[发明专利]高频电网变换装置

说明书

本发明与根据用作高频电源的相位移前电容器上的电压进行自然换向的变频电网电源变换装置有关。

本发明申请人提出过一种交流电动机的驱动器（日本专利申请No.61-165028，相应于1988年7月26日颁发的美国专利No.4，760，321）可以作为高频电网电源变换装置的一个应用范例。

在这种交流电动机的驱动器中，二个循环变流器由加在用作高频电源的相位移前电容器上的电压进行自然转向，第一个循环变流器控制由交流电源提供的输入电流，使加在进相电容器上的电压峰值保持在一个恒定的电平上。第二个循环变流器利用相位移前电容器作为高频电源完成频率转换，向交流电动机提供电压可变、频率可变的正弦电流。

在上述设备中，由交流电源提供的输入电流能控制成具有与电源电压同相的正弦波形，因此运行可以达到输入功率因子等于1，并且没有多少高次谐波。供给交流电动机的电流能够控制成具有正弦波形，使电动机能毫无转矩脉动进行运行。此时，最高输出频率可以高达数百赫兹。因此就能提供一种高速大功率的可变速交流电动机。

然而上述日本专利申请的高频电网电源变换装置具有下列问题。

原则上，在上述日本专利申请的设备中第一循环变流器的循环电流自然增大或减小，以使加在相位移前电容器上的电压的频率和相位与供给该循环变流器的相位控制器的基准信号（高频3相电源电压）的频率和相位一致。然而实际上，由于电路的损耗或其它类似原因，加在进相电容器上的电压与基准电压之间会出现相位差。结果，实际加在每个换流器输入端的电压就会与确定换流器触发相位的相位基准电压不一致，使换流器产生不了需要的输出电压。这样，相位输入信号相应有偏离，可控范围变差，使电源控制成为非线性和饱和。

当高频电网电源变换设备的负载突然改变时，加在相位移前电容器上的电压相位随基准电压变化，但这种变化衰减的速度在以上日本专利申请的设备中是很缓慢的。此时，由于加在进相电容器上的电压相位的这种变化以及过流等使自然换向发生换向故障，换向故障会对器件产生不良影响。

本发明的目的是提供一种高频电网电源变换装置。在这种装置中，由于使加在用作高频电源的进相电容器上的电压相位稳定和将该电容器电压与基准电压间的相位差抑制到最小值扩展自然换向的换向极限，因此能够获得很宽的相位可控范围。

上述目的能用一种高频电网电源变换装置来实现。这种装置的组成为：一个直流或交流电源;一个具有与电源相接的输出端的循环电流型循环变流器;一个与循环变流器输入端相接的高频相位移前电容器;一个用来控制循环变流器触发相位的相位控制器，一个供给相位控制器相位基准信号和外振荡器;用来控制加在相位移前电容器上的电压峰值的装置;用来检测外振荡器供给的基准信号与加在相位移前电容器上的电压之间的相位差的装置;以及用来控制检测到的相位差的装置。

循环电流型循环变流器根据加在相位移前电容器上的电压进行自然换向。通过用循环变流器调整由直流或交流电源供给的电流的方法将加在相位移前电容器上的电压峰值控制成大体不变。再者，用来控制循环变流器触发相位的相位控制器被加有来自处振荡器的相位基准信号。这样，加在相位移前电容器上的电压的频率和相位就能改变成与基准信号的频率和相位一致。然而实际上，由于电路的损耗或其它类似的原因，加在相位移前电容器上的电压与基准电压之间会有相位差。将这个相位差检测出来，再根据所检测出的相位差调整循环变流器的循环电流，使这相位差减小到零。

当负载（如用来驱动交流电动机的第二循环换流器之类）接到相位移前电容器时，如果负载突然改变，加到相位移前电容器上的电压的峰值、频率、和/或相位就会有起伏的趋势。然而此时峰值控制装置使电压幅度保持不变，而相位差控制装置使电压的频率和相位保持稳定。

这样，每个换流器的相位控制就非常稳定，不会再发生什么换向故障，因此就能获得很宽的相位控制范围。

图1为说明按本发明的高频电网电源变换装置的一个具体装置的电路图，

图2为用来说明图1所示装置起动工作的等效电路图;

图3A和3B为用来说明图1所示装置工作的时间波形图;

图4A和4B为用来说明图1所示装置工作的另二个时间波形图;

图5为说明图1所示装置工作的另一个等效电路图;

图6为展示用于图1装置中的相位差检测器（SITA）的一个例子的电路图;

图6B为说明图6A检测器工作的时间波形图;

图7为说明按本发明电源变换装置控制电路的另一个具体装置的电路图;