專利名稱：三級逆變器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及從交流電源電力產生頻率可變的電力的電力變換裝置。
作為交流電動機的驅動用的電力變換裝置廣泛使用逆變器裝置，特別是在大容量用途中使用三級逆變器裝置。
逆變器裝置一般是由將交流電源電力變換為直流電力的變換器的直流單元和直流電力變換為交流電力的逆變器的直流單元通過直流連接單元的直流母線連接而構成。變換器及逆變器的直流單元分別具有平滑電容器，如果由兩者的平滑電容器和直流母線的電感分量構成的諧振電路的諧振頻率接近變換器或逆變器的開關頻率，在諧振電路中有很大的諧振電流流過，直流母線及平滑電容器會發熱。為防止這種發熱，在比如日本專利特開平11-18435號公報中所記載的三級逆變器裝置中，將變換器及逆變器的PWM(脈寬調制)開關頻率設定為直流連接單元的一次諧振頻率的1/√2以下。另外，在日本專利特開平11-46841號公報中，在將多個逆變器裝置以直流電路結合的并聯多重逆變器裝置中，在3根直流母線中，分別在正極電位母線和負極電位母線插入阻尼電阻以抑制諧振電流。
在大容量逆變器的場合，平滑電容器的容量很大，并且，因為裝置的大型化使直流母線的電感變大而使得直流母線的諧振頻率降低。在此場合，在上述的日本專利特開平11-18435號公報中所記載的現有的技術必須與其相應地降低PWM(脈寬調制)開關頻率，但如降低開關頻率則逆變器的輸出波形會產生畸變，會發生負載電動機的振動變大的問題。
另外，在日本專利特開平11-46841號公報中所記載的現有技術中，在插入到正極電位母線及負極電位母線電阻中流過的電流引起的損失很大，存在逆變器裝置的變換效率低的問題。
本發明的課題是抑制三級逆變器裝置的直流母線的諧振電流，以提高變換效率及動作穩定性。
上述課題的解決是利用一種三級逆變器裝置，其特征在于其構成包括將交流電源電力變換為直流電力的變換器和將變換成的直流電力變換為交流電力的逆變器，以及將該變換器和逆變器連接起來的直流連接電路，該直流連接電路具有串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器供給的直流電力的兩個第一平滑電容器和串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器所獲得的直流電力的兩個第二平滑電容器，上述兩個第一平滑電容器的連接點和上述兩個第二平滑電容器的連接點由中間電位母線連接，在該中間電位母線中裝入諧振控制用的電阻器。
在這種三級逆變器裝置中，因為可以利用諧振抑制電阻降低流過包含第一和第二平滑電容器和中間電位母線的諧振路徑的諧振電流，即使變換器或逆變器的開關頻率接近該諧振路徑的諧振頻率也可以抑制由于諧振引起的發熱及效率的降低。另外，在作為直流中性點的母線的中間電位母線中流過相當于正極母線電流和負極母線電流之差的電流，因為此電流比諧振電流小，從而由于插入電阻而引起的損失很小，所以逆變器裝置的效率只有微小的降低。
上述課題的解決還可以利用一種三級逆變器裝置，其特征在于其構成包括將交流電源電力變換為直流電力的變換器和將變換成的直流電力變換為交流電力的逆變器，以及將該變換器和逆變器連接起來的直流連接電路，該直流連接電路具有串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器所獲得的直流電力的兩個第一平滑電容器和串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器供給的直流電力的兩個第二平滑電容器，上述兩個第一平滑電容器的連接點和上述兩個第二平滑電容器的連接點由中間電位母線連接，在上述正極電位母線及負極電位母線中分別裝入諧振控制用的電抗器。
在這種三級逆變器裝置中，可以利用插入的電抗器的電感改變包含第一和第二平滑電容器、正極電位母線及負極電位母線的諧振路徑的諧振電流。因此，即使加大變換器或逆變器的開關頻率和諧振路徑的諧振頻率之間的間隔也可以抑制由于諧振引起的發熱及效率的降低。


圖1為本發明的三級逆變器裝置的第二實施形態的構成圖。
圖2為本發明的三級逆變器裝置的第一實施形態的構成圖。
圖3為說明圖2裝置的諧振路徑的等效電路圖。
圖4為說明圖2裝置的諧振特性的示圖。
圖5為說明圖1裝置的諧振路徑的等效電路圖。
圖6為說明圖1裝置的諧振特性的示圖。
圖2示出本發明的三級逆變器裝置的第一實施形態的構成。此逆變器裝置包括將電源的交流電壓變換為直流電壓的三級變換器1、將直流電壓變換為交流電壓的三級逆變器2、以及連接該變換器及逆變器的直流連接單元3。
三級變換器1包含串聯于后述的正極電位母線和負極電位母線之間的二極管D1～D4、串聯于二極管D1和D2的連接點及二極管D3和D4的連接點之間的二極管D5和D6、以及分別對二極管D1～D4設置的旁路用晶體管T1～T4。二極管D2及D3的連接點與交流輸入相連接。
三級逆變器2包含串聯于正極電位母線和負極電位母線之間的二極管D7～D10、串聯于二極管D7和D8的連接點及二極管D9和D10的連接點之間的二極管D11和D12、以及分別對二極管D7～D10設置的旁路用晶體管T5～T8。二極管D8及D9的連接點與交流輸出相連接。
直流連接單元3由正極電位母線P、中間電位母線C及負極電位母線N構成。在變換器1的直流輸出側設置有串聯在正極電位母線P和負極電位母線N之間的兩個平滑電容器4a、4b，而在逆變器2的直流輸出側設置有串聯在正極電位母線P和負極電位母線N之間的兩個平滑電容器4c、4d。
正極電位母線P連接于二極管D1及D7的負極側，負極電位母線N連接于二極管D4及D12的正極側，中間電位母線C通過平滑電容器4a、4b的連接點與二極管D5及D6的連接點相連接，另外，還通過平滑電容器4c、4d的連接點與二極管D11及D12的連接點相連接。
正極電位母線P、中間電位母線C及負極電位母線N分別包含布線電感5a、布線電感5b及布線電感5c，在中間電位母線C中裝設有諧振抑制電阻器6。
下面利用圖3來說明直流連接單元3的兩個諧振路徑X及Y的諧振路徑。諧振路徑X是經過平滑電容器4a、布線電感5a、平滑電容器4c、諧振抑制電阻器6及布線電感5b的路徑。諧振路徑Y是經過平滑電容器4a、布線電感5a、平滑電容器4c和4d、布線電感5c及平滑電容器4b的路徑。
如假設平滑電容器4a～4d的靜電容量分別為C，直流母線的布線電感5a～5c的值分別為Lb，而諧振抑制電阻器的電阻值為Rc，則諧振路徑X的諧振角頻率ωx及諧振路徑Y的諧振角頻率ωy可分別以下面的式(1)及式(2)表示。ωx=13Lb×12C=132LbC---(1)]]>ωy=12Lb×14C=112LbC---(2)]]>圖4示出從三級變換器1觀察到的直流連接單元3的諧振特性。實線表示裝設有諧振抑制電阻器6的場合的諧振特性，虛線表示未裝設諧振抑制電阻器6的場合的諧振特性。由圖4可知通過裝設諧振抑制電阻器6可降低在諧振角頻率ωx附近的諧振電流。因為在中間電位母線C上流過直流連接單元3的只有調制正極側直流電壓和負極側直流電壓平衡的電流分量，所以由于在中間電位母線中裝設諧振抑制電阻而引起的損失很微小。
在上述實施形態中，即使是在變換器1或逆變器2的PWM開關頻率低接近諧振角頻率ωx的值的場合也可以抑制在直流連接單元上的諧振電流的增加，從而減少在平滑電容器及直流母線上發生的損失并以高效率實現穩定的動作。
下面參考圖1對本發明的三級變換器裝置的第二實施形態予以說明。與圖2的元件相對應的元件以同一標號表示。在這一實施形態的裝置中與上述圖2的裝置不同之處在于在正極電位母線P和負極電位母線N中分別裝設有諧振抑制電抗器7a及7b。
下面利用圖5來說明圖1的直流連接單元3的兩個諧振路徑X及Y。諧振路徑X是經過平滑電容器4a、布線電感5a、諧振抑制電抗器7a、平滑電容器4c、諧振抑制電阻器6及布線電感5b的路徑。諧振路徑Y是經過平滑電容器4a、布線電感5a、諧振抑制電抗器7a、平滑電容器4c和4d、諧振抑制電抗器7b、布線電感5c及平滑電容器4b的路徑。
如假設平滑電容器4a～4d的靜電容量分別為C，直流母線的布線電感5a～5c的值分別為Lb，而諧振抑制電阻器6的電阻值為Rc，諧振抑制電抗器7a及7b的電感為Lc，則諧振路徑X的諧振角頻率ωx及諧振路徑Y的諧振角頻率ωy可分別以下面的式(3)及式(4)表示。ωx=1(3Lb+Lc)×12C=112(3Lb+Lc)C---(3)]]>ωy=1(2Lb+2Lc)×14C=112(Lb+Lc)C---(4)]]>圖6為示出從三級變換器1觀察的直流連接單元3的諧振特性的曲線圖。實線表示裝設有諧振抑制電阻器6以及諧振抑制電抗器7a和7b的場合的諧振特性，虛線表示未裝設這些元件的場合的諧振特性。通過裝設諧振抑制電阻器6可抑制諧振路徑X的諧振電流，可降低在諧振角頻率ωx附近的諧振電流。另外，通過裝設諧振抑制電抗器可降低諧振路徑Y的諧振角頻率ωy。
因為諧振角頻率ωy可利用諧振抑制電抗器7a和7b任意設定，所以可以通過使諧振角頻率ωy與變換器1或逆變器2的開關頻率不一致而使在平滑電容器和直流母線上發生的損失降低并以高效率實現穩定的動作。
根據本發明的實施例，可抑制三級逆變器裝置的直流母線的諧振電流和提高變換效率及動作的穩定性。
權利要求
1．一種三級逆變器裝置，其特征在于，包括將交流電源電力變換為直流電力的變換器、將變換成的直流電力變換為交流電力的逆變器、以及將該變換器和逆變器連接起來的直流連接電路，該直流連接電路具有串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器所獲得的直流電力的兩個第一平滑電容器和串聯在上述正極電位母線和上述負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器供給的直流電力的兩個第二平滑電容器，上述兩個第一平滑電容器的連接點和上述兩個第二平滑電容器的連接點由中間電位母線連接，在該中間電位母線中裝入諧振控制用的電阻器。
2．一種三級逆變器裝置，其特征在于，包括將交流電源電力變換為直流電力的變換器、將變換成的直流電力變換為交流電力的逆變器、以及將該變換器和逆變器連接起來的直流連接電路，該直流連接電路具有串聯在正極電位母線和負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器所獲得的直流電力的兩個第一平滑電容器和串聯在上述正極電位母線和上述負極電位母線之間、用來存儲利用上述變換器供給的直流電力的兩個第二平滑電容器，上述兩個第一平滑電容器的連接點和上述兩個第二平滑電容器的連接點由中間電位母線連接，在上述正極電位母線及上述負極電位母線中分別裝入諧振控制用的電抗器。
全文摘要
一種三級逆變器裝置,可抑制直流母線的諧振電流,并提高變換效率及動作穩定性。該逆變器裝置包括變換器、逆變器以及直流連接電路。該直流連接電路具有兩個第一平滑電容器和兩個第二平滑電容器。在正極及負極電位母線中分別裝設有抑制諧振用的電抗器,而在中間電位母線中裝設有抑制諧振用的電阻器。
文檔編號H02M7/5387GK1310512SQ0012633
公開日2001年8月29日 申請日期2000年9月5日 優先權日2000年2月25日
發明者伊君高志 申請人:株式會社日立制作所