СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК Российский патент 2010 года по МПК H02M5/293 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС) (матричному преобразователю), которое преобразует напряжение или частоту сигнала, подаваемого от однофазного или многофазного источника переменного тока, в сигнал произвольного напряжения или частоты с последующим его выводом, а в частности - к способу создания конфигурации переключения (switching pattern) для управления каждым двунаправленным переключателем с помощью конфигурации переключения, получаемой путем синтеза следующих конфигураций: конфигурации переключения, которую виртуальный входной преобразователь создает путем комбинирования 2n базовых векторов, посредством которых взаимно различные фазы произвольного входного сигнала соединяются с P-стороной (положительной стороной) и N-стороной (отрицательной стороной) виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной, и конфигурации переключения, которую виртуальный выходной инвертор создает с использованием совокупности из 2+2n базовых векторов, включая два вектора нулевого напряжения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известным видом такого устройства преобразования АС-АС является устройство, которое быстро переключает двунаправленный переключатель, имеющий полупроводниковые элементы с автоматическим дугогашением, и преобразует однофазный или многофазный входной сигнал переменного тока в сигнал произвольного напряжения или частоты; базовая конфигурация такого устройства показана на фиг.15. Входной фильтр 2 и схема 3 прямого преобразования АС-АС из двунаправленных переключателей, S1~S9, установлены для каждой фазы R, S, Т трехфазного источника 1 переменного тока, при этом путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) контроллер 4 управляет каждым двунаправленным переключателем на значительно более высокой частоте, чем частота источника мощности, а выходной сигнал переменного тока U, V, W регулируют до произвольного напряжения или частоты с непосредственной подачей входного напряжения на нагрузку, например двигатель.

[0003] Конфигурация переключения двунаправленного переключателя в устройстве прямого преобразования АС-АС, например в случае амплитудной модуляции несущей, определяется условием "И" между конфигурацией преобразователя ШИМ, т.е. сигналом, синхронизированным с входным напряжением, и конфигурацией инвертора ШИМ, которая создается согласно частоте и напряжению выходного сигнала. При таком определении конфигурации входным током устройства прямого преобразования АС-АС управляет конфигурация преобразователя ШИМ, а выходным напряжением и частотой управляет конфигурация инвертора ШИМ, и можно одновременно достичь синусоидальной формы входного тока, синусоидальной формы выходного сигнала и преобразования частоты, в то время как коэффициент входной мощности поддерживается равным "1". Что касается двунаправленного переключателя, в данном случае его формируют с использованием множества однонаправленных переключателей, как показано на чертеже.

[0004] Если классифицировать в широком смысле способ управления устройством прямого преобразования АС-АС, то имеются два способа: способ виртуального промежуточного звена постоянного тока и способ прямого преобразования АС-АС. Способ с использованием виртуального звена постоянного тока представляет собой способ, при котором виртуально рассматривается промежуточное звено постоянного тока, а виртуальным входным преобразователем и виртуальным выходным инвертором можно управлять раздельно, что аналогично конфигурации обычного преобразователя ШИМ с подачей тока + инвертора ШИМ с подачей напряжения, т.е. концепция управления является простой. В то же время существует ограничение: невозможно создать такие шесть конфигураций переключения, в которых каждая фаза со стороны входа и каждая фаза со стороны выхода связаны с другими фазами как "один к одному". В случае прямого преобразования АС-АС, хотя вышеупомянутое ограничение отсутствует, алгоритм обычно является слишком сложным.

[0005] Что касается подхода к созданию конфигурации ШИМ, в основном используют способ сравнения несущих и способ модуляции пространственных векторов. Способ сравнения несущих представляет собой способ, при котором создают конфигурацию ШИМ путем сравнения значений между несущей треугольной формы и синусоидальной. В качестве метода сравнения несущих, применимого к способу виртуального звена постоянного тока, был предложен подход, который уменьшает количество переключений переключателя при управлении ШИМ и во столько же раз уменьшает потери на переключение и шумы, а также повышает точность управления выходным напряжением путем создания несущей виртуального входного преобразователя и несущей виртуального выходного инвертора из виртуального импульса ШИМ (см., например, патентный Документ 1).

[0006] Подход с модуляцией пространственных векторов представляет собой подход, при котором выбирают мгновенный пространственный вектор тока в соответствии с состоянием переключения для каждого двунаправленного переключателя устройства прямого преобразования АС-АС, и этот выбор определяет конфигурацию переключения. Способ, в котором используется такой подход с модуляцией пространственного вектора, также известен (см., например, непатентный Документ 1). В таком подходе с модуляцией пространственных векторов путем выбора должной конфигурации переключения можно уменьшить количество переключений переключателя, снизить потери на переключения, а кроме того, можно снизить изменение тока через нагрузку, что приведет к снижению искажений выходного напряжения.

[0007] Методология, в которой принят подход с модуляцией пространственных векторов в способе виртуального звена постоянного тока, также опубликована (см. например, непатентный Документ 2).

[0008] Патентный Документ 1: Заявка на патент Японии. Издание Kokai, Номер 2005-168198.

[0009] Непатентный Документ 1: "Способ анализа прямых преобразователей AC-AC". "An Analysis Method of AC-AC Direct Converters" The journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan, SPC97-53. Этот документ был раскрыт в Японии.

[0010] Непатентный Документ 2: "Матричный преобразователь "три фазы - три фазы" с модуляцией пространственных векторов". Space Vector Modulated Three-Phase to Three-phase Matrix Converter with Input Power Factor Correction" L.Huver et al. IEEE trans. On Industry Applications, vol.31, No.6, 1995. Этот документ был раскрыт в США.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0011] Как описано выше, подход, заключающийся в сравнении несущих, или подход, включающий модуляцию пространственных векторов, с целью создания конфигурации ШИМ для устройства прямого преобразования АС-АС были предложены в вышеуказанном патентном Документе 1 или непатентных Документах 1, 2.

[0012] Однако в патентном документе 1 для создания конфигурации ШИМ принят подход сравнения несущих, а поскольку в этом подходе сравнения несущих не может быть определен порядок назначения импульсов ШИМ, этот подход не может быть применен в подходе, включающем модуляцию пространственных векторов.

[0013] Далее, в непатентном Документе 1 для создания устройства прямого преобразования АС-АС принят способ модуляции пространственных векторов. Однако он не может быть применен в устройстве прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока.

[0014] Кроме того, в непатентном Документе 2 было предложено ШИМ-управление двунаправленным переключателем с использованием подхода, включающего модуляцию пространственных векторов, в устройстве прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока. Однако в этом документе нет никакого упоминания о состоянии соединения при переключении переключателя и существует вероятность увеличения гармонических помех и количества переключений переключателя в зависимости от конфигурации переключения.

[0015] Целью настоящего изобретения является разработка способа создания конфигурации переключения, в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования шести базисных векторов и трех векторов нулевого напряжения, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из восьми базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, а затем каждым двунаправленным переключателем ШИМ управляет конфигурация переключения, полученная путем синтеза соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора в устройстве прямого преобразования АС-АС, при этом имеет место эффективное уменьшение гармонических помех и количества переключений переключателя.

[0016] Настоящее изобретение для решения этой задачи предлагает следующие способы.

[0017] (1) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выбор конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы одна фаза не изменялась в любой момент времени в произвольном цикле переключения для упомянутой синтезированной конфигурации переключения; и приближение этого состояния к состоянию модуляции двух фаз.

[0018] (2) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку импульсов, управляющих использованием пространственных векторов тока и напряжения и осуществляющих управление посредством ШИМ по команде использования каждого базисного вектора в таком порядке следования, при котором два или более из двунаправленных переключателей не переключаются одновременно.

[0019] (3) Вектор нулевого напряжения определяют по информации о секторе входного сигнала, а указанный порядок следования определяют согласно информации об оценке четности/нечетности по информации о секторах входного и выходного сигнала.

[0020] (4) Порядок следования импульсов команды использования реверсируют при каждом обновлении команды использования.

[0021] (Вторая проблема и способ ее решения)

[0022] Что касается способа управления устройством прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока, как показано на фиг.1, в нем схема преобразования, которая изначально формируется набором из девяти переключателей S1~S9, рассматривается как комбинация набора из двенадцати переключателей S1-S12 виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора.

[0023] Что касается конфигурации переключения для этих переключателей S1~S12, как показано в таблице на фиг.2, в виртуальном входном преобразователе имеются шесть конфигураций (базисный вектор: базисные вектора i1~i6), посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и три конфигурации (i0r, i0s, i0t) состояния вектора нулевого напряжения, посредством которых те же самые фазы связаны с P-стороной и N-стороной. С другой стороны, в виртуальном выходном инверторе имеется совокупность из восьми пространственных векторов (v0~v7), включая два состояния вектора нулевого напряжения. Здесь сектора пространственного вектора и базисные векторы для входа и выхода определены так, как показано на фиг.3. На фиг.3 виртуальный входной преобразователь показан с вектором Is входного фазного тока в качестве опорного, а виртуальный выходной инвертор показан с вектором Vref выходного линейного напряжения в качестве опорного, и оба представлены как вектор, который вращается против часовой стрелки.

[0024] Далее, что касается комбинации определенных базисных векторов со стороны входа и стороны выхода, из соотношения между входными фазами RST и выходными фазами UVW, которые связаны через линии Р, N виртуального звена постоянного тока, при сравнении с исходными переключателями S1~S9 устройства прямого преобразования АС-АС, синтезируемые конфигурации переключения могут быть получены, как показано в таблице на фиг.4.

[0025] В устройстве прямого преобразования АС-АС, поскольку источник входной мощности никогда не должен быть закорочен и путь тока в выходной индуктивной нагрузке должен быть гарантирован, существует ограничение, согласно которому конфигурацию переключения рассматривают как три комбинации переключателей S1, S2, S3, переключателей S4, S5, S6 и переключателей S7, S8, S9, которые сгруппированы по три по выходным фазам, где переключатель, который находится в состоянии ВКЛЮЧЕН, может быть только одним в каждой группе. Поэтому все конфигурации переключения при прямом преобразовании "три фазы/три фазы" ограничены двадцатью семью конфигурациями, как показано в таблице на фиг.5, и они определены как режимы 1~27. Однако в случае виртуального звена постоянного тока режимы 6, 8, 12, 16, 20, 22 не реализуются.

[0026] Посредством синтезированного результата, показанного в таблице на фиг.4, управление ШИМ выполняют согласно продолжительности (коэффициенту) использования каждого базисного вектора, при этом пространственные векторы тока и напряжения усредняются за цикл переключения (цикл ШИМ). Ниже поясняется способ назначения импульса, управляющего продолжительностью использования вектора, в пределах этого цикла переключения. На фиг.6 показано соотношение между входными и выходными векторами и продолжительностью использования вектора. Продолжительность использования первого входного базисного вектора обозначена А, продолжительность использования второго входного базисного вектора обозначена В, продолжительность использования первого выходного базисного вектора обозначена X и продолжительность использования второго выходного базисного вектора обозначена Y. В случае виртуального звена постоянного тока синтезируют команды использования для этих входного и выходного сигналов и формируют результирующую команду использования. Таким образом, путем пересечения продолжительностей использования получаем четыре команды использования: AX, AY, BX, BY. Далее, продолжительность использования вектора нулевого напряжения обозначена как Z и определяется выражением Z=1-(AX+AY+BX+BY). Импульсы этих пяти синтезированных команд использования располагают в произвольном порядке в течение периода рабочего цикла Т (соответствующего частоте несущей в подходе сравнения несущих) и производят управление посредством ШИМ.

[0027] Порядок следования этих пяти импульсов, управляющих продолжительностью использования, в пределах рабочего цикла с точки зрения самого управления ШИМ может быть любым, но предпочтительно определить этот порядок с учетом переключения назначенных импульсов, управляющих продолжительностью использования, уменьшения количества переключений переключателя, уменьшения гармоник и уменьшения синфазного напряжения. На основе такого анализа в различных документах были предложены таблицы переключений, которые могут уменьшить количество переключений переключателя.

[0028] Например, в вышеуказанном патентном Документе 1 при использовании управления модуляцией несущей в виде треугольной волны с использованием виртуального звена постоянного тока в схеме прямого преобразования АС-АС осуществляют уменьшение количества переключений переключателя при управлении ШИМ и снижение потерь и помех. Кроме того, как будет сказано ниже, настоящее изобретение предлагает таблицу переключений, изображенную на фиг.8, согласно которой не производят переключения переключателей одновременно для двух или более фаз, но переключение выполняют непременно для одной фазы. В таблице фиг.8 номер (1~9) каждой фазы обозначает включенное состояние соответствующих переключателей S1~S9 в устройстве прямого преобразования АС-АС, показанном в левой части на фиг.1. При этом определение секторов на входе и выходе соответствует фиг.3. Комбинация синтезированной продолжительности использования и состояния переключателей может быть получена синтезом в виртуальном преобразователе. Кроме того, для каждой комбинации входных и выходных секторов представлен порядок следования синтезированных импульсов использования. Например, в случае входного сектора I и выходного сектора I порядок переключений следующий: …→AY→АХ→ВХ→BY→Z→Z→BY→ВХ→AX→AY→AY→…, то есть он симметрично реверсируется (меняется на обратный), затем выполняется переключение переключателя. Обновление команды использования выполняют в точке реверсирования. Кроме того, порядок переключения переключателя и выбор переключателя для нулевого напряжения определен так, чтобы количество переключений переключателя было минимальным в пределах цикла управления. Во время переключения импульса, управляющего продолжительностью использования, одновременного переключения переключателя для двух или более фаз не производят.

[0029] Однако в пространственном векторе, показанном на фиг.3, в случае фиксированной таблицы, например таблицы фиг.8, существует возможность того, что переключатели двух или более фаз будут переключены одновременно в тот момент, когда изменяется состояние входного сектора, в котором находится командный вектор входного тока, или состояние выходного сектора, в котором находится командный вектор выходного напряжения. Кроме того, ранее не были представлены четкие соображения относительно уменьшения синфазного напряжения.

[0030] Другой целью настоящего изобретения является разработка способа создания конфигурации переключения, в котором, помимо оптимизации таблицы переключения в вышеуказанном стационарном состоянии, может быть уменьшено количество переключений переключателя во время межсекторного перехода, а также синфазное напряжение.

[0031] Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает следующие способы.

[0032] (5) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку вектора нулевого напряжения с использованием в качестве опорной фазы, фазы промежуточного напряжения из входного фазного напряжения (напряжения фаз источника мощности) схемы прямого преобразования АС-АС и определение конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы уменьшить напряжение синфазного сигнала, с делением входного пространственного вектора на 12.

[0033] (6) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выполнение переключения двунаправленного переключателя посредством одной фазы, когда командный вектор входного тока переходит между секторами пространственного вектора на стороне входа или когда командный вектор выходного напряжения переходит между секторами пространственного вектора на стороне выхода, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз.

[0034] (7) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: изменение таблицы переключения согласно состоянию перехода, которое переключает двунаправленный переключатель, путем использования степени свободы, обеспечиваемой комбинацией вектора нулевого напряжения, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз во время межсекторного перехода.

[0035] (8) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: предварительное ограничение сектора базисного вектора, в который происходит следующий переход, пятью конфигурациями, и затем предсказание этих пяти конфигураций для установившегося рабочего состояния, и изменение текущей конфигурации заранее в такое состояние переключения переключателя, которое позволяет предотвратить одновременное переключение двунаправленного переключателя для двух или более фаз при переходе к указанным пяти конфигурациям.

[0036] (9) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: когда двунаправленный переключатель находится в состоянии, в котором две или более фазы переключаются одновременно в то время, когда произвольная продолжительность использования обновляется между секторами, задержку обновления продолжительности использования в этот момент времени; и выполнение обновления продолжительности использования в следующее время обновления, в таком состоянии двунаправленного переключателя, в котором две или более фазы не переключаются одновременно, для предотвращения одновременного переключения переключателя.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] Как описано выше, согласно настоящему изобретению в n-фазном устройстве прямого преобразования АС-АС, которое управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью конфигурации переключения, синтезируемой из следующих конфигураций: конфигурации переключения, которую создает виртуальный входной преобразователь путем комбинирования 2n базисных векторов, которыми взаимно различные фазы произвольного входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной, и конфигурации переключения, которую виртуальный выходной инвертор создает с использованием множества из 2+2n пространственных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, может быть создана превосходная конфигурация переключения, которая позволяет снизить искажения выходного напряжения и потери при переключении путем уменьшения гармонических помех и количества переключений переключателя.

[0038] Далее, согласно настоящему изобретению, помимо оптимизации таблицы переключения в стационарном режиме, можно создать конфигурацию переключения, которая уменьшает количество переключений переключателя во время межсекторного перехода и уменьшает синфазное напряжение.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0039] (Базовое объяснение способа управления)

[0040] Что касается способа управления устройством прямого преобразования АС-АС, относящегося к типу устройств с виртуальным звеном постоянного тока, как показано на фиг.1, схема преобразования, которая изначально сформирована набором из девяти переключателей S1~S9, рассматривается как комбинация набора из двенадцати переключателей S1~S12 виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора.

[0041] Что касается конфигурации переключения этих переключателей S1~S12, как показано в таблице на фиг.2, в виртуальном входном преобразователе имеется шесть конфигураций (базисный вектор: базисные векторы i1~i6), посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и три конфигурации (i0r, i0s, i0t) состояния вектора нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной. С другой стороны, в виртуальном выходном инверторе определена совокупность из восьми базисных векторов (v0~v7), включая два состояния вектора нулевого напряжения. Здесь сектора пространственных векторов и базисные векторы входа и выхода определены так, как показано на фиг.3. На фиг.3 виртуальный входной преобразователь показан с командным вектором входного тока Is (фазный ток на входе) в качестве опорного, и виртуальный выходной инвертор показан с командным вектором Vref выходного напряжения (линейное напряжение на выходе) в качестве опорного, оба вектора вращаются против часовой стрелки.

[0042] Что касается комбинации определенных базисных векторов на стороне входа и стороне выхода, синтезируемые конфигурации переключения могут быть получены, как показано в таблице на фиг.4, из связи между входными фазами RST и выходными фазами UVW, которые связаны через линии Р, N виртуального звена постоянного тока при сравнении с исходными переключателями S1~S9 устройства прямого преобразования АС-АС.

[0043] Далее, для устройства прямого преобразования АС-АС, поскольку источник входной мощности никогда не должен закорачиваться и путь для тока в выходной индуктивной нагрузке должен быть гарантирован, имеет место следующее ограничение. Конфигурация переключения рассматривается как три комбинации переключателей: переключатели S1, S2, S3, переключатели S4, S5, S6 и переключатели S7, S8, S9, которые сгруппированы по три по отношению к выходной фазе, и количество включенных (находящихся в состоянии ВКЛЮЧЕН) переключателей ограничивается одним в каждой группе. Поэтому все конфигурации переключения при непосредственном преобразовании "три фазы/три фазы" ограничены двадцатью семью конфигурациями, как показано в таблице на фиг.5; эти конфигурации обозначены как режимы 1~27. Однако в случае виртуального звена постоянного тока режимы 6, 8, 12, 16, 20, 22 не реализуются.

[0044] Посредством синтезированного результата, показанного в таблице на фиг.4, осуществляется управление ШИМ согласно продолжительности (коэффициенту) использования каждого базисного вектора, а пространственные векторы тока и напряжения представляют как усредненные за цикл переключения (цикл ШИМ). Ниже поясняется способ распределения импульсов, управляющих продолжительностью использования, в пределах этого цикла переключения. На фиг.6 иллюстрируется соотношение между входными и выходными векторами и продолжительность использования. Продолжительность использования первого входного базисного вектора обозначена А, продолжительность использования второго входного базисного вектора обозначена В, продолжительность использования первого выходного базисного вектора обозначена X и продолжительность использования второго выходного базисного вектора обозначена Y. В случае виртуального звена постоянного тока синтезируют команды использования для этих входного и выходного сигналов, с выработкой результирующей команды использования. Таким образом, путем пересечения продолжительностей использования получаем четыре команды продолжительности использования: AX, AY, BX, BY. Далее, как показано на фиг.7, определяют вектор Z нулевого напряжения после синтеза и задают каждый период генерации импульса в одном цикле переключения.

[0045] (Вариант 1 осуществления настоящего изобретения)

[0046] В устройстве прямого преобразования АС-АС для предотвращения короткого замыкания входных фаз следует осуществлять управление так, чтобы только один переключатель был включен (ВКЛ) в каждой из трех групп из группы переключателей S1, S2, S3 (фаза U), группы переключателей S4, S5, S6 (фаза V) и группы переключателей S7, S8, S9 (фаза W). Полное число комбинаций трех переключателей, каждый из которых может быть включен, дает 27 конфигураций, как ранее показано в таблице на фиг.5.

[0047] Здесь для примера рассмотрен случай, когда сектором входного вектора, определенным на фиг.3, является сектор "I", и сектором выходного вектора, определенным на фиг.3, также является "I". Поскольку входным сектором является I, первый входной базисный вектор будет i6, а второй входной базисный вектор будет i1. С другой стороны, поскольку выходной сектор - также I, первый выходной базисный вектор будет v6, а второй выходной базисный вектор будет v1. Поэтому, из таблицы фиг.5, комбинациями состояний соединения переключателей фаз U, V, W будут "1, 5, 7", "1, 5, 8", "1, 6, 7" и "1, 6, 9", и связь с командой использования (AX, AY, BX, BY) будет следующей: "1, 5, 1"=АХ, "1, 5, 8"=AY, "1, 6, 7"=BX и "1, 6, 9"=BY. Состояние переключателя для оставшейся команды Z вектора нулевого напряжения может быть любым из следующих трех "1, 4, 7", "2, 5, 8" и "3, 6, 9".

[0048] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве способа выбора команды вектора нулевого напряжения эту команду вектора нулевого напряжения выбирают согласно переключателю, остающемуся непереключенным в режиме "ВКЛЮЧЕН", с проверкой остальных четырех команд использования. Таким образом, в вышеуказанном примере комбинации секторов "I-I", поскольку переключатель "1" включен всегда, в качестве вектора нулевого напряжения выбирают комбинацию "1, 4, 7", и конфигурацию определяют так, чтобы переключатель "1" был всегда включен в своем секторе. Также и для состояний других секторов, поскольку можно выбрать такую комбинацию, что одна фаза не переключается, изменение вектора нулевого напряжения может быть произведено в соответствии с состояниями секторов на входе и выходе. Это аналогично состоянию, в котором выполняют модуляцию двух фаз при управлении обычным инвертором.

[0049] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения путем выбора конфигурации переключателей для вектора нулевого напряжения так, чтобы одна фаза не менялась в любое время в произвольном цикле переключения, и путем приближения к состоянию модуляции двух фаз, позволяющей осуществить управление даже без переключения переключателя для одной фазы, удается уменьшить количество переключений переключателя.

[0050] (Вариант 2 осуществления настоящего изобретения)

[0051] В таблице на фиг.8 показаны секторы пространственных векторов для входа и выхода и пять синтезированных порядков распределения интервалов использования одной стороны девятисекционного симметричного распределения для каждой комбинации секторов на входе и выходе. Например, для случая входного сектора I и выходного сектора I это означает, что девять секций имеют следующий симметричный порядок: AY→AX→BX→BY→Z→BY→BX→AX→AY. Однако на практике повторение комбинации "пять секций + пять секций" выполняют при Z, разбитом на два, а обновление продолжительностей использования выполняют через каждые пять секций.

[0052] Для пояснения таблицы на фиг.8 будет рассмотрен пример для случая, когда сектором входного вектора является сектор "I" и сектором выходного вектора также является сектор "I", как и для варианта 1 осуществления настоящего изобретения. Состояние переключения для переключателя фазы U, фазы V и фазы W в этом случае включает пять наборов "1, 5, 8,", "1, 5, 7", "1, 6, 7", "1, 6, 9" и вектор нулевого напряжения "3, 6, 9". При объединении этого состояния переключений с пятью разновидностями команд использования, "1, 5, 8"=АХ, "1, 5, 7"=АХ, "1, 6, 7"=ВХ, "1, 6, 9"=BY и "3, 6, 9"=Z. В таблице на фиг.8 этот порядок показан в прямоугольнике "I-I", и это означает, что каждая команда использования, а также порядок переключения переключателя подчиняется этому порядку.

[0053] В данном варианте осуществления настоящего изобретения в отличие от варианта 1 осуществления настоящего изобретения, выбран вектор нулевой фазы "3, 6, 9", и порядок переключения переключателя установлен следующим: AY→AX→BX→BY→Z. Если сфокусировать внимание на переключении двунаправленного переключателя в таблице на фиг.8, видно, что порядок определен так, что два или более переключателей не переключаются одновременно. Комбинация сектора "I-I" представляет собой "1, 5, 8"→"1, 5, 7"→"1, 6, 7"→"1, 6, 9"→"3, 6, 9", и переключатель, состояние которого меняется, в любой момент переключения только один.

[0054] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения назначенный порядок следования импульсов установлен (или таблица задана) так, чтобы два или более двунаправленных переключателей одновременно не переключались во время переключения импульса команды использования. При такой установке может быть уменьшено влияние гармонических помех, вызванных одновременным переключением двух или более фаз, и количество переключений переключателя в одном цикле переключения.

[0055] (Вариант 3 осуществления настоящего изобретения)

[0056] Согласно способу вышеупомянутого варианта 2 осуществления настоящего изобретения может быть предотвращено одновременное переключение переключателя в одном цикле переключений в произвольном секторе. Однако на фиг.8, если сфокусировать внимание на связь между комбинацией секторов входа и выхода и порядком переключения переключателя, а также режимом выбора вектора нулевого напряжения в таблице, обнаруживает определенное правило. То есть обнаруживаем, что вектор нулевого напряжения может быть определен только по информации о входном секторе, а порядок переключения переключателя включает две конфигурации: "AY→АХ→ВХ→BY→Z" или "AX→AY→BY→ВХ→Z", и в этом способе переключения выясняют, являются ли входной и выходной секторы "четным числом" или "нечетным числом", а затем, если имеет место комбинация "четный • четный" и "нечетный • нечетный", то порядок переключения следующий: "AY→АХ→ВХ→BY→Z", а если имеет место комбинация "четный • нечетный" и "нечетный • четный", порядок переключения следующий: "АХ→AY→BY→ВХ→Z".

[0057] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения порядок следования импульсов команд использования может быть определен логически по состояниям входного и выходного секторов, без полной разработки таблицы, такой как таблица на фиг.8.

[0058] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения путем определения вектора нулевого напряжения по информации о входном секторе без полной разработки таблицы варианта 2 осуществления настоящего изобретения и путем определения порядка распределения по информации о четности • нечетности на основе информации о входном и выходном секторах можно повысить скорость управления при меньшей степени разработки таблицы, но с эффектом, даваемым вариантом 2 осуществления настоящего изобретения.

[0059] (Вариант 4 осуществления настоящего изобретения)

[0060] В случае порядка следования импульсов согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения или варианту 3 осуществления настоящего изобретения переключение переключателя не происходит дважды или более одновременно в одном цикле переключения. Однако если сектор становится тем же самым сектором повторно и начинается следующий цикл переключения, например, порядок переключения становится следующим: "AY→АХ→ВХ→BY→Z→AY→АХ→ВХ→BY→Z…", то не всегда можно предотвратить одновременное переключение переключателя при изменении второго цикла "Z→AY" в этом порядке переключения. Например, в случае комбинации входного и выходного секторов "I-I" в таблице на фиг.8, поскольку переключение "Z→AY" представляет собой "3, 6, 9" - "1, 5, 8", все три переключателя срабатывают одновременно. Это вызывает появление гармоник и повышает количество переключений переключателя и потери, что является недостатком.

[0061] Поэтому в данном варианте осуществления настоящего изобретения порядок следования импульсов реверсируют и затем повторяют при каждом обновлении команды использования. Таким образом, порядок следования импульсов повторяется так: "AY→АХ→ВХ→BY→Z→Z→BY→BX→AX→AY→AY→AX…", с реверсированием.

Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения, если цикл переключения повторяется в том же самом секторе, порядок следования импульсов команды продолжительности использования реверсируют при каждом обновлении команды использования. При таком порядке распределения импульсов уменьшение количества переключений переключателя и гармоник может быть достигнуто без возникновения проблемы одновременного переключения переключателей даже в случае повторения цикла переключения, при этом также достигается полезный эффект, даваемый вариантами 2 и 3 осуществления настоящего изобретения.

[0062] (Вариант 5 осуществления настоящего изобретения)

[0063] Когда таблицей переключения управляют с использованием фиксированной таблицы, как показано на фиг.8, количество переключений переключателя в одном рабочем цикле в одном и том же секторе можно минимизировать. В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на примере таблицы фиг.8, в каждой комбинации произвольного входного и выходного секторов, несмотря на то что конфигурация переключения нулевой фазы Z фиксирована, в качестве степени свободы при выборе комбинации переключения переключателя для вектора нулевого напряжения имеются три набора "1, 4, 7", "2, 5, 8" и "3, 6, 9" (каждое число означает состояние ВКЛЮЧЕН соответствующих переключателей S1~S9 в схеме прямого преобразования АС-АС на фиг.1). Поэтому фактически таблица не обязательно фиксирована, как показано в примере таблицы на фиг.8. Так, в данном варианте осуществления настоящего изобретения путем использования этой степени свободы при выборе комбинации вектора нулевого напряжения уменьшают синфазное напряжение.

[0064] Если сфокусировать внимание на трех мгновенных значениях входных фазных напряжений (напряжения фаз источника мощности) схемы прямого преобразования АС-АС, можно обнаружить соотношение "большое/среднее/малое" для этих мгновенных значений. Для уменьшения синфазного напряжения предпочтительно, чтобы вектор нулевого напряжения был установлен с использованием фазы с промежуточным напряжением ("средняя" фаза в соотношении "большое/среднее/малое" для мгновенных значений), что может уменьшить перепад напряжения, которое является опорным, при генерировании вектора выходного линейного напряжения посредством ШИМ. Таким образом, если промежуточная фаза входного напряжения - это фаза R, комбинация представляет собой "1, 4, 7", если промежуточная фаза входного напряжения - это фаза S, комбинация представляет собой "2, 5, 8", а если промежуточная фаза входного напряжения - это фаза Т, комбинация представляет собой "3, 6, 9". При этом, если разделить сектора входного пространственного вектора на области, разделенные каждой промежуточной фазой напряжения и шестью секторами, изображенными на фиг.3, и переопределить их, то они станут представлять собой сектора из двенадцати частей, как показано на фиг.9, а таблица переключений для этого случая показана как таблица на фиг.10 и таблица на фиг.11. На фиг.9 каждый нижний индекс для двенадцати частей входного сектора означает промежуточную фазу; например, если это 1s, то промежуточной фазой в секторе 1 является фаза S.

[0065] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения, поскольку вектор нулевого напряжения установлен с использованием промежуточной фазы напряжения в каждом секторе, можно достигнуть уменьшения помех путем уменьшения синфазного напряжения и предупреждение сбоев и т.п., а кроме того, может быть минимизировано количество переключений переключателя в секторе.

[0066] (Вариант 6 осуществления настоящего изобретения)

[0067] Имеется степень свободы в выборе состояния переключения, в котором имеет место переключение двунаправленного переключателя в течение периода использования Z, когда выводится вектор нулевого напряжения и существуют три возможных набора: набор "1, 4, 7", который соединяет все выходные фазы UVW с фазой R, набор "2, 5, 8", который соединяет все выходные фазы UVW с фазой S, и набор "3, 6, 9", который соединяет все выходные фазы UVW с фазой Т. Пример такой степени свободы поясняется на примере таблицы на фиг.12. Например, предполагая, что пространственный вектор находится в состоянии "1-1", во входном секторе 1 и выходном секторе 1 на фиг.3, с учетом порядка, при котором количество переключений переключателя минимизируется с использованием вышеуказанных трех векторов нулевого напряжения, в качестве возможных конфигураций останется шесть конфигураций, показанных в таблице на фиг.12.

[0068] В таблице на фиг.12 пять синтезированных импульсов, управляющих продолжительностью использования, представлены в виде пяти строк, и это означает, что переключатели переключаются по порядку, начиная с верхней строки. В зависимости от конфигурации значение импульса продолжительности использования в каждом ряду различно. Конфигурации Р1~Р6 осуществляют реверсивное симметричное переключение обычно с использованием любого из трех наборов комбинаций: (Р1, Р2), (Р3, Р4) и (Р5, Р6). Таким образом, если выбрана комбинация (Р1, Р2), переключение двунаправленного переключателя и обновление команды импульса включенного состояния происходит в следующем порядке: "1, 5, 8"→"1, 5, 7"→"1, 4, 7"→"1, 6, 7"→"1, 6, 9"→(обновление)→"1, 6, 9"→"1, 6, 7"→"1, 4, 7"→"1, 5, 7"→"1, 5, 8"→(обновление)… Как видно из любой конфигурации, поскольку переключение двунаправленного переключателя выполняют обязательно по одной фазе, переключение двух или более двунаправленных переключателей не выполняют одновременно. Здесь (Р1, Р2) - конфигурация, в которой используется фаза R "1, 4, 7" для нулевого напряжения, (Р3, Р4) - конфигурация, в которой используется фаза S "2, 5, 8" для нулевого напряжения и (Р5, Р6) - конфигурация, в которой используется фаза Т "3, 6, 9" для нулевого напряжения.

[0069] Теперь рассмотрим случай межсекторного перехода. Поскольку командный вектор входного тока действует синхронно с напряжением источника мощности, сектор также изменяется следующим образом: 1→2→3→4→5→6→1→… С другой стороны, поскольку командный вектор выходного тока зависит от команды линейного напряжения, может иметь место обратное вращение или быстрое вращение. Принимая во внимание одновременное изменение входного и выходного секторов, а также обратное вращение, состояние, которое могло бы иметь место после состояния "1-1" сектора, может быть одним из пяти: "1-2", "1-6", "2-1", "2-2" и "2-6". И наоборот, состояние, которое могло бы перейти в состояние "1-1" сектора, может быть одним из пяти: "6-1", "6-6", "6-2", "1-6" и "1-2". На основе этого перехода в таблице на фиг.13 и таблице на фиг.14 выбраны и показаны конфигурации переключения состояния секторов до/после состояния "1-1". Хотя каждое состояние двунаправленного переключателя в момент обновления сектора может принимать одно из четырех состояний (показаны справа вне таблиц на фиг.13 и 14), предпочтительно, чтобы сектор изменялся так, чтобы двунаправленные переключатели для двух или более фаз не переключались одновременно при переходе в другие секторы. Таким образом, состояние двунаправленного переключателя "до изменения сектора" (конфигурации прежняя Р1 ~ прежняя Р6) "схвачено" заранее, а затем производится оценка, в какое состояние двунаправленного переключателя "после изменения сектора" (конфигурации последующая Р1 ~ последующая Р6) следует перейти. Как условие определения конфигурации после перехода, выбирают конфигурацию, для которой не происходит переключения двух или более фаз одновременно. В случае, когда имеется множество выбираемых конфигураций, преимущество получает и используется такое состояние, при котором используется конфигурация вектора нулевого напряжения с присоединением к промежуточной фазе входного напряжения, исходя из условия уменьшения синфазного напряжения. Однако требуется детализированное разделение секторов; например, поскольку в области с θ>0 в секторе "1-1" имеет место соотношение R>S>Т, промежуточная фаза напряжения становится фазой S; в этом случае выбирают конфигурацию, содержащую вектор "2, 5, 8" нулевого напряжения.

[0070] Также при других условиях межсекторного перехода путем выполнения той же самой операции, пока устройство прямого преобразования АС-АС находится в стационарном режиме, можно предотвратить одновременное переключение двух или более фаз двунаправленного переключателя при межсекторном переходе, при условии, что может иметь место межсекторный переход.

[0071] Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения в дополнение к минимизации количества переключений переключателя в одном и том же секторе, две или более фаз не переключаются одновременно даже в тот момент переключения переключателя, когда сектор изменяется. Поэтому достигается дополнительное предотвращение возникновения гармоник и дальнейшее уменьшение потерь.

[0072] (Вариант 7 осуществления настоящего изобретения)

[0073] При использовании способа согласно варианту 6 осуществления настоящего изобретения таблицу, которая предотвращает одновременное переключение двух или более фаз, можно активно выбирать согласно состоянию. Однако, в зависимости от состояния межсекторного перехода, существует также случай, когда таблица, которая предотвращает одновременное переключение двух или более фаз переключателя, не может быть выбрана. Например, в таблице на фиг.13 и в таблице на фиг.14 в случае, когда состояние переходит из сектора "1-1" в пять состояний "1-2", "1-6", "2-1", "2-2" и "2-6", когда состояние переключателя при обновлении представляет собой "3, 6, 9", а также состояние переходит в секторы "2-1", "2-2" и "2-6", отсутствует конфигурация переключения, которая может предотвратить одновременное переключение двух или большего количества фаз переключателя после перехода. Поэтому для устранения возможности одновременного переключения двунаправленных переключателей в двух или более фазах, обновление продолжительностей использования в режиме переключателя "3, 6, 9" запрещено (только для установившегося рабочего состояния).

[0074] В случае, когда устройство прямого преобразования АС-АС находится в установившемся режиме, как описано в варианте 6 осуществления настоящего изобретения, поскольку порядок межсекторного перехода может быть до некоторой степени предсказан, конфигурации последующего межсекторного перехода также ограничены (если устройство находится в установившемся режиме, сектор, в который осуществляется переход, ограничен указанными пятью состояниями секторов). При использовании такого предсказания работа происходит так, чтобы не использовалась конфигурация, дающая возможность вышеуказанного одновременного переключения двух или более фаз. В примере таблицы на фиг.13 и таблицы на фиг.14, в случае, когда переключение двунаправленного переключателя выполняется в режиме (конфигурация Р6), включающем "3, 6, 9" в секторах "1-1", обеспечивается работа, при которой конфигурация переходит к конфигурации, которая не содержит "3, 6, 9" в момент обновления следующего сектора (то есть при переходе в состояние "1, 5, 8"), и не содержит переключения переключателя (в этом примере - к конфигурации Р1) в этом секторе. Кроме того, в случае, когда переключение переключателя происходит из другого состояния сектора в режим, содержащий "3, 6, 9", то поскольку это состояние позволяет избежать режима запрещения в следующем цикле обновления продолжительностей использования, всегда можно выбрать таблицу, которая предотвращает одновременное переключение двух или более фаз (только для установившегося состояния).

[0075] В варианте 6 осуществления настоящего изобретения таблицу, которая предотвращает одновременное переключение двух или более фаз, выбирают из шести разных таблиц "после изменения сектора". Однако, в зависимости от условий перехода, имеется случай, когда не существует никакой таблицы для выбора. В данном варианте осуществления настоящего изобретения, путем ограничения секторов до сектора, который заранее предсказан для перехода между секторами в установившемся состоянии, определяют конфигурацию переключения, которая должна быть запрещена "до перехода" (то есть такое состояние переключателя, в котором таблицу невозможно выбрать при изменении сектора), и затем этой запрещенной конфигурации избегают. В этом случае, пока устройство находится в установившемся режиме, любая конфигурация изменения секторов может предотвратить одновременное переключение двух или более фаз.

[0076] (Вариант 8 осуществления настоящего изобретения)

[0077] Вышеуказанные варианты 6 и 7 осуществления настоящего изобретения представляют способы, которые предотвращают одновременное переключение при межсекторном переходе по соображениям, учитывающим только минимизацию количества переключений переключателя для двух или более фаз, а соображения, касающиеся уменьшения синфазного напряжения, ясно не сформулированы.

[0078] Например, когда θ<0° в секторе "1-1" (когда на фиг.9 вход 1t и выход 1), входное напряжение фаз имеет соотношение R>Т>S. Таким образом, для уменьшения синфазного напряжения предпочтительно выбрать вектор нулевого напряжения фазы Т "3, 6, 9", который соответствует промежуточной фазе (фазе, напряжение которой является промежуточным). Однако согласно способу предотвращения запретного режима согласно варианту 7 осуществления настоящего изобретения, поскольку "3, 6, 9" не может иметь места в секторе "1-1", возникает противоречие. В качестве способа, который позволяет удовлетворить оба требования, в данном варианте осуществления изобретения, на основе способа согласно варианту 6 осуществления изобретения, в случае режима конфигурации (Р5, Р6), включающей "3, 6, 9" в секторе "1-1" в таблице на фиг.13 и таблице на фиг.14 добавляется следующая операция: обновление не выполняют в состоянии, в котором двунаправленные переключатели имеют конфигурацию "3, 6, 9", и пропускают, а затем продолжительности использования обновляют при возврате к конфигурации "1, 5, 8" способом реверсивной симметрии.

[0079] Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения в зависимости от состояния переключателя имеется возможность, что один рабочий цикл будет пропущен. Таким образом, по сравнению со способом варианта 6 осуществления настоящего изобретения, хотя возможен случай, при котором момент обновления продолжительностей использования задерживается на время, которое превышает один рабочий цикл или равно ему и меньше двух циклов обновления, можно достичь эффекта уменьшения синфазного напряжения как в варианте 5 осуществления настоящего изобретения, и предотвратить одновременное переключение двух или более фаз при изменении сектора, как в варианте 6 осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0080] [фиг.1] Эквивалентная схема устройства прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока.

[0081] [фиг.2] Таблицы конфигурации переключения виртуального преобразующего устройства.

[0082] [фиг.3] Секторы пространственных векторов и диаграммы базисных векторов.

[0083] [фиг.4] Таблица синтезированного результата для виртуальной конфигурации переключения.

[0084] [фиг.5] Таблица с двадцатью семью конфигурациями режимов переключения.

[0085] [фиг.6] Диаграмма соотношений между входными и выходными векторами и продолжительностями их использования.

[0086] [фиг.7] Диаграмма периода формирования импульсов в одном цикле переключения.

[0087] [фиг.8] Таблицы порядка размещения синтезируемых импульсов использования в каждом секторе.

[0088] [фиг.9] Иллюстрация сектора пространственных векторов, разделенного на 12 частей, и базисных векторов.

[0089] [фиг.10] Таблицы (1-я таблица) синтезированного результата виртуальной конфигурации переключения для двенадцати частей.

[0090] [фиг.11] Таблицы (2-я таблица) синтезированного результата виртуальной конфигурации переключения для двенадцати частей.

[0091] [фиг.12] Конфигурации импульсов в состоянии секторов "I-I".

[0092] [фиг.13] Конфигурации импульсов (1-я таблица) по отношению к состоянию секторов "I-I".

[0093] [фиг.14] Конфигурации импульсов (2-я таблица) по отношению к состоянию секторов "I-I".

[0094] [фиг.15] Схема базовой конфигурации устройства прямого преобразования АС-АС переменного тока.

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности и упрощении способа. Нулевое напряжение генерируют, используя в качестве опорной фазы промежуточную фазу входного фазного напряжения схемы прямого преобразования, а входной пространственный вектор делят на двенадцать для определения конфигурации переключения вектора нулевого напряжения. Когда командный вектор входного тока перемещается между секторами пространственного вектора на стороне входа или когда командный вектор выходного напряжения перемещается между секторами пространственного вектора на стороне выхода, двунаправленный переключатель переключается для каждой фазы. Степень свободы, имеющуюся при выборе комбинации векторов нулевого напряжения, используют для изменения таблицы переключения. В стационарном режиме предсказывают сектор пространственного вектора для следующего перехода в виде пяти конфигураций и изменяют конфигурации переключения так, чтобы предотвратить одновременное переключение двух или более фаз. Когда одновременное переключение двух или более фаз происходит во время обновления продолжительности использования вектора, это обновление откладывают и производят его в следующем, другом состоянии переключателя. 7 н. и 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выбор конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы одна фаза не изменялась в любой момент времени в произвольном цикле переключения для упомянутой синтезированной конфигурации переключения; и приближение этого состояния к состоянию модуляции двух фаз.

2. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку импульсов, управляющих использованием пространственных векторов тока и напряжения и осуществляющих управление посредством ШИМ по команде использования каждого базисного вектора, в таком порядке следования, при котором два или более из двунаправленных переключателей не переключаются одновременно.

3. Способ по п.2, в котором вектор нулевого напряжения определяют по информации о секторе входного сигнала, а указанный порядок следования определяют согласно информации об оценке четности/нечетности по информации о секторах входного и выходного сигнала.

4. Способ по п.2 или 3, в котором порядок следования импульсов команды использования реверсируют при каждом обновлении команды использования.

5. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку вектора нулевого напряжения с использованием, в качестве опорной фазы, фазы промежуточного напряжения из входного фазного напряжения (напряжения фаз источника мощности) схемы прямого преобразования АС-АС и определение конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы уменьшить напряжение синфазного сигнала, с делением входного пространственного вектора на 12.

6. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выполнение переключения двунаправленного переключателя посредством одной фазы, когда командный вектор входного тока переходит между секторами пространственного вектора на стороне входа или когда командный вектор выходного напряжения переходит между секторами пространственного вектора на стороне выхода, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз.

7. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: изменение таблицы переключения согласно состоянию перехода, которое переключает двунаправленный переключатель, путем использования степени свободы, обеспечиваемой комбинацией вектора нулевого напряжения, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз во время межсекторного перехода.

8. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: предварительное ограничение сектора базисного вектора, в который происходит следующий переход, пятью конфигурациями, и затем предсказание этих пяти конфигураций для установившегося рабочего состояния, и изменение текущей конфигурации заранее в такое состояние переключения переключателя, которое позволяет предотвратить одновременное переключение двунаправленного переключателя для двух или более фаз при переходе к указанным пяти конфигурациям.

9. Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает этапы: когда двунаправленный переключатель находится в состоянии, в котором две или более фазы переключаются одновременно в то время, когда произвольная продолжительность использования обновляется между секторами, происходит задержка обновления продолжительности использования в этот момент времени; и выполнение обновления продолжительности использования в следующее время обновления, в таком состоянии двунаправленного переключателя, в котором две или более фазы не переключаются одновременно, для предотвращения одновременного переключения переключателя.