[发明专利]用于交流-交流直接变换装置的切换图案创建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将从单相或多相交流电源输入的电压或频率变 换成任意电压或频率并且输出它的交流-交流直接变换装置(矩阵变换 器)，并且具体地说，涉及一种由通过合成如下图案得到的切换图案 控制每个双向开关的切换图案创建方法；虚拟输入变换器通过组合2n 个基向量和n个零电压向量创建的切换图案，通过该2n个基向量， 相互不同的任意输入相连接到虚拟直流链路的P侧和N侧上，通过该 n个零电压向量，相同相连接到P侧和N侧上；和虚拟输出逆变器通 过使用包括两个零电压向量的2+2n种基向量创建的切换图案。

背景技术

以前存在的这种交流-交流直接变换装置，是一种快速切换具有 自灭弧型半导体元件的双向开关并且把单相或多相交流输入变换成 任意电压或频率的动力的变换装置，并且其基本构造表示在图15中。 输入滤波器2和双向开关S1～S9的构造的交流-交流直接变换电路3 安装到三相交流电源1的每一相R、S、T上，并且通过在比电源频 率高得多的频率下由控制器4PWM控制每个双向开关，在把输入电 压直接施加到诸如电机之类的负载上的同时得到控制到任意电压或 频率的交流输出U、V、W。

关于在交流-交流直接变换装置中的双向开关的切换图案，例如 在载波振幅调制的情况下，它由在与输入电压同步的信号的PWM变 换器图案与根据输出频率和电压创建的PWM逆变器图案之间的 AND(与)条件确定。借助于这种图案确定，交流-交流直接变换装 置的输入电流由PWM变换器图案控制，并且输出电压和频率由PWM 逆变器图案控制，及在输入功率因数被保持在“1”的同时，输入电流 到正弦波的变换、输出波形到正弦波的变换、及频率变换操作被同时 实现。这里，相对于双向开关，有其中使用在图中所示的多个单向开 关构造双向开关的情形。

关于交流-交流直接变换装置的控制方法，当广义地分类方法时， 有虚拟直流链路型和交流-交流直接型两种方法。虚拟直流链路方法是 一种设计成虚拟地考虑直流链路并且虚拟输入变换器和虚拟输出逆 变器可被分离控制的方法，并且这类似于常规电流馈电PWM变换器 +电压馈电PWM逆变器的构造，那么控制概念很容易。同时，有其 中不产生在所有不同相位处在1:1下连接输入侧的每一相和输出侧的 每一相这样六种切换图案的约束条件。在交流-交流直接型的情况下， 尽管没有以上切换图案的约束条件，但算法一般会很复杂。

关于创建PWM图案的手段，主要有载波比较手段和空间向量调 制手段。载波比较手段是一种通过在三角波载波与正弦波之间的数值 比较而创建PWM图案的手段。作为应用于虚拟直流链路方法的载波 比较手段，已经提出了这样一种手段：它减小在PWM控制中开关的 切换次数，并且在相同切换次数下减小切换损失和噪声，及通过由虚 拟PWM脉冲创建虚拟输入变换器的载波和虚拟输出逆变器的载波进 一步改进输出电压的控制精度(例如，专利文献1)。

空间向量调制手段是一种按照交流-交流直接变换装置的每个双 向开关的切换状态选择瞬时空间电流向量的手段，并且切换图案由这 种选择确定。也已经提出了一种采纳这种空间向量调制手段的方法 (例如，非专利文献1)。在这种空间向量调制手段中，通过选择适 当的切换图案，可减小开关的切换次数，并且可减小切换损失，及进 一步可降低负载电流变化那么可减小输出电压的失真。

进一步，也公布了一种采纳虚拟直流链路方法中的空间向量调制 手段的方法学(例如，非专利文献2)。

专利文献1：日本专利申请Kokai公报No.2005-168198

非专利文献1：“An Analysis Method of AC-AC Direct Converters(交流-交流直接变换器的分析方法)”Thejournal of The Institute of Electrical Engineers of Japan，SPC97-53，这个文献在日本 已经公开。