[發明專利]電力變換裝置

有效

• 申請號: 201210125052.2
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102761288A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 伊藤雄太;名倉寬和;永田浩一郎;秋田佳稔;阿部重幸
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02M7/5395
• 分類號: H02M7/5395;H02P27/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

技術領域

本發明涉及電力變換裝置，尤其涉及基于相電壓指令值對直流電壓進行脈沖寬度調制控制從而變換為任意頻率的交流電壓的電力變換裝置。

背景技術

在使用了電力變換裝置的交流電動機驅動中，通過利用所述電力變換裝置內部的二極管對商用電源提供的交流電源進行整流，利用平滑電容器進行平滑處理，從而變換為直流電壓。之后，通過逆變器變換為任意的交流電壓，輸出給電動機進行可變速控制。

具體而言，通過按照基于相電壓指令值與三角波載波的大小比較的PWM控制，對逆變器進行開關，從而將正弦波狀的相電壓指令值的大小變換為輸出脈沖，對交流電動機施加電壓。在該PWM控制中，大致區分為非同步PWM控制和同步PWM控制。

非同步PWM控制，是不依賴于相電壓指令值的頻率ft的值，而總是使三角波載波的頻率fc為恒定的方式，被用于通用逆變器、軋鋼機驅動逆變器等。

同步PWM控制，是總是使三角波載波的頻率fc為相電壓指令值的頻率ft的K倍(K：整數)的方式，被用于電動車輛、無功功率補償裝置等。在該情況下，按照相電壓指令值的頻率ft的變化，使三角波載波的頻率fc以及它們的比率(fc/ft：整數比、以后稱為脈沖數)發生變化。

在非同步PWM控制中，在三角波載波的周期內將相電壓指令值視為大致恒定，為了減小相電壓指令值和輸出脈沖的誤差，需要使三角波載波的頻率fc相對于相電壓指令值的頻率ft足夠大(fc/ft：10以上)。在該三角波載波的頻率fc與相電壓指令值的頻率ft的比率較小的情況下，在三角波載波的周期內，相電壓指令值較大地發生變化。因此，相電壓指令值和輸出脈沖的誤差變大，發生拍頻(beat)現象等的問題，在交流電動機驅動時產生較大的轉矩脈動。

因此，在專利文獻1中記載了抑制三角波載波的頻率fc與相電壓指令值的頻率ft的比率較小時發生的拍頻現象的PWM控制方式。在專利文獻1中記載了如下控制方式：對用于決定輸出脈沖的寬度的三角波載波的半周期間中的相電壓指令值的平均值進行估計，并且按照估計結果來產生輸出脈沖。

專利文獻1：JP特開平8-251930號公報

但是，在施加給交流電動機的電壓中，由于PWM控制而發生以下的式(1)所示的邊帶(side?band)波成分fb。

fb＝m·f_c+n·f_t????(1)

m、n：整數

在非同步PWM控制中，因為三角波載波的頻率fc恒定，所以邊帶波成分fb根據相電壓指令值的基波頻率ft而變化。此外，邊帶波成分fb也發生在相電壓指令值的基波頻率ft附近，成為數Hz～數十Hz的低階成分的電動機輸出轉矩波紋成分。一旦該電動機輸出轉矩波紋成分與數十Hz的較低的機械系統固有振動頻率一致，則發生機械性振動。故在所述專利文獻1中不能充分抑制該現象。

在同步PWM控制中，因為總是使三角波載波的頻率fc為相電壓指令值的基波頻率ft的K倍(K：整數)，所以可以將式(1)所示的邊帶波成分fb設為相電壓指令值的基波頻率ft的整數倍。因此，能夠防止發生相電壓指令值的基波頻率ft以下的電動機輸出轉矩波紋成分。如此通過使用同步PWM控制，因為不發生與數十Hz的機械系統固有振動頻率一致的低階的電動機輸出轉矩波紋成分，所以能夠防止上述機械性振動。

但是，因為施加給交流電動機的電壓為U、V、W相的三相，所以為了滿足使全部三相中的三角波載波和相電壓指令值的相位一致這一條件、以及在各相的相電壓指令值的基波頻率的一周期間中保持施加給交流電動機的輸出電壓的對稱性這一條件，以往，使三角波載波的頻率fc為相電壓指令值的頻率ft的L倍(L：3的奇數倍)。因此，在依靠相電壓指令值的基波頻率ft的變化來切換三角波載波的頻率ft的同步PWM控制中，存在伴隨脈沖數的切換而發生脈動(切換沖擊)等的問題。尤其，在脈沖數較小的情況(例如9脈沖至3脈沖)下，除了產生所述切換沖擊的問題，還產生如下問題：由于與切換后的三角波載波頻率fc的急劇變化相伴隨的控制周期的急劇變化，控制系統變得不安定。

如多級電力變換裝置等的大容量的電力變換裝置那樣，在不能提高三角波載波的頻率fc的情況下，這些問題變得更加顯著。

此外，在所述平滑電容器與所述逆變器之間，通過將二者進行電連接，而存在電感L。即，在平滑電容器與逆變器間形成LC電路，形成如以下的式(2)所示的LC共振頻率f_LC。

f_LC＝1/(2·π·(LC)^(-1/2))????(2)