一種直流至三相交流逆變器系統(tǒng)包括三相電機(jī)、多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，用于三相電機(jī)的逆變器電路、電容器、直流電源和控制電路。布置在逆變器電路中的開(kāi)關(guān)元件分別用作三相電機(jī)的相應(yīng)三相的上臂和下臂。電容器與相應(yīng)成對(duì)上臂和下臂并聯(lián)連接。直流電源布置在三相電機(jī)的中性點(diǎn)和相應(yīng)下臂或相應(yīng)上臂之間。控制電路控制開(kāi)關(guān)元件使得至少具有最大值的電流流過(guò)的一相的一對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率低于其它相的其它成對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種直流至三相交流的逆變器系統(tǒng)(此后稱(chēng)為DC至三相AC的逆變器系統(tǒng))，其中直流電源(此后稱(chēng)為DC電源)在中性點(diǎn)連接到三相電機(jī)。
技術(shù)介紹
在用于三相電機(jī)的逆變器電路中當(dāng)直流電壓(此后稱(chēng)為DC電壓)降低時(shí)，逆變器電路需要大電流來(lái)獲得與在DC電壓降低之前輸出的電壓相同的輸出電壓。為了滿足這一要求，具有大額定電流的開(kāi)關(guān)元件或升壓器電路可以設(shè)置在逆變器電路中。如果采用這樣的措施，增大了開(kāi)關(guān)元件的尺寸，并且要求升壓器電路被增加到逆變器電路中，所以逆變器電路的尺寸變大由此增加了逆變器電路的成本。為了解決這一問(wèn)題，例如在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公布No. 10-337047中公開(kāi)了一種DC至三相AC逆變器，其中，對(duì)連接到三相電機(jī)的中性點(diǎn)的DC電源的電壓進(jìn)行增壓以便對(duì)電容器進(jìn)行充電，并且將電容器的DC電轉(zhuǎn)換成三相AC電以便提供給三相電機(jī)。在上述公布中公開(kāi)的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中，可以通過(guò)在逆變器操作的零電壓矢量區(qū)域中執(zhí)行升壓操作來(lái)完成逆變器操作和升壓操作。由此，該逆變器電路不再需要針對(duì)大電流應(yīng)用的大尺寸的開(kāi)關(guān)元件。在DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中，三相電機(jī)的零相位電感可以用作升壓操作的反應(yīng)器，以便在DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中除了逆變器電路以外不需要增加升壓器電路。為了減少DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)損耗，需要減少開(kāi)關(guān)元件針對(duì)每相的開(kāi)關(guān)頻率。在DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件針對(duì)每相的開(kāi)關(guān)頻率降低時(shí)，增大了電流紋波，所述電流紋波是通過(guò)組合各相的開(kāi)關(guān)紋波而形成的零相位電流紋波或在三相電機(jī)的中性點(diǎn)流動(dòng)的電流的紋波，所以擔(dān)心惡化升壓操作的可控性。因此，本專(zhuān)利技術(shù)涉及提供一種 DC至三相AC逆變器系統(tǒng)，其中DC電源在三相電機(jī)中性點(diǎn)連接到三相電機(jī)并且該DC至三相 AC逆變器系統(tǒng)可以減少開(kāi)關(guān)損耗和零相位電流紋波。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，一種DC至三相AC逆變器系統(tǒng)包括三相電機(jī)、用于三相電機(jī)的逆變器電路、多個(gè)開(kāi)關(guān)元件、電容器、直流電源和控制電路。三相電機(jī)具有三個(gè)相。開(kāi)關(guān)元件布置在逆變器電路中。開(kāi)關(guān)元件分別用作三相電機(jī)的相應(yīng)三個(gè)相的上臂和下臂。電容器與相應(yīng)成對(duì)上臂和下臂并聯(lián)連接。直流電源布置在三相電機(jī)的中性點(diǎn)和相應(yīng)下臂或相應(yīng)上臂之間。 控制電路控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)操作，使得至少開(kāi)關(guān)元件針對(duì)具有最大值的電流流過(guò)的一相的開(kāi)關(guān)頻率低于其它相的其它成對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率。通過(guò)以下結(jié)合附圖借助于實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的原理的描述，本專(zhuān)利技術(shù)的其它方面和優(yōu)勢(shì)將變得明顯。附圖說(shuō)明通過(guò)參考以下描述的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例以及附圖，本專(zhuān)利技術(shù)及其目的和優(yōu)勢(shì)可以得到最佳理解，在附圖中圖1是示出根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)的電路圖；圖2是示出圖1的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中的電流Iu、Iv、Iw的時(shí)序圖；以及圖3是示出圖1的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)中三角波Tl的頻率η和組合波Y的幅度之間的關(guān)系的曲線圖。具體實(shí)施例方式以下將參考圖1至3描述根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)。 DC至三相AC逆變器系統(tǒng)總體由附圖標(biāo)記1來(lái)表示，包括電容器2、逆變器電路3、三相電機(jī) 4 (如用于壓縮機(jī)的一種)、DC電源5、轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器6 (如分解器或編碼器)、電流傳感器 7、控制電路8(諸如中央處理單元(CPU))以及驅(qū)動(dòng)電路9。DC至三相AC逆變器系統(tǒng)1可以省去轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器6，而可以被配置成通過(guò)計(jì)算來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)角度，即“無(wú)傳感器控制”。用于三相電機(jī)4 (具有U相、V相和W相的三個(gè)相)的逆變器電路3包括六個(gè)開(kāi)關(guān)元件10至15 (如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或與二極管并聯(lián)的雙極晶體管)。開(kāi)關(guān)元件10、11彼此串聯(lián)，并且分別用作三相電機(jī)4的U相的上臂和下臂。開(kāi)關(guān)元件12、13彼此串聯(lián)，并且分別用作三相電機(jī)4的V相的上臂和下臂。開(kāi)關(guān)元件14、15彼此串聯(lián)，并且分別用作三相電機(jī)4的W相的上臂和下臂。開(kāi)關(guān)元件對(duì)10、11、開(kāi)關(guān)元件對(duì)12、 13、開(kāi)關(guān)元件對(duì)14、15相互并聯(lián)并且連接到電容器2。換句話說(shuō)，電容器2與開(kāi)關(guān)元件對(duì)10、 11、開(kāi)關(guān)元件對(duì)12、13、開(kāi)關(guān)元件對(duì)14、15中的各個(gè)對(duì)并聯(lián)。用作各個(gè)相的下臂的開(kāi)關(guān)元件 11、13、15的低電壓端連接到DC電源5的負(fù)極端，而DC電源5的正極端連接到三相電機(jī)4 的中性點(diǎn)。當(dāng)根據(jù)來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路9的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sl至S6而導(dǎo)通和關(guān)斷相應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件10至 15時(shí)，來(lái)自電容器2的DC電被轉(zhuǎn)換成三相AC電，其中三個(gè)相彼此相差120°，然后該三相 AC電被供給并驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)4。當(dāng)在三相電機(jī)4的中性點(diǎn)流動(dòng)的電流與DC電源5的DC電的放電方向相同并且用作一相的下臂的開(kāi)關(guān)元件11、13、15中的任意一個(gè)接通時(shí)，來(lái)自DC 電源5的能量存儲(chǔ)在與處于接通狀態(tài)的下臂的開(kāi)關(guān)元件相連的三相電機(jī)4的反應(yīng)器中。然后，當(dāng)處于接通狀態(tài)的下臂的開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在反應(yīng)器中的能量通過(guò)與處于關(guān)斷狀態(tài)的下臂的開(kāi)關(guān)元件配對(duì)的上臂的開(kāi)關(guān)元件供給到電容器2，并存儲(chǔ)在電容器2中。因此， 除了來(lái)自DC電源5的DC電分量以外，還通過(guò)從逆變器電路3供給的三相AC電來(lái)驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)4，以便在三相電機(jī)4的中性點(diǎn)處的電勢(shì)低于DC電源5的電勢(shì)。因此，電流在三相電機(jī) 4的中性點(diǎn)處以與DC電源5的放電方向相同的方向流動(dòng)，并且利用來(lái)自DC電源5的能量對(duì)電容器2充電。另外，除了來(lái)自DC電源5的DC電分量以外，還通過(guò)從逆變器電路3供給的三相AC電來(lái)驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)4，以便在三相電機(jī)4的中性點(diǎn)處的電勢(shì)高于DC電源5的電勢(shì)。 在這種情況下，在三相電機(jī)4的中性點(diǎn)處，電流以與DC電源5的充電方向相同的方向流動(dòng)， 并且DC電源5利用來(lái)自電容器2的能量充電。本專(zhuān)利技術(shù)優(yōu)選實(shí)施例的DC至三相AC逆變器系統(tǒng)1可以將來(lái)自電容器2的DC電轉(zhuǎn)換成三相AC電，并且將三相AC電供給到三相電機(jī)4同時(shí)提高DC電源5的電壓以便對(duì)電容器2進(jìn)行充電。由此，在DC至三相AC逆變器系統(tǒng)1中除了逆變器電路3之外無(wú)需提供升壓電路或降壓電路，由此可以使DC至三相AC逆變器1尺寸減小。隨后詳細(xì)描述控制電路8。控制電路8包括轉(zhuǎn)動(dòng)速度計(jì)算器16、3_2軸轉(zhuǎn)換器17、 電壓命令發(fā)生器18、轉(zhuǎn)換器19以及驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器20、21。控制電路8生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Su、 Sv, Sw的周期基本上等于或長(zhǎng)于生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Su、Sv, Sw的三角波的半周期。旋轉(zhuǎn)角度傳感器6檢測(cè)三相電機(jī)4的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ。電流傳感器7檢測(cè)流過(guò)三相電機(jī)4的U相、 V相和W相的電流Iu、Iv和Iw以及流過(guò)三相電機(jī)4的中性點(diǎn)的電流Idc。電流傳感器7可以被配置成檢測(cè)四個(gè)電流Iu、Iv、Iw, Idc中的三個(gè)，而可以通過(guò)計(jì)算來(lái)確定第四個(gè)電流。轉(zhuǎn)動(dòng)速度計(jì)算器16基于三相電機(jī)4的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度θ和驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)4的時(shí)間來(lái)計(jì)算三相電機(jī)4的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度ω。3-2軸轉(zhuǎn)換器17將電流Iu、Iv、Iw轉(zhuǎn)換成兩個(gè)電流分量，包括在與三相電機(jī)4的磁場(chǎng)方向相同的方向流動(dòng)的電流Id以及在與三相電機(jī) 4的磁場(chǎng)方向正交的方向流動(dòng)的電流Iq。電壓命令發(fā)生器18包括電流控制器22和2-3軸轉(zhuǎn)換器23。電流控制器22基于轉(zhuǎn)動(dòng)速度ω、電流IcUIq和來(lái)自外部電路(如在DC至三相AC逆變器系統(tǒng)1的上側(cè)的控制電路)的扭矩命令T生成電壓命令Vd、Vq。具體來(lái)說(shuō)，使用存儲(chǔ)了表示電流命令和扭矩命令T之間關(guān)系的數(shù)據(jù)的表， 電流本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種直流至三相交流逆變器系統(tǒng)（１），包括：三相電機(jī)（４），其具有三個(gè)相；逆變器電路（３），其用于所述三相電機(jī)（４）；多個(gè)開(kāi)關(guān)元件（１０，１１，１２，１３，１４，１５），布置在所述逆變器電路（３）中，所述開(kāi)關(guān)元件（１０，１１，１２，１３，１４，１５）分別用作所述三相電機(jī)（４）的相應(yīng)三個(gè)相的上臂和下臂；電容器（２），與相應(yīng)成對(duì)上臂和下臂并聯(lián)連接；直流電源（５），布置在所述三相電機(jī)（４）的中性點(diǎn)和相應(yīng)下臂或相應(yīng)上臂之間；以及控制電路（８），控制所述開(kāi)關(guān)元件（１０，１１，１２，１３，１４，１５）的開(kāi)關(guān)操作，使得至少具有最大值的電流流過(guò)的一相的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率低于其它相的其它成對(duì)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)頻率。
【技術(shù)特征摘要】
...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：成瀬拓也，名嶋一記，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP
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