电力变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电力变换装置，包括功率二极管整流器（ＲＥＣ），它的ＡＣ端子经ＡＣ电抗器（Ｌｓ）与ＡＣ电源连接；电压型自整流电力变换器（ＣＮＶ），它的多个ＡＣ端子经还原电流抑制电抗器（Ｌａ）与该功率二极管整流器的ＡＣ端子连接；和ＤＣ平滑电容器（Ｃｄ），连接在该电压型自整流电力变换器的ＤＣ公用端子和功率二极管整流器之间，并联有负载装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种经济而高效率的电力变换装置，它包括功率二极管整流器和电压型自整流电力变换器的组合，和/或功率二极管整流器和多级输出自整流电力变换器的细合。
技术介绍
对于电气铁路发电系统，常采用以三相桥接用功率二极管整流器将三相AC整流为DC电源的系统。该系统的优点是对承受过载的优良性能且变换器成本低。然而，还有一个问题，当将再生制动加到交通工具上时，不能在AC电源侧产生它里面的电能，导致再生的重复缺乏。另一缺点是负载电流依赖性，导致产生的DC电压随负载的波动很可观。图1A到1B说明了能再生电力的已有技术的PWM变换器(脉宽调制控制变换器)的电路设计。PWM变换器CNV中，AC端子经过AC电抗器Ls与三相AC电源SUP的端子R、S、T连接，多个DC端子与DC平滑电容器Cd和三相输出VVVF(可变电压可变频率)变换器INV的多个DC端子连接。变换器INV的AC端子与AC电动机M连接。PWM变换器CNV包括6个臂，即，6个整流高速二极管D1到D6连接成以三相桥接器和自关断元件S1到S6(包括用于再生逆变器(inverter)的开关元件)反向并联到这些二极管的形式。二极管D1到D3和自关断元件S1到S3布置在阳极侧，二极管D4到D6和自关断元件S4到S6布置在阴极侧。逆变器INV也与变换器CNV的电路设计相同，因此不再描述。PWM变换器CNV配备有控制装置，它包括比较器C1，C3、电压控制补偿器Gv(S)、乘法器ML、电流控制补偿器Gi(S)和脉宽调制控制电路PWMC。比较器C1和电压控制补偿器Gv(S)对每个相是相同的，而乘法器ML、比较器C3、电流控制补偿器Gi(S)和脉宽调制控制电路PWMC为每个相而设定。本文中只详细描述R相的内部电路设计，但是，S相和T相控制电路的设计相同。从R相控制电路输出用于R相自关断元件S1，S4的选通信号(gate signal)g1，g4；从T相控制电路输出用于T相自关断元件S3，S6的选通信号g3，g6。PWM变换器CNV用构成如上的控制电路来控制输入电流Ir，Is，It以便加到DC平滑电容器Cd的DC电压Vd与电压指令值Vd*相匹配。更具体地说，用比较器C1获得电压指令值Vd*和电压检测值Vd之间的偏差，该偏差用电压控制补偿器Gr(s)放大，并作为输入电流的幅度指令值Ism。乘法器ML用输入电流的幅度指令值Ism乘以与R相电压同步的单位正弦波sinωt，该乘积作为R相的电流指令值Ir*。比较器C3比较该R相电流指令值Ir*和R相电流检测值Ir*，偏差由电流控制补偿器Gi(S)反向放大。通常应用正比放大，增益是Gi(S)＝-Ki，Ki是比例的常数(比例常数)。电压指令值er*＝-Ki X(Ir*-Ir)，它是电流控制补偿器Gi(S)的输出，被输入到PWM控制电路PWMC用以产生R相变换器CNV的自关断元件S1和S4的选通信号g1，g4。PWM控制电路PWMC比较电压指令值er*和载波信号X(例如1kHz的三角波)，当er*＞X时，导通元件S1(截止S4)，当er*＜X时，导通元件S4(截止S1)。结果，由于变换器的R相电压VR，产生了与电压指令值er*成正比的电压。对于R相的输入电流Ir，当Ir*＞Ir时，电压指令值er*是负值且Ir增大。反之，当Ir*＜Ir时，电压指令值er*为正值且Ir减小。以这种方式，执行控制以便Ir*＝Ir。以相同的方式对S相和T相的电流Is和It执行控制。如下控制加到DC平滑电容器Cd上的电压Vd。具体地说，如果Vd*＞Vd，输入电流的幅度指令值Ism就增大。每相的电流指令值与电源电压同相，所以从AC电源SUP将有效功率Ps供应给DC平滑电容器Cd。结果，电压Vd增大并被控制成Vd*＝Vd。反之，如果Vd*＜Vd，输入电流的幅度指令值Ism就为负值，在AC电源侧产生功率Ps。结果，减少了DC平滑电容器Cd的累积能量，降低了电压Vd，从而实现了控制，Vd*＝Vd。VVVF(可变电压可变频率)逆变器INV和AC电动机M是电压源为DC平滑电容器Cd的负载，因此，在电力运行操作(电动操作)期间，它们在一个方向上进行，以便消耗电容器Cd的累积能量，降低电压Vd。而且，在再生期间，再生的能量回到平滑电容器Cd，所以它们在一个方向上进行以便升高电压Vd。如上所述，通过PWM变换器CNV执行控制使DC电压Vd不变，在电力运行操作期间和再生操作期间自动从AC电源供应匹配有效功率，在AC电源侧再生与再生电力匹配的有效功率。因此，用传统的PWM变换器，可以稳定DC电压Vd和实现能量再生，解决了电气铁路DC发电系统中缺乏再生的问题。然而，PWM变换器有可观地开关元件的开关损耗的缺点。而且，需要开关元件能中断AC输入电流的最大值，构成中断电流。因而问题是必须设计成即使在短期过载的情况下也能承受中断电流(例如额定电流的300％)；因而整流器尺寸必须大，使系统不够经济。这样，如上所述，虽然使用脉宽调制控制的自整流变换器(称为PWM变换器)可用作能再生电力的电力变换器，它们的缺点是成本比二极管整流器的成本高，不能承受很大的过载。而且，问题是由于PWM控制中大的开关损耗，它们的变换效率低。等等。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种新的电力变换装置，它经济且高效率，能再生电力，承受过载的性能优良。通过下面的结构来实现本专利技术的上述目的。具体地说，根据本专利技术的电力变换装置包括功率二极管整流器，其AC端子经AC电抗器与AC电源连接；电压型自整流电力变换器，其AC端子经还原电流(recovery current)抑制电抗器连接到该功率二极管整流器的AC端子；和DC平滑电容器，连接在该电压型自整流电力变换器的DC公用端子和功率二极管整流器之间，并联有负载装置。用该结构，可以用执行控制来限制电压型自整流电力变换器的中断电流到低电平，以便在电力运行操作期间在功率二极管整流器内流过大部分电流。通过控制相对于有固定脉冲图形(单脉冲、3脉冲、5脉冲等)(与电源电压同步)的电源电压的相角来控制输入电流，以便电压型自整流电力变换器总是在输入功率因数＝1附近操作。结果，在输入电流零点附近执行自关断元件(构成自整流电力变换器)的开关，从而可以保持小的元件中断电流。当电压型自整流电力变换器的自关断元件导通时，还原电流抑制电抗器执行抑制超过流入功率二极管整流器的二极管的还原电流的功能。通常，该电抗器的电感值为几十μH，即，幅度约比AC电抗器小两个等级。另一方面，再生操作时，大部分电流在电压型自整流电力变换器的自关断元件中流动。用本专利技术的装置，可以实现所使用的经济模式，例如允许在电力运行操作期间过载300％和在再生操作期间过载100％。所用的该模式的适用之处在于，在电气铁路中，即使一列火车执行再生制动，其它火车也总执行电力运行。当用100％的再生电力操作时，类似地，大部分电流在自关断元件中流动。然而通过将电源功率因数实际控制到1，即使在再生操作期间，自关断元件的开关也被安排在电流零点附近执行。因而开关损耗大大减小，有可能构成小中断电流的自关断元件的自关断电力变换器CNV，从而提供经济的装置。附图说明结合附图，参考下文的详细描述，可以容易地获得和更好的理解本专利技术更完全的应用和它的许多优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换装置，包括：功率二极管整流器，其ＡＣ端子经ＡＣ电抗器与ＡＣ电源连接；电压型自整流电力变换器，其ＡＣ端子经还原电流抑制电抗器连接到所述功率二极管整流器的所述ＡＣ端子；和ＤＣ平滑电容器，连接到所述电压型自整流电力变换器的 ＤＣ公用端子和所述功率二极管整流器，并联有负载装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本肇，田中茂，内野广，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]