МНОГОУРОВНЕВОЕ УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОЩНОСТИ С ФИКСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ ТОЧКОЙ Российский патент 2016 года по МПК H02M1/14 H02M7/483 H02M7/487 H02M7/525 H02M7/527 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение относится к многоуровневым устройствам преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, далее называемым NPC-преобразователями мощности (Neutral-point-clamped, с фиксированной нейтральной точкой), и, в частности к NPC-преобразователю мощности, в котором предотвращается ухудшение характеристик при подавлении флуктуаций потенциала нейтральной точки, с обеспечением в то же время импульса отпирания переключательного элемента.

Предпосылки создания изобретения

[0002] На фиг. 3 показана конфигурация традиционного NPC-преобразователя мощности. Ниже на примере фиг. 3 рассмотрено управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания и управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки в NPC-преобразователе мощности.

[0003] [Управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания].

В случае, когда переключательный элемент (например, запираемый тиристор, GTO), который имеет ограничения по минимальному значению ширины (длительности) импульса отпирания, используют в качестве переключательных элементов S_U1~S_U4, S_V1~S_V4, c S_W1~S_W4 трехфазного NPC-преобразователя 2 мощности, импульсный сигнал, более короткий чем предельное минимальное значение ширины импульса отпирания, может попасть в интервал времени, в котором значение управляющего напряжения находится в окрестности нуля. В этом случае переключательный элемент, например, GTO, не сможет выполнить переключение, и управление напряжением в этом интервале времени, пока управляющее значение напряжения находится в окрестности нуля, будет невозможным.

[0004] Кроме того, и в случае, когда в NPC-преобразователе 2 применяют переключательный элемент, не имеющий ограничений по ширине импульса отпирания, вследствие задержки, которую вводят для исключения короткого замыкания верхнего и нижнего плечей преобразователя, выходной импульс, если он имеет ширину, меньшую или равную времени задержки, пропадает, и в этом интервале времени управление напряжением также становится невозможным.

[0005] Для решения этих проблем на существующем уровне техники применяют способ, в котором ко всем фазам трехфазного управляющего напряжения добавляют определенное напряжение смещения, чтобы значения всех фаз этого трехфазного управляющего напряжения обеспечивали импульсы отпирания заранее заданной минимальной ширины или более продолжительные (см. патентный документ №1). Добавляемые напряжения смещения при этом имеют одинаковые значения для всех трех фаз, чтобы межфазное напряжение оставалось неизменным. Также обычно в таком способе выбирают минимальное напряжение смещения, чтобы в результате этого управления не увеличивались флуктуации потенциала нейтральной точки.

[0006] [Управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки]

В устройстве 1 преобразования мощности, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 3, при подаче постоянного напряжения нейтральной точки в трехфазный NPC-преобразователь 2 через нейтральную точку протекает ток I₀ нейтральной точки. Соответственно, значения напряжения на двух конденсаторах, на положительной и отрицательной сторонах, которые формируют нейтральную точку, из-за наличия тока I₀ нейтральной точки будут отличаться друг от друга; следовательно, возникает флуктуация потенциала V₀ нейтральной точки. Известно, что в общем случае флуктуация потенциала V₀ нейтральной точки имеет частоту, равную утроенной частоте выходного переменного тока.

[0007] В качестве способа решения этой проблемы на существующем уровне техники применяется метод, в котором измеряют напряжения V_C1, V_C2 постоянного тока конденсаторах C₁, С₂ положительной и отрицательной сторон и на основе их разности вычисляют напряжение смещения (например, вычисляют с помощью ПИД-регулятора или другого устройства), которое добавляют к значению всех трех фаз управляющего напряжения.

[0008] К примеру, учитывая тот факт, что направление добавляемого напряжения смещения меняется при переключении между режимом потребления энергии и режимом рекуперации привода, к которому подключен выход инвертора, в соответствии с иллюстрацией блока управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки на фиг. 4, на существующем уровне техники известен способ, в котором режим работы привода определяют по полярности коэффициента мощности на выходе инвертора (V_out, I_out), и изменяют полярность напряжения смещения на основе результата этого определения (см. непатентный документ №1).

[0009] Также был предложен способ, в котором значение, полученное путем умножения значения смещения, вычисленного на основе разности между напряжениями V_C1, V_C2 конденсаторов, на гармонику четного порядка выходной частоты инвертора, добавляют к значению V* $$\left(V_U^{*},V_V^{*},V_W^{*}\right)$$ управляющего напряжения (см. патентный документ №2). В этом способе необходимо определять полярность коэффициента мощности.

Список документов, на которые делается ссылка

Патентные документы

[0010]

Патентный документ №1: опубликованная заявка на патент Японии № JP 05-268773 (абзацы [0002]~[0005], фиг. 20)

Патентный документ №2: опубликованная заявка на патент Японии № JP 07-079574 (абзацы [0037]~[0039], фиг. 1)

Патентный документ №3: опубликованная заявка на патент Японии № JP 06-261551 (абзацы [0018]~[0044])

Патентный документ №4: опубликованная заявка на патент Японии № JP 09-84360 (абзацы [0010]~[0015], [0016]~[0018])

Непатентные документы

[0011]

Непатентный документ №1: Презентационные материалы SPC-91-37 по исследованиям полупроводниковых устройств преобразования мощности, Институт инженеров по электротехнике Японии.

Сущность изобретения

[0012] Оба описанных выше традиционных способа управления (управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания и управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки) являются способами, в которых к управляющему значению напряжения добавляют напряжение смещения. Вследствие этого оба значения смещения могут представлять помеху друг для друга.

[0013] Фиг. 5 представляет собой блок-схему с иллюстрацией традиционной схемы 3 управления значением управляющего напряжения, в которой комбинированы эти два метода управления (управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания и управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки).

[0014] В схеме 3 управления значением управляющего напряжения, проиллюстрированной на фиг. 5, чтобы гарантировать отпирающую ширину импульса выходного (третьего) значения V*** управляющего напряжения, сначала осуществляют управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки в блоке 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, а затем выполняют управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания в блоке 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания.

[0015] В результате, в случае, когда полярности напряжения V_NPC смещения (которое далее называется напряжением смещения нейтральной точки), вводимого в блок 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, и напряжения V_MPC смещения (которое далее называется напряжением смещения импульса отпирания), вводимого в блок 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания, отличаются друг от друга, возникают проблемы, связанные со снижением эффекта от напряжения V_NPC и с тем, что управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания приводит к росту флуктуаций потенциала нейтральной точки.

[0016] С другой стороны, известен способ, в котором диапазон значений управляющего напряжения разбивают на множество зон, при этом для каждой зоны заранее фиксируют и сохраняют соответствующий вектор напряжения инвертора и порядок его вывода. Затем переключательным элементом управляют в соответствии со считываемой последовательностью модуляции в зависимости от зоны значения управляющего напряжения, за счет чего достигается управление напряжения нейтральной точки без влияния ограничения по минимальной ширине импульса отпирания (см. например, патентный документ №3). Однако данный способ относится к однофазным NPC-преобразователям мощности. При этом, поскольку такой способ имеет ограничение, заключающееся в том, что переключение допускается только один раз на каждое изменение выходного вектора, данный способ не может быть использован для трехфазных NPC-преобразователей мощности.

[0017] Также известен способ, в котором к сигналу несущей добавляют значения смещения Pbias и Nbias и обеспечивают при этом минимальную ширину импульса отпирания (см., например, патентный документ №4). Однако, поскольку есть вероятность, что значение управляющего напряжения вблизи нуля пересечет оба сигнала (верхней несущей и нижней несущей) во временном интервале, в котором вводят Pbias и Nbias, количество переключений в этом периоде удваивается, и появляется риск того, что потери на переключение вырастут и гармонические составляющие (более высокого порядка) увеличатся.

[0018] Известен также способ, в котором опорное напряжение корректируют таким образом, чтобы фазное напряжение на выходе инвертора становилось нулевым до и после момента времени, в котором это фазное напряжение пересекает нулевое значение (момента пересечения нуля), на заранее заданный период времени (см., например, патентный документ №4). В случае применения этого способа, несмотря на обеспечение минимальной ширины импульса отпирания и высокий коэффициент модуляции, снижающий тенденцию возникновения флуктуаций потенциала нейтральной точки, смещение вводят в направлении, отличающемся от направления управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, и поэтому возникает риск снижения эффективности управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки.

[0019] В свете описанного выше, основная цель настоящего изобретения - предложить устройство преобразования мощности, в котором упомянутое напряжение смещения импульса отпирания и упомянутое напряжение смещения нейтральной точки не будут друг для друга помехой.

[0020] Настоящее изобретение было создано ввиду описанных выше недостатков существующего уровня техники. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения многоуровневое устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, которое преобразует напряжение постоянного тока с выхода источника питания постоянного тока, имеющего нейтральную точку, в напряжение переменного тока с широтно-импульсной модуляцией с любым потенциалом положительного электрода, отрицательного электрода и нейтральной точки, на основе сигнала отпирания, который формируют при помощи сравнения положительной и отрицательной треугольных волн несущих со значением управляющего напряжения на выходе схемы управления управляющим напряжением, отличается тем, что упомянутая схема управления имеет: блок управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, который вычисляет напряжение смещения нейтральной точки, добавляемое к значению управляющего напряжения, чтобы подавить флуктуации напряжения нейтральной точки упомянутого источника питания постоянного тока; блок определения полярности, который определяет полярность упомянутого напряжения смещения нейтральной точки и выдает сигнал полярности; и блок управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания, который вычисляет напряжение, знак (положительный или отрицательный) которого задают в соответствии с упомянутым сигналом полярности, при этом напряжение смещения импульса отпирания представляет собой значение, которое добавляют к значению управляющего напряжения, к которому добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы обеспечить для упомянутого сигнала отпирания заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания.

[0021] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения блок управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания имеет: блок вычисления положительной стороны, вычисляющий напряжение смещения положительной стороны, которое является положительным и минимальным значением, добавляемым к значению управляющего напряжения, к которому, в свою очередь, добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы преобразовать все фазы в импульсы, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции значения управляющего напряжения; блок вычисления отрицательной стороны, который вычисляет напряжение смещения отрицательной стороны, которое является отрицательным и минимальным значением, добавляемым к значению управляющего напряжения, к которому, в свою очередь, добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы преобразовать все фазы в импульсы, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции значения управляющего напряжения; и блок выбора, который выбирает и выводит либо упомянутое напряжение смещения положительной стороны, либо упомянутое напряжение смещения отрицательной стороны в соответствии с упомянутым сигналом полярности.

[0022] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения блок управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки имеет: вычитатель, который вычисляет напряжение отклонения между напряжением между положительным электродом и нейтральной точкой источника питания постоянного тока и напряжением между отрицательным электродом и нейтральной точкой источника питания постоянного тока; блок пропорционального управления, который выполняет пропорциональное управление упомянутым напряжения отклонения и вычисляет величину упомянутого напряжения смещения нейтральной точки; блок определения полярности мощности, который определяет полярность коэффициента мощности упомянутого устройства преобразования мощности и выдает сигнал полярности; и блок переключения, который переключает полярность упомянутого напряжения смещения нейтральной точки в соответствии с упомянутым сигналом полярности мощности.

[0023] В соответствии с настоящим изобретением появляется возможность создать устройство преобразования мощности, в котором упомянутое напряжение смещения импульса отпирания и упомянутое напряжение смещения нейтральной точки не являются друг для друга помехой.

Краткое описание чертежей

[0024]

Фиг. 1 представляет собой блок-схему с иллюстрацией одного из примеров схемы управления значением управляющего напряжения в устройстве преобразования мощности в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему блока обеспечения минимальной ширины импульса отпирания в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой схему, иллюстрирующую один из примеров устройства преобразования мощности, в котором применен обычный NPC-преобразователь мощности.

Фиг. 4 представляет собой блок-схему блока управления, иллюстрирующую один из примеров блока управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки.

Фиг. 5 представляет собой блок-схему с иллюстрацией одного из примеров схемы управления значением управляющего напряжения в традиционном устройстве преобразования мощности.

Варианты осуществления изобретения

[0025] Схема управления значением управляющего напряжения устройства преобразования мощности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения имеет блок определения полярности, в котором определяется полярность напряжения V_NPC смещения нейтральной точки, вычисляемого в блоке управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, и на основе этой полярности напряжения V_NPC смещения нейтральной точки блок управления импульса отпирания выбирает полярность напряжения V_MPC смещения импульса отпирания. С помощью такого управления появляется возможность исключить различие полярностей напряжения V_NPC смещения нейтральной точки и напряжения V_MPC смещения импульса отпирания, что не позволяет этим двум напряжениям смещения быть помехой друг для друга.

[0026] [Вариант осуществления изобретения]

Для начала на примере фиг. 3 рассмотрим конфигурацию устройства 1 преобразования мощности, в котором применен традиционный NPC-преобразователь 2 мощности. Упомянутый NPC-преобразователь 2 мощности представляет собой преобразователь, в котором первый, второй, третий и четвертый переключательные элементы (например, S_U1, S_U2, S_U3 и S_U4) включены последовательно друг за другом между положительным электродом и отрицательным электродом источника питания постоянного тока, имеющего вывод нейтральной точки, при этом точка соединения между первым и вторым переключательными элементами S_U1 и S_U2, а также точка соединения между третьим и четвертым переключательными элементами S_U3 и S_U4 соединены с выводом нейтральной точки при помощи элемента фиксации уровня, например, диода D, при этом точка соединения между вторым и третьим переключательными элементами S_U2 и S_U3 становится выходным разъемом устройства. На фиг. 3 проиллюстрирован трехфазный NPC-преобразователь мощности, образованный объединением трех экземпляров подобной однофазной схемы.

[0027] Сигнал отпирания, который формируют при помощи сравнения положительной и отрицательной треугольных волн несущей на выходе блока формирования несущих (не показан) со значением управляющего напряжения на выходе схемы 3 управления значением управляющего напряжения (см. фиг. 1), подают на переключательный элемент. Обычный двухуровневый инвертор может выдавать только два уровня напряжения, положительный и отрицательный, однако рассматриваемый NPC-преобразователь 2 мощности способен выдавать три уровня напряжения следующим образом:

(а) когда переключательные элементы S_U1 и S_U2 находятся в открытом состоянии (ON): положительный потенциал источника питания постоянного тока;

(b) когда переключательные элементы S_U2 и S_U3 находятся в открытом состоянии (ON): нулевой потенциал источника питания постоянного тока;

(c) когда переключательные элементы S_U3 и S_U4 находятся в открытом состоянии (ON): отрицательный потенциал источника питания постоянного тока.

В результате NPC-преобразователь 2 мощности позволяет получить более низкие гармонические составляющие (более высоких порядков) выходного напряжения по сравнению с двухуровневым инвертором.

[0028] Далее на примере фиг. 1 будет рассмотрена схема 3′ управления значением управляющего напряжения устройства 1 преобразования мощности в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с иллюстрацией фиг. 1, схема 3′ управления значением управляющего напряжения в устройстве 1 преобразования мощности настоящего изобретения имеет схему 7 управления током, блок 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, блок 8 определения полярности и блок 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания.

[0029] С выхода схемы 7 управления током первое значение V* управляющего напряжения подается в первый сумматор 9. В блок 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки подаются напряжения V_C1 и V_C2 конденсаторов (напряжение между положительным электродом и нейтральной точкой источника питания постоянного тока и напряжение между нейтральной точкой и отрицательным электродом источника питания постоянного тока), при этом на его выходе получают напряжение V_NPC смещения нейтральной точки. Это напряжение V_NPC смещения нейтральной точки суммируют с первым значением V* управляющего напряжения, получаемым на выходе схемы 7 управления током, в первом сумматоре 9, и также подают в блок 8 определения полярности.

[0030] Первое значение V* управляющего напряжения, к которому добавлено напряжение V_NPC смещения нейтральной точки в первом сумматоре 9, подают, в качестве второго значения V** управляющего напряжения, во второй сумматор 10 и в блок 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания. Блок 8 определения полярности определяет полярность (положительную или отрицательную) напряжения V_NPC смещения нейтральной точки и подает ее в блок 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания в виде сигнала P_NPC полярности.

[0031] Блок 5 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки вычисляет напряжение V_MPC смещения импульса отпирания на основе второго значения V** управляющего напряжения и сигнала P_NPC полярности и подает его во второй сумматор 10. Второй сумматор 10 складывает напряжение V_MPC смещения импульса отпирания со вторым значением V** управляющего напряжения и выводит его в качестве третьего значения V*** управляющего напряжения. Это третье значение V*** управляющего напряжения становится значением управляющего напряжения, которое сравнивают с положительной и отрицательной треугольными волнами при формировании сигнала отпирания.

[0032] Далее на примере фиг. 4 будет рассмотрен блок 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки для данного варианта осуществления изобретения. На вход блока 4 управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки подают измеренные напряжения V_C1 и V_C2 конденсаторов C₁, C₂ (напряжение между положительным электродом и нейтральной точкой источника питания постоянного тока и напряжение между нейтральной точкой и отрицательным электродом источника питания постоянного тока), выходное напряжение V_out инвертора и выходной ток I_out инвертора.

[0033] Отклонение, или разность между напряжениями V_C1 и V_C2, вычисляется с помощью вычитателя 11 и выдается в качестве напряжения ΔV_c отклонения в блок 12 пропорционального управления. Это напряжение ΔV_c используется для вычисления смещения нейтральной точки (например, с помощью ПИД-управления) в блоке 12 пропорционального управления, и результат вычисления выводится в качестве величины напряжения V_NPC смещения нейтральной точки.

[0034] Поскольку направление потенциала нейтральной точки, которое изменяется при суммировании с напряжением V_NPC смещения нейтральной точки, зависит от полярности коэффициента мощности, определение полярности коэффициента мощности выполняется на основе напряжения V_out на нагрузке и/или выходе инвертора, и/или выходного тока I_out инвертора, в блоке 13 определения полярности мощности, затем результат определения выдается в качестве сигнала P_D полярности мощности в блок 14 переключения.

[0035] В блоке 14 переключения выбирается полярность напряжения V_NPC смещения нейтральной точки на основе сигнала P_D полярности мощности и полярности напряжения ΔV_c отклонения нейтральной точки. В данном случае, если сигнал P_D полярности мощности является «отрицательным», то в качестве значения напряжения V_NPC смещения нейтральной точки выбирают значение, получаемое умножением значения на выходе блока 12 пропорционального управления на «-1». В противном случае, если сигнал P_D полярности мощности является «положительным», в качестве напряжения V_NPC смещения нейтральной точки выводится значение, полученное из блока 12 пропорционального управления.

[0036] Напряжение V_NPC смещения нейтральной точки, сформированное описанным выше образом, добавляют к первым значениям управляющего напряжения $$V_U^{*}$$ , $$V_V^{*}$$ и $$V_W^{*}$$ для каждой фазы в первом сумматоре 9 в соответствии с иллюстрацией на фиг. 1 и затем выдают в качестве вторых значений $$V_U^{**}$$ , $$V_V^{**}$$ и $$V_W^{**}$$ управляющего напряжения. Затем полярность напряжения V_NPC смещения нейтральной точки определяется в блоке 8 определения полярности.

[0037] На фиг. 2 проиллюстрирована блок-схема блока 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания для данного варианта осуществления изобретения. Блок 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания имеет блок 15 вычисления положительной стороны, блок 16 вычисления отрицательной стороны и блок 17 выбора. На вход блока 5 управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания подают второе значение V** управляющего напряжения и сигнал P_NPC полярности, полученный с выхода блока 8 определения полярности.

[0038] Сначала второе значение V** управляющего напряжения подают в блок 15 вычисления положительной стороны и в блок 16 вычисления отрицательной стороны. В блоке 15 вычисления положительной стороны, чтобы преобразовать все фазы в импульсы отпирания, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции (ШИМ-модуляции) этих значений трехфазного управляющего напряжения, вычисляют напряжение V_PMPC смещения положительной стороны, которое представляет собой «положительное» и «минимальное» значение, суммируемое со вторым значением V** ( $$V_U^{**}$$ , $$V_V^{**}$$ и $$V_W^{**}$$ ) управляющего напряжения.

[0039] Аналогично, в блоке 16 вычисления отрицательной стороны, чтобы преобразовать все фазы в импульсы отпирания, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции (ШИМ-модуляции) этих значений трехфазного управляющего напряжения, вычисляют напряжение V_NMPC смещения отрицательной стороны, которое представляет собой «отрицательное» и «минимальное» значение, суммируемое со вторым значением V** (VU**, VV** и VW**) управляющего напряжения.

[0040] На основе сигнала P_NPC полярности в блоке 17 выбора выбирается напряжение V_PMPC положительной стороны или напряжение V_NMPC смещения отрицательной стороны и выдается в качестве напряжения V_MPC смещения импульса отпирания. В данном случае, если полярность напряжения V_NPC смещения нейтральной точки является положительной (в случае, когда сигнал P_NPC является положительным), выбирают напряжение V_PMPC смещения положительной стороны и выдают его в качестве напряжения V_MPC смещения импульса отпирания. В противном случае, если полярность напряжения V_NPC смещения нейтральной точки является отрицательной (в случае, когда сигнал P_NPC является отрицательным), выбирают напряжение V_NMPC смещения отрицательной стороны и выдают его в качестве напряжения V_MPC смещения импульса отпирания.

[0041] Далее будет описано функционирование устройства в случае, когда абсолютное значение второго управляющего напряжения меньше или равно заранее заданному значению.

[0042] Сначала с помощью блока 15 вычисления положительной стороны и блока 16 вычисления отрицательной стороны устанавливают значения трех фаз второго управляющего напряжения V** как максимальное значение V_max, среднее значение V_mid и минимальное значение V_min, исходя из более высокого значения управляющего напряжения.

[0043] Затем в блоке 15 вычисления положительной стороны вычисляется напряжение V_PMPC смещения положительной стороны, которое имеет «положительное» и «минимальное» значение, вводимое, чтобы все упомянутые максимальное значение V_max, среднее значение V_mid и минимальное значение V_min по модулю стали большими или равными пороговому значению.

[0044] С другой стороны, в блоке 16 вычисления отрицательной стороны вычисляется напряжение V_PMPC смещения положительной стороны, которое имеет «отрицательное» и «минимальное» значение, вводимое, чтобы все упомянутые максимальное значение V_max, среднее значение Vmid и минимальное значение Vmin по модулю стали большими или равными пороговому значению.

[0045] Наконец, одно из напряжения V_PMPC смещения положительной стороны, вычисленного в блоке 15 вычисления положительной стороны, или напряжения V_NMPC смещения отрицательной стороны, вычисленного в блоке 16 вычисления отрицательной стороны, выбирают в блоке 17 выбора на основе сигнала P_NPC полярности.

[0046] Ниже рассмотрен конкретный метод вычисления напряжения V_MPC смещения импульса отпирания, когда абсолютное значение второго значения управляющего напряжения меньше или равно упомянутому заранее заданному значению.

[0047] Сначала в блоке 15 вычисления положительной стороны определяется, является ли максимальное значение V_max по модулю меньшим или равным пороговому значению (пороговому значению управляющего напряжения, которое установлено таким образом, чтобы сигнал отпирания не достигал минимальной ширины импульса отпирания и менее, на основе минимальной ширины импульса отпирания и частоты несущей). Если максимальное значение V_max по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 15 вычисления положительной стороны вычисляется значение смещения, которое является «положительным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы максимальное значение V_max по модулю стало большим или равным упомянутому пороговому значению, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_min.

[0048] Далее, тем же образом, что и для максимального значения V_max, в блоке 15 вычисления положительной стороны определяется, является ли среднее значение V_mid по модулю меньшим или равным упомянутому пороговому значению. Если среднее значение V_mid по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 15 вычисления положительной стороны вычисляется значение смещения, которое является «положительным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы среднее значение V_mid по модулю стало большим или равным упомянутому пороговому значению, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_min.

[0049] Затем в блоке 15 вычисления положительной стороны определяется, является ли минимальное значение V_min по модулю меньшим или равным упомянутому пороговому значению. Если минимальное значение V_min по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 15 вычисления положительной стороны вычисляется значение смещения, которое является «положительным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы среднее значение V_min по модулю стало большим или равным упомянутому пороговому значению, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_min.

[0050] Наконец, значение, полученное сложением всех значений смещения, выводится в качестве напряжения V_PMPC смещения положительной стороны.

[0051] С другой стороны, в блоке 16 вычисления отрицательной стороны определяется, является ли максимальное значение V_max по модулю меньшим или равным упомянутому пороговому значению. Если максимальное значение V_max по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 16 вычисления отрицательной стороны вычисляется значение смещения, которое является «отрицательным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы максимальное значение V_max по модулю стало большим или равным упомянутому пороговому значению, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_min.

[0052] Далее, тем же образом, что и для максимального значения V_max, в блоке 16 вычисления отрицательной стороны определяется, является ли среднее значение V_mid по модулю меньшим или равным упомянутому пороговому значению. Если среднее значение V_mid по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 16 вычисления отрицательной стороны вычисляется значение смещения, которое является «отрицательным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы среднее значение V_mid по модулю стало большим или равным упомянутому пороговому значению, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_mid.

[0053] Затем в блоке 16 вычисления отрицательной стороны определяется, является ли минимальное значение V_min по модулю меньшим или равным упомянутому пороговому значению. Если минимальное значение V_min по модулю меньше или равно упомянутому пороговому значению, то в блоке 16 вычисления отрицательной стороны вычисляется значение смещения, которое является «отрицательным» и «минимальным» значением, вводимым, чтобы минимальное значение V_min по модулю стало большим или равным упомянутого порогового значения, и затем оно добавляется ко всем значениям - максимальному значению V_max, среднему значению V_mid и минимальному значению V_min.

[0054] Наконец, значение, полученное сложением всех значений смещения, выводится в качестве напряжения V_PMPC смещения отрицательной стороны.

[0055] После этого одно из значений - напряжение V_PMPC смещения положительной стороны, вычисленное в блоке 15 вычисления положительной стороны, или напряжение V_NMPC смещения отрицательной стороны, вычисленное в блоке 16 вычисления отрицательной стороны, - выбирают в блоке 17 выбора на основе сигнала P_NPC полярности.

[0056] Когда значения трех фаз второго управляющего напряжения V** не находятся в окрестностях нуля, и все сигналы отпирания для трех фаз имеют заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания и более (т.е., когда вторые значения V** трех фаз управляющего напряжения по модулю больше или равны пороговому значению), напряжение V_PMPC смещения положительной стороны и напряжения смещения V_NMPC отрицательной стороны становятся нулевыми, при этом второе значение V** управляющего напряжения становится равным третьему значению V*** управляющего напряжения (второе значение V** управляющего напряжения = третьему значению V** управляющего напряжения).

[0057] Таким образом, путем выбора полярности напряжения V_MPC смещения для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания с учетом полярности напряжения смещения V_NPC нейтральной точки, когда по меньшей мере одна фаза (или более) из трех фаз второго значения $$\left(=V_U^{**},V_V^{**}иV_W^{**}\right)$$ управляющего напряжения находится в окрестности нуля, и действует управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания, вводится напряжение V_MPC смещения импульса отпирания, направление которого является таким же, что и направление напряжения V_NPC смещения нейтральной точки. Как следствие, появляется возможность исключить снижение эффективности управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки из-за действия системы управления в направлении, увеличивающем флуктуации потенциала нейтральной точки, которое возникает из-за того, что суммируются напряжение V_MPC смещения импульса отпирания и напряжение V_NPC смещения нейтральной точки, имеющие противоположные направления.

[0058] То есть, поскольку управление выполняют с привязкой полярности напряжения V_MPC смещения импульса отпирания к полярности коэффициента мощности NPC-преобразователя 2 мощности и к полярности напряжения ΔV_c отклонения нейтральной точки, появляется возможность исключить ухудшение характеристик устройства в результате применения управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки в комбинации с управлением для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания (появляется возможность предотвратить ослабление эффективности управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки или рост флуктуаций потенциала нейтральной точки).

[0059] Также, в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, управление для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки и управление для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания могут осуществляться без увеличения количества переключений, при этом имеется возможность избежать роста потерь энергии из-за потерь на переключения.

[0060] Настоящее изобретение было подробно описано только на примере рассмотренного выше варианта его осуществления, однако, несмотря на это в рамках технической концепции настоящего изобретения возможны изменения и модификации, что очевидно специалистам в данной области техники. Все такие изменения и модификации также попадают в объем правовой защиты формулы изобретения.

[0061] К примеру, в данном варианте осуществления настоящего изобретения способы вычисления напряжения V_MPC смещения импульса отпирания и напряжения V_NPC смещения нейтральной точки подробно рассмотрены с помощью конкретного примера. Однако, при условии, что в рассмотренном способе выбирают полярность напряжения V_MPC смещения импульса отпирания на основе полярности напряжения V_NPC смещения нейтральной точки, может использоваться любой способ вычисления.

Предложено устройство преобразования мощности, в котором напряжение смещения импульса отпирания и напряжение смещения нейтральной точки не создают помех друг для друга. Устройство (1) преобразования мощности имеет блок (8) определения полярности, который определяет полярность напряжения (V_NPC) смещения нейтральной точки, вычисляемого в блоке (4) управления для подавления флуктуации потенциала нейтральной точки, и затем на основе этой полярности напряжения (V_NPC) смещения нейтральной точки блок управления импульсом отпирания выбирает полярность напряжения (V_MPC) смещения импульса отпирания. В результате полярности напряжения (V_NPC) смещения нейтральной точки и напряжения (V_MPC) смещения импульса отпирания различны, что не позволяет этим двум напряжениям смещения быть помехой друг для друга. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Многоуровневое устройство преобразования мощности с фиксированной нейтральной точкой, которое преобразует напряжение постоянного тока, поступающее с выхода источника питания постоянного тока, имеющего нейтральную точку, в напряжение переменного тока с широтно-импульсной модуляцией с обеспечением любого потенциала положительного электрода, отрицательного электрода и нейтральной точки на основе сигнала отпирания, формируемого путем сравнения положительной и отрицательной треугольных волн несущих со значением управляющего напряжения, поступающего с выхода схемы управления управляющим напряжением, отличающееся тем, что упомянутая схема управления управляющим напряжением имеет:
блок управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки, который вычисляет напряжение смещения нейтральной точки, добавляемое к значению управляющего напряжения, чтобы подавить флуктуации напряжения нейтральной точки упомянутого источника питания постоянного тока;
блок определения полярности, который определяет полярность упомянутого напряжения смещения нейтральной точки и выдает сигнал полярности; и
блок управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания, который вычисляет напряжение смещения импульса отпирания, положительный или отрицательный знак которого задают в соответствии с упомянутым сигналом полярности, при этом напряжение смещения импульса отпирания представляет собой значение, которое добавляют к значению управляющего напряжения, к которому также добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы обеспечить в сигнале отпирания заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания.

2. Многоуровневое устройство преобразования мощности по п. 1, в котором упомянутый блок управления для обеспечения минимальной ширины импульса отпирания имеет:
блок вычисления положительной стороны, который вычисляет напряжение смещения положительной стороны, которое является положительным и минимальным значением, добавляемым к значению управляющего напряжения, к которому также добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы преобразовать все фазы в импульсы, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции значения управляющего напряжения;
блок вычисления отрицательной стороны, который вычисляет напряжение смещения отрицательной стороны, которое является отрицательным и минимальным значением, добавляемым к значению управляющего напряжения, к которому также добавляют напряжение смещения нейтральной точки, чтобы преобразовать все фазы в импульсы, ширина которых превышает заранее заданную минимальную ширину импульса отпирания при широтно-импульсной модуляции значения управляющего напряжения; и
блок выбора, который выбирает и выводит либо упомянутое напряжение смещения положительной стороны, либо упомянутое напряжение смещения отрицательной стороны в соответствии с упомянутым сигналом полярности.

3. Многоуровневое устройство преобразования мощности по п. 1 или 2, в котором упомянутый блок управления для подавления флуктуаций потенциала нейтральной точки имеет:
вычитатель, который вычисляет напряжение отклонения между напряжением между положительным электродом и нейтральной точкой упомянутого источника питания постоянного тока и напряжением между отрицательным электродом и нейтральной точкой упомянутого источника питания постоянного тока;
блок пропорционального управления, который выполняет пропорциональное управление упомянутым напряжением отклонения и вычисляет величину упомянутого напряжения смещения нейтральной точки;
блок определения полярности мощности, который определяет полярность коэффициента мощности упомянутого устройства преобразования мощности на основе выходного тока и выходного напряжения этого устройства преобразования мощности и выдает сигнал полярности; и
блок переключения, который переключает полярность упомянутого напряжения смещения нейтральной точки в соответствии с упомянутым сигналом полярности мощности.