[发明专利]用于将直流电压转换成交流相电压的功率变流器

说明书

本发明涉及一种用于控制功率变流器的装置，该功率变流器将串联的直流分压电容上给出的直流电压转变成具有正、零和负三种电势的交流相电压。

在用脉宽调制（PWM）逆变器驱动感应电动机之类负载时，总希望逆变器的交流输出电压含有尽量少的谐波成分。

为了满足这种要求，提出了一种称为三电平逆变器的逆变器。

例如，“生成与优化三电平PWM波形的一种新途径”（PESC'88资料，1988年4月，第1255页至第1262页，后文称为文献1）一文中就举出这样的一种逆变器。文献1提出了一种交替输出经过零电压的正、负脉冲电压的双极调制系统，该系统适用于改善波形，并控制三电平逆变器的极小电压。

但是，若采用这种双极调制系统，电压利用因数会降低，因为极小的电压是用极性与输出相电压基波极性相反的脉冲来控制的。文献1还描述了一种具有高电压利用因数的控制系统，这种系统朝着单极调制系统转变，能输出多个仅具有与输出相电压基波相同极性的脉冲电压。

另一方面，三电平逆变器内在的问题体现在这些现象上，例如，将DC电压分成两部分的串接电容器的电容不平衡;以及由于逆变器输出脉冲的变动，流入和流出电容器串接点的电流中的DC成分，会引起被分出的两个DC电压DC成分之间的不平衡。抑制这种不平衡的技术可见于日本专利公开公报101969/1990号，以及 “NPC逆变器DC输入电容电压的平衡”一文（研究协会资料，日本电气工程协会，半导体电力转换研究会，SPC-91-37，1991/6，第111页至第120页，后文称为文献2）。

根据日本专利公开公报第101969/1990号中揭示的用于抑制两个DC电压之间DC成分不平衡的技术，文献1的双极调制系统中两个正弦调制波的振幅会被改变。但是，如后文将说明的那样，这种技术也会引起偏移量（偏置量）的变动。为了校正这种变动，偏移量必须在以后的控制步骤中再次调整，这使得控制操作变得复杂。

根据文献2中揭示的抑制两个DC电压间DC成分不平衡的技术，在文献1的单极调制系统中，将给逆变器电压指令叠加上一个信号，该信号对应于两个DC电压的差分电压中的DC成分。

当把上述三电平逆变器用于电车时，要求输出电压在从零一直到接近一个可能的最大电压的范围内得到持续的控制。因而，就必须将调制系统（调制模式）从双极调制系统（调制模式）转换为单极调制系统（调制模式）。

然而，若在调制系统基础上采用上述用于抑制两个DC电压间DC成分不平衡的技术，电路结构和控制操作会变得复杂。

本发明的目的在于在双极调制系统（调制模式）中简单而有效地抑制两个DC电平间DC成分的不平衡。

本发明另一目的在于，在采用双极调制系统（调制模式）和另一调制系统（调制模式）的电车中简化抑制两个DC电压间DC成分不平衡的操作。

前一目的由一控制功率变流器的装置实现，该装置包括：将DC电压分割的串联电容器;将所述电容器给出的直流电转换成具有正、零和负电平的交流相电压的DC/AC变流器;一个调制装置，向所述DC/AC变流器提供一个信号，用以产生穿插有零电平脉冲的一串交变输出脉冲，该脉冲串对应于DC/AC变流器输出相电压 的基波的半个周期;以及一个根据所分割电压之间差值的DC成分，调整所述输出相电压的正输出脉冲或负输出脉冲的宽度的装置。

本发明的后一目的由一个控制电车的装置实现，该装置包括：分割一DC电压的串联电容器;用于将所述电容器给出的直流电转换成具有正、零和负电平的交流相电压的DC/AC变流器;由所述DC/AC变流器驱动的AC电动机;一调制装置，它具有一个第一调制模式，在该模式下，所述DC/AC变流器得到一个信号，以响应馈给所述DC/AC变流器的电压指令和频率指令，产生穿插有零电平脉冲的一串交变输出脉冲，该脉冲串对应于DC/AC变流器输出相电压的基波的半个周期，还具有一个第二调制模式，在该模式下，所述DC/AC变流器得到一个信号，以产生一串不同于所述第一调制模式下的输出脉冲串的输出脉冲;一个DC成分不平衡抑制装置，在所述第一和第二调制模式下，抑制所分出的DC电压之间DC成分的不平衡。

在双极调制系统中，为了控制流入或流出电容器串接点的电流中的DC成分，根据分出的两个DC电压的差分电压的DC成分，调整具有输出相电压的一个极性的输出脉冲的宽度。因而，利用简单的控制操作，有效地抑制了两个DC电压间DC成分的不平衡。