直接型电力转换装置的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及控制直接型电力转换装置的方法。
【背景技术】
[0002] 专利文献1、2W及非专利文献1、2、3中记载了直接型电力转换装置。直接型电力转 换装置具备二极管整流器、逆变器W及充放电电路。
[0003] 二极管整流器对单相交流电压进行全波整流而输出至一对直流电源线（直流链 路)。
[0004] 充放电电路设置于直流链路，具备缓冲电路和升压电路。缓冲电路具有相互串联 地连接于一对直流电源线之间的开关和电容器。电容器通过开关的导通进行放电，向直流 链路输送电力。
[0005] 升压电路对来自二极管整流器的整流电压进行升压而使电容器充电。由此，充放 电电路从直流链路接受电力。逆变器输入直流链路的直流电压，将其转换为交流电压输出。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[000引专利文献1:日本特开2011-193678号公报
[0009] 专利文献2:日本特开2012-135184号公报
[0010] 非专利文献
[OOW 非专利文献1:大沼喜也、伊東淳一、「充電回路玄付加 btア夕テ斗クパッフア付香 単相=相電力変換器。回路構成制御法」、平成22年電気学会全国大会、4-057(2010)(大 沼喜也、伊东淳一、《增加了充电电路的具有活动缓冲区的单相=相电力转换器的电路结构 和控制方法》、2010年电气学会全国大会、4-057(2010))
[001^ 非专利文献2:大沼喜也、伊東淳一、「充電回路玄付加 btア夕テ斗クパッフア付香 単相=相電力変換器。実機検証」、平成22年電気学会産業応用部門大会、1-124(2010)(大 沼喜也、伊东淳一、《增加了充电电路的具有活动缓冲区的单相=相电力转换器的实际验 证》、2010年电气学会产业应用部口大会、1-124(2010))
[0013] 非专利文献3:大沼喜也、伊東淳一、「単相S相変換器吃挺巧6昇圧予3方、°回路 7夕テ斗クパッフ7回路。比較」、平成23年電気学会全国大会、4-042(2011)(大沼喜也、伊 东淳一、《单相=相转换器中的升压斩波电路与活动缓冲电路的比较》、2011年电气学会全 国大会、4-042(2011))
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 但是，运些文献中提出的充放电电路中，为了补偿单相交流电压的脉动成分，要求 大的功率容量。
[0016] 此外，一般来说电解电容器价格便宜，但其容许的纹波电流小。因此上述提出的充 放电电路具有的电容器中，优选采用例如非专利文献3所述的薄膜电容器或层叠陶瓷电容 器。基于该观点，难W低价地构成充放电电路。
[0017] 因此，本发明的目的在于提供一种减少在充放电电路与直流链路之间输送和接受 的电力并减小充放电电路所要求的功率容量的技术。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 本发明的直接型电力转换装置的控制方法是控制如下直接型电力转换装置的方 法，所述直接型电力转换装置具备:第1电源线(LH);第2电源线化L)，其被施加比所述第1电 源线的电位更低的电位;变流器(3)，其具有与单相交流电源（1)连接的输入侧和与所述第1 电源线W及所述第2电源线连接的输出侧，且进行单相全波整流;充放电电路(4)，其设置于 所述第1电源线与所述第2电源线之间；W及逆变器(5)，其将所述第1电源线与所述第2电源 线之间的直流电压转换为交流电压。
[0020] 在该直接型电力转换装置中，所述充放电电路具有:缓冲电路(4a)，其包括电容器 (C4)和第1开关(Sc、D42)，在所述第1电源线与所述第2电源线之间输送和接受电力，所述第 1开关(Sc、D42)相对于所述电容器位于所述第1电源线侧且与所述电容器串联地连接于所 述第1电源线与所述第2电源线之间；W及升压电路(4b)，其对来自所述变流器(3)的整流电 压(化ec)进行升压，使所述电容器充电。
[0021] 并且，所述缓冲电路(4a)在第1期间（Tl)内向所述第1电源线和所述第2电源线输 送电力，所述第1期间(Tl)是将所述单相交流电源（1、2)输出的交流波形理解为该交流波形 的相位角（《 t)的正弦值(sin( O t))时的该相位角（O t)的两倍的值(2 O t)的余弦值(cos (2 Wt))为正的期间，所述缓冲电路(4a)在所述余弦值为负的第2期间（T2)内从所述第1电 源线和所述第2电源线接受电力。
[0022] 在本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第一方式，所述第1开关(Sc、D42) 在所述第1期间内W放电占空比（dc)导通，使所述电容器(C4)放电，所述第1开关(Sc、D42) 在所述第2期间（T2)内不导通(dc = 0)。
[0023] 并且，所述变流器(3) W整流占空比（化ec)导通，在所述第1期间内，所述整流电压 与所述整流占空比的乘积、W及所述电容器的两端电压(Vc)与所述放电占空比的乘积之和 取值为所述单相交流电源的交流电压(Vin)的波高值(Vm)、第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)W 及第2值（Im/Idc)的乘积，在所述第2期间内，所述整流电压与所述整流占空比的乘积取值 为所述单相交流电源的交流电压(Vin)的波高值(Vm)、第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)W及第 2值(Im/Idc)的乘积。
[0024] 此处，所述第1值是从1中减去小于1的正常数化)与所述余弦值(cos(2 COt))的乘 积而得的值的一半。所述第2值是用假想波高值（Im)除W输入至所述逆变器的第2电流 (Idc)而得的值，所述假想波高值(Im)是输入至所述变流器的第l电流(Iin)的有效值的^^2 倍。
[0025] 本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第二方式是在其第一方式中，在所述 第1期间（Tl)内，所述整流占空比（化ec)取所述第2值（Im/Idc)与所述正弦值(Sin(COt))的 绝对值的乘积（（Im/Idc) ? I sin( Ot) I )、W及从1减去所述放电占空比（dc)而得的值（1-dc)中较小的一方。
[0026] 本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第=方式是在其第二方式中，在所述 第2期间（T2)内，所述整流占空比（dree)取如下值:所述第2值（Im/Idc)与所述第I值（（1-k ? cos(2?t))/2)的乘积除W所述正弦值的所述绝对值（|sin( cot) I )而得的值（（Im/ Idc) ? (1-k ? COS(2 to t) )/(2 ? | sin( to t) |)) 〇
[0027] 本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第四方式是在其第二方式中，在所述 第2期间（T2)内，所述整流占空比（dree)取值1，所述第2电流（Idc)取如下值:所述第1电流 的所述假想波高值(Im)与所述第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)的乘积除W所述正弦值的所述 绝对值（|sin( Mt) I)而得的值(Im ? (1-k ? cos(2?t))/(2 ? |sin( Mt) I ))。
[0028] 本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第五方式是在其第四方式中，所述第 2电流(Idc)在所述第1期间(Tl)内取如下值:所述第1电流的所述假想波高值(Im)与所述第 1值（（1-k - cos(2?t))/2)的乘积除W所述相位角（COt)的余弦值的绝对值（Icos(Ot)I) 而得的值(Im ? (1-k ? cos(2?t))/(2 ? |cos( Wt) I ))。
[0029] 例如，采用所述第I电流在所述第I期间与所述第2期间的边界处的取值的绝对值 (ImAT2)的^^2倍作为所述第l电流的所述假想波高值(1111)。
[0030] 或者例如，所述升压电路(4b)具备:二极管(D40)，其具有阴极和连接于所述第1开 关(Sc、D42)与所述电容器(C4)之间的阳极；电抗器(L4)，其连接于所述第1电源线(LH)与所 述阳极之间，流通向所述升压电路输入的电流；W及第2开关(S1、D41)，其连接于所述第2电 源线化U与所述阳极之间。并且，在所述第2期间（T2)内，控制所述升压电路的所述第2开关 而控制流经所述电抗器化4)的电流(il)。
[0031] 发明的效果
[0032] 根据本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第一方式，缓冲电路输送和接受 电力减少，而且缓冲电路所要求的功率容量减小。
[0033] 根据本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第二方式，避免了在逆变器中不 管其输出的电压如何而必定零相电流流通的占空比在计算上为负。
[0034] 根据本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第=方式，逆变器能够使可W转 换电力的期间内的假想直流电压的平均值固定。
[0035] 根据本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第四方面，提高了电压利用率， 并且输入逆变器的电流的最大值减小。
[0036] 根据本发明的直接型电力转换装置的控制方法的第五方式，电压利用率提高。
[0037] 本发明的目的、特征、形式W及优点通过W下的详细说明和附图将更加清楚。
【附图说明】
[0038] 图1是示出应用了实施方式所示的控制方法的直接型电力转换装置的结构的框 图。
[0039] 图2是示出图1所示的电路的等效电路的电路图。
[0040] 图3是示出图1所示的直接型电力转换装置的基础技术中的动作的曲线图。
[0041] 图4是示出图1所示的直接型电力转换装置的第1设定中的动作的曲线图。
[0042] 图5是示出图1所示的直接型电力转换装置的第1设定的修正中的动作的曲线图。
[0043] 图6是示出图1所示的直接型电力转换装置的第2设定中的动作的曲线图。
[0044] 图7是示出图1所示的直接型电力转换装置的第2设定中的动作的曲线图。
[0045] 图8是示出图I所示的直接型电力转换装置的第2设定的修正中的动作的曲线图。
[0046] 图9是示出实施方式所示的用于通过直流电流进行控制的结构的一例的框图。
[0047] 图10是示出直接型电力转换装置中输入功率、电容器的电容量W及纹波电流之间 的关系的曲线图。
[0048] 图11是示出图1所示的直接型电力转换装置的变形的电路图。
【具体实施方式】
[0049] A.直接型电力转换装置的结构
[0050] 图1是示出应用了本实施方式所示的控制方法的直接型电力转换装置的结构的框 图。该直接型电力转换装置具备变流器3、充放电电路4W及逆变器5。
[0051] 变流器3例如经由滤波器2与单相交流电源1连接。滤波器2具备电抗器L2和电容器 C2。电抗器L2设置在单相交流电源1的两个输出端中的一个输出端与变流器3之间。电容器 C2设置在单相交流电源1的两个输出端之间。滤波器2去除电流的高频成分。也可W省略滤 波器2。为了简略，W下省略滤波器2的功能，进行说明。
[0化2]变流器3例如采用二极管桥，且具备二极管D31~D34。二极管D31~D34构成桥电 路，对从单相交流电源1输入的输入电压、即单相交流电压Vin进行单相全波整流而转换为 整流电压化ec，将该整流电压化ec输出至直流电源线LH、LL(它们形成所谓的直流链路)之 间。直流电源线LH被施加比直流电源线LL的电位更高的电位。输入电流Iin从单相交流电源 1流入变流器3。
[0053] 充放电电路4具有缓冲电路4a和升压电路4b。缓冲电路4a包括电容器C4,在直流电 源线LH、LL之间输送和接受电力。升压电路4b对整流电压化ec进行升压，使电容器C4充电。
[0054] 缓冲电路4a还包括与二极管D42逆并联连接的晶体管(此处绝缘栅型双极型晶体 管：W下简称"IGBT")Sc。晶体管Sc相对于电容器C4位于直流电源线LH侧，且与电容器C4串 联连接在直流电源线LH、1X之间。此处逆并联连接是指正向彼此相反地并联连接。具体而 言，晶体管Sc的正向是从直流电源线化向直流电源线LH的方向，二极管D42的正向是