[发明专利]电源转换设备

说明书

发明领域

本发明涉及用于由将交流电转换为直流电的变换器和将直流电转换为交流电的逆变器构成的电源转换设备的控制单元，具体而言，本发明涉及适于抑制跳动现象的技术方法，当交流电动机被逆变器变速驱动时，变换器的整流引起的整流纹波导致跳动现象。

背景技术

在包含中间直流级的变换器一逆变器电源转换设备中，当变换器的交流电源特别是单相(例如在交流架空电源线馈送电气轨道的电力滚动台座中)时，在经过整流变换为直流的直流电压中包含了频率两倍于交流电源频率的纹波频率成分。虽然可以通过提高直流级上平滑电容量的电容减少纹波频率成分，但是却难以完全去除纹波频率，而且随着平滑电容值的增加，相关设备的尺寸和重量也相应增加。

当包含上述纹波分量的最终直流电压被逆变器转换为变频变压的交流并且提供给诸如交流电动机之类的负载时，逆变器输出电压和电动机电流中除逆变器工作频率成分之外，还包含了上述纹波频率与逆变器工作频率之差与之和。在这些频率成分中，当工作频率与纹波频率相互接近时，上述差的分量构成低频成分，由于电动机中阻抗在低频时较小，而低频分量下有较大纹波电流通过电动机，所以产生跳动现象，其中由电动机纹波产生扭矩。

例如，JA-A-64-77492揭示了跳动现象如何产生的原理以及如何抑制这种现象的方法。在专利文献所揭示的跳动现象抑制方法中，检测了逆变器直流输入电压的纹波程度，对应工作频率的补偿增益和补偿相差确定了直流输入电压中纹波度的频率纹波度，并且根据频率内的纹波度调整逆变器频率，从而抑制跳动效应。

但是在专利文献揭示的跳动现象抑制方法中，为了获得较好跳动现象抑制效果，需要根据逆变器工作频率调整补偿增益和补偿相位差。而且为了优化抑制跳动效应，除了逆变器工作频率以外，需要考虑电动机输出的差异。但是如果需要考虑逆变器工作频率和电动机输出来调整补偿增益与补偿相位差，则在实践中有控制复杂性和麻烦的问题。

而且正如JP-A-5-83976所揭示的，最近采用逆变器的矢量控制作为感应电动机的控制单元以驱动电气轨道机座，但是在专利文献中未发现利用矢量控制来抑制上述跳动现象。而且发明人发现没有其他涉及抑制跳动现象的文献。

本发明的目标是提供一种电源变换设备和控制方法，即使在逆变器工作频率和电动机输出变化，也可以在不调整复杂增益与相位差的前提下抑制逆变器直流输入电压内所含纹波分量引起的跳动效应。

发明内容

本发明的电源变换设备包含：在对交流电源电压整流后转换为直流电压的转换器；与转换器直流侧相连的平滑电容；将来自平滑电容的直流转换为交流并提供给交流电动机的逆变器；以及控制逆变器交流输出的电压、频率或相位的装置。它利用根据逆变器交流输出所含纹波频率分量调整逆变器交流输出中电压、频率和相位中至少一个并与变换器整流相关的装置。

而且本发明的逆变器控制方法包含以下步骤：将变换器整流交流电压形成的直流电压逆变为交流电并随后提供给交流电动机，这通过控制逆变器交流输出的电压、频率或相位以完成交流电动机的变速控制，根据逆变器交流输出所含与抑制整流纹波引起的跳动现象方向的变换器整流相关的纹波频率分量调整逆变器交流输出中电压、频率和相位中的至少一个。

附图的简要说明

图1为按照本发明实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；

图2为当本发明实施例应用于电气轨道机座时电源变换设备的主电路构成图；

图3为图1实施例中本发明特征部分的构成图；

图4为图1实施例中本发明特征部分的另一构成图；

图5为图1实施例中本发明特征部分的另一构成图；

图6为图1实施例中本发明特征部分的另一构成图；

图7A-7E为普通控制方法下各部分的工作波形图；

图8A-8E为按照本发明控制方法下各部分的工作波形图；

图9为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；

图10为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；

图11为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；

图12为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；

图13为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图；以及

图14为按照本发明另一实施例的电源变换设备控制单元的功能框图。

实施发明的较佳方式