[发明专利]电力变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力变换装置，尤其涉及基于相电压指令值对直流电压进行脉冲宽度调制控制从而变换为任意频率的交流电压的电力变换装置。

背景技术

在使用了电力变换装置的交流电动机驱动中，通过利用所述电力变换装置内部的二极管对商用电源提供的交流电源进行整流，利用平滑电容器进行平滑处理，从而变换为直流电压。之后，通过逆变器变换为任意的交流电压，输出给电动机进行可变速控制。

具体而言，通过按照基于相电压指令值与三角波载波的大小比较的PWM控制，对逆变器进行开关，从而将正弦波状的相电压指令值的大小变换为输出脉冲，对交流电动机施加电压。在该PWM控制中，大致区分为非同步PWM控制和同步PWM控制。

非同步PWM控制，是不依赖于相电压指令值的频率ft的值，而总是使三角波载波的频率fc为恒定的方式，被用于通用逆变器、轧钢机驱动逆变器等。

同步PWM控制，是总是使三角波载波的频率fc为相电压指令值的频率ft的K倍(K：整数)的方式，被用于电动车辆、无功功率补偿装置等。在该情况下，按照相电压指令值的频率ft的变化，使三角波载波的频率fc以及它们的比率(fc/ft：整数比、以后称为脉冲数)发生变化。

在非同步PWM控制中，在三角波载波的周期内将相电压指令值视为大致恒定，为了减小相电压指令值和输出脉冲的误差，需要使三角波载波的频率fc相对于相电压指令值的频率ft足够大(fc/ft：10以上)。在该三角波载波的频率fc与相电压指令值的频率ft的比率较小的情况下，在三角波载波的周期内，相电压指令值较大地发生变化。因此，相电压指令值和输出脉冲的误差变大，发生拍频(beat)现象等的问题，在交流电动机驱动时产生较大的转矩脉动。

因此，在专利文献1中记载了抑制三角波载波的频率fc与相电压指令值的频率ft的比率较小时发生的拍频现象的PWM控制方式。在专利文献1中记载了如下控制方式：对用于决定输出脉冲的宽度的三角波载波的半周期间中的相电压指令值的平均值进行估计，并且按照估计结果来产生输出脉冲。

专利文献1：JP特开平8-251930号公报

但是，在施加给交流电动机的电压中，由于PWM控制而发生以下的式(1)所示的边带(side band)波成分fb。

fb＝m·f_c+n·f_t    (1)

m、n：整数

在非同步PWM控制中，因为三角波载波的频率fc恒定，所以边带波成分fb根据相电压指令值的基波频率ft而变化。此外，边带波成分fb也发生在相电压指令值的基波频率ft附近，成为数Hz～数十Hz的低阶成分的电动机输出转矩波纹成分。一旦该电动机输出转矩波纹成分与数十Hz的较低的机械系统固有振动频率一致，则发生机械性振动。故在所述专利文献1中不能充分抑制该现象。

在同步PWM控制中，因为总是使三角波载波的频率fc为相电压指令值的基波频率ft的K倍(K：整数)，所以可以将式(1)所示的边带波成分fb设为相电压指令值的基波频率ft的整数倍。因此，能够防止发生相电压指令值的基波频率ft以下的电动机输出转矩波纹成分。如此通过使用同步PWM控制，因为不发生与数十Hz的机械系统固有振动频率一致的低阶的电动机输出转矩波纹成分，所以能够防止上述机械性振动。

但是，因为施加给交流电动机的电压为U、V、W相的三相，所以为了满足使全部三相中的三角波载波和相电压指令值的相位一致这一条件、以及在各相的相电压指令值的基波频率的一周期间中保持施加给交流电动机的输出电压的对称性这一条件，以往，使三角波载波的频率fc为相电压指令值的频率ft的L倍(L：3的奇数倍)。因此，在依靠相电压指令值的基波频率ft的变化来切换三角波载波的频率ft的同步PWM控制中，存在伴随脉冲数的切换而发生脉动(切换冲击)等的问题。尤其，在脉冲数较小的情况(例如9脉冲至3脉冲)下，除了产生所述切换冲击的问题，还产生如下问题：由于与切换后的三角波载波频率fc的急剧变化相伴随的控制周期的急剧变化，控制系统变得不安定。

如多级电力变换装置等的大容量的电力变换装置那样，在不能提高三角波载波的频率fc的情况下，这些问题变得更加显著。

此外，在所述平滑电容器与所述逆变器之间，通过将二者进行电连接，而存在电感L。即，在平滑电容器与逆变器间形成LC电路，形成如以下的式(2)所示的LC共振频率f_LC。

f_LC＝1/(2·π·(LC)^(-1/2))    (2)