電力變換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置基于規(guī)定的條件切換HM控制模式和正弦波PWM控制模式，所述HM控制模式為，根據(jù)電角度交替地形成在不同的相上使上臂用的開關(guān)元件和下臂用的開關(guān)元件分別導(dǎo)通而從直流電源向電動(dòng)機(jī)供給電流的第一期間、和在全相上使上臂用的開關(guān)元件或下臂用的開關(guān)元件中的任一者導(dǎo)通，并用蓄積于電動(dòng)機(jī)的能量維持轉(zhuǎn)矩的第二期間；所述正弦波PWM控制模式為，根據(jù)基于正弦波指令信號和載波的比較結(jié)果而確定的脈沖寬度，使開關(guān)元件導(dǎo)通，從直流電源向電動(dòng)機(jī)供給電流。
【專利說明】電力變換裝置
[0001]本申請是2011年2月10日提出的申請?zhí)枮?01110036411.2的同名專利申請的
分案申請
[0002]下面的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容在此作為引文被編入。國際專利申請PCT/JP2010/051963 (2OlO年 2 月 10 日)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及將直流電力變換為交流電力、或?qū)⒔涣麟娏ψ儞Q為直流電力的電力變
換裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]接受直流電力且變換為用于將上述直流電力供給旋轉(zhuǎn)電機(jī)的交流電力的電力變換裝置具備多個(gè)開關(guān)元件。通過上述開關(guān)元件反復(fù)開關(guān)動(dòng)作，所供給的直流電力被變換為交流電力。上述電力變換裝置大部分還為通過上述開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作將感應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的交流電力變換為直流電力而使用。上述的開關(guān)元件通常是基于使用以規(guī)定頻率進(jìn)行變化的載波的脈沖寬度調(diào)制方式(下記為PWM方式)進(jìn)行控制的。通過提高載波的頻率，控制精度提高，而且具有使旋轉(zhuǎn)電機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩趨于平穩(wěn)的傾向。
[0005]但是，上述開關(guān)元件在從切斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)的切換時(shí)、或從導(dǎo)通狀態(tài)向切斷狀態(tài)的切換時(shí)，電力損失增大，發(fā)熱量增大。
[0006]電力變換裝置的一個(gè)例子公開于特開昭63 - 234878號公報(bào)。
[0007]在上述的開關(guān)元件從切斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)、或從導(dǎo)通狀態(tài)向切斷狀態(tài)的開關(guān)動(dòng)作的切換時(shí)，優(yōu)選降低產(chǎn)生于開關(guān)元件的電力損失。通過降低電力損失，可以降低開關(guān)元件的發(fā)熱量。因此，優(yōu)選降低上述開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)。如上所述，在通常使用的PWM方式中，為了降低上述開關(guān)元件的每單位時(shí)間的開關(guān)動(dòng)作的次數(shù)，需要降低載波的頻率。但是，當(dāng)降低載波的頻率時(shí)，從電力變換裝置輸出的交流電流的失真增大。這會(huì)導(dǎo)致基于該交流電流的供給而三相交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種電力變換裝置，其可實(shí)現(xiàn)交流電力的供給，所述交流電力可以盡可能地抑制接受來自電力變換裝置的交流電力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的三相交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)增大，并且能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)損失的降低。下面說明的實(shí)施方式反映了作為產(chǎn)品而優(yōu)選的研究成果，解決了作為產(chǎn)品而優(yōu)選的更具體的各種課題。通過下面的實(shí)施方式的具體構(gòu)成及作用解決的具體課題用下面的實(shí)施方式一欄進(jìn)行說明。
[0009]本發(fā)明至少具備一個(gè)以下記述的特征。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的特征之一，電力變換裝置具有:為接收直流電力的供給并變換為向三相交流電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)荷供給的交流電力而具有多個(gè)開關(guān)元件的逆變電路、和用于控制上述開關(guān)元件的導(dǎo)通及切斷的控制電路?？刂齐娐坊诩磳⒆儞Q的交流電力的角度即相位，控制上述開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作或切斷動(dòng)作。通過這種構(gòu)成，能夠降低上述開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一特征之一，在具有上述特征說明的構(gòu)成的電力變換裝置中，控制電路控制逆變電路具有的開關(guān)元件的導(dǎo)通開始時(shí)刻，以使其與要輸出的交流電力的相位同步。另外，以開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)持續(xù)的角度(下記為導(dǎo)通持續(xù)角)以調(diào)制度比調(diào)制度小的第一調(diào)制度大的調(diào)制度大的第二調(diào)制度增大，且開關(guān)元件的切斷狀態(tài)持續(xù)的角度(下記為切斷持續(xù)角)以比上述第一調(diào)制度使第二調(diào)制度減小的方式進(jìn)行控制。另外，在調(diào)制度比上述第二調(diào)制度還大的調(diào)制度大的第三調(diào)制度，當(dāng)上述切斷持續(xù)角減小到比上述開關(guān)元件可以動(dòng)作的角度小的規(guī)定的角度時(shí)，失去切斷期間，以延續(xù)下一導(dǎo)通持續(xù)角的方式進(jìn)行控制。通過這樣控制，除能夠降低上述開關(guān)元件的開關(guān)次數(shù)以外，還能夠提高可靠性。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置具有:具有用于接收直流電力的供給并變換為向三相交流電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)荷供給的交流電力的多個(gè)開關(guān)元件的逆變電路、和輸出用于控制上述開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作及切斷動(dòng)作的控制信號的控制電路。上述控制電路基于要輸出的交流電力的相位，控制上述開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作或切斷動(dòng)作。上述控制電路在大致相同的調(diào)制度的狀態(tài)下，例如，在作為電感負(fù)荷而動(dòng)作的永久磁鐵式同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)或感應(yīng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大的情況下，或者，在上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令值增大的情況下，以上述開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作的時(shí)間間隔縮短的方式控制上述開關(guān)元件。即，在大致相同的調(diào)制度的狀態(tài)下，在用于向電感負(fù)荷供給的交流電力的頻率在比第一頻率高出1.5倍或2倍程度的范圍內(nèi)進(jìn)行變化的情況下，或者，在轉(zhuǎn)矩指令值在所定范圍內(nèi)即增加寬度小的情況下，以用于產(chǎn)生上述交流電力的每一循環(huán)的逆變電路的開關(guān)動(dòng)作次數(shù)不變的方式，控制開關(guān)元件。通過將上述逆變電路導(dǎo)通并將基于直流電力的電流供給于負(fù)荷的導(dǎo)通動(dòng)作位置設(shè)為適合抑制諧波的相位位置，可以抑制諧波。這樣，既能夠盡可能地抑制要變換的交流電力的失真，又能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)損失的降低。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征，電力變換裝置可以選擇即將消除的諧波的次數(shù)，通過消除即使不消除也可以的次數(shù)的諧波(或不選擇)，能夠防止開關(guān)元件的每單位相位的開關(guān)次數(shù)增加。例如，在可以降低對旋轉(zhuǎn)電機(jī)影響大的第5次諧波的交流輸出的相位位置，使逆變電路導(dǎo)通，在上述相位位置將直流電力的電流供給于負(fù)荷。通過這種構(gòu)成、控制方法，可以降低對旋轉(zhuǎn)電機(jī)影響大的第5次諧波供給于負(fù)荷。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征，電力變換裝置按每單位相位、例如按每O〔rad〕?π〔rad)使即將消除的次數(shù)的諧波重合并進(jìn)行消除，因此能夠降低開關(guān)元件的每單位相位的開關(guān)次數(shù)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置為將所供給的直流電力變換為用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的三相交流電力而具備:具有構(gòu)成上臂和下臂的多個(gè)開關(guān)元件的橋式電路、用于控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通及切斷的控制電路、和產(chǎn)生使開關(guān)元件導(dǎo)通及切斷的驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)電路。在第一期間，基于即將輸出的交流電力的相位，將驅(qū)動(dòng)信號從所述驅(qū)動(dòng)電路供給到所述開關(guān)元件，基于所述驅(qū)動(dòng)信號，使所述開關(guān)元件導(dǎo)通，向所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)供給交流電流。在事先用所述控制電路求出的期間，使所述開關(guān)元件導(dǎo)通，向所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)蓄積能量，接著，在第二期間，使所述橋式電路的上臂或下臂內(nèi)的一方全部切斷，并且使另一方全部導(dǎo)通，基于所述蓄積的能量，使流動(dòng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電流持續(xù)流動(dòng)。通過交替地設(shè)置所述第一期間和第二期間，可以降低開關(guān)次數(shù)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置在第一運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，基于即將輸出的交流電力的相位，將控制開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)信號供給到開關(guān)元件，對應(yīng)于即將輸出的交流電力的相位，使開關(guān)元件導(dǎo)通。另外，在所述即將輸出的交流電力的頻率比第一運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域低的第二區(qū)域，基于載波，進(jìn)行控制開關(guān)元件的導(dǎo)通及切斷的PWM控制。通過這種構(gòu)成，可以降低第二區(qū)域的失真增大，并且降低第一區(qū)域的開關(guān)次數(shù)，可以降低電力損失。
[0017]本發(fā)明的再另一特征，除上述的各特征以外，還具有如下特征，S卩，基于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或即將輸出的交流信號切換HM控制模式和正弦波PWM控制模式，所述HM控制模式是，對應(yīng)于輸出的交流波形的相位，控制開關(guān)元件；所述正弦波PWM控制模式是，基于一定周期的載波，控制開關(guān)元件。
[0018]本發(fā)明的再另一特征之一，除上述的各特征以外，還具有如下特征，S卩，HM控制模式還包含矩形波控制模式，該矩形波控制模式是，按電動(dòng)機(jī)的每一轉(zhuǎn)，使各相的開關(guān)元件分別導(dǎo)通及切斷一次。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的再另一特征，所述電力變換裝置中，在HM控制模式時(shí)，使形成第一期間的電角度位置、和第一期間的長度中的至少一方變化，從而使在電動(dòng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)的交流電流的諧波成分變化為期望值，通過該諧波成分的變化，移至矩形波控制模式。
[0020]本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置還具備過渡電流補(bǔ)償單元，該過渡電流補(bǔ)償單元輸出用于補(bǔ)償在電動(dòng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)的交流電流產(chǎn)生的過渡電流的補(bǔ)償脈沖。該過渡電流補(bǔ)償單元在切換HM控制模式和正弦波PWM控制模式時(shí)，輸出補(bǔ)償脈沖。
[0021]本發(fā)明的再另一特征，所述過渡電流補(bǔ)償單元在HM控制模式和正弦波PWM控制模式的切換時(shí)，或除此以外，在滿足規(guī)定的條件時(shí)，輸出補(bǔ)償脈沖。
[0022]本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置還具備判定裝置和斬波控制裝置，所述判定裝置判定是否可檢測電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；所述斬波控制裝置基于判定裝置的判定結(jié)果，輸出用于在各相上與電角度無關(guān)地交替地形成第一期間和第二期間的規(guī)定的單相斬波控制用信號。
[0023]本發(fā)明的再另一特征，單相斬波控制用信號的周期根據(jù)電動(dòng)機(jī)的電感來確定。
[0024]本發(fā)明的再另一特征之一，電力變換裝置具有:具備構(gòu)成上臂及下臂的多個(gè)開關(guān)元件的橋式電路、輸出用于使上述開關(guān)元件導(dǎo)通或切斷的驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)電路、和用于控制所述驅(qū)動(dòng)電路的控制器，對應(yīng)于從直流電力變換的交流電力的相位，使所述開關(guān)元件動(dòng)作，并且基于調(diào)制度，控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通或切斷期間。
[0025]本發(fā)明的再另一特征之一是，在上述特長中，還使在電動(dòng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)的交流電流的諧波成分變化為期望值，在調(diào)制度最大時(shí)，進(jìn)行按電動(dòng)機(jī)的每一轉(zhuǎn)使各相的開關(guān)元件分別導(dǎo)通及切斷一次的矩形波控制。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，在電力變換裝置中，可以某種程度地抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的增大，還可以降低開關(guān)損失。
[0027]另外，在下面的實(shí)施方式中，如后所述，解決了作為產(chǎn)品而優(yōu)選的各種課題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是表示混合動(dòng)力車的控制塊的圖。[0029]圖2是表示電氣電路的構(gòu)成的圖。
[0030]圖3是表示控制模式的切換的圖。
[0031 ]圖4是說明PWM控制和矩形波控制的圖。
[0032]圖5是表示在矩形波控制中產(chǎn)生的諧波成分的例子的圖。
[0033]圖6是表示第一實(shí)施方式的控制電路形成的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的圖。
[0034]圖7是表示脈沖生成器的構(gòu)成的圖。
[0035]圖8是表示圖表搜索的脈沖生成順序的流程圖。
[0036]圖9是表示實(shí)時(shí)運(yùn)算的脈沖生成順序的流程圖。
[0037]圖10是表示脈沖波形運(yùn)算順序的流程圖。
[0038]圖11是表示相位計(jì)數(shù)器的脈沖生成方法的圖。
[0039]圖12是表示HM控制模式的線間電壓波形之一例的圖。
[0040]圖13是線間電壓的脈沖寬度與其他脈沖列不相等時(shí)的說明圖。
[0041]圖14是表示HM控制模式的線間電壓波形之一例的圖。
[0042]圖15是表示HM控制模式的相電壓波形之一例的圖。
[0043]圖16是表不線間電壓和相端子電壓的變換表的圖。
[0044]圖17是表示將矩形波控制模式的線間電壓脈沖變換成相電壓脈沖的例子的圖。
[0045]圖18是表示將HM控制模式的線間電壓脈沖變換成相電壓脈沖的例子的圖。
[0046]圖19是表示改變了調(diào)制度時(shí)的線間電壓脈沖的基本波和消除對象諧波成分的振幅的大小的圖。
[0047]圖20是表示HM控制模式的線間電壓波形之一例的圖。
[0048]圖21是表示HM控制模式的相電壓波形之一例的圖。
[0049]圖22是用于說明PWM脈沖信號的生成方法的圖。
[0050]圖23是表示PWM控制模式的線間電壓波形之一例的圖。
[0051 ]圖24是表示PWM控制模式的相電壓波形之一例的圖。
[0052]圖25是將HM脈沖信號的線間電壓脈沖波形和PWM脈沖信號的線間電壓脈沖波形進(jìn)行比較的圖。
[0053]圖26是表示將PWM控制模式和HM控制模式切換后的情形的圖。
[0054]圖27是用于對PWM控制和HM控制的脈沖形狀的差別進(jìn)行說明的圖。
[0055]圖28是表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和HM脈沖信號的線間電壓脈沖波形的關(guān)系的圖。
[0056]圖29是表示在HM控制和PWM控制中生成的線間電壓脈沖數(shù)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系的圖。
[0057]圖30是表示由第一實(shí)施方式的控制電路進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)控制的流程圖。
[0058]圖31是表示第二實(shí)施方式的控制電路形成的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的圖。
[0059]圖32是用于說明補(bǔ)償電流的產(chǎn)生的圖。
[0060]圖33是分別將相電流波形和補(bǔ)償脈沖波形的局部放大后的圖。
[0061]圖34是表示由第二實(shí)施方式的控制電路進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)控制的流程圖。
[0062]圖35是表示過渡電流補(bǔ)償?shù)捻樞虻牧鞒虉D。
[0063]圖36是表示用于相電壓附加時(shí)間的計(jì)算的電路模型的圖。
[0064]圖37是表示第三實(shí)施方式的控制電路形成的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的圖。[0065]圖38是表示單相斬波控制之一例的圖。
[0066]圖39是表示由第三實(shí)施方式的控制電路進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)控制的流程圖。
[0067]圖40是說明降低諧波的動(dòng)作原理的說明圖。
[0068]圖41是對用于降低諧波的開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)刻進(jìn)行說明的說明圖。
[0069]圖42是基于傅里葉級數(shù)展開說明諧波的消除方法的思路的說明圖。
[0070]圖43是對消除了 3次、5次、7次諧波時(shí)的U相和V相的線間電壓的波形進(jìn)行說明的說明圖。
[0071]圖44是表示用于進(jìn)行PWM控制的脈沖調(diào)制器的構(gòu)成的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072]除上述記載的內(nèi)容以外，在下面的實(shí)施方式中，可以解決在產(chǎn)品化上優(yōu)選的課題，還實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)品化上優(yōu)選的效果。也有與上述記載的內(nèi)容重復(fù)的內(nèi)容或密切相關(guān)的內(nèi)容，下面記述其中幾個(gè)課題，并且對具體課題的解決及具體的效果進(jìn)行說明。
[0073]〔開關(guān)元件的開關(guān)頻度的降低〕
[0074]在下面的實(shí)施方式說明的電力變換裝置中，基于從直流電力變換的交流電力的波形的角度即相位，從通過來自控制電路的控制信號而動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)電路向開關(guān)元件供給驅(qū)動(dòng)信號，所述控制電路用于控制逆變電路具有的開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，上述開關(guān)元件對應(yīng)于變換的交流電力的相位進(jìn)行導(dǎo)通或切斷動(dòng)作。這樣，通過具有利用來自控制電路的控制信號來對應(yīng)于相位角控制上述逆變電路具有的開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作的構(gòu)成及作用，與一般的PWM方式相比，可以降低上述開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作的每單位時(shí)間的次數(shù)或交流電力的每一循環(huán)的開關(guān)次數(shù)。另外，在上述構(gòu)成中，盡管降低了逆變電路的開關(guān)元件的開關(guān)頻度，但仍然具有可以抑制輸出的交流波形的失真增大，且可以降低伴隨開關(guān)動(dòng)作的損失的效果。這會(huì)影響到構(gòu)成逆變電路的電源開關(guān)電路的開關(guān)元件的發(fā)熱的降低。
[0075]在下面說明的實(shí)施方式中，特別是在圖10、圖40及圖41說明的實(shí)施方式中，選擇即將消除的諧波的次數(shù)。這樣，由于可以按照本發(fā)明的應(yīng)用對象選擇消除的次數(shù)，因此可以防止要消除的次數(shù)的種類過于增多，由此，可降低電源開關(guān)電路的開關(guān)元件的每單位相位的開關(guān)次數(shù)。在包含供給交流電力的同步電動(dòng)機(jī)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，次數(shù)低的諧波的不良影響大，減少要輸出的交流電力的稱為第5次諧波及第7次諧波的較低次的諧波會(huì)帶來較大的效果。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，至少在適合降低第5次諧波的相位位置，通過基于逆變器的導(dǎo)通的來自直流電力源的電流供給到上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可以降低第5次諧波。在此，作為直流電源，不局限于儲(chǔ)蓄直流電力的電池，可以是平滑用電容器，例如，圖2所示的電容模塊500。
[0076]另外，作為開關(guān)元件，優(yōu)選動(dòng)作速度快且還可以基于控制信號控制導(dǎo)通及切斷動(dòng)作雙方的元件，作為這種元件，例如，具有絕緣柵雙極型晶體管(insulated gatebipolartransistor下記為IGBT)及場效應(yīng)晶體管(M0S晶體管)，從響應(yīng)性及控制性這點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選這些元件。
[0077]從上述電力變換裝置輸出的交流電力供給到由旋轉(zhuǎn)電機(jī)等構(gòu)成的電感電路，交流電流基于電感作用而流動(dòng)。在下面的實(shí)施方式中，作為電感電路，以形成電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)作用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)為例進(jìn)行說明。為產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的交流電力而使用本發(fā)明從效果這一點(diǎn)出發(fā)是最佳的，但也可以作為向旋轉(zhuǎn)電機(jī)以外的電感電路供給交流電力的電力變換裝置而使用。
[0078]在下面的實(shí)施方式中，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快的第一動(dòng)作范圍內(nèi)，基于即將輸出的交流波形的相位，產(chǎn)生開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，另一方面，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比上述第一動(dòng)作范圍慢的第二動(dòng)作區(qū)域內(nèi)，基于一定頻率的載波，以控制開關(guān)元件的動(dòng)作的PWM方式，控制上述開關(guān)元件。在上述第二動(dòng)作區(qū)域，上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以包含停止?fàn)顟B(tài)。另外，在下面的實(shí)施方式中，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，以作為電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)使用的電動(dòng)發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行說明。
[0079]〔輸出的交流電力的失真降低〕
[0080]在基于要輸出的電力的交流波形的角度即相位位置而將逆變器具有的開關(guān)元件導(dǎo)通或切斷的方式中，在輸出的交流電力的頻率低的區(qū)域內(nèi)，具有交流波形的失真增大的傾向。在上述的說明中，交流輸出頻率低的第二區(qū)域使用PWM方式，基于經(jīng)過的時(shí)間，控制開關(guān)元件，在輸出的交流電力的頻率比第二區(qū)域高的第一區(qū)域內(nèi)，基于角度即相位位置，控制開關(guān)元件(下記為HM控制)。這樣，通過利用不同的方式控制逆變電路的開關(guān)元件，就會(huì)產(chǎn)生可以降低輸出的交流電力的失真的效果。
[0081]〔基本控制〕
[0082]在下面說明的實(shí)施方式中，作為基本控制，在供給交流電力的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過PWM控制，產(chǎn)生上述交流電力，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)移至下面說明的HM控制的交流電力的產(chǎn)生控制。由此，可以盡可能地抑制失真的影響，實(shí)現(xiàn)效率提聞。
[0083]另外，在上述的基本控制中，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的停止?fàn)顟B(tài)下，如圖3及圖39所示，進(jìn)行斬波控制，然后從斬波控制移至PWM控制。
[0084]另外，在與上述基本控制不同的觀點(diǎn)上，如下面的實(shí)施方式所述，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，移至HM控制內(nèi)的矩形波控制。在下面說明的HM控制中，對應(yīng)于輸出的交流波形的相位，控制開關(guān)時(shí)刻，隨著增高調(diào)制度，交流電力的半周期(電角度的O?π或π?2π)的開關(guān)次數(shù)逐漸減少，最后，移至在半周期內(nèi)只有一次導(dǎo)通的矩形波控制。這樣，在下面的實(shí)施方式中，具有可以平穩(wěn)地移至矩形波控制的優(yōu)點(diǎn)，因此，控制性優(yōu)異。
[0085]下面，參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的電力變換裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施方式的電力變換裝置是應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(下記為HEV)及純電動(dòng)汽車(下記為EV)的產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的交流電力的電力變換裝置的例子。HEV用的電力變換裝置也好，EV用的電力變換裝置也好，在基本構(gòu)成及控制中，共同之處較多，作為代表例，利用圖1和圖2對將本發(fā)明實(shí)施方式的電力變換裝置應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車時(shí)的控制構(gòu)成和電力變換裝置的電路構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1是表示混合動(dòng)力汽車的控制塊的圖。
[0086]在本發(fā)明實(shí)施方式的電力變換裝置中，對搭載于汽車的車載電機(jī)系統(tǒng)的車載用電力變換裝置進(jìn)行說明。特別例舉用于車輛驅(qū)動(dòng)用電機(jī)系統(tǒng)且搭載環(huán)境及工作環(huán)境等很差的車輛驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置進(jìn)行說明。車輛驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置作為驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置裝設(shè)于車輛驅(qū)動(dòng)用電機(jī)系統(tǒng)。該車輛驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置將從構(gòu)成車載電源的車載蓄電池或車載發(fā)電裝置供給的直流電力變換為規(guī)定的交流電力，將得到的交流電力供給到上述旋轉(zhuǎn)電機(jī),驅(qū)動(dòng)上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)。另外,上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)除具有電動(dòng)機(jī)的功能以外，還具有作為發(fā)電機(jī)的功能，因此上述電力變換裝置，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，不僅進(jìn)行將直流電力變換為交流電力的動(dòng)作，而且還進(jìn)行將上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生的交流電力變換為直流電力的動(dòng)作。所變換的直流電力供給到車載蓄電池。
[0087]另外，本實(shí)施方式的構(gòu)成作為汽車或卡車等車輛驅(qū)動(dòng)用電力變換裝置是最佳的。但是，也可應(yīng)用于此以外的電力變換裝置，例如:電車及船舶、飛機(jī)等的電力變換裝置、還有用于產(chǎn)生向驅(qū)動(dòng)工廠設(shè)備的旋轉(zhuǎn)電機(jī)供給的交流電力的工業(yè)用電力變換裝置、或驅(qū)動(dòng)家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)及家用電化學(xué)制品的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制裝置所使用的電力變換裝置。
[0088]下面，利用附圖進(jìn)行說明。在圖1中，HEVllO是一輛電動(dòng)車輛，具備二個(gè)車輛驅(qū)動(dòng)用系統(tǒng)。其中一個(gè)是以內(nèi)燃機(jī)即發(fā)動(dòng)機(jī)120為動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主要作為HEV的驅(qū)動(dòng)源而使用。另一個(gè)是以電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194為動(dòng)力源的車載電機(jī)系統(tǒng)。車載電機(jī)系統(tǒng)主要作為HEV的驅(qū)動(dòng)源及HEV的電力發(fā)生源使用。電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194是例如同步機(jī)或感應(yīng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)例子，通過運(yùn)轉(zhuǎn)方法，既作為電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，也作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，因此，在此記述為電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
[0089]在車身的前部可旋轉(zhuǎn)地軸支有前軸114。在前軸114的兩端設(shè)有一對前輪112。在車身的后部可旋轉(zhuǎn)地軸支有后軸(省略圖不)。在后軸的兩端設(shè)有一對后輪。在本實(shí)施方式的HEV中，采用將由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)輪設(shè)為前輪112、將牽動(dòng)的從動(dòng)輪設(shè)為后輪的所謂的前輪驅(qū)動(dòng)方式，反之，即，采用后輪驅(qū)動(dòng)方式也可以。
[0090]在前軸114的中央部設(shè)有前輪側(cè)差動(dòng)齒輪裝置(下記為“前輪側(cè)DEF”)116。前軸114機(jī)械地連接于前輪側(cè)DEFl 16的輸出側(cè)。在前輪側(cè)DEFl 16的輸入側(cè)機(jī)械地連接有變速機(jī)118的輸出軸。前輪側(cè)DEFl 16是將由變速機(jī)118變速傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力分配給左右的前軸114的差動(dòng)式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)。在變速機(jī)118的輸入側(cè)機(jī)械地連接有電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的輸出側(cè)。在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的輸入側(cè)經(jīng)由動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)122機(jī)械地連接有發(fā)動(dòng)機(jī)120的輸出側(cè)及電動(dòng)發(fā)電機(jī)194的輸出偵彳。另外，電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194及動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)122收納于變速機(jī)118的殼體內(nèi)部。
[0091]電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194是轉(zhuǎn)子上裝設(shè)有永久磁鐵的同步機(jī)。通過由電力變換裝置140、142控制供給于定子的電樞線圈的交流電力，控制電動(dòng)發(fā)電機(jī)192、194的驅(qū)動(dòng)。電力變換裝置140、142電連接有蓄電池136。在蓄電池136和電力變換裝置140、142的彼此之間，可進(jìn)行電力的變換。
[0092]本實(shí)施方式的車載電機(jī)系統(tǒng)具備由電動(dòng)發(fā)電機(jī)192及電力變換裝置140構(gòu)成的第一電動(dòng)發(fā)電單元、由電動(dòng)發(fā)電機(jī)194及電力變換裝置142構(gòu)成的第二電動(dòng)發(fā)電單元等兩個(gè)單元，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，分別使用這兩個(gè)單元。即，在通過來自發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)車輛的情況下，在有助于加大車輛的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力，使第二電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元而工作進(jìn)行發(fā)電，通過由其發(fā)電得到的電力，使第一電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元而工作。另外，在同樣的情況下，在有助于加大車輛的車速時(shí)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力，使第一電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元而工作進(jìn)行發(fā)電，通過由其發(fā)電得到的電力，使第二電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元而工作。
[0093]另外，在本實(shí)施方式中，通過利用蓄電池136的電力使第一電動(dòng)發(fā)電單元作為電動(dòng)單元而工作，則僅通過電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的動(dòng)力，就可以驅(qū)動(dòng)車輛。另外，在本實(shí)施方式中，通過利用發(fā)動(dòng)機(jī)120的動(dòng)力或來自車輪的動(dòng)力使第一電動(dòng)發(fā)電單元或第二電動(dòng)發(fā)電單元作為發(fā)電單元而工作進(jìn)行發(fā)電，可以將蓄電池136充電。[0094]蓄電池136還作為用于驅(qū)動(dòng)輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)195的電源而使用。作為輔機(jī)用電動(dòng)機(jī)，例如，驅(qū)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)器的壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)、或驅(qū)動(dòng)控制用液壓泵的電動(dòng)機(jī)。從蓄電池136向電力變換裝置43供給直流電力，由電力變換裝置43變換為交流電力，并供給到電動(dòng)機(jī)195。電力變換裝置43與電力變換裝置140及142具有同樣的功能，控制供給到電動(dòng)機(jī)195的交流的相位及頻率、電力。例如，通過對電動(dòng)機(jī)195的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)供給超前相位的交流電力，電動(dòng)機(jī)195產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另一方面,通過產(chǎn)生滯后相位的交流電力，電動(dòng)機(jī)195作為發(fā)電機(jī)起作用，成為再生制動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種電力變換裝置43的控制功能與電力變換裝置140及142的控制功能相同。電動(dòng)機(jī)195的容量比電動(dòng)發(fā)電機(jī)192及194的容量小，因此電力變換裝置43的最大變換電力比電力變換裝置140及142小。但是，電力變換裝置43的電路構(gòu)成及動(dòng)作基本上與電力變換裝置140及142的電路構(gòu)成及動(dòng)作相類似。
[0095]電力變換裝置140及142及電力變換裝置43還有電容模塊500處于電性的密切關(guān)系。另外，需要對發(fā)熱的對策這一點(diǎn)共同。另外，優(yōu)選盡可能小地制作裝置的體積。從這幾點(diǎn)出發(fā)，下面詳述的電力變換裝置將電力變換裝置140及142及電力變換裝置43還有電容模塊500內(nèi)裝于電力變換裝置殼體內(nèi)。通過該構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)小型且可靠性高的裝置。
[0096]另外，通過將電力變換裝置140及142及電力變換裝置43還有電容模塊500內(nèi)裝于一個(gè)殼體內(nèi)，在配線的簡化及噪音對策上有效。另外，可以降低電容模塊500與電力變換裝置140及142及電力變換裝置43的連接電路的電感，可以降低尖峰電壓，并且可以實(shí)現(xiàn)發(fā)熱的降低及放熱效率的提高。
[0097]接著，利用圖2對電力變換裝置140及142或電力變換裝置43的電氣電路的構(gòu)成進(jìn)行說明。另外，在圖1?圖2所示的實(shí)施方式中，以分別單獨(dú)地構(gòu)成電力變換裝置140及142或電力變換裝置43的情況為例進(jìn)行說明。電力變換裝置140及142或電力變換裝置43以同樣的構(gòu)成形成同樣的作用，具有同樣的功能。在此，作為代表例，進(jìn)行電力變換裝置140的說明。
[0098]本實(shí)施方式的電力變換裝置200具備電力變換裝置140和電容模塊500。電力變換裝置140具有電源開關(guān)電路144和控制部170。另外，電源開關(guān)電路144具有作為上臂而動(dòng)作的開關(guān)元件和作為下臂而動(dòng)作的開關(guān)元件。在該實(shí)施方式中，作為開關(guān)元件，使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。作為上臂而動(dòng)作的IGBT328與二極管156并聯(lián)連接，作為下臂而動(dòng)作的IGBT330與二極管166并聯(lián)連接。構(gòu)成為，具有多個(gè)上下臂的串聯(lián)電路150(在圖2的例子中，三個(gè)上下臂的串聯(lián)電路150、150、150)，與從各上下臂的串聯(lián)電路150的節(jié)點(diǎn)部分(節(jié)點(diǎn)169)穿過交流端子159通向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的交流電力線(交流匯流條)186連接。另夕卜，控制部170具有驅(qū)動(dòng)控制電源開關(guān)電路144的驅(qū)動(dòng)電路174、和經(jīng)由信號線176向驅(qū)動(dòng)電路174供給控制信號的控制電路172。
[0099]上臂和下臂的IGBT328及330是開關(guān)元件，接收從控制部170輸出的驅(qū)動(dòng)信號而動(dòng)作，將由蓄電池136供給的直流電力變換為三相交流電力。該變換的電力供給到電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電樞線圈。如上所述，電力變換裝置140也進(jìn)行將電動(dòng)發(fā)電機(jī)192產(chǎn)生的三相交流電力變換為直流電力的動(dòng)作。
[0100]如圖1所示，本實(shí)施方式的電力變換裝置200具有電力變換裝置140和142還有電力變換裝置43和電容模塊500。如上所述，電力變換裝置140和142還有電力變換裝置43由同樣的電路構(gòu)成，因此，在此以電力變換裝置140為代表進(jìn)行講述，如上所述，已經(jīng)省略了電力變換裝置142和電力變換裝置43。
[0101]電源開關(guān)電路144由三相電橋電路構(gòu)成。在蓄電池136的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)電連接有直流正極端子314和直流負(fù)極端子316。在直流正極端子314和直流負(fù)極端子316之間分別并聯(lián)地電連接有對應(yīng)于各相的上下臂的串聯(lián)電路150、150、150。在此，將上下臂的串聯(lián)電路150講述為臂。各臂具備上臂側(cè)開關(guān)元件328及二極管156、和下臂側(cè)開關(guān)元件330及二極管166。
[0102]在本實(shí)施方式中，作為開關(guān)元件，例示了使用IGBT328及330的例子。IGBT328及330具備集電極153、163、發(fā)射極(信號用發(fā)射極端子155、165)、和柵極(柵極端子154、164)。如圖所示，在IGBT328、330的集電極153、163和發(fā)射極之間并聯(lián)地電連接有二極管156、166。二極管156、166具備陰極及陽極二個(gè)電極。以從IGBT328、330的發(fā)射極向集電極的方向?yàn)轫樂较虻姆绞剑帢O分別電連接于IGBT328、330的集電極；陽極分別電連接于IGBT328、330的發(fā)射極。作為開關(guān)元件，也可以使用MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管)。在這種情況下，不需要二極管156及二極管166。
[0103]上下臂的串聯(lián)電路150對應(yīng)于向三相電動(dòng)發(fā)電機(jī)192供給的交流電力的各相，各串聯(lián)電路150、150、150用于在將IGBT328的發(fā)射極和IGBT330的集電極163連接的節(jié)點(diǎn)169上分別輸出U相、V相、W相的交流電力。各相的上述節(jié)點(diǎn)169分別經(jīng)由交流端子159和連接器188與電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的U相、V相、W相的電樞線圈(在同步電動(dòng)機(jī)中，定子線圈)連接，向上述電樞線圈流動(dòng)U相、V相、W相電流。上述上下臂的串聯(lián)電路彼此電并聯(lián)連接。上臂的IGBT328的集電極153經(jīng)由直流匯流條并經(jīng)由正極端子(P端子)157電連接于電容模塊500的正極側(cè)電容電極，下臂的IGBT330的發(fā)射極經(jīng)由直流匯流條并經(jīng)由負(fù)極端子(N端子)158電連接于電容模塊500的負(fù)極側(cè)電容電極。
[0104]電容模塊500用于構(gòu)成平滑電路，所述平滑電路抑制通過IGBT328、330的開關(guān)動(dòng)作而產(chǎn)生的直流電壓的波動(dòng)。電容模塊500的正極側(cè)電容電極經(jīng)由直流連接器138電連接有蓄電池136的正極側(cè)；電容模塊500的負(fù)極側(cè)電容電極經(jīng)由直流連接器138電連接有蓄電池136的負(fù)極側(cè)。由此，電容模塊500連接在上臂IGBT328的集電極153和蓄電池136的正極側(cè)之間、和下臂IGBT330的發(fā)射極和蓄電池136的負(fù)極側(cè)之間，相對于蓄電池136和上下臂的串聯(lián)電路150電并聯(lián)連接。
[0105]控制部170發(fā)揮控制將IGBT328、330導(dǎo)通及切斷的動(dòng)作的作用，控制部170具備控制電路172和驅(qū)動(dòng)電路174，所述控制電路172基于來自另一控制裝置及傳感器等的輸入信息，生成用于控制IGBT328、330的開關(guān)時(shí)刻的時(shí)刻信號；所述驅(qū)動(dòng)電路174基于從控制電路172輸出的時(shí)刻信號，生成用于使IGBT328、330進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)信號。
[0106]控制電路172具備用于對IGBT328、330的開關(guān)時(shí)刻進(jìn)行運(yùn)算處理的微型計(jì)算機(jī)。作為輸入信息，向該微型計(jì)算機(jī)輸入對電動(dòng)發(fā)電機(jī)192要求的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值、從上下臂的串聯(lián)電路150向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的電樞線圈供給的電流值、及電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)子的磁極位置。目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值是基于從未圖示的上位控制裝置輸出的指令信號的轉(zhuǎn)矩值。電流值是基于從電流傳感器180輸出的檢測信號而檢測到的值。磁極位置是基于從設(shè)于電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的旋轉(zhuǎn)磁極傳感器(未圖示)輸出的檢測信號而檢測到的位置。在本實(shí)施方式中，以檢測三相電流值的情況為例進(jìn)行說明，但也可以檢測二相的電流值。
[0107]控制電路172內(nèi)的微型計(jì)算機(jī)基于所輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值運(yùn)算電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的d、q軸的電流指令值，基于該運(yùn)算的d、q軸的電流指令值和檢測到的d、q軸的電流值的差值，運(yùn)算d、q軸的電壓指令值，根據(jù)該d、q軸的電壓指令值生成脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號。如后所述，控制電路172具有產(chǎn)生二種方式的驅(qū)動(dòng)信號的功能。該二種方式的驅(qū)動(dòng)信號基于電感負(fù)荷即電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的狀態(tài)、或即將變換的交流電力的頻率等而選擇。
[0108]上述二種方式內(nèi)的一種是基于即將輸出的交流波形的相位控制開關(guān)元件即IGBT328、330的開關(guān)動(dòng)作的調(diào)制方式(作為HM方式，后面進(jìn)行敘述)。上述二種方式內(nèi)的另一種是通常稱為PWM (Pulse Width Modulation)的調(diào)制方式。
[0109]驅(qū)動(dòng)電路174在驅(qū)動(dòng)下臂的情況下，將脈沖狀的調(diào)制波信號放大，且將此作為驅(qū)動(dòng)信號輸出到對應(yīng)的下臂的IGBT330的柵極。另外，在驅(qū)動(dòng)上臂的情況下，將脈沖狀的調(diào)制波信號的基準(zhǔn)電位電位移至上臂的基準(zhǔn)電位電平以后，再將脈沖狀的調(diào)制波信號放大，且將此作為驅(qū)動(dòng)信號輸出到對應(yīng)的上臂的IGBT328的柵極。由此，各IGBT328、330基于所輸入的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。這樣，通過根據(jù)來自控制部170的驅(qū)動(dòng)信號(驅(qū)動(dòng)信號)進(jìn)行的各IGBT328、330的開關(guān)動(dòng)作，電力變換裝置140將從直流電源即蓄電池136供給的電壓變換為以電角度計(jì)按每2 π /3rad錯(cuò)開的U相、V相、W相的各輸出電壓，供給于三相交流電動(dòng)機(jī)即電動(dòng)發(fā)電機(jī)192。另外，電角度對應(yīng)于電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的旋轉(zhuǎn)狀態(tài),具體而言,對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的位置，在O?2π之間進(jìn)行周期性的變化。通過將該電角度設(shè)為參數(shù)而使用，可以根據(jù)電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，確定各IGBT328、330的開關(guān)狀態(tài)、即U相、V相、W相的各輸出電壓。
[0110]另外，控制部170進(jìn)行異常檢測(過電流、過電壓、過溫度等)，保護(hù)上下臂的串聯(lián)電路150。因此，在控制部170輸入有傳感信息。例如，從各臂的信號用發(fā)射極端子155、165流到各IGBT328、330的發(fā)射極的電流的信息輸入到對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)部(1C)。由此，各驅(qū)動(dòng)部(IC)進(jìn)行過電流檢測，在檢測到過電流的情況下，使對應(yīng)的1GBT328、330的開關(guān)動(dòng)作停止，從過電流方面保護(hù)對應(yīng)的IGBT328、330。從設(shè)于上下臂的串聯(lián)電路150的溫度傳感器(未圖示)向微型計(jì)算機(jī)輸入有上下臂的串聯(lián)電路150的溫度信息。另外，在微型計(jì)算機(jī)內(nèi)輸入有上下臂的串聯(lián)電路150的直流正極側(cè)的電壓信息。微型計(jì)算機(jī)基于這些信息，進(jìn)行過溫度檢測及過電壓檢測，在檢測到過溫度或過電壓的情況下，使全部的IGBT328、330開關(guān)動(dòng)作停止，從過溫度或過電壓方面保護(hù)上下臂的串聯(lián)電路150，進(jìn)而，保護(hù)包含該電路150的半導(dǎo)體模塊。
[0111]在圖2中，上下臂的串聯(lián)電路150是上臂的IGBT328及上臂的二極管156、和下臂的IGBT330及下臂的二極管166的串聯(lián)電路。IGBT328、330是開關(guān)用半導(dǎo)體元件。按一定順序切換電源開關(guān)電路144的上下臂的IGBT328、330的導(dǎo)通及切斷動(dòng)作。該切換時(shí)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的定子線圈的電流在由二極管156、166構(gòu)成的電路內(nèi)流動(dòng)。
[0112]如圖所示，上下臂的串聯(lián)電路150具備Positive端子(P端子、正極端子)157、Negative端子(N端子158、負(fù)極端子)、來自上下臂的節(jié)點(diǎn)169的交流端子159、上臂的信號用端子(信號用發(fā)射極端子)155、上臂的柵極端子154、下臂的信號用端子(信號用發(fā)射極端子)165、和下臂的柵極端子164。另外，電力變換裝置200在輸入側(cè)具有直流連接器138，在輸出側(cè)具有交流連接器188，穿過各自的連接器138和188，分別連接于蓄電池136和電動(dòng)發(fā)電機(jī)192連接。另外,作為產(chǎn)生向電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出的三相交流的各相輸出的電路，也可以是將二個(gè)上下臂的串聯(lián)電路并聯(lián)連接于各相的電路構(gòu)成的電力變換裝置。[0113]圖3是表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以輸出的最大轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的關(guān)系的曲線圖。利用圖3對電力變換裝置140進(jìn)行的控制模式的切換進(jìn)行說明。電力變換裝置140根據(jù)電動(dòng)機(jī)即電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)速、或輸出的交流電力的頻率，切換使用PWM控制方式和后述的HM控制方式。圖3表示電力變換裝置140的控制模式切換的情形。另外，切換控制模式的轉(zhuǎn)速可任意變更。例如，在汽車從停止?fàn)顟B(tài)開始行駛的情況下，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192需要在停止?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。另外，為了顯示出車輛的高檔感，優(yōu)選平穩(wěn)地起步和加速。另一方面，在旋轉(zhuǎn)停止時(shí)狀態(tài)下，對應(yīng)于要求的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行PWM控制或斬波控制，控制轉(zhuǎn)子向定子供給的交流電流。隨著上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)速上升，移至PWM控制。
[0114]在車輛的起步時(shí)及加速時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的加速，優(yōu)選減少供給于上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的交流電力的失真，以PWM控制方式控制電源開關(guān)電路144具有的開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作。下面說明的HM控制在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)速包含停止?fàn)顟B(tài)的超低速狀態(tài)下，在控制性上存在問題，另外，處于交流電力波形的失真增大的傾向，通過與PWM控制方式的控制組合，或者，通過再加上斬波控制，可以彌補(bǔ)這種缺點(diǎn)。
[0115]在上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以供給的交流電流有限，進(jìn)行抑制了最大產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的控制。成為隨著上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)速增大而內(nèi)部感應(yīng)電壓升高且電流的供給量減少的傾向。因此，上述電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的輸出轉(zhuǎn)矩變?yōu)檗D(zhuǎn)速一增大就降低的傾向。近年來，電動(dòng)發(fā)電機(jī)所要求的最高轉(zhuǎn)速處于進(jìn)一步升高的傾向，有時(shí)希望達(dá)到超過每分鐘I萬5千轉(zhuǎn)的速度，在中速及高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，HM控制是有效的。
[0116]PWM方式的控制和HM控制的切換的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不作特別限制，考慮例如，在700rpm以下的狀態(tài)下，用PWM方式進(jìn)行控制，在高于700rpm的轉(zhuǎn)速下，進(jìn)行HM控制。1500rpm?5000rpm的范圍是非常適合HM方式控制的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，在該區(qū)域，相對于PWM方式的控制而言，HM方式控制的開關(guān)元件的開關(guān)損失的降低效果顯著。該運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是在市區(qū)行駛時(shí)易利用的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，HM方式的控制在密切關(guān)系生活的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域發(fā)揮較好的效果。
[0117]在本實(shí)施例中，用PWM控制方式控制的模式(下面，稱PWM控制模式)在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的轉(zhuǎn)速較低的區(qū)域使用，另一方面，在轉(zhuǎn)速較高的區(qū)域，使用后述的HM控制模式。在PWM控制模式下，電力變換裝置140進(jìn)行利用如上所述的PWM信號的控制。即，利用控制電路172內(nèi)的微型計(jì)算機(jī)，基于輸入的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值，運(yùn)算電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的d、q軸的電壓指令值，將此變換為U相、V相、W相的電壓指令值。而且，以各相的電壓指令值相應(yīng)的正弦波為基本波，將該基本波與載波即規(guī)定周期的三角波進(jìn)行比較，將具有基于其比較結(jié)果確定的脈沖寬度度的脈沖狀調(diào)制波輸出到驅(qū)動(dòng)電路174。通過將該調(diào)制波相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號從驅(qū)動(dòng)電路174向分別對應(yīng)于各相的上下臂的IGBT328、330輸出，從蓄電池136輸出的直流電壓被變換為三相交流電壓，且向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192供給。
[0118]關(guān)于HM的內(nèi)容，后面進(jìn)行詳細(xì)說明。在HM控制模式下，由控制電路172生成的調(diào)制波輸出到驅(qū)動(dòng)電路174。由此，該調(diào)制波相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號從驅(qū)動(dòng)電路174向各相的對應(yīng)的IGBT328、330輸出。其結(jié)果是，從蓄電池136輸出的直流電壓被變換為三相交流電壓，向電動(dòng)發(fā)電機(jī)192供給。
[0119]如電力變換裝置140那樣，在利用開關(guān)元件將直流電力變換為交流電力的情況下，當(dāng)減少每單位時(shí)間或交流電力的每規(guī)定相位的開關(guān)次數(shù)時(shí)，就可以降低開關(guān)損失，另一方面，由于存在變換的交流電力大多包含諧波成分的傾向，因此轉(zhuǎn)矩波動(dòng)增大，電動(dòng)機(jī)的控制響應(yīng)性有可能變差。因此，在本發(fā)明中，如上所述，通過根據(jù)即將變換的交流電力的頻率或與該頻率有關(guān)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速切換PWM控制模式和HM控制模式，在不易受低次諧波的影響的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)區(qū)域、即高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域，適用HM控制方式，在易產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域，適用PWM控制方式。這樣就可以較低地抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的增大，可以降低開關(guān)損失。
[0120]另外，作為每單位時(shí)間或被輸出的交流電力的每單位周期的開關(guān)次數(shù)成為最小的電動(dòng)機(jī)的控制狀態(tài)，具有供給于電動(dòng)機(jī)的交流電力的每半周期開關(guān)一次各相的開關(guān)元件的矩形波的控制狀態(tài)。在上述的HM控制方式中，該矩形波的控制狀態(tài)可以設(shè)為隨著變換的交流電力波形的調(diào)制度的增大而減少的每半周期的開關(guān)次數(shù)的最終狀態(tài)，并可以當(dāng)作HM控制方式的一個(gè)控制方式。后面對這點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0121]接著，為了說明HM控制方式，首先參照圖4對PWM控制和矩形波控制進(jìn)行說明。PWM控制的情況是基于一定頻率的載波和即將輸出的交流波形的大小比較確定開關(guān)元件的導(dǎo)通及切斷的時(shí)刻且控制開關(guān)元件的方式。通過利用PWM控制，可以將波動(dòng)小的交流電力供給到電動(dòng)機(jī)，可進(jìn)行轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小的電動(dòng)機(jī)控制。另一方面，由于每單位時(shí)間或交流波形的每周期的開關(guān)次數(shù)多，因此具有開關(guān)損失大的缺點(diǎn)。與此相對，作為一個(gè)極端的例子，在利用一個(gè)脈沖的矩形波控制開關(guān)元件的情況下，由于開關(guān)次數(shù)少，因此可以減少開關(guān)損失。另一方面，變換的交流波形當(dāng)忽略電感負(fù)荷的影響時(shí)，成為矩形波狀，相對于正弦波，可以看作是包含5次、7次、11次、…等諧波成分的狀態(tài)。當(dāng)將矩形波進(jìn)行傅里葉展開時(shí)，除基本正弦波以外，呈現(xiàn)5次、7次、11次、…等諧波成分。該諧波成分產(chǎn)生成為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原因的電流失真。這樣，PWM控制和矩形波控制彼此處于配極關(guān)系。
[0122]圖5表示在假定將開 關(guān)元件的導(dǎo)通及切斷控制成矩形波狀時(shí)產(chǎn)生于交流電力的諧波成分的例子。圖5(a)是將 矩形波狀地變化的交流波形分解成基本波即正弦波和5次、7次、11次、…等諧波成分的例子。圖5 (a)所示的矩形波的傅里葉級數(shù)展開表示為式(I)。
[0123]f (cot) = 4/ π X { sin ω t+ ( sin3 ω t) /3+ (sin5cot)/5+ ( sin7 ω t)/7+...}....(1)
[0124]式(I)表示由4/π.(sinon)所示的基本波之正弦波和這些諧波成分即3次、5次、7次…各成分形成圖5 (a)所示的矩形波。這樣，可知通過相對于基本波合成更高次的諧波，接近矩形波。
[0125]圖5 (b)表示分別將基本波、3次諧波、5次諧波的各振幅進(jìn)行比較的情形。當(dāng)設(shè)圖5 Ca)的矩形波的振幅為I時(shí)，基本波的振幅表達(dá)為1.27，3次諧波的振幅表達(dá)為0.42，5次諧波的振幅表達(dá)為0.25。這樣，可知諧波的次數(shù)越高，其振幅就越小，因此矩形波控制的影響變小。特別是，諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響是，次數(shù)低的5次諧波的影響較大。在此，次數(shù)最低的3次諧波在三相交流電動(dòng)機(jī)中形成相互消除影響的作用，3的倍數(shù)的次數(shù)的諧波的影響不會(huì)成為障礙。因此，振幅大的5次諧波的影響較大。其次影響的諧波是7次諧波，再其次是11次諧波，依此類推。處于次數(shù)越高影響越小的傾向。但是，根據(jù)要控制的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的特性，有時(shí)7次諧波及11次諧波比5次諧波的影響還大。
[0126]從矩形波形狀地導(dǎo)通及切斷開關(guān)元件時(shí)有可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)，消除影響大的低次諧波成分，另一方面，對影響小的高次諧波成分，忽略其影響，通過包含這些諧波成分，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)損失小并且能夠較低地抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)增大的電力變換器。在本實(shí)施方式使用的HM控制中，通過將根據(jù)控制的狀態(tài)對矩形波交流電流具有的諧波成分進(jìn)行了某種程度消減的交流電力輸出，由此，減小電動(dòng)機(jī)控制的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響，另一方面，設(shè)為在使用上沒有問題的范圍內(nèi)包含諧波成分的狀態(tài)，來降低開關(guān)損失。如上所述，在該說明書中，將這種控制方式記述為HM控制方式。
[0127]另外，在下面的實(shí)施方式中，在輸出了 HM控制方式的諧波的影響大或控制性差的低頻交流電力的狀態(tài)下，使用PWM控制方式。具體而言，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，切換PWM控制和HM控制，通過在轉(zhuǎn)速低的區(qū)域使用PWM方式進(jìn)行控制，在低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域和高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域的各區(qū)域，進(jìn)行優(yōu)選的電動(dòng)機(jī)控制。
[0128]接著，對用于實(shí)現(xiàn)上述控制的控制電路172的構(gòu)成進(jìn)行說明。作為搭載于電力變換裝置140的控制電路172的控制方法，對三種電動(dòng)機(jī)控制方法進(jìn)行說明。下面，將這三種電動(dòng)機(jī)控制方法設(shè)為第一、第二、第三實(shí)施方式進(jìn)行記述。另外，控制電路的基本動(dòng)作利用通過程序進(jìn)行動(dòng)作的微型計(jì)算機(jī)來處理，但按每一功能將微型計(jì)算機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行分解，會(huì)通俗易懂，因此通過圖解為存在對應(yīng)于功能的電路塊的內(nèi)容進(jìn)行說明。
[0129]一第一實(shí)施方式一
[0130]圖6表示將本發(fā)明第一實(shí)施方式的控制電路172的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能展開為功能塊的方框圖。從控制車輛的上位控制裝置向控制電路172輸入電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的控制指令、例如作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩指令T*。轉(zhuǎn)矩指令、電流指令變換器410基于所輸入的轉(zhuǎn)矩指令T*、和基于由旋轉(zhuǎn)磁極傳感器193檢測到的磁極位置信號Θ的轉(zhuǎn)速信息，利用預(yù)存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速圖的數(shù)據(jù)，求出d軸電流指令信號Id*及q軸電流指令信號Iq*。轉(zhuǎn)矩指令、電流指令變換器410求出的d軸電流指令信號Id*及q軸電流指令信號Iq*分別輸出到電流控制器(ACR) 420、421。
[0131]電流控制器(ACR)420、421基于從轉(zhuǎn)矩指令、電流指令變換器410輸出的d軸電流指令信號Id*及q軸電流指令信號Iq*、和由電流傳感器180檢測到的電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的相電流檢測信號lu、lv、Iw在控制電路172上的未圖示的三相二相變換器中通過來自旋轉(zhuǎn)傳感器的磁極位置信號在d、q軸上變換而成的Id、Iq電流信號，以在電動(dòng)發(fā)電機(jī)192內(nèi)流動(dòng)的電流追隨d軸電流指令信號Id*及q軸電流指令信號Iq*的方式，分別運(yùn)算d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*。電流控制器(ACR) 420求出的d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*輸出到HM控制用的脈沖調(diào)制器430。另一方面，電流控制器(ACR) 421求出的d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*輸出到PWM控制用的脈沖調(diào)制器440。
[0132]HM控制用的脈沖調(diào)制器430由電壓相位差運(yùn)算器431、調(diào)制度運(yùn)算器432、和脈沖生成器434構(gòu)成。從電流控制器420輸出的d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*在脈沖調(diào)制器430輸入到電壓相位差運(yùn)算器431和調(diào)制度運(yùn)算器432。
[0133]電壓相位差運(yùn)算器431計(jì)算出電動(dòng)發(fā)電機(jī)192的磁極位置和d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*表示的電壓相位的相位差、即電壓相位差。當(dāng)設(shè)該電壓相位差為δ時(shí)，電壓相位差δ用式(2)表示。
[0134]δ =arctan (― Vd*/Vq*)................(2)
[0135]電壓相位差運(yùn)算器431還通過上述的電壓相位差δ加上來自旋轉(zhuǎn)磁極傳感器193的磁極位置信號Θ表示的磁極位置的運(yùn)算，計(jì)算出電壓相位。然后，將算出的電壓相位相應(yīng)的電壓相位信號Θ V輸出到脈沖生成器434。當(dāng)設(shè)磁極位置信號Θ表示的磁極位置設(shè)為Ge時(shí)，該電壓相位信號Θ V用式(3)表不。
[0136]Θ V= δ + Θ e+.......................(3)
[0137]調(diào)制度運(yùn)算器432通過用蓄電池136的電壓將d軸電壓指令信號Vd*及q軸電壓指令信號Vq*表示的矢量的大小標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算出調(diào)制度，將其調(diào)制度相應(yīng)的調(diào)制度信號a輸出到脈沖生成器434。在該實(shí)施方式中，上述調(diào)制度信號a基于供給到圖2所示的電源開關(guān)電路144的直流電壓即蓄電池電壓而定，有蓄電池電壓越高調(diào)制度a就變得越小的傾向。另外，有指令值的振幅值越大調(diào)制度a就變得越大的傾向。具體而言，當(dāng)設(shè)蓄電池電壓為Vdc時(shí)，調(diào)制度信號a用式(4)表不。另外,式(4)中,Vd表不d軸電壓指令信號Vd*的振幅值，Vq表不q軸電壓指令信號Vq*的振幅值。
[0138]
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具備: 三相全橋式電力變換單元，具備上臂用及下臂用的開關(guān)元件；和 控制器，對各相的所述開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號， 所述電力變換裝置， 通過與所述驅(qū)動(dòng)信號相應(yīng)的所述開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，將從直流電源供給的電壓變換為以電角度計(jì)按每2 π /3rad錯(cuò)開的輸出電壓，并將其供給到三相交流電動(dòng)機(jī)， 基于規(guī)定的條件切換HM控制模式和正弦波PWM控制模式: 所述HM控制模式為，根據(jù)電角度交替地形成在不同的相上使所述上臂用的開關(guān)元件和所述下臂用的開關(guān)元件分別導(dǎo)通 而從所述直流電源向所述電動(dòng)機(jī)供給電流的第一期間，和在全相上使所述上臂用的開關(guān)元件與所述下臂用的開關(guān)元件中的任一者導(dǎo)通而用蓄積于所述電動(dòng)機(jī)的能量維持轉(zhuǎn)矩的第二期間； 所述正弦波PWM控制模式為，根據(jù)基于正弦波指令信號和載波的比較結(jié)果而確定的脈沖寬度，使所述開關(guān)元件導(dǎo)通，由此從所述直流電源向所述電動(dòng)機(jī)供給電流。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于: 基于所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，切換所述HM控制模式和所述正弦波PWM控制模式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述HM控制模式還包含按所述電動(dòng)機(jī)的每一轉(zhuǎn)使各相的所述開關(guān)元件分別導(dǎo)通及切斷一次的矩形波控制模式。
4.如權(quán)利要求3所述的電力變換裝置，其特征在于: 在所述HM控制模式中，使形成所述第一期間的電角度位置和所述第一期間的長度的至少一者變化，從而使在所述電動(dòng)機(jī)流動(dòng)的交流電流的諧波成分變化為期望值， 通過所述諧波成分的變化，轉(zhuǎn)移至所述矩形波控制模式。
5.如權(quán)利要求1、2或4所述的電力變換裝置，其特征在于: 還具備過渡電流補(bǔ)償單元，所述過渡電流補(bǔ)償單元輸出用于補(bǔ)償由在所述電動(dòng)機(jī)流動(dòng)的交流電流產(chǎn)生的過渡電流的補(bǔ)償脈沖， 所述過渡電流補(bǔ)償單元，在切換所述HM控制模式和所述正弦波PWM控制模式時(shí)，輸出所述補(bǔ)償脈沖。
6.如權(quán)利要求5所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述過渡電流補(bǔ)償單元，代替在切換所述HM控制模式和所述正弦波PWM控制模式時(shí)，在滿足規(guī)定的條件時(shí)，輸出所述補(bǔ)償脈沖，或者，除了在切換所述HM控制模式和所述正弦波PWM控制模式時(shí)以外，在滿足規(guī)定的條件時(shí)，輸出所述補(bǔ)償脈沖。
7.如權(quán)利要求1、2、4或6所述的電力變換裝置，其特征在于，還具備: 判定單元，判定是否能夠檢測所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；和 斬波控制單元，基于所述判定單元的判定結(jié)果，輸出用于在各相上與電角度無關(guān)地交替地形成所述第一期間和所述第二期間的規(guī)定的單相斬波控制用信號。
8.如權(quán)利要求7所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述單相斬波控制用信號的周期根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的電感來確定。
9.一種電力變換裝置，其特征在于，具備: 三相全橋式電力變換單元，具備上臂用及下臂用的開關(guān)元件；和控制器，對各相的所述開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號， 所述電力變換裝置， 通過與所述驅(qū)動(dòng)信號相應(yīng)的所述開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作，將從直流電源供給的電壓變換為以電角度計(jì)按每2 π /3rad錯(cuò)開的輸出電壓，并將其供給到三相交流電動(dòng)機(jī)， 根據(jù)電角度交替地形成在不同的相上使所述上臂用的開關(guān)元件和所述下臂用的開關(guān)元件分別導(dǎo)通而從所述直流電源向所述電動(dòng)機(jī)供給電流的第一期間，和在全相上使所述上臂用的開關(guān)元件與所述下臂用的開關(guān)元件中的任一者導(dǎo)通而用蓄積于所述電動(dòng)機(jī)的能量維持轉(zhuǎn)矩的第二期間， 通過根據(jù)調(diào)制度使所述第一期間的長度變化，使在所述電動(dòng)機(jī)流動(dòng)的交流電流的諧波成分變化為期望值， 在所述調(diào)制度為最大時(shí)，進(jìn)行按所述電動(dòng)機(jī)的每一轉(zhuǎn)使各相的所述開關(guān)元件分別導(dǎo)通及切斷一次的矩形波控制。
10.一種電力變換裝置，其特征在于，具備: 逆變電路，具備用于將直流電力變換為用于向三相交流電動(dòng)機(jī)供給的三相交流電力的多個(gè)開關(guān)元件；和 控制電路，接收用于控制所述三相交流電動(dòng)機(jī)的控制指令，產(chǎn)生控制所述逆變電路的所述多個(gè)開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作的控制信號， 所述控制電路具有第一控制模式和第二控制模式:` 所述第一控制模式為，產(chǎn)生載波，基于所述載波和即將輸出的交流信號，控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作； 所述第二控制模式為，為了抑制所述三相交流電力的諧波，輸出表示所述逆變電路導(dǎo)通的相位位置的相位位置信號，基于所述相位位置信號，控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作， 當(dāng)所述三相交流電動(dòng)機(jī)為第一轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，以所述第一控制模式控制逆變電路，當(dāng)所述三相交流電動(dòng)機(jī)為轉(zhuǎn)速比所述第一轉(zhuǎn)速區(qū)域高的第二運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)，以所述第二控制模式控制逆變電路。
11.如權(quán)利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述控制電路具備: 載波產(chǎn)生部，接收用于控制所述三相交流電動(dòng)機(jī)的指令值和所述三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，產(chǎn)生載波； 第一脈沖生成部，根據(jù)基于所述指令值和轉(zhuǎn)速信號生成的即將輸出的交流信號和所述載波，輸出控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作的信號； 相位位置信號輸出部，輸出所述相位位置信號；和 第二脈沖生成部，基于所述相位位置信號，輸出控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作的信號， 在所述三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比所述第一轉(zhuǎn)速區(qū)域高的第二運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，所述控制電路，通過所述第二脈沖生成部的輸出，控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作。
12.如權(quán)利要求10所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述逆變電路包括分別具備多個(gè)開關(guān)元件的串聯(lián)電路的U相電路、V相電路和W相電路， 在作為所述U相電路、V相電路和W相電路的各自的所述串聯(lián)電路的所述多個(gè)開關(guān)元件的節(jié)點(diǎn)的U相節(jié)點(diǎn)、V相節(jié)點(diǎn)和W相節(jié)點(diǎn)的各節(jié)點(diǎn)之間，通過控制所述多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作，產(chǎn)生向所述三相交流電動(dòng)機(jī)供給的交流的相間電壓， 在所述第二控制模式，所述控制電路，在向所述三相交流電動(dòng)機(jī)供給的各相間的交流電力的半周期中，以使經(jīng)由所述逆變電路供給所述直流電力的所述逆變電路的導(dǎo)通次數(shù)成為多次的方式，控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作。
13.如權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述控制電路還具有矩形波控制模式，所述矩形波控制模式為，在向所述三相交流電動(dòng)機(jī)供給的交流電力的半周期中，使所述逆變電路導(dǎo)通一次，將所述直流電力供給到所述三相交流電動(dòng)機(jī)， 所述控制電路，在所述三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比所述第二運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域更高的區(qū)域，選擇所述矩形波控制模式，控制所述多個(gè)開關(guān)元件。
14.如權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述控制電路接收轉(zhuǎn)矩指令值作為所述控制指令， 在所述三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為所述第二運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，以第二控制模式控制所述逆變電路的多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作的狀態(tài)下，基于所述轉(zhuǎn)矩指令值的增大，所述逆變電路導(dǎo)通而向所述三相交流電動(dòng)機(jī)供給直流電力的逆變電路的導(dǎo)通寬度增大，該逆變電路的斷路期間減小，進(jìn)而，所述逆變電路的斷路寬度基于所述轉(zhuǎn)矩指令值的增大而減小，從而所述逆變電路的導(dǎo)通寬度與下一導(dǎo)通寬度相連，所述控制電路以使所述U相節(jié)點(diǎn)、V相節(jié)點(diǎn)和W相節(jié)點(diǎn)的各節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生的相間電壓`的半周期中的所述逆變電路的導(dǎo)通次數(shù)減少的方式，控制所述逆變電路的所述多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作。
15.如權(quán)利要求14所述的電力變換裝置，其特征在于: 所述控制電路，基于所述轉(zhuǎn)矩指令值的增大，以所述U相節(jié)點(diǎn)、V相節(jié)點(diǎn)和W相節(jié)點(diǎn)的各節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生的相間電壓的半周期中的所述逆變電路的導(dǎo)通次數(shù)減少的方式，控制所述逆變電路的所述多個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作， 在所述轉(zhuǎn)矩指令值最大時(shí)，所述控制電路，以在所述相間電壓的半周期中所述逆變電路導(dǎo)通一次而從所述節(jié)點(diǎn)間供給一次所述直流電力的矩形波控制模式，控制所述逆變電路的各開關(guān)元件。
16.如權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于: 在所述三相交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速處于比所述第一轉(zhuǎn)速區(qū)域小的轉(zhuǎn)速區(qū)域的情況下， 所述控制電路進(jìn)行斬波控制，該斬波控制為，將構(gòu)成所述U相電路、所述V相電路和所述W相電路中的一個(gè)電路所具有的串聯(lián)電路的多個(gè)開關(guān)兀件的一者，和構(gòu)成所述U相電路、所述V相電路和所述W相電路中的另一電路所具有的串聯(lián)電路的多個(gè)開關(guān)兀件的另一者交替地反復(fù)導(dǎo)通。
【文檔編號】H02M1/12GK103560688SQ201310492137
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2010年2月10日
【發(fā)明者】大山和人, 三井利貞, 西口慎吾, 古川公久 申請人:株式會(huì)社日立制作所