逆变器和使用它的驱动系统技术方案

本发明专利技术涉及逆变器和使用它的驱动系统，特别涉及降低交流电动机的高次谐波损失的技术。而且，本发明专利技术的课题为实现用于使交流电动机的高次谐波损失的最小化持续的脉冲模式。为了实现上述课题，本发明专利技术是一种对直流进行开关动作将其转换为交流的逆变器，其特征在于：基于调制系数切换第1脉冲模式与第2脉冲模式，第1脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为n、(n‑1)，第2脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为(n‑1)、n，其中，n为整数，每个周期的脉冲数为(2n‑1)。根据本发明专利技术，能够使交流电动机的高次谐波损失最小化。由此，能够得到防止材料特性的劣化、冷却系统的小型化等效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及逆变器和使用它的驱动系统，特别涉及降低交流电动机的高次谐波损失的技术。
技术介绍
为了高效地驱动交流电动机，应用逆变器的可变速驱动是有效的。逆变器包括开关元件，能够对交流电动机施加任意频率的交流电压。但是，因开关动作而会产生电压、电流高次谐波，成为高次谐波损失(磁滞损失(Hysteresisloss)、涡电流损失等)的原因。这不仅使效率降低，而且还会因热而使磁铁、电磁钢板等的材料特性劣化。因此，需要适当控制逆变器的开关，降低高次谐波损失。(专利文献1)中，根据调制系数切换逆变器的开关的脉冲数。在此，脉冲数是交流电动机的1周期中，逆变器输出的电压脉冲的数量。通过脉冲数的调节，能够抑制电压高次谐波，减少高次谐波损失。(专利文献2)中，以使高次谐波损失除以基波电力而得的值为最小的方式规定脉冲相位。脉冲相位是电压脉冲为ON或OFF时的电压相位。当脉冲相位被确定时，电压高次谐波也被确定，进而能够近似地求取高次谐波损失。以使其最小化的方式使脉冲相位最适合。(专利文献1)的问题点在于，在无法变更脉冲数的情况下，不能减少高次谐波损失。脉冲数依赖于逆变器的开关元件的特性、或交流电动机的旋转速度，所以并不一定能够任意变更。(专利文献2)中，即使脉冲数相同，也通过使脉冲相位最适合来降低高次谐波损失。但是，脉冲相位的最适合时，高次谐波损失的极小化有可能停止，并不一定能够最小化。为了使高次谐波损失最小化，需要按逆变器的每个脉冲模式使脉冲相位最适合化，并将最适合化后的脉冲模式彼此进行比较。脉冲模式是电压相位对应的电压脉冲的配置图案。相同的脉冲数(2n-1、n：整数)中，脉冲模式被分为2类。第1脉冲模式，电压相位为0～180度的脉冲数为：n；电压相位为180～360度的脉冲数为：(n-1)。第2脉冲模式，电压相位为0～180度的脉冲数为：(n-1)；电压相位为180～360度的脉冲数为：n。全部的脉冲模式被分为第1脉冲模式、第2脉冲模式中的一者。因此，如果分别使第1脉冲模式、第2脉冲模式最适合化，进而在最适化后选择损失更小的脉冲模式，就能够使高次谐波损失最小化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-223772号公报专利文献2：日本特开2012-120250号公报非专利文献非专利文献1：电气工程师协会：电机控制工程，Ohmsha、pp.132-152(2007)
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术涉及逆变器和使用它的驱动系统，特别是实现用于降低交流电动机的高次谐波损失的脉冲模式控制。用于解决课题的方法为了实现上述课题，本专利技术为一种对直流进行开关动作将该直流转换为交流的逆变器，其特征在于：基于调制系数切换第1脉冲模式与第2脉冲模式，所述第1脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为n、(n-1)，所述第2脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为(n-1)、n，其中，n为整数，每一个周期的脉冲数为(2n-1)。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：基于逆变器的基频改变上述脉冲数。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：切换所述第1脉冲模式与所述第2脉冲模式以使(式3)的高次谐波损失Wh最小化(其中，An：n次电压高次谐波，n：谐波次数，λ：损失系数(0≤λ≤2))。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：当所述调制系数为正时，切换为所述第1脉冲模式，当所述调制系数为负时，切换为所述第2脉冲模式。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：按照下列方式中的至少一种方式切换所述第1脉冲模式与所述第2脉冲模式，即：(1)所述n为奇数并且调制系数为规定值以上时，切换为第1脉冲模式；(2)所述n为奇数并且调制系数为规定值以下时，切换为第2脉冲模式；(3)所述n为偶数并且调制系数为规定值以上时，切换为第2脉冲模式；和(4)所述n为偶数并且调制系数为规定值以下时，切换为第1脉冲模式。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：在所述脉冲数为规定值以上的情况下，停止所述脉冲模式的切换。并且，本专利技术的逆变器的特征在于：基于所述调制系数使载波反转。另外，本专利技术的驱动系统的特征在于：利用本专利技术的逆变器控制作为驱动系统的驱动源的交流电动机。专利技术效果根据本专利技术，能够使交流电动机的高次谐波损失最小化。由此，能够得到防止材料特性的劣化、冷却系统的小型化等的效果。附图说明图1是实施例1的逆变器的结构图。图2是电压、电流的矢量图。图3是脉冲数3的脉冲模式。图4是脉冲数5的脉冲模式。图5是脉冲数n的脉冲模式。图6是脉冲数3的调制系数与脉冲相位的关系图。图7是脉冲数3的调制系数与高次谐波损失的关系图。图8是脉冲数5的调制系数与脉冲相位的关系图。图9是脉冲数5的调制系数与高次谐波损失的关系图。图10是脉冲数3、调制系数0％附近的脉冲模式。图11是脉冲数3、调制系数+100％附近的脉冲模式。图12是实施例2的逆变器的结构图。图13是第1载波选择时的动作波形图的一例。图14是第2载波选择时的动作波形图的一例。图15是使用实施例3的逆变器的驱动系统的结构图。具体实施方式下面，用附图对本专利技术的各实施例进行说明。(实施例1)用图1～图11对实施例1进行说明。图1是实施例1的逆变器的结构图。交流电动机1，通过逆变器2被施加三相交流电压(U相电压Vu、V相电压Vv、W相电压Vw)，流动三相交流电流(U相电流Iu、V相电流Iv、W相电流Iw)，产生电动机转矩。其中，交流电动机1假定为三相进行说明，但三相以外的情况下也同样。对交流电动机1的状态量进行说明。图2是电压、电流的矢量图。U轴表示交流电动机1的U相线圈产生的磁通方向。V轴和W轴也同样。S轴是使U轴逆时针方向旋转90度的轴。d轴表示交流电动机1的旋转轴，其相位为以S轴为基准的θ。另外，d轴的旋转速度、即交流电动机1的旋转速度为ω。电动机电压V1为三相交流电压的合成矢量，其电压相位为以S轴为基准的θv。逆变器2通过对直流电压VDC进行开关动作将其转换为三相交流电压，输出到交流电动机1。电流检测单元3检测三相交流电流，输出到逆变器控制单元5。位置-速度检测单元4检测交流电动机1的转子相位θ和旋转速度ω，输出到逆变器控制单元5。逆变器控制单元5基于三相交流电流、转子相位θ、旋转速度ω、速度指令ω*，将栅极信号Guvw输出到逆变器2。由此，逆变器2的开关被控制(PWM控制)，交流电动机1的旋转速度ω收敛于速度指令ω*。旋转速度指令ω*也可以置换为转矩指令或电流指令等。逆变器控制单元5的构成要素为输出电压计算单元51、第1脉冲模式计算单元52、第2脉冲模式计算单元53、脉冲模式切换单元54、栅极信号计算单元55、脉冲数计算单元56。以下对各构成要素进行说明。输出计算单元51基于三相交流电流、转子相位θ、旋转速度ω，计算电压相位θv和调制系数Kh。例如以下面的步骤进行计算。(1)根据非专利文献1的矢量控制，计算电动机电压V1和电压相位θv。(2)通过将电动机电压V1除以直流电压VDC来导出调制系数Kh。上述计算后，电压相位θv被输出到栅极信号计算单元55。另外，调制系数Kh被输出到第1脉冲模式计算单元52、第2脉冲模式计算单元53。第1脉冲模式计算单元52、第2脉冲模式计算单元53，基于调制系数Kh和脉冲数Pno分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆变器，其对直流进行开关动作将该直流转换为交流，所述逆变器的特征在于：基于调制系数切换第1脉冲模式与第2脉冲模式，所述第1脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为n、(n‑1)，所述第2脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为(n‑1)、n，其中，n为整数，每个周期的脉冲数为(2n‑1)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.18 JP 2014-1248951.一种逆变器，其对直流进行开关动作将该直流转换为交流，所述逆变器的特征在于：基于调制系数切换第1脉冲模式与第2脉冲模式，所述第1脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为n、(n-1)，所述第2脉冲模式的电压相位0～180度、180～360度的脉冲数分别为(n-1)、n，其中，n为整数，每个周期的脉冲数为(2n-1)。2.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于：基于逆变器的基频改变所述脉冲数。3.如权利要求1所述的逆变器，其特征在于：切换所述第1脉冲模式与所述第2脉冲模式以使(式3)的高次谐波损失Wh最小化，其中，An：n次电压高次谐波，n：次数，λ：损失系数(0≤λ≤2)。4.如权利要求1所述的逆变器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：隅田悟士，岩路善尚，
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