[发明专利]电源逆变器系统

说明书

本发明涉及电源变换系统，它将直流电流变换为交流电或相反地，将交流电变换为直流电。本发明尤其涉及脉冲宽度调制(PWM)逆变器的控制。

现有技术逆变器调制方法中的一个实例已在“对近期来逆变器控制方法的评价”一文中进行了揭示，该文刊载在由DenkishaKenkyuukai于1993年4月出版的“DenkishanoKagaku”第44页图1。

参见图2，在一牵引逆变器中，进行了恒定的控制从而使一区域中输出电压与基波频率之间的比值维持恒定，所述区域中输出电压的基波频率较低，该区域被称作变频变压区域，而当在一区域中维持最大电压值时进行频率控制，所述区域中输出电压基波频率增大从而使其输出电压的幅值成为最大，该区域被称为恒压变频区域。由于在变频变压区域中使用脉冲宽度调制对输出电压进行调节，因而使用了多脉冲模式，其输出电压的半个周期内包括了多个电压脉冲。另一方面，在恒压变频区内，为了使其电压利用率最大以使装置的尺寸减至最小，采用了单脉冲模式，其输出电压的半个周期内包括一个单个的宽脉冲。

在现有技术的、使用可关断晶闸管作为其开关元件的、下文中称为GTO逆变器的逆变器中，根据脉冲计数开关方法使用了多脉冲方式。所述方法如图3中所示，它使用增大输出电压基波频率，通过开关包含在其一个周期中的脉冲的数量来进行递减记数。这是由于对GTO晶闸管的开关频率所定的几百赫兹的上限而造成的。然而，这种方法存在这样的问题，即，会出现伴随着音调变化的磁场噪声，从而由于在采用脉冲计数开关时开关频率间的不连续而产生不谐合的噪声。

此外，在使用GTO晶闸管时还存在另一个问题，即根据GTO晶闸管的最小关断时间，在其输出电压的半周期内含三个脉冲的三脉冲模式输出电压和其中含一个脉冲的单脉冲模式输出电压之间出现约为10％的电压跳变，从而导致转矩中出现波动。当从三脉冲模式开关至单脉冲模式时，由牵引电动机产生所述转矩波动。

本发明的主要目的在于提供一种二电平逆变器装置，它能以多脉冲模式及单脉冲模式组合的方式，控制输出电压的幅值，使之由零增加到最大值，基本上消除了开关频率间的不连续性，从而减小了伴随着音调变化的不谐合磁场噪声，同时它通过使多脉冲模式和单脉冲模式间的间隙降至最小，从而可在输出电压的整个范围上进行连续的控制。

通过以下构思可实现本发明的上述主要目的，它包括：一多脉冲发生装置，它产生一选通信号以输出双极性调制电压。该电压由一在其输出电压基波之任一周期上均具有一致的脉冲发生周期的脉冲宽度调制器进行控制，和一用来输出过调制电压的选通信号，在所述过调制电压中，邻近于输出电压基波之波峰处的脉宽大于邻近于过零点处的脉宽；一单脉冲发生装置，它产生单脉冲，其极性与输出电压基波极性相同；一选择装置，它根据在输出基波之一周期中所含的脉冲数量、输出电压的幅值、调制比或输出电压基波频率，从多脉冲发生装置和单脉冲发生装置中选出任一输出。

将多脉冲发生装置设计为可与输出电压基波频率无关地对输出电压波形上经过脉宽调制的部分的脉冲发生周期进行设置，从而可使其开关频率在双极性调制时保持恒定。且使其开关频率在过调制时逐渐趋近于为用于单脉冲而设置的预定的开关频率，从而消除开关频率间的不连续性。

而且，通过对应该能够进行多脉冲模式和单脉冲模式间的变换处的输出电压进行控制，同时在变换时间内根据输出电压基波对相位进行控制，可在电流和电动机所产生的转矩中不引起波动的条件下平稳地进行两种模式间的变换。

参照下列附图将有利于理解这里所揭示的本发明。

图1是示出了本发明之一实施例的简图；

图2是示出了本发明之牵引电动机逆变器工作特性的简图；

图3是现有技术的逆变器调制方法的一种实例；

图4是示出了本发明之一种逆变器的工作特性的简图；

图5是示出了本发明多脉冲发生装置之结构的一种实例的简图；

图6是示出了双极性模式中调制波形、载波波形和开关函数的简图；

图7是示出了调制波形、载波波形和过调制模式中的开关函数的简图；

图8示出了输出电压基波波形及与其关联的单脉冲模式开关函数；

图9是示出了差拍现象产生的简图；

图10示出了邻近于输出电压零交点处的平均脉冲数与电流脉冲间的相互关系；

图11示出了根据相移在模式变化后立即出现的瞬态电流波动；

图12示出了图11(a)中的模式改变定时；

图13示出了图11(b)中的模式改变定时；

图14示出了模式变换后立即出现的相移和瞬态电流波动间的关系；

图15示出了允许的相移设置范围；