电力变换设备和方法及汽车技术

本发明专利技术提供一种电力变换设备和方法及汽车。一种用于向多相交流（ＡＣ）电动机提供驱动电压的设备和方法。变换单元被连接到多相ＡＣ电动机的各相，该变换单元包括多个开关装置并且在至少一个相中包括：ＡＣ电源母线与输出端子之间的第一开关装置、直流（ＤＣ）电源母线与输出端子之间的第二开关装置、以及ＡＣ电源和ＤＣ电源的公共母线与输出端子之间的第三开关装置。通过从具有与ＡＣ电源和ＤＣ电源相对应的电位值的电压中选择电压来生成多相ＡＣ电动机的驱动电压，且使用所选择的电压来操作多个开关装置中的开关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力变换设备和电力变换方法，尤其涉及一种用于提供驱动电动机的驱动电力的电力变换设备和电力变换方法。
技术介绍
已知一种包括用于将蓄电池的DC(direct current，直流)电变换成AC(alternating current，交流)电的逆变器(inverter)的“电动汽车用车载充电器”(参见日本特开平06-327102号公报)。该已知的充电器包括电动汽车的电力变换器，该电动汽车至少包括蓄电池、将蓄电池的DC电变换成AC电的逆变器以及包括由逆变器驱动的电动机的驱动装置。还设置有控制电路。除了给蓄电池充电的时间之外，由于电动机的绕组连接形成中性点(neutralpoint)，因此所述控制电路基于逆变器的输出控制电动机工作。当给蓄电池充电时，控制电路通过在断开电动机中的绕组连接之后从充电插头线连接电源来给蓄电池充电。换句话说，对作为AC电抗器的电动机绕组设置有双掷开关。该逆变器进行电动机驱动控制和电池充电控制，并用作充电器。
技术实现思路
此处记载了用于向多相交流电动机提供驱动电压的电力变换设备的实施例。一个例子包括用于连接到多相交流(AC)电动机的各相的变换单元，该变换单元包括多个开关装置。该变换单元在至少一个相中包括AC电源的母线与输出端子之间的第一开关装置、直流(DC)电源的母线与输出端子之间的第二开关装置、以及AC电源和DC电源的公共母线与输出端子之间的第三开关装置。该实施例还包括电力控制器，该电力控制器用于通过从具有与AC电源和DC电源相对应的电位值的电压中选择电压来生成多相AC电动机的驱动电压，并且用于使用所选择的电压来操作多个开关装置中的开关。此处还记载了用于向多相交流(AC)电动机提供驱动电压的方法。一个方法使用连接到多相AC电动机的各相的变换单元，其中该变换单元包括多个开关装置并且在至少一个相中包括AC电源的母线与输出端子之间的第一开关装置、直流(DC)电源的母线与输出端子之间的第二开关装置、以及AC电源和DC电源的公共母线与输出端子之间的第三开关装置。该方法包括例如通过从具有与AC电源和DC电源相对应的电位值的电压中选择电压来生成多相AC电动机的驱动电压，并且使用所选择的电压来操作多个开关装置中的开关。本专利技术的另一实施例记载了一种汽车，该汽车包括电动机；以及前述电力变换设备，该电力变换设备用于在所述汽车的行驶状态期间驱动所述电动机。附图说明此处说明参考附图，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中图1是示出根据本专利技术第一实施例的电力变换控制系统的结构的框图；图2是示出如图1所示的电力变换器12的结构的电路图；图3是示出图1所示的电流控制单元的结构的框图；图4是详细示出图1所示的电力控制和调制率(modulationfactor)计算单元31的结构的框图； 图5是示出图1所示的PWM脉冲生成单元的结构的框图；图6是在图5所示的载波比较部分所使用的三角波的波形图；图7是图2所示的U相的电路图；图8是示出通过三角波比较的脉冲信号生成的波形图；图9是示出具有死区时间(dead time)的信号的生成的波形图；图10是示出脉冲信号M和N的波形图；图11是示出当AC符号信号AC_sign为H时所获得的开关驱动信号的例子的波形图；图12是示出当AC符号信号AC_sign为L时的开关驱动信号的例子的波形图；图13是设置有电力变换设备的电动汽车的示意图；图14是示出在第二实施例中通过锯齿波比较生成信号A0′和B0′的脉冲的波形图；图15是示出在第二实施例中通过锯齿波比较生成具有死区时间的信号的波形图；图16是示出在第二实施例中通过锯齿波比较生成脉冲信号M和N的波形图；图17是示出在第二实施例中DC电源载波和AC电源载波之间的关系的波形图；图18A和18B是示出在第二实施例中作为脉冲生成部分的输出的驱动信号的例子的波形图，其中图18A示出AC符号信号AC_sign为H的情况，图18B示出AC符号信号AC_sign为L的情况；图19是示出在第三实施例中的E_plus信号的波形图；图20是示出在第三实施例中当AC符号信号AC_sign为H时的驱动信号的例子的波形图；图21是示出在第四实施例中的电力变换器的结构的电路图； 图22是示出根据本专利技术第五实施例的(电动机驱动系统中的)电力变换器的电路图；以及图23是示出在第六实施例中的电力变换器的结构的电路图。具体实施例方式前述已知的充电器具有通过使用逆变器作为充电器的一部分而获得的缩小尺寸。然而，这会导致如下等问题当将电动机绕组用作AC电抗器时，由于存在对电动机施加转矩的可能性，因此在充电期间电动机发生振动。相反，此处公开的本专利技术的实施例具有通过减少组件数量而获得的减小的尺寸和重量，但能够限制或者避免由于工作而造成的振动等问题。例如，电力变换设备可从基于从交流电源提供的电压和从直流电源提供的电压的输出电压中对多相AC电动机提供驱动电压。该电力变换设备包括与多相AC电动机的各相(phase)相对应的变换单元。至少一个相中的变换单元包括交流电源的母线(bus)与输出端子之间的开关、直流电源的母线与输出端子之间的开关以及交流电源和直流电源的公共母线与输出端子之间的开关。控制装置通过从具有与交流电源和直流电源相对应的电位的电压中选择电压来生成多相AC电动机的驱动电压。所选择的电压用于使一个开关工作。因此，从基于从交流电源提供的电压和从直流电源提供的电压的输出电压中对多相AC电动机提供驱动电压。因此，即使向电力变换设备提供交流电，也可以控制电动机。可以防止生成电动机不需要的驱动力和振动。下文中基于附图详细说明本专利技术的实施例。图1是示出根据本专利技术第一实施例的电力变换控制系统10的结构的框图。如图1所示，电力变换控制系统10包括DC电源(内部DC电源)11a、AC电源(AC供电源)11b、用于执行切换功能的电力变换器12、转矩控制装置13和电力控制设备14。电力变换器12对电动机(多相AC电动机)15提供所需的电压。电动机15是接收电力Pm的三相AC电动机。图2是如图1所示的电力变换器12的结构的电路图。如图2所示，电力变换器12包括电动机15的各相(U相、V相、W相)的多组开关。DC电源11a和AC电源11b彼此串联连接。DC电源11a的正极和AC电源11b的一端连接到公共母线16，下文中可将该公共母线16称作“正母线”。通过能够控制双向导通的半导体开关对18a和18b、19a和19b以及20a和20b分别连接DC电源11a的负母线17和电动机15的各相端子的组。通过能够控制双向导通的半导体开关对21a和21b、22a和22b以及23a和23b分别连接正母线16和电动机15的各相端子的组。类似地，通过能够控制双向导通的半导体开关对25a和25b、26a和26b以及27a和27b分别连接与AC电源11b的一端连接的母线24和电动机15的各相端子的组。在正母线16和负母线17之间连接平滑电容器28。在AC电源11b的母线24和公共母线16之间连接第二平滑电容器29。电力变换器12是基于三个电位值，即公共母线16的电位、DC电源11a的负母线17的电位以及与AC电源11b的一端连接的母线24的电位，生成施加到电动机15的电压的DC/AC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换设备，用于对多相交流电动机提供驱动电压，该设备包括：变换单元，用于连接到所述多相交流电动机的各相，所述变换单元包括多个开关装置并且在至少一个相中包括：交流电源的母线与输出端子之间的第一开关装置；直流电源的 母线与所述输出端子之间的第二开关装置；以及所述交流电源和所述直流电源的公共母线与所述输出端之间的第三开关装置；以及电力控制器，用于通过从具有与所述交流电源和所述直流电源相对应的电位值的电压中选择电压来生成所述多相交流电动机的 驱动电压，并且用于使用所选择的电压来操作所述多个开关装置中的开关。

【技术特征摘要】
JP 2006-3-7 2006-060990;JP 2006-3-15 2006-0712791.一种电力变换设备，用于对多相交流电动机提供驱动电压，该设备包括变换单元，用于连接到所述多相交流电动机的各相，所述变换单元包括多个开关装置并且在至少一个相中包括交流电源的母线与输出端子之间的第一开关装置；直流电源的母线与所述输出端子之间的第二开关装置；以及所述交流电源和所述直流电源的公共母线与所述输出端之间的第三开关装置；以及电力控制器，用于通过从具有与所述交流电源和所述直流电源相对应的电位值的电压中选择电压来生成所述多相交流电动机的驱动电压，并且用于使用所选择的电压来操作所述多个开关装置中的开关。2.根据权利要求1所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力控制器还用于从所述交流电源的第一电压值和交流电压指令值生成所述交流电源的第一调制率指令值；从所述直流电源的第二电压值和直流电压指令值生成所述直流电源的第二调制率指令值；基于所述第一调制率指令值和所述第二调制率指令值生成脉冲宽度调制脉冲；以及从与所述直流电源相对应的第一脉冲宽度调制脉冲信号、与所述交流电源相对应的第二脉冲宽度调制脉冲信号、用于选择所述交流电源和所述直流电源之一的信号以及交流电压符号，生成所述变换单元的ON/OFF信号。3.根据权利要求2所述的电力变换设备，其特征在于，当所述交流电源的电压为正时，所述电力控制器还用于响应于连接到所述交流电源的所述多个开关装置的ON/OFF信号，将从所述输出端子到所述交流电源的高电位侧的路径上的第一开关和从所述交流电源的低电位侧到所述输出端子的路径上的第二开关设为ON；以及使用从所述交流电源的高电位侧到所述输出端子的路径上的第三开关和从所述输出端子到所述交流电源的低电位侧的路径上的第四开关，生成所述多相交流电动机的脉冲宽度调制驱动脉冲，所述脉冲宽度调制驱动脉冲对应于连接到所述交流电源的所述多个开关装置的ON/OFF信号。4.根据权利要求2所述的电力变换设备，其特征在于，当所述交流电源的电压为负时，所述电力控制器还用于响应于连接到所述交流电源的所述多个开关装置的ON/OFF信号，将从所述交流电源的高电位侧到所述输出端子的路径上的第一开关(25a)和从所述输出端子到所述交流电源的低电位侧的路径上的第二开关(21b)设为ON；以及使用从所述交流电源的母线的高电位侧到所述输出端子的路径上的第三开关(25b)和从所述交流电源的低电位侧到所述输出端子的路径上的第四开关(21a)，生成所述多相交流电动机的脉冲宽度调制驱动脉冲，所述脉冲宽度调制驱动脉冲对应于连接到所述交流电源的所述多个开关装置的ON/OFF信号。5.根据权利要求2所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力控制器还用于使用从所述直流电源的高电位侧到所述输出端子的路径上的第一开关和从所述输出端子到所述直流电源的低电位侧的路径上的第二开关，生成所述多相交流电动机的脉冲宽度调制驱动脉冲，所述脉冲宽度调制驱动脉冲对应于连接到所述直流电源的所述多个开关装置的ON/OFF信号。6.根据权利要求2所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力控制器还用于从依赖于电动机转矩指令值的电动机电流指令值、表示所述交流电源的电力和所述直流电源的电力的目标分配的分配比指令值、以及所述交流电源和所述直流电源的输出电压值，生成所述直流电压指令值和所述交流电压指令值。7.根据权利要求6所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力控制器还用于从所述交流电压指令值和通过翻转所述交流电源的第一电压值的符号获得的值，生成所述第一调制率指令值。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：吉本贯太郎，北岛康彦，每川研吾，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]