專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流電壓變換成可變頻率/可變電壓的交流電壓的電力變換裝置，特別涉及具備轉(zhuǎn)換器和輸入其直流輸出電壓并變換成可變頻率/可變電壓的交流的逆變器的交流-交流電力變換裝置。
背景技術(shù)：
在該種電力變換裝置中，由于在逆變器的輸入電壓中包含起因于
轉(zhuǎn)換器的整流的整流波動(dòng)(ripple)，所以在逆變器與其負(fù)載中流過過大的電流，而有時(shí)發(fā)生導(dǎo)致逆變器的換流失敗或破損的跳動(dòng)(beat)現(xiàn)象。以往為了抑制這樣的逆變器的跳動(dòng)現(xiàn)象，提出了各種提案。
在其中一個(gè)提案中，設(shè)置對(duì)起因于上述轉(zhuǎn)換器的整流的逆變器的直流側(cè)的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)的脈動(dòng)檢測(cè)單元，并根據(jù)由此檢測(cè)的脈動(dòng)來調(diào)整逆變器的輸出電壓的相位、頻率(參照專利文獻(xiàn)l)。
在專利文獻(xiàn)l的電力變換裝置中，通過所檢測(cè)的直流輸入電壓的脈動(dòng)率來計(jì)算出逆變器頻率校正量，并根據(jù)直流輸入電壓的脈動(dòng)來調(diào)整逆變器頻率，從而可以降低電流的樂》動(dòng)、扭矩脈動(dòng)。
但是，在這樣的手法中，由于是根據(jù)直流輸入電壓的脈動(dòng)來調(diào)整逆變器頻率的所謂前饋性補(bǔ)償，并且該跳動(dòng)現(xiàn)象是由于電動(dòng)機(jī)以頻率性地成為低阻抗而發(fā)生的，所以阻抗有時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的個(gè)體差、依賴于溫度的電阻值的變化而產(chǎn)生扭矩脈動(dòng)，而難以進(jìn)行最佳的調(diào)整。另外，直流側(cè)的脈動(dòng)分量由于電力變換器的效率、功率因數(shù)而與交流側(cè)的脈動(dòng)分量的相位不同，所以在使用直流側(cè)的脈動(dòng)分量時(shí)需要進(jìn)行使檢測(cè)的脈動(dòng)分量的相位前進(jìn)等相位補(bǔ)償。
另一方面，在利用以與輸入給逆變器的直流輸入電壓的脈動(dòng)相同的頻率進(jìn)行脈動(dòng)的輸出電壓相位角補(bǔ)償量來校正輸出電壓相位角的電力變換裝置中，求出與電動(dòng)機(jī)的扭矩相應(yīng)的狀態(tài)量，對(duì)與直流輸入 電壓的脈動(dòng)相同的頻率進(jìn)行積分而生成基準(zhǔn)相位，運(yùn)算出相對(duì)與電動(dòng) 機(jī)的扭矩相應(yīng)的狀態(tài)量的基準(zhǔn)相位的正弦波量與余弦波量，從而根據(jù)
上述正弦波量、余弦波量以及基準(zhǔn)相位來生成輸出電壓相位角補(bǔ)償量
(參照專利文獻(xiàn)2)。
但是，在上述專利文獻(xiàn)2中，通過電流檢測(cè)器來檢測(cè)相電流，并 使用Q軸電流的脈動(dòng)，從而需要Sin波運(yùn)算器、Cos波運(yùn)算器、包括 過零檢測(cè)部等的分量分離運(yùn)算部、多個(gè)積分器、以及基準(zhǔn)正弦波運(yùn)算 部等，所以控制系統(tǒng)變得非常復(fù)雜。因此，為了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，必需提 高控制系統(tǒng)的用于處理軟件的微型計(jì)算機(jī)的能力，并且，Sin波運(yùn)算 器、Cos波運(yùn)算器、以及基準(zhǔn)正弦波運(yùn)算部等為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)正弦波， 而需要縮短微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時(shí)間、即需要高速處理。為此，在專利 文獻(xiàn)2中，需要增加軟件的容量且需要微型計(jì)算機(jī)的高速性能，所以 存在用于實(shí)現(xiàn)專利文獻(xiàn)2的微型計(jì)算機(jī)的成本非常高這樣的問題。
專利文獻(xiàn)l:日本特公平7 - 46918號(hào)(圖1)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-248450號(hào)(圖1、圖2、 [0016~ [0018)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在逆變器的跳動(dòng)現(xiàn)象的抑制中，抑制電力變換器的交流側(cè) 的脈動(dòng)是本來的目的。
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能電力變換裝置，通過檢測(cè)電力 變換器的交流電力的脈動(dòng)，可以抑制逆變器的跳動(dòng)現(xiàn)象。
另外，本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種簡單且低成本的電力變換 裝置，無需相位校正，且無需對(duì)電力變換器的直流電壓的脈動(dòng)分量進(jìn) 行檢測(cè)的單元等。
本發(fā)明的電力變換裝置具備第一電力變換器，將交流變換成直 流；第二電力變換器，將由上述第一電力變換器變換的直流變換成任 意頻率的交流；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)上述第二電力變換器的輸出電流；脈動(dòng)檢測(cè)單元，從第二電力變換器的交流側(cè)電氣量的至少一個(gè)的脈動(dòng)
分量中檢測(cè)與上述第一電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量； 電壓校正單元，根據(jù)從上述脈動(dòng)檢測(cè)單元得到的脈動(dòng)分量，輸出校正 上述第二電力變換器應(yīng)輸出的電壓的相位、頻率、振幅、脈沖位置中 的至少某一個(gè)的校正量；以及電壓控制單元，根據(jù)從上述電壓校正單 元得到的校正量，輸出上述第二電力變換器應(yīng)輸出的電壓指令，上述 第二電力變換器根據(jù)從上述電壓控制單元得到的電壓指令，將直流變 換成交流。
根據(jù)本發(fā)明，通過對(duì)電力變換器的交流電力、交流電壓的本來希 望抑制的交流側(cè)的脈動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，可以在電動(dòng)機(jī)的速度和輸出、電動(dòng) 機(jī)的常數(shù)的偏差等廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，抑制電動(dòng)機(jī)電流脈動(dòng)、扭矩脈 動(dòng)。另外，由于與以往技術(shù)相比更易于調(diào)整，所以可以縮短調(diào)整中所 需的時(shí)間，且也不需要電壓檢測(cè)器，所以可以實(shí)現(xiàn)低成本化、控制結(jié) 構(gòu)的簡化。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖2是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的脈動(dòng)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電壓校正單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶通濾波器的結(jié)構(gòu)圖。 圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的帶通濾波器的頻率下的增益特
性、相位特性的一個(gè)例子的圖。
圖6示出用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置的動(dòng)作的
主要的常數(shù)的波形圖。
圖7是示出用于確認(rèn)本發(fā)明的實(shí)施方式1的效果的仿真的扭矩波
形的圖。
圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的脈動(dòng)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
7圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖12是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式4的脈動(dòng)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖14是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的脈動(dòng)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖16是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的脈動(dòng)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖17是示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。 圖18是示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的電壓控制單元的結(jié)構(gòu)圖。 圖19是詳細(xì)示出本發(fā)明的實(shí)施方式7的開關(guān)模式發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖20是示出本發(fā)明的實(shí)施方式8的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的電力變換裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖l是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖， 在圖中，8是單相交流電源，1是將來自上述交流電源8的交流變換 成直流的第一電力變換器。2是將由上述第一電力變換器1變換的直 流變換成任意頻率的交流的第二電力變換器，是應(yīng)用了可變電壓可變 頻率(VVVF)控制或恒定電壓可變頻率(CVVF)控制的逆變器，3 是作為交流旋轉(zhuǎn)機(jī)的感應(yīng)電機(jī)，從第二電力變換器2施加三相的電壓。
另外，第一電力變換器1是使用了從交流電源8例如使用二極管 整流電路或橋式整流電路的他勵(lì)式整流電路、或者帶有PWM (Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)控制的轉(zhuǎn)換器等自勵(lì)式整流電路 的公知的整流電路單元。
另外，交流側(cè)的電流檢測(cè)單元4a、 4b、 4c對(duì)在上述感應(yīng)電機(jī)3 中發(fā)生的相電流hi、 iv、 iw進(jìn)行檢測(cè)。在圖l中，作為交流側(cè)的電流 檢測(cè)單元4,例示出利用CT等對(duì)連接第二電力變換器2與感應(yīng)電機(jī)3 的結(jié)線中流過的電流進(jìn)行檢測(cè)的部件，但也可以是其他公知的手法、例如使用母線電流等第二電力變換器2內(nèi)部中流過的電流來檢測(cè)相電 流。另外，由于iu + iv + iw = 0的關(guān)系成立，所以通過才艮據(jù) U、 V這兩 相的檢測(cè)電流來求出w相的電流，還可以省略w相的電流檢測(cè)單元 4c。
5是通過運(yùn)算交流旋轉(zhuǎn)機(jī)的例如有效電力，而對(duì)包含在該有效電 力中的與第一電力變換器l將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢 測(cè)的脈動(dòng)檢測(cè)單元，6是根據(jù)從上述脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量 來輸出校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的電壓的頻率的校正量的電壓校 正單元。7是根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d、任意的角頻 率(0、從輸出電壓校正單元6得到的校正量F一BEET來輸出應(yīng)輸出給 第二電力變換器2的電壓指令的電壓控制單元。
圖2示出了對(duì)與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng) 量進(jìn)行檢測(cè)的脈動(dòng)檢測(cè)單元5的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在圖2中，脈動(dòng)檢測(cè)單元 5大致由有效電力運(yùn)算單元10與帶通濾波器9構(gòu)成，在有效電力運(yùn)算 單元10中，對(duì)由電流檢測(cè)單元4檢測(cè)的相電流iu、 iv、 iw、與作為電 壓控制單元7的輸出的電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw頭(在后面詳細(xì)敘述) 這兩者進(jìn)行乘法運(yùn)算。即，在乘法器12c中對(duì)VW與iu進(jìn)行乘法運(yùn)算， 在乘法器12b中對(duì)Vvw與iv進(jìn)行乘法運(yùn)算，在乘法器12a中對(duì)Vw* 與iw進(jìn)行乘法運(yùn)算，并在加法器13中對(duì)各自的值進(jìn)行加法運(yùn)算，從 而計(jì)算出有效電力P。即，可以通過圖2的有效電力運(yùn)算單元10實(shí)施 下式。
i> = Fa*xi'u + Kv*:xi'v(1)
在作為有效電力運(yùn)算單元10的輸出的有效電力P中，包含起因 于與第一電力變換器l將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng)機(jī)電流 的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量。
另外，圖2的帶通濾波器9僅抽出包含在上述有效電力P中的 與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量即整流波動(dòng)頻 率。在交流電源8是單相交流電源時(shí)，在日本國內(nèi)，單相交流電源的 頻率是60Hz或50Hz。因此，與第一電力變換器l將交流變換成直流
9相伴的脈動(dòng)量成為作為單相交流電源的頻率的兩倍的120Hz或 100Hz。在本實(shí)施方式中，假設(shè)單相交流電源的頻率為60Hz，將圖4 那樣的高通濾波器(HPF) 18與低通濾波器(LPF) 19組合而構(gòu)成了 帶通濾波器9。為了以120Hz為中心，將高通濾波器18的時(shí)間常數(shù) 1\以及低通濾波器19的時(shí)間常數(shù)12設(shè)定成60Hz以及180Hz。即， 如式(2 )設(shè)定時(shí)間常數(shù)T！以及T2。 r, 1
2;r-60
r2=~L_ (2)
2;r.180
在本實(shí)施方式中，例示出由圖4所示那樣的高通濾波器(HPF)
18與低通濾波器(LPF) 19來組合帶通濾波器9的例子，但即使通過 式(2)的時(shí)間常數(shù)，如式(3)所示使用拉普拉斯算子s，用一個(gè)函
數(shù)BPF來表示，也可以得到同樣的效果。
0.002653 s ,.
評(píng)=-,——■- (3J
0.000002345 s2 + 0.003537 s+1
在圖5中，作為一個(gè)例子，示出了通過式(2)的時(shí)間常數(shù)構(gòu)成 了圖4的帶通濾波器9時(shí)的頻率下的增益特性以及相位特性(一般還 稱為伯德圖)。從圖5所示的特性，可知是以120Hz為中心的增益特 性。因此，帶通濾波器9可以抽出作為與第一電力變換器1將交流變 換成直流相伴的脈動(dòng)量的120Hz分量，輸出脈動(dòng)分量P—BEET。
返回圖1，電壓校正單元6根據(jù)如上所述從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到 的脈動(dòng)分量P一BEET計(jì)算出校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的電壓的頻 率的校正量。即，如圖3所示的電壓校正單元6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個(gè)例 子所示，電壓校正單元6為了使從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量 P一BEET成為零，而由減法器14以及PI(比例積分)^t制器15構(gòu)成。 減法器14從零減去脈動(dòng)分量P一BEET，并將其值輸入給PI控制器15。 具體而言，可以進(jìn)行控制，以在將PI控制器15的輸出設(shè)為F—BEET 時(shí)，電壓校正單元6進(jìn)行通過式(4)表示的運(yùn)算，從而使脈動(dòng)分量 P一BEET成為零。另外，kb表示比例增益，(Ob表示積分增益。
尸朋五r"Ji + ^l(o-p—aB￡T) (4)
一 、 J
10此處，kb是決定該P(yáng)I控制器的響應(yīng)的重要的控制響應(yīng)，在如上 所述單相交流電源的頻率是60Hz時(shí)，脈動(dòng)分量P一BEET成為120Hz， 所以為了在PI控制器中抑制120Hz的脈動(dòng)，需要設(shè)定比120Hz充分 高的例如10倍左右的響應(yīng)。在本實(shí)施方式中，通過設(shè)定kb = 2xjTXl20xl0 = 3770rad/sec的響應(yīng)，得到本實(shí)施方式的效果。
接下來，電壓控制單元7根據(jù)從上述電壓校正單元6得到的校正 量F—BEET，根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d、任意的角頻率 co,計(jì)算出應(yīng)輸出給第二電力變換器2的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。另外，對(duì)于任意的角頻率w，既可以使用在感應(yīng)電機(jī)3中安裝 速度傳感器而得到的速度信息，或者在進(jìn)行速度控制那樣的系統(tǒng)中由
于有速度指令0)*所以也可以將速度指令00*設(shè)為角頻率(0。另外，當(dāng)
然也可以將通過未安裝速度傳感器的無速度傳感器控制運(yùn)算的速度 推測(cè)值設(shè)為任意的角頻率co。
在電壓控制單元7中，根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q* 、磁通電流指令I(lǐng)d*, 使用作為感應(yīng)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的Rs:電動(dòng)機(jī)的一次電阻值、Ls: 電動(dòng)才幾的一次電感、o = 1 - M2/Ls/Lr、 M:電動(dòng)才幾的互感、Lr:電動(dòng) 機(jī)的二次電感、Rr:電動(dòng)機(jī)的二次電阻值，運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令(os。 即，通過式(5)運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令cos、
*^*^ ,s、
通過對(duì)該滑動(dòng)角頻率指令os、任意的角頻率w、與從電壓校正 單元6得到的校正量F_BEET進(jìn)行加法運(yùn)算，運(yùn)算出與第二電力變換 器2應(yīng)輸出的電壓的頻率相當(dāng)?shù)哪孀兤鹘穷l率coinv。即，通過式(6) 運(yùn)算出逆變器角頻率o)inv。
朋viv -戰(zhàn)+咖* +F 一鵬r ( 6 )
即，在本實(shí)施方式1中，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量 來校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的電壓的頻率。而且，可以根據(jù)逆變 器角頻率a)inv、扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d*，運(yùn)算出旋轉(zhuǎn) 二軸上的d軸電壓指令Vd*、 q軸電壓指令Vq^即，通過式(7 )運(yùn) 算出d軸電壓指令Vd、 q軸電壓指令Vq、(7)
-力x /rf * -幼'"v x cr x Ly x /《* Fg* =x * +oiwv x Ls x W *
另外，如公知，在將三相電壓或三相電流向旋轉(zhuǎn)正交二軸進(jìn)行坐
標(biāo)變換時(shí)，需要控制坐標(biāo)軸，但根據(jù)任意的逆變器角頻率O)illV將作
為旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)的控制坐標(biāo)軸的相位設(shè)為e。通過對(duì)逆變器角頻率
oinv進(jìn)行積分，通過式(8)得到該相位0。 "— "v.t* (8)
使用通過式(6)、 (7)得到的d軸電壓指令Vd*、 q軸電壓指 令Vq*、相位e，運(yùn)算出三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。由于電壓
指令的電壓相位ev與相位e相比少許超前，所以通過下式(9)計(jì)算出。
(9〉
根據(jù)通過式(9)得到的電壓相位0v、 d軸電壓指令Vd、以及 q軸電壓指令Vq*，通過式(10)計(jì)算出三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。
<formula>formula see original document page 12</formula>
第二電力變換器2根據(jù)通過上式(10)得到的從電壓控制單元7 得到的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 ￥ *從直流變換成交流。根據(jù)式(10 )， 由于根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量來校正第二電力變換器2 應(yīng)輸出的電壓的頻率，所以可以抑制第二電力變換器2的輸出側(cè)的電 動(dòng)機(jī)電流、扭矩樂K動(dòng)。
圖6示出主要的控制常數(shù)的動(dòng)作狀態(tài)。如圖6所示，如果與第二 電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)同步的從脈動(dòng) 檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量P_BEET是正，則作為電壓校正單元6的 輸出的校正量F—BEET向負(fù)向動(dòng)作，使逆變器角頻率coinv減少那樣 地進(jìn)4亍調(diào)整，電壓控制單元7輸出的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*的頻率變低。相反，如果從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量P一BEET 是負(fù)，則作為電壓校正單元6的輸出的校正量F_BEET向正向動(dòng)作， 使逆變器角頻率coinv增加那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元7輸出的 三相電壓指令Vu*、 Vv*、 VwA的頻率變高。這樣，通過根據(jù)第二電 力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)進(jìn)行如上所述的控制， 可以抑制第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)。
接下來，為了確認(rèn)以上敘述的實(shí)施方式1的有效性，使用容量 5kW(額定電壓400V、電流10A)的感應(yīng)電機(jī)3實(shí)施了仿真。圖7 是通過將逆變器頻率設(shè)為97Hz時(shí)的仿真得到的扭矩波形。圖7 (a) 是實(shí)施了本實(shí)施方式1時(shí)的扭矩波形，圖7 (b)是未實(shí)施本實(shí)施方式 l時(shí)的扭矩波形。圖7 (b)可以確認(rèn)扭矩波形以單相電源頻率的兩倍 的120Hz進(jìn)行脈動(dòng)。相對(duì)于此從實(shí)施了本實(shí)施方式1的圖7 (a)可 知，在扭矩波形中幾乎沒有120Hz的脈動(dòng)。通過實(shí)施本實(shí)施方式，可 以確認(rèn)能夠幾乎消除扭矩脈動(dòng)。
另外，本實(shí)施方式可以在可變電壓可變頻率(VVVF)控制以及 恒定電壓可變頻率(CVVF)控制中的任意一個(gè)中實(shí)施。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式l，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的有 效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電力變換器2輸出的電壓的 頻率，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
實(shí)施方式2
接下來，參照?qǐng)D8對(duì)本實(shí)施方式2的電力變換裝置進(jìn)行說明。在 本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式相比，脈動(dòng)檢測(cè)單元20、電壓控制單 元21不同。在實(shí)施方式l中，根據(jù)三相電壓指令Vu、 Vv*、 Vw免與 三相電流iu、 iv、 iw運(yùn)算出有效電力，從該有效電力中檢測(cè)脈動(dòng)分量， 利用該脈動(dòng)分量校正了頻率。但是，在本實(shí)施方式中，根據(jù)dq軸電 壓指令Vd、 VqA與dq軸電流Id、 Iq運(yùn)算出有效電力，根據(jù)該有效 電力的脈動(dòng)分量來校正電壓指令的振幅。另外，其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施 方式相同，在附圖中也用同一標(biāo)號(hào)表示，此處僅說明不同的部分。圖9是本實(shí)施方式的脈動(dòng)檢測(cè)單元20的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，包括將 由電流檢測(cè)單元4檢測(cè)的相電流iu、 iv、 iw運(yùn)算成dq軸電流Id、 Iq 的三相/dq軸變換運(yùn)算單元23;有效電力運(yùn)算單元22;以及與在之前 的實(shí)施方式1中的說明相同的帶通濾波器9。另外，如公知，在將三 相電流向旋轉(zhuǎn)正交二軸進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，需要控制坐標(biāo)軸，但根據(jù)任 意的逆變器角頻率o)inv將作為旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)的控制坐標(biāo)軸的相位設(shè) 為e。將任意的逆變器角頻率oinv作為輸入，通過相位運(yùn)算單元24 運(yùn)算出相位e，并輸入給三相/dq軸變換運(yùn)算單元23。另外，相位運(yùn) 算單元24通過式(8)進(jìn)行運(yùn)算。
有效電力運(yùn)算單元22使用由三相/dq軸變換運(yùn)算單元23運(yùn)算的
dq軸電流Id、 Iq與由電壓控制單元21運(yùn)算的dq軸電壓指令Vd*、
Vq*，通過圖9的乘法器25a對(duì)VW與id進(jìn)行乘法運(yùn)算，通過乘法器
25b對(duì)丫9*與iq進(jìn)行乘法運(yùn)算，通過加法器26對(duì)各自的值進(jìn)行加法
運(yùn)算，從而計(jì)算出有效電力P。即，通過圖9的有效電力運(yùn)算單元22
來實(shí)施下式。
/> = W*xW + ^*x^ (11)
另外，在作為有效電力運(yùn)算單元22的輸出的有效電力P中，包 含起因于與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng) 機(jī)電流的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量。由有效電力運(yùn)算單元22運(yùn)算的有效 電力P被輸入給與實(shí)施方式1中的說明同樣的帶通濾波器9，帶通濾 波器9的輸出被輸入給電力校正單元6。另外，電壓校正單元6的輸 出F—BEET被輸入給電壓控制單元21。
電壓控制單元21根據(jù)從電壓校正單元6得到的校正量F_BEET， 根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d、任意的角頻率(o，輸出第 二電力變換器2應(yīng)輸出的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。
在電壓控制單元21中，根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令 Id*,使用作為感應(yīng)電才幾的電動(dòng)才幾常數(shù)的Rs:電動(dòng)才幾的一次電阻值、 Ls:電動(dòng)機(jī)的一次電感、(T=l-M2/Ls/Lr、 M:電動(dòng)機(jī)的互感、Lr: 電動(dòng)機(jī)的二次電感、Rr:電動(dòng)機(jī)的二次電阻值，運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令cos、即，與實(shí)施方式1同樣地通過式(5)運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令
COS*。通過對(duì)滑動(dòng)角頻率指令C0S*、任意的角頻率0)、與從電壓校正
單元6得到的校正量F—BEET進(jìn)行加法運(yùn)算，第二電力變換裝置2運(yùn) 算出與輸出的電壓指令的頻率相當(dāng)?shù)哪孀兤鹘穷l率(oinv。即，通過式 (12)運(yùn)算出逆變器角頻率coinv。
I'WV = G +QW* (12)
可以根據(jù)逆變器角頻率coinv、扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令 Id*，運(yùn)算出4t轉(zhuǎn)二軸上的d軸電壓指令Vd*、 q軸電壓指令Vq*。即， 與實(shí)施方式1同樣地通過式(7)運(yùn)算出d軸電壓指令Vd、 q軸電壓 指令Vq*。
另外，如公知，在將三相電壓或三相電流向旋轉(zhuǎn)正交二軸進(jìn)行坐 標(biāo)變換時(shí)，需要控制坐標(biāo)軸，但根據(jù)任意的逆變器角頻率coinv將作 為旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)的控制坐標(biāo)軸的相位設(shè)為e。通過對(duì)逆變器角頻率 coinv進(jìn)行積分，與實(shí)施方式1同樣地通過式(8 )得到該相位e。
使用通過上式(7)、 (8)得到的d軸電壓指令Vd*、 q軸電壓 指令Vq*、相位e，運(yùn)算出三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。由于電
壓指令的電壓相位ev與相位e相比少許超前，所以與實(shí)施方式i同
樣地通過式(9)計(jì)算出。根據(jù)通過上式(9)得到的電壓相位ev、 d 軸電壓指令Vd、以及q軸電壓指令Vq、通過式(13)計(jì)算出三相 電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。另外，式(13)的特征在于，針對(duì)作為 電壓校正單元6的輸出的校正量F_BEET，對(duì)與三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw頭的振幅相當(dāng)?shù)腣(Vd*)2+ (Vq*)2+ (F—BEET)2力口上了校正量。
、
V(W *)2 +吁+ (F一 SMT)3
、 3 乂
U 3)
如果與第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)同步 的從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得到的脈動(dòng)分量P一BEET是正，則作為電壓校 正單元6的輸出的校正量F_BEET向負(fù)向動(dòng)作，使三相電壓指令Vu*、
15VV*、 Vw々的振幅減少那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元7輸出的三相 電壓指令Vu*、 Vv*、 Vv^的振幅變小。相反，如果從脈動(dòng)檢測(cè)單元 20得到的脈動(dòng)分量P一BEET是負(fù)，則作為電壓校正單元6的輸出的 校正量F—BEET向正向動(dòng)作，j吏三相電壓指令Vu、 Vv*、 Vv^的振 幅增加那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元7輸出的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw+的振幅變大。由此，可以根據(jù)第二電力變換器2的輸出側(cè) 的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)，進(jìn)行控制，可以抑制第二電力變換器2的 輸出側(cè)的電動(dòng)才幾電流、扭矩樂K動(dòng)。
另外，由于本實(shí)施方式校正電壓指令的振幅，所以僅能夠在可變 電壓可變頻率(VVVF)控制中實(shí)施。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式l，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的有 效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電力變換器2輸出的電壓的 振幅，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
實(shí)施方式3
接下來，參照?qǐng)D10對(duì)實(shí)施方式3的電力變換裝置進(jìn)行說明。相 對(duì)于實(shí)施方式1中的交流旋轉(zhuǎn)機(jī)是感應(yīng)電機(jī)，在本實(shí)施方式中，假設(shè) 適用于同步機(jī)16。直到得到作為電壓校正單元6的輸出的校正量 F一BEET為止與實(shí)施方式l相同，在附圖中也用同一標(biāo)號(hào)表示。僅電 壓控制單元17與實(shí)施方式1不同。在實(shí)施方式l中，對(duì)包含在第二 電力變換器2的有效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正了第二電力變 換器2輸出的電壓的頻率，但在本實(shí)施方式3中，從有效電力中檢測(cè) 脈動(dòng)分量，根據(jù)該有效電力的脈動(dòng)分量來校正電壓指令的相位。
電壓控制單元17通過同步機(jī)16的電壓方程式，才艮據(jù)任意的角頻 率co、扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d、 d、 q軸電感Ld、 Lq、 永久磁鐵的交鏈磁通①、以及微分算子;^羊，可以運(yùn)算旋轉(zhuǎn)二軸上
的d軸電壓指令Vd、 q軸電壓指令Vq、即，通過式(14)，運(yùn)算 出d軸電壓指令Vd、 q軸電壓指令Vq、
16K《* - fi> X W x/rf *+(及+旦X/《*
eft
(14)
另外，如公知，在將三相電壓或三相電流向旋轉(zhuǎn)正交二軸進(jìn)行坐 標(biāo)變換時(shí)，需要控制坐標(biāo)軸，但根據(jù)任意的角頻率O)將作為旋轉(zhuǎn)二軸 坐標(biāo)的控制坐標(biāo)軸的相位設(shè)為6。通過在同步機(jī)16中對(duì)角頻率03進(jìn)
行積分，通過式(15)得到該相位e。
^- (15)
使用通過式(14)、 (15)得到的d軸電壓指令Vd、 q軸電壓 指令Vq*、相位0，運(yùn)算出三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw*。由于電
壓指令的電壓相位ev與上述相位e相比少許超前，所以在式(16)
中，通過將作為電壓校正單元6的輸出的校正量F_BEET加到電壓相 位的下式(16)計(jì)算出。
卞g"
，
+ f鵬r
(1 6)
^L據(jù)通過式(9)得到的電壓相位6v、 d軸電壓指令Vd、以及 q軸電壓指令Vq*，通過式(17)計(jì)算出三相電壓指令Vu*、 Vv*、
廣
cos(^-j;r)
(17)
第二電力變換器2根據(jù)通過式(17)得到的從電壓控制單元17 得到的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 VwA從直流變換成交流。
根據(jù)式(16 )，由于根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量來校 正第二電力變換器2應(yīng)輸出的電壓的電壓相位ev，所以可以抑制第二 電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)。如果與第二電力變 換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)同步的從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得 到的脈動(dòng)分量P BEET是正，則作為電壓校正單元6的輸出的校正量F一BEET向負(fù)向動(dòng)作，使電壓相位9v變小那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控 制單元7輸出的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw^^的相位變短。
相反，如果從脈動(dòng)檢測(cè)單元5得到的脈動(dòng)分量P_BEET是負(fù)， 則作為電壓校正單元6的輸出的校正量F一BEET向正向動(dòng)作，使電壓 相位0v變大那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元7輸出的三相電壓指令 Vu*、 Vv*、 Vw+的相位變長。由此，可以根據(jù)第二電力變換器2的輸 出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)，進(jìn)行控制，可以抑制第二電力變換器 2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)。另外，由于校正電壓指令的相 位，本實(shí)施方式可以在可變電壓可變頻率(VVVF)控制以及恒定電 壓可變頻率(CVVF)控制中的任意一個(gè)中實(shí)施。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式3，在同步機(jī)16中也同樣地針 對(duì)與第一電力變換器l將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含 在第二電力變換器2的有效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電 力變換器2輸出的電壓的相位，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
實(shí)施方式4
接下來，參照?qǐng)D11對(duì)本實(shí)施方式的電力變換裝置進(jìn)行說明。在 本實(shí)施方式中，在脈動(dòng)檢測(cè)單元27中具備交流電壓運(yùn)算單元28這一 點(diǎn)與實(shí)施方式l不同，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式l相同，所以在附圖中也 用同一標(biāo)號(hào)表示。
脈動(dòng)檢測(cè)單元27如圖12所示，具備三相/dq軸變換單元23、相 位運(yùn)算單元24、交流電壓運(yùn)算單元28、以及帶通濾波器9。三相/dq 軸變換單元23、相位運(yùn)算單元24、以及帶通濾波器9與實(shí)施方式1 相同。
交流電壓運(yùn)算單元28將作為三相/dq軸變換單元23的輸出的d
軸電流Id、 q軸電流Iq、以及逆變器角頻率winv作為輸入，通過下
式(18)，利用d軸電流Id、 q軸電流Iq、感應(yīng)電機(jī)的二次電阻值
Rr、以及二次電感值Lr，運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率。<formula>formula see original document page 18</formula>
通過對(duì)滑動(dòng)角頻率cos與任意的逆變器角頻率ft)inv進(jìn)4亍加法運(yùn)算，第二電力變換裝置2運(yùn)算出與輸出的電壓指令的頻率相當(dāng)?shù)哪孀?br> 器角頻率coinv。即，通過式(19)運(yùn)算出逆變器角頻率coinv。 必/wv =必+咖 (19)
可以根據(jù)逆變器角頻率coinv、扭矩電流Iq、磁通電流Id,來運(yùn) 算出旋轉(zhuǎn)二軸上的d軸電壓Vd—s、 q軸電壓Vq—s。即，通過式(20 )、 (21)運(yùn)算出d軸電壓Vd_s、 q軸電壓Vq—s。 Krf—j-及j:x/rf — QM'77vx(7xLyx/g (20)
K《—*-/^x々+ 6)/ vxLsxA/ (2 1)
根據(jù)通過式(20) 、 (21)運(yùn)算出的d軸電壓Vd_s、 q軸電壓 Vq_s,通過式(22)運(yùn)算出交流電壓振幅V—s。 F_ J = ^+dJ (22)
另外，在作為脈動(dòng)檢測(cè)單元27的輸出的通過式(22)運(yùn)算出的 交流電壓振幅V一s中，包含起因于與第一電力變換器1將交流變換成 直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量。
圖12的帶通濾波器9與實(shí)施方式1同樣地僅抽出包含在交流電 壓振幅V—s中的與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng) 量。得到作為帶通濾波器9的輸出的脈動(dòng)分量P一BEET,之后的控制 方法與實(shí)施方式1相同。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式4，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的交 流電壓中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，與實(shí)施方式l同樣地校正第二電力變 換器2輸出的電壓的頻率，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
另外，在本實(shí)施方式4中，說明了使用由電流檢測(cè)單元4a、 4b、 4c檢測(cè)的交流側(cè)的感應(yīng)電機(jī)3中流過的相電流iu、 iv、 iw通過交流電 壓運(yùn)算單元28運(yùn)算出交流電壓，但也可以代替電流檢測(cè)單元4a、 4b、 4c而使用可以檢測(cè)交流電壓的電壓檢測(cè)單元，只要是交流側(cè)的電氣量 的檢測(cè)單元，就當(dāng)然可以期待同樣的效果。
實(shí)施方式5
19接下來，參照?qǐng)D13對(duì)本實(shí)施方式5的電力變換裝置進(jìn)行說明。 在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式4相比，脈動(dòng)檢測(cè)單元29具備交流電 壓運(yùn)算單元30這一點(diǎn)不同。脈動(dòng)檢測(cè)單元29如圖14所示，具備三 相/dq軸變換單元23、相位運(yùn)算單元24、交流電壓運(yùn)算單元30、以及 帶通濾波器9。三相/dq軸變換單元23、相位運(yùn)算單元24、以及帶通 濾波器9與實(shí)施方式2相同。
交流電壓運(yùn)算單元30將作為三相/dq軸變換單元23的輸出的d 軸電流Id、 q軸電流Iq、以及逆變器角頻率(oinv作為輸入，與實(shí)施 方式4同樣地通過下式(18)，利用d軸電流Id、 q軸電流Iq、感應(yīng) 電機(jī)的二次電阻值Rr、以及二次電感值Lr,運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率。<formula>formula see original document page 20</formula> (18)
通過對(duì)滑動(dòng)角頻率COS與任意的角頻率O)進(jìn)行加法運(yùn)算，第二電
力變換器2運(yùn)算出與輸出的電壓指令的頻率相當(dāng)?shù)哪孀兤鹘穷l率
oinv。即，與實(shí)施方式4同樣地通過式(19 )運(yùn)算出逆變器角頻率coinv。 0)/wv-必十咖 (19)
可以根據(jù)逆變器角頻率coinv、扭矩電流Iq、磁通電流Id，來運(yùn) 算出旋轉(zhuǎn)二軸上的q軸電壓Vq_s。即，通過式(21)運(yùn)算出q軸電 壓Vq一s。
<formula>formula see original document page 20</formula> (21)
在通過上式(21)運(yùn)算出的q軸電壓Vq_s中，包含起因于與第 一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng)機(jī)電流的脈 動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量。
圖12的帶通濾波器9與實(shí)施方式1同樣地僅抽出包含在q軸電 壓Vq_s中的與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量。 得到作為帶通濾波器9的輸出的脈動(dòng)分量P_BEET，之后的控制方法 與實(shí)施方式2相同。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式5，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的交流電壓中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，與實(shí)施方式2同樣地校正第二電力變 換器2輸出的電壓的振幅，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
另外，由于本實(shí)施方式校正電壓指令的振幅，所以僅能夠在可變 電壓可變頻率(VVVF)控制中實(shí)施。
實(shí)施方式6
接下來，參照?qǐng)D15對(duì)本實(shí)施方式的電力變換裝置進(jìn)行說明。與 實(shí)施方式3同樣地假設(shè)適用于作為交流旋轉(zhuǎn)機(jī)的同步機(jī)16，脈動(dòng)檢測(cè) 單元31與實(shí)施方式3不同。在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式3相比， 脈動(dòng)檢測(cè)單元31從d軸交流電壓中檢測(cè)脈動(dòng)分量，并根據(jù)該d軸交 流電壓的脈動(dòng)分量來校正電壓指令的相位這一點(diǎn)不同。另外，其他結(jié) 構(gòu)與實(shí)施方式3相同，在附圖中也用同一符號(hào)表示，此處僅說明不同 的部分。
本實(shí)施方式6的脈動(dòng)檢測(cè)單元31利用同步機(jī)16的電壓方程式， 才艮據(jù)任意的逆變器角頻率coinv、扭矩電流Iq、磁通電流Id、 d、 q軸 電感Ld、 Lq、永久磁鐵的交鏈磁通①、以及微分算子;^1，運(yùn)算旋
轉(zhuǎn)二軸上的d軸電壓Vd_s。即，通過式(23)運(yùn)算出d軸電壓Vd—s。<formula>formula see original document page 21</formula>
在通過上述式(23)運(yùn)算出的d軸電壓Vd_s中，包含起因于與 第一電力變換器l將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng)機(jī)電流的脈 動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量。另外，在式(23)中，為了減少計(jì)算量，可以省 略微分算子p-芏項(xiàng)，而通過式(24)求出。在通過上述式(24)運(yùn)算
出的d軸電壓Vd一s中，包含起因于與第一電力變換器1將交流變換 成直流相伴的脈動(dòng)量的電動(dòng)才幾電流的脈動(dòng)、扭矩脈動(dòng)分量，可以檢測(cè) 樂^動(dòng)分量。
f^一s-及xA/ — flJxi^x/《 (24)
在上述式(23) 、 (24)中，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元31得到的脈 動(dòng)分量，在電壓控制單元17中校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的電壓 的電壓相位0v,所以可以抑制第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩樂^動(dòng)。
如果與第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)同步 的從脈動(dòng)檢測(cè)單元31得到的脈動(dòng)分量P一BEET是正，則作為電壓校 正單元6的輸出的校正量F一BEET向負(fù)向動(dòng)作，使電壓相位ev變小 那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元17輸出的三相電壓指令Vu*、 Vv*、 Vw頭的相位變短。
相反，如果從脈動(dòng)檢測(cè)單元31得到的脈動(dòng)分量P一BEET是負(fù)， 則作為電壓校正單元6的輸出的校正量F一BEET向正向動(dòng)作，使電壓 相位0v變大那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元17輸出的三相電壓指令 Vu*、 Vv*、 Vw頭的相位變長。由此，可以根據(jù)第二電力變換器2的輸 出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)，進(jìn)行控制，可以抑制第二電力變換器 2的輸出側(cè)的電動(dòng)才幾電流、扭矩樂么動(dòng)。
另外，由于校正電壓指令的相位，本實(shí)施方式可以在可變電壓可 變頻率(VVVF)控制以及恒定電壓可變頻率(CVVF)控制中的任 意一個(gè)中實(shí)施。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式6,在同步機(jī)16中也同樣地針 對(duì)與第一電力變換器1將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含 在第二電力變換器2的交流電壓中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電 力變換器2輸出的電壓的相位，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
實(shí)施方式7
接下來，參照?qǐng)D17對(duì)本實(shí)施方式的電力變換裝置進(jìn)行說明。本 實(shí)施方式的特征在于，與實(shí)施方式2相比，電壓控制單元33不同， 與實(shí)施方式2同樣地從交流電力中檢測(cè)脈動(dòng)分量，并才艮據(jù)該脈動(dòng)分量 通過電壓控制單元33校正脈沖位置。另外，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式2 相同，在附圖中也用同一標(biāo)號(hào)表示，此處僅說明不同的部分。
電壓控制單元33根據(jù)扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令I(lǐng)d、以 及任意的角頻率o，輸出第二電力變換器2輸出的開關(guān)元件的開關(guān)信 號(hào)。圖18示出上述電壓控制單元33的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，除了相位運(yùn)算單 元24以外，還包括電壓指令單元34、電壓相位運(yùn)算單元35、以及開關(guān)模式發(fā)生單元36。在電壓指令運(yùn)算單元34中，根據(jù)扭矩電流指令 Iq*、磁通電流指令I(lǐng)d*，使用作為感應(yīng)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)常數(shù)的Rs:電 動(dòng)才幾的一次電阻值、Ls:電動(dòng)機(jī)的一次電感、o= 1 - M2/Ls/Lr、 M: 電動(dòng)機(jī)的互感、Lr:電動(dòng)機(jī)的二次電感、Rr:電動(dòng)機(jī)的二次電阻值， 運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令(08*。即，通過式(5)運(yùn)算出滑動(dòng)角頻率指令 COSA。
_* A*及r /t、
fiW*-"^^ (5)
通過對(duì)滑動(dòng)角頻率指令cos*、與任意的逆變器角頻率coinv進(jìn)行 加法運(yùn)算，第二電力變換裝置2運(yùn)算出與輸出的電壓指令的頻率相當(dāng) 的逆變器角頻率coinv。即，通過式(12)運(yùn)算出逆變器角頻率coinv。
flW'WV = 6) + aw * (12)
可以根據(jù)逆變器角頻率winv、扭矩電流指令I(lǐng)q、磁通電流指令 Id*，運(yùn)算出旋轉(zhuǎn)二軸上的d軸電壓指令Vd*、 q軸電壓指令Vq*。即， 通過式(7)運(yùn)算出d軸電壓指令Vd、 q軸電壓指令Vq、
P^* -及s x /I +arf v x is x W
另外，如上所述，相位運(yùn)算單元24在將三相電壓或三相電流向 旋轉(zhuǎn)正交二軸進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)，需要控制坐標(biāo)軸，但根據(jù)任意的逆變 器角頻率coinv將作為旋轉(zhuǎn)二軸坐標(biāo)的控制坐標(biāo)軸的相位設(shè)為e。通過 對(duì)逆變器角頻率coinv進(jìn)行積分，通過式(8)得到該相位e。
^ - j"arf"v rf/ ( 8 )
由于電壓指令的電壓相位ev與相位e相比少許超前，所以可以
利用電壓相位運(yùn)算單元35通過下式(9)計(jì)算出。
& = "tairf^) (9) 、W "
在恒定電壓可變頻率(CVVF)控制中，由于對(duì)d軸電壓指令 V(P的平方與q軸電壓指令VqA的平方進(jìn)行加法運(yùn)算而得到的值的平 方根的值是直流電壓的最大值，所以在恒定電壓可變頻率(CVVF)
控制中，根據(jù)通過式(9)得到的電壓相位ev來決定第二電力變換器2的開關(guān)才莫式。例如，在將第二電力變換器2設(shè)為雙電平(2 level) 逆變器裝置時(shí)，將U相的正側(cè)(上側(cè))的開關(guān)元件設(shè)為Gu,將使該 開關(guān)元件Gu開關(guān)的開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gu*，同樣地將U相的負(fù)側(cè)(下側(cè)) 的開關(guān)元件設(shè)為Gx,將使該開關(guān)元件Gx開關(guān)的開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gx*。
同樣地，將V相的正側(cè)(上側(cè))的開關(guān)元件設(shè)為Gv，將^f吏該開 關(guān)元件Gv開關(guān)的開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gv*，將V相的負(fù)(下)側(cè)的開關(guān)元 件設(shè)為Gy，將使該開關(guān)元件Gy開關(guān)的開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gy*。進(jìn)而，將 W相的正(上)側(cè)的開關(guān)元件設(shè)為Gw，將使該開關(guān)元件Gw開關(guān)的 開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gw、將W相的負(fù)(下)側(cè)的開關(guān)元件設(shè)為Gz，將使 該開關(guān)元件Gz開關(guān)的開關(guān)信號(hào)設(shè)為Gz*。將由電壓相位運(yùn)算單元35 得到的電壓指令的電壓相位6v以及從電壓校正單元6得到的校正量 F—BEET輸入給開關(guān)模式發(fā)生單元36，在開關(guān)模式發(fā)生單元36中， 運(yùn)算出上述構(gòu)成第二電力變換器2的開關(guān)元件Gu、 Gx、 Gv、 Gy、 Gw、 Gz的開關(guān)信號(hào)Gu^ Gx*、 Gv*、 Gy*、 Gw*、 Gz*。
圖19示出該開關(guān)模式發(fā)生單元36的具體的結(jié)構(gòu)例。以下，使用 圖19對(duì)開關(guān)模式發(fā)生單元36的動(dòng)作進(jìn)行說明。通過除法器37a將由 電壓相位運(yùn)算單元35得到的電壓指令的電壓相位ev除以2ti。為了取 得該除法后的值(ev/2;t)的整數(shù)部分，而通過整數(shù)化函數(shù)38a。然后， 通過乘法器39a對(duì)(ev/27t)的整數(shù)值乘以2;r，并通過減法器4Oa從0v 中減去該值。通過這些處理，成為作為0[rad/sec~ 2Tt[rad/sec之 間的值的6vlu。限制器單元41a是為了使0vlu不超過0[rad/secj ~ 2TT[rad/sec之間，謹(jǐn)慎起見而安裝的，進(jìn)行下式(25)的處理。
(^evlu52Ti —限制器41a的輸出Gv2u = 6vlu
0>evlu—限制器41a的輸出0v2u - 0
evlu>27i —限制器41a的輸出0v2u-27t (25)
將由限制器單元41a得到的0v2u輸入給比較器43a，對(duì)0v2u與 對(duì)丌加上從電壓校正單元6得到的校正量F_BEET而得到的值進(jìn)行比 較。即，在比較器43a中，進(jìn)行下式(26)的處理。另夕卜，在反相(NOT) 邏輯器44a中，輸出相對(duì)比較器42a的輸出值相反的值(在比較器42
24的輸出值是l時(shí)，反相(NOT)邏輯器44a的輸出值成為0)。另夕卜， 在式(26)中還示出反相(NOT)邏輯器44的輸出值，將比較器42a 的輸出值設(shè)為開關(guān)信號(hào)Gu*，將反相邏輯器44a的輸出值設(shè)為開關(guān)信 號(hào)Gx*。
6v2u^t + F_BEET —比較器42a的輸出值Gu* = 1 ( ON狀態(tài)) ev2u>7r + F—BEET —比較器42a的輸出值Gu* = 0( OFF狀態(tài)) ev2u5:i + F_BEET —反相邏輯器44a的輸出值Gx* = 0 ( OFF 狀態(tài))
ev2u>7r + F—BEET —反相邏輯器44a的輸出值Gx* = l( ON狀 態(tài)) (26 )
通過式(26)，將從電壓校正單元6得到的校正量F—BEET與 決定開關(guān)信號(hào)Gu*、 GxA成為ON、 OFF的定時(shí)的切換定時(shí)相加而進(jìn) 行校正。因此，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得到的脈動(dòng)分量來校正第二 電力變換器2應(yīng)輸出的開關(guān)信號(hào)的定時(shí)。即，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元20 得到的脈動(dòng)分量來校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的脈沖位置。
以上是決定U相的開關(guān)信號(hào)Gu*、 GxA的定時(shí)的動(dòng)作。
同樣地，決定從U相偏移了 2tt/3 (120°)的V相、W相的開關(guān) 信號(hào)Gv*、 Gy*、 Gw*、 Gz頭的定時(shí)。另外，與U相同樣地將從電壓 校正單元6得到的校正量F一BEET與決定開關(guān)信號(hào)成為ON、 OFF的 定時(shí)的切換定時(shí)相加而進(jìn)行校正。因此，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得 到的脈動(dòng)分量來校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的開關(guān)信號(hào)的定時(shí)。即， 根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得到的脈動(dòng)分量來校正第二電力變換器2應(yīng) 輸出的脈沖位置。
即，在式(26)中，才艮據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得到的脈動(dòng)分量來 校正第二電力變換器2應(yīng)輸出的脈沖寬度，所以可以抑制第二電力變 換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)。具體而言，如果與第二電 力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)同步的從脈動(dòng)檢測(cè)單元 20得到的脈動(dòng)分量P一BEET是正，則作為電壓校正單元6的輸出的 校正量F BEET向負(fù)向動(dòng)作，使開關(guān)信號(hào)GW的ON狀態(tài)的脈沖寬度
25變窄那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元33輸出的開關(guān)信號(hào)Gu*、 Gv*、 GwA的脈沖寬度變短。
相反，如果從脈動(dòng)檢測(cè)單元20得到的脈動(dòng)分量P—BEET是負(fù)， 則作為電壓校正單元6的輸出的校正量F一BEET向正向動(dòng)作，4吏開關(guān) 信號(hào)GW的ON狀態(tài)的脈沖寬度變寬那樣地進(jìn)行調(diào)整，電壓控制單元 33輸出的開關(guān)信號(hào)Gu*、 Gv*、 Gw+的脈沖寬度變長。由此，可以根 據(jù)第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)，進(jìn)行控制， 可以抑制第二電力變換器2的輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)電流、扭矩脈動(dòng)。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式7，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的有 效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電力變換器2輸出的電壓的 頻率，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
實(shí)施方式8
接下來，參照?qǐng)D20對(duì)實(shí)施方式8的電力變換裝置進(jìn)行說明。在 本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式4同樣地脈動(dòng)檢測(cè)單元27從交流電壓中 進(jìn)行檢測(cè)，并組合了與實(shí)施方式7同樣的電壓控制單元33?？梢云诖?與實(shí)施方式7同樣的效果。
即，本實(shí)施方式的特征在于，與實(shí)施方式4同樣地從交流電壓中 檢測(cè)脈動(dòng)分量，并才艮據(jù)該脈動(dòng)分量通過電壓控制單元33校正脈沖位 置。另外，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式4、 7相同，在附圖中也用同一標(biāo)號(hào) 表示。
本實(shí)施方式可以在可變電壓可變頻率(VVVF)控制以及恒定電 壓可變頻率(CVVF)控制中的任意一個(gè)中實(shí)施。
如上所述，通過實(shí)施本實(shí)施方式8，針對(duì)與第一電力變換器l將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)的影響，對(duì)包含在第二電力變換器2的有 效電力中的脈動(dòng)分量進(jìn)行檢測(cè)，校正第二電力變換器輸出的電壓的頻 率，從而得到抑制扭矩脈動(dòng)等的效果。
以上，在上述實(shí)施方式l、 2中，示出了將有效電力運(yùn)算單元10、 22用作脈動(dòng)檢測(cè)單元5、 20的例子，但當(dāng)然也可以從包括包含由上述第一電力變換器l引起的整流波動(dòng)頻率的頻帶在內(nèi)的其他電氣量、例 如無效電力或視在電力中包含的脈動(dòng)分量中進(jìn)行檢測(cè)。
另外，在上述實(shí)施方式1 8中，敘述了檢測(cè)脈動(dòng)分量而僅校正 電壓指令的頻率、振幅、相位、脈沖寬度中的某一個(gè)的情況，但即使 校正電壓指令的單元對(duì)電壓指令的頻率與電壓指令的振幅這兩方進(jìn) 行校正，當(dāng)然也可以得到同樣的效果。因此，在上述實(shí)施方式1~8 中實(shí)施的電壓指令的校正方法中，還可以通過組合電壓指令的頻率、 振幅、相位、脈沖寬度中的某兩個(gè)以上而期待同樣的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明是將通過轉(zhuǎn)換器對(duì)交流電源進(jìn)行整流而得到的直流作為 電源對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行可變速驅(qū)動(dòng)的逆變器，當(dāng)然可以利用于特別是 整流脈動(dòng)較大的交流電源是單相的交流軌道的鐵路的電氣車，還可以 應(yīng)用于電車用的換氣逆變器裝置、在單相受電的家電產(chǎn)品中通過逆變 器控制電動(dòng)機(jī)的設(shè)備、例如空調(diào)機(jī)、電水箱、洗衣機(jī)等。
2權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具備第一電力變換器，將交流變換成直流；第二電力變換器，將由上述第一電力變換器變換的直流變換成任意頻率的交流；交流電氣量檢測(cè)單元，對(duì)上述第二電力變換器的交流側(cè)電氣量進(jìn)行檢測(cè)；脈動(dòng)檢測(cè)單元，從第二電力變換器的交流側(cè)電氣量的至少一個(gè)的脈動(dòng)分量中，檢測(cè)出與上述第一電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量；電壓校正單元，根據(jù)從上述脈動(dòng)檢測(cè)單元得到的脈動(dòng)分量，輸出上述第二電力變換器應(yīng)輸出的電壓的校正量；以及電壓控制單元，根據(jù)從上述電壓校正單元得到的校正量，輸出應(yīng)輸出給上述第二電力變換器的電壓指令。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述交 流電氣量檢測(cè)單元是電流檢測(cè)單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上迷交 流電氣量檢測(cè)單元是電壓檢測(cè)單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上迷電 壓控制單元根據(jù)上迷交流電氣量校正單元的輸出、扭矩電流指令、磁 通電流指令、以及任意的角頻率，輸出應(yīng)輸出給上述第二電力變換器 的電壓指令。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述電 壓控制單元輸出用于進(jìn)行第二電力變換器的可變電壓可變頻率(VVVF)控制的電壓指令。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述電 壓控制單元輸出用于進(jìn)行第二電力變換器的恒定電壓可變頻率(CVVF)控制的電壓指令。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述脈 動(dòng)檢測(cè)單元從上述笫二電力變換器的有效電力、無效電力、視在電力 中的至少某一個(gè)包含的脈動(dòng)分量中，檢測(cè)包括由上述第一電力變換器 引起的整流波動(dòng)頻率的頻帶。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其特征在于，上述脈 動(dòng)檢測(cè)單元具備根據(jù)三相電壓指令與三相電流來運(yùn)算出有效電力的 有效電力運(yùn)算單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其特征在于，上述脈 動(dòng)檢測(cè)單元具備根據(jù)由上述電壓控制單元運(yùn)算的交流電壓指令與由 三相/dq軸變換運(yùn)算單元運(yùn)算的dq電流來運(yùn)算出有效電力的有效電力 運(yùn)算單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，上述脈 動(dòng)檢測(cè)單元從包含在上述第二電力變換器的交流電壓中的脈動(dòng)分量 中檢測(cè)出包括由上述第一電力變換器引起的整流波動(dòng)頻率的頻帶。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于，上述 脈動(dòng)檢測(cè)單元具備根據(jù)上述第二電力變換器輸出的三相電流與角頻 率運(yùn)算交流電壓的交流電壓運(yùn)算單元。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8或11所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述脈動(dòng)檢測(cè)單元具備帶通濾波器，該帶通濾波器僅使上述有效電力 運(yùn)算單元或交流電壓運(yùn)算單元的輸出中包含的與第一電力變換器將 交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量通過。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力變換裝置，其特征在于，上述電 壓校正單元進(jìn)行使從脈動(dòng)檢測(cè)單元得到的脈動(dòng)分量成為零那樣地動(dòng) 作的PI (比例積分)控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或13所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述電壓校正單元從包含在第二電力變換器的有效電力中的脈動(dòng)分 量中檢測(cè)與第 一 電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量，校正第 二電力變換器輸出的電壓的頻率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l或13所述的電力變換裝置，其特征在于，上述電壓校正單元從包含在第二電力變換器的有效電力中的脈動(dòng)分 量中檢測(cè)與第一電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量，校正第 二電力變換器輸出的電壓的振幅。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l或13所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述電壓校正單元從包含在第二電力變換器的有效電力中的脈動(dòng)分 量中檢測(cè)與第一電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量，校正第 二電力變換器輸出的電壓的相位。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l或13所述的電力變換裝置，其特征在于， 上述電壓校正單元從包含在第二電力變換器的有效電力中的脈動(dòng)分 量中檢測(cè)與第一電力變換器將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量，校正第 二電力變換器輸出的電壓的脈沖位置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電力變換裝置，其特征在于，上述 電壓控制單元具備根據(jù)上述電壓校正單元的輸出、扭矩電流指令、磁 通電流指令、以及任意的角頻率發(fā)生上述第二電力變換器的開關(guān)信號(hào) 的開關(guān)模式發(fā)生單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力變換裝置，具備第一電力變換器(1)，將交流變換成直流；第二電力變換器(2)，將直流變換成交流；電流檢測(cè)單元(4)，檢測(cè)第二電力變換器(2)的輸出電流；脈動(dòng)檢測(cè)單元(5)，從第二電力變換器(2)的有效電力、無效電力、視在電力中的至少某一個(gè)中包含的脈動(dòng)分量中檢測(cè)與第一電力變換器(1)將交流變換成直流相伴的脈動(dòng)量；電壓校正單元(6)，根據(jù)從脈動(dòng)檢測(cè)單元(5)得到的脈動(dòng)分量，輸出校正第二電力變換器(2)應(yīng)輸出的電壓的相位、頻率、振幅中的至少某一個(gè)的校正量；以及電壓控制單元(7)，根據(jù)從電壓校正單元(6)得到的校正量，輸出第二電力變換器(2)應(yīng)輸出的電壓指令，第二電力變換器(2)根據(jù)從電壓控制單元(7)得到的電壓指令，將直流變換成交流。
文檔編號(hào)H02M7/48GK101647186SQ20078005259
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者小林貴彥, 河野雅樹, 畠中啟太 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社