УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ Российский патент 2014 года по МПК H02M7/5395 H02P21/00 H02P27/08 B60L9/22 H02M1/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока, более предпочтительно, относится к технике быстрого подавления флуктуаций тока во избежание подачи высокого импульсного перенапряжения на элемент переключения.

Предшествующий уровень техники

Устройство преобразования мощности для подачи мощности для возбуждения электродвигателя, установленного на автомобиле, управляет включением и выключением множества элементов переключения. При этом в общей токопроводящей шине, подключенной к источнику питания постоянного тока, возникают быстрые флуктуации тока, и, таким образом, возникает высокое импульсное перенапряжение (L*di/dt), обусловленное паразитной индуктивностью (L). Для подавления таких флуктуаций тока в PTL 1 раскрыт способ предотвращения быстрых флуктуаций тока, в котором временные режимы возбуждения элементов переключения множества фаз (например, U-фазы, V-фазы и W-фазы) варьируются во избежание одновременного включения всех элементов переключения.

Библиография

Список патентной литературы

PTL 1: международная публикация WO 2005/081389

Краткое изложение существа изобретения

Согласно PTL 1, увеличение скорости изменения тока (di/dt) можно предотвратить, когда направления тока идентичны и элементы переключения включаются одновременно. Однако когда соответствующие элементы переключения включаются или выключаются независимо, быстрые флуктуации тока предотвратить невозможно.

Настоящее изобретение сделано ввиду такой проблемы традиционной техники. Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройство преобразования мощности, способного предотвращать быстрые флуктуации тока, связанные с операциями включения/выключения каждого элемента переключения.

Для решения вышеупомянутой задачи устройство преобразования мощности согласно первому аспекту настоящего изобретения содержит: первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и возбуждают токи разных фаз; и блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения, причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

Устройство преобразования мощности согласно второму аспекту настоящего изобретения, которое преобразует мощность постоянного тока, выводимую из источника питания постоянного тока, в мощность переменного тока, содержит: первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к паре общих токопроводящих шин, подключенных к положительному и отрицательному электродам источника питания постоянного тока, соответственно, и возбуждают токи разных фаз; и блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения, причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

Устройство преобразования мощности настоящего изобретения управляет элементами переключения таким образом, что направление флуктуации тока при работе элемента переключения одной фазы противоположно направлению флуктуации тока при работе элемента другой фазы. Это позволяет уменьшить изменение тока, который включает в себя составляющую паразитной индуктивности и проходит через контур тока, и предотвратить импульсное перенапряжение, обусловленное флуктуациями тока.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи.

Фиг. 1 - принципиальная схема, иллюстрирующая состав устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая состав блока управления электродвигателем, включающего в себя устройство преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - временная диаграмма, иллюстрирующая импульс возбуждения, генерируемый в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения и импульс, смещенный относительно импульса возбуждения.

Фиг. 4 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы, генерируемых в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - пояснительная схема, иллюстрирующая ток непосредственно до перехода элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 6 - пояснительная схема, иллюстрирующая ток непосредственно после перехода элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 7 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, обусловленные переходом элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 8 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 9 - пояснительная схема, иллюстрирующая направление и величину тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения U-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 10 - пояснительная схема, иллюстрирующая направление и величину тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения U-фазы из выключенного состояния во включенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 11 - схема, иллюстрирующая процесс генерации импульса возбуждения согласно соотношению между несущим сигналом и целевым значением напряжения в устройстве преобразования мощности согласно обычному устройству преобразования мощности.

Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая процесс смещения импульса возбуждения, генерируемого согласно соотношению между несущим сигналом и целевым значением напряжения в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 13 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор при смещении импульса возбуждения и без сдвига импульса возбуждения.

Фиг. 14 - пояснительная схема, иллюстрирующая типичный пример смещения импульса возбуждения для снижения флуктуаций тока в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 15 - пояснительная схема, иллюстрирующая типичный пример смещения импульса возбуждения для снижения флуктуаций тока в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 16 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока каждой фазы, когда инвертор имеет девять фаз в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 17 - пояснительная схема, иллюстрирующая значения и разности токов каждой фазы в заранее определенное время, когда инвертор имеет девять фаз в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 18 - принципиальная схема инвертора, когда соответствующие U-фаза, V-фаза и W-фаза делятся на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 19 - принципиальная схема инвертора, когда соответствующие U-фаза, V-фаза и W-фаза делятся на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 20 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U1, U2 и U3, когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 21 - пояснительная схема, иллюстрирующая импульсы возбуждения соответствующих U1, U2 и U3, когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 22 - пояснительная схема в случае смещения импульсов возбуждения соответствующих U1, U2 и U3 когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 23 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U1, U2, U3 и U4, когда U-фаза делится на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 24 - пояснительная схема в случае смещения импульсов возбуждения соответствующих U1, U2, U3 и U4, когда U-фаза делится на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 25 - пояснительная схема в случае разделения импульса возбуждения W-фазы на два импульса возбуждения в соответствии с временным режимом выключения U-фазы в устройстве преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже приведено пояснение варианта осуществления согласно настоящему изобретению со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

Состав устройства 100 преобразования мощности и электродвигателя 13, приводимого в действие мощностью, поступающей из устройства 100 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения будет объяснен со ссылкой на фиг. 1. Настоящий вариант осуществления является примером устройства 100 преобразования мощности, которое преобразует постоянный ток в трехфазный переменный ток. Однако преобразованный переменный ток не ограничивается трехфазным переменным током и может быть многофазным переменным током четырех или более фаз.

Как показано на фиг. 1, устройство 100 преобразования мощности включает в себя инвертор 11 и контроллер 14 (блок управления, средство управления) электродвигателя.

Инвертор 11 включает в себя источник 12 питания постоянного тока и конденсатор C1, подключенный к источнику 12 питания постоянного тока. Инвертор 11 дополнительно включает в себя элементы S1, S2, S3, S4, S5 и S6 переключения, использующие IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и диоды D1, D2, D3, D4, D5 и D6, подключенные встречно-параллельно к соответствующим элементам S1-S6 переключения. Каждая пара последовательно соединенных элементов переключения, т.е. каждая пара S1 и S2, S3 и S4, и S5 и S6 образует верхнее плечо и нижнее плечо каждой фазы в инверторе 11. Заметим, что элементы переключения не ограничиваются IGBT.

Эмиттер элемента S1 переключения подключен к коллектору элемента S2 переключения. Точка соединения между ними является выходной точкой U-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к U-фазе электродвигателя 13. Аналогично, эмиттер элемента S3 переключения подключен к коллектору элемента S4 переключения. Точка соединения между ними является выходной точкой V-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к V-фазе электродвигателя 13. Аналогично, эмиттер элемента S5 переключения подключен к коллектору элемента переключения S6. Точка соединения между ними является выходной точкой W-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к W-фазе электродвигателя 13.

Соответствующие коллекторы элементов S1, S3 и S5 переключения подключены к положительному электроду источника 12 питания постоянного тока через общую токопроводящую шину. Соответствующие эмиттеры элементов S2, S4 и S6 переключения подключены к отрицательному электроду источника 12 питания постоянного тока через общую токопроводящую шину. Пары элементов переключения (S1 и S2, S3 и S4, S5 и S6) подключены параллельно к каждой общей токопроводящей шине, подключенной к положительному и отрицательному электродам источника 12 питания постоянного тока соответственно. Каждый затвор элементов S1-S6 переключения возбуждается сигналом управления, выводимым из контроллера 14 электродвигателя. Пары элементов переключения (S1 и S2, S3 и S4, S5 и S6) возбуждают токи соответствующих фаз (U-фазы, V-фазы и W-фазы).

На основании токов Iu, Iv и Iw нагрузки соответствующих фаз, текущих в электродвигатель 13, детектируемых датчиком тока (ссылочная позиция 19 на фиг. 2), положения поворота электродвигателя 13, детектируемого датчиком частоты вращения (ссылочная позиция 18 на фиг. 2), и целевого значения крутящего момента, обеспеченного верхним устройством, не показанным на фигуре, контроллер 14 электродвигателя генерирует сигналы управления для управления элементами S1-S6 переключения посредством PWM (ШИМ), с последующим выводом на затворы соответствующих элементов S1-S6 переключения.

Контроллер 14 электродвигателя согласно настоящему варианту осуществления образован, но без конкретного ограничения, микропроцессором, включающим в себя центральный процессор (ЦП), программное ПЗУ, рабочее ОЗУ и интерфейс ввода-вывода. ЦП выполняет программу, хранящуюся в ПЗУ, в соответствии с которой контроллер 14 электродвигателя осуществляет функцию управления.

Далее, конкретный состав контроллера 14 (блок управления, средство управления) электродвигателя для управления инвертором 11, показанным на фиг. 1, будет объяснен со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, контроллер 14 электродвигателя управляет электродвигателем 13, например, для приведения в движение автомобиля. Контроллер 14 электродвигателя включает в себя блок 21 управления крутящим моментом, блок 22 управления током, блок 23 преобразования координат (блок задания целевого значения напряжения), блок 24 управления ШИМ (блок задания рабочего цикла, блок управления ШИМ) и блок 25 управления временным режимом (блок задания временного режима). Контроллер 14 электродвигателя выводит сигнал возбуждения, генерируемый на блоке 25 управления временным режимом, на соответствующие затворы элементов S1-S6 переключения, для возбуждения инвертора 11. Контроллер 14 электродвигателя также включает в себя датчик 19 тока для детектирования тока, текущего в электродвигатель 13.

Блок 21 управления крутящим моментом вычисляет целевые значения id и iq тока оси d и оси q электродвигателя 13, соответственно, на основании целевого значения T крутящего момента, прикладываемого извне, и частоты вращения Ω (омега) электродвигателя, детектируемой датчиком 18 частоты вращения для детектирования частоты вращения электродвигателя 13.

На основании целевых значений id и iq тока оси d и оси q и значений id и iq тока оси d и оси q, блок 22 управления током вычисляет целевые значения vd и vq напряжения оси d и оси q, соответственно, для согласования целевых значений с фактическими значениями. В отношении вычисления значений id и iq тока оси d и оси q, токи Iu, Iv и Iw соответствующих фаз (U-фаз, V-фаз и W-фаз) электродвигателя 13 регистрируются датчиком 19 тока, после чего преобразуются в значения id и iq тока оси d и оси q блоком 23 преобразования координат. Заметим, что сумма токов соответствующих фаз электродвигателя 13 равна нулю. Таким образом, регистрируются токи iu и iv, по меньшей мере, двух фаз, что позволяет получить токи Iu, Iv и Iw трех фаз электродвигателя 13.

Блок 23 преобразования координат преобразует целевые значения vd и vq напряжения оси d и оси q в целевые значения vu, vv и vw напряжения трех фаз.

Блок 24 управления ШИМ генерирует импульсы Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения инвертора 11, соответствующие соответствующим целевым значениям vu, vv и vw напряжения U-фазы, V-фазы и W-фазы, выводимым из блока 23 преобразования координат, для вывода на блок 25 управления временным режимом. Настоящий вариант осуществления не ограничивается целевыми значениями напряжения, и можно использовать целевые значения тока.

Блок 25 управления временным режимом генерирует импульсы Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения, в которых временные режимы для управления операциями включения/выключения соответствующих элементов S1-S6 переключения, обеспеченных в инверторе 11, изменяются описанным ниже способом, для вывода импульсов возбуждения на инвертор 11. Tup и Tun представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S1 и S2 переключения U-фазы, Tvp и Tvn представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S3 и S4 переключения V-фазы, и Twp и Twn представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S5 и S6 переключения W-фазы.

Далее, процесс генерации импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения из целевых значений vu, vv и vw напряжения трех фаз, выводимых на соответствующие элементы S1-S6 переключения блоком 24 управления ШИМ, показанным на фиг. 2, будет объяснен со ссылкой на временную диаграмму, показанную на фиг. 3. Заметим, что на фиг. 3 показан только случай генерации импульсов Dup и Dvp возбуждения верхних плеч из целевых значений vu и vv напряжения двух фаз, для обеспечения лучшего понимания.

При подаче несущего сигнала s1 в виде треугольной волны, показанной на фиг. 3(a), блок 24 управления ШИМ сравнивает несущий сигнал s1 с каждым целевым значением vu и vv напряжения. Затем блок 24 управления ШИМ генерирует импульс возбуждения, подлежащий включению в период времени, когда целевое значение напряжения больше несущего сигнала s1, и выключению в период времени, когда целевое значение напряжения меньше несущего сигнала s1 применительно к верхнему плечу. Также блок 24 управления ШИМ генерирует импульс возбуждения, подлежащий включению в период времени, когда целевое значение напряжения меньше несущего сигнала s1 и выключению в период времени, когда целевое значение напряжения больше несущего сигнала s1 применительно к нижнему плечу. Дополнительно, блок 24 управления ШИМ обеспечивает время простоя, задерживая наступление времени, когда импульс возбуждения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. Соответственно, можно предотвратить возникновение короткого замыкания верхнего и нижнего плеч благодаря обеспечению времени простоя.

Импульс Dup возбуждения включается в момент времени t2, т.е. с задержкой dt относительно времени t1, как показано на фиг. 3(b), поскольку целевое значение vu напряжения верхнего плеча U-фазы превышает несущий сигнал s1 в момент времени t1. Затем импульс Dup возбуждения выключается в момент времени t3, поскольку целевое значение vu напряжения падает ниже несущего сигнала s1 в момент времени t3. В частности, генерируется импульс Dup возбуждения, как показано на фиг. 3(b).

Аналогично, импульс Dvp возбуждения включается в момент времени t5, т.е. с задержкой dt относительно времени t4, как показано на фиг. 3(c), поскольку целевое значение vv напряжения верхнего плеча V-фазы превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4. Затем импульс Dvp возбуждения выключается в момент времени t6, поскольку целевое значение vv напряжения падает ниже несущего сигнала s1 в момент времени t6. В частности, генерируется импульс Dvp возбуждения, как показано на фиг. 3(c). Заметим, что аналогичное условие также применяется к случаю целевого значения vw напряжения W-фазы, и этот случай не показан на фиг. 3.

Далее будет объяснен первый процесс генерации импульсов Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения за счет сдвига фаз соответствующих импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения блоком 25 управления временным режимом, показанным на фиг. 2. Ниже приведен пример генерации импульса Tvp возбуждения путем смены временного режима импульса Dvp возбуждения верхнего плеча V-фазы. Другими словами, фаза импульса Dvp возбуждения, показанного на фиг. 3 (c), сдвигается для генерации импульса Tvp возбуждения, как показано на фиг. 3(d).

Ниже приведено объяснение процесса сдвига импульса возбуждения. Когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4, управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он не включался в момент времени t5 по истечении dt. Время до того, как целевое значение vv напряжения упадет ниже несущего сигнала s1, т.е. время между моментом времени t5 и моментом времени t6 (рабочая ширина), получается так, чтобы сохранить рабочую ширину. Затем управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он включался в момент времени t3, когда импульс Dup возбуждения выключен. Включенное состояние импульса Tvp возбуждения сохраняется в течение вышеупомянутой рабочей ширины, после чего импульс Tvp возбуждения выключается. В результате, импульс Tvp возбуждения смещается к импульсу возбуждения, показанному на фиг. 3(d). Затем осуществляется управление временем спада импульса Dup возбуждения (временной режим выключения) в соответствии со временем нарастания импульса Tvp возбуждения (временной режим включения). Причина в том, что оба тока (токи, отличающиеся направлением) уравновешивают друг друга, и ток, текущий в конденсатор C1, показанный на фиг. 1, снижается. Более конкретное объяснение приведено ниже.

Далее будет объяснен второй процесс генерации импульсов Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения за счет сдвига фаз соответствующих импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения блоком 25 управления временным режимом, показанный на фиг. 2. Ниже приведен пример разделения импульса Dvp возбуждения, показанного на фиг. 3(c), и сдвига фазы, по меньшей мере, одного из разделенных импульсов возбуждения, для изменения двух импульсов возбуждения, указанных ссылочными позициями s2 и s3, показанными на фиг. 3(e).

Ниже приведено объяснение процесса сдвига импульса возбуждения. Когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4, управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он включался в момент времени t5 по истечении dt. Затем управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он выключался в момент времени t8, когда несущий сигнал s1 достигает самой низкой точки. В результате, генерируется импульс возбуждения, указанный ссылочной позицией s2 на фиг. 3(e). Затем получается время от момента, когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1, до момента, когда сигнал vv напряжения падает ниже несущего сигнала s1, т.е. время между моментом времени t5 и моментом времени t6 (рабочая ширина), что позволяет сохранять рабочую ширину. Управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется таким образом, чтобы он снова включался в момент времени t3, когда импульс Dup возбуждения выключен. Включенное состояние импульса Tvp возбуждения сохраняется только в течение времени, полученного вычитанием времени между моментом времени t5 и моментом времени t8 (импульса s2 возбуждения) из рабочей ширины, и затем осуществляется управление импульсом Tvp возбуждения для его выключения. Альтернативно, время между моментом t8 и моментом t6 (рабочая ширина) может сохраняться для определения времени включения от момента t3. В результате, импульс Tvp возбуждения заменяется двумя импульсами s2 и s3 возбуждения, показанными на фиг. 3(e). В этом случае сумма значений ширины импульса двух импульсов s2 и s3 возбуждения равна ширине импульса возбуждения между моментом t5 и моментом t6, показанными на фиг. 3(c).

В отношении импульса Tvp возбуждения, показанного на фиг. 3(d), импульс возбуждения между моментом t5 и моментом t6 перекрывает момент t8. С другой стороны, импульс возбуждения, генерируемый во втором процессе, не пересекает границу (момент t8) несущего сигнала s1, в отличие от вышеупомянутого первого процесса. Это обуславливает преимущество предотвращения ухудшения синхронной характеристики несущего сигнала.

Как описано выше, на фиг. 3 приведен пример управления временными режимами импульсов возбуждения U-фазы и V-фазы в соответствии друг с другом. Аналогично, временными режимами импульсов возбуждения между двумя другими фазами можно управлять в соответствии друг с другом. При управлении импульсами возбуждения трех фаз таким образом, чтобы они были идентичными, можно применять идею, аналогичную случаю регулировки временного режима между двумя фазами. Например, каждым передним фронтом импульсов возбуждения V-фазы и W-фазы можно управлять в соответствии с задним фронтом импульса возбуждения U-фазы.

Ниже приведено объяснение цели установления соответствия переднего фронта одного импульса возбуждения с задним фронтом другого импульса возбуждения, как показано на фиг. 3(d) и 3(e).

На фиг. 4(a)-4(c) показаны соответствующие временные диаграммы, демонстрирующие операции включения/выключения элементов S1-S6 переключения, обеспеченных на соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе. Белые области на временных диаграммах представляют временные режимы, в которых включены верхние элементы S1, S3 и S5 переключения, и заштрихованные области представляют временные режимы, в которых включены нижние элементы S2, S4 и S6 переключения. Форма волны соответствующих фаз является синусоидальной формой волны, в которой каждая фаза сдвинута на 120 градусов.

Во временном режиме непосредственно до выключения верхнего элемента S3 переключения V-фазы, указанного ссылочной позицией q1, показанной на фиг. 4(b), токи текут в соответствующих фазах, как показано на фиг. 5. В частности, ток I1 +350 А течет через верхний элемент S3 переключения V-фазы, ток I2 +200 А течет через нижний элемент S2 переключения U-фазы, и ток I3 -150 А течет через верхний диод D5 W-фазы. В отношении направлений тока, прямое направление соответствующих элементов S1-S6 переключения определяется как ток со знаком плюс, и обратное направление определяется как ток со знаком минус.

Затем верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, тем самым переходя в режим свободного хода. Соответственно, нижний диод D4 V-фазы переходит во включенное состояние, как показано на фиг. 6, в результате чего ток I1 продолжает течь к электродвигателю 13 (направление вправо на фигуре). На Фиг. 7 показаны флуктуации тока в момент, когда верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние.

В частности, как показано на фиг. 7, когда верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, одна и та же флуктуация тока, эквивалентная -350 А, происходит на верхнем элементе S3 переключения V-фазы, нижнем диоде D4 V-фазы и конденсаторе C1, соответственно. В отношении верхнего и нижнего плеч моста U-фазы и верхнего и нижнего плеч моста W-фазы, не происходит изменения операции переключения (флуктуации тока) в момент, когда элемент S3 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. При этом быстрая флуктуация тока, обусловленная операцией переключения V-фазы, происходит в замкнутой цепи, указанной стрелкой Y1 на фиг. 6.

На фиг. 8 показана временная диаграмма, демонстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор C1 в момент, когда элемент S3 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Ток, текущий в конденсатор C1, меняется с +200 А до -150 А в момент времени t10. В результате, возникает высокое импульсное перенапряжение (L*di/dt), обусловленное паразитной индуктивностью L в канале тока.

Согласно настоящему варианту осуществления, временные режимы возбуждения элементов S1-S6 переключения соответствующих фаз меняются так, чтобы уменьшить быстрые флуктуации тока, текущего в конденсатор C1. Соответственно, предотвращается импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L. Другими словами, как описано выше со ссылкой на фиг. 3, передний фронт импульса возбуждения одной фазы синхронизируется с задним фронтом импульса возбуждения другой фазы, благодаря чему, быстрые флуктуации тока, текущего в конденсатор C1, уменьшаются для предотвращения импульсного перенапряжения.

Ниже приведено объяснение процесса для синхронизации операций элементов переключения, имеющих флуктуации тока, отличающиеся друг от друга направлением, для противодействия флуктуациям тока.

На фиг. 9(a) и 9(b) и фиг. 10(a) и 10(b) представлены пояснительные схемы, демонстрирующие примеры операций соответствующих элементов S1 и S2 переключения U-фазы. На соответствующих фигурах представлены схемы, частично демонстрирующие секцию элементов S1 и S2 переключения U-фазы, предусмотренную в инверторе 11. Средняя точка между верхним плечом и нижним плечом подключена к входной клемме U-фазы электродвигателя 13. Стрелки в направлении вправо на фигурах представляют ток, текущий к электродвигателю 13, в частности, представляют ток со знаком плюс, и стрелки в направлении влево представляют ток, текущий от электродвигателя 13, в частности, представляют ток со знаком минус.

На фиг. 9(a) показаны протекание тока со знаком плюс к электродвигателю 13 в U-фазе и флуктуация тока в момент, когда верхний элемент S1 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. В этом случае, ток, текущий к электродвигателю 13 со стороны плюса (стороны высокого потенциала постоянного тока) источника 12 питания постоянного тока, показанного на фиг. 1, прерывается, поскольку элемент S1 переключения переходит в выключенное состояние, что влечет переход в режим холостого хода со стороны низкого потенциала постоянного тока. В результате, ток течет к электродвигателю 13. Это эквивалентно возникновению флуктуации тока, указанного стрелкой Y2 в этот момент.

На фиг. 9(b) показаны протекание тока со знаком минус к электродвигателю 13 в U-фазе и флуктуация тока в момент, когда нижний элемент S2 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Аналогично случаю фиг. 9(a), флуктуация тока, указанная стрелкой Y3, происходит в момент, когда элемент S2 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Другими словами, в случаях фиг. 9(a) и 9(b) можно видеть, что генерируются флуктуации тока в направлении против часовой стрелки (стрелки Y2 и Y3). Такие флуктуации тока генерируются в U-фазе, V-фазе и W-фазе соответственно.

С другой стороны, на фиг. 10(a) показано состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится в выключенном состоянии, и ток течет к электродвигателю 13 от нижнего диода D2, и также показана флуктуация тока в момент, когда элемент S1 переключения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. На Фиг. 10(b) показано состояние, в котором нижний элемент S2 переключения U-фазы находится в выключенном состоянии, и флуктуация тока в момент, когда элемент переключения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. Другими словами, в случаях фиг. 10(a) и 10(b), можно видеть, что генерируются флуктуации тока в направлении по часовой стрелке (стрелки Y4 и Y5). Такие флуктуации тока генерируются в U-фазе, V-фазе и W-фазе соответственно.

Таким образом, можно видеть, что временной режим одной из фиг. 9(a) и 9(b) синхронизирован с временным режимом одной из фиг. 10(a) и 10(b), для противодействия или снижения токов, указанных стрелками Y2-Y5.

Ниже приведено объяснение процесса генерации импульсов возбуждения, выводимых на соответствующие элементы S1-S6 переключения. Сначала будет объяснен традиционно используемый нормальный режим работы. На Фиг. 11 приведена пояснительная схема, демонстрирующая процесс определения значений ширины импульса сигналов возбуждения для управления ШИМ соответствующих фаз, согласно несущему сигналу, имеющему заранее определенную несущую частоту (например, 1 [кГц]), и целевым значениям напряжения соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы. На Фиг. 11 показан случай, когда процесс смены временного режима согласно настоящему изобретению не применяется. Благодаря такому процессу, определяются значения ширины импульса импульсных сигналов, выводимых на верхние элементы S1, S3 и S5 переключения соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы. Нижние элементы S2, S4 и S6 переключения действуют обратно верхним элементам S1, S3 и S5 переключения соответственно. Например, S2 находится в выключенном состоянии, когда S1 находится во включенном состоянии, и S1 находится в выключенном состоянии, когда S2 находится во включенном состоянии.

Как показано на фиг. 11, операция, аналогичная фиг. 9(a), осуществляется, когда состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится во включенном состоянии (время t11, напряжение 0 В), переходит в состояние, в котором элемент S1 переключения выключен (время t12, напряжение 300 В). В течение этого времени ток 100 А течет в направлении против часовой стрелки в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста U-фазы и конденсатор C1. В частности, поскольку состояние, показанное на фиг. 13(a), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(b), ток Cap конденсатора меняется со 100 А до 0 А. В результате, возникает импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L замкнутой цепи.

С другой стороны, настоящее изобретение изменяет временной режим, в котором верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Другими словами, при использовании процесса смены временного режима согласно настоящему изобретению операция, аналогичная фиг. 9(a), осуществляется, когда состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится во включенном состоянии (время t13), переходит в состояние, в котором элемент S1 переключения находится в выключенном состоянии (время t14). Таким образом, временные режимы элементов S3 и S4 переключения изменяются в соответствии с такими временными режимами в U-фазе, вследствие чего нижний элемент S4 переключения V-фазы включается и верхний элемент S3 переключения V-фазы выключается. На Фиг. 12 показана форма волны напряжения верхнего элемента S3 переключения V-фазы, но не показана форма волны напряжения нижнего элемента S4 переключения V-фазы. Как описано выше, форма волны напряжения элемента S4 переключения противоположна форме волны напряжения элемента S3 переключения.

Таким образом, нижний элемент S4 переключения V-фазы включается после выключения верхнего элемента S3 переключения V-фазы. В этом случае элемент S4 переключения переходит из выключенного состояния (t13 на фиг. 12) во включенное состояние (t14 на фиг. 12) и осуществляется операция, аналогичная фиг. 10(b). Когда состояние, показанное на фиг. 13(b), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(c), флуктуация тока 60 А возникает в направлении по часовой стрелке в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста V-фазы и конденсатор C1.

В то же время флуктуация тока 100 А возникает в направлении против часовой стрелки в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста U-фазы и конденсатор C1. Поэтому направления соответствующих флуктуаций тока противоположны друг другу, и ток 100 А в направлении против часовой стрелки испытывает противодействие тока 60 А в направлении по часовой стрелке, в результате чего флуктуация тока может снижаться до 40 А в направлении против часовой стрелки. Ток Cap конденсатора меняется с 40 А до 0 А. В частности, в момент, когда верхний элемент S1 переключения U-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, и также, когда нижний элемент S4 переключения V-фазы переходит из выключенного состояния во включенное состояние, состояние, показанное на фиг. 13(c), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(b). Поэтому флуктуация тока может снижаться до 40 А, по сравнению со случаем, когда процесс смены временного режима не осуществляется. Соответственно, импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L в замкнутой цепи, можно снизить.

Далее флуктуации тока в соответствующих случаях фиг. 11 и фиг. 12 будут объяснены со ссылкой на схему, показанную на фиг. 14. На Фиг. 14 показаны флуктуации токов, текущих в соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе в течение времени, указанного ссылочной позицией q2 в формах волны трехфазного переменного тока, показанных на фиг. 4, и показаны соответствующие импульсы тока до сдвигов фаз (левая сторона на фигуре) и после сдвигов фаз (правая сторона на фигуре). Кроме того, на фиг. 14 показан случай, когда U-фаза имеет рабочий цикл 70%, V-фаза имеет рабочий цикл 30%, и W-фаза имеет рабочий цикл 50%.

На фиг. 14(a1) показан импульс тока U-фазы, который включается в момент времени t21, в результате чего течет ток +100 А, и выключается в момент времени t22, в результате чего генерируется флуктуация тока -100 А. В случае отсутствия сдвигов фаз импульс тока V-фазы выключается в момент времени t23, в результате чего течет ток -40 А, и включается в момент времени t24, в результате чего генерируется флуктуация тока +40 А, как показано на фиг. 14(b1). Кроме того, импульс тока W-фазы выключается в момент времени t26, в результате чего течет ток -60 А, и включается в момент времени t27, в результате чего генерируется флуктуация тока +60 А, как показано на фиг. 14(d).

На фиг. 14(d1) показан импульс тока, демонстрирующий случай суммирования токов соответствующих фаз. В частности, флуктуация тока -60 А генерируется в момент времени t26, флуктуация тока -40 А генерируется в момент времени t23, флуктуация тока +40 А генерируется в момент времени t24, флуктуация тока +60 А генерируется в момент времени t27, и флуктуация тока -100 А генерируется в момент времени t22. В этом случае максимальная флуктуация тока составляет от +100 А до -100 А.

С другой стороны, в случае сдвигов фаз согласно настоящему изобретению импульс тока V-фазы сдвигается в правую сторону, в результате чего временной режим в момент времени t24 на фиг. 14(b1) соответствует временному режиму в момент времени t22, как показано на фиг. 14(b2). Кроме того, импульс тока W-фазы сдвигается в левую сторону, в результате чего временной режим в момент времени t26 на фиг. 14(d) соответствует временному режиму в момент времени t21, как показано на фиг. 14(c2). Таким образом, импульс тока W-фазы представляет собой импульсный сигнал между моментом t21 и моментом t28. Заметим, что импульс тока U-фазы, показанный на фиг. 14(a2), идентичен импульсу тока на фиг. 14(a1).

На фиг. 14(d2) показан импульс тока, демонстрирующий случай суммирования токов соответствующих фаз. Таким образом, флуктуация тока -40 А генерируется в момент времени t25, флуктуация тока +60 А генерируется в момент времени t28, и флуктуация тока -60 А генерируется в момент времени t22. В этом случае максимальная флуктуация тока составляет от +60 А до -60 А. Можно видеть, что ток, текущий в направлении по часовой стрелке, и ток, текущий в направлении против часовой стрелки, уравновешивают друг друга для противодействия токам, тем самым предотвращая протекание тока в конденсатор C1.

В случае, показанном на фиг. 14, импульс возбуждения фазы с малым рабочим циклом (V-фаза, W-фаза) сдвигается, чтобы соответствовать импульсу возбуждения фазы с относительно большим рабочим циклом (U-фаза). Другими словами, когда элемент переключения U-фазы определен как первый элемент переключения и элемент переключения V-фазы или W-фазы определен как второй элемент переключения, временной режим вывода импульса возбуждения второго элемента переключения сдвигается так, что временной режим включения второго элемента переключения соответствует временному режиму выключения первого элемента переключения.

Когда временной режим включения и временной режим выключения синхронизированы между фазами с малой разностью значений тока, токи могут более эффективно противодействовать друг другу. Ниже приведено объяснение этого механизма со ссылкой на типичную диаграмму импульсов тока, показанную на фиг. 15. В случае фиг. 14, соответствующие временные режимы (время t22) -100 А U-фазы и +40 А V-фазы синхронизированы. В случае фиг. 15, соответствующие временные режимы -100 А U-фазы и +60 А W-фазы синхронизированы, благодаря чему соответствующие токи оказываются ближе друг к другу.

Как показано на фиг. 15(b2) и 15(c2), момент включения W-фазы сдвигается от момента времени t27 к моменту времени t23, благодаря чему момент выключения U-фазы соответствует моменту включения W-фазы. Кроме того, импульс тока V-фазы сдвигается так, что момент времени t31 выключения W-фазы, определяемый моментом времени t23, соответствует моменту включения V-фазы. В этом случае момент выключения V-фазы является моментом времени t32.

При осуществлении вышеописанных фазовых сдвигов флуктуация тока -40 А генерируется в момент времени t32, флуктуация тока -20 А генерируется в момент времени t31, и флуктуация тока -40 А генерируется в момент времени t23, как показано на фиг. 15(d2). Заметим, что формы волны, показанные на фиг. 15(a1)-15(d1) и фиг. 15(a2), идентичны показанным на фиг. 14(a1)-14(d1) и фиг. 14(a2).

Соответственно, максимальная флуктуация тока в направлении тока со знаком минус (против часовой стрелки), обусловленная импульсным перенапряжением, равна -40 А. Таким образом, можно видеть, что эффект снижения флуктуаций тока дополнительно усиливается по сравнению со случаем максимальной флуктуации тока -60 А, показанной на фиг. 14.

Как описано выше, устройство 100 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления управляет элементами переключения таким образом, что направление флуктуации тока, генерируемой при работе элементов переключения одной фазы (например, U-фазы), противоположно направлению флуктуации тока, генерируемой при работе элементов переключения другой фазы (например, W-фазы). Поэтому флуктуацию тока, текущего в канале тока, включающего в себя составляющую паразитной индуктивности L, можно снизить. Соответственно, можно предотвратить импульсное перенапряжение, обусловленное флуктуациями тока, при поддержании желаемого необходимого выхода.

Кроме того, устройство преобразования мощности, использующее схему инвертора, может легко изменять временные режимы вывода импульсов возбуждения соответствующих фаз, не изменяя рабочие циклы импульсов возбуждения. Таким образом, можно снизить нагрузку управления и рабочую нагрузку контроллера 25 временного режима.

Как показано на фиг. 14(b2) и фиг. 15(c2), при включении одного элемента переключения (например, V-фазы) другой элемент переключения (например, U-фазы), в котором течет больший ток по сравнению с первым элементом переключения, получает команду выключения. Поэтому можно предотвратить импульсное перенапряжение, генерируемое в соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе.

Дополнительно, как показано на фиг. 14(a2) и 14(b2), передний фронт импульса возбуждения фазы с коротким временем включения (V-фазы) регулируется в соответствии с задним фронтом импульса возбуждения фазы с длительным временем включения (U-фазы), что позволяет подавлять влияние на выход электродвигателя. Другими словами, при сдвиге импульса возбуждения с коротким временем включения, импульс возбуждения просто пересекает границу периода несущей. Поэтому можно предотвратить ухудшение синхронной характеристики несущего сигнала.

Видоизмененный пример первого варианта осуществления

Ниже приведен видоизмененный пример вышеописанного первого варианта осуществления. В видоизмененном примере инвертор образован множественными фазами для усиления эффекта предотвращения флуктуаций тока. На Фиг. 16 показана форма волны, демонстрирующая флуктуации тока девятифазного инвертора, т.е. образованного фазами от A до I. Значения тока соответствующих фаз в момент, указанный ссылочной позицией q3 на фиг. 16, показаны на фиг. 17(a). Т.е. в A-фазе течет ток 100 А, в B-фазе течет ток 82 А, в C-фазе течет ток 71 А, в D-фазе течет ток 26 А, в E-фазе течет ток 9 А, в F-фазе течет ток -42 А, в G-фазе течет ток -57 А, в H-фазе течет ток -91 А, и в I-фазе течет ток -97 А.

Если рассортировать абсолютные значения значений тока соответствующих фаз, показанных на фиг. 17(a), в порядке убывания, наибольшее значение будет иметь A-фаза, затем I-фаза, H-фаза, B-фаза, C-фаза, G-фаза, F-фаза, D-фаза и E-фаза. Можно видеть, что разности значений тока между соответствующими соседними фазами меньше в девятифазном случае по сравнению с вышеописанным трехфазным случаем. Таким образом, временной режим включения и временной режим выключения синхронизированы между соответствующими двумя фазами, абсолютные значения которых близки друг к другу, что позволяет дополнительно снизить флуктуации тока.

Например, когда -100 А (выключение) A-фазы регулируется в соответствии с +97 А (включение) I-фазы, флуктуация тока, обусловленная импульсным перенапряжением, может снижаться до -3 А. Когда -97 А (выключение) I-фазы регулируется в соответствии с +91 А (включение) H-фазы, флуктуация тока может снижаться до -6 А. Максимальная разность двух значений тока между соответствующими двумя фазами возникает между временным режимом выключения D-фазы и временным режимом включения E-фазы, и максимальная флуктуация тока равна -17 А. В частности, флуктуация тока может снижаться до -17 А. Соответственно, с увеличением количества фаз, образующих инвертор, может достигаться дополнительный эффект предотвращения флуктуаций тока.

Второй вариант осуществления

Теперь опишем устройство 100 преобразования мощности второго варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Согласно вышеописанному первому варианту осуществления, U-фаза, V-фаза и W-фаза включают в себя элементы переключения одной системы соответственно. С другой стороны, устройство преобразования мощности согласно второму варианту осуществления включает в себя элементы переключения двух или более систем, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и которые возбуждают токи для каждой фазы соответственно. В частности, устройство преобразования мощности включает в себя элементы переключения множества систем для каждой фазы, т.е. три системы для одной фазы в случае фиг. 18 и четыре системы для одной фазы в случае фиг. 19, в которой временные режимы включения/выключения импульсов возбуждения для возбуждения элементов переключения соответствующих систем в каждой фазе сдвигаются во избежание флуктуаций тока. На Фиг. 18 приведен один пример, в котором схема инвертора, включающая в себя три системы для каждой из трех фаз, используется для возбуждения 9-сегментного электродвигателя, и на фиг. 19 приведен пример, в котором схема инвертора, включающая в себя четыре системы для каждой из трех фаз, используется для возбуждения 12-сегментного электродвигателя.

Когда импульсы возбуждения сдвигаются между фазами для противодействия флуктуациям тока, флуктуациям тока невозможно полностью противодействовать, поскольку токи соответствующих фаз изменяются со временем. В связи с этим, согласно второму варианту осуществления, в каждой фазе генерируется множество импульсов возбуждения, и фазы импульсов возбуждения сдвигаются в каждой фазе, что позволяет более эффективно подавлять флуктуации тока.

На фиг. 20(a)-20(c) показаны формы волны, когда токи U-фазы выводятся с использованием элементов переключения трех систем, и показан каждый ток U1-фазы, U2-фазы и U3-фазы. В момент, указанный ссылочной позицией q4 на фиг. 20, импульсы тока соответствующих фаз U1, U2 и U3 выводятся на одном и том же уровне и в одном и том же временном режиме, как показано на фиг. 21(a)-21(c). Согласно второму варианту осуществления, временные режимы включения/выключения каждого из импульсов тока сдвигаются, что противодействует флуктуациям тока.

На фиг. 22 показана пояснительная схема, демонстрирующая временные режимы вывода импульсов тока соответствующих фаз (U1, U2 и U3) в случае сдвигов фаз. Согласно этому способу, временной режим выключения U1-фазы, показанный на фиг. 22(a), синхронизирован с временным режимом включения U2-фазы, показанным на фиг. 22(b), временной режим выключения U2-фазы синхронизирован с временным режимом включения U3-фазы, показанным на фиг. 22(c), и временной режим выключения U3-фазы синхронизирован с временным режимом включения U1-фазы.

Благодаря такому способу, когда множество импульсов тока генерируются в каждой фазе (U-фазе, V-фазе, W-фазе) для обеспечения работы инвертора, временные режимы включения/выключения импульса тока в каждой фазе можно синхронизировать друг с другом. Соответственно, можно, по существу, противодействовать флуктуациям тока и можно предотвратить генерацию высокого импульсного перенапряжения, обусловленную быстрыми флуктуациями тока.

На фиг. 22 приведен пример использования импульсов тока трех фаз U1, U2 и U3 для U-фазы, как описано выше. Альтернативно, как показано на фиг. 23(a)-23(d), элементы переключения для одной фазы могут состоять из четырех параллельных систем (U1-фазы, U2-фазы, U3-фазы и U4-фазы), благодаря чему временные режимы включения/выключения четырех фаз (U1-фазы, U2-фазы, U3-фазы и U4-фазы) синхронизированы друг с другом. Соответственно, флуктуациям тока соответствующих фаз можно противодействовать аналогично случаю фиг. 22. Заметим, что, хотя временной режим включения U1-фазы и временной режим выключения U4-фазы синхронизированы друг с другом в одной и той же фазе на фиг. 24, каждый временной режим можно синхронизировать с временными режимами включения/выключения в других фазах в зависимости от рабочих циклов.

Как описано выше, устройство 100 преобразования мощности согласно второму варианту осуществления сдвигает временные режимы импульсов возбуждения в одной фазе во избежание флуктуаций тока. В этом варианте осуществления, значения токов, текущих в элементах переключения в одной и той же фазе, идентичны. Поэтому при включении одного элемента переключения другой элемент переключения, который возбуждает ток в той же фазе, получает команду выключения, что позволяет более эффективно предотвращать генерацию импульсного перенапряжения.

Третий вариант осуществления

Теперь опишем устройство 100 преобразования мощности третьего варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Как показано на вышеописанной фиг. 3(e), один импульс возбуждения делится на множество импульсов возбуждения (например, два импульса возбуждения), и затем временной режим одного из импульсов возбуждения синхронизируется с временным режимом другого импульса возбуждения, для подавления флуктуаций тока.

Когда импульсы возбуждения сдвигаются, непрерывное соответствие временных режимов между соответствующими фазами или в одной и той же фазе усложняется. Это может затруднять синхронизацию временного режима, в котором одна фаза (например, U-фаза) выключена, с временным режимом, в котором другая фаза (например, W-фаза) включена. В связи с этим, как показано на фиг. 25, рабочий цикл верхнего импульса возбуждения W-фазы делится на два импульса возбуждения. В случае, показанном на фиг. 25, верхний элемент S5 переключения W-фазы включается и выключается непосредственно до выключения верхнего элемента S1 переключения U-фазы. Соответственно, можно подавлять флуктуации тока верхнего и нижнего плеч моста U-фазы и верхнего и нижнего плеч моста W-фазы, что позволяет легко синхронизировать временные режимы друг с другом.

Поэтому в устройстве преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления, рабочий цикл одного импульса возбуждения делится на множество импульсов возбуждения, благодаря чему при включении одного элемента переключения другим элементом переключения легко управлять для его выключения. Кроме того, можно противодействовать флуктуациям тока, поскольку направления течения соответствующих токов изменяются в противоположных направлениях, что облегчает подавление генерации импульсного перенапряжения. Соответственно, импульсное перенапряжение можно снижать при поддержании желаемого необходимого выхода, не изменяя рабочие циклы. Кроме того, один импульс возбуждения делится на множество импульсов возбуждения, что позволяет улучшить синхронизацию с несущим сигналом и максимально минимизировать влияние на необходимый выход.

Хотя устройство преобразования мощности настоящего изобретения описано со ссылкой на варианты осуществления, представленные на фигурах, изобретение не ограничивается вышеприведенными вариантами осуществления, и каждый компонент можно заменять произвольным компонентом, имеющим аналогичную функцию.

В вышеописанных вариантах осуществления был описан случай генерации трехфазного переменного тока с использованием, например, инвертора типа ШИМ. Однако настоящее изобретение применимо к другим случаям генерации трехфазного переменного тока с использованием инверторов, не относящихся к типу ШИМ, или многофазных преобразователей постоянного тока.

Объясненные выше варианты осуществления являются лишь примерами, описанными в целях облегчения понимания настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления. Каждый элемент, раскрытый в вышеописанных вариантах осуществления, любая комбинация вышеописанных вариантов осуществления, модификаций и изменений входят в технический объем настоящего изобретения.

Данная заявка базируется на и притязает на приоритет предшествующей японской патентной заявки 2010-093149, поданной 14 апреля 2010 г., и содержание этой заявки в полном объеме включено в настоящее описание изобретения в порядке ссылки.

Промышленное применение

Согласно устройству преобразования мощности настоящего изобретения, устройство преобразования мощности управляет элементами переключения таким образом, что направление флуктуации тока при работе элемента переключения одной фазы противоположно направлению флуктуации тока при работе элемента другой фазы. Это позволяет уменьшить изменение тока, которое включает в себя паразитную индуктивность и проходит через путь тока, и предотвратить импульсное перенапряжение, обусловленное флуктуациями тока. Соответственно, устройство преобразования мощности настоящего изобретения пригодно для промышленного применения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока. Техническим результатом является предотвращение быстрых флуктуаций тока, связанных с операциями включения/выключения каждого элемента переключения. Устройство преобразования мощности включает в себя: элементы (S1-S6) переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и возбуждают токи разных фаз; и контроллер (14) электродвигателя, который управляет соответствующими элементами (S1-S6) переключения. Контроллер (14) электродвигателя управляет соответствующими элементами (S1-S6) переключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения одного элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения, по меньшей мере, одного из других элементов переключения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Устройство преобразования мощности, содержащее
первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине, подключенной к источнику питания постоянного тока, и возбуждают токи разных фаз, включенных в установку многофазной мощности переменного тока, из мощности постоянного тока, выводимой из источника питания постоянного тока, и
блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения,
причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

2. Устройство преобразования мощности по п. 1,
в котором блок управления содержит
блок задания рабочего цикла, который устанавливает моменты включения соответствующих первого и второго элементов переключения согласно, по меньшей мере, одному из целевого значения тока и целевого значения напряжения, устанавливаемых на основании требований к выходу из первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима, который устанавливает временные режимы работы соответствующих первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима устанавливает временные режимы работы таким образом, что временной режим, в котором первый элемент переключения выключен, синхронизируется с временным режимом, в котором второй элемент переключения включен, без изменения моментов времени включения.

3. Устройство преобразования мощности по п. 1,
в котором блок управления содержит
блок задания рабочего цикла, который устанавливает моменты времени включения соответствующих первого и второго элементов переключения согласно, по меньшей мере, одному из целевого значения тока и целевого значения напряжения, устанавливаемых на основании требований к выходу из первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима, который устанавливает временные режимы работы соответствующих первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима делит время включения второго элемента переключения на множество импульсов возбуждения, и устанавливает временные режимы работы таким образом, что временной режим, в котором один из множества импульсов возбуждения активен, синхронизируется с временным режимом, в котором первый элемент переключения выключен.

4. Устройство преобразования мощности по любому из пп.1-3,
в котором блок управления управляет первым элементом переключения, в котором течет больший ток по сравнению со вторым элементом переключения, таким образом, чтобы он выключался, при управлении вторым элементом переключения для его включения.

5. Устройство преобразования мощности по любому из пп.1-3, дополнительно содержащее
два или более элементов переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и возбуждают токи в одной и той же фазе,
причем блок управления управляет временными режимами работы двух или более элементов переключения, которые возбуждают токи в одной и той же фазе, таким образом, что, когда один из двух или более элементов переключения, которые возбуждают токи в одной и той же фазе, включается, по меньшей мере, один из других элементов переключения выключается.

6. Устройство преобразования мощности для преобразования мощности постоянного тока, выводимой из источника питания постоянного тока, в установку многофазной мощности переменного тока, причем устройство преобразования мощности содержит
первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к паре общих токопроводящих шин, подключенных к положительному и отрицательному электродам источника питания постоянного тока соответственно, и возбуждают токи разных фаз, и
блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения,
причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

7. Устройство преобразования мощности по п. 6,
в котором блок управления содержит
блок задания целевого значения напряжения, который устанавливает целевое значение напряжения согласно требованию нагрузки,
блок управления ШИМ, который сравнивает целевое значение напряжения с несущей, устанавливаемой согласно нагрузке, и устанавливает моменты времени включения соответствующих первого и второго элементов переключения на основании результата сравнения целевого значения напряжения с несущей, и
блок задания временного режима, который устанавливает временные режимы работы соответствующих первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима устанавливает временные режимы работы таким образом, что временной режим, в котором первый элемент переключения выключен, синхронизируется с временным режимом, в котором второй элемент переключения включен, без изменения моментов времени включения.

8. Устройство преобразования мощности по п. 7,
в котором рабочий цикл второго элемента переключения меньше, чем рабочий цикл первого элемента переключения, и
блок задания временного режима сдвигает временной режим вывода импульса возбуждения второго элемента переключения для синхронизации временного режима, в котором второй элемент переключения включен, с временным режимом, в котором первый элемент переключения выключен.

9. Устройство преобразования мощности по п. 6,
в котором блок управления содержит
блок задания целевого значения напряжения, который устанавливает целевое значение напряжения согласно требованию нагрузки,
блок управления ШИМ, который сравнивает целевое значение напряжения с несущей, устанавливаемой согласно нагрузке, и устанавливает моменты времени включения соответствующих первого и второго элементов переключения на основании результата сравнения целевого значения напряжения с несущей, и
блок задания временного режима, который устанавливает временные режимы работы соответствующих первого и второго элементов переключения, и
блок задания временного режима делит время включения второго элемента переключения на множество импульсов возбуждения и устанавливает временные режимы работы таким образом, что временной режим, в котором один из множества импульсов возбуждения активен, синхронизируется с временным режимом, в котором первый элемент переключения выключен.

10. Устройство преобразования мощности по п. 9,
в котором рабочий цикл второго элемента переключения меньше, чем рабочий цикл первого элемента переключения.

11. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 6-10,
в котором блок управления управляет первым элементом переключения, в котором течет больший ток по сравнению со вторым элементом переключения, таким образом, чтобы он выключался, при управлении вторым элементом переключения для его включения.

12. Устройство преобразования мощности по любому из пп. 6-10, дополнительно содержащее
два или более элементов переключения, которые подключены параллельно к паре общих токопроводящих шин и возбуждают токи в одной и той же фазе,
причем блок управления управляет временными режимами работы двух или более элементов переключения, которые возбуждают токи в одной и той же фазе, таким образом, что когда один из двух или более элементов переключения, которые возбуждают токи в одной и той же фазе, включается, по меньшей мере, один из других элементов переключения выключается.