值V3"低于Vmin，因此無法檢測(cè)最小相電流。在(6)式和(7)式都滿足的情況下，只要計(jì)算滿足(2)式和(3)式的八VI、AV3 即可，通常Δ Vl和Δ V3設(shè)定為滿足⑵式和(3)式的最小的值(處理32)。在僅僅不滿足(7)式的情況下，由于滿足(3)式的任何AV3都使得V3 ^低于 Vmin,因此無法確保V23 *在Vpw以上，無法檢測(cè)最小相電流。因此，在本實(shí)施例中，設(shè)V3 〃 = Vmin,將V23 *未達(dá)到Vpw的部分相加到V2 *上，由此確保Vpw。此時(shí)，由于伴隨著V2*的增加V12*變小，因此有可能不滿足(1)式。因此，Vl *也從V2 〃修正成能確保Vpw的值(處理33)。同樣地，在僅僅不滿足(6)式的情況下，設(shè)Vl η =Vmax,減去V12*未達(dá)到Vpw的部分、V2 *，由此確保Vpw (處理34)。如果，在(6)式和(7)式都未滿足的情況下，將Δ VI、Δ V2、Δ V3設(shè)為零，停止電流檢測(cè)(處理35)。由以上處理運(yùn)算出的AVl和AV3在滿足⑶式和(9)式的情況下，不用修正原本就是滿足(1)式的條件。AVl < 0........................................................................ (8)AV3 > 0........................................................................ (9)因此，也可設(shè) AVl = 0、AV3 = 0 (處理 36、37)。進(jìn)行處理31的逆處理，最后將運(yùn)算出的AVI、AV2、AV3返回至AVu、AVv、AVw， 反饋參數(shù)然后結(jié)束處理。根據(jù)這些處理，由于第2三相電壓指令都滿足(1)、⑷、(5)式，因此可實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)碾娏鳈z測(cè)，且能將電壓指令修正量抑制為最小。將以上的實(shí)施例1的動(dòng)作的一例表示為圖2的單位周期k = 4。在該例子中，用 AV3修正最小相電壓VW* (V3*)，并且根據(jù)本發(fā)明對(duì)中間相電壓VV* (V2*)也追加基于 AV2的修正。其結(jié)果，電流IDC2的脈沖寬度t延遲為t彡Tpw，可進(jìn)行電流檢測(cè)。下面，敘述本實(shí)施例的效果。如專利文獻(xiàn)2提出的那樣，由于在現(xiàn)有技術(shù)中滿足(1)式，因此電壓指令修正沿著最大相電壓VI*或最小相電壓V3*的絕對(duì)值變大的方向(遠(yuǎn)離中間相電壓V2*的方向)進(jìn)Vl**-V2* = (VI*+ Δ VI) _V2* > = Vpw......... (2)V2*-V3** = V2*- (V3*+ Δ V3) >= Vpw......... (3)Vl** < Vmax..........V3** > Vmin..........將該條件歸納如下。V2*+Vpw < Vmax…..V2*-Vpw > Vmin…..行是最優(yōu)實(shí)施方式。這是因?yàn)榇嬖谌缦氯秉c(diǎn)如果V2*變動(dòng)，則一方的電流脈沖寬度變大， 但另一方的電流脈沖寬度變小。可是，在(I)Vl*或V3*的絕對(duì)值大的狀況、或者⑵為確保最小脈沖寬度Tpw所需的線間電壓Vpw大的狀況下，距電壓上限值Vmax及下限值Vmin的余量小，因此無法確保 Vpw0所謂的上述(I)Vl*或V3*的絕對(duì)值大的狀況，例如舉出了交流電動(dòng)機(jī)2的速度變?yōu)楦咚俚那闆r。此時(shí)，由于內(nèi)部反電動(dòng)勢(shì)變大，因此第1電壓指令變大。這樣，在電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明特別有用。另外，所謂的上述( Vpw大的狀況，例如考慮載波頻率高的情況。在高頻載波條件下，即便是相同的最小脈沖寬度Tpw，最小線間電壓Vpw也變大。如果考慮圖2的三角波載波的傾斜度伴隨著載波頻率的增大而急劇變化，則上述情況是顯而易見的。針對(duì)于近年來的半導(dǎo)體元件的低損耗和用戶的靜音需求的提高帶來的載波頻率的高頻傾向，本發(fā)明是有效的。此外，作為Vpw大的狀況，考慮振鈴噪聲環(huán)境的惡劣條件。伴隨著半導(dǎo)體元件的開關(guān)動(dòng)作而在脈沖狀電流中出現(xiàn)的高頻振鈴噪聲，由于依賴于裝置的設(shè)置環(huán)境持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化，因此相應(yīng)地Vpw也變化。關(guān)于對(duì)多樣環(huán)境的適用性，本發(fā)明是有效的。根據(jù)本實(shí)施方式，電壓指令修正部9將三角波載波的半周期作為單位周期，對(duì)電壓指令值的最大相和最小相相加修正量，其結(jié)果在超過電壓上限或下限值的情況下，相應(yīng)該超過量來相加中間相，以確保電流檢測(cè)所需的線間電壓。由此，即便因電壓上限或下限而不能進(jìn)行電流檢測(cè)的條件下，也可進(jìn)行高精度的電流檢測(cè)。也就是說，即便在電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、三角波載波頻率的高頻條件、振鈴噪聲的惡劣環(huán)境這樣的多樣環(huán)境中，也可進(jìn)行高精度的控制。實(shí)施例2 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例2中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。利用該圖說明本實(shí)施例2的特征。在本實(shí)施例中，如實(shí)施例1所示，在不進(jìn)行電流檢測(cè)的期間內(nèi)， 對(duì)電流檢測(cè)時(shí)相加的電壓指令修正量進(jìn)行補(bǔ)償。由此，使得第2電壓指令和第1電壓指令等同，能夠維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于補(bǔ)償方法，如在專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3等中提出的方法那樣，將單位周期的N倍的期間作為調(diào)整期間考慮，以調(diào)整期間中的各相的修正量的平均為零或大致為零的方式設(shè)定電流非檢測(cè)期間的修正量即可。可是，在本發(fā)明中，中間相也進(jìn)行修正，在補(bǔ)償時(shí)產(chǎn)生超過電壓上限或下限的問題。在本實(shí)施例中，敘述其對(duì)策。此外，N為自然數(shù)。為了進(jìn)行說明，在調(diào)整期間為N時(shí)，在調(diào)整期間內(nèi)的各單位周期中，賦予序數(shù)k = 1、2、3、……N進(jìn)行考慮。此時(shí)，將各單位周期的電壓指令修正量設(shè)為AVUk]、AV2[k], AV3[k]0由于在N個(gè)單位周期中的至少一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行電流檢測(cè)，因此將該單位周期稱為檢測(cè)期間，將剩余的單位周期稱為補(bǔ)償期間。這里，將檢測(cè)期間在調(diào)整期間中設(shè)為一次。關(guān)于￥1&]、￥2&]、￥3&]的計(jì)算方法，如實(shí)施例1中敘述的那樣。這里將電流檢測(cè)時(shí)的電壓指令修正量設(shè)為Δν Ο、AV20、AV30。另外，為了使調(diào)整期間中的電壓指令修正量的時(shí)間平均為零或大致為零，因此電壓指令修正量對(duì)于各相需要滿足如下關(guān)系。Σ _k = 1 NAVl[k] = 0................................. (10)
Σ _k = 1 NAV2[k] = 0................................. (11)Σ _k = 1 N Δ V3 [k] = 0.................................(12)例如，假設(shè)在調(diào)整周期中進(jìn)行一次檢測(cè)，則在補(bǔ)償期間的序數(shù)的單位周期中進(jìn)行如下設(shè)定。AVl[k]=-AVlO/'(N-I)........................(13)
Δ V2[k]=-AV20/'(N-I)........................(14)
Δ V3[k]=-ΔΥ30/'(N-I)........................(15)在式(13) (15)中，將AVUk]、AV2D0、AV3[k]針對(duì)各k設(shè)為相同值，但如果滿足式(10) (12)，值也可不同。例如，也可以在檢測(cè)期間之前的補(bǔ)償期間中將修正量設(shè)定得較大，之后將修正量設(shè)定得較小。進(jìn)而，產(chǎn)生第2電壓指令超過電壓上限或下限的問題。為了防止該問題發(fā)生，需要以全部序數(shù)k都滿足(16) (18)式所示的條件的方式設(shè)定AVl[k], AV2[k], AV3[k]0Vl*+Δ Vl [k] < Vmax, Vl*+AVl[k]> Vmin.....................(16)V2*+ Δ V2 [k] < Vmax, V2*+AV2[k]> Vmin.....................(17)V3*+ Δ V3 [k] < Vmax, V3*+AV3[k]> Vmin.....................(18)其中，對(duì)于檢測(cè)期間(k=l時(shí))，如實(shí)施例1所述那樣，為了確定電壓指令修正量， 需要滿足(16) (18)式。因此，這里成為問題的期間在補(bǔ)償期間中。因此，在AVUk]、 AV2[k],AV3[k]不滿足(16) (18)式的情況下，判斷為不能檢測(cè)，從而不進(jìn)行電壓指令修正及電流檢測(cè)。作為具體例，如圖4所示，說明N = 2的情況。在圖4中，V23* ( = V2*_V3*) <Vpw0因此，由于不滿足(1)式，因此這樣是無法檢測(cè)相電流的。另外，檢測(cè)周期設(shè)為k = 1。在單位周期k = 1中，如實(shí)施例1說明的那樣，設(shè)Δ Vl [1] = Δ V10, AV2[1]= AV20, AV3[1] = AV30，使得Δ V23 〃 = Vpw，得到了相電流信息(此外，這里為AVlO =0)。保存這里的修正量，在后續(xù)的k = 2的單位周期中，計(jì)算電壓指令修正量AV2[2]、 Δ V3 [2]。自 N = 2 以后，Δ Vl [2] = - Δ V10, Δ V2 [2] = - Δ V20, Δ V3 [2] = - Δ V30。此外，進(jìn)行Δν 、AV2、AV3是否滿足(16) (18)式的判定。如果不滿足(16) (18)式的任一式的情況下，則判斷出不能進(jìn)行檢測(cè)，從而不進(jìn)行修正及檢測(cè)。根據(jù)該處理，能夠事前判斷不能補(bǔ)償?shù)那闆r，從而能夠避免因補(bǔ)償不完全引起的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)異常。此外，在本實(shí)施例中，將三角波載波信號(hào)的單調(diào)增加期間設(shè)為檢測(cè)期間(k = 1)， 但也可將單調(diào)減少期間設(shè)為檢測(cè)期間。實(shí)施例3圖5是本發(fā)明的實(shí)施例3中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。利用該圖，針對(duì)本實(shí)施例3說明與實(shí)施例2不同之處。在本實(shí)施例3中，在不滿足(16) (18) 式的情況下，暫時(shí)增加N來實(shí)施檢測(cè)，直至滿足(16) (18)式為止。
在圖5中，補(bǔ)償量AV20顯著增大，在k = 2時(shí)，存在V2+AV2[2]低于Vmin的情況。此時(shí)，暫時(shí)延長調(diào)整期間，在下一單位周期(k = !3)中對(duì)補(bǔ)償不完的剩余的補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償。如果在N =3時(shí)也補(bǔ)償不完的情況下，只要進(jìn)一步延長調(diào)整期間即可。這樣，通過延長調(diào)整期間，使得即便在實(shí)施例2中停止檢測(cè)的條件下也可進(jìn)行相電流檢測(cè)。實(shí)施例4圖6是本發(fā)明的實(shí)施例4中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。本實(shí)施例的特征在于，將決定調(diào)整期間的單位周期數(shù)N設(shè)為奇數(shù)，將進(jìn)行檢測(cè)的單位周期配置于調(diào)整期間的中心。在圖6中，示出N = 3的情況。將k = 2設(shè)為檢測(cè)期間，將k = 1及3 時(shí)設(shè)為補(bǔ)償期間。各檢測(cè)期間中的電壓指令修正量運(yùn)算利用實(shí)施例1的方法如下設(shè)定，補(bǔ)償期間中的修正量運(yùn)算利用實(shí)施例2所述的方法如下設(shè)定。AV1[1] = Δ Vl [3]=-厶 V10/2............... (19)AV2[1] = AV2[3] = -AV20/2...............(20)AV3[1] = AV3[3] = -AV30/2............... (21)另外，對(duì)于在補(bǔ)償期間中電壓指令超過Vmax或Vmin的情況，同樣適用實(shí)施例2的方法或?qū)嵤├?的方法。這樣，通過將調(diào)整期間設(shè)為單位周期的奇數(shù)倍，使得檢測(cè)周期被交替分配給三角波載波的單調(diào)增加期間和單調(diào)減少期間，因此可減少因伴隨PWM的電流脈動(dòng)引起的電流檢測(cè)誤差的影響，且能實(shí)現(xiàn)高精度的檢測(cè)。另外，通過在相當(dāng)于其中心的單位周期中進(jìn)行檢測(cè)，由此能夠?qū)⒃摲秶鷥?nèi)的控制量的變動(dòng)寬度抑制得較小，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定性良好的控制。實(shí)施例5下面，說明本發(fā)明的實(shí)施例5。在圖6所示的實(shí)施例4中，如式(19) Ql)所示，在補(bǔ)償期間進(jìn)行了修正量運(yùn)算，但在本實(shí)施例5中不同點(diǎn)在于以如下方式進(jìn)行修正量運(yùn)算。AV1[1] = -AVlOXm.......................................(22)Δ Vl [3] = - Δ VlO X (l_m)........................ (23)AV2[1] = -AV20Xm.......................................(24)Δ V2 [3] = - Δ V20 X (l_m)........................ (25)AV3[1] = -AV30Xm.......................................(26)Δ V3 [3] = - Δ V30 X (l_m)........................ (27)這里，m是滿足0 <m< 1的正實(shí)數(shù)。如果m = 0. 5，則與實(shí)施例4 一致。在本實(shí)施例5中，將m設(shè)定為比0.5大的值(例如，0. 75)等的值。圖7示意出與實(shí)施例4相比實(shí)施例5的效果，表示通過修正了電壓最大相而產(chǎn)生的最大相電流Il的高次諧波分量。在實(shí)施例4的情況下，由于補(bǔ)償量相對(duì)于檢測(cè)周期呈對(duì)稱，因此在結(jié)果中出現(xiàn)的高次諧波分量也呈對(duì)稱形。由于電流檢測(cè)定時(shí)為檢測(cè)周期的末期， 因此其結(jié)果用高次諧波分量的峰值進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)產(chǎn)生誤差。相對(duì)于此，在本實(shí)施例5中，通過將k= 1時(shí)的補(bǔ)償量取得較大，從而能夠?qū)z測(cè)點(diǎn)的峰值抑制得較小。由此，能夠減小電流檢測(cè)誤差。如上述，通過使補(bǔ)償期間的補(bǔ)償量為非對(duì)稱，可抑制因電壓補(bǔ)償引起的高次諧波分量導(dǎo)致的電流檢測(cè)誤差，能夠得到更高精度的電動(dòng)機(jī)控制特性。實(shí)施例6圖8是本發(fā)明的實(shí)施例6中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖，是將本發(fā)明適用于二相調(diào)制的實(shí)施例。為了減少電力變換部主電路的開關(guān)元件的動(dòng)作次數(shù)以降低元件的能量損耗，可知丟掉了三相中的一相的開關(guān)動(dòng)作，通過僅有的剩余二相開關(guān)動(dòng)作來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，將其稱為二相調(diào)制。與此相對(duì)，在實(shí)施例1 4中敘述的通常的調(diào)制方法被稱為“三相調(diào)制”。一般地，二相調(diào)制是通過將電壓最大相Vl固定在開關(guān)ON狀態(tài)或?qū)㈦妷鹤钚∠喙潭ㄔ陂_關(guān)OFF狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)的。作為微型計(jì)算機(jī)6內(nèi)部的動(dòng)作，將最大相或最小相設(shè)定在三角波載波信號(hào)的振幅范圍之外。從波形的大致輪廓來看，將其分別稱為“最大相賦予”、“最小相賦予”。進(jìn)而，將開關(guān)狀態(tài)固定的電壓相稱為“賦予相”。在二相調(diào)制中，直流母線電流IDC的波形與三相調(diào)制方式相比有所變化。在圖8中，示出Vu為最大相賦予的情況。此時(shí)，在直流母線電流IDC中，跨越三角波載波信號(hào)的單調(diào)增加期間和單調(diào)減少期間，流過電壓最大相電流。因此，看上去最大相電流的流通時(shí)間為根據(jù)線間電壓V12通?？紤]的值的2倍，因此對(duì)于賦予相的脈沖狀電流而言，只要包含賦予相的線間電壓在現(xiàn)有技術(shù)中的必要條件Vpw的一半以上，就能進(jìn)行檢測(cè)。因此，在通常的環(huán)境中，即便不進(jìn)行電壓指令修正也能檢測(cè)賦予相的脈沖狀電流?？墒牵赩pw較大的環(huán)境中，包含賦予相的線間電壓(在圖8中，為V12 μ )不充分，出現(xiàn)無法檢測(cè)相電流的狀況。此時(shí)，通過與實(shí)施例1相同的處理對(duì)中間相進(jìn)行修正，從而可進(jìn)行電流檢測(cè)。另外，對(duì)于補(bǔ)償期間中的第2電壓指令飽和的問題，也能采用與實(shí)施例 2及3相同的方法進(jìn)行應(yīng)對(duì)。如上述，通過本實(shí)施例6，即便在二相調(diào)制中無法檢測(cè)賦予相的脈沖狀電流的環(huán)境中，也可檢測(cè)相電流，既能減少電力變換裝置的損耗，也能進(jìn)行高精度的電動(dòng)機(jī)控制。實(shí)施例7圖9是本發(fā)明的實(shí)施例7中的直流母線電流與三相電壓之間關(guān)系的說明圖。在二相調(diào)制時(shí)，通過將調(diào)整期間設(shè)為單位周期的奇數(shù)倍，將檢測(cè)期間設(shè)為調(diào)整期間的中心，由此可提高精度?？墒?，如實(shí)施例6所述那樣，當(dāng)考慮脈沖狀電流跨越單位周期流動(dòng)而進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)，賦予相的檢測(cè)定時(shí)實(shí)質(zhì)上會(huì)被限于三角波載波的單調(diào)增加期間或單調(diào)減少期間。因此，在實(shí)施例4中得到的精度提高的效果會(huì)變小。因此，在本實(shí)施例7中，不考慮電壓最大相電流跨越三角波載波信號(hào)的單調(diào)增加期間和單調(diào)減少期間流過，而在各單位周期中以滿足(1)式的方式?jīng)Q定電壓指令修正量。根據(jù)以上的方法，既能減少電力變換裝置的損失，又能實(shí)現(xiàn)更高精度的電流檢測(cè)。實(shí)施例8在電壓上限值Vmax和電壓下限值Vmin的差比必要線間電壓Vpw的2倍小且Q8) 式成立的情況下，由于原本不滿足(1)式，因此根據(jù)直流母線電流IDC不能進(jìn)行相電流檢測(cè)。Vmax-Vmin < 2Vpw....................................... (28)如圖2可知，通過降低三角波載波頻率，能夠減小相對(duì)于相同Tpw的Vpw。因此， 即便在滿足08)式的情況下，通過設(shè)定滿足08)式的三角波載波頻率，也能進(jìn)行電動(dòng)機(jī)控制。實(shí)施例9圖10是本發(fā)明的實(shí)施例9的電壓指令修正量運(yùn)算部的處理流程圖。這是與實(shí)施例1不同的實(shí)施方式，在實(shí)施例1中通過電壓修正可進(jìn)行二相檢測(cè)時(shí)的處理32中，中間相并沒有得到修正(AV2 = 0)?？墒?，在本實(shí)施例9中不同點(diǎn)在于，MY …中需要的修正量較大的一方的一部分修正量讓中間相分擔(dān)。下面，利用圖10進(jìn)行說明。比較V12*和V23*，判定在最大相和最小相中需要的修正量大的一方。這里，以 V12*需要的修正量大的情況為例進(jìn)行說明。此時(shí)，對(duì)于所需的修正量而言，最小相側(cè)AV3 大于最大相側(cè)Δ1。將此時(shí)需要的修正量設(shè)為V3t時(shí)，以如下方式求出。Δ V3t = (V2*_V3*)-Vpw...........................(29)將該需要修正量AV3t以最小相和最大相來分擔(dān)進(jìn)行修正。例如，利用某值a(為 0 < a < 1的常數(shù)。例如0. 5)，則有AV2 = - AV3tX (1-a).......................................... (30)AV3 = AV3tXa...................................................(31)。此外，由于與修正中間相的部分相應(yīng)地V12變小，因此以下式來修正最大相修正量。AVl = Vpw- (VI*- (V2*+V2))............... (32)此外，在Δ V3t為正的情況下，即便不進(jìn)行電壓修正也有AV23 > Vpw，進(jìn)而，因?yàn)橐阎狝V12> Δ V23，因此不進(jìn)行全相電壓修正也可進(jìn)行電流檢測(cè)。另外，雖然在圖10中未明示，但通過該處理進(jìn)行了電壓修正之后的結(jié)果，最大相電壓指令值或者最小相電壓指令值超出電壓上下限的情況下，與實(shí)施例1同樣地，如處理 33或處理34那樣決定修正量即可。根據(jù)該處理，通過將電壓修正量分散為三相，則每一相的修正量減少，電流的高頻脈動(dòng)減輕，噪聲得到了抑制并且電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到了提高。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其具備脈沖寬度調(diào)制單元，通過比較三相電壓指令和三角波載波信號(hào)，將電壓指令變換成PWM 脈沖；電力變換器，基于所述PWM脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，在直流電壓與三相交流電壓之間進(jìn)行電力變換；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)流經(jīng)所述電力變換器的主電路的直流母線的脈沖狀電流；和電壓指令修正單元，在將所述三相電壓指令的瞬時(shí)值按其大小順序排列的情況下，在將最大的相設(shè)為最大相、第二大的相設(shè)為中間相、第三大的相設(shè)為最小相時(shí)，以最大相和中間相的線間電壓以及中間相和最小相的線間電壓的2個(gè)線間電壓分別在規(guī)定值以上的方式，修正所述最大相和最小相的電壓指令，其中，所述電力變換裝置具備的電壓指令修正單元，在規(guī)定條件下，不僅修正所述最大相和/ 或最小相的電壓指令，還修正所述中間相的電壓指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，將所述規(guī)定條件設(shè)定為在修正所述最大相或最小相的電壓指令值時(shí)，在修正后的最大相電壓指令或修正后的最小相電壓指令的任何一個(gè)達(dá)到電壓指令值的上限值或下限值， 且所述2個(gè)線間電壓之一無法確保在所述規(guī)定值以上的情況，在該情況下以需要修正量的不足部分來修正中間相。
3.一種電力變換裝置，其具備脈沖寬度調(diào)制單元，通過比較三相電壓指令和三角波載波信號(hào)，將電壓指令變換成PWM 脈沖；電力變換器，基于所述PWM脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，在直流電壓與三相交流電壓之間進(jìn)行電力變換；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)流經(jīng)所述電力變換器的主電路的直流母線的脈沖狀電流；和電壓指令修正單元，在將所述三相電壓指令的瞬時(shí)值按其大小順序排列的情況下，在將最大的相設(shè)為最大相、第二大的相設(shè)為中間相、第三大的相設(shè)為最小相時(shí)，以最大相和中間相的線間電壓以及中間相和最小相的線間電壓的2個(gè)線間電壓分別在規(guī)定值以上的方式，修正所述最大相和最小相的電壓指令，其中，在所述電力變換裝置中設(shè)定為在修正所述最大相或最小相的電壓指令值時(shí)，按固定比例削減電壓修正值的絕對(duì)值較大一方的修正量，以被削減的修正量來修正中間相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓指令修正單元確保的線間電壓值的所述規(guī)定值設(shè)為為了確保流經(jīng)所述直流母線的所述脈沖狀電流的流通時(shí)間在所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)所述直流母線的電流所需的時(shí)間以上而需要的電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電壓指令修正單元確保的線間電壓的所述規(guī)定值設(shè)為為了確保流經(jīng)所述直流母線的所述脈沖狀電流的流通時(shí)間在采樣保持時(shí)間和振鈴噪聲期間的合計(jì)時(shí)間以上所需要的電壓值，該采樣保持時(shí)間用于所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)所述直流母線的電流，該振鈴噪聲持續(xù)時(shí)間是因所述電力變換器的開關(guān)元件引起的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力變換裝置，其特征在于，通過所述電壓指令修正單元將所述三角波載波信號(hào)的半周期作為單位周期來修正所述電壓指令，使得所述單位周期的整數(shù)倍的期間中的所述電壓指令的修正量的平均值為零或大致為零。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于，將所述電壓指令的修正量的平均為零或大致為零的期間設(shè)定成所述單位周期的奇數(shù)倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于，將所述電壓指令的修正量的平均為零或大致為零的期間設(shè)定成所述單位周期的奇數(shù)倍，并且在相當(dāng)于其中心的單位周期檢測(cè)電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述脈沖寬度調(diào)制單元是停止三相內(nèi)的任意一相的開關(guān)動(dòng)作并驅(qū)動(dòng)剩余二相的開關(guān)元件的二相調(diào)制單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電力變換裝置還具備載波頻率切換單元，該載波頻率切換單元在所述電壓指令的上限值與下限值的差比所述規(guī)定值的2倍小時(shí)，降低所述三角波載波信號(hào)的頻率。
11.一種電力變換裝置的控制方法，其包括如下步驟通過比較三相電壓指令和三角波載波信號(hào)，將電壓指令變換成PWM脈沖；基于所述PWM脈沖驅(qū)動(dòng)電力變換器的開關(guān)元件，在直流電壓與三相交流電壓之間進(jìn)行電力變換；檢測(cè)流經(jīng)所述電力變換器的主電路的直流母線的脈沖狀電流；修正所述三相電壓指令；和在將所述三相電壓指令的瞬時(shí)值按其大小順序排列的情況下，在將最大的相設(shè)為最大相、第二大的相設(shè)為中間相、第三大的相設(shè)為最小相時(shí)，以最大相和中間相的線間電壓以及中間相和最小相的線間電壓均在規(guī)定值以上的方式，修正所述最大相和最小相的電壓指令，其中，所述電力變換裝置的控制方法還包括如下步驟在修正所述最大相和最小相的電壓指令的步驟中，在修正所述最大相或最小相的電壓指令值時(shí)超出電壓指令值的上限值或下限值的情況下，不僅修正所述最大相和/或最小相的電壓指令還修正所述中間相的電壓指令。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電力變換裝置的控制方法，其特征在于，線間電壓值的所述規(guī)定值是用于使流經(jīng)所述直流母線的直流輸入電流的脈沖寬度在規(guī)定寬度以上的最小的線間電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置及其控制方法。該電力變換裝置具備比較三相電壓指令和三角波載波信號(hào)的PWM變換單元、基于PWM脈沖驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件并在直流電力與三相交流電力之間變換電力的電力變換器、檢測(cè)流經(jīng)主電路的直流母線的脈沖狀電流的電流檢測(cè)單元、和修正三相電壓指令的電壓指令修正單元，在將三相電壓指令的瞬時(shí)值按其大小順序排列分別設(shè)為最大相、中間相、最小相時(shí)，以最大相和中間相的線間電壓值以及中間相和最小相的線間電壓值在規(guī)定值以上的方式，電壓指令修正單元修正三相電壓指令，在電壓指令超出容許上限值或下限值時(shí)，不僅修正最大相電壓指令和/或最小相電壓指令還修正中間相電壓指令。由此，可消除因輸出電壓的上下限的制約而不能進(jìn)行電流檢測(cè)的情況，還與狀況無關(guān)地實(shí)現(xiàn)了高精度電力變換裝置的控制。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102326328SQ201080008248
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者永田浩一郎, 荒尾祐介, 荒川陽一郎, 青柳滋久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)