交流电机系统及其控制方法技术方案

当流过交流电动机(21)的各电气端子的电流达到零附近时，进行使交流电动机(21)的电气端子变为断开状态、或者变为能够通过逆变器(11)内部的回流二极管使电气端子导通的状态的操作。这里，作为使流过各电气端子的电流达到零附近的操作，使逆变器(11)的所有上桥臂或下桥臂的开关元件导通来使电气端子短路。由此来防止或抑制交流电动机(21)等的电抗分量所具有的电磁能在逆变器(11)的运行停止时从交流电动机(21)流入逆变器(11)一侧。其结果，防止了过电压、过电流的产生，从而保护逆变器(11)、主电容器(50)、电源，提高了交流电机系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交流电机系统及其控制方法
本专利技术涉及交流电机系统，该交流电机系统包括：交流电动机、交流发电机、交流电源等交流电机；以及与该交流电机之间进行功率交换的功率转换器。更详细而言，本专利技术涉及在功率转换器停止运行时、防止或抑制电磁能从交流电机流入功率转换器一侧的交流电机系统及其控制方法。
技术介绍
图11是表示交流电机系统的一个示例的示意图。图11中，10是逆变器、整流器那样能控制交流电的功率转换器，20是交流电动机、交流电源等交流电机。在该交流电机系统中，通过功率转换器10的功率转换动作、以及交流电机20的电动机动作、发电机动作等，在功率转换器10与交流电机20之间进行交流电的交换。在上述结构中，交流电机20中存在电抗分量，功率转换器10与交流电机20之间的电缆中也存在电抗。此外，电缆的中途所连接的作为元器件的电抗器、滤波器中也存在电抗。图11中，30表示交流电机20以外的电抗分量。接着，图12是表示图11的具体例的示意图。图12中，11是作为三相功率转换器的全桥型逆变器，111～116是构成逆变器1的半导体开关元件，21是作为交流电机的交流电动机，40是电源(直流电源)，50是直流电压部的电容器(以下称为主电容器)。在该交流电机系统中，通过使逆变器11的开关元件111～116导通、截止来对提供给交流电动机21的三相(U、V、W相)的交流电进行控制，从而能调整交流电动机21的产生转矩、转速。由于这种交流电机系统是公知的，因此省略对电路结构以及动作的详细说明。在上述那样的交流电机系统中，功率转换器10的运行停止时会产生问题。即，存在上述电抗分量所具有的电磁能会在功率转换器10停止时流入功率转换器10的问题。以图12的交流电机系统为例进行说明，在逆变器11的运行停止时，即使逆变器11的所有开关元件111～116截止时，交流电动机21所具有的电磁能会流入逆变器11，导致如下问题的产生。首先，通过逆变器11内的回流二极管使直流电压部的主电容器50的电压上升，若该电压超过主电容器50、开关元件111～116的耐压，则这些元器件会损坏。为了避免该问题，提高主电容器50的静电电容、提高主电容器50、开关元件111～116的耐压等对策是有效的，但都会导致成本、体积、产生损耗增大等。对此，存在如下方法：与主电容器50串联地添加半导体开关元件与电阻的串联连接电路(动态制动电路)，当施加在主电容器50上的电压过大时，使动态制动电路动作来抑制主电容器50的电压上升。然而，该方法也无法避免因添加动态制动电路而带来的成本、体积增大的问题。尤其是功率转换器在电流流通时停止大多是在非常时期才会发生，若特意为此设置动态制动电路，则显然是不经济的。接着，若交流电动机21例如是永磁体型同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor：PMSM，以下也称为PM电动机)，则在电动机高速旋转时，空载感应电压(感应电动势)可能会高于直流电压部的电压，此时，在功率转换器10停止后，电流也会继续流入直流电压部。尤其是在直流电压部连接有电池作为电源的情况下，若流入直流电压部的电流过大，则电池可能会损坏。在该情况下，为了摆脱流入直流电压部的电流过大的状态，考虑在电池与功率转换器之间设置直流开关，并将该直流开关切断。然而，当电流流入交流电机(该例中为PM电动机)时，电抗分量所具有的电磁能还是会流入主电容器50，其结果使导致对主电容器50施加了过电压。此外，作为构成交流电机系统的功率转换器10，除了图12所示的逆变器11以外，还存在矩阵转换器那样、能对电流进行双向流通、切断的半导体开关元件与交流电机20相连的情况。在该矩阵转换器中，若使开关元件截止从而设为任意方向都无法流过电流的状态，则电抗分量所具有的电磁能将无处释放，导致在开关元件上瞬间施加过大的电压，开关元件可能会损坏。这里，图13是表示在图12的交流电机系统中、逆变器11的停止运行时的模拟结果的波形图。另外，交流动机21中使用了PM电动机，图13示出了在逆变器11进行再生动作的状态(将PM电动机的产生电力提供给逆变器11一侧的状态)下、在时刻t1停止逆变器11的运行时各部分的电压、电流等行为。根据图13可知，原先为400[V]的直流电压部的电压(图中的逆变器直流电压)在时刻t1以后上升到了800[V]。因此，若主电容器50的耐压低于800[V]，则主电容器50会损坏。这种现象产生于以下情况：即，在图12的结构中，逆变器11的运行停止后，电流没有从逆变器11一侧流入电源40。例如在图14所示那样、电源40由电池41以及直流继电器的继电器触点(以下称为直流开关)42构成的情况下，若在逆变器11停止运行的同时使直流开关42截止，则因PM电动机的再生功率而产生的电流无法经由逆变器11的回流二极管流入电池41，因而会对主电容器50施加过电压。图15是表示在图14的交流电机系统中、逆变器11的运行停止时的模拟结果的波形图，是对电流流入电源40进行模拟的情况。在该模拟中，使PM电动机高速旋转，使得空载感应电压高于直流电压部的电压，并在逆变器11进行再生动作的时刻t1停止逆变器11的运行，在此后的时刻t2切断直流开关42，求出此时的系统行为。根据图15，在逆变器11的运行停止的时刻t1以后，如标号d所示，会有比时刻t1以前更大的电流流入电池41，若电池41的电流承受能力低于该电流值，则电池41可能会损坏。此外，在切断直流开关42的时刻t2以后，直流电压部的电压会大幅上升，因此主电容器50的耐压会成为问题。作为解决上述问题的方法之一，存在专利文献1所公开的现有技术。在专利文献1的现有技术中，当电路的主开关(相当于图14中的直流开关42)由于某种原因而断开时，使逆变器的上桥臂或下桥臂的开关元件全部进入导通状态来使电动机的定子绕组短路，从而避免电磁能从电动机流入逆变器。由此能防止过大的电流流入电源侧，或对主电容器施加过电压。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平9-47055号公报(段落[0024]～[0034]、图1、图2等)
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题专利文献1所公开的现有技术存在以下问题。(1)该现有技术中，通过使电动机短路来持续流过过大的电流，因此可能会导致电动机的过热、永磁体的退磁。(2)该现有技术中，因电动机短路而流过的过大电流的衰减依赖于电动机的减速，因此，过大的短路电流通常需要相当多的时间来进行衰减。而且，若在电动机充分减速前停止逆变器的运行，即使所有开关元件截止，则储存在电抗分量中的电磁能会通过较大的短路电流流入逆变器。特别是在主电容器的电容较小的情况下，主电容器的电压上升容易产生问题。例如在电动车用逆变器中，出于延长寿命等理由，大多使用单位体积的电容较小的滤波电容器，因此主电容器的电压上升尤其会产生问题。因此，本专利技术的目的在于，在具备交流电机、功率转换器及其控制装置的交流电机系统中，防止或抑制电抗分量所具有的电磁能在功率转换器停止运行时流入功率转换器一侧，防止过电压、过电流的产生，从而提高系统的安全性。解决技术问题所采用的技术方案为了解决上述问题，本专利技术的一种交流电机系统，包括：交流电机；在该交流电机之间进行功率交换的功率转换器；以及控制装置，其特征在于，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电机系统，包括：交流电机；与所述交流电机的多个电气端子相连、并与所述交流电机之间进行功率交换的功率转换器；以及对构成所述功率转换器的半导体开关元件进行控制的控制装置，其特征在于，包括电流信息获取单元，该电流信息获取单元获取流过所述交流电机的各电气端子的电流达到零附近的时刻，在用于从在所述功率转换器与所述交流电机之间交换功率的转换器动作期间过渡到不进行功率交换的转换器停止期间的转换器过渡期间内，在所述电流信息获取单元获取到所述时刻的情况下，通过所述控制装置对所有所述电气端子进行使所述电气端子变为断开状态、或变为能够通过所述功率转换器内部的整流元件使电气端子导通的状态的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-0802861.一种交流电机系统，包括：交流电机；与所述交流电机的多个电气端子相连、并与所述交流电机之间进行功率交换的功率转换器；以及对构成所述功率转换器的半导体开关元件进行控制的控制装置，其特征在于，包括电流信息获取单元，该电流信息获取单元获取流过所述交流电机的各电气端子的电流达到零附近的时刻，在用于从在所述功率转换器与所述交流电机之间交换功率的转换器动作期间过渡到不进行功率交换的转换器停止期间的转换器过渡期间内，在所述电流信息获取单元获取到所述时刻的情况下，通过所述控制装置对所有所述电气端子进行使所述电气端子变为断开状态、或变为能够通过所述功率转换器内部的整流元件使电气端子导通的状态的操作，作为所述转换器过渡期间内的所述功率转换器的操作，使所述交流电机的多个电气端子彼此短路的操作，由此产生流过所述电气端子的电流达到零附近的状态。2.如权利要求1所述的交流电机系统，其特征在于，在所述转换器过渡期间内，在所述交流电机的电流超过规定值时，停止暂时将构成所述功率转换器的所述半导体开关元件一起切断的过电流脱扣功能。3.如权利要求1或2所述的交流电机系统，其特征在于，所述交流电机是永磁体型同步电机。4.如权利要求3所述的交流电机系统，其特征在于，所述功率转换器为全桥型逆变器，存在所述永磁体型同步电机的感应电动势的线间峰值高于所述逆变器的直流电压部的电压的期间。5.如权利要求3所述的交流电机系统，其特征在于，所述永磁体型同步电机构成为内部的永磁体不会由于该同步电机的电气端子短路而流过的电流而产生不可逆退磁。6.如权利要求4所述的交流电机系统，其特征在于，所述永磁体型同步电机构成为内部的永磁体不会由于该同步电机的电气端子短路而流过的电流而产生不可逆退磁。7.一种交流电机系统的控制方法，用于控制权利要求1或2所述的交流电机系统，其特征在于，所述功率转换器为全桥型逆变器，使所述电气端子彼此短路的操作通过利用构成所述逆变器的半导体开关元件、以及与该半导体开关元件反向并联连接的回流二极管使电流回流来进行。8.如权利要求7所述的交流电机系统的控制方法，其特征在于，在所述转换器过渡期间内，在流过各电气端子的电流的方向是从所述功率转换器朝向所述交流电机的正方向的情况下、或在流过各电气端子的电流的大小在规定的负值到零的范围内的情况下，使与该电气端子相连的所述功率转换器的上下桥臂的半导体开关元件变为截止状态，并维持该状态，在流过各电气端子的电流的大小在所述规定的负值以下时，使与该电气端子相连的上桥臂的半导体开关元件变为截止状态，并使...

【专利技术属性】
技术研发人员：鸟羽章夫，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP