[发明专利]电力转换装置

说明书

本发明涉及电力转换装置，针对其中三相电压型逆变器的转换效率低的问题，目的在于提供能够提高三相电压型逆变器的转换效率的电力转换装置。本发明的电力转换装置具备三相电压型逆变器、二相/三相转换部、三次谐波生成部、加法器、PWM控制部及三次谐波振幅决定部。三次谐波生成部生成正弦波状的三次谐波信号，该正弦波状的三次谐波信号与三相的电压指令信号同步且具有三相的电压指令信号的三倍的频率。而且，三次谐波生成部具备三次谐波振幅决定部，该三次谐波振幅决定部基于与二相的电压指令信号对应的电压振幅指令值及与对电力系统的输出请求对应的输出功率因数指令值，决定三相电压型逆变器的电力损失为最小的三次谐波信号的振幅。

技术领域

本发明涉及一种电力转换装置。

背景技术

作为逆变器的控制方式，已知有PWM(Pulse Width Modulation)控制。在三相逆变器中，在U、V、W的各相生成正弦波的电压指令信号，将这些电压指令信号与作为三角波的载波信号进行比较，从而进行三相的PWM控制。

然而，在该正弦波－三角波比较方式的PWM控制中，为了正常地执行调制，需要各相的电压指令信号处于载波信号的振幅内，逆变器的输出电压的基波的振幅被限制为直流电压的√3/2以下。因此，存在直流电压的电压利用率低这一问题。

为了提高电压利用率，已知有对三相的电压指令信号重叠与之同步的三次谐波的方式(日本特开2009－124799号公报)。如图5所示，通过使基波的三倍的频率的三次谐波(51)重叠于各相的电压指令信号(50)而减小电压指令信号(52)的峰值，从而能够增大输出电压的基波成分的最大值而提高逆变器的电压利用率。这是利用了即使重叠第三次的高次谐波、线间输出也不包含该高次谐波这一点。另外，已知通过使三次谐波信号的振幅相对于电压指令信号为1/6左右，能够最大程度地提高电压利用率(图6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－124799号公报

发明内容

发明将要解决的课题

因此，一般来说，为了提高电压利用率，将三次谐波的振幅相对于电压指令信号设定为1/6左右。然而，该设定并不一定使逆变器的转换效率达到最佳。根据本发明人的新的见解，三次谐波的振幅能够为了提高逆变器的转换效率而使用。参照图7、图8具体地进行说明。

图7是用于说明流经电压型逆变器的电流的路径的图。根据逆变器运转中的开关元件的ON/OFF，电流所流经的路径变化。电流的朝向为，在图7中将从逆变器流向负载侧的方向设为正。于是，则沿正方向流动的电流的路径为A及B，沿负方向流动的电流的路径为C及D。B及C是经过开关元件的路径，A及D是经过二极管的路径。

图8是用于说明开关元件(晶体管)中的损失的图。从OFF切换为ON时、从ON切换为OFF时花费一些时间。在该开关期间，电压以及电流并非完全是ON或OFF，因此会产生电力损失。另外，开关元件在ON的期间也并非完全导通，而是在集电极－发射极间产生下降电压，因此产生电力损失。这种电力损失在其他半导体元件(例如二极管)中也会产生，但其损失量不同。在图8中，(1)及(3)示出了开关引起的电力的损失期间，(2)示出了导通引起的电力的损失期间。电力损失除了影响转换效率之外，作为热能释放的热能越大，越需要大规模的冷却单元，因此最好较少。

如上述那样，若对三相的电压指令信号重叠三次谐波，则电压指令信号的波形变化(图5)，栅极脉冲的样态、即逆变器输出电压的ON/OFF比率变化。其结果，流经具有开关元件的路径以及具有二极管的路径的电流的时间比率也变化。由于有根据电流的路径而电力损失产生不同的情况(图7、图8)，因此有时最终逆变器的转换效率也产生不同。该电压指令信号的波形的变化程度也根据重叠的三次谐波的振幅而变化。本发明人着眼于这一点，为了使三相电压型逆变器的转换效率提高而使用了三次谐波的振幅。