逆变器装置、或控制该逆变器装置的逆变器控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供逆变器装置、或控制该逆变器装置的逆变器控制装置。能按照维持给定的开关频率的方式输出从零电压至最大电压，在开关频率低的条件下也能实现交流电流的脉动小的PWM方式。在将逆变器装置所输出的交流电压1周期设为360度时，在将1周期6等分得到的每60度的区域中，1相的开关元件进行接通断开控制，其它2相的开关元件保持接通或断开的状态。进行接通断开控制的相位区域设为包含各相的交流电压的极大值或极小值的相位区域。

【技术实现步骤摘要】
逆变器装置、或控制该逆变器装置的逆变器控制装置
本专利技术涉及将直流电压变换成3相交流电压的逆变器装置。
技术介绍
在铁道车辆的
中，通过用1台逆变器装置使1～4台的3相交流电动机可变速运行来使车辆加减速的方式得到广泛的应用。逆变器装置基于脉冲宽度调制(PulseWidthModulation、PWM)来对多个开关元件进行接通断开控制从而将直流电压变换成所期望的振幅以及频率的交流电压，并施加给交流电动机。在图1示出在铁道车辆的逆变器装置中一般使用的交流电压基波的振幅和频率的关系。横轴是交流电压基波的频率，纵轴是用逆变器装置能输出的最大的交流电压基波的振幅将交流电压基波的振幅标准化后得到的值(以下称作调制率)。在交流电压基波的频率低的区域(图中的F2以下的区域)中，调制率与频率成正比地增加。即，在图1中(F1，Ym1)和(F2，Ym2)存在于同一直线上。然后，在交流电压的振幅成为最大后就仅使交流电压的频率增加。如此，在铁道车辆用的逆变器装置中，一般在频率为F2以下的区域进行可变电压可变频率控制，在F2以上的区域进行恒定电压可变频率控制。另外，在铁道车辆的逆变器装置中，如图1所示，一边切换非同步模式和同步模式、1脉冲模式这3个种类的PWM方式一边输出交流电压。在图2～6示出各个控制模式下的PWM方式的波形。在图2中，示出了3相交流中的1相，表示用逆变器装置的直流侧的电压将交流电压的指令值标准化后得到的调制波、和三角波状的载波、以及作为对逆变器装置的开关元件的接通断开指令的PWM脉冲。PWM脉冲如图那样，在基于调制波与载波的大小关系而调制波大于载波的情况下成为接通指令，在调制波小于载波的情况下成为断开指令。在交流电压的频率低的区域，使用图2所示的非同步PWM模式(以下称作非同步模式)来输出交流电压。在非同步模式下，是不使调制波与载波的相位关系固定，而使用相对于调制波的频率足够高的频率的载波来生成PWM脉冲的方式。在非同步模式区域，在调制波的频率低的区域中，如图2所示，由于相对于调制波的频率，载波的频率足够高，因此虽然交流电压的失真较小，但若调制波的频率变高，则交流电压的失真会变大。为此，在调制波的频率成为图1的F1以上时，移转到图3～图5所示的同步PWM模式(以下称作同步模式)。在同步模式下，是按照在调制波与载波之间使给定的相位关系成立的方式来配置载波，配合调制波的频率也使载波的频率增加的PWM方式。在图3中示出在调制波1周期中配置9周期的载波的同步9脉冲模式。在铁道车辆中，一般因3相交流的对称性而使用配置3的奇数倍的载波的同步模式。在调制波的振幅变大时，如图4、5那样产生调制波的振幅大于载波的振幅的区域，调制波每1周期的PWM脉冲数减少。PWM脉冲的减少方式由调制波与载波的相位关系决定，这种情况下调制波每1周期的PWM脉冲数减少为9个(图3)、7个(图4)、3个(图5)。调制波的振幅成为最大时，成为如图6那样在调制波1周期期间仅切换1次接通指令和断开指令的1脉冲模式。若以图2～6为基础来图示调制率和开关元件反复接通断开动作的频率(以下称作开关频率)的关系，则成为图7。非同步模式的载波的频率、和从非同步模式移转到同步模式的条件(图1的F1)根据逆变器装置所产生的损耗的大小、和伴随开关元件的接通断开动作的电流脉动(ripple)的大小而决定。非专利文献非专利文献1：电気学会电気铁道にぉける教育調查專門委具会编最新电気鉄道工学ュロナ社(电气学会，电气电路中的教育调查专业委员会最新编，电气铁路工学KORONA公司)在此，在开关元件中产生伴随接通断开动作的损耗，由于损耗越大就对逆变器装置要求越高的冷性能，所以从逆变器装置的开关损耗这一点出发，期待开关频率低。另一方面，由于若开关频率相对于交流电压基波的频率变低则交流电压的失真就会增加，从而导致电动机效率降低，因此从电动机效率这一点出发，期望开关频率高。为此，不依赖开关频率地抑制交流电压的失真来提升电动机效率成为课题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供能抑制交流电压的失真率，提升电动机的效率的逆变器装置。本专利技术所述的铁道车辆的逆变器装置在输出其它相的开关元件断开或接通的固定电压的相位区域进行与交流电压指令的振幅相应的开关控制，在其它相的开关元件进行开关动作的相位区域使开关元件接通或断开来输出固定电压。专利技术效果根据本专利技术，能够提供一种能抑制从逆变器装置提供给电动机的交流电压的失真率，能提升电动机的效率的逆变器装置。附图说明图1是表示逆变器装置所输出的交流电压基波的频率与调制率的关系的图。图2是表示现有技术中的非同步模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图3是表示现有技术中的同步模式下产生9脉冲的情况下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图4是表示现有技术中的同步模式下产生7脉冲的情况下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图5是表示现有技术中的同步模式下产生3脉冲的情况下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图6是表示现有技术中的1脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图7是表示现有技术中的输出电压基波的频率与开关频率的关系的图。图8是表示使用了高耐压的开关元件的逆变器装置中的输出电压基波的频率与开关频率的关系的图。图9是表示本专利技术中的交流电压基波与PWM脉冲的关系的图。图10是表示3相的本专利技术中的交流电压基波与PWM脉冲的关系的图。图11是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的调制波与载波的关系的图。图12是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图13是表示3相的本专利技术的同步9脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图14是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的调制率与调制波振幅的关系的图。图15是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的调制率为零的情况下的PWM脉冲的图。图16是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的任意的调制率下的PWM脉冲的图。图17是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的调制率为100％的情况下的PWM脉冲的图。图18是表示本专利技术的同步7脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图19是表示本专利技术的同步5脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图20是表示本专利技术的同步3脉冲模式下的调制波与载波以及PWM脉冲的关系的图。图21是比较现有技术的同步模式与本专利技术的同步模式下的交流电流的失真率的表。图22是表示本专利技术中的逆变器装置的电路构成的一例的图。图23是表示在非同步模式与1脉冲模式之间实施本专利技术的同步模式控制的情况下的输出电压基波的频率与开关频率的关系的图。图24是表示从惯性状态重启动逆变器装置时实施现有的同步模式的情况下的输出电压基波的频率与开关频率的关系的图。图25是表示本专利技术的同步9脉冲模式下的U相和V相的线间电压的图。图26是表示实施现有技术的同步模式的情况下的U相与V相的线间电压的图。符号说明：10电车线20平滑电容器30a～30c开关电路301、302开关元件305、306逆并联二极管40感应电动机50逆变器控制装置60选通驱动指令70平滑电抗器F交流电压基波的频率F1从非同步模式移转到同步模式的交流电压基波频率F2从同步模式移转到1脉冲模式的交流电压基波频率Ym调制率Ym1从非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器装置，具备3相的将2个开关元件串联连接且连接点成为交流输出的开关电路，将直流电压变换成3相交流电压，该逆变器装置的特征在于，所述逆变器装置具备同步控制模式，在该同步控制模式下，在与交流电压的相位指令对应的给定相位区域，按照所述交流电压的振幅指令来对1相的开关元件进行接通断开控制，在所述给定相位区域，使其它2相的开关元件保持在接通或断开的状态。

【技术特征摘要】
2013.04.05 JP 2013-0790961.一种逆变器装置，具备3相的将2个开关元件串联连接且连接点成为交流输出的开关电路，将直流电压变换成3相交流电压，该逆变器装置的特征在于，所述逆变器装置具备同步控制模式，在该同步控制模式下，按照所述交流电压的振幅指令来对每一相的开关元件进行接通断开控制，每一相都包括360度相位周期的交流电压基波，其中从60度到120度的给定相位区域包括所述交流电压基波的极大值，并且从240度到300度的又一个给定相位区域包括所述交流电压基波的极小值，所述开关元件在所述给定相位区域内受到接通断开控制，所述开关元件在从0度到60度和从120度到180度的相位区域内保持为接通状态，所述开关元件在从180度到240度和从300度到360度的相位区域内保持为断开状态，其中，2相的开关元件在任何时间都保持在接通或断开的状态，并且第3相处于其给定相位区域之一。2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，在所述同步控制模式下，所述逆变器装置设置所述开关元件的接通断开控制，使得所述开关元件在所述给定相位区域的变窄部分中受到接通断开控制。3.根据权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，在所述同步控制模式下，能通过调整对每一相的开关元件进行接通断开控制的所述给定相位区域中的接通状态以及断开状态的间隔来将交流电压从零调整到最大电压。4.根据权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，在输出电压基波的频率低的区域，以非同步地产生载波和调制波的非同步模式进行控制，在输出电压基波的频率高的区域，以在输出电压基波的1周期内输出1脉冲的1脉冲模式进行控制，在输出电压基波的频率为所述非同步模式和1脉冲模式之间的区域，以所述同步控制模式进行控制。5.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述逆变器装置的3相交流电压提供给驱动车辆的电动机，在所述车辆在行驶中停止所述逆变器装置的开关而进行惯性行驶后，使所述逆变器装置重启动而使所述车辆进行加速或减速的情况下，在所述同步控制模式下逐渐地使给所述电动机的交流电压增加。6.一种铁道车辆，其特征在于，具备：权利要求1～5中任一项所述的逆变器装置；向该逆变器装置提供直流电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：立原周一，铃木优人，森祐挥，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP