電力變換裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】具有將可雙向開(kāi)關(guān)的多對(duì)開(kāi)關(guān)元件與各相連接，將輸入的交流電力變換為交流電力的變換電路，計(jì)算第1開(kāi)關(guān)時(shí)間，然后從相當(dāng)于載波的半周期的時(shí)間中減去所述第1開(kāi)關(guān)時(shí)間而計(jì)算第2開(kāi)關(guān)時(shí)間，使用所述時(shí)間，生成對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件的接通及斷開(kāi)進(jìn)行切換的控制信號(hào)，該第1開(kāi)關(guān)時(shí)間是將在所述各相中的一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的上橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在其他相中包含的所述上橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)，并且，將所述其他相的下橋臂電路中的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將所述一個(gè)相的下橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間，該第2開(kāi)關(guān)時(shí)間是將所述各相中的所述一個(gè)相的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，所述各相中的其他相的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電力變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知一種電力變換器的控制裝置，該控制裝置對(duì)電力變換器進(jìn)行控制，該電力變換器由進(jìn)行交流一直流變換的PWM整流器、和與該P(yáng)WM整流器連接而進(jìn)行直流一交流變換的逆變器構(gòu)成，其特征在于，所述控制裝置具有:兩相調(diào)制單元，其生成用于對(duì)逆變器進(jìn)行兩相調(diào)制的輸出電壓指令；第1補(bǔ)償量運(yùn)算單元，其運(yùn)算為了對(duì)在逆變器的兩相調(diào)制時(shí)產(chǎn)生的輸出電壓誤差進(jìn)行補(bǔ)償而對(duì)輸出電壓指令進(jìn)行校正的補(bǔ)償量；逆變器PWM模式生成單元，其基于校正后的輸出電壓指令，生成對(duì)逆變器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的PWM脈沖；整流器PWM模式生成單元，其基于輸入電流指令，生成對(duì)PWM整流器的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的PWM脈沖；開(kāi)關(guān)檢測(cè)單元，其檢測(cè)有無(wú)PWM整流器的開(kāi)關(guān)；電壓大小檢測(cè)單元，其根據(jù)各相的輸入電壓檢測(cè)最大相的電壓、中間相的電壓、最小相的電壓；以及負(fù)載電流的極性判別單元，第1補(bǔ)償量運(yùn)算單元利用所述電壓大小檢測(cè)單元的輸出、所述極性判別單元的輸出、所述開(kāi)關(guān)檢測(cè)單元的輸出、逆變器的開(kāi)關(guān)頻率以及死區(qū)時(shí)間，運(yùn)算對(duì)輸出電壓指令進(jìn)行校正的補(bǔ)償量(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0003]然而，在現(xiàn)有的電力變換器的控制裝置中，僅對(duì)由于換流而產(chǎn)生的電壓誤差進(jìn)行補(bǔ)償，存在不能防止換流失敗本身的問(wèn)題。
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006 - 20384號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠防止換流失敗的電力變換裝置。
[0006]本發(fā)明具有開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算部、和基于第1開(kāi)關(guān)時(shí)間及第2開(kāi)關(guān)時(shí)間生成開(kāi)關(guān)元件控制信號(hào)的控制信號(hào)生成部，所述開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算部使用由電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)電壓和輸出指令值計(jì)算第1開(kāi)關(guān)時(shí)間，然后從相當(dāng)于載波的半周期的時(shí)間中減去所述第1開(kāi)關(guān)時(shí)間而計(jì)算第2開(kāi)關(guān)時(shí)間，其中，該第1開(kāi)關(guān)時(shí)間是將在所述各相中的一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的上橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在其他相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的所述上橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)，并且，將在所述其他相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的下橋臂電路上的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在所述一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的下橋臂電路上的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間，該第2開(kāi)關(guān)時(shí)間是將在所述各相中的所述一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在所述各相中的其他相的中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間，由此實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，確保第2開(kāi)關(guān)時(shí)間的最初時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作與第2開(kāi)關(guān)時(shí)間的最終時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的間隔，因此，避免該最初時(shí)刻與該最終時(shí)刻之間的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的重復(fù)，其結(jié)果，能夠避免換流失敗?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是包含本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力變換裝置的充電系統(tǒng)的框圖。
[0009]圖2是對(duì)比例1涉及的充電系統(tǒng)的框圖。
[0010]圖3是對(duì)比例2涉及的充電系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖4是對(duì)圖1的電力變換裝置進(jìn)行控制的控制器的框圖。
[0012]圖5是表示圖1的r相的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)序的圖形。
[0013]圖6是表示圖4的空間矢量調(diào)制部中的基本矢量和電壓矢量的關(guān)系的圖。
[0014]圖7的(a)是在圖6的矢量圖中附加了開(kāi)關(guān)模式的圖，(b)是圖1的充電系統(tǒng)中的交流電源1以及矩陣變換器4的電路圖。
[0015]圖8是圖4的開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表的概要圖。
[0016]圖9是用于說(shuō)明區(qū)域1中的圖1的開(kāi)關(guān)元件的轉(zhuǎn)換的圖。
[0017]圖10是表示圖4的控制器中的載波與輸出時(shí)間的關(guān)系的圖形。
[0018]圖11是表示圖1的矩陣變換器的輸出電壓波形的圖形。
[0019]圖12是表示圖1的矩陣變換器的輸出電壓波形的圖形。
[0020]圖13是表示對(duì)比例3的逆變器裝置中的載波與指令值的關(guān)系、以及輸出電壓波形的圖形。
[0021]圖14是表示圖4的控制器中的載波與輸出時(shí)間關(guān)系以及輸出電壓波形的圖形。
[0022]圖15是表示本發(fā)明的變形例的電力變換裝置涉及的載波與輸出時(shí)間的關(guān)系以及輸出電壓波形的圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，基于附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0024]《第1實(shí)施方式》
[0025]圖1是包含本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的電力變換裝置的電池系統(tǒng)的框圖。以下，以將本例的電力變換裝置應(yīng)用至充電裝置的情況為例進(jìn)行說(shuō)明，但本例也可以應(yīng)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行控制的控制裝置或包含電動(dòng)機(jī)的車(chē)輛等中。
[0026]本例的充電系統(tǒng)具有交流電源1、輸入濾波器2、電壓傳感器31~33、矩陣變換器
4、高頻變壓器電路5、輸出濾波器6以及電池7。
[0027]交流電源1是三相交流電源，成為充電系統(tǒng)的電力源。輸入濾波器2是用于對(duì)從交流電源1輸入的交流電力進(jìn)行整流的濾波器，由線圈21~23和電容器24~26的LC電路構(gòu)成。線圈21~23在交流電源1和矩陣變換器4之間分別與各相連接。電容器24~26分別與線圈21~23連接，并連接在各相間。
[0028]電壓傳感器31~33連接在交流電源1和矩陣變換器4之間，對(duì)從交流電源1向矩陣變換器4的各相的輸入電壓(^、vs、vt)進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)電壓發(fā)送至后述的控制器10。電壓傳感器31連接在矩陣變換器4的r相的中間點(diǎn)，電壓傳感器32連接在矩陣變換器4的s相的中間點(diǎn)，電壓傳感器33連接在矩陣變換器4的t相的中間點(diǎn)。矩陣變換器4具有多個(gè)可雙向開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn，將從交流電源1輸入的交流電力變換為高頻的交流電力，并向高頻變壓器電路5輸出。矩陣變換器4連接在輸入濾波器2和高頻變壓器電路5之間。為了成為可雙向開(kāi)關(guān)的元件，開(kāi)關(guān)元件S,p具有M0SFET或IGBT等晶體管Tr,pl及晶體管Tr,p2、二極管D,pl及二極管D,p2。晶體管Tr,pl及晶體管Tr,p2彼此方向相反地串聯(lián)連接，二極管及二極管彼此方向相反地串聯(lián)連接，晶體管Τrιρ1及二極管D-彼此方向相反地并聯(lián)連接，晶體管Tr-及二極管彼此方向相反地并聯(lián)連接。其他的開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn也同樣地，由晶體管Trml、Trm2和二極管DfDm的電橋電路，晶體管Trspl、Trsp2和二極管Dspl、Dsp2的電橋電路，晶體管Trsnl、Trsn2和二極管Dsnl、Dsn2的電 橋電路，晶體管Trtpl、Trtp2和二極管Dtpl、Dtp2的電橋電路，晶體管Trtnl、Trtn2和二極管Dtnl、Dtn2的電橋電路構(gòu)成。
[0029]即，由將2個(gè)開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn串聯(lián)連接的3對(duì)電路與變壓器51的一次側(cè)并聯(lián)連接、并且各對(duì)的開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn之間與交流電源1的三相輸出部分別電氣連接的電橋電路，構(gòu)成三相單相的矩陣變換器4。
[0030]高頻變壓器電路5具有變壓器51和整流電橋電路52，并連接在矩陣變換器4和輸出濾波器6之間。高頻變壓器電路5是將從矩陣變換器4輸入的交流電力變換為直流電力，經(jīng)由輸出濾波器6向電池7供給的電路。變壓器51對(duì)從矩陣變換器4輸入的高頻交流進(jìn)行升壓后，向整流電橋電路52輸出。此外，從矩陣變換器4輸出的交流為高頻，因此，變壓器51可以使用小型的變壓器。整流電橋電路52是將多個(gè)二極管連接為橋狀的電路，將變壓器51的二次側(cè)的交流變換為直流。
[0031]輸出濾波器6由具有線圈61及電容器62的LC電路構(gòu)成，連接在高頻變壓器電路5和電池7之間。輸出濾波器6對(duì)從高頻變壓器電路5輸出的直流電力進(jìn)行整流后，供給至電池7。電池7是通過(guò)本例的充電系統(tǒng)進(jìn)行充電的二次電池，例如由鋰離子電池等構(gòu)成。電池7例如搭載在車(chē)輛上，成為車(chē)輛的動(dòng)力源。
[0032]由此，本例的充電系統(tǒng)，在利用矩陣變換器4將來(lái)自交流電源的交流變換為高頻交流后，利用高頻變壓器電路5進(jìn)行升壓并變換為直流，在此基礎(chǔ)上，向電池7供給高壓的直流電力。
[0033]在這里，與下述的對(duì)比例1及2進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明使用了本例的電力變換裝置的圖1所示的充電系統(tǒng)的特征。圖2示出對(duì)比例1涉及的充電系統(tǒng)的框圖，圖3示出對(duì)比例2涉及的充電系統(tǒng)的框圖。作為與本例不同的充電系統(tǒng)，例如如圖2所示，已知下述系統(tǒng)，即，從交流電源1經(jīng)由變壓器101，利用整流器102變換為直流后，經(jīng)由降壓斬波器103向電池7供給的系統(tǒng)(對(duì)比例1)。另外，作為與本例不同的其他充電系統(tǒng)，已知下述系統(tǒng)，即，從交流電源1利用PWM整流器201變換為直流后，利用高頻變壓器電路202的一次側(cè)的逆變器電路203將直流變換為交流，利用變壓器204進(jìn)行升壓后，利用高頻變壓器電路202的二次側(cè)的整流電橋電路205變換為直流，并向電池7供給的系統(tǒng)。
[0034]在對(duì)比例1中可以使用簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)，但存在下述問(wèn)題:變壓器101變得大型，以及需要在整流器102和降壓斬波器103之間連接大容量的電解電容器。另外，在對(duì)比例2中，變壓器204能夠成為小型的變壓器，但存在下述問(wèn)題:由于變壓次數(shù)多因此損耗增大，以及需要在PWM整流器201和高頻變壓器202之間連接大容量的電解電容器。
[0035]在本例中，如上所述，通過(guò)使用矩陣變換器4，從而減少由電力變換導(dǎo)致的損耗，不需要在變壓器51的一次側(cè)設(shè)置大容量的電解電容器，另外，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器51的小型化。
[0036]下面，使用圖4，說(shuō)明對(duì)在本例的電力變換裝置中包含的矩陣變換器4進(jìn)行控制的控制器10。圖4是控制器10的框圖?？刂破?0是對(duì)開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、stp、stn的接通及斷開(kāi)進(jìn)行切換，通過(guò)PWM控制對(duì)矩陣變換器4進(jìn)行控制的控制器?？刂破?0具有坐標(biāo)變換部11、空間矢量調(diào)制部12、零矢量時(shí)間計(jì)算部13、開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14以及開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15。
[0037]坐標(biāo)變換部11對(duì)由電壓傳感器31~33檢測(cè)出的檢測(cè)電壓進(jìn)行比較，并掌握大小關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，對(duì)固定坐標(biāo)系的檢測(cè)電壓(^、vs、vt)進(jìn)行3相2相變換，計(jì)算靜止坐標(biāo)系的電壓(va、ve)，將電壓(va、ve)向空間矢量調(diào)制部12輸出?？臻g矢量調(diào)制部12利用空間矢量調(diào)制，將三相的電壓波形置換為矢量，從而使用電壓(να、ν0)的相位角(Θ )，計(jì)算電壓矢量的輸出時(shí)間(?\、Τ2)。
[0038]零矢量時(shí)間計(jì)算部13利用三角波等載波信號(hào)、和由空間矢量調(diào)制部12計(jì)算出的時(shí)間，計(jì)算零矢量的輸出時(shí)間(τζ)。載波信號(hào)的頻率設(shè)定為比交流電源1的交流電力的頻率高的頻率。開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14將預(yù)先設(shè)定的用于對(duì)開(kāi)關(guān)元件S" Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn進(jìn)行開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)模式，與相位角(Θ )對(duì)應(yīng)而作為對(duì)應(yīng)表存儲(chǔ)。
[0039]開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15參照開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14，提取與相位角(Θ )對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，利用提取出的開(kāi)關(guān)模式、電壓矢量的輸出時(shí)間(?\、τ2)以及零矢量的輸出時(shí)間(Τζ)，將切換開(kāi)關(guān)元件Su、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的接通以及斷開(kāi)的控制信號(hào)(D^ Dm、Dsp、Dsn、Dtp、Dtn)，向在矩陣變換器4中包含的驅(qū)動(dòng)電路(未圖不)輸出。利用脈沖信號(hào)，對(duì)開(kāi)關(guān)兀件Srp、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn進(jìn)行控制。由此，在矩陣變換器4中包含的開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的接通及斷開(kāi)利用控制器10的控制而被切換，從而變換電力。
[0040]下面，使用圖5，說(shuō)明開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的切換控制。圖5是表示開(kāi)關(guān)兀件Srp、Ssp的開(kāi)關(guān)時(shí)序的圖形。在圖5中，聞電平表不接通狀態(tài)，低電平表不斷開(kāi)狀態(tài)。利用電壓換流方式進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的切換，控制器10根據(jù)檢測(cè)電壓(vr, vs、vt)監(jiān)視輸入電壓的大小關(guān)系，并進(jìn)行換流。晶體管Tr,pl、Tr,p2、Trspl、Trsp2的狀態(tài)，從初始狀態(tài)開(kāi)始以1、i1、ii1、iv的順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0041 ] 下面，舉出具體例子說(shuō)明電壓換流方式。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，僅說(shuō)明上橋臂電路中的換流控制。作為初始狀態(tài)，設(shè)為在開(kāi)關(guān)元件s,p中包含的晶體管Tr,pl、Trrp2處于接通狀態(tài)，在開(kāi)關(guān)元件Ssp中包含的晶體管Trspl、Trsp2處于斷開(kāi)狀態(tài)。而且，針對(duì)在開(kāi)關(guān)元件Srp的電壓高于開(kāi)關(guān)元件Ssp的電壓的狀態(tài)下，從開(kāi)關(guān)元件Su的電壓向開(kāi)關(guān)元件Ssp的電壓進(jìn)行換流的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0042]首先，如果從初始狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)換為狀態(tài)(i)，則將晶體管Trspl設(shè)為接通，如果從狀態(tài)(i)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)(ii)，則將晶體管Τινρ1設(shè)為斷開(kāi)，如果從狀態(tài)(ii)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)(iii),則將晶體管Trsp2設(shè)為接通，如果從狀態(tài)(iii)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)(iv)，則將晶體管Τrρ2設(shè)為斷開(kāi)。由此，進(jìn)行開(kāi)關(guān)以使得交流電源1不會(huì)發(fā)生短路，抑制換流失敗。
[0043]下面，使用圖1、圖4以及圖6~圖12，說(shuō)明控制器10中的控制。
[0044]如果通過(guò)坐標(biāo)變換部11進(jìn)行坐標(biāo)變換而計(jì)算出的靜止坐標(biāo)系的電壓(να、)向空間矢量調(diào)制部12輸入，則空間矢量調(diào)制部12根據(jù)輸入的電壓(να、ν0)，對(duì)電壓(να、ν0)的相位角(Θ )進(jìn)行計(jì)算。在這里，如果將電壓(να、ν0)及相位角(Θ )表示為矢量，則如圖6所示。圖6是將檢測(cè)電壓(^、vs、vt)變換為兩相的α β坐標(biāo)系，在靜止坐標(biāo)系上將輸入電壓作為電壓矢量而觀察的圖。圖6的va表不基本矢量，相當(dāng)于將α β坐標(biāo)系上的輸入電壓的相位角(Θ )作為方向分量的輸出指令值?；臼噶繉?duì)應(yīng)于各相的輸入電壓的大小關(guān)系，以圖6所不的中心點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)。
[0045]在本例中，在靜止坐標(biāo)系中，利用從α軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)每隔60度劃分的6個(gè)區(qū)域劃分坐標(biāo)。將各區(qū)域的邊界線分配為Vi~v6的軸。在這里，將％和％之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域1”，將\和v3之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域2”，將V3和V4之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域3”，將V4和V5之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域4”，將V5和V6之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域5”，將V6和％之間的區(qū)域設(shè)為“區(qū)域6”。另外，對(duì)原點(diǎn)分配V7~V9。~V9表不從矩陣變換器4輸出的電壓的矢量。作為矢量而具有大小(不是零)' ~V6的矢量，表示從矩陣變換器4輸出了不是零的電壓。即，
的矢量相當(dāng)于不是零的電壓矢量(以下，稱(chēng)為“電壓矢量”。)。另一方面，V7~V9的矢量表示來(lái)自矩陣變換器4的輸出電壓成為零。即，V7~V9的矢量表示電壓的零矢量(以下，稱(chēng)為“零矢量”。)。 [0046]另外，在本例中，電壓矢量VI~V9對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的各自不同的開(kāi)關(guān)模式，對(duì)應(yīng)于輸入電壓屬于哪一個(gè)區(qū)域，確定使開(kāi)關(guān)兀件Sm、Ssp、Ssn、stp、stn動(dòng)作的開(kāi)關(guān)模式。此外，對(duì)于電壓矢量' ~v9和開(kāi)關(guān)模式的關(guān)系將后述。
[0047]而且，空間矢量調(diào)制部12根據(jù)基本矢量\的相位角(Θ )，判定檢測(cè)時(shí)刻的輸入電壓屬于哪一個(gè)區(qū)域。在圖6的例子中，由于基本矢量\處于區(qū)域1內(nèi)，因此，空間矢量調(diào)制部12根據(jù)電壓(va、ve)的相位角(Θ )，判斷輸入電壓屬于區(qū)域1。另外，例如，在各相的輸入電壓(^、vs、vt)的大小關(guān)系改變，通過(guò)坐標(biāo)變換部11進(jìn)行了坐標(biāo)變換的α β軸電壓(να, ν0)的相位角(Θ )成為90度的情況下，空間矢量調(diào)制部12確定包含相位角90度的區(qū)域2。
[0048]如果指定了區(qū)域，則空間矢量調(diào)制部12根據(jù)基本矢量(va)的區(qū)域軸分量，計(jì)算電壓矢量的輸出時(shí)間。在圖6的例子中，基本矢量(va)屬于區(qū)域1，因此，空間矢量調(diào)制部12使用區(qū)域1的軸即 ' 軸及\軸，對(duì)沿著 ' 軸的分量(Val)和沿著\軸的分量(Va2)進(jìn)行計(jì)算。并且，％軸分量的大小(Val)成為與對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間，v2軸分量的大小(Va2)成為與V2對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間。在這里，將電壓矢量(L~v6)的輸出時(shí)間設(shè)為τ2，將零矢量(v7~v9)的輸出時(shí)間設(shè)為τζ。此外，如后述，本例為了相對(duì)于載波的前半部分的半周期，輸出2個(gè)電壓矢量，而將該2個(gè)電壓矢量中的最初的電壓矢量的輸出時(shí)間設(shè)為，將下一個(gè)電壓矢量的輸出時(shí)間設(shè)為τ2。
[0049]各輸出時(shí)間(I\、T2、TZ)對(duì)應(yīng)于載波的周期表示為標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間，但如后述，在本例中，為了相對(duì)于載波的每個(gè)半周期，確保零矢量(v7~V9)的輸出時(shí)間(Tz)，對(duì)輸出時(shí)間(?\、Τ2)施加限制，以使輸出2個(gè)電壓矢量的輸出時(shí)間(?\、Τ2)小于或等于規(guī)定的下限值的方式，使空間矢量調(diào)制部12對(duì)輸出時(shí)間(?\、Τ2)進(jìn)行計(jì)算。此外，該下限值相當(dāng)于用于確保輸出時(shí)間(Τζ)的時(shí)間，設(shè)定為與載波的半周期的時(shí)間相比較短的時(shí)間。
[0050]區(qū)域1設(shè)為從相位角0度至60度之間的區(qū)域。例如，在基本矢量(va)的相位角處于從0度至30度之間的情況下，Vi軸分量的大小(val)大于\軸分量的大小(Va2)，因此，'的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間(?\)與V2的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間(T2)相比較長(zhǎng)。區(qū)域4設(shè)為從相位角180度至240度之間的區(qū)域。例如，在基本矢量(va)的相位角處于從210度至240度之間的情況下，v5軸分量的大小(Va5)大于V4軸分量的大小(Va4),因此,v5的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間(T2)與V4的開(kāi)關(guān)模式的輸出時(shí)間(?\)相比較長(zhǎng)。由此，空間矢量調(diào)制部12使用相當(dāng)于各相的檢測(cè)電壓的￥。、，計(jì)算相位角(Θ )，根據(jù)將該相位角(Θ )作為方向分量的基本矢量va，計(jì)算電壓矢量的輸出時(shí)間(I\、T2)，向零矢量時(shí)間計(jì)算部13輸出。
[0051]零矢量時(shí)間計(jì)算部13通過(guò)從預(yù)先確定的載波的周期的一半的周期(半周期)中減去輸出時(shí)間(?\ )和輸出時(shí)間(Τ2)的合計(jì)時(shí)間，計(jì)算零矢量(Τζ)的時(shí)間。空間矢量調(diào)制部12以使該合計(jì)時(shí)間小于或等于規(guī)定的下限時(shí)間的方式，計(jì)算輸出時(shí)間(?\)及輸出時(shí)間(Τ2)，由此零矢量時(shí)間計(jì)算部13能夠計(jì)算零矢量(Τζ)的時(shí)間。在本例中，為了使矩陣變換器4的輸出電力為交流，相對(duì)于載波周期，周期性地設(shè)定輸出不是零的電壓的時(shí)間和零電壓的時(shí)間。另外，載波的周期與輸出電壓的周期對(duì)應(yīng)，因此，零矢量的輸出時(shí)間(Τζ)成為從相當(dāng)于載波的半周期的時(shí)間中減去輸出時(shí)間(?\)及輸出時(shí)間(Τ2)而得到的時(shí)間。零矢量時(shí)間計(jì)算部13將零矢量的時(shí)間(Τζ)及電壓矢量的時(shí)間(Ι\、Τ2)向開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15輸出。
[0052]開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15使用在開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中存儲(chǔ)的開(kāi)關(guān)模式、和零矢量的時(shí)間(τζ)及電壓矢量的時(shí)間(?\、Τ2)，生成用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0053]在詳細(xì)敘述開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14及開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15的控制內(nèi)容之前，使用圖7，說(shuō)明矢量(Vi~V9)及相位角(Θ )和開(kāi)關(guān)模式的關(guān)系。圖7 (a)是在圖6的矢量圖上附加了開(kāi)關(guān)模式的圖，(b)是對(duì)圖1的充電系統(tǒng)中的交流電源1及矩陣變換器4的電路圖進(jìn)行了簡(jiǎn)化而得到的電路圖。此外，圖7 (a)的“1”表示接通狀態(tài)，“0”設(shè)為斷開(kāi)狀態(tài)。
[0054]如圖7所示，矢量(Vi~V9)對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的開(kāi)關(guān)模式。電壓矢量(Vi)將開(kāi)關(guān)兀件SrP、stn設(shè)為接通,其他開(kāi)關(guān)兀件Sm、Ssp、Ssn、stp設(shè)為斷開(kāi)，電壓矢量(V2)將開(kāi)關(guān)兀件Ssp、Stn設(shè)為接通,其他開(kāi)關(guān)兀件SrP、Sm、Ssn、Stp設(shè)為斷開(kāi)，電壓矢量(v3)將開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssp設(shè)為接通，其他開(kāi)關(guān)元件Su、Ssn、Stp、Stn設(shè)為斷開(kāi)，電壓矢量(v4)將開(kāi)關(guān)元件sm、stp設(shè)為接通，其他開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)，電壓矢量(v5)將開(kāi)關(guān)元件Ssn、Stp設(shè)為接通，其他開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)，電壓矢量(V6)將開(kāi)關(guān)元件S&Ssn設(shè)為接通，其他開(kāi)關(guān)兀件`Sm、Ssp、Stp、Stn設(shè)為斷開(kāi)。即，電壓矢量(' ~v6)將各相中的一個(gè)相中包含的上橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件S& Ssp、stp設(shè)為接通，將其他相中包含的上橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件Su、Ssp、Stp設(shè)為斷開(kāi)，并且，將該其他相中包含的下橋臂電路中的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssn、Stn設(shè)為接通，將該一個(gè)相中包含的下橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssn、stn設(shè)為斷開(kāi)。
[0055]并且，在以與電壓矢量(Vi~V6)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，對(duì)開(kāi)關(guān)元件S^S^SfS^Stp、stn進(jìn)行控制的情況下，在矩陣變換器4的輸出側(cè)輸出不是零的電壓。另外，通過(guò)對(duì)應(yīng)于區(qū)域，使用成為區(qū)域的邊界的2個(gè)矢量，從而能夠從矩陣變換器4輸出不同的電壓電平的波形。
[0056]另外，在圖6及圖7所不的矢量圖中，對(duì)以原點(diǎn)不出的零矢量(V7~V9)也分配開(kāi)關(guān)模式。矢量(￥7)將開(kāi)關(guān)元件311)、3?1設(shè)為接通，將其他開(kāi)關(guān)元件331)、3311、3,1)、3^設(shè)為斷開(kāi)，矢量(V8)將開(kāi)關(guān)元件Ssp、Ssn設(shè)為接通，將其他開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Stp、Stn設(shè)為斷開(kāi)，矢量(V9)將開(kāi)關(guān)元件Stp、Stn設(shè)為接通，將其他開(kāi)關(guān)元件Srp、Sm、Ssp、Ssn設(shè)為斷開(kāi)。即，零矢量(V7~V9)將各相中的一個(gè)相包含的開(kāi)關(guān)元件S" Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn設(shè)為接通，將其他相中包含的開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn設(shè)為斷開(kāi)。
[0057]并且，在以與零矢量(V7~V9)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，對(duì)開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn進(jìn)行控制的情況下，矩陣變換器4的輸出成為零。[0058]如上所述，如果通過(guò)相位角(Θ )確定區(qū)域，則所輸出的電壓矢量(％~V6)和輸出時(shí)間(?\、Τ2)被確定。另外，通過(guò)零矢量時(shí)間計(jì)算部13，還計(jì)算零矢量(V7~V9)和輸出時(shí)間(Tz)。而且，矩陣變換器4將交流電力的輸出作為目的而設(shè)定，因此，相對(duì)于載波的周期的前半部分的半周期中的開(kāi)關(guān)控制，在后半部分的半周期中以相反的方式對(duì)開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn進(jìn)行控制，從而能夠獲得與前半部分的半周期相反的極性的輸出電力。因此，在本例中，開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14存儲(chǔ)有與圖6的區(qū)域?qū)?yīng)的開(kāi)關(guān)模式。另外，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15根據(jù)電壓矢量的輸出時(shí)間(?\、T2)和零矢量的輸出時(shí)間(Tz)，計(jì)算相對(duì)于載波周期的矢量~V9)的各自的輸出時(shí)間，生成開(kāi)關(guān)信號(hào)。
[0059]下面，使用圖8，說(shuō)明存儲(chǔ)在開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中的對(duì)應(yīng)表。圖8是表示在開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)表的概要圖。在圖8中，區(qū)域1~6相當(dāng)于圖6所示的區(qū)域1~6，％ ~V9 相當(dāng)于矢量(L ~V9)，Srp, Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn 相當(dāng)于開(kāi)關(guān)元件 Srp、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn。另外，對(duì)于圖8的狀態(tài)(1)~(6)，載波的1個(gè)周期對(duì)應(yīng)于輸出時(shí)間(?\、T2、Τζ)而分為6段，因此，從載波的波谷的頂點(diǎn)部分開(kāi)始按時(shí)間序列設(shè)為從狀態(tài)(1)至狀態(tài)(6)。
[0060]在開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中，為了將矩陣變換器4的輸出設(shè)為交流，開(kāi)關(guān)模式設(shè)定為，在載波的周期中前半部分的半周期中，依次輸出2個(gè)電壓矢量和1個(gè)零矢量，在后半部分的半周期中，依次輸出2個(gè)電壓矢量和1個(gè)零矢量。
[0061]例如，在基本矢量(va)屬于區(qū)域1的情況下，相對(duì)于載波的每1周期，以電壓矢量(Vi)、電壓矢量(v2)、零矢量(v8)、電壓矢量(v5)、電壓矢量(v4)、零矢量(v7)的順序?qū)﹂_(kāi)關(guān)元件&、3?1、5$、 5311、5&5^進(jìn)行控制。在圖9中示出區(qū)域1中的開(kāi)關(guān)元件
控制的推移。 圖9是對(duì)圖1的充電系統(tǒng)中的交流電源1及矩陣變換器4的電路圖進(jìn)行了簡(jiǎn)化而得到的電路圖，示出各狀態(tài)(1)~(6)中的各開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的接通/斷開(kāi)狀態(tài)、和用箭頭示出流過(guò)變壓器51的1次側(cè)的電流的方向。
[0062]如圖9所示，在從狀態(tài)(1)向狀態(tài)(2)、從狀態(tài)(2)向狀態(tài)(3)等，在各狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的情況下，控制器10將上橋臂電路或下橋臂電路中的某一個(gè)橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件srn> Ssp、Ssn、Stp、Stn開(kāi)啟(turn on:從斷開(kāi)設(shè)為接通),維持另一個(gè)橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件Srp、Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的接通狀態(tài)。換言之，在處于接通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)元件SrP、Sm、Ssp、Ssn、stp、stn中，將一個(gè)開(kāi)關(guān)元件關(guān)閉(turn off ),但固定另一個(gè)開(kāi)關(guān)元件S&Sm、Ssp> Ssn、Stp、Stn 的狀態(tài)。
[0063]另外，在狀態(tài)(1)、(2)、(3)或狀態(tài)(3)、(4),(5)等，連續(xù)地轉(zhuǎn)換各狀態(tài)的情況下，不是連續(xù)地切換上橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、stp、stn或者下橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssp、Ssn、stp、stn。換言之，在上橋臂電路和下橋臂電路之間，交替地切換開(kāi)關(guān)元件
Srp、Sm、Sgp Λ Sjgn、Stp、StnO
[0064]由此，本例減少在轉(zhuǎn)換各狀態(tài)(1)~(6)時(shí)的開(kāi)關(guān)元件S& Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn的開(kāi)關(guān)次數(shù)，抑制換流錯(cuò)誤。此外，圖9說(shuō)明了區(qū)域1的開(kāi)關(guān)模式，但在區(qū)域2~6中，也是在與上述相同的條件下，通過(guò)減少開(kāi)關(guān)次數(shù)的模式，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
[0065]如圖9所示，在狀態(tài)(1)~(3)中矩陣變換器4的輸出電流為正，在狀態(tài)(4)~(6)中矩陣變換器4的輸出電流為負(fù)。由此，在開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中的區(qū)域1的開(kāi)關(guān)模式下，對(duì)開(kāi)關(guān)元件^^?1、531)、531141)、5^進(jìn)行控制，從而矩陣變換器4的輸出成為交流。此外，在從區(qū)域2至區(qū)域6中，也同樣地以使矩陣變換器4的輸出成為交流的方式，以圖8所示的模式進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
[0066]而且，區(qū)域1~6對(duì)應(yīng)于相位角進(jìn)行分類(lèi)，因此，開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14存儲(chǔ)有與相位角(Θ )對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式。
[0067]下面，使用圖10，說(shuō)明開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15的控制。圖10是用于說(shuō)明載波與輸出時(shí)間(?\、Τ2、Τζ)之間的關(guān)系的圖形。首先，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15與載波的周期取得同步，并設(shè)定與輸出時(shí)間(?\~Τ2)相對(duì)應(yīng)的指令值。控制器10以PWM控制進(jìn)行控制，因此，電壓矢量及零矢量的輸出時(shí)間(?\、Τ2、Τζ)的長(zhǎng)度成為指令值(電壓值)。另外，在設(shè)定針對(duì)輸出時(shí)間(?\、T2、Τζ)的指令值時(shí)，以載波的最大振幅成為輸入2個(gè)電壓矢量和1個(gè)零矢量的輸出時(shí)間(Τρ?^?；)的方式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。另外，關(guān)于電壓矢量及零矢量的輸出定時(shí)，在載波的前半部分的半周期中，以最先輸出圖6所示的電壓矢量(' ~V6)中的在各區(qū)域1~6中更靠順時(shí)針側(cè)的電壓矢量的方式設(shè)定指令值，在輸出2個(gè)電壓矢量后，輸出零矢量(V7~V9)。另一方面，在載波的后半部分的半周期中，以與前半部分相比而將2個(gè)電壓矢量(' ~V6)的輸出時(shí)間反轉(zhuǎn)輸出、然后輸出零矢量(V7~V9)的方式設(shè)定指令值。
[0068]作為具體例子，在相位角(Θ )處于0度~30度(區(qū)域1)之間的情況下，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15如圖10所示，在載波的前半部分的半周期中，相對(duì)于載波的低電平，將指令值(?\)設(shè)為相當(dāng)于輸出時(shí)間(?\)的電平，然后以指令值(?\)作為基準(zhǔn)加上相當(dāng)于輸出時(shí)間(Τ2)的電平而設(shè)定指令值(Τ2)。另一方面，在載波的后半部分的半周期中，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15將指令值(Τ2)設(shè)為相對(duì)于載波的高電平而下降相當(dāng)于輸出時(shí)間(Τ2)的電平，然后以指令值(Τ2)作為基準(zhǔn)下降相當(dāng)于輸出時(shí)間(?\ )的電平而設(shè)定指令值(?\ )。
[0069]而且，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15通過(guò)對(duì)設(shè)定的指令值和載波進(jìn)行比較，確定電壓矢量及零矢量的輸出定時(shí)。另外，如上所述，如果針對(duì)輸出時(shí)間(?\、τ2、τζ)設(shè)定指令值，并與載波進(jìn)行比較，則針對(duì)載波的1個(gè)周期而分離為6個(gè)狀態(tài)，該6個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于圖8所示的狀態(tài)(1)~(6)。即，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部`15通過(guò)對(duì)輸出時(shí)間(I\、T2、TZ)和載波進(jìn)行比較，確定在開(kāi)關(guān)載波對(duì)應(yīng)表中存儲(chǔ)的開(kāi)關(guān)模式的輸出定時(shí)。
[0070]開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15如果利用載波與輸出時(shí)間(?\~Τ2、Τζ)的比較，確定圖10所示的輸出定時(shí)，則從開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14中提取與相位角(Θ )對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式，以根據(jù)提取出的模式在該輸出定時(shí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)兀件s。、Sm、Ssp、Ssn、stp、stn的方式生成開(kāi)關(guān)信號(hào),并向各開(kāi)關(guān)元件Sm、Ssp、Ssn、stp、stn輸出。
[0071]具體而言，在相位角(Θ )處于ο度~30度的情況下，使用圖8的區(qū)域1的開(kāi)關(guān)模式，將載波的波谷的頂點(diǎn)作為起點(diǎn)，在輸出時(shí)間α)期間，進(jìn)行輸出電壓矢量(vp的開(kāi)關(guān)控制，在之后的輸出時(shí)間(τ2)期間，進(jìn)行輸出電壓矢量(v2)的開(kāi)關(guān)控制，在之后的輸出時(shí)間(τζ)期間，進(jìn)行輸出零矢量(v8)的開(kāi)關(guān)控制。然后，進(jìn)入載波的后半部分的半周期，將載波的波峰的頂點(diǎn)作為起點(diǎn)，在輸出時(shí)間(τ2)期間，進(jìn)行輸出電壓矢量(v5)的開(kāi)關(guān)控制，在之后的輸出時(shí)間(?\)期間，進(jìn)行輸出電壓矢量(V4)的開(kāi)關(guān)控制，在之后的輸出時(shí)間(Tz)的期間，進(jìn)行輸出零矢量(v7)的開(kāi)關(guān)控制。
[0072]使用圖11及圖12，說(shuō)明矩陣變換器4的輸出電壓波形。圖11示出輸出時(shí)間(?\)比輸出時(shí)間(τ2)長(zhǎng)的情況下的輸出電壓波形的時(shí)間特性，圖12示出輸出時(shí)間(Τ2)比輸出時(shí)間(?\)長(zhǎng)的情況下的輸出電壓波形的時(shí)間特性。在相位角(Θ )處于0度~30度的情況下，輸出時(shí)間(?\)比輸出時(shí)間(Τ2)長(zhǎng)，從矩陣變換器4輸出的電壓波形如圖11所示地推移。另外，在相位角(Θ )處于30度~60度的情況下，輸出時(shí)間(T2)比輸出時(shí)間(?\)長(zhǎng)，從矩陣變換器4輸出的電壓波形如圖12所示地推移。
[0073]如上所述，本例是使用輸出電壓矢量的輸出時(shí)間(Ι\、Τ2)和輸出零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)，對(duì)開(kāi)關(guān)元件S" Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn進(jìn)行控制，將從相當(dāng)于載波的半周期的時(shí)間中減去輸出時(shí)間(?\、T2)而得到的時(shí)間，設(shè)定為輸出時(shí)間(Tz)。由此，通過(guò)設(shè)置零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)，確保零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)的最初時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作與輸出時(shí)間(ΤZ)的最終時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的間隔，因此，能夠避免在該最初時(shí)刻與該最終時(shí)刻之間的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的重復(fù)，防止換流失敗。
[0074]與本例不同地，已知下述逆變器裝置，其在由多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的電橋電路形成的三相逆變器電路中，通過(guò)將各相的中間電壓的檢測(cè)電壓設(shè)為指令值(vu*、Vv*、Vw*)，并與三角波載波進(jìn)行比較，從而對(duì)該開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制(對(duì)比例3)。圖13是載波及指令值(vu*、vv*、vw*)的波形和逆變器電路的輸出電壓的波形。此外，如圖13所示，對(duì)比例3是使用在載波超過(guò)了指令值時(shí)對(duì)輸出電壓的電平進(jìn)行控制的邏輯式，并且以載波的波峰及波谷為邊界使該邏輯式反轉(zhuǎn)。即，在對(duì)比例中，通過(guò)檢測(cè)電壓與載波的比較設(shè)定輸出電壓的電平，進(jìn)行輸出交流的控制，因此，相對(duì)于載波的周期，零電壓期間(相當(dāng)于圖13的α 1、β 1)偏于一方。而且，一個(gè)零電壓期間(圖13的α 1)較短，因此，零電壓期間的最初時(shí)刻及最終時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的間隔變短，因此，會(huì)發(fā)生換流失敗。另外，在對(duì)比例中，相對(duì)于載波的周期，沒(méi)有將零電壓期間作為規(guī)定期間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，因此，還存在用于輸出零電壓的時(shí)間的控制變得復(fù)雜的問(wèn)題。
[0075]在本例中，相對(duì)于載波的周期，確保零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)，能夠防止零電壓期間的最初時(shí)刻及最終時(shí)刻的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的間隔變短，防止換流失敗。即，如圖14所示，在載波的每個(gè)半周期，零矢量的輸出 期間被均等地分配，因此，零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)不會(huì)極端地變短，能夠防止換流失敗。另外，能夠減少在控制開(kāi)關(guān)元件時(shí)生成短脈沖的次數(shù)，還能夠防止對(duì)元件集中施加負(fù)載。而且，本例能夠自由地設(shè)定進(jìn)行PWM控制時(shí)的開(kāi)關(guān)信號(hào)的占空比或開(kāi)關(guān)模式。此外，圖14是用于說(shuō)明本例中的載波與輸出時(shí)間(?\、T2、ΤZ)的關(guān)系的圖形，以及表示矩陣變換器4的輸出電壓的時(shí)間特性的圖形。
[0076]另外，在本例中，空間矢量調(diào)制部12將輸出2個(gè)電壓矢量的輸出時(shí)間(Ι\、Τ2)限制為小于或等于規(guī)定的下限值。由此，確保零矢量的輸出時(shí)間(ΤZ)，因此，能夠防止換流失敗。
[0077]另外，本例是根據(jù)通過(guò)坐標(biāo)變換部13變換后的電壓，計(jì)算輸出時(shí)間(TpI^T,)，參照開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14，在與變換的電壓的相位對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)模式下，對(duì)開(kāi)關(guān)元件(Srp, Sm、Ssp、Ssn、Stp、Stn)進(jìn)行控制。由此，確保零矢量的輸出時(shí)間(Tz)，因此，能夠防止換流失敗。
[0078]另外，本例是利用將在上橋臂電路中包含的開(kāi)關(guān)元件中的一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通且將在下橋臂電路中包含的開(kāi)關(guān)元件中的一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通的輸出時(shí)間(!\)、和將在上橋臂電路中包含的開(kāi)關(guān)元件中的另一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通且將在下橋臂電路中包含的開(kāi)關(guān)元件中的另一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通的輸出時(shí)間(Τ2)，對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制。由此，確保零矢量的輸出時(shí)間，因此，能夠避免在該最初時(shí)刻和該最終時(shí)間之間開(kāi)關(guān)動(dòng)作重復(fù)，防止換流失敗。
[0079]另外，本例在載波的前半部分的半周期中，在輸出時(shí)間(Τ2)之前設(shè)置輸出時(shí)間(1\)的時(shí)間，在載波的后半部分的半周期中，在輸出時(shí)間(Τ2)之后設(shè)置輸出時(shí)間(?\)的時(shí)間。由此，能夠在矩陣變換器4的輸出電壓的正側(cè)和負(fù)側(cè)，實(shí)現(xiàn)零矢量的輸出時(shí)間的均勻化。
[0080]此外，在本例中，相對(duì)于載波的半周期，將載波的波谷的頂點(diǎn)設(shè)為起點(diǎn)，最初配置2個(gè)電壓矢量的輸出時(shí)間(T1、τ2)，然后配置零矢量的輸出時(shí)間(τζ)，但并不是一定以該順序配置。例如，也可以如圖15所示，相對(duì)于載波的半周期，將載波的波谷的頂點(diǎn)設(shè)為起點(diǎn)，排列零矢量的輸出時(shí)間(Tz)的一半的時(shí)間，然后排列2個(gè)電壓矢量的輸出時(shí)間(!\、T2),最后排列剩下的輸出時(shí)間(Tz)的一半的時(shí)間。另外，本例是對(duì)應(yīng)于載波的半周期，分配了輸出時(shí)間(?\、Τ2)及輸出時(shí)間(Τζ)， 但并不是必須設(shè)為載波的半周期，也可以比該半周期短，也可以更長(zhǎng)。另外，空間矢量調(diào)制部12中的規(guī)定的下限時(shí)間并不是必須設(shè)為比載波的半周期短的時(shí)間，只要是比載波的周期的一部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間短的時(shí)間即可。
[0081]另外，本例是以相對(duì)于載波的每個(gè)半周期，輸出2個(gè)電壓矢量(V1~V6)的方式對(duì)輸出時(shí)間(TpT2)進(jìn)行控制，但并不是必須是2個(gè)電壓矢量(V1~V6),可以是I個(gè)電壓矢量(V1~V6),也可以是3個(gè)電壓矢量(V1~V6)。另外，圖8所示的開(kāi)關(guān)模式只不過(guò)是一個(gè)例子，可以替換為各自的電壓矢量及零矢量的模式，另外，也可以使用用于輸出電壓矢量及零矢量的其他開(kāi)關(guān)模式。
[0082]上述矩陣變換器4相當(dāng)于本發(fā)明的“變換電路”，電壓傳感器31~33相當(dāng)于“電壓檢測(cè)單元”，控制器10相當(dāng)于“控制單元”，空間矢量調(diào)制部12及零矢量時(shí)間計(jì)算部13相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算部”，開(kāi)關(guān)信號(hào)生成部15相當(dāng)于“控制信號(hào)生成部”，輸出時(shí)間(I\、T2)相當(dāng)于“第I開(kāi)關(guān)時(shí)間”，輸出時(shí)間(Tz)相當(dāng)于“第2開(kāi)關(guān)時(shí)間”，開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)表14相當(dāng)于“對(duì)應(yīng)表”，坐標(biāo)變換部11相當(dāng)于“坐標(biāo)變換單元”。
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換裝置，其具有:變換電路，其將可雙向開(kāi)關(guān)的多對(duì)開(kāi)關(guān)元件與各相連接，將輸入的交流電力變換為交流電力；電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)向所述變換電路的輸入電壓；以及控制單元，其切換所述開(kāi)關(guān)元件的接通及斷開(kāi)，對(duì)所述變換電路進(jìn)行控制，所述控制單元具有:開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算部，其使用由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)電壓和輸出指令值，計(jì)算第1開(kāi)關(guān)時(shí)間，然后從相當(dāng)于載波的半周期的時(shí)間中減去所述第1開(kāi)關(guān)時(shí)間而計(jì)算第2開(kāi)關(guān)時(shí)間，其中，該第1開(kāi)關(guān)時(shí)間是將在所述各相中的一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的上橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在其他相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的所述上橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)，并且，將在所述其他相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的下橋臂電路的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在所述一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件的下橋臂電路的開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間，該第2開(kāi)關(guān)時(shí)間是將在所述各相中的所述一個(gè)相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為接通，將在所述各相中的其他相中包含的所述多對(duì)開(kāi)關(guān)元件設(shè)為斷開(kāi)的時(shí)間；以及控制信號(hào)生成部，其使用所述第1開(kāi)關(guān)時(shí)間及所述第2開(kāi)關(guān)時(shí)間，生成對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件的接通及斷開(kāi)進(jìn)行切換的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，所述控制單元將所述第1開(kāi)關(guān)時(shí)間限制為小于或等于規(guī)定時(shí)間，該規(guī)定時(shí)間比與所述載波的周期的一部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間短。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，所述控制單元還具有:坐標(biāo)變換部，其對(duì)由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的檢測(cè)電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換；以及對(duì)應(yīng)表，其表示相位角與所述開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)模式之間的關(guān)系，所述開(kāi)關(guān)時(shí)間計(jì)算部基于根據(jù)由所述坐標(biāo)變換部變換后的電壓獲得的相位和所述輸出指令值，計(jì)算第1開(kāi)關(guān)時(shí)間，所述控制信號(hào)生成部，基于與所述變換后的電壓的所述相位角對(duì)應(yīng)的所述開(kāi)關(guān)模式，生成對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件的接通及斷開(kāi)進(jìn)行切換的所述控制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK103688456SQ201280036014
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】齊藤真生, 中村孝雅, 山本光治, 伊東淳一, 大沼喜也 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人長(zhǎng)岡技術(shù)科學(xué)大學(xué)