电力变换装置和电气设备制造方法及图纸

本申请实施例提供一种电力变换装置和电气设备，所述电力变换装置对三相电机的各相进行供电，其中，电力变换装置包括：升压电路单元，其连接于直流电源，根据脉冲宽度调制升压信号对从所述直流电源输入的输入电压进行升压；逆变器单元，其连接于所述升压电路单元，具有由多个开关元件构成的三相开关电路，所述逆变器单元还具有输出部，所述输出部与所述三相开关电路连接，为所述三相电机的各相进行供电；控制单元，其向所述升压电路单元输出所述脉冲宽度调制升压信号，并在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，向所述逆变器单元输出脉冲宽度调制切换信号，控制所述三相开关电路中的两相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中不进行导通切换。

【技术实现步骤摘要】
电力变换装置和电气设备
本申请涉及机电领域。
技术介绍
在一些直流/交流逆变器的应用场景中，逆变器的输出电压需要高于输入电源电压。因此，需要在逆变器前端加入升压转换器以提高逆变器直流链(DCBUS)电压，进而可提高逆变器输出电压。然而，由于增加了升压转换器，不可避免地增加了电路损失，从而造成升压转换器的效率降低。现有技术提出了一些解决方案。第一解决方案，在三相全桥整流器与平滑电容之间使用一个传统升压转换器以提高平滑电容直流链上的电压，再由三相全桥逆变器调制输出三相交流电压驱动电机，根据电机的工作条件决定升压转换器的输出电压，从而达到提高电机效率的目的。第二解决方案，采用分段式的升压转换器电路架构，针对交流电机需要超过额定转速时，驱动器需要输出较高的电压，因此，利用升压转换器升高逆变器直流链电压，达到提高输出电压的目的，并且，根据交流电机转速与负载需求，控制升压转换器工作在三种工作模式下，输出适当电压，达到提高交流电机运转效率的目的。第三解决方案，在逆变器中使用振幅调制(PAM)方法，以六步方波电压形式产生可变频率的三相交流电源，而输出电压振幅则由升压转换器控制决定。因六步方波调制在一个电源周期中改变六种开关切换状态，因此可大幅减少开关的切换损失，而提高驱动器效率。第四解决方案，利用空间向量脉冲宽度调制(SpaceVectorPulseWidthModula-tion，SVPWM)减少电力开关切换次数达到减少切换损失的目的。例如，传统的SVPWM是将一个周期的三相脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)信号的波形分割为七段(也即，七段式SVPWM切换方法)，在每周期的PWM共有六次的开关切换。或者利用五段式SVPWM切换方法，将一个周期的三相PWM波形分割为五段，在每周期的PWM共有四次的开关切换，与七段式SVPWM切换方法相比，可减少1/3的切换损失。或者利用四段式非对称SVPWM切换方法，将PWM波形由对称式改成非对称式，使得电流取样更为容易，但每个周期的PWM同样有四次的开关切换，与五段式相比，没有进一步减少切换损失。第五解决方案，采用组合式SVPWM调制方法，根据交流电机的转速(定子频率)与电压需求，采用不同的SVPWM切换方法。例如，当交流电机的定子频率位于低频段时，采用半频式SVPWM方法，与七段式SVPWM切换方法相比，可减少1/2切换损失；当交流电机的定子频率位于中低频段时，采用平顶式SVPWM方法，可减少1/3切换损失；当交流电机的定子频率位于中高频段时，采用七段式SVPWM方法；当交流电机的定子频率位于高频段，采用FFCSVPWM方法，切换损失最小。上述四种方法，在逆变器的功率损耗上，一般情况下是七段式SVPWM>平顶式SVPWM>半频式SVPWM>FFCSVPWM，因此，根据不同的运转条件改变不同的SVPWM切换方法可减少驱动器切换损失以提高效率。下面以七段式SVPWM切换方法为例对SVPWM切换方法进行说明。图8是一般三相逆变器连接三相电机的电路示意图，图9是传统七段式SVPWM切换方法的波形示意图，图10是空间电压向量示意图。图9示出的a、b、c信号分别对图8中的逆变器801的3个上臂开关元件Ta～Tc进行控制，对3个下臂开关元件Ta’～Tc’进行控制的信号a’、b’、c’与a、b、c信号反相，在图9中没有示出信号a’、b’、c’。利用PWM信号a、b、c、a’、b’、c’对6个开关元件Ta～Tc、Ta’～Tc’进行控制，使每个臂的上臂或下臂导通，从而向三相电机802的A、B、C三相输出相应相位的电压。设PWM信号的高电平表示“1”，低电平表示“0”，以信号a、b、c对应的(abc)表示电压空间中的电压向量，可产生如图10所示的六个不同的空间电压向量V1～V6，以及两个零电压向量V0和V7。其中，六个空间电压向量分别相差60°，将电压平面分割为六个区间。为了使三相交流电机产生平滑的旋转磁场，三相逆变器必须输出平滑的圆周电压向量，此时要产生每个不同区间中的电压向量。可根据平均电压的概念利用该区间边缘的两个电压向量合成得到所需要的圆周电压向量。以V1和V2合成电压为例，令V1电压输出时间T1，再令V2电压输出时间T2，以及令V0或V7电压输出时间T0，则等效的平均电压输出为：其中，PWM周期T＝T1+T2+T0。根据上述公式可知，调整时间T1和时间T2的比例可改变合成电压的相位，而改变时间T0的长短则可改变输出电压的大小，因此，传统SVPWM技术即是控制逆变器中六个电力开关的切换状态，从而使空间电压向量组合出所需相位和幅度的电压。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本申请的专利技术人发现，第一解决方案仅仅提高了电机效率，并未解决额外增加升压转换器后造成的整体驱动器效率降低的问题。第二解决方案虽然也能改善交流电机效率，但该方案增加了电路元件数量与复杂度，并且也没有解决增加升压转换器后驱动器损失增加的问题。第三解决方案包含很大的奇次谐波，会产生很大的谐波电流，造成交流电机噪音与震动，对于噪音与震动要求较高的应用场合并不适用。第四解决方案和第五解决方案虽然能够降低切换损失，但只能减少小部分的切换损失，而且会使电流谐波增大，无法有效解决额外增加升压转换器后造成的整体驱动器效率降低的问题。为了解决上述问题至少之一或其他类似问题，本申请实施例提供了一种电力变换装置和电气设备，以减少升压转换器和逆变器的整体切换损失。根据本申请实施例的一方面，提供了一种电力变换装置，所述电力变换装置对三相电机的各相进行供电，其中，所述电力变换装置包括：升压电路单元，其连接于直流电源，根据脉冲宽度调制升压信号对从所述直流电源输入的输入电压进行升压；逆变器单元，其连接于所述升压电路单元，具有由多个开关元件构成的三相开关电路，所述逆变器单元还具有输出部，所述输出部与所述三相开关电路连接，为所述三相电机的各相进行供电；以及控制单元，其向所述升压电路单元输出所述脉冲宽度调制升压信号，并在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，向所述逆变器单元输出脉冲宽度调制切换信号，所述脉冲宽度调制切换信号控制所述三相开关电路中的两相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中不进行导通切换。在至少一个实施例中，所述控制单元在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，控制所述开关电路中的另外一相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中进行导通切换。在至少一个实施例中，所述三相开关电路包括6个开关元件，所述6个开关元件两两成对构成桥式电路的3个臂，所述3个臂分别与所述三相电机的三相对应，各个臂的2个开关元件分别构成各个臂的上臂和下臂，所述控制单元在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，控制所述3个臂中的1个臂的上臂和下臂在一个脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力变换装置，所述电力变换装置对三相电机的各相进行供电，其特征在于，所述电力变换装置包括：/n升压电路单元，其连接于直流电源，根据脉冲宽度调制升压信号对从所述直流电源输入的输入电压进行升压；/n逆变器单元，其连接于所述升压电路单元，具有由多个开关元件构成的三相开关电路，所述逆变器单元还具有输出部，所述输出部与所述三相开关电路连接，为所述三相电机的各相进行供电；以及/n控制单元，其向所述升压电路单元输出所述脉冲宽度调制升压信号，并在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，向所述逆变器单元输出脉冲宽度调制切换信号，所述脉冲宽度调制切换信号控制所述三相开关电路中的两相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中不进行导通切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种电力变换装置，所述电力变换装置对三相电机的各相进行供电，其特征在于，所述电力变换装置包括：
升压电路单元，其连接于直流电源，根据脉冲宽度调制升压信号对从所述直流电源输入的输入电压进行升压；
逆变器单元，其连接于所述升压电路单元，具有由多个开关元件构成的三相开关电路，所述逆变器单元还具有输出部，所述输出部与所述三相开关电路连接，为所述三相电机的各相进行供电；以及
控制单元，其向所述升压电路单元输出所述脉冲宽度调制升压信号，并在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，向所述逆变器单元输出脉冲宽度调制切换信号，所述脉冲宽度调制切换信号控制所述三相开关电路中的两相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中不进行导通切换。


2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述控制单元在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，控制所述开关电路中的另外一相的开关元件在一个脉冲宽度调制周期中进行导通切换。


3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，
所述三相开关电路包括6个开关元件，所述6个开关元件两两成对构成桥式电路的3个臂，所述3个臂分别与所述三相电机的三相对应，各个臂的2个开关元件分别构成各个臂的上臂和下臂，
所述控制单元在检测到所述升压电路单元处于升压状态时，控制所述3个臂中的1个臂的上臂和下臂在一个脉冲宽度调制周期中进行导通切换，控制所述3个臂中的另外2个臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明赞，欧阳毅翔，游欣璋，
申请(专利权)人：日本电产株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP