专利名称：用于交流-交流直接变换装置的切换图案创建方法
技术领域：
本发明涉及一种将从单相或多相交流电源输入的电压或频率变 换成任意电压或频率并且输出它的交流-交流直接变换装置(矩阵变换 器)，并且具体地说，涉及一种由通过合成如下图案得到的切换图案
控制每个双向开关的切换图案创建方法；虛拟输入变换器通过组合2n 个基向量和n个零电压向量创建的切换图案，通过该2n个基向量， 相互不同的任意输入相连接到虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该 n个零电压向量，相同相连接到P侧和N侧上；和虚拟输出逆变器通 过使用包括两个零电压向量的2+2n种基向量创建的切换图案。
背景技术：
以前存在的这种交流-交流直接变换装置，是一种快速切换具有
任意电压或频率的动力的变换装置，并且其基本构造表示在图15中。 输入滤波器2和双向开关S1 S9的构造的交流-交流直接变换电路3 安装到三相交流电源1的每一相R、 S、 T上，并且通过在比电源频 率高得多的频率下由控制器4 PWM控制每个双向开关，在把输入电 压直接施加到诸如电机之类的负载上的同时得到控制到任意电压或 频率的交流输出U、 V、 W。
关于在交流-交流直接变换装置中的双向开关的切换图案，例如 在栽波振幅调制的情况下，它由在与输入电压同步的信号的PWM变 换器图案与根据输出频率和电压创建的PWM逆变器图案之间的 AND(与)条件确定。借助于这种图案确定，交流-交流直接变换装 置的输入电流由PWM变换器图案控制，并且输出电压和频率由PWM 逆变器图案控制，及在输入功率因数被保持在"l"的同时，输入电流到正弦波的变换、输出波形到正弦波的变换、及频率变换操作被同时 实现。这里，相对于双向开关，有其中使用在图中所示的多个单向开 关构造双向开关的情形。
关于交流-交流直接变换装置的控制方法，当广义地分类方法时， 有虚拟直流链路型和交流-交流直接型两种方法。虚拟直流链路方法是 一种设计成虚拟地考虑直流链路并且虚拟输入变换器和虚拟输出逆
变器可被分离控制的方法，并且这类似于常规电流馈电PWM变换器 十电压馈电PWM逆变器的构造，那么控制概念很容易。同时，有其 中不产生在所有不同相位处在1:1下连接输入侧的每一相和输出側的 每一相这样六种切换图案的约束条件。在交流-交流直接型的情况下， 尽管没有以上切换图案的约束条件，但算法一般会很复杂。
关于创建PWM图案的手段，主要有载波比较手段和空间向量调 制手段。载波比较手段是一种通过在三角波载波与正弦波之间的数值 比较而创建PWM图案的手段。作为应用于虛拟直流链路方法的载波 比较手段，已经提出了这样一种手段它减小在PWM控制中开关的 切换次数，并且在相同切换次数下减小切换损失和噪声，及通过由虚 拟PWM脉冲创建虚拟输入变换器的载波和虚拟输出逆变器的栽波进 一步改进输出电压的控制精度(例如，专利文献l)。
空间向量调制手段是一种按照交流-交流直接变换装置的每个双 向开关的切换状态选择瞬时空间电流向量的手段，并且切换图案由这 种选择确定。也已经提出了一种采纳这种空间向量调制手段的方法 (例如，非专利文献l)。在这种空间向量调制手段中，通过选择适 当的切换图案，可减小开关的切换次数，并且可减小切换损失，及进 一步可降低负栽电流变化那么可减小输出电压的失真。
进一步，也公布了 一种采纳虛拟直流链路方法中的空间向量调制 手段的方法学(例如，非专利文献2)。
专利文献1:日本专利申请Kokai公报No.2005-168198
非专利文献1 : "An Analysis Method of AC-AC Direct Converters (交流-交流直接变换器的分4斤方法)"The journal of TheInstitute of Electrical Engineers of Japan, SPC97画53,这个文献在日本 已经7>开。
非专利文献2 : "Space Vector Modulated Three-Phase to Three-Phase Matrix Converter with Input Power Factor Correction (具有输入功率因数校正的空间向量调制三相-三相矩阵变换 器"L.Huver等,IEEE trans. On Industry Applications, vol. 31，No. 6， 1995年，这个文献在美国已经7>开。
发明内容
如以上描述的那样，用来创建交流-交流直接变换装置的PWM 图案的栽波比较手段或空间向量调制手段的采纳已经在以上专利文 献l或非专利文献l、 2中提出。
然而，专利文献1是其中对于PWM图案的创建采纳载波比较手 段的情形，并且由于在这种纳栽波比较手段中不能确定PWM脉冲的 分配顺序，所以这不能应用于空间向量调制手段。
进一 步，非专利文献1是其中对于交流-交流直接型的交流-交流
直接变换装置采纳空间向量调制手段的情形。然而，这不能应用于虚 拟直流链路型的交流-交流直接变换装置。
此外，在非专利文献2中，已经提出了在虚拟直流链路型的交流 -交流直接变换装置中通过空间向量调制手段PWM控制双向开关。然
而，未提及在开关的切换处的连接状态，并且依据切换图案，有谐波 噪声和开关的切换次数将增大的可能性。
本发明的目的是提供一种切换图案创建方法，在该方法中，虛拟 输入变换器通过组合六个基向量和三个零电压向量创建切换图案，并 且虚拟输出逆变器借助于包括两个零电压向量的八种基向量创建切 换图案，及然后每个双向开关由通过合成在交流-交流直接变换装置中 虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案得到的切换图案 进行PWM控制，并且该方法在减小谐波噪声和开关的切换次数方面 具有优良性能。用来解决这个问题的本发明的特征在于如下方法。
(1 )一种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P側和N側上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流交流直接变换装置 通过虛拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括对于合成切换图案，选择零 电压向量的切换图案使得一相在任意切换循环中的任何时间不变；和 使这种状态更接近两相调制状态。
(2 ) —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虛拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括将在每个基向量的负荷的命 令下进行PWM控制的、电流和电压空间向量的负荷脉沖设置为其中 两个或多个双向开关不被同时切换的分配顺序。
(3) 由输入扇区信息确定零电压向量，并且根据输入和输出扇 区信息的偶数/奇数判断信息确定分配顺序。
(4) 在负荷命令脉冲的每个更新计时，颠倒负荷命令脉冲的分 配顺序。
(第二问题和其解决方法)
关于虚拟直流链路型的交流-交流直接变换装置的控制方法，如 图1中所示，由一组九个开关S1 S9原始构造的变换电路被认为是虚 拟输入变换器和虚拟输出逆变器的一组十二个开关S1-S12的组合。关于这些开关S1 S12的切换图案，如图2中的表格中所示，在 虛拟输入变换器中，存在通过其相互不同的任意输入相连接到虚拟直 流链路的P側和N侧上的六个图案(基向量基向量il i6)、和通 过其相同相连接到P側和N侧上的零电压向量条件的三个图案(i0r、 iOs、 iOt)。另一方面，在虚拟输出逆变器中，存在包括两个零电压向 量条件的八种基向量(v0 v7)。这里，输入和输出的空间向量扇区 和基向量如图3中所示被定义。在图3中，虚拟输入变换器表示成使 输入相电流向量Is是基准，并且虚拟输出逆变器表示成使输出线电压 向量Vref是基准，并且两者都表示为在逆时针方向上转动的向量。
其次，关于输入侧和输出侧定义的基向量的组合，由在经虛拟直 流链路的P、 N连接的输入RST相与输出UVW相之间的关系，当与 交流-交流直接变换装置的原始开关S1 S9相比较时，如图4中的表 格中所示可得到合成切换图案。
对于交流-交流直接变换装置，因为输入电源必须绝不短路并且 输出电感性负栽的电流路径必须可靠，所以有其中切换图案被看作开 关S1、 S2、 S3和开关S4、 S5、 S6及开关S7、 S8、 S9的三种组合的 约束条件，这些开关由输出相分成三组，然后转到ON (接通)状态 的开关只限于在每组中的一个开关。因此，三相/三相直接变换的所有 切换图案不限于图5中的表格中所示的二十七个图案，并且它们被定 义为模式1 27。然而，在虚拟直流链路型的情况下，不产生模式6、 8、 12、 16、 20、 22。
通过在图4中的表格中表示的合成结果，根据每个基向量的负荷 进行PWM控制，并且在切换循环下平均地表示电流和电压空间向量。 将解释在这个切换循环内负荷脉沖的分配方法。图6是在输入和输出
及负荷的向量之间的关系的图。输入的第一基向量的负荷指示为A, 输入的第二基向量的负荷指示为B，输出的第一基向量的负荷指示为 X，及输出的第二基向量的负荷指示为Y。在虛拟直流链路型的情况 下，这些输入和输出的负荷命令被合成，并且产生最终负荷命令。就 是说，通过交叉每个负荷，产生四个负荷命令AX、 AY、 BX、 BY。进一步，零电压向量负荷指示为z，并且Z由表达式Z=l-
(AX+AY+BX+BY )预定。这五个合成负荷命令的脉冲在负荷操作循 环的周期T期间按任意顺序被定位(在载波比较手段中与载波频率相 对应)，并且进行PWM控制。
在操作循环内这五个值班脉冲的分配顺序对于PWM控制本身 能是任何顺序，但优选的是，考虑到分配负荷脉冲的切换、开关切换 次数的减少、谐波的减少、及共模电压的减小而确定顺序。由这样一 种考虑，在各种文献中已经提出可减少开关的切换次数的切换表格。
比如，在上述专利文献l中，通过借助于三角波载波调制的控制 方法、通过交流-交流直接变换电路的虚拟直流链路方法，减少在 PWM控制中开关的切换次数，并且进行损失和噪声的减小。进一步， 如以后提到的那样，本发明已经提出一种切换表格，如在图8中的表 格中所示，其中在两个相或更多个相处不同时地进行开关的切换，但 切换由一相可靠地进行。在图8中的表格中，每个相的号(1 9)指 示在图1中的左手侧上表示的交流-交流直接变换装置中相应开关 Sl S9的ON状态。并且，输入和输出的每个扇区分辨遵循图3。进 一步，合成负荷和开关状态的组合可由在虚拟变换器中的合成导出。 此外，在每个输入和输出扇区组合中，呈现合成负荷的脉冲分配顺序。 作为实例，在输入扇区I和输出扇区I的情况下，开关顺序
即它被对称地颠倒，然后进行开关的切换。在颠倒点处进行负荷命令 的更新。况且，确定在零电压处开关的切换顺序和开关的选择，从而 开关的切换次数在其控制循环内成为最小。在负荷脉冲的切换时，开 关的切换在两个相或更多个相处不被同时地进行。
然而，在图3中表示的空间向量中，在诸如在图8中的表格之类 的固定表格的情况下，有在当其中输入电流命令向量存在的输入扇区 的状态或其中输出电压命令向量存在的输出扇区的状态转移时的瞬 时两相或更多相的开关被同时切换的可能性。另外，未清楚地给出涉 及减小共模电压的考虑。本发明的另一个目的是提供一种切换图案创建方法，在该方法 中，除在以上稳态下切换表格的优化之外，可减小在扇区间转移时开 关的切换次数，并且可减小共模电压。
用来解决这个问题的本发明的特征在于如下方法。
(5 ) —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虚拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括设置零电压向量，使交流-
和确定零电压向量的切换图案，以借助于划分成十二个的输入空间向
量减小共模电压。
(6 ) —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虛拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括当输入电流命令向量在输入 侧上的空间向量的扇区之间转移时或当输出电压命令向量在输出侧 上的空间向量的扇区之间转移时通过一个相进行双向开关的切换，以 便防止两相或更多相的同时切换。
(7)—种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虛拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虛拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括通过使用零电压向量的组合 的自由度，根据切换双向开关的过渡状态改变切换表格，以便防止在 扇区间转移时两相或更多相的同时切换。
(8 ) —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虚拟输入变换器通过組合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虛拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虚拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，所述方法包括预先将接下来转移的基向量 的扇区限制到五个图案，并且然后预测在稳定操作条件下的五个图 案；和在开关的这样一种切换状态之前改变目前图案使得当转移到五 个图案时可防止在两相或更多相处双向开关的同时切换。
(9 ) 一种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的 方法，其中，虛拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向 量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接 到虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连 接到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向 量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置 通过虚拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换 图案控制每个双向开关，方法包括当双向开关在其中当任意负荷在 扇区之间被更新时的计时处两相或更多相被同时切换的状态下时，推 迟该瞬时负荷的更新；和在下个更新计时处在其中两相或更多相不被 同时切换的双向开关的状态下，进行负荷的更新，以便防止开关的同时切换。
如以上描述的那样，根据本发明，在n相的交流-交流直接变换 装置中，该装置通过由如下图案合成的切换图案控制每个双向开关 虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量创建的切换 图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到虚拟直流 链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接到P侧 和IV侧上；和虛拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量的2+2n 种基向量创建的图案，可创建优良的切换图案，该切换图案通过谐波 噪声和开关切换次数的减小，可减小输出电压的失真和切换损失。
进一步，根据本发明，除在稳定状态下切换表格的优化之外，可 创建减小在扇区间转移时开关的切换次数并且减小共模电压的切换 图案。
图1是虚拟直流链路型的交流-交流直接变换装置的等效电路图。
图2是虛拟变换装置的切换图案的表格。
图3是空间向量扇区和基向量图。
图4是虛拟切换图案的合成结果的表格。
图5是切换模式的二十七个图案的表格。
图6是在输入和输出的向量与负荷之间的关系图。
图7是在一个切换循环中的脉冲产生周期的图。
图8是在每个扇区状态下合成负荷分配顺序的表格。
图9是十二份分裂空间向量的扇区和基向量的图。
图IO是在十二份中虛拟切换图案的合成结果的表糾第l表格)。
图11是在十二份中虛拟切换图案的合成结果的表拟第2表格)。
图12是在扇区状态"I-I"下的脉冲图案。 图13是相对于扇区状态"I-I"的脉冲图案(第l表格)。 图14是相对于扇区状态"1-I"的脉沖图案(第2表格)。 图15是交流-交流直接变换装置的基本构造图。
具体实施例方式
(控制方法的基本解释) 关于虚拟直流链路型的交流-交流直接变换装置的控制方法，如
图1中所示，由一组九个开关S1 S9原始构造的变换电路被认为是虛 拟输入变换器和虚拟输出逆变器的一组十二个开关S1 S12的组合。
关于这些开关S1 S12的切换图案，如图2中的表格中所示，在 虛拟输入变换器中，存在通过其相互不同的任意输入相连接到虚拟直 流链路的P侧和N侧上的六个图案(基向量基向量il i6)、和通 过其相同相连接到P側和N侧上的零电压向量条件的三个图案(iOr、 iOs、 iOt)。另一方面，在虛拟输出逆变器中，存在包括两个零电压向 量条件的八种基向量(v0 v7)。这里，输入和输出的空间向量扇区 和基向量如图3中所示被定义。在图3中，虚拟输入变换器表示成使 输入电流命令(输入相电流)向量Is是基准，并且虚拟输出逆变器表 示成使输出电压命令(输出线电压)向量Vref是基准，并且两者都 表示为在逆时针方向上转动的向量。
其次，关于输入侧和输出侧的定义基向量的组合，根据在经虚拟 直流链路的P、 N连接的输入RST相与输出UVW相之间的关系，当 与交流-交流直接变换装置的原始开关S1 S9相比较时，如图4中的 表格中所示可得到合成切换图案。
此外，对于交流-交流直接变换装置，因为输入电源必须绝不短 路并且输出电感性负载的电流路径必须可靠，所以有其中切换图案被 看作开关S1、 S2、 S3和开关S4、 S5、 S6及开关S7、 S8、 S9的三种 組合的约束条件，这些开关由输出相分成三组，然后转到ON状态的 开关只限于每组中的一个开关。因此，三相/三相直接变换的所有切换 图案都不限于如图5中的表格中所示的二十七个图案，并且它们被定 义为模式1 27。然而，在虚拟直流链路型的情况下，不产生模式6、 8、 12、 16、 20、 22。
通过图4中的表格中表示的合成结果，根据每个基向量的负荷进行PWM控制，并且在切换循环下平均地表示电流和电压空间向量。 将解释在这个切换循环内负荷脉冲的分配方法。图6是在输入和输出 及负荷的向量之间的关系的图。输入的第一基向量的负荷指示为A， 输入的第二基向量的负荷指示为B，输出的第一基向量的负荷指示为 X，及输出的第二基向量的负荷指示为Y。在虚拟直流链路型的情况 下，这些输入和输出的负荷命令被合成，并且产生最终负荷命令。就 是说，通过交叉每个负荷，产生四个负荷命令AX、 AY、 BX、 BY。 此外，如图7中所示，后合成的零电压向量Z被确定，并且定义在一 个切换循环中的每个脉沖产生周期。 (实施例1 )
在交流-交流直接变换装置中，由于防止输入相短路，必须进行 控制，从而开关S1、 S2、 S3的组(U相)和开关S4、 S5、 S6的组(V 相)及开关S7、 S8、 S9的组(W相)的三组的每一组中只有一个开 关接通。其每一个转到ON状态的三个开关的总组合是二十七个图案， 如以前在图5中的表格中提到的那样。
这里，作为实例将解释其中在图3中定义的输入向量扇区是"P 并且在图3中定义的输出向量扇区也是"I"的情形。因为输入扇区I， 输入第一基向量成为i6，并且输入第二基向量成为il。另一方面，由 于输出扇区也是I，所以输出第一基向量成为v6,并且输出第二基向 量成为vl。因此，根据图5中的表格，U、 V、 W相的开关连接状态 的组合是"l、 5、 7"、 "1、 5、 8"、 "1、 6、 7"及"1、 6、 9",并且与负 荷命令(AX、 AY、 BX、 BY)的关系是"1、 5、 7"-AX、 "1、 5、 8"=AY、 "1、 6、 7，，=BX、及"l、 6、 9，，=BY。进一步，剩余零电压向量命令Z 的切换状态能是"l、 4、 7"、 "2、 5、 8"及"3、 6、 9"三个中的任一个。
所以，在本实施例中，作为用来选择零电压向量命令的方法，根 据在检查其它四个负荷命令的同时在ON状态下保持不变的开关，选 择零电压向量命令。就是说，在扇区"I-I，，组合的以上实例中，由于开 关"l，，在所有时间都是ON，所以将"l、 4、 7"的组合选作零电压向量， 并且图案被确定成"l，，在其扇区中总是ON。而且在其它扇区状态下，由于有可能选择一相不被切换的这种组合，所以零电压向量可按照输 入和输出的扇区状态被改变。这在应用于普通变换器控制时，类似于 其中进行两相调制的状态。
因此，在本实施例中，通过选择零电压向量的切换图案使得一相 在任意切换循环中的任何时间处不改变、并且通过将它带到更接近甚 至对于一相没有开关切换也能够进行控制的两相调制状态，减小开关 的切换次数。
(实施例2)
图8中的表格表示输入和输出的空间向量扇区和在每个输入和 输出扇区组合中九部分对称分配的一侧的五种合成负荷分配顺序。作 为实例，在输入扇区I和输出扇区I的情况下，这意味着九部分按 AY—AX—BX—BY4Z~>BY~>BX4AX4AY的顺序对称地排序。然 而，实际上，五个部分+五个部分的重复借助于划分成两个的Z进行， 并且也在每五个部分的计时处进行负荷更新。
作为图8中表格的解释，将解释与实施例l相同的、其中输入向 量扇区是"I"并且输出向量扇区也是"I"的情形的实例。在这种情况下 U相、V相及W相的开关的切换状态是五组"l、 5、 8"、 "1、 5、 7"、 "1、 6、 7"、 "1、 6、 9"及零电压向量"3、 6、 9"。当将这种切换状态 与五种负荷命令相连接时，"1、 5、 8"=AY、 "1、 5、 7"=AX、 "1、 6、 7，，=BX、 "1、 6、 9"二BY及"3、 6、 9"=Z。在图8中的表格中，这种顺
序表示在扇区"i-r，的栏中，并且这意味着，每个负荷命令还有开关的 切换顺序遵循这种顺序。
在本实施例中，不像实施例1，选择零电压向量"3、 6、 9"，并 且将开关的切换顺序i殳置为AY~>AX—BX—BY~>Z。当把注意力集中 在图8中的表格中的双向开关的切换时，发现确定两个或更多个开关 不被同时切换的这种顺序。扇区"I-I"的组合是"1、 5、 8"~>"1、 5、 7"—"l、 6、 7"4"1、 6、 9"4"3、 6、 9"，并且在任何切换时变化的开 关仅是一个开关。
因此，在本实施例中，脉冲分配顺序被设置(或表格被设置)成，在负荷命令脉冲切换时两个或更多个双向开关不被同时切换。借助于 这种设置，可减小由两相或更多相的同时切换引起的谐波噪声的影 响，并且可减小在一个切换循环中开关的切换次数。
(实施例3)
根据以上实施例2的方法，可防止在任意扇区中一个切换循环中 开关的同时切换。然而，在图8中，当把注意力集中在表格中的输入 和输出扇区和开关的切换顺序还有零电压向量的选择状态的组合之 间的关系时， 一定规则存在。就是说，发现可仅由输入扇区信息确定 零电压向量，并且开关的切换顺序是两个图案 "AY—AX—BX—BY—Z，，或"AX"^AY4BY4BX—Z",并且这种切换 方法判断输入和输出扇区是"偶数"还是"奇数"，然后如果组合是"偶. 偶"和"奇.奇"，则切换顺序是"AY4AX4BX4BY4Z"，并且如果组 合是"偶.奇"和"奇.偶"，则切换顺序是"AX—AY—BY—BX~>Z，，。
所以，在本实施例中，不用完全开发诸如在图8中的表格之类的
因此，在本实施例中，通过由输入扇区信息确定零电压向量而不 用完全开发实施例2的表格，并且通过由输入和输出扇区信息的偶数 .奇数判断信息确定分配顺序，连同实施例2的效果一起，借助于表格 的较少开发可改进控制速度。 (实施例4)
在以上实施例2或实施例3的l^沖分配顺序的情况下，开关的切 换在一个切换循环中不同时发生两次或更多次。然而，如果扇区重复 地成为相同扇区并且下个切换循环开始，则例如，切换顺序成为 "AY4AX~>BX4BY4Z4AY4AX">BX4BY">Z..."，并且在第二循 环的转移时在这个切换顺序的"Z—AY"处不能始终防止开关的同时 切换。作为实例，在输入和输出扇区"I-I"的组合的情况下，根据图8 中的表格，由于"Z—AY"的切换是"3、 6、 9"~>"1、 5、 8"，所以所有 三个开关被同时操作。这引起谐波的发生和开关的切换次数的增大和 损失，并且它是不利的。所以，在本实施例中，脉冲分配顺序被颠倒，然后负荷命令的每 个更新计时重复。就是说，脉冲分配顺序在被颠倒的同时，按这样一
种顺序重复成"AY~>AX—BX—BY~>Z—Z~>BY—BX—AX—AY —AY^AX…"。
因此，在本实施例中，记住切换循环在相同扇区处被重复，负荷 命令脉沖分配顺序每负荷命令更新计时被颠倒。借助于这种分配顺 序，连同实施例2和3的效果一起，即使在其中切换循环被重复的情 况下，也可实现开关切换次数和谐波的减少，而不引起其中开关被同 时切换的问题。
(实施例5)
当切换表格借助于如图8中的表格所示的固定的表格被控制时， 可使相同扇区中的一个操作循环中的开关的切换次数最小。在图8中 的表格中表示的实施例中，在任意输入和输出扇区的每种组合中，尽 管零相位Z的切换图案被固定，但作为自由度，有用于零电压向量的 开关的切换组合的三组"l、 4、 7"、 "2、 5、 8"及"3、 6、 9"(每个数 指在图1中的交流-交流直接变换电路中的相应开关S1 S9的ON状 态)。因此，表格实际上不必如图8中的表格中表示的那样被固定。 所以，在本实施例中，通过使用零电压向量的组合的这种自由度，减 小共模电压。
通过把注意力集中在交流-交流直接变换电路的输入相电压(电 源相电压)的三相瞬时值上，探测瞬时值的大/中/小的量值的关系。 为了减小共模电压，在通过PWM产生输出线电压向量时，优选的是， 零电压向量借助于可减小电压降的中间电压相(瞬时值的大/中/小的 量值的关系的"中，，的相)被设置成基准。就是说，如果输入中间电压 相是R相，则组合是"l、 4、 7"，如果输入中间电压相是S相，则组 合是"2、 5、 8",及如果输入中间电压相是T相，则组合是"3、 6、 9"。 这里，当通过由每个中间电压相和图3中表示的六个扇区的分离的域 划分输入空间向量时并且如果重新定义它们，它们是如图9中所示的 十二份分裂扇区，并且这种情形的切换表格表示在图10中的表格中和图11中的表格中。在图9中，输入扇区的十二份的每个后标是指 中间相，并且例如，如果它是ls，则S相在扇区1中是中间相。
因此，在本实施例中，由于零电压向量通过使用每个扇区中的中 间电压相被设置，所以可通过减小共模电压和防止故障实现噪声减小 等等，并且也可使扇区中开关的切换次数最小。 (实施例6)
在其中零电压向量被输出的负荷周期Z期间有在切换双向开关 的过渡状态下的自由度，并且存在三組将输出UVW相都连接到R 相上的"l、 4、 7"、将输出UVW相都连接到S相上的"2、 5、 8"、及 将输出UVW相都连接到T相上的"3、 6、 9"。参照图12中的表格将 解释这种自由度的实例。比如，假定空间向量在图3中的输入扇区1 还有输出扇区1的状态"l-l"下存在，当考虑其中在这种情况下通过使 用以上三个零电压向量使开关的切换次数最小的顺序时，保持有在图 12中的表格中表示的六种图案，作为可能图案。
这里，在图12中的表格中，五个合成负荷脉冲以五行描述，并 且这意味着，开关按顺序从上部行切换。依据图案，每行的负荷脉 冲的意义不同。图案P1 P6通常通过使用三组组合(P1、 P2) 、 (P3、 P4)、及(P5、 P6)中的任一组进行颠倒对称切换。就是说，如果选 择(P1、 P2)的组合，则双向开关的切换和值班脉冲命令的更新按这 样一种顺序进行"1、 5、 8"4"1、 5、 7"—"1、 4、 7"~>"1、 6、 7"4"1、 6、 9"—(更新)4"i、 6、 9"">"1、 6、 7""V'1、 4、 7，，~>"1、 5、 7，，—"1、 5、 8，，~>(更新)...。这一点在任何图案中也是清楚的，由于双向开 关的切换通过一相可靠地进行，所以两个或更多个双向开关的切换不 被同时地进行。这里，(Pl、 P2)是对于零电压使用R相"l、 4、 7" 的图案，(P3、 P4)是对于零电压使用S相"2、 5、 8"的图案，及(P5、 P6)是对于零电压使用T相"3、 6、 9"的图案。
现在，考虑扇区间转移的瞬时。由于输入电流命令向量与电源电 压同步地操作，所以扇区也转移成1—2~>3~>4—5—6—1—…。另一 方面，由于输出电流命令向量取决于线电压命令，所以反向转动或快速转动也可能发生。也考虑到输入和输出扇区同时转移和反向转动，
从扇区状态"l-l"可转移的状态能是"l-2"、 "1-6"、 "2-1"、 "2-2，，及"2-6" 五种。相反，可转移到扇区状态"1-1，，的状态能是"6-1"、 "6-6"、 "6-2"、 "l-6，，及"l-2，，五种。在这种转移的基础上，在图13中的表格和在图 14中的表格中，与"l-l"的前/后转移状态相关的扇区状态的切换图案 被摘录和表示。尽管在当扇区被更新时的计时处双向开关的每种状态 可采取四种状态(表示在图13和14中的表格外的右手侧上)，但优 选的是，扇区转移成，当转移到其它扇区时两相或更多相的双向开关 不被同时切换。因而，扇区转移前双向开关状态(图案前P1 前P6) 预先被掌握，并且然后判断扇区转移后双向开关状态(图案后P1 后 P6)的哪种状态应该转移。作为转移后图案确定条件，选择通过其两 个或更多相不被同时切换的图案。在其中有多个可选择图案的情况 下，给出这样一种条件其中为了减小共模电压起见连接输入中间电 压相的零电压向量的图案被给予优先权，并被使用。然而，要求详细 的扇区分辨，例如，由于在扇区"1-1"中6>0的域具有R>S>T的关系， 所以中间电压相成为S相，然后选择包含"2、 5、 8，，的零电压向量的 图案。
也在扇区间转移的其它转移条件下，通过进行相同的操作，只要 交流-交流直接变换装置处于稳态操作，就有可能在其中扇区间转移可 能发生的条件下，防止在扇区间转移的过渡处双向开关的两相或更多 相的同时切换。
根据本发明，除在相同扇区中开关切换次数的最小之外，即使在 当扇区转移时的瞬时处在开关的切换时两个或更多个相也不被同时 切换。因此，可实现进一步防止谐波和进一步减小损失。 (实施例7)
当使用以上实施例6的方法时，根据状态可主动地选择防止两相 或更多相的同时切换的表格。然而，依据扇区间转移条件，也有其中 不能选择防止开关的两相或更多相的同时切换的表格的情形。比如， 在图13中的表格和在图14中的表格中，在其中状态从扇区"l-l，，转移到"l-2"、 "1-6"、 "2-1"、 "2-2"及"2-6，，五种状态的情况下,当在更 新处的开关状态是"3、 6、 9"并且状态也转移到扇区"2-l"、 "2-2，，及 "2-6"时，没有在转移之后可防止开关的两相或更多相的同时切换的切 换图案。因此，为了消除双向开关在两相或更多相处将被同时切换的 可能性，禁止在开关状态"3、 6、 9"下的负荷更新(仅对于在稳定操 作状态下)。
在其中交流-交流直接变换装置处于稳定操作的情况下，如在实 施例6中描述的那样，由于扇区间转移的顺序可被预测到一定程度， 所以下个扇区间转移的图案也受到限制(如果装置处于稳定操作，则 转移目的地限于五种扇区状态)。通过使用这种预测，操作被给定为， 不通过使用具有两相或更多相的以上同时切换的可能性的图案进行 操作。在图13中的表格和图14中的表格的实例中，在其中借助于在 "1-1"下包含"3、 6、 9"的模式(图案P6)进行双向开关的切换操作的 情况下，给出一种操作，通过该操作，图案转移到在当下个扇区被更 新时(即，当成为状态"l、 5、 8"时)的计时处不立即包含"3、 6、 9" 并且不涉及扇区中的开关的切换(在这个实例中，到图案Pl )的图案。 而且在其中开关的切换从其它扇区状态到包含"3、 6、 9"的模式发生 的情况下，由于状态离开下个负荷更新循环处的禁止模式，所以可始 终选择防止两相或更多相的同时切换的表格(仅对于在稳定操作状态 下)。
在实施例6中，从扇区转移后的表格的六种中选择防止两相或更 多相同时切换的表格。然而，依据转移条件，有其中不存在可选择表 格的情形。在本实施例中，通过将扇区变窄到预先预测在稳定操作下 扇区之间转移的扇区，确定转移前的、应该禁止的切换图案(即，当 转移时不能选择表格的这样一种开关状态)，然后避免了禁止图案。 借此，只要装置处于稳定操作，任何扇区转移图案都可防止两相或更 多相的同时切换。 (实施例8)
尽管以次数的最小化给出考虑也防止在扇区间转移的过渡处的同时切换的 方法，但没有清楚地给出涉及共模电压减小的考虑。
例如，当在扇区"i-i"中eo。时(在图9中当输入是it并且输出
是l时)，输入相电压具有R>T>S的关系。因而，鉴于共模电压的 减小，优选的是，选择是中间相的T相"3、 6、 9"的零电压向量。然 而，根据实施例7的禁止模式避免方法，因为不允许"3、 6、 9"包含 在扇区"l-l，，中，所以产生矛盾。作为满足两者的方法，在本实施例中， 在实施例6的方法的基础上，在图13中的表格和图14中的表格中的 图案(P5、 P6)在扇区"1-1，，中包含"3、 6、 9"的模式的情况下，添加 这样一种操作通过反向对称方法，更新在其中双向开关是"3、 6、 9" 的状态下不进行并被跳过，然后当返回到"l、 5、 8"时负荷被更新。
根据本实施例，依据开关的状态，有将跳过一个操作循环的可能 性。因而，与实施例6的方法相比，尽管有其中当负荷被更新时的计 时带来大于或等于一个操作循环且小于两个更新循环的延迟的情形， 但可满足实施例5的共模电压减小和实施例6的在扇区转移的过渡处 防止两相或更多相同时切换的效果。
权利要求
1. 一种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通过虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图案控制每个双向开关，所述方法包括对于合成切换图案，选择零电压向量的切换图案使得一相在任意切换循环中的任何时间不变；和使这种状态更接近两相调制状态。
2. —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虛拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通 过虚拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图 案控制每个双向开关，所述方法包括将在每个基向量的负荷的命令下进行PWM控制的、电流和电压空间向量的负荷脉冲设置为其中两个或多个双向开关不被同时切换 的分配顺序。
3. 根据权利要求2所述的用来创建切换图案的方法，其中 由输入扇区信息确定零电压向量，并且才艮据输入和输出扇区信息的偶数/奇数判断信息确定分配顺序。
4. 根据权利要求2或3所述的用来创建切换图案的方法，其中 在负荷命令的每个更新计时，颠倒负荷命令脉冲的分配顺序。
5. —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通 过虛拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图 案控制每个双向开关，所述方法包括设置零电压向量，使交流-交流直接变换电路的输入相电压(电 源相电压)的中间电压相是基准；和确定零电压向量的切换图案，以借助于划分成十二个的输入空间 向量减小共模电压。
6. —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通 过虛拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图 案控制每个双向开关，所述方法包括当输入电流命令向量在输入侧上的空间向量的扇区之间转移时 或当输出电压命令向量在输出侧上的空间向量的扇区之间转移时，通 过一相进行双向开关的切换，以便防止两相或更多相的同时切换。
7. —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通过虚拟输入变换器和虛拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图案控制每个双向开关，所述方法包括通过使用零电压向量的组合的自由度，根据切换双向开关的过渡 状态改变切换表格，以便防止在扇区间转移时两相或更多相的同时切 换。
8. —种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虛拟输入变换器通过組合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虛拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通 过虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图 案控制每个双向开关，所述方法包括预先将接下来转移的基向量的扇区限制到五个图案，并且然后预 测在稳定操作条件下的五个图案；和在开关的这样一种切换状态之前改变目前图案使得当转移到五 个图案时可防止在两相或更多相处双向开关的同时切换。
9. 一种用来在n相交流-交流直接变换装置中创建切换图案的方 法，其中，虚拟输入变换器通过组合2n个基向量和n个零电压向量 创建切换图案，通过该2n个基向量，相互不同的任意输入相连接到 虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该n个零电压向量，相同相连接 到P侧和N侧上，并且虚拟输出逆变器通过使用包括两个零电压向量 的2+2n种基向量创建切换图案，然后n相交流-交流直接变换装置通 过虚拟输入变换器和虚拟输出逆变器的相应切换图案的合成切换图 案控制每个双向开关，所述方法包括当双向开关在其中当任意负荷在扇区之间被更新的计时处两相 或更多相被同时切换的状态下时，推迟该瞬时负荷的更新；和在下个更新计时处在其中两相或更多相不被同时切换的双向开 关的状态下，进行负荷的更新，以便防止开关的同时切换。
全文摘要
在扇区间转移时双向开关的切换次数被减小，以创建具有降低共模电压的切换图案。参照交流-交流直接变换电路的输入相电压的中间电压相，产生零电压，并且输入空间向量被划分成十二个以确定零电压向量的切换图案。当输入电流命令向量在输入侧上的空间向量的扇区之间转移时，或当输出电压命令向量在输出侧上的空间向量的扇区之间转移时，双向开关对于每一相被切换。零电压向量的组合的自由度被用来改变切换表格。在稳定运行状态下，下个转移目标的空间向量扇区在五个图案内被预测，并且图案被如此改变从而可防止两相或更多相的同时切换。当两相或更多相的同时切换在负荷更新计时处被进行时，负荷更新在该瞬时被推迟，并且在下个不同的切换状态下被进行。
文档编号H02M5/293GK101443992SQ20078001692
公开日2009年5月27日 申请日期2007年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者只野裕吾 申请人:株式会社明电舍