專利名稱：三電平電力變換器的電容器容量判定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把直流電變換為交流電或把交流電變換為直流電的三電平電力變換器；尤其涉及對設(shè)置在變換器直流側(cè)的分壓電容器維護和保護的改進。
作為檢測設(shè)置在電力變換器的直流側(cè)電容器容量的技術(shù)，利用在直流電源接通時的初始充電波形，通過測量時間常數(shù)而測定電容量，這種技術(shù)已經(jīng)熟知。自然，該技術(shù)可不受電力變換器交流側(cè)電壓電平數(shù)的限制(二電平、三電平或更多電平)而加以應用。
在上述常規(guī)技術(shù)中，因為電容器的充電時間取決于電源電壓或充電用電阻器，因而外部電路條件的準確檢測成為高精度檢測電容器容量的前提。
在例如公告號為7-222436(1995)的日本專利中揭示了一種由平滑電容器的脈動電流或電壓檢測電容器老化(aged deterioration)的方法。但是，多個脈動成分在直流電路中產(chǎn)生，這成為準確檢測老化的障礙。
本發(fā)明的目的在于提供一種不取決于外部電路條件而可高穩(wěn)定且準確地判定三電平電力變換器電容器容量降低的裝置。
通過提供檢測設(shè)置在三電平電力變換器直流側(cè)分壓電容器的中間電位點(以下，稱為中性點)的交流電壓波動、并把該交流電壓波動的檢測結(jié)果與基準值比較的裝置，而達到上述目的。由此，檢測不受外部電路條件影響的中性點的交流電壓波動成分，當該電壓波動成分的幅值超過預定基準值時，即判定直流電容器容量降低。


圖1是表示本發(fā)明第一實施例的示意圖。
圖2是本發(fā)明動作波形的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實施例的示意圖。
本發(fā)明一個實施例示于圖1，圖1是本發(fā)明應用于驅(qū)動電氣車輛的三電平逆變器的一個例子。
圖1中，1是由架線提供的直流電壓源，21、22是用于由直流電壓源1的電壓提供相當于交流電流側(cè)零電位的中性點電壓、連接在P和N點之間并進行分壓的分壓電容器，這些分壓電容器通常也可用作二電平逆變器直流側(cè)的濾波電容器。30～33是具有穩(wěn)流工作的整流元件、能自消弧的開關(guān)元件(在本實施例中采用IGBT，但也可采用GTO、晶體管等)，34、35是取得電容器中性點電壓的輔助整流元件。3a構(gòu)成與U相對應的切換臂，3b、3c分別以與3a同樣方式構(gòu)成V相及W相的切換臂，4是作為逆變器負荷裝置的感應電動機。
切換臂3a至3c可在各自相獨立工作，并通過開關(guān)元件的通、斷控制，在逆變器的交流端產(chǎn)生三電平的輸出電壓。此外，在公開號為51-47848(1976)及公開號為56-74088的日本專利公報中詳細公開了三電平逆變器的主電路，在公開號為05-146160(1993)的日本專利公報中詳細揭示了脈寬調(diào)制控制。
在圖1中，5是脈寬調(diào)制控制電路，它輸入逆變器輸出電壓的頻率指令Fi*、電壓指令E*、分壓電容器電壓ecp、ecn、及選通起動/停止信號GSS，從而輸出提供給開關(guān)元件30～33的門信號(開、關(guān)信號)。這里，電壓ecp、ecn主要用來控制中性點電壓，以使施加在各個分壓電容器21及22上的電壓均等。
另一方面，6是作為本發(fā)明主要特征的電容器容量判定電路。該電路包括檢測中性點電壓交流成分的交流成分檢測器61、檢測所述交流成分幅值的最大值檢測器62、第1比較器63、第2比較器64以及記錄交流電壓幅值歷史的存儲器65。71是警告由第一比較器判定的電容器容量降低的外部指示器。72是讀出存儲器65中所記錄的數(shù)據(jù)的監(jiān)視器。自然，指示器71和監(jiān)視器72可設(shè)置在所述電容器容量判定電路6或脈寬調(diào)制控制電路的內(nèi)部。
本發(fā)明電力變換器的工作參照圖1及2說明如下。
在三電平逆變器中，驅(qū)動時，在電壓中性點產(chǎn)生具有逆變器輸出頻率之三倍頻率的交替漂移。動作波形的一個例子示于圖2。如圖2(b)及(c)所示，分壓電容器的電壓ecp和ecn相互反相，并具有輸出電壓/電流頻率之三倍頻率的輸出脈動。電壓波動的幅值ΔE0由下式確定。ΔE0=a·Im32π2Fi·C----(1)]]>其中A為調(diào)制率，Im為逆變器輸出電流(基波有效值)，F(xiàn)i為逆變器頻率，C為分壓電容器的容量。
幅值ΔE0由調(diào)制率(逆變器輸出電壓的基波幅值以分壓電容器的平均電壓加以規(guī)格化的值)、逆變器輸出電流的控制變量、逆變器頻率及電容器容量確定。除了直流電源電壓及電容器電容量外ΔE0與外部電路常數(shù)無關(guān)。不言而喻，若得到ΔE0，則也能馬上獲得電容器容量C。
本發(fā)明利用了三電平逆變器的這一特有性質(zhì)。換言之，在圖1中，由交流成分檢測器61檢測中性點電壓中所含的交流成分，由最大值檢測器62檢測交流成分的幅值。該最大值檢測器62具有不僅檢測交流成分的幅值而且在總是變化的驅(qū)動狀態(tài)下檢測最大電壓幅值的功能。第1比較器63把檢測結(jié)果與由公式(1)獲得的ΔE0允許值的基準值1比較且當ΔE0大于該基準值1時，在輸出端CC1輸出“1”(平時輸出“0”)。當信號“1”作為CC1輸出時，指示器7顯示一個符號表示電容器容量降低。
本實施例具有能不受外部電路條件控制而穩(wěn)定且準確地檢測電容器容量降低的效果。
此外，在第2比較器64中設(shè)定比基準值1大的基準值2，當最大值檢測器62的輸出超過基準值2時，第2比較器64輸出“1”作為輸出CC2(平時輸出“0”)。結(jié)果，選通啟動/停止條件固定為選通停止，而脈寬調(diào)制控制電路停止驅(qū)動主電路。由此，可預先防止在電容器容量異常降低時逆變器的異常動作。
另一方面，通過提供其中記錄有不性點電壓交流漂移歷史的存儲器65，可獲得電容器容量長期變化的情況，因而可能容易地發(fā)現(xiàn)電容器容量有降低危險的某個電容器。尤其，能有效減少維護工作量。
在上述實施例中，本發(fā)明應用于把直流轉(zhuǎn)換為交流的三電平逆變器中，但本發(fā)明也可應用于把交流轉(zhuǎn)換為直流的三電平變換器中而期望取得同樣效果。
在由交流輸出電壓半周期中具有相同極性的電壓脈沖串構(gòu)成的單極調(diào)制控制中，本發(fā)明尤其具有高精度判定的特點。
本發(fā)明的第2實施例示于圖3。除了交流成分檢測器61的輸入信號變?yōu)榉謮弘娙萜麟妷篹cp與ecn之差這點外，第2實施例與圖1所示實施例相似。在該實施例中，交流成分檢測器61的輸入信號中所含的直流成分非常小，交流成分能有效檢測。
按照本發(fā)明，在三電平電力變換器中，電容器容量的降低能穩(wěn)定和高度準確地加以判定。
權(quán)利要求
1.一種把直流電壓轉(zhuǎn)換為包括高電位、中間電位及低電位的三電平交流電壓的電力變換器，其特征在于包括根據(jù)設(shè)置在所述電力變換器直流側(cè)的分壓電容器的中間電位的交流電壓變化幅值，判定該分壓電容器容量變化的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換器，其特征在于，中間電位的所述交流電壓變化由所述電力變換器的交流側(cè)的輸出頻率的三次諧波分量構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的電力變換器，其特征在于，進一步包括，當所述交流電壓變化幅值超過第1基準值時輸出一個信號且在該幅值超過大于所述第1基準值的第2基準值時停止所述電力變換器運轉(zhuǎn)的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的電力變換器，其特征在于進一步包括定期存儲所述電壓變化幅值的存儲裝置及根據(jù)所述幅值輸出表示所述電容器老化的信號的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種三電平電力變換器的電容器容量判定裝置。為了不受外部電路條件控制而穩(wěn)定且高度準確的判定三電平電力變換器的電容器容量變化，設(shè)置判定分壓電容器容量降低裝置以檢測在三電平電力變換器直流側(cè)設(shè)置的分壓電容器中性電位點的電壓波動并把該檢測結(jié)果與基準值比較。
文檔編號H02P27/04GK1169049SQ9711273
公開日1997年12月31日 申請日期1997年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月14日
發(fā)明者仲田清, 寺澤清, 齊藤秀治 申請人:株式會社日立制作所