中性点电压控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了中性点电压控制装置，该中性点电压控制装置用于控制串联连接在三电平逆变器装置的正母线和负母线之间的２个电容器间的中性点与所述负母线之间的电压即中性点电压，其特征在于，具备：减法装置，用于输出从所述中性点电压值减去正母线和负母线之间的电压的二分之一的电压值即第一基准电压值所得的值；第一比较装置，用于在从所述减法装置输出的值比为负值的第二基准电压值小的情况下，导通用于使所述中性点电压上升的信号；第二比较装置，用于在从所述减法装置输出的值比为正值的第三基准电压值大的情况下，导通用于使所述中性点电压下降的信号；绝缘装置，将所述２种信号绝缘转换成２位的数字信号；及计算装置，根据所述数字信号计算中性点电压控制指令并输出。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可变速驱动电动机的逆变器、伺服驱动器等电力转换装置、作为连接系统的电力转换装置之一的三电平中性点钳位式PWM(脉宽调制)逆变器装置、以及在该三电平中性点钳位式PWM逆变器装置中使用的、控制正母线和负母线之间串联连接的两个电容器间的中性点与负母线之间的电压即中性点电压的中性点电压控制装置。
技术介绍
图1是表示三电平中性点钳位式PWM逆变器装置的主电路结构的电路图。如图1所示，三电平中性点钳位式PWM逆变器装置由2个电容器7、3相的输出端子、12个开关元件以及18个二极管9构成。在这种三电平中性点钳位式PWM逆变器装置中，使开关元件81、82导通时，各相的输出端子和与P点连接的正母线连接，各相的输出相电压变为高电平。使开关元件82、83导通时，各相的输出端子与中性点C点连接，各相的输出相电压变成高电平和低电平的中间的中间电平(中性点电压)。使开关元件83、84导通时，各相的输出端子和与N点连接的负母线连接，各相的输出相电压变成低电平。在三电平中性点钳位式PWM逆变器装置中，一般以上述的3种模式为基本切换各开关元件8，驱动3相的负载。在这种三电平中性点钳位式PWM逆变器装置中，利用电容器7的分压得到中性点电压，但是该中性点电压随着供给负载的电流而变动。中性点电压变动时，过电压作用于电容器7，可能会导致电容器7的寿命降低或损坏。因此，在三电平中性点钳位式PWM逆变器装置中，进行用于抑制中性点电压的变动的中性点电位的控制。以往，在如上述构成的中性点钳位式PWM逆变器装置的中性点电压控制中，作为PWM脉冲产生方法使用双极性调制、单极性调制，通过电压指令的零相电压的增减，控制流向中性线的电流。另一方面，如在特开平5-292754号公报所示，在引入电压向量的概念进行PWM控制的情况下，一般采用根据负载电力的正负决定中间电压向量的增减方向进行中性点电位控制的方法。在这种方法中，有如在特开2001-57784号公报的提案所示，依据流向中性线的电流的方向微调补偿向量的产生时间比率的方法。在这些方法中，在图2所示的12种开关状态的组中，通过调整输出电压相同但是中性线的电流方向相反的成对的开关状态的比率，抑制中性点电压的变动。此外，还有如在特开2001-61283号公报的提案所示，抑制扰乱图3所示的中性点电压的开关状态的方法等。此外，若以输出电压向量表示中性点钳位式逆变器采用的开关状态，可表示成如图4所示。图5是利用空间电压向量的概念计算中性点钳位式PWM逆变器的脉冲的装置例。该装置具备向量时间计算器102、向量时间寄存器103、PWM脉冲模式设定器104以及参数设定器105。在该装置中，将逆变器输出的输出电压设为图4所示的空间向量。向量时间计算器102输入该输出电压向量V的调制率(k)、相位(θ)后，向PWM脉冲模式设定器104输出输出电压向量V的区域，而且选择图4所示的27种向量，作为PWM周期的平均与输出电压向量V相同的PWM脉冲，计算依次输出的向量串和向量的输出时间(T0～T5)。这些向量串和向量的输出时间(T0～T5)存储于向量时间寄存器103，利用PWM脉冲模式设定器104将所存储的向量串和输出时间转换为驱动逆变器主电路的开关元件的脉冲串U1、U2、V1、V2、W1、W2，利用这些脉冲串使逆变器主电路的开关元件导通或截止，输出希望的电压。在本装置中，PWM脉冲模式设定器104依据参数设定器105的中性点电压、来自负载功率因数的检测器的信号，朝中性点电压变动减少的方向调整补偿向量的产生时间。此外，在特开平9-37592号公报中公开了一种三电平逆变器的PWM控制方法，将由在三电平逆变器的输出空间向量中的一个长向量和与其相邻的中间长度的向量所夹的区域设为一个空间，将利用这些向量形成的360°的全空间分割成12个区间，依据指令向量的转动角判别在指令向量的12个区间的区间号码，而且依据指令向量的大小计算调制率，依据调制率和电流比决定抑制三电平逆变器的分压电容器的中性点电压的变动的发送方式及发送顺序，计算该发送方式及发送顺序中的具体的各向量的输出时间，进行三电平逆变器的PWM控制。如上所述，在三相中性点钳位式PWM逆变器中，为得到中性点电压，一般在主电路的正母线和负母线之间直接连接偶数个电容器，从正母线和负母线的正中间的电压的电容器的端子取出中性线进行利用。该中性线依据PWM逆变器输出负载和PWM逆变器的开关的状态，如图2、3所示连接。中性线的电压(中性点电压)随着从正母线及负母线对电容器充电的电流和来自所连接的负载的电流而变动。如现有技术例所示，通过在图3所示的开关状态下(在此，将此向量称为补偿向量)，利用对负载输出的线间电压相同但是与中性线连接的负载的相不同的开关状态的组(将在图2相邻的开关状态设为一组)，调整该组的开关状态的产生时间比率，可细微地控制中性点电位。可是，在图2所示的开关的状态下(在此，将此向量称为中间向量)，由于中性点电压随着与中性线连接的负载的相电流与该开关状态产生的时间比率而变动，不存在补偿其的向量，因此需要使用补偿向量来补偿中间向量所引起的中性点电压变动。因此，如在特开平2-261063号公报所示，对调制率加上零相电压，调整补偿向量的产生时间，不改变供给负载的线间电压地控制中性点电压变动。此外，如在特开平5-292754号公报和特开2001-57784号公报所示，在利用空间电压向量的概念的方法中，也在应输出的电压向量上使用补偿向量进行输出，调整该组的开关状态的产生时间，控制中性点电压，但是在这些方法，为使中性点电压变动接近零，决定补偿向量的比率的方法不是最佳，中性点电压变动的抑制效果不充分。此外，在特开平9-37592号公报中所记载的方法中，由于依据调制率和电流比决定抑制预先决定的三电平逆变器的分压电容器的中性点电位的变动的发送方式及发送顺序，计算该发送方式及发送顺序中的具体的各向量的输出时间而进行PWM控制，因此可使中性点电流接近零。可是，在本方法中，也无法使中性点电压变动完全变成零。图6是表示检测中性点电压的电平输出、用于抑制中性点电压变动的中性点电压控制指令的现有的中性点电压控制装置的结构的方框图。如图6所示，现有的中性点电压控制装置由2个隔离放大器6和计算电路3构成。在2个隔离放大器6中分别输入P点和N点之间的电压VPN(直流母线电压)的二分之一即第一基准电压Vref1及C点和N点之间的电压即中性点电压VCN。计算电路3输入2个隔离放大器6的输出，计算中性点电压VCN和第一基准电压Vref1一致的中性点电压控制指令并输出。中性点电压控制指令是指用于产生使中性点电压值上升或下降的PWM(脉宽调制)指令的输出模式的指令。如上所述，在中性点电压控制装置中，为在计算电路3中输入中性点电压VCN和第一基准电压Vref1，需要作为绝缘电路的2个隔离放大器6。需要这种绝缘电路是由于一般用与逆变器的主电路不同的电源驱动计算电路3。可是，由于这种隔离放大器6是模拟的并且具有宽的线性特性的昂贵的绝缘电路，因此具有中性点电压控制装置昂贵的问题。此外，在现有的中性点电压控制装置中，由于计算电路3根据模拟信号进行中性点电压控制，因此具有容易受到噪音等影响的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中性点电压控制装置，该中性点电压控制装置用于控制串联连接在三电平逆变器装置的正母线和负母线之间的２个电容器间的中性点与所述负母线之间的电压即中性点电压，其特征在于，具备：减法装置，用于输出从所述中性点电压值减去正母线和负母线之间 的电压的二分之一的电压值即第一基准电压值所得的值；第一比较装置，用于在从所述减法装置输出的值比为负值的第二基准电压值小的情况下，导通用于使所述中性点电压上升的信号；第二比较装置，用于在从所述减法装置输出的值比为正值的第三基准 电压值大的情况下，导通用于使所述中性点电压下降的信号；绝缘装置，将所述２种信号绝缘转换成２位的数字信号；及计算装置，根据所述数字信号计算中性点电压控制指令并输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田中善之，山中克利，渡辺英司，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]