[发明专利]用于电力变换设备的脉宽调制方法

说明书

本发明涉及一种用于电力变换设备的脉宽调制方法，特别是涉及一种用于电力变换设备的改进的脉宽调制方法，其能够通过使在三相中具有最大电流相的开关操作(Switching operation)变为闲置而减小开关效率的损耗。

近来，电力变换技术随着功率半导体器件的发展而有所发展，其中功率半导体器件能够进行高速开关操作。上述半导体器件有助于大大降低在变流器或逆变器中所产生的噪声，使得它能够将具有正弦波的电流应用于负载电路。

在功率半导体器件的开关操作过程中，会产生热和噪声，并且在低速开关操作过程中，还会产生高电平噪声，使得因不可能获得正弦波电压和电流，而要进行高速开关操作。当提高开关频率用以进行高速开关操作时，会出现开关效率的损耗，并且设置在电路中的散热板的温度会上升，由于温度的上升，会损坏器件。为了克服上述问题，进行了大量的研究。例如，美国专利US 5,182,463就公开了一种3相变换器设备，其中3相AC电源和3相转换器与共同负载并行操作，以共享负载功率，该变换器输出电压相位相对于AC电源的控制能从任意时刻开始。

图1表示常用电力变换设备的结构，其包括变流器1，它具有六个开关器件QC1-QC6，用以根据第一驱动信号dc1-dc6将交流AC变换为直流；滤波电容器C，用以将由此变换的直流电压进行滤波；逆变器2，其带有六个开关器件QI1-QI6，用以将由此滤波的直流电压变换为交流电压；电机M，其可根据所输入的变换交流电压进行操作；电流控制器3，用以检测由电机M的先前电路提供给电机M的电流，并且将由此检测的电压变换为具有固定坐标的电压Vqe,Vde；控制器4，用以接收输出电压Vqe,Vde，控制接收的输出电压并输出第一和第二开关信号cc1-cc3和ci1-ci3；第一驱动单元5，用以变换第一开关信号cc1-cc3的电平，并且将第一驱动信号dc1-dc6提供给交流器1的六个开关器件QC1-QC6的控制极；和第二驱动单元6，用以变换第二开关信号ci1-ci3的电平，并且将第二驱动信号di1-di6提供给变流器2的六个开关器件QI1-QI6的栅极。

现将对常用功率变换设备的操作进行说明。

当根据电机M的特性通过使用变流器1和逆变器2的预定电压和频率驱动电机M时，电流控制器3会检测应用于电机M的电压、电流、速度等，并且电流控制器3会输出旋转坐标的电压Vqe,Vde。控制器4将根据先前设置的程序相对于输出电压Vqe,Vde和其相位进行脉宽调制，并且输出开关命令，即以电压形式的第一和第二开关信号cc1-cc3和ci1-ci3，并且第一开关信号cc1-cc3的电平通过第一驱动单元5进行变换，然后将其分别提供给变流器1的开关器件QC1-QC6。由此转换开关器件QC1-QC6，并且第二开关信号ci1-ci3的电平通过第二驱动单元6进行变换，然后将其提供给逆变器2的开关器件QI1-QI6。开关器件QI1-QI6的变换，使得接收到可变电压和可变频率功率的电机M可以在预定速度下驱动。

在涉及由电流控制器3接收输出电压Vqe,Vde并产生开关信号以便分别转换变流器和逆变器2的常用脉宽调制方法中，公知有两种方法。亦即，在第一种方法中，将正弦波和三角形波进行比较，由此获得脉宽调制信号，而在第二种方法中，相对应电压进行脉宽调制。现将相对应三相和两相来描述第一种方法。

图2表示基于常用三相脉宽调制方法的电压信号的波形图。参考符号Vas_r,Vbs_r和Vcs_r表示u相、v相、和w相的相电压命令，其每个均具有象由逆变器2施加给电机M的虚线电压的波形一样的相同频率，标号PWM表示控制器4信号的三角形波形，和标号PWM_U,PWM_V和PWM_W是控制器4的第二开关信号ci1-ci3。

电流控制器3基于电压的相位θ接收旋转坐标的输出电压Vqe,Vde，并且将接收到的电压变换为固定坐标的电压，和控制器4相对于每相产生正弦波形的相电压命令Vas_r,Vbs_r和Vcs_r，并将由此产生的命令值与作为脉宽调制基准的三角形波PWM进行比较。

比较的结果，当每个相电压命令Vas_r,Vbs_r和Vcs_r的量值高于三角形波PWM时，信号处于高电平状态，当每个相电压命令Vas_r,Vbs_r和Vcs_r的量值不高于其时，会输出低电平第二开关信号PWM_U,PWM_V和PWM_W，并且第二驱动单元6会放大第二开关信号PWM_U,PWM_V和PWM_W的电平，然后输出驱动信号di1-di6，并且转换逆变器2的开关器件QI1-QI6。