三电平电力变换器的电容器容量判定装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种三电平电力变换器的电容器容量判定装置。为了不受外部电路条件控制而稳定且高度准确的判定三电平电力变换器的电容器容量变化，设置判定分压电容器容量降低装置以检测在三电平电力变换器直流侧设置的分压电容器中性电位点的电压波动并把该检测结果与基准值比较。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及把直流电变换为交流电或把交流电变换为直流电的三电平电力变换器；尤其涉及对设置在变换器直流侧的分压电容器维护和保护的改进。作为检测设置在电力变换器的直流侧电容器容量的技术，利用在直流电源接通时的初始充电波形，通过测量时间常数而测定电容量，这种技术已经熟知。自然，该技术可不受电力变换器交流侧电压电平数的限制(二电平、三电平或更多电平)而加以应用。在上述常规技术中，因为电容器的充电时间取决于电源电压或充电用电阻器，因而外部电路条件的准确检测成为高精度检测电容器容量的前提。在例如公告号为7-222436(1995)的日本专利中揭示了一种由平滑电容器的脉动电流或电压检测电容器老化(aged deterioration)的方法。但是，多个脉动成分在直流电路中产生，这成为准确检测老化的障碍。本专利技术的目的在于提供一种不取决于外部电路条件而可高稳定且准确地判定三电平电力变换器电容器容量降低的装置。通过提供检测设置在三电平电力变换器直流侧分压电容器的中间电位点(以下，称为中性点)的交流电压波动、并把该交流电压波动的检测结果与基准值比较的装置，而达到上述目的。由此，检测不受外部电路条件影响的中性点的交流电压波动成分，当该电压波动成分的幅值超过预定基准值时，即判定直流电容器容量降低。附图说明图1是表示本专利技术第一实施例的示意图。图2是本专利技术动作波形的说明图。图3是表示本专利技术第二实施例的示意图。本专利技术一个实施例示于图1，图1是本专利技术应用于驱动电气车辆的三电平逆变器的一个例子。图1中，1是由架线提供的直流电压源，21、22是用于由直流电压源1的电压提供相当于交流电流侧零电位的中性点电压、连接在P和N点之间并进行分压的分压电容器，这些分压电容器通常也可用作二电平逆变器直流侧的滤波电容器。30～33是具有稳流工作的整流元件、能自消弧的开关元件(在本实施例中采用IGBT，但也可采用GTO、晶体管等)，34、35是取得电容器中性点电压的辅助整流元件。3a构成与U相对应的切换臂，3b、3c分别以与3a同样方式构成V相及W相的切换臂，4是作为逆变器负荷装置的感应电动机。切换臂3a至3c可在各自相独立工作，并通过开关元件的通、断控制，在逆变器的交流端产生三电平的输出电压。此外，在公开号为51-47848(1976)及公开号为56-74088的日本专利公报中详细公开了三电平逆变器的主电路，在公开号为05-146160(1993)的日本专利公报中详细揭示了脉宽调制控制。在图1中，5是脉宽调制控制电路，它输入逆变器输出电压的频率指令Fi*、电压指令E*、分压电容器电压ecp、ecn、及选通起动/停止信号GSS，从而输出提供给开关元件30～33的门信号(开、关信号)。这里，电压ecp、ecn主要用来控制中性点电压，以使施加在各个分压电容器21及22上的电压均等。另一方面，6是作为本专利技术主要特征的电容器容量判定电路。该电路包括检测中性点电压交流成分的交流成分检测器61、检测所述交流成分幅值的最大值检测器62、第1比较器63、第2比较器64以及记录交流电压幅值历史的存储器65。71是警告由第一比较器判定的电容器容量降低的外部指示器。72是读出存储器65中所记录的数据的监视器。自然，指示器71和监视器72可设置在所述电容器容量判定电路6或脉宽调制控制电路的内部。本专利技术电力变换器的工作参照图1及2说明如下。在三电平逆变器中，驱动时，在电压中性点产生具有逆变器输出频率之三倍频率的交替漂移。动作波形的一个例子示于图2。如图2(b)及(c)所示，分压电容器的电压ecp和ecn相互反相，并具有输出电压/电流频率之三倍频率的输出脉动。电压波动的幅值ΔE0由下式确定。ΔE0=a·Im32π2Fi·C----(1)]]>其中A为调制率，Im为逆变器输出电流(基波有效值)，Fi为逆变器频率，C为分压电容器的容量。幅值ΔE0由调制率(逆变器输出电压的基波幅值以分压电容器的平均电压加以规格化的值)、逆变器输出电流的控制变量、逆变器频率及电容器容量确定。除了直流电源电压及电容器电容量外ΔE0与外部电路常数无关。不言而喻，若得到ΔE0，则也能马上获得电容器容量C。本专利技术利用了三电平逆变器的这一特有性质。换言之，在图1中，由交流成分检测器61检测中性点电压中所含的交流成分，由最大值检测器62检测交流成分的幅值。该最大值检测器62具有不仅检测交流成分的幅值而且在总是变化的驱动状态下检测最大电压幅值的功能。第1比较器63把检测结果与由公式(1)获得的ΔE0允许值的基准值1比较且当ΔE0大于该基准值1时，在输出端CC1输出“1”(平时输出“0”)。当信号“1”作为CC1输出时，指示器7显示一个符号表示电容器容量降低。本实施例具有能不受外部电路条件控制而稳定且准确地检测电容器容量降低的效果。此外，在第2比较器64中设定比基准值1大的基准值2，当最大值检测器62的输出超过基准值2时，第2比较器64输出“1”作为输出CC2(平时输出“0”)。结果，选通启动/停止条件固定为选通停止，而脉宽调制控制电路停止驱动主电路。由此，可预先防止在电容器容量异常降低时逆变器的异常动作。另一方面，通过提供其中记录有不性点电压交流漂移历史的存储器65，可获得电容器容量长期变化的情况，因而可能容易地发现电容器容量有降低危险的某个电容器。尤其，能有效减少维护工作量。在上述实施例中，本专利技术应用于把直流转换为交流的三电平逆变器中，但本专利技术也可应用于把交流转换为直流的三电平变换器中而期望取得同样效果。在由交流输出电压半周期中具有相同极性的电压脉冲串构成的单极调制控制中，本专利技术尤其具有高精度判定的特点。本专利技术的第2实施例示于图3。除了交流成分检测器61的输入信号变为分压电容器电压ecp与ecn之差这点外，第2实施例与图1所示实施例相似。在该实施例中，交流成分检测器61的输入信号中所含的直流成分非常小，交流成分能有效检测。按照本专利技术，在三电平电力变换器中，电容器容量的降低能稳定和高度准确地加以判定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种把直流电压转换为包括高电位、中间电位及低电位的三电平交流电压的电力变换器，其特征在于包括根据设置在所述电力变换器直流侧的分压电容器的中间电位的交流电压变化幅值，判定该分压电容器容量变化的装置。

【技术特征摘要】
JP 1996-6-14 153699/961.一种把直流电压转换为包括高电位、中间电位及低电位的三电平交流电压的电力变换器，其特征在于包括根据设置在所述电力变换器直流侧的分压电容器的中间电位的交流电压变化幅值，判定该分压电容器容量变化的装置。2.如权利要求1所述的电力变换器，其特征在于，中间电位的所述交流电压变化由所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲田清，寺泽清，齐藤秀治，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]