[发明专利]逆变器装置、或控制该逆变器装置的逆变器控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及将直流电压变换成3相交流电压的逆变器装置。

背景技术

在铁道车辆的技术领域中，通过用1台逆变器装置使1～4台的3相交流电动机可变速运行来使车辆加减速的方式得到广泛的应用。逆变器装置基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation、PWM)来对多个开关元件进行接通断开控制从而将直流电压变换成所期望的振幅以及频率的交流电压，并施加给交流电动机。

在图1示出在铁道车辆的逆变器装置中一般使用的交流电压基波的振幅和频率的关系。横轴是交流电压基波的频率，纵轴是用逆变器装置能输出的最大的交流电压基波的振幅将交流电压基波的振幅标准化后得到的值(以下称作调制率)。

在交流电压基波的频率低的区域(图中的F2以下的区域)中，调制率与频率成正比地增加。即，在图1中(F1，Ym1)和(F2，Ym2)存在于同一直线上。然后，在交流电压的振幅成为最大后就仅使交流电压的频率增加。

如此，在铁道车辆用的逆变器装置中，一般在频率为F2以下的区域进行可变电压可变频率控制，在F2以上的区域进行恒定电压可变频率控制。

另外，在铁道车辆的逆变器装置中，如图1所示，一边切换非同步模式和同步模式、1脉冲模式这3个种类的PWM方式一边输出交流电压。在图2～6示出各个控制模式下的PWM方式的波形。

在图2中，示出了3相交流中的1相，表示用逆变器装置的直流侧的电压将交流电压的指令值标准化后得到的调制波、和三角波状的载波、以及作为对逆变器装置的开关元件的接通断开指令的PWM脉冲。PWM脉冲如图那样，在基于调制波与载波的大小关系而调制波大于载波的情况下成为接通指令，在调制波小于载波的情况下成为断开指令。

在交流电压的频率低的区域，使用图2所示的非同步PWM模式(以下称作非同步模式)来输出交流电压。

在非同步模式下，是不使调制波与载波的相位关系固定，而使用相对于调制波的频率足够高的频率的载波来生成PWM脉冲的方式。

在非同步模式区域，在调制波的频率低的区域中，如图2所示，由于相对于调制波的频率，载波的频率足够高，因此虽然交流电压的失真较小，但若调制波的频率变高，则交流电压的失真会变大。为此，在调制波的频率成为图1的F1以上时，移转到图3～图5所示的同步PWM模式(以下称作同步模式)。

在同步模式下，是按照在调制波与载波之间使给定的相位关系成立的方式来配置载波，配合调制波的频率也使载波的频率增加的PWM方式。在图3中示出在调制波1周期中配置9周期的载波的同步9脉冲模式。在铁道车辆中，一般因3相交流的对称性而使用配置3的奇数倍的载波的同步模式。

在调制波的振幅变大时，如图4、5那样产生调制波的振幅大于载波的振幅的区域，调制波每1周期的PWM脉冲数减少。PWM脉冲的减少方式由调制波与载波的相位关系决定，这种情况下调制波每1周期的PWM脉冲数减少为9个(图3)、7个(图4)、3个(图5)。

调制波的振幅成为最大时，成为如图6那样在调制波1周期期间仅切换1次接通指令和断开指令的1脉冲模式。

若以图2～6为基础来图示调制率和开关元件反复接通断开动作的频率(以下称作开关频率)的关系，则成为图7。

非同步模式的载波的频率、和从非同步模式移转到同步模式的条件(图1的F1)根据逆变器装置所产生的损耗的大小、和伴随开关元件的接通断开动作的电流脉动(ripple)的大小而决定。

非专利文献

非专利文献1：电気学会电気铁道にぉける教育調查專門委具会编最新电気鉄道工学ュロナ社(电气学会，电气电路中的教育调查专业委员会最新编，电气铁路工学KORONA公司)

在此，在开关元件中产生伴随接通断开动作的损耗，由于损耗越大就对逆变器装置要求越高的冷性能，所以从逆变器装置的开关损耗这一点出发，期待开关频率低。

另一方面，由于若开关频率相对于交流电压基波的频率变低则交流电压的失真就会增加，从而导致电动机效率降低，因此从电动机效率这一点出发，期望开关频率高。

为此，不依赖开关频率地抑制交流电压的失真来提升电动机效率成为课题。

发明内容

本发明目的在于提供能抑制交流电压的失真率，提升电动机的效率的逆变器装置。

本发明所述的铁道车辆的逆变器装置在输出其它相的开关元件断开或接通的固定电压的相位区域进行与交流电压指令的振幅相应的开关控制，在其它相的开关元件进行开关动作的相位区域使开关元件接通或断开来输出固定电压。

发明效果