專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用多個(gè)開(kāi)關(guān)單元、例如半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件將直流電力變換為交流電力的電力變換裝置，特別涉及其電流檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
在作為電力變換裝置的三相的逆變器中，為了檢測(cè)三相的電流，一般采用如下方法在三相中的二相中設(shè)置電流傳感器，并檢測(cè)這些二相的電流，利用三相電流之和是零來(lái)運(yùn)算剩余的一相的電流，從而檢測(cè)三相電流。但是，存在如果設(shè)置二個(gè)電流傳感器，則相應(yīng)地成本變高且體積增加這樣的問(wèn)題。 為了消除該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了在逆變器的直流母線中設(shè)置一個(gè)電流傳感器，根據(jù)該直流母線電流和逆變器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)再生三相電流的方法。具體而言，如果在不同的二個(gè)相電流流過(guò)直流母線電流的開(kāi)關(guān)模式下檢測(cè)電流， 則可以利用三相電流之和是零來(lái)檢測(cè)三相電流(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。但是，在上述方法中，在三相電壓指令小的情況、三相電壓指令中的二相的電壓指令之差小的情況下，存在開(kāi)關(guān)模式的持續(xù)時(shí)間變短，而電流檢測(cè)變得困難這樣的課題。因此，開(kāi)發(fā)了在PWM(脈沖寬度調(diào)制)周期前半部分中，校正成三相電壓指令之差成為為了檢測(cè)電流而充分的大小，在PWM周期后半部分中，校正成前半部分和后半部分的電壓指令的平均等于原來(lái)的電壓指令的方法。根據(jù)該方法，可以在每個(gè)PWM周期中，檢測(cè)不同的二相的電流，運(yùn)算三相電流(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平2-197295號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2001-327173號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在以往的電力變換裝置中，沒(méi)有敘述根據(jù)所檢測(cè)到的直流母線電流運(yùn)算三相電流的方法。假設(shè)，當(dāng)將在不同的定時(shí)檢測(cè)到的二相的電流視為在相同的時(shí)間軸檢測(cè)到的電流而用于負(fù)載電流的控制的情況下，負(fù)載電流會(huì)與基于檢測(cè)定時(shí)之差的誤差相應(yīng)地變形。另外，當(dāng)根據(jù)在不同的定時(shí)檢測(cè)到的二相的電流，利用三相電流之和是零來(lái)運(yùn)算三相電流的情況下也是同樣的。本發(fā)明是為了解決上述那樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于得到一種電力變換裝置，當(dāng)采用使用在逆變器的直流側(cè)設(shè)置的一個(gè)電流傳感器通過(guò)運(yùn)算求出交流側(cè)的各相電流這樣的簡(jiǎn)便的電流檢測(cè)方法的情況下，可以降低由于各相電流檢測(cè)定時(shí)不同而產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明的電力變換裝置，具備直流電源；逆變器，具有η相的上臂開(kāi)關(guān)元件和η 相的下臂開(kāi)關(guān)元件，該上臂開(kāi)關(guān)元件的一端與直流電源的正側(cè)連接，該下臂開(kāi)關(guān)元件與各相的上臂開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接且一端與直流電源的負(fù)側(cè)連接，在各相的上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)連接感應(yīng)性負(fù)載，對(duì)上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行接通關(guān)斷控制，從而對(duì)感應(yīng)性負(fù)載供給η相交流電壓，其中η是3以上的整數(shù)；電流傳感器，檢測(cè)在直流電源與逆變器之間流過(guò)的電流；以及接通關(guān)斷信號(hào)制作部，對(duì)上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件輸出接通關(guān)斷信號(hào)，該電力變換裝置具備接通關(guān)斷信號(hào)制作部的定時(shí)信號(hào)制作單元，制作定時(shí)信號(hào)，該定時(shí)信號(hào)用于設(shè)定檢測(cè)在感應(yīng)性負(fù)載中流過(guò)的各相電流的定時(shí)；接通關(guān)斷信號(hào)制作部的相判定信號(hào)制作單元，制作相判定信號(hào)，該相判定信號(hào)用于在用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)判定在電流傳感器中流過(guò)的電流的相類別；以及檢測(cè)電流校正部，根據(jù)定時(shí)信號(hào)以及相判定信號(hào)，求出用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)下的來(lái)自電流傳感器的電流檢測(cè)值和該電流檢測(cè)值的相類別，將在規(guī)定的周期內(nèi)求出的各定時(shí)下的各相電流檢測(cè)值校正為規(guī)定的基準(zhǔn)定時(shí)下的值。本發(fā)明如上所述，特別具備接通關(guān)斷信號(hào)制作部的定時(shí)信號(hào)制作單元、相判定信號(hào)制作單元以及檢測(cè)電流校正部，將由電流傳感器在相互不同的定時(shí)檢測(cè)到的各相電流檢測(cè)值校正為相互相同的基準(zhǔn)定時(shí)下的值，所以可以可靠地得到基于檢測(cè)定時(shí)之差的誤差被降低了的各相電流值。


圖1是示出作為本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出實(shí)施方式1中的各部的動(dòng)作波形的圖。圖3是用于說(shuō)明式(1)、式O)的電壓VI、V2的計(jì)算依據(jù)的圖。圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的電力變換裝置中的各部的動(dòng)作波形的圖。圖5是利用接通關(guān)斷信號(hào)波形示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置中的動(dòng)作原理的圖。圖6是作為用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式4中的電力變換裝置的動(dòng)作的參考，示出將依次成為接通的相順序固定了的情況下的接通關(guān)斷信號(hào)和交流電流的波形的圖。圖7是示出實(shí)施方式4中的接通關(guān)斷信號(hào)和交流電流的波形的圖。圖8是示出作為本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1.圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1中的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的電路結(jié)構(gòu)圖。該電力變換裝置由直流電源1、逆變器2、電流傳感器3、以及控制部4構(gòu)成，其輸出被供給到感應(yīng)性負(fù)載5。逆變器2由一端與直流電源1的正側(cè)連接的η (η是3以上的整數(shù))相的上臂開(kāi)關(guān)元件6、和與各相的上臂開(kāi)關(guān)元件6串聯(lián)連接且一端與直流電源1的負(fù)側(cè)連接的η相的下臂開(kāi)關(guān)元件7構(gòu)成。另外，作為直流電源1，可以考慮電池、二極管整流電路、PWM轉(zhuǎn)換器等各種電源?？刂撇?由接通關(guān)斷信號(hào)制作部8、檢測(cè)電流校正部9、電流控制部11、以及電感存儲(chǔ)部12構(gòu)成。接下來(lái)，說(shuō)明動(dòng)作。在電流控制部11中，輸入來(lái)自檢測(cè)電流校正部9的η相校正電流il、i2、…、in，并以對(duì)感應(yīng)性負(fù)載5供給期望的電力的方式，輸出上臂開(kāi)關(guān)元件6的
5各相接通期間tl、t2、…、tn。在接通關(guān)斷信號(hào)生成部8中，制作使上臂開(kāi)關(guān)元件6的Qpl、Qp2、…、Qpn以及下臂開(kāi)關(guān)元件7的Qnl、Qn2、…、Qrm成為接通關(guān)斷的接通關(guān)斷信號(hào)。圖2示出該接通關(guān)斷信號(hào)的例子。在接通關(guān)斷信號(hào)為H時(shí)開(kāi)關(guān)元件是接通、在L時(shí)是關(guān)斷，作為使上臂開(kāi)關(guān)元件6的Qpl、Qp2、…、Qpn成為接通關(guān)斷的信號(hào)的Gpl、Gp2、…、 Gpn和作為使下臂開(kāi)關(guān)元件7的Qnl、Qn2、…、Qrm成為接通關(guān)斷的信號(hào)的&il、&ι2、…、 Gnn處于互補(bǔ)關(guān)系，S卩，例如，在Gpl為H時(shí)Gnl是L。另外，在該例子中，接通期間tl、-αη-l具有為了從電流傳感器3取得電流檢測(cè)值而充分的長(zhǎng)度，但接通期間tn短，所以無(wú)法取得電流檢測(cè)值。另外，圖2中的il、…、in 是從逆變器2輸出到感應(yīng)性負(fù)載5的各相電流的波形，示出了基于根據(jù)接通關(guān)斷信號(hào)而逆變器2輸出的電壓，各相交流電流變化的樣子。接通關(guān)斷信號(hào)制作部8具備定時(shí)信號(hào)制作單元，根據(jù)接通關(guān)斷信號(hào)，制作設(shè)定對(duì)由電流傳感器3得到的電流檢測(cè)值進(jìn)行采樣保持的定時(shí)的定時(shí)信號(hào)tsl、ts2、…、tsn-1 ； 以及相判定信號(hào)制作單元，制作判定在用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)由電流傳感器3檢測(cè)的電流相當(dāng)于哪個(gè)相的電流的相判定信號(hào)phi、ph2、…、phn-1。在圖2的例子中，通過(guò)定時(shí)信號(hào)tsl從電流傳感器3能夠檢測(cè)出的電流是第1相電流il、在定時(shí)信號(hào)ts2下是第2相電流i2、···、在定時(shí)信號(hào)tsn-Ι下是第n_l相電流in_l。另外，第m個(gè)(m是1至η的整數(shù))定時(shí)信號(hào)tsm從第m個(gè)成為H的接通信號(hào)的上升沿定時(shí)延遲了 tdelaym。檢測(cè)電流校正部9具備采樣保持部和電流運(yùn)算部。在檢測(cè)電流校正部9中，如果對(duì)其采樣保持部輸入了定時(shí)信號(hào)tsl、ts2、…、 tsn-1，則保持該時(shí)刻的來(lái)自電流傳感器3的電流檢測(cè)值并作為直流保持電流idcl、 idc2、...、idcn-l 輸出。在檢測(cè)電流校正部9的電流運(yùn)算部中，根據(jù)直流保持電流idcl、idc2、…、idcn-1、 相判定信號(hào)phl、ph2、…、phn-1、以及由電感存儲(chǔ)部12存儲(chǔ)的感應(yīng)性負(fù)載5的電感L，通過(guò)后述要領(lǐng)，對(duì)交流側(cè)的各相電流進(jìn)行校正運(yùn)算。在圖2的例子中，由于是phi = 1，所以根據(jù)直流保持電流idcl求出第1相電流 il，根據(jù)idc2求出i2，…，根據(jù)idcn-1求出in-Ι，利用η相的電流之和是零來(lái)求出in。但是，η相的電流之和成為零的前提為，所有相的電流是相同的時(shí)間下的值。當(dāng)然，從圖2可知，檢測(cè)各相的電流的定時(shí)根據(jù)相而不同。因此，將在定時(shí)信號(hào)tsl、ts2、…、 tsn-Ι下檢測(cè)到的電流例如校正為圖2的時(shí)間t0 (基準(zhǔn)定時(shí))下的電流值。以下，說(shuō)明其校正運(yùn)算的要領(lǐng)。在該實(shí)施方式1中，以在上臂開(kāi)關(guān)元件6或者下臂開(kāi)關(guān)元件7的各相的接通期間不會(huì)產(chǎn)生相互重疊的方式制作了接通關(guān)斷信號(hào)，所以例如，如果假設(shè)檢測(cè)第1相的電流的定時(shí)tsl，則在該定時(shí)下，在上臂開(kāi)關(guān)元件6中，第1相的Qpl成為接通，其他元件全部成為關(guān)斷，在下臂開(kāi)關(guān)元件7中，第1相的Qnl成為關(guān)斷，其他所有元件成為接通。如果將直流電源1的電壓設(shè)成Vdc、感應(yīng)性負(fù)載5的各相阻抗相等并將其設(shè)成Z， 則如圖3那樣表示該情況的等價(jià)電路。根據(jù)該圖3，以感應(yīng)性負(fù)載5的虛擬中性點(diǎn)為基準(zhǔn)通過(guò)下式提供與第1相相關(guān)的電壓VI。數(shù)1
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，具備直流電源；逆變器，具有η相的上臂開(kāi)關(guān)元件和η相的下臂開(kāi)關(guān)元件，該上臂開(kāi)關(guān)元件的一端與所述直流電源的正側(cè)連接，該下臂開(kāi)關(guān)元件與所述各相的上臂開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接且一端與所述直流電源的負(fù)側(cè)連接，在所述各相的上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)連接感應(yīng)性負(fù)載，對(duì)所述上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行接通關(guān)斷控制，從而對(duì)所述感應(yīng)性負(fù)載供給η相交流電壓，其中η是3以上的整數(shù)；電流傳感器，檢測(cè)在所述直流電源與所述逆變器之間流過(guò)的電流；以及接通關(guān)斷信號(hào)制作部，對(duì)所述上臂開(kāi)關(guān)元件和下臂開(kāi)關(guān)元件輸出接通關(guān)斷信號(hào)，該電力變換裝置的特征在于，具備所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部的定時(shí)信號(hào)制作單元，制作定時(shí)信號(hào)，該定時(shí)信號(hào)用于設(shè)定檢測(cè)在所述感應(yīng)性負(fù)載中流過(guò)的各相電流的定時(shí)；所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部的相判定信號(hào)制作單元，制作相判定信號(hào)，該相判定信號(hào)用于在用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)判定在所述電流傳感器中流過(guò)的電流的相類別；以及檢測(cè)電流校正部，根據(jù)所述定時(shí)信號(hào)以及所述相判定信號(hào)，求出用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)下的來(lái)自所述電流傳感器的電流檢測(cè)值和該電流檢測(cè)值的相類別，將在規(guī)定的周期內(nèi)求出的所述各定時(shí)下的所述各相電流檢測(cè)值校正為規(guī)定的基準(zhǔn)定時(shí)下的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述檢測(cè)電流校正部根據(jù)所述直流電源的電壓的值以及所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值， 將在所述規(guī)定的周期內(nèi)求出的所述各定時(shí)下的所述各相電流檢測(cè)值校正為所述規(guī)定的基準(zhǔn)定時(shí)下的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，在所述感應(yīng)性負(fù)載是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的情況下，所述檢測(cè)電流校正部根據(jù)所述直流電源的電壓的值、所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械的感應(yīng)電壓的值以及所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值，將在所述規(guī)定的周期內(nèi)求出的所述各定時(shí)下的所述各相電流檢測(cè)值校正為所述規(guī)定的基準(zhǔn)定時(shí)下的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，在所述逆變器采用脈沖寬度調(diào)制即PWM控制的情況下，所述檢測(cè)電流校正部針對(duì)每個(gè)所述PWM周期將在該P(yáng)WM周期內(nèi)求出的所述各定時(shí)下的所述各相電流檢測(cè)值校正為規(guī)定的基準(zhǔn)定時(shí)下的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部制作如下接通關(guān)斷信號(hào)所述上臂開(kāi)關(guān)元件或者所述下臂開(kāi)關(guān)元件的所有相從關(guān)斷的狀態(tài)變成各相依次按照規(guī)定的定時(shí)間隔接通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部制作如下接通關(guān)斷信號(hào)所述上臂開(kāi)關(guān)元件或者所述下臂開(kāi)關(guān)元件的所有相從關(guān)斷的狀態(tài)變成按照相的接通期間變短的順序以規(guī)定的定時(shí)間隔接通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部制作如下接通關(guān)斷信號(hào)所述上臂開(kāi)關(guān)元件或者所述下臂開(kāi)關(guān)元件的所有相從關(guān)斷的狀態(tài)變成各相依次按照規(guī)定的定時(shí)間隔接通、并且針對(duì)每個(gè)規(guī)定的周期變更所述依次接通的相的順序。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于，使所述上臂開(kāi)關(guān)元件或者所述下臂開(kāi)關(guān)元件的各相的接通期間不產(chǎn)生相互重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于，對(duì)于所述η相電流中的(η-1)相的電流，采用通過(guò)所述檢測(cè)電流校正部校正為所述基準(zhǔn)定時(shí)下的值的值，對(duì)于剩余的1相的電流，設(shè)成(所述校正了的(η-1)相的電流值的總和)Χ(_1)的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，具備 電流控制部，以對(duì)所述感應(yīng)性負(fù)載供給期望的η相交流電壓的方式，根據(jù)通過(guò)所述檢測(cè)電流校正部校正為所述基準(zhǔn)定時(shí)下的值的各相電流檢測(cè)值，運(yùn)算所述上臂開(kāi)關(guān)元件以及所述下臂開(kāi)關(guān)元件的各相接通期間，并輸出到所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，在所述感應(yīng)性負(fù)載是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的情況下，所述接通關(guān)斷信號(hào)制作部以使與所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率不同的頻率的電壓分量重疊于所述逆變器的輸出電壓的方式，制作所述接通關(guān)斷信號(hào)，所述電力變換裝置具備轉(zhuǎn)子位置推測(cè)單元，該轉(zhuǎn)子位置推測(cè)單元根據(jù)從通過(guò)所述檢測(cè)電流校正部校正為所述基準(zhǔn)定時(shí)下的值的各相電流檢測(cè)值抽出的所述重疊的電壓頻率分量，對(duì)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行推測(cè)運(yùn)算。
全文摘要
具備接通關(guān)斷信號(hào)制作部(8)的定時(shí)信號(hào)制作單元以及相判定信號(hào)單元和檢測(cè)電流校正部(9)，根據(jù)定時(shí)信號(hào)ts1…以及相判定信號(hào)ph1…，求出用該定時(shí)信號(hào)設(shè)定的定時(shí)下的來(lái)自直流母線電流傳感器(3)的電流檢測(cè)值和該電流檢測(cè)值的相類別，將在PWM周期內(nèi)求出的各定時(shí)下的各相電流檢測(cè)值idc1…校正為基準(zhǔn)定時(shí)t0下的值，降低由于各相電流檢測(cè)定時(shí)不同而產(chǎn)生的誤差。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102460934SQ20108002529
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者小島鐵也, 金原義彥 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社