專利名稱：電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可進(jìn)行直流或單相交流與三相交流的雙向轉(zhuǎn)換的升降壓以及動(dòng)力運(yùn) 行/再生的瞬時(shí)切換的電力轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
在以往的可進(jìn)行直流(單相)與三相交流的雙向轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換裝置中，存在使 用了晶閘管的靜態(tài)倫納德(Ieonard)方式，但是存在這樣的一般性技術(shù)課題由于晶閘管 的相位控制所導(dǎo)致的功率因數(shù)下降和環(huán)流而降低了效率。為了解決該一般性的技術(shù)課題， 公開了如下車輛推進(jìn)裝置的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)1)，即該車輛推進(jìn)裝置具有驅(qū)動(dòng)車 輪的車輪電動(dòng)機(jī)、和驅(qū)動(dòng)車輪電動(dòng)機(jī)的電流型逆變器。而且，關(guān)于電流型逆變器，公開了與 向電動(dòng)機(jī)提供交流電力的逆變器部的通流率控制有關(guān)的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1的技術(shù)，可以暫時(shí)使用雙向的直流電流生成電路轉(zhuǎn)換為電抗器電 流，通過電流型逆變器將該轉(zhuǎn)換后的電抗器電流轉(zhuǎn)換為三相交流。根據(jù)專利文獻(xiàn)2的技術(shù)，對(duì)電流型逆變器部也使用了通流率的電力轉(zhuǎn)換裝置可以 如式(1)所示那樣使用變流器部的通流率λ c，對(duì)變流器部的交流電源電壓Vac進(jìn)行PWM控 制，來調(diào)節(jié)逆變器部的輸入側(cè)直流電壓Vd (變流器的輸出電壓平均值Vdc)。
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π ... (1)而且，如式( 所示，關(guān)于逆變器部的輸出電壓Vo，使用了逆變器部的輸入側(cè)直流 電壓Vd和逆變器部的通流率λ i的近似式成立。
彳 π Vd _7] ⑵這樣，在使用了電流型逆變器部的電力轉(zhuǎn)換裝置中，能夠利用逆變器部的通流率 來提高逆變器部的輸出電壓。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-269735號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平2-206385號(hào)公報(bào)但是，現(xiàn)有的電力轉(zhuǎn)換裝置采用不能升高輸出電壓的靜止倫納德方式，即使是使 用電流型逆變器且通過逆變器部的通流率來提高逆變器部的輸出電壓，也是作為兩個(gè)階段 的電力轉(zhuǎn)換來進(jìn)行，因此而存在這樣的問題由于總體的電力轉(zhuǎn)換效率是各階段的效率之 積，因此綜合效率變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于，提供不必采用多級(jí)的電力轉(zhuǎn) 換即可進(jìn)行雙向升降壓轉(zhuǎn)換的高效率的電力轉(zhuǎn)換裝置。
為了解決上述問題，本發(fā)明以如下方式構(gòu)成。本發(fā)明的第一方面是一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其具有分別與直流負(fù)載或單相交流負(fù) 載、以及三相交流負(fù)載并聯(lián)連接的第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路; 第一直流電感器和第二直流電感器；PWM控制電路，其對(duì)所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和 所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，該電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述第一 電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路經(jīng)由所述第一直流電感器和所述第 二直流電感器按相反極性連接，所述PWM控制電路使所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述 第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路協(xié)作地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，在所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載與所述三 相交流負(fù)載之間雙向地進(jìn)行升降壓。另外，本發(fā)明的第二方面是第一方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一直流 電感器和所述第二直流電感器是具有第一線圈和第二線圈的耦合電感器。另外，本發(fā)明的第三方面是第一或第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第 一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路由具有自消弧能力且能夠使電流 單向流動(dòng)的多個(gè)單向開關(guān)構(gòu)成，所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路將三相交流轉(zhuǎn)換為直流或單 相交流，所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路將直流或單相交流轉(zhuǎn)換為三相交流，所述第一電力 轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極直流端子經(jīng)由所述第一直流電 感器而連接，所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極直流端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流 端子經(jīng)由所述第二直流電感器而連接，所述第一直流電感器與所述第二直流電感器按照所 述第一電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子成為同極 的方向來連接，所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的正極和所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極為直流端 子、或者所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極和所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極為直流端子。另外，本發(fā)明的第四方面是第一或第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在從所 述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載向所述三相交流負(fù)載進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換時(shí)，在所述第一電力轉(zhuǎn)換電 路中，與直流端子連接的單向開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，在從所述三相交流負(fù)載向所述直流負(fù)載或單 相交流負(fù)載進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換時(shí)，在所述第二電力轉(zhuǎn)換電路中，與直流端子連接的單向開關(guān)進(jìn) 行動(dòng)作，從而進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。另外，本發(fā)明的第五方面是第一或第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 PWM控制電路具有控制運(yùn)算器，其使用所述三相交流負(fù)載的相間電壓、流過所述直流電感 器的電流Idc、以及所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載的端子電壓VRS，輸出作為進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換 的方向信號(hào)的動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)、變流器通流率λ c、逆變器通流率Xi和電流相位指令 θ i* ；載波發(fā)生器，其根據(jù)所述變流器通流率λ c，輸出時(shí)間比率變化的不均等載波波形以 及載波期間判別信號(hào)；電流型PWM運(yùn)算器，其根據(jù)所述不均等載波波形、所述逆變器通流率 λ i和所述電流相位指令θ i*，生成開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)，脈沖分配器，其根據(jù)所述動(dòng) 力運(yùn)行-再生信號(hào)和所述載波期間判別信號(hào)，將所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)分配給所 述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路。此外，本發(fā)明的第六方面是第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述PWM控制 電路在切換所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載與所述三相交流負(fù)載之間的電力轉(zhuǎn)換方向時(shí)，通 過閉合所述第一線圈和所述第二線圈中的某一方的電流路徑而斷開另一方的電流路徑的 動(dòng)作來進(jìn)行切換。
再者，本發(fā)明的第七方面是第一或第二方面的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述直 流負(fù)載或單相交流負(fù)載是蓄電裝置、發(fā)電裝置、電源、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的任一種，所述三相 交流負(fù)載是系統(tǒng)電源、發(fā)電裝置、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的任一種。根據(jù)本發(fā)明，可以無需設(shè)為多級(jí)而高效地實(shí)現(xiàn)可進(jìn)行雙向升降壓轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換 裝置，并且能夠瞬時(shí)地切換動(dòng)力運(yùn)行/再生。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例的PWM控制電路23的框圖。圖3是說明從蓄電池1向電動(dòng)機(jī)7進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的動(dòng)作的圖。圖4是說明從電動(dòng)機(jī)7向蓄電池1進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的動(dòng)作的圖。圖5是說明動(dòng)力運(yùn)行時(shí)的電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的圖。圖6是說明再生時(shí)的電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的圖。圖7是說明動(dòng)力運(yùn)行/再生的切換動(dòng)作的圖。圖8是示出本發(fā)明的第二實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖9是示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖10是示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖11是示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖12是說明變流器電壓Vdc = 0時(shí)的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。標(biāo)號(hào)說明1蓄電池(直流或單相交流負(fù)載)；2、4 6電容器；3耦合電感器；7電動(dòng)機(jī)(三相交流負(fù)載)；8、10電壓檢測(cè)器；9電流檢測(cè)器；11 16單向開關(guān)；17 22單向開關(guān)；23PWM控制電路；24單相電源；25發(fā)電機(jī)；26系統(tǒng)電源；27直流電動(dòng)機(jī)；28三相交流電源；31第一電力轉(zhuǎn)換電路；32第二電力轉(zhuǎn)換電路；41脈沖分配器；42載波發(fā)生器；43電流型PWM運(yùn)算器；
44控制運(yùn)算器；45速度檢測(cè)器。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。[實(shí)施例1]圖1是作為本發(fā)明第一實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。該電力轉(zhuǎn)換裝置具有作 為直流或單相交流負(fù)載的蓄電池1 ；作為三相交流負(fù)載的電動(dòng)機(jī)7 ；分別與蓄電池1以及電 動(dòng)機(jī)7并聯(lián)連接的第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路31和第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路32 ；包括第一 線圈和第二線圈的耦合電感器3 ；電容器2、4至6 ；電壓檢測(cè)器8、10 ；電流檢測(cè)器9 ；對(duì)電力 轉(zhuǎn)換電路31、32進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的PWM控制電路23 ；檢測(cè)電動(dòng)機(jī)7的速度的速度檢測(cè)器 45。另外，電力轉(zhuǎn)換電路31、32經(jīng)由耦合電感器3以相反極性連接。電力轉(zhuǎn)換電路31是從電動(dòng)機(jī)7向蓄電池1進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換(再生)的電路，電力轉(zhuǎn) 換電路32是從蓄電池1向電動(dòng)機(jī)7進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換(動(dòng)力運(yùn)行)的電路。電力轉(zhuǎn)換電路31具有由Slc至S6c的信號(hào)驅(qū)動(dòng)的單向開關(guān)11至16，電力轉(zhuǎn)換電 路32具有由Sli至S6i的信號(hào)驅(qū)動(dòng)的單向開關(guān)17至22，另外，各單向開關(guān)是二極管與IGBT 串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，具有自消弧能力。另外，除了上述結(jié)構(gòu)以外，單向開關(guān)11至22也可以使 用逆阻型IGBT(RB-IGBT)等，在該情況下，能夠以一個(gè)元件作為單向開關(guān)來使用。電力轉(zhuǎn)換電路31、32的三相交流端子分別經(jīng)由端子U、V、W與電動(dòng)機(jī)7連接。另 外，電力轉(zhuǎn)換電路31的正極直流端子是與蓄電池1的正極相連接的端子R，電力轉(zhuǎn)換電路 32的正極直流端子是與蓄電池1的負(fù)極相連接的端子S。耦合電感器3具有第一線圈Al-Bl和第二線圈A2-B2，各線圈在同一鐵芯上卷繞相 同的匝數(shù)，第一線圈Al-Bl與第二線圈A2-B2在圖1所示的點(diǎn)標(biāo)記的方向上耦合。耦合電感器3的第一線圈Al-Bl的Al與電力轉(zhuǎn)換電路31的正極(電流流出的直 流端子)連接，Bl與電力轉(zhuǎn)換電路32的負(fù)極(電流流入的直流端子)連接，第二線圈A2-B2 的B2與電力轉(zhuǎn)換電路31的負(fù)極連接，A2與電力轉(zhuǎn)換電路32的正極連接。電容器2連接在端子R、S之間，電容器4至6的一端分別與端子U、V、W連接，另 一端共同連接在一起，使電容器2、4至6各自的電流波動(dòng)不流過蓄電池1和電動(dòng)機(jī)7這些 負(fù)載，構(gòu)成用于減少端子間電壓變動(dòng)的濾波器。下面，使用圖2來說明PWM控制電路23。PWM控制電路23具有脈沖分配器41、產(chǎn)生不均等載波波形的載波發(fā)生器42、產(chǎn)生 電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)的電流型PWM運(yùn)算器43、對(duì)作為負(fù)載的電動(dòng)機(jī)7 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制的控制運(yùn)算器44，其中，所述分配器41將電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至 S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Slc至S6c)分配給第一電力轉(zhuǎn)換電路31、或者將電流型逆變器開關(guān)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sli至S6i)分配給第二電力轉(zhuǎn)換電路32。脈沖分配器41使用動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)和載波期間判別信號(hào)，將電流型逆變器開 關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Slc至S6c)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sli至S6i)進(jìn)行分配， 輸出到電力轉(zhuǎn)換電路31、32。關(guān)于該分配方法的詳細(xì)內(nèi)容，將在后面進(jìn)行敘述。
設(shè)載波周期為Tc、設(shè)變流器的電流矢量的通流率為λ c，載波發(fā)生器42使載波波 形的一個(gè)周期的下降時(shí)間和上升時(shí)間對(duì)應(yīng)于XcXTc禾Π (1-人()\1^，生成取0 1的值的 三角波狀不均等載波波形fc。另外，輸出載波期間判別信號(hào)，該信號(hào)在不均等載波波形fc 的AcXTc的期間內(nèi)為ON、在(l-λ c) XTc的期間內(nèi)為OFF。電流型PWM運(yùn)算器43首先根據(jù)逆變器的電流矢量的通流率λ i和電流相位指令 θ i*，運(yùn)算應(yīng)輸出的電流矢量的時(shí)間。例如，在使用與具有通流率λ i和相位θ i*的值的 電流指令矢量鄰接的一個(gè)零電流矢量Itl和兩個(gè)非零電流矢量Ii、Ii+1來進(jìn)行PWM的情況下， 如果設(shè)Itl的輸出時(shí)間為Tz、分別設(shè)I” Ii+1的輸出時(shí)間為1\、Ti+1、設(shè)電流指令矢量和電流矢 量Ii所形成的角為θ，設(shè)PWM周期為Ts，則TlI^IV1可通過式(3)來運(yùn)算。
JlTi =Tsx Aiχsin(— -θ)Ti+1 = Ts X λ i X sin ( θ ) . · · (3)Tz = Ts-Ti-Titl通過式⑷來運(yùn)算與載波波形進(jìn)行比較的PWM脈沖時(shí)間指令Το、Τ1。該式(4)對(duì) 各電流矢量的輸出時(shí)間Ti、Ti+1進(jìn)行歸一化，以使載波波形成為0 1的范圍的值。Tl = ^-
Ts…(4)
T +TTo =」^
Ts這樣，對(duì)PWM脈沖時(shí)間指令To、Tl與不均等載波波形fc進(jìn)行比較，生成用于輸出 對(duì)應(yīng)的電流矢量Ιο、I” Ii+1的電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)。由電壓檢測(cè)器8檢測(cè)出的相當(dāng)于蓄電池1的電壓的RS端子間電壓VRS、由電動(dòng)機(jī) 7的速度檢測(cè)器45檢測(cè)出的速度ω、由電壓檢測(cè)器10檢測(cè)出的UV、VW、WU端子間的電壓 VUV、VVW、VWU、由電流檢測(cè)器9檢測(cè)出的流過直流端子S的電流Idet被輸入到控制運(yùn)算器 44?？刂七\(yùn)算器44根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令(未圖示)以及被輸入的檢測(cè)信號(hào)，輸出進(jìn)行電動(dòng)機(jī) 7的旋轉(zhuǎn)控制而得的電流相位指令θ i*、直流電感器電流指令I(lǐng)dc*、動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)， 其中，所述轉(zhuǎn)矩指令是通過以使針對(duì)電動(dòng)機(jī)7的速度指令ω*與檢測(cè)到的速度ω —致的方 式控制電動(dòng)機(jī)7而得到的。而且，控制運(yùn)算器44以Idc*與Ildcl —致的方式進(jìn)行電流控制，運(yùn)算變流器電 壓指令Vdc*。直流電感器電流Idc作為電流Idet的載波周期Tc內(nèi)的峰值而求出。另外，
Idc的檢測(cè)方法并不限于此，也可以通過霍爾傳感器測(cè)定直流電感器的磁通，根據(jù)磁通進(jìn) 行換算，還可以對(duì)將直流電感器的兩個(gè)線圈同時(shí)卷繞到電流互感器上而檢測(cè)到的值進(jìn)行換 算。此外，變流器電壓指令Vdc*在動(dòng)力運(yùn)行時(shí)為正，在再生時(shí)為負(fù)，控制運(yùn)算器44根據(jù)該 極性來輸出動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)。利用蓄電池1的電壓VRS對(duì)所運(yùn)算出的變流器電壓指令Vdc*進(jìn)行歸一化，其絕對(duì) 值成為變流器通流率指令λ c*。通過進(jìn)行將變流器通流率指令λ c*抑制為規(guī)定值λ limit 以使變流器通流率λ c成為1以下的值的處理，來決定變流器通流率Xe。另外，在變流器通流率指令λ c*超過規(guī)定值λ limit的情況下，通過根據(jù)變流器通流率指令λ c*與規(guī)定 值λ limit之間的差分來減小逆變器通流率λ i的處理，決定逆變器通流率λ i。下面，使用圖5、圖6，分別針對(duì)動(dòng)力運(yùn)行、再生來說明脈沖分配器41的脈沖生成 例。在圖5和圖6的上部，示出了根據(jù)逆變器通流率λ i和電流相位指令θ i*而運(yùn)算出的 PWM脈沖時(shí)間指令Το、Τ1和電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)。另外，圖中的脈沖信 號(hào)的低電平側(cè)為OFF，高電平側(cè)為ON。在動(dòng)力運(yùn)行時(shí)，如圖5所示，在不均等載波波形fc的λ cXTc期間內(nèi)，分配電流型 逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sli至S6i)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Slc至S6c)全 部設(shè)置為OFF，在不均等載波波形fc的(1- λ c) XTc期間內(nèi)，分配電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信 號(hào)(S2*、S4*、S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2c、S4c、S6c)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2i、S4i、S6i)設(shè)置為OFF。在再生時(shí)，如圖6所示，在不均等載波波形fc的λ cXTc期間內(nèi)，分配電流型逆變 器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Si*至S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Slc至S6c)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sli至S6i)全部設(shè) 置為OFF，在不均等載波波形fc的(l-λ c) XTc期間內(nèi)，分配電流型逆變器開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào) (S2*、S4*、S6*)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2i、S4i、S6i)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2c.S4c.S6c)設(shè)置為 OFF。通過這種方式，PWM控制電路23使電力轉(zhuǎn)換電路31、32協(xié)作地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。接著，依次說明升降壓以及動(dòng)力運(yùn)行/再生的具體動(dòng)作。首先，使用圖3來對(duì)從蓄電池1向電動(dòng)機(jī)7進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的情況進(jìn)行說明。在圖 中，為了明確IGBT的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)，將IGBT標(biāo)記為機(jī)械開關(guān)。以下相同。在不進(jìn)行Vdc的電壓控制的情況下，只有電力轉(zhuǎn)換電路32根據(jù)逆變器通流率入士 和電流相位指令θ i*進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。以負(fù)載功率因數(shù)大致為1且U相電流為正的最 大值的附近為例，按照?qǐng)D3(b)、(d)、(f)的順序切換單向開關(guān)17至22的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Sli至 S6i)。在進(jìn)行Vdc電壓控制(調(diào)節(jié))的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路31、32均根據(jù)逆變器通流 率Xi和電流相位指令進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。因此，除了圖3(b)、(d)、(f)外，也被切換 為圖3(a)、(c)、(e)的開關(guān)狀態(tài)。在圖3(a)和(b)、圖3 (c)和(d)、圖3 (e)和(f)的各圖 中，三相交流側(cè)的電動(dòng)機(jī)7的電流狀態(tài)相同。在根據(jù)變流器通流率λc進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制 時(shí)，要考慮該情況。此時(shí)，如果變流器通流率λ c變大(變小)，則增大(減小)圖3 (b)、(d)、(f)的 時(shí)間比率，減小(增大)圖3 (a)、(c)、(e)的時(shí)間比率，使Vdc的平均值變高(變低)。另外，單向開關(guān)11、13、15始終截止，耦合電感器3的線圈B2端開路，耦合電感器 3不是作為變壓器，而是作為電感器進(jìn)行動(dòng)作。升壓和降壓取決于逆變器通流率λ i、變流器通流率λ c的大小，如果λ i < λ c， 則是從蓄電池1向電動(dòng)機(jī)7的升壓動(dòng)作(從直流電壓向三相交流的動(dòng)力運(yùn)行)、如果λ i > λ c，則是從蓄電池1向電動(dòng)機(jī)7的降壓動(dòng)作(從直流電壓向三相交流的動(dòng)力運(yùn)行)。接著，利用圖4來對(duì)從電動(dòng)機(jī)7向蓄電池1進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的情況的具體動(dòng)作進(jìn)行 說明。在不進(jìn)行Vdc的電壓控制的情況下，只有電力轉(zhuǎn)換電路31根據(jù)逆變器通流率λ i 和電流相位指令進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。圖4示出電流相位與圖3相差180°的狀態(tài)。以 U相電流為負(fù)的最大值的附近為例，按照?qǐng)D4(b)、(d)、(f)的順序切換單向開關(guān)11至16的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(SlcM S6c)。在進(jìn)行Vdc的電壓控制(調(diào)節(jié))的情況下，電力轉(zhuǎn)換電路31、32均根據(jù)逆變器通 流率Xi和電流相位指令進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。因此，除了圖4(b)、(d)、(f)外，也被切 換為圖4(a)、(c)、(e)的開關(guān)狀態(tài)。在圖4(a)和(b)、圖4(c)和(d)、圖4(e)和(f)的各 圖中，三相交流側(cè)的電動(dòng)機(jī)7的電流狀態(tài)相同。在根據(jù)變流器通流率λc進(jìn)行脈沖寬度調(diào) 制時(shí)，要考慮該情況。此時(shí)，如果變流器通流率λ c變大(變小)，則增大(減小)圖4 (b)、(d)、(f)的 時(shí)間比率，減小(增大)圖4 (a)、(c)、(e)的時(shí)間比率，使Vdc的平均值變高(變低)。另外，單向開關(guān)17、19、21始終截止，耦合電感器3的線圈Bl端開路，耦合電感器 3不是作為變壓器，而是作為電感器進(jìn)行動(dòng)作。升壓和降壓取決于逆變器通流率λ i、變流器通流率λ c的大小，如果λ i < λ c， 則是從電動(dòng)機(jī)7向蓄電池1的降壓動(dòng)作(從三相交流向直流電壓的再生)、如果λ > Ac, 則是從電動(dòng)機(jī)7向蓄電池1的升壓動(dòng)作(從三相交流向直流電壓的再生)。通過這種方式 來進(jìn)行升降壓和動(dòng)力運(yùn)行/再生動(dòng)作。接著，對(duì)基于變流器通流率λ C的變流器電壓Vdc的調(diào)節(jié)原理進(jìn)行說明。電力轉(zhuǎn) 換電路32的Vdc是耦合電感器3的線圈Al端子與Α2端子間的電位，由于Al端子與蓄電 池1的正極連接，Α2端子與蓄電池1的負(fù)極連接，所以Vdc是蓄電池1的電壓。但是，電力轉(zhuǎn)換電路31的單向開關(guān)12、14、16的電流流入的負(fù)極分別與電力轉(zhuǎn)換 電路32的單向開關(guān)18、20、22的負(fù)極連接，而且，單向開關(guān)12、14、16的電流流出的正極與 耦合電感器3的線圈Al端子以及蓄電池1的正極連接，因此，由單向開關(guān)17、19、21和12、 14,16以及耦合電感器3的線圈Al-Bl構(gòu)成的電路構(gòu)成圖12的虛線內(nèi)所示的電路。即，該 電路具有變流器電壓Vdc = 0的電流型電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)(圖12)，對(duì)利用單向開關(guān)17、19、21和18、20、22還是利用單向 開關(guān)17、19、21和12、14、16進(jìn)行切換，由此能夠調(diào)節(jié)￥如。如果通過脈沖寬度調(diào)制來進(jìn)行單 向開關(guān)12、14、16和18、20、22的切換且如上所述根據(jù)λ c對(duì)切換狀態(tài)的各自時(shí)間進(jìn)行時(shí)間 比率控制，則可以在從零到蓄電池電壓的范圍內(nèi)連續(xù)地控制Vdc的平均電壓。接著，對(duì)本發(fā)明的即時(shí)切換動(dòng)力運(yùn)行/再生的功能進(jìn)行說明。需要如下兩個(gè)條件為了防止切換動(dòng)力運(yùn)行/再生時(shí)所產(chǎn)生的浪涌電壓導(dǎo)致的開 關(guān)元件的破壞，不切斷流到耦合電感器3的電流；以及為了防止過電流造成的開關(guān)元件的 燒損，禁止輸入輸出端子間的短路。為了滿足這些條件，在動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，脈沖分配器41在流向三 相交流側(cè)的電動(dòng)機(jī)7側(cè)的電流為零的圖3(a) (b)、圖4(a) (b)所示的時(shí)機(jī)等，切換單向開關(guān) 11至22的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(Slc至S6c以及Sli至S6i)。利用圖7來說明從圖3(b)切換為圖4(b)的從動(dòng)力運(yùn)行到再生的動(dòng)作及其逆動(dòng)作。從動(dòng)力運(yùn)行到再生的動(dòng)作切換是(a) — (bl) — (cl) — (dl) — (e)的順序處 理。圖7(a)為與圖3(b)相同的狀態(tài)。如果從該狀態(tài)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sk設(shè)置為0N，則單向開 關(guān)14的二極管被蓄電池1的電壓VRS逆向偏置而截止，成為(bl)的狀態(tài)。如果從該狀態(tài) 將S4i設(shè)置為OFF，則單向開關(guān)14的二極管導(dǎo)通，成為(cl)的狀態(tài)。如果從該狀態(tài)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)Slc設(shè)置為0N，則單向開關(guān)11的二極管被蓄電池1的電壓VRS逆向偏置而截止，成為 (dl)的狀態(tài)。如果從該狀態(tài)將Sli設(shè)置為OFF，則耦合電感器3作為回掃變壓器(flykick transformer)進(jìn)行動(dòng)作，Al-Bl線圈的電流向線圈A2-B2移動(dòng)，成為(e)的狀態(tài)。該(e)與 圖4(b)相同，之后，進(jìn)行再生動(dòng)作。在使兩個(gè)直流電感器作為回掃變壓器來動(dòng)作時(shí)，因?yàn)锳l-Bl線圈與A2-B2線圈為 相同的匝數(shù)，所以移動(dòng)前與移動(dòng)后的電流值相同。另外，雖然切斷線圈Al-Bl的電流，但是 電流向線圈A2-B2移動(dòng)，以確保流動(dòng)路徑的方式流動(dòng)，與耦合電感器不同，不會(huì)遮斷電流。 產(chǎn)生未與線圈Al-Bl端子耦合的布線的電感成分所導(dǎo)致的浪涌電壓。關(guān)于從再生到動(dòng)力運(yùn)行的動(dòng)作切換，進(jìn)行圖7中的所述逆動(dòng)作，能夠從圖4(b)切 換為圖3(b)。另外，還可以進(jìn)行從流向直流側(cè)的電流也為零的狀態(tài)起的切換，此時(shí)，按照?qǐng)D 7 (Cl) — (dl) — (e) — (d2) — (c2)來進(jìn)行從動(dòng)力運(yùn)行圖3(a)到再生圖4(a)的切換， 在圖7(dl)與(e)之間進(jìn)行回掃動(dòng)作。此外，按照?qǐng)D7 (c2) — (b2) — (a) — (bl) — (cl)來進(jìn)行從再生圖4(a)到動(dòng)力 運(yùn)行圖3(a)的切換，在圖7(c2)與(b2)之間進(jìn)行回掃動(dòng)作。切換的順序方向也可以是這 些順序的相反方向。這樣，脈沖分配器41將耦合電感器3用作回掃變壓器，安全且即時(shí)地切換動(dòng)力運(yùn) 行和再生。這里，對(duì)具有雙向的升降壓輸出和即時(shí)切換動(dòng)力運(yùn)行/再生的這兩個(gè)功能的實(shí)施 例進(jìn)行了說明。如果暫時(shí)中斷對(duì)負(fù)載的電力供給，等到電感器的電流變?yōu)?，然后進(jìn)行切換， 則也可以采用取代耦合電感器3而劃分為未耦合的兩個(gè)直流電感器的結(jié)構(gòu)。[實(shí)施例2]圖8是示出作為本發(fā)明第二實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。圖中，與圖1的不同 之處在于，電力轉(zhuǎn)換電路32的負(fù)極直流端子是與蓄電池1的正極連接的端子R，電力轉(zhuǎn)換電 路31的負(fù)極直流端子是與蓄電池1的負(fù)極連接的端子S。伴隨著從圖1到圖8的變更，如果變更脈沖分配器41中的Vdc的調(diào)節(jié)、動(dòng)力運(yùn)行 /再生的切換，則在實(shí)施例2中也能進(jìn)行與實(shí)施例1相同的動(dòng)作。因此，在圖8中，如果暫時(shí)中斷對(duì)負(fù)載的電力供給，等到電感器的電流變?yōu)?，然后 進(jìn)行切換，則也可以采用取代耦合電感器3而劃分為未耦合的兩個(gè)直流電感器的結(jié)構(gòu)。而且，圖9、圖10、圖11是本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置的應(yīng)用例。在本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換 裝置中，經(jīng)由直流電感器將電力轉(zhuǎn)換電路31與電力轉(zhuǎn)換電路32的直流端子反向連接，所以 電力轉(zhuǎn)換裝置的直流端子可以取正負(fù)中的任一極性。另外，因?yàn)楸景l(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置能夠雙向地進(jìn)行升降壓，所以，如圖9所示，可 在三相交流側(cè)連接發(fā)電機(jī)25來取代電動(dòng)機(jī)7，在直流側(cè)連接單相交流電源M來取代蓄電池 1，對(duì)來自發(fā)電機(jī)25的發(fā)電電力進(jìn)行升降壓，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后供給到單相交流電源M。而且，也可以如圖10所示，將三相交流側(cè)作為系統(tǒng)電源沈，以非絕緣的方式與直 流側(cè)的單相交流電源M連接。而且，如圖11所示，將直流側(cè)設(shè)為直流電動(dòng)機(jī)27，將三相交流側(cè)設(shè)為三相交流電 源觀，利用PWM控制電路23中的控制運(yùn)算器44以使VUV、VVW、VWU的反饋?zhàn)優(yōu)槠谕妷旱姆绞絹砜刂艻dc*，但如果將控制運(yùn)算器44變更為以使反饋的VRS變?yōu)槠谕妷旱姆绞絹砜?制Idc*的控制運(yùn)算器，則能夠使直流電動(dòng)機(jī)27進(jìn)行四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。
這樣，本發(fā)明并不限定直流側(cè)的負(fù)載、三相交流側(cè)的負(fù)載。
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其具有分別與直流負(fù)載或單相交流負(fù)載、以及三相交流負(fù)載并聯(lián)連接的第一電流型電力轉(zhuǎn)換 電路和第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路；第一直流電感器和第二直流電感器；PWM控制電路，其對(duì)所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路進(jìn) 行脈沖寬度調(diào)制，該電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路經(jīng)由所述第一直流電 感器和所述第二直流電感器按相反極性連接，所述PWM控制電路使所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路 協(xié)作地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，在所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載、與所述三相交流負(fù)載之間雙向地 進(jìn)行升降壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一直流電感器和所述第二直流電感器是具有第一線圈和第二線圈的耦合電感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路由具有自消弧能力且 能夠使電流單向流動(dòng)的多個(gè)單向開關(guān)構(gòu)成，所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路將三相交流轉(zhuǎn)換為直流或單相交流， 所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路將直流或單相交流轉(zhuǎn)換為三相交流， 所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極直流端子經(jīng) 由所述第一直流電感器而連接，所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極直流端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子經(jīng) 由所述第二直流電感器而連接，所述第一直流電感器與所述第二直流電感器按照所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流 端子與所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極直流端子成為同極的方向連接，所述第一電力轉(zhuǎn)換電路的正極和所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的正極為直流端子、或者所述 第一電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極和所述第二電力轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極為直流端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在從所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載向所述三相交流負(fù)載進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換時(shí)，在所述第一 電力轉(zhuǎn)換電路中，與直流端子連接的單向開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，在從所述三相交流負(fù)載向所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換時(shí)，在所述第二 電力轉(zhuǎn)換電路中，與直流端子連接的單向開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作，從而進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述PWM控制電路具有控制運(yùn)算器，其使用所述三相交流負(fù)載的相間電壓、流過所述直流電感器的電流Idc、 以及所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載的端子電壓VRS，輸出作為進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的方向信號(hào)的 動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)、變流器通流率λ c、逆變器通流率λ i和電流相位指令θ i* ；載波發(fā)生器，其根據(jù)所述變流器通流率λ c，輸出時(shí)間比率變化的不均等載波波形以及載波期間判別信號(hào)；電流型PWM運(yùn)算器，其根據(jù)所述不均等載波波形、所述逆變器通流率λ i和所述電流相 位指令θ i*，生成開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si*至S6*，脈沖分配器，其根據(jù)所述動(dòng)力運(yùn)行-再生信號(hào)和所述載波期間判別信號(hào)，將所述開關(guān) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)Si*至S6*分配給所述第一電流型電力轉(zhuǎn)換電路和所述第二電流型電力轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述PWM控制電路在切換所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載、與所述三相交流負(fù)載之間的 電力轉(zhuǎn)換方向時(shí)，通過閉合所述第一線圈和所述第二線圈中的某一方的電流路徑而斷開另 一方的電流路徑的動(dòng)作來進(jìn)行切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述直流負(fù)載或單相交流負(fù)載是蓄電裝置、發(fā)電裝置、電源、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的任一 種，所述三相交流負(fù)載是系統(tǒng)電源、發(fā)電裝置、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明提供電力轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的課題是無需進(jìn)行多級(jí)的電力變換而高效地提供可進(jìn)行直流或單相交流與三相交流的雙向轉(zhuǎn)換的升降壓以及動(dòng)力運(yùn)行/再生的瞬時(shí)切換的電力轉(zhuǎn)換裝置。該電力轉(zhuǎn)換裝置具有兩個(gè)電流型電力轉(zhuǎn)換電路(31、32)和PWM控制電路(23)，所述電流型電力轉(zhuǎn)換電路(31、32)分別與直流負(fù)載或單相交流負(fù)載(1)、以及三相交流負(fù)載(7)并聯(lián)連接，并經(jīng)由兩個(gè)直流電感器(3)按相反極性連接，所述PWM控制電路(23)使兩個(gè)電流型電力轉(zhuǎn)換電路(31、32)協(xié)作地進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，在直流負(fù)載或單相交流負(fù)載(1)、與三相交流負(fù)載(7)之間雙向地進(jìn)行升降壓。
文檔編號(hào)H02M7/797GK102104343SQ20101059837
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者山中克利 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)