[發明專利]功率轉換設備

有效

• 申請號: 201110224503.3
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN102347703A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 阿部康
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發明涉及將直流電壓轉換成交流電壓的功率轉換設備，尤其涉及降低單相三電平功率轉換設備的損耗的技術。

背景技術

為了減小將直流功率轉換成交流功率的逆變設備中的波形畸變，已提出了三電平逆變器的方式(例如日本專利申請JP2008-178284A、JP2007-28860A)。下面，作為單相三電平逆變器的現有技術示例，參照附圖9～11，對日本專利申請JP2008-178284A、JP2007-28860A所公開的電路結構及其動作進行說明。

圖9是日本專利申請JP2008-178284A所公開的單相三電平逆變器的電路結構圖。單相三電平逆變器通過利用控制器6a對構成逆變器電路3a的開關元件的通/斷狀態進行控制，將電源1的直流電壓2E轉換為單相交流電壓，并將該單相交流電壓提供給負載5。

圖9中，電容器C1和電容器C2串聯連接在電源1的兩端。電容器C1和電容器C2構成第一直流電源和第二直流電源。當電源1的電壓為2E時，電容器C1和電容器C2的電壓分別為E。電源1的兩端還連接有電壓檢測器2，該電壓檢測器2檢測電源1的電壓2E。

然后，在電容器C1和電容器C2所構成的串聯電路的兩端連接著由開關元件1u～4u串聯連接而成的串聯電路。構成上述串聯電路的開關元件1u～4u分別與二極管1x～4x反向并聯連接。在開關元件1u和2u的連接點、與開關元件3u和4u的連接點之間還串聯連接著二極管5x和6x。而且，二極管5x和6x的連接點與電容器C1和C2的連接點相連接。

在電容器C1和電容器C2所構成的串聯電路的兩端還連接著由開關元件1v～4v串聯連接而成的串聯電路。構成上述串聯電路的開關元件1v～4v分別與二極管1y～4y反向并聯連接。在開關元件1v和2v的連接點、與開關元件3v和4v的連接點之間還串聯連接著二極管5y和6y。而且，二極管5y和6y的連接點與電容器C1和C2的連接點相連接。

在此，開關元件1u～4u及二極管1x～6x構成第一半橋。開關元件1v～4v及二極管1y～6y構成第二半橋。進而，第一半橋和第二半橋構成逆變器電路3a。

開關元件2u和3u的連接點為U端子，開關元件2v和3v的連接點為V端子。U端子和V端子是逆變器電路3a的交流輸出端子。在U端子和V端子之間并聯連接著電壓檢測器4和負載5。

然后，控制器6a輸出開關元件1u～4u及1v～4v的選通信號。為此，控制器6a包括輸出電壓指令單元61、控制運算單元62、以及第一PWM控制器63a。

下面，對控制器6a的動作進行說明。首先，輸出電壓指令單元61輸出逆變器電路3a要施加到負載上的電壓的指令值。

控制運算單元62利用PI調節器等進行AVR運算，從而使電壓檢測器4檢測出的交流輸出電壓與輸出電壓指令單元61輸出的輸出電壓指令匹配。然后，控制運算單元62將AVR運算的結果除以電壓檢測器2檢測出的直流輸入電壓，算出用于PWM控制的調制信號。

第一PWM控制器63a對內部生成的載波信號與控制運算單元62輸出的調制信號進行大小比較，并生成開關元件1u～4u及1v～4v的選通信號。將選通信號輸出到逆變器電路3a。

利用選通信號來對開關元件1u～4u及1v～4v進行通/斷控制。從而，在逆變器電路3a的U端子和V端子之間輸出期望交流電壓。

圖10是示出圖9中所示的逆變器電路3a的U端子和V端子之間所產生的輸出電壓波形的示例圖。由于單相三電平逆變器通常在10kHz左右的載波頻率下工作，因此其輸出電壓具有更接近正弦波的波形。

表1是示出與開關元件1u～4u及1v～4v的通/斷狀態的組合相對應的逆變器電路3a的U端子和V端子之間輸出的電壓的表格。通過重復表1中所示的模式1～模式8，在逆變器電路3a的U端子和V端子之間輸出具有如圖10所示波形的電壓。如圖10及表1所示，逆變器電路3a的輸出電壓有5種電平，分別為0、E、2E、-E、-2E。

表1

圖11是日本專利申請JP2007-28860A所公開的單相三電平逆變器的電路結構圖。圖11的單相三電平逆變器通過利用控制器6b對構成逆變器電路3b的開關元件的通/斷狀態進行控制，將電源1的直流電壓2E轉換為單相交流電壓，并將該單相交流電壓提供給負載5。

電源1、以及由電容器C1和C2構成的第一直流電源和第二直流電源與上述圖9所示的現有技術示例相同。在電源1的兩端連接著電壓檢測器2，該電壓檢測器2檢測電源1的電源2E。