NPC(中性点箝位)逆变器控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种ＮＰＣ逆变器控制系统。装有输出具有中性点的ＤＣ电压的ＤＣ电源；通过ＰＷＭ控制将ＤＣ电压变换为三相ＡＣ电压的ＮＰＣ逆变器；通过将电压基准幅值与规定值相比较而确定第一和第二ＰＷＭ方式的方式选择装置；第一电压基准变换装置；第二电压基准变换装置，以及调制频率切换装置，用于在第一ＰＷＭ方式中降低ＰＷＭ控制调制频率，并通过第一ＰＷＭ方式中的开关抑制功率损耗。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用PWM控制将具有中性点电位的DC电压变换为AC电压的NPC(中性点箝位)逆变器控制系统，特别是通过抑制中性点电位脉动改进控制特性的NPC逆变器控制系统。NPC逆变器将具有中性点的DC电压变换为AC电压，迄今为止研究并实际应用了各种系统。日本专利申请(TOKU-KAI-HEI)No.5-268773公开了这种类型NPC逆变器的脉冲宽度调制控制方法，申请人提出没有不可控区域的逆变器控制方法，它能确保NPC逆变器输出电压最小脉冲宽度，并在线电压的整个输出电压区域输出圆滑的正弦波电压。上述专利公开的控制方法如附图说明图10所示，下面简要说明其要点。DC电源1在端子P与N之间输出具有中性点C的DC电压，电容器2和3接在端子P-C和C-N之间，输出圆滑DC电压。具有中性点C的DC电压输入至NPC逆变器4，并通过脉冲宽度调制器(PWM)由门脉冲Gp变换为AC电压，加至马达5上，门脉冲Gp从比较器16输出。下面说明PWM控制的概要。控制单元9根据速度基准ωr*，转角检测器6检测的马达转角θr，由差分单元8得到的马达速度ωr检测值，以及电流检测器7检测的马达电流Im，计算并输出无功(d轴)电压基准Vd*，有功(q轴)电压基准Vq*和原电压矢量的相位基准θ1。座标变换单元10根据θ1，Vd*，Vq*输出三相电压基准Vu*，Vv*，Vw*。运算单元11得到Vd*和Vq*的矢量和(原电压基准的幅值)并作为电压基准幅值V1*输出。方式选择单元12比较电压基准幅值V1*和最小脉冲宽度确定的规定门槛值V1x，若V1*≥V1x则输出0的方式信号M PWM，若V1*＜V1x则输出1的方式信号M PWM，且这些信号输入至变换装置选择单元18。变换装置选择单元18在方式信号M PWM为1时操作第一电压基准变换装置14，在方式信号M PWM为0时操作第二电压基准变换装置13，并根据下述变换标准，将从座标变换单元10输出的三相电压基准Vu*，Vv*，Vw*变换为另一三相电压基准Vu2*，Vv2*，Vw2*。第一电压基准变换装置14根据下列等式将三相电压基准Vu*，Vv*，Vw*变换为Vu2*，Vv2*，Vw2*，这些等式对应于极性切换频率设定单元12a给定的极性切换频率Fpn。等式1Vu2*＝Vu*±VbVv2*＝Vv*±VbVw2*＝Vw*±Vb其中，±Vb至少设为按最小脉冲宽度确定的规定值的2倍以上，且根据极性切换频率发生器14a给定的固定极性切换频率Fpn，±Vb是正/负极性中给定的规定偏压值。第二电压基准变换装置13根据下列等式将三相电压基准Vu*，Vv*，Vw*变换为Vu2*，Vv2*，Vw2*若U相电压基准Vu*为0＜Vu*＜Vmin等式2Vu2*＝VminVv2*＝Vv*-Vu*+VminVw2*＝Vw*-Vu*+Vmin若U相电压基准Vu*为-Vmin＜Vu*＜0等式3Vu2*＝-VminVv2*＝Vv*-Vu*-VminVw2*＝Vw*-Vu*-Vmin其中，Vmin是按最小脉冲宽度确定的规定电压。如果V相电压基准Vv*或W相电压基准Vw*为-Vmin＜V*＜0，也用上述等式变换。当三相电压基准Vu*，Vv*，Vw*都为V*＜-min或Vmin＜V*时，三相电压基准直接输出，如下列等式所示等式4Vu2*＝Vu*Vv2*＝Vv*Vw2*＝Vw*经上述变换的电压基准Vu2*，Vv2*，Vw2*与载波发生器15输出的三角形载波Sc一起输入至比较器16，并根据其大小，输出门脉冲Gp，进行脉冲宽度调制，从而完成NPC逆变器4的PWM控制。因此，如果电压基准幅值V1*小于门槛值V1x，通过第一电压基准变换装置14，各相电压基准加上或减去规定偏压，且NPC逆变器4输出对应电压基准Vu*，Vv*，Vw*的过零点附近线电压，同时确保最小脉冲宽度。而且，电压基准幅值V1*大于门槛值V1x时，如果任一相中电压基准绝对值小于Vmin，该相电压基准由第二电压基准变换装置13定在该极性的Vmin，并校正另两相电压基准使线电压不改变，且NPC逆变器4输出对应电压基准Vu*，Vv*，Vw*的线电压，同时确保最小脉冲宽度。NPC逆变器必须在保持中性点电位恒定的同时操作，具有经受负荷电流变换的特性，且中性点电位以输出频率的三倍脉动。中性点电位的这种脉动是由于正弦波中给定的两相电压基准为正的周期和其为负的周期在一周内交替发生三次。即，当两相为正时，这两相中的负荷电流从DC电源1的正侧P流至中性点C，而当它们为负时，负荷电流从中性点C流至DC电源1的负侧N，从而中性点电位脉动。中性点电位的这种脉动量随负荷电流的增加而增加，并随频率的增加而降低。选择第一电压基准变换装置14时，各相电压基准的极性通过极性切换频率Fpn切换至正/负极，所以，开关频率将以每一切换周期一次的速率增加。而且，所有三相电压基准的极性一致时，中性点电位的脉动频率不是输出频率的三倍，而是等于极性切换频率Fpn。因此，如果Fpn增加，则可得到抑制中性点电位脉动的效果。但是，当极性切换频率Fpn增加时，存在开关频率增加以及开关引起功率损失增加的问题。而且，当电压基准幅值V1*在门槛值V1x附近时，第一与第二电压基准变换装置14与13之间的切换频繁发生，结果开关频率增加。另一种类型的NPC逆变器系统如图11所示。该图中，DC电源20与变换器20c串联得到来自AC电源20a的正侧DC电压Vdp，与变换器20d串联得到来自AC电源20b的负侧DC电压Vdn，并通过由电抗器20e，20f和电容器21，22构成的LC滤波器，在PN之间输出圆滑的DC电压Vdpn(Vdp+Vdn)。具有中性点C的此DC电压Vdpn由NPC逆变器23变换为所要的AC电压并作为三相AC电流Iu，Iv，Iw加至负荷25。这三相AC电流Iu，Iv，Iw由电流互感器24检测，作为反馈电流Iuf，Ivf，Iwf，并在变换单元26(三相至两相变换)中变换为有功电流分量Iqf和无功电流分量Idf的垂直座标信号。此有功电流分量Iqf和无功电流分量Idf在电流控制器27中分别与有功电流基准Iqr和无功电流基准Idr比较，并输出有功电压基准Eqr和无功电压基准Edr的垂直座标信号，以便减少各电流偏差。这些垂直座标信号Eqr，Edr在变换器(两相至三相变换)28中变换为三相AC电压基准Vu*，Vv*，Vw*。比较器30中，此三相AC电压基准Vu*，Vv*，Vw*与载波发生器29输出的正和负侧载波比较，并输出作为门脉冲GP。逆变器23是由此门脉冲GP控制的脉冲宽度调制器(PWM)，于是，PN间的DC电压Vdpn变换为对应AC电压基准Vu*，Vv*，Vw*的AC电压，三相AC电流的Iu，Iv，Iw的有功电流分量和无功电流分量被控制成对应有功电流基准Iqr和无功电流基准Idr的值。而且，正和负侧DC电压Vdp，Vdn通过电压检测器31，32检测，作为电压反馈值Vdpf，Vdnf，其电压差ΔVd加至AC电压基准Vu*，Vv*，Vw*，并控制逆变器23的输出电压，通过已校正的AC电压基准Vu2*，Vv2*，Vw2*使此电压差为零。结果，如果DC电源的20正与负侧DC电压Vdp，Vdn之间产生差值，中性点电位脉动产生电压差ΔVd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＮＰＣ逆变器控制系统，由输出具有中性点的ＤＣ电压的ＤＣ电源和具有将ＤＣ电压变换为ＡＣ电压的ＰＷＭ控制装置的ＮＰＣ逆变器组成，其特征在于方式选择装置，用于将电压基准幅值与最小脉冲宽度确定的规定值相比较，并根据比较结果确定第一和第二ＰＷ Ｍ方式；第一电压基准变换装置，用于将确保最小脉冲宽度的固定周期内极性变至正／负处最小脉冲宽度所确定的规定偏压值加至第一ＰＷＭ方式中的电压基准；第二电压基准变换装置，当一相中的电压基准小于其它相最小脉冲宽度基准所确定的规定值时，固定一 相中的电压基准至确保最小脉冲宽度的值，以便使线电压对应电压基准；以及调制频率切换装置，用于在第一ＰＷＭ方式中降低ＰＷＭ控制装置的调制频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宫崎圣，多多良真司，市川耕作，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]