电力转换装置的制作方法

本发明涉及电力转换装置。

背景技术：

在日本特开平8－98542号公报(专利文献1)中，公开了将直流电力转换为交流电力而向负载供给的逆变器的控制方法。在专利文献1中，在逆变器的输出电路的负载电流检测电路设置电流限制电路。将经由电流限制电路检测到的负载电流检测值和基于基准电压生成的无负载电流指令相加，生成电流瞬时值控制信号。并且，对该电流瞬时值控制信号加上逆变器的输出电流的反馈信号，生成电流控制信号。进而，将基于上述基准电压生成的电压瞬时值控制信号及电压平均值控制信号构成的电压控制信号与基于来自电流限制电路的限制动作信号而变化的电压信号产生器的输出信号相乘，生成电压控制信号。将上述两个电流控制信号与电压控制信号的和，作为对pwm(脉冲宽度调制)控制电路的控制信号。

在专利文献1中，在逆变器的输出电路中检测到过电流的情况下，按照来自电流限制电路的限制动作信号，将来自电压信号产生器的信号电平设为0。即，将向pwm控制电路输入的控制信号设为仅上述两个电流控制信号。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8－98542号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

根据上述专利文献1所记载的控制方法，在检测到过电流的情况下，由于电压控制信号的信号电平瞬时成为0，所以逆变器作为电流源动作。结果，将逆变器的输出电流抑制为电流限制电路的限制值。如果限制动作再次解除，则电压控制信号是顺序的电平信号，所以逆变器以缓冲启动(cushionstart)控制电压。由此，即使产生过电流，逆变器也不会停止，能够继续运转。

但是，另一方面，在上述控制方法中，由于在检测到过电流的情况下，瞬时地将电压控制量设为0，所以使电压控制瞬时停止。结果，有可能在逆变器的输出电压中产生畸变。

本发明是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的是提供一种能够不产生过电流而稳定地持续运转的电力转换装置。

用来解决课题的手段

根据本发明的一个技术方案，电力转换装置具备：逆变器，具有开关元件，将直流电力转换为交流电力；第1电流检测器，检测逆变器的输出电流；第2电流检测器，检测从逆变器向负载流动的负载电流；以及控制装置，控制逆变器，以使得由第1电流检测器检测出的输出电流追随电流指令值。控制装置构成为，计算电流指令值与由第1电流检测器检测出的输出电流的电流偏差，以计算出的电流偏差成为电流偏差指令值以下的方式控制开关元件的通断。控制装置对于负载电流设置比过电流电平小的电流限制。控制装置在由第2电流检测器检测出的负载电流比电流限制大时，与负载电流比电流限制小时相比，使电流偏差指令值减小。

发明效果

根据本发明，能够提供能够不产生过电流而稳定地持续运转的电力转换装置。

附图说明

图1是有关本发明的实施方式1的电力转换装置的概略结构图。

图2是用来说明有关实施方式1的电力转换装置的动作的图。

图3是用来说明有关实施方式1的电力转换装置的动作的图。

图4是用来说明图1所示的电流偏差指令生成电路的第1动作例的图。

图5是用来说明图1所示的电流偏差指令生成电路的第2动作例的图。

图6是有关本发明的实施方式2的电力转换装置的概略结构图。

图7是有关实施方式2的电力转换装置能够输出的空间向量图。

图8是表示由通断顺序逻辑电路使用的电压向量选择表的一例的图。

图9是表示图6所示的顺序起动电路的结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，对于图中的相同或相当的部分赋予相同的标号而不重复其说明。

[实施方式1]

图1是有关本发明的实施方式1的电力转换装置的概略结构图。有关本实施方式的电力转换装置构成为，在直流电力及三相交流电力(u相电力、v相电力、w相电力)之间进行电力转换。

参照图1，电力转换装置100具备直流端子p、n、交流端子u、v、w、直流滤波电容器1、逆变器2、电抗器3、ac电容器4、电流检测器5、7、电压检测器6和控制装置20。

直流端子p(高电位侧直流端子)及直流端子n(低电位侧直流端子)从未图示的直流电源接收直流电力。在直流端子p连接直流正母线pl，在直流端子n连接直流负母线nl。直流滤波电容器1连接于直流端子p及直流端子n之间。在交流端子u、v、w连接未图示的负载。交流端子u是u相端子，交流端子v是v相端子，交流端子w是w相端子。

逆变器2将来自直流滤波电容器1的直流电力转换为三相交流电力。从逆变器2输出的三相交流电力经由交流端子u、v、w向未图示的负载供给。逆变器2具有电力用半导体开关元件(以下，也单称作“开关元件”)q1～q6。

开关元件q1、q2串联连接在直流正母线pl及直流负母线nl之间，构成u相臂。开关元件q3、q4串联连接在直流正母线pl及直流负母线nl之间，构成v相臂。开关元件q5、q6串联连接在直流正母线pl及直流负母线nl之间，构成w相臂。

另外，在图1中，作为开关元件而使用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)，但可以使用mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应管)等任意的自灭弧型的开关元件。在开关元件q1～q6分别逆并联地连接着二极管d1～d6。二极管d1～d6分别是为了在对应的开关元件断开时流过续流(freewheel)电流而设置的。在开关元件是mosfet的情况下，续流二极管由寄生二极管(体二极管)构成。在开关元件是不内置二极管的igbt的情况下，续流二极管由与igbt逆并联地连接的二极管构成。

电抗器3及ac电容器4构成滤波电路，将从逆变器2产生的高频谐波成分除去。电抗器3的一端连接于对应的相臂的2个开关元件的连接点。电抗器3的另一端与对应的相的交流端子连接。ac电容器4连接于各相间。

电流检测器5检测从逆变器2输出的三相交流电流(以下也称作输出电流)iu、iv、iw，将检测值发给控制装置20。电流检测器7检测从交流端子u、v、w向负载供给的三相交流电流(以下也称作负载电流)ilu、ilv、ilw，将检测值发给控制装置20。电压检测器6检测三相交流电压(u相电压vu、v相电压vv、w相电压vw)，将检测值发给控制装置20。

控制装置20对构成逆变器2的开关元件q1～q6的通断进行控制。控制装置20生成用来使开关元件q1～q6接通断开的控制信号(栅极信号)，将生成的控制信号向逆变器2输出。控制装置20主要由cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、存储器及接口电路等实现。

在本实施方式中，控制装置20通过电流瞬时值控制方式生成控制信号。具体而言，控制装置20具有乘法器8u、8v、8w、减法器9u、9v、9w、滞后比较器10u、10v、10w、逻辑电路11、栅极电路12和电流偏差指令生成电路13。

乘法器8u通过对由电压检测器6检测到的u相电压vu乘以与预先设定的有效电流指令值ip*对应的增益，生成u相电流指令值iu*。有效电流指令值ip*是由逆变器2得到的输出有效电流指令值。有效电流指令值ip*的权重考虑电压检测器6的增益而决定。乘法器8v通过对由电压检测器6检测到的v相电压vv乘以与有效电流指令值ip*对应的增益，生成v相电流指令值iv*。乘法器8w通过对由电压检测器6检测到的w相电压vw乘以与有效电流指令值ip*对应的增益，生成w相电流指令值iw*。

减法器9u计算u相电流指令值iu*与由电流检测器5检测到的u相电流iu的电流偏差δiu。减法器9v计算v相电流指令值iv*与由电流检测器5检测到的v相电流iv的电流偏差δiv。减法器9w计算w相电流指令值iw*与由电流检测器5检测到的w相电流iw的电流偏差δiw。

电流偏差指令生成电路13基于由电流检测器7检测到的负载电流il(ilu、ilv、ilw)，生成电流偏差指令值δi*(u相电流偏差指令值δiu*、v相电流偏差指令值δiv*、w相电流偏差指令值δiw*)。

滞后比较器10u从减法器9u接收u相电流偏差δiu，从电流偏差指令生成电路13接收u相电流偏差指令值δiu*。滞后比较器10u将u相电流偏差δiu与u相电流偏差指令值δiu*比较，输出表示比较结果的信号。具体而言，如果u相电流偏差δiu超过u相电流偏差指令值δiu*，则滞后比较器10u将输出信号的逻辑值从“0”变更为“1”。如果u相电流偏差δiu低于u相电流偏差指令值δiu*，则滞后比较器10u将输出信号的逻辑值从“1”变更为“0”。滞后比较器10u的输出信号对应于pwm信号uo。

滞后比较器10v从减法器9v接收v相电流偏差δiv，从电流偏差指令生成电路13接收v相电流偏差指令值δiv*。滞后比较器10v将v相电流偏差δiv与v相电流偏差指令值δiv*比较，输出表示比较结果的信号。具体而言，如果v相电流偏差δiv超过v相电流偏差指令值δiv*，则滞后比较器10v将输出信号的逻辑值从“0”变更为“1”。如果v相电流偏差δiv低于v相电流偏差指令值δiv*，则滞后比较器10v将输出信号的逻辑值从“1”变更为“0”。滞后比较器10v的输出信号对应于pwm信号vo。

滞后比较器10w从减法器9w接收w相电流偏差δiw，从电流偏差指令生成电路13接收w相电流偏差指令值δiw*。滞后比较器10w将w相电流偏差δiw与w相电流偏差指令值δiw*比较，输出表示比较结果的信号。具体而言，如果w相电流偏差δiw超过w相电流偏差指令值δiw*，则滞后比较器10w将输出信号的逻辑值从“0”变更为“1”。如果w相电流偏差δiw低于w相电流偏差指令值δiw*，则滞后比较器10w将输出信号的逻辑值从“1”变更为“0”。滞后比较器10w的输出信号对应于pwm信号wo。

从滞后比较器10u、10v、10w输出的pwm信号uo、vo、wo向逻辑电路输入。逻辑电路通过对pwm信号uo、vo、wo及其逻辑反转信号施以规定的接通延迟处理，生成用来对逆变器2的开关元件q1～q6的通断进行控制的控制信号。由逻辑电路生成的控制信号经由栅极电路向对应的逆变器2的开关元件的栅极施加。

图2是用来说明有关实施方式1的电力转换装置100的动作的图。在图2中以u相为例说明电力转换装置100的动作，但关于v相及w相也是相同的。

在图2的上段，单点划线表示正弦波的电流指令值iu*。虚线表示在电流指令值iu*的上下分别设置的滞环(hysteresisband)。滞环具有电流偏差指令值δiu*的1/2的大小。实线表示逆变器2的输出电流iu。图2的下段表示滞后比较器10u的输出信号。

如果输出电流iu向正方向变化而达到电流指令值(iu*+δiu*/2)，则滞后比较器10u的输出信号成为逻辑值“0”。逻辑值“0”的输出信号将逆变器2的负侧的开关元件接通。由此，在交流负载上施加负电压，所以输出电流iu向负方向变化。

如果电流iu向负方向变化而达到电流指令值(iu*－δiu*/2)，则滞后比较器10u的输出信号成为逻辑值“1”。逻辑值“1”的输出信号将逆变器2的正侧的开关元件接通。由此，在交流负载上施加正电压，所以电流iu向正方向变化。这样，以使电流iu相对于电流指令值iu*控制在±δiu*/2的滞环中的方式控制开关元件的通断。

由于逆变器2的增益大致是无限大，所以能得到高速的电流控制响应。但是，由于逆变器2的增益大致是无限大，所以需要用来限制通断频率的滞环。最大通断频率由交流负载的泄漏阻抗、直流电压、开关元件的通断速度及滞环等决定。

如以上说明，控制装置20使用电流瞬时值控制方式进行电流控制，以使得高速地追随三相电流指令值iu*、iv*、iw*。但是，在交流电压等产生了异常的情况下，有时电流控制响应延迟。结果，有可能产生过电流而不能够继续电力转换装置100的运转。

所以，在实施方式1中，对负载电流的电流限制illim设定比负载电流的过电流电平小的电流值。并且，如果负载电流增大而达到电流限制illim，则控制装置20使滞环减小。

具体而言，电流偏差指令生成电路13在由电流检测器7得到的负载电流il的检测值比电流限制illim高时，与该检测值不到电流限制illim的情况相比，使电流偏差指令值δi*减小。

图3是用来说明有关实施方式1的电力转换装置100的动作的图，是与图2对比的图。在图3中以u相为例说明电力转换装置100的动作，但关于v相及w相也是相同的。

图3表示在负载电流il比电流限制illim高的情况下的电流控制。在图3的上段，单点划线表示正弦波的电流指令值iu*。虚线表示在电流指令值iu*的上下分别设置的滞环。实线表示逆变器2的输出电流iu。图3的下段表示滞后比较器10u的输出信号。

由于滞环具有δiu*/2的大小，所以如果减小电流偏差指令值δiu*，则滞环减小。以将电流iu控制在减小后的滞环中的方式对开关元件的通断进行控制。

在图3中，通过使滞环减小，与图2相比，输出电流iu进一步追随电流指令值iu*。由此，输出电流iu的纹波变小，所以负载电流il变得比电流限制illim小。

这样，预先设定具有比负载电流的过电流电平低的电流值的电流限制illim，当负载电流达到了电流限制illim时，在电流瞬时值控制中，提高电流指令值iu*的追随性。由此，能够将过电流的产生防止于未然，所以能够继续电力转换装置100的运转。

但是，将图2与图3对比可知，通过使滞环减小，能够提高控制响应，另一方面，开关元件的通断频率变高。因此，在逆变器2处产生的功率损耗(通断损耗)增加。因而，优选的是，在负载电流il不到电流限制illim的情况下，以成为根据通断损耗等观点决定出的适当的通断频率的方式决定滞环，当负载电流il达到电流限制illim时，暂时地使滞环减小。

图4是用来说明图1所示的电流偏差指令生成电路13的第1动作例的图。图4是表示电流偏差指令值δi*与负载电流il的关系的图。图4的横轴表示负载电流il，纵轴表示电流偏差指令值δi*。

如图4所示，当负载电流il为电流限制illim以下时，将电流偏差指令值δi*设定为i1。另一方面，当负载电流il比电流限制illim高时，将电流偏差指令值δi*设定为i2。i2设定为比i1小的值。在图4的例子中，设定为i2＝0。

另外，在图4的例子中，设为根据负载电流il使电流偏差指令值δi*以i1及i2的两个阶段变化的结构，但也可以使其以3个阶段以上变化。在此情况下，如果负载电流il比电流限制illim高，则电流偏差指令值δi*根据负载电流il而从i1朝向0离散地变化。

或者，也可以在负载电流il比电流限制illim高时，根据负载电流il使电流偏差指令值δi*连续地变化。图5是用来说明图1所示的电流偏差指令生成电路13的第2动作例的图。图5是表示电流偏差指令值δi*与负载电流il的关系的图。图5的横轴表示负载电流il，纵轴表示电流偏差指令值δi*。

如图5所示，当负载电流il为电流限制illim以下时，将电流偏差指令值δi*设定为i1。另一方面，如果负载电流il变得比电流限制illim高，则随着负载电流il变高而减小电流偏差指令值δi*。由此，负载电流il比电流限制illim高时的电流偏差指令值δi*与负载电流il比电流限制illim低时的电流偏差指令值δi*相比变小。

另外，在图5的例子中，设为电流偏差指令值δi*根据负载电流il而线性地变化的结构，但只要是连续的变化即可，变化的形态并不限定于此。

表示图4或图5所示的关系的数据可以预先存储在控制装置20内部的存储器中。电流偏差指令生成电路13通过参照该数据，能够基于由电流检测器7检测到的负载电流il生成电流偏差指令值δi*。另外，数据的形式既可以是表，也可以是函数。

如以上说明，根据有关本发明的实施方式1的电力转换装置，预先设定具有比负载电流的过电流电平低的电流值的电流限制，当负载电流达到了电流限制时，使电流瞬时值控制中的电流偏差指令值δi*减小。由此，当负载电流达到了电流限制时，能够提高逆变器的输出电流对电流指令值iu*的追随性。

此外，在有关实施方式1的电力转换装置中，由于调整电流瞬时值控制中的电流偏差指令值，所以与使电压控制瞬时停止的专利文献1不同，能够抑制在逆变器的输出电压中产生畸变。结果，能够不产生过电流而稳定地继续电力转换装置的运转。

[实施方式2]

在实施方式2中，对电流瞬时值控制方式的电力转换装置的其他结构例进行说明。图6是有关本发明的实施方式2的电力转换装置100的概略结构图。参照图6，有关实施方式2的电力转换装置100与图1所示的有关实施方式1的电力转换装置100相比，控制装置20的结构不同。关于有关实施方式2的电力转换装置100的控制装置20以外的结构，与图1所示的结构相同，所以省略说明。

有关实施方式2的控制装置20代替在实施方式1中示出的滞后比较器10u、10v、10w而具有向量角运算电路14、通断顺序逻辑电路15及顺序起动电路16。

向量角运算电路14接收来自减法器9u、9v、9w的电流偏差δiu、δiv、δiw。向量角运算电路14计算电流偏差向量δi的角度θδi。

通断顺序逻辑电路15基于从向量角运算电路14输出的电流偏差向量角θδi及来自顺序起动电路16的顺序起动信号seq，生成各相的通断指令向量sw(＝swu，swv，sww)。

顺序起动电路16基于来自减法器9u、9v、9w的电流偏差δiu、δiv、δiw、当前从通断顺序逻辑电路15输出中的通断指令向量sw、以及由电流检测器7检测到的负载电流ilu、ilv、ilw，向通断顺序逻辑电路15输出顺序起动信号seq。

逻辑电路11基于从通断顺序逻辑电路15给出的通断指令向量sw，生成逆变器2的开关元件的控制信号。由逻辑电路11生成的控制信号经由栅极电路12发给逆变器2的开关元件的栅极。

图7是有关实施方式2的电力转换装置能够输出的空间向量图。图7所示的向量图是将电力转换装置能够输出的交流电压用8种空间向量v0～v7表示的图。

空间向量v0是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(0，0，0)的空间电压向量。空间向量v1是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(1，0，0)的空间电压向量。空间向量v2是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(1，1，0)的空间电压向量。空间向量v3是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(0，1，0)的空间电压向量。空间向量v4是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(0，1，1)的空间电压向量。空间向量v5是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(0，0，1)的空间电压向量。空间向量v6是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(1，0，1)的空间电压向量。空间向量v7是通断指令向量(swu，swv，sww)＝(1，1，1)的空间电压向量。

通断顺序逻辑电路15在来自顺序起动电路16的顺序起动信号seq成为“1”的情况下，基于当前的电流偏差向量角θδi和当前输出中的空间向量，将通断指令向量sw＝(swu，swv，sww)更新。

作为更新后的通断指令向量sw，从8种空间向量v0～v7之中，基于电流偏差向量角θδi和当前输出中的空间电压向量，选择能够使电流偏差δi减小的电压向量。

图8是表示由通断顺序逻辑电路15使用的电压向量选择表的一例的图。通断顺序逻辑电路15具有用来存储选择表的存储电路(未图示)。

通断顺序逻辑电路15使用电压向量选择表，根据电流偏差向量角θδi及当前输出中的空间电压向量，选择下次应输出的空间电压向量。

图9是表示图6所示的顺序起动电路16的结构例的图。参照图9，顺序起动电路16具有电流偏差向量运算电路30、乘法器32、通断频率运算电路34、减法器36、电流偏差指令运算电路38和比较器40。

如果从减法器9u、9v、9w接收到电流偏差δiu、δiv、δiw，则电流偏差向量运算电路30计算电流偏差的绝对值|δi|。电流偏差的绝对值|δi|向比较器40输入。

乘法器32使逆变器2的输出频率指令值f*成为n(n为1以上的整数)倍。

通断频率运算电路34接收从通断顺序逻辑电路15输出的通断指令向量sw。通断频率运算电路34基于通断指令向量sw，计算通断频率fsw。

减法器36计算通断频率fsw相对于频率指令值f*的n倍的偏差f*×n－fsw。计算出的偏差发给电流偏差指令运算电路38。

电流偏差指令运算电路38通过对偏差f*×n－fsw进行pi(比例积分)运算，计算电流偏差指令值δi*。计算出的电流偏差指令值δi*向比较器40输入。

比较器40将电流偏差的绝对值|δi|与电流偏差指令值δi*比较。在电流偏差的绝对值|δi|比电流偏差指令值δi*大的情况下，作为比较器40的输出信号的顺序起动信号seq成为逻辑值“1”。顺序起动信号seq在一系列的通断顺序完成后，清空为逻辑值“0”。

根据上述结构，执行反馈控制以使偏差f*×n－fsw成为0。即，通断指令向量sw以成为输出频率指令值f*的n倍的频率的方式动作。比较器40的输入信号的偏差(|δi|－δi*)以输出频率指令值f*的n倍的频率变化。

在实施方式2中，与实施方式1同样地，将比负载电流的过电流电平小的电流值设定为负载电流的电流限制illim。如果由电流检测器7得到的负载电流il的检测值增大而达到电流限制illim，则与该检测值不到电流限制illim的情况相比，电流偏差指令运算电路38使电流偏差指令值δi*减小。

具体而言，电流偏差指令运算电路38在负载电流il不到电流限制illim的情况下，将通过对偏差f*×n－fsw进行pi(比例积分)运算而计算出的电流偏差指令值δi*向比较器40输出。另一方面，在负载电流il比电流限制illim高的情况下，电流偏差指令运算电路38按照图4或图5所示的关系，根据负载电流il使电流偏差指令值δi*变化。由此，当负载电流il达到了电流限制illim时，能够提高逆变器2的输出电流对电流指令值i*的追随性。由此，能够将过电流的产生防止于未然，所以能够继续电力转换装置100的运转。

如以上说明，有关本发明的实施方式2的电力转换装置，也能够得到与有关实施方式1的电力转换装置同样的作用效果。

此次公开的实施方式是例示，不是仅限定于上述内容。本发明的范围由权利要求书表示，意味着包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。

标号说明

1直流滤波电容器；2逆变器；3电抗器；4电容器；5、7电流检测器；6电压检测器；8u、8v、8w乘法器；9u、9v、9w减法器；10u、10v、10w滞后比较器；11逻辑电路；12栅极电路；13电流偏差指令生成电路；14向量角运算电路；15通断顺序逻辑电路；16顺序起动电路；20控制装置；30电流偏差向量运算电路；34通断频率运算电路；38电流偏差指令运算电路；40比较器；100电力转换装置；q1～q6开关元件；d1～d6二极管；pl直流正母线；nl直流负母线；sw通断指令向量；seq顺序起动信号；illim电流限制；il、ilu、ilv、ilw负载电流；iu、iv、iw输出电流；iu*、iv*、iw*电流指令值；δi、δiu、δiv、δiw电流偏差；δi*、δiu*、δiv*、δiw*电流偏差指令值。