[发明专利]交流电机系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电机系统，该交流电机系统包括：交流电动机、交流发电机、交流电源等交流电机；以及与该交流电机之间进行功率交换的功率转换器。更详细而言，本发明涉及在功率转换器停止运行时、防止或抑制电磁能从交流电机流入功率转换器一侧的交流电机系统及其控制方法。

背景技术

图11是表示交流电机系统的一个示例的示意图。图11中，10是逆变器、整流器那样能控制交流电的功率转换器，20是交流电动机、交流电源等交流电机。

在该交流电机系统中，通过功率转换器10的功率转换动作、以及交流电机20的电动机动作、发电机动作等，在功率转换器10与交流电机20之间进行交流电的交换。

在上述结构中，交流电机20中存在电抗分量，功率转换器10与交流电机20之间的电缆中也存在电抗。此外，电缆的中途所连接的作为元器件的电抗器、滤波器中也存在电抗。图11中，30表示交流电机20以外的电抗分量。

接着，图12是表示图11的具体例的示意图。图12中，11是作为三相功率转换器的全桥型逆变器，111～116是构成逆变器1的半导体开关元件，21是作为交流电机的交流电动机，40是电源(直流电源)，50是直流电压部的电容器(以下称为主电容器)。

在该交流电机系统中，通过使逆变器11的开关元件111～116导通、截止来对提供给交流电动机21的三相(U、V、W相)的交流电进行控制，从而能调整交流电动机21的产生转矩、转速。

由于这种交流电机系统是公知的，因此省略对电路结构以及动作的详细说明。

在上述那样的交流电机系统中，功率转换器10的运行停止时会产生问题。即，存在上述电抗分量所具有的电磁能会在功率转换器10停止时流入功率转换器10的问题。

以图12的交流电机系统为例进行说明，在逆变器11的运行停止时，即使逆变器11的所有开关元件111～116截止时，交流电动机21所具有的电磁能会流入逆变器11，导致如下问题的产生。

首先，通过逆变器11内的回流二极管使直流电压部的主电容器50的电压上升，若该电压超过主电容器50、开关元件111～116的耐压，则这些元器件会损坏。为了避免该问题，提高主电容器50的静电电容、提高主电容器50、开关元件111～116的耐压等对策是有效的，但都会导致成本、体积、产生损耗增大等。

对此，存在如下方法：与主电容器50串联地添加半导体开关元件与电阻的串联连接电路(动态制动电路)，当施加在主电容器50上的电压过大时，使动态制动电路动作来抑制主电容器50的电压上升。然而，该方法也无法避免因添加动态制动电路而带来的成本、体积增大的问题。尤其是功率转换器在电流流通时停止大多是在非常时期才会发生，若特意为此设置动态制动电路，则显然是不经济的。

接着，若交流电动机21例如是永磁体型同步电动机(Permanent Magnet SynchronousMotor：PMSM，以下也称为PM电动机)，则在电动机高速旋转时，空载感应电压(感应电动势)可能会高于直流电压部的电压，此时，在功率转换器10停止后，电流也会继续流入直流电压部。尤其是在直流电压部连接有电池作为电源的情况下，若流入直流电压部的电流过大，则电池可能会损坏。

在该情况下，为了摆脱流入直流电压部的电流过大的状态，考虑在电池与功率转换器之间设置直流开关，并将该直流开关切断。然而，当电流流入交流电机(该例中为PM电动机)时，电抗分量所具有的电磁能还是会流入主电容器50，其结果使导致对主电容器50施加了过电压。

此外，作为构成交流电机系统的功率转换器10，除了图12所示的逆变器11以外，还存在矩阵转换器那样、能对电流进行双向流通、切断的半导体开关元件与交流电机20相连的情况。在该矩阵转换器中，若使开关元件截止从而设为任意方向都无法流过电流的状态，则电抗分量所具有的电磁能将无处释放，导致在开关元件上瞬间施加过大的电压，开关元件可能会损坏。

这里，图13是表示在图12的交流电机系统中、逆变器11的停止运行时的模拟结果的波形图。另外，交流动机21中使用了PM电动机，图13示出了在逆变器11进行再生动作的状态(将PM电动机的产生电力提供给逆变器11一侧的状态)下、在时刻t₁停止逆变器11的运行时各部分的电压、电流等行为。

根据图13可知，原先为400[V]的直流电压部的电压(图中的逆变器直流电压)在时刻t₁以后上升到了800[V]。因此，若主电容器50的耐压低于800[V]，则主电容器50会损坏。