电力转换装置制造方法及图纸

使电力用半导体元件进行开关动作来进行电力转换的电力转换装置具备：电压检测机构，检测在电力用半导体元件的开关动作时产生的共模电压；电压控制电源，通过对由电压检测机构检测到的共模电压进行电力放大的电路，产生与共模电压相同大小且相反极性的电压；以及电压重叠单元，将由电压控制电源产生的电压重叠到电力转换装置的输出，抵消在使电力用半导体元件进行开关动作时产生的开关频率以上的共模电压。

Power conversion device

A power conversion device that uses semiconductor devices to switch power to power conversion: a voltage detecting mechanism that detects the common mode voltage produced by the switching action of a semiconductor element in power; a voltage controlled power supply, and a circuit that amplifies the common mode voltage detected by the voltage detection mechanism. A voltage that produces the same size and opposite polarity with the common mode voltage; and the voltage overlap unit, which overlaps the voltage generated by the voltage controlled power to the output of the power conversion device, and counteracts the common mode voltage above the switching frequency of the switching action of the electric power semiconductor components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力转换装置
本专利技术涉及将基于电力转换装置、例如以逆变器为代表的电力用半导体元件的开关动作进行电力转换时产生的共模电压抵消的方式。
技术介绍
近年，例如在以马达作为负载进行运转控制的电压型PWM逆变器等电力转换装置中，伴随着适用范围的扩大和电力用半导体元件的特性提高，电压型PWM逆变器的载波频率的高频化得以发展。然而，随着该电压型PWM逆变器的高频化的发展，电压型PWM逆变器所产生的电磁干扰(EMI：electromagneticinterference)成为较大的问题。电压型PWM逆变器所产生的电磁干扰的原因主要在于接地线中流动的电流。关于该点，在日本特开平10－94244号公报中提出了使用有源元件抑制逆变器的输出共模电压以减少漏电流的方式。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平10－94244号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，上述公报所记载的技术是以将逆变器的输出共模电压设为0的方式进行抑制的方式，因此需要非常大的共模变压器。因此存在电路规模变大、难以小型化的课题。本专利技术为了消除上述那样的问题而做成，目的在于提供能够缩小电路规模而小型化的电力转换装置。用于解决课题的手段根据本专利技术的某方面的电力转换装置，使电力用半导体元件进行开关动作来进行电力转换，其中，具备：电压检测机构，检测在电力用半导体元件的开关动作时产生的共模电压；电压控制电源，通过对由电压检测机构检测到的共模电压进行电力放大的电路，产生与共模电压相同大小且相反极性的电压；以及电压重叠单元，将由电压控制电源产生的电压重叠到电力转换装置的输出，抵消在使电力用半导体元件进行开关动作时产生的开关频率以上的共模电压。优选的是，电压重叠单元包括具有多个绕组的共模变压器、以及电容器。电压重叠单元的共模变压器与电容器的共振频率被设定在电力用半导体元件的零相电压频率与开关频率之间。优选的是，电力转换装置还具备残留电压检测机构，该残留电压检测机构检测由电压重叠单元重叠后的电力转换装置及电压控制电源的共模电压。电压重叠单元将残留电压检测机构检测到的共模电压加上并重叠到电力转换装置的输出。优选的是，还具备运算放大器，该运算放大器基于残留电压检测机构检测到的共模电压与共模电压的零相电压之间的比较而进行反相放大，调整加上的电压。专利技术效果本专利技术的电力转换装置能够缩小电路规模而小型化。附图说明图1为说明基于实施方式1的马达控制系统1的结构的图。图2为说明针对基于实施方式1的共模抑制电路7的共模的等效电路的图。图3为说明基于实施方式2的马达控制系统1#的结构的图。图4为基于实施方式2的共模抑制电路7#的电压控制电源A#周边的电路结构图。图5为说明基于实施方式2的共模抑制电路7#的电压控制电源A#周边的等效电路的图。图6为说明针对基于实施方式2的共模抑制电路7#的共模的等效电路的图。图7为电压控制电源A#周边的其他电路结构图。图8为对共模电压波形进行说明的图。图9为说明共模电压的FFT解析结果的图。图10为说明共模电压的衰减量的图。具体实施方式参照附图详细地说明本实施方式。此外，对于图中的相同或者相当的部分，赋予相同附图标记不重复说明。以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。[实施方式1]图1为说明基于实施方式1的马达控制系统1的结构的图。参照图1，马达控制系统1包括感应电动机6及本专利技术的电力转换装置2。电力转换装置2包括电压型PWM逆变器4及抑制共模电压的共模抑制电路7。电压型PWM逆变器4(也仅称为逆变器)与直流电源3连接，利用电力用半导体元件(IGBT、SiC等)的开关(switching)动作将该直流电压转换为三相交流电压。由逆变器4转换后的交流电压经由三相电缆5与感应电动机(马达)6连接，该感应电动机6的框架经由接地线与接地电压GND连接。在逆变器4与感应电动机(马达)6之间设置有共模抑制电路7。共模抑制电路7包括：电容器群组8，与逆变器4的三相交流输出端星形联结，检测共模电压；推挽型的发射极跟随电路9，使用了对从其中性点得到的共模电压进行电力放大的互补晶体管；共模变压器11，将该发射极跟随电路9的输出向一次侧(也称为初级层)线圈输入，将其二次侧(也成为次级侧)线圈设置于三相电缆5；以及电容器10，以串联的方式与共模变压器11的一次侧线圈连接。共模抑制电路7与逆变器4的输入侧的作为驱动电源的直流电源3连接。发射极跟随电路9包括双极晶体管Tr1、Tr2，该双极晶体管Tr1、Tr2以串联的方式与直流电源3连接，其栅极分别与电容器群组8连接。发射极跟随电路9优选的是具有能够忠实地输出逆变器4的共模电压的高速响应性和低输出阻抗特性。此外，发射极跟随电路9实现对检测到的共模电压进行电力放大、产生与共模电压相同的大小且相反极性的电压的电压控制电源。此外，电容器群组8的电容器优选的是使用与逆变器4的电力用半导体元件的输出电容相同程度的电容器。由于发射极跟随电路9的输入阻抗足够高，因此即便使用较小电容的电容器也能够以足够的精度来检测逆变器4的共模电压。另外，由于发射极跟随电路9的输出阻抗足够低，因此共模变压器11的励磁电流Im仅由发射极跟随电路9供给。并且，作为共模抑制电路7的驱动电源而从逆变器4的输入侧获得较大的电源电压，因此使用共模变压器11的一次侧与二次侧的绕组的匝数比为1：1的绕组。接下来，对共模电压的抑制方式进行说明。图2为说明针对基于实施方式1的共模抑制电路7的共模的等效电路的图。如图2所示，电容C是马达的绕组与框架间的寄生电容，电感L是路径整体的布线的电感，电阻R表示路径整体的布线的电阻成分。励磁电感Lm、绕组比1:1的变压器是忽略了漏电感的共模变压器11。发射极跟随电路9能够由输入共模电压Vinv并输出与该共模电压Vinv相同大小的电压Vc的电压控制电源A表示。电压Vinv是逆变器输出的共模电压。电流Im是共模变压器的励磁电流。电流Ic是马达中流动的共模电流。电压Vo是对共模电压进行抑制后的共模电压。在逆变器4的一相进行了开关的情况下，逆变器4输出的共模电压Vinv呈阶梯状变化。另外，与发射极跟随电路9的输出端连接的共模变压器11忽略漏电感而仅由励磁电感Lm表示。另外，示出了电容器10的电容C4。每当逆变器4被开关，逆变器4的输出零相电压即共模电压呈阶梯状变化。由此，共模电流IC穿过感应电动机(马达)6的绕组与框架间的寄生电容而流向接地线。共模电压Vinv中包含有零相电压成分Vlow和开关频率以上的成分的电压Vhi。以使励磁电感Lm与电容C4的共振频率成为零相电压频率与开关频率之间的方式设定电容器10的电容C4的值。在该情况下，按照励磁电感Lm而重叠到共模电压的电压Vt由下式1表示。Vt＝Vhi···(式1)另外，电容器10中产生的电压Vcap基于零相电压成分Vlow由下式2表示。Vcap＝Vlow···(式2)另外，逆变器输出的共模电压Vinv由下式3表示。Vinv＝Vc···(式3)另外，电压Vcap满足下式4的关系。Vcap＝Vc-Vt···(式4)并且，共模电压满足下式5的关系。Vo＝Vinv-Vt···(式5)基于式2、式4、式5成为以下的关系。Vo＝Vcap＝Vlow根据该式，共模电压Vo中的开关频率以上的成分被消除，零相电压成分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力转换装置，使电力用半导体元件进行开关动作来进行电力转换，其中，具备：电压检测机构，检测在所述电力用半导体元件的开关动作时产生的共模电压；电压控制电源，通过对由所述电压检测机构检测到的共模电压进行电力放大的电路，产生与所述共模电压相同大小且相反极性的电压；以及电压重叠单元，将由所述电压控制电源产生的电压重叠到所述电力转换装置的输出，抵消在使所述电力用半导体元件进行开关动作时产生的开关频率以上的共模电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.06 JP 2015-2183061.一种电力转换装置，使电力用半导体元件进行开关动作来进行电力转换，其中，具备：电压检测机构，检测在所述电力用半导体元件的开关动作时产生的共模电压；电压控制电源，通过对由所述电压检测机构检测到的共模电压进行电力放大的电路，产生与所述共模电压相同大小且相反极性的电压；以及电压重叠单元，将由所述电压控制电源产生的电压重叠到所述电力转换装置的输出，抵消在使所述电力用半导体元件进行开关动作时产生的开关频率以上的共模电压。2.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，所述电压重叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：小笠原悟司，小原峻介，竹本真绍，山本融真，
申请(专利权)人：国立大学法人北海道大学，东芝三菱电机产业系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP