直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及控制直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 專利文獻(xiàn)1、2W及非專利文獻(xiàn)1、2、3中記載了直接型電力轉(zhuǎn)換裝置。直接型電力轉(zhuǎn) 換裝置具備二極管整流器、逆變器W及充放電電路。
[0003] 二極管整流器對單相交流電壓進(jìn)行全波整流而輸出至一對直流電源線（直流鏈 路)。
[0004] 充放電電路設(shè)置于直流鏈路，具備緩沖電路和升壓電路。緩沖電路具有相互串聯(lián) 地連接于一對直流電源線之間的開關(guān)和電容器。電容器通過開關(guān)的導(dǎo)通進(jìn)行放電，向直流 鏈路輸送電力。
[0005] 升壓電路對來自二極管整流器的整流電壓進(jìn)行升壓而使電容器充電。由此，充放 電電路從直流鏈路接受電力。逆變器輸入直流鏈路的直流電壓，將其轉(zhuǎn)換為交流電壓輸出。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[000引專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-193678號公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-135184號公報(bào)
[0010] 非專利文獻(xiàn)
[OOW 非專利文獻(xiàn)1:大沼喜也、伊東淳一、「充電回路玄付加 btア夕テ斗クパッフア付香 単相=相電力変換器?；芈窐?gòu)成制御法」、平成22年電気學(xué)會全國大會、4-057(2010)(大 沼喜也、伊東淳一、《增加了充電電路的具有活動緩沖區(qū)的單相=相電力轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu) 和控制方法》、2010年電氣學(xué)會全國大會、4-057(2010))
[001^ 非專利文獻(xiàn)2:大沼喜也、伊東淳一、「充電回路玄付加 btア夕テ斗クパッフア付香 単相=相電力変換器。実機(jī)検証」、平成22年電気學(xué)會産業(yè)応用部門大會、1-124(2010)(大 沼喜也、伊東淳一、《增加了充電電路的具有活動緩沖區(qū)的單相=相電力轉(zhuǎn)換器的實(shí)際驗(yàn) 證》、2010年電氣學(xué)會產(chǎn)業(yè)應(yīng)用部口大會、1-124(2010))
[0013] 非專利文獻(xiàn)3:大沼喜也、伊東淳一、「単相S相変換器吃挺巧6昇圧予3方、°回路 7夕テ斗クパッフ7回路。比較」、平成23年電気學(xué)會全國大會、4-042(2011)(大沼喜也、伊 東淳一、《單相=相轉(zhuǎn)換器中的升壓斬波電路與活動緩沖電路的比較》、2011年電氣學(xué)會全 國大會、4-042(2011))

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 發(fā)明所要解決的課題
[0015] 但是，運(yùn)些文獻(xiàn)中提出的充放電電路中，為了補(bǔ)償單相交流電壓的脈動成分，要求 大的功率容量。
[0016] 此外，一般來說電解電容器價(jià)格便宜，但其容許的紋波電流小。因此上述提出的充 放電電路具有的電容器中，優(yōu)選采用例如非專利文獻(xiàn)3所述的薄膜電容器或?qū)盈B陶瓷電容 器?；谠撚^點(diǎn)，難W低價(jià)地構(gòu)成充放電電路。
[0017] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種減少在充放電電路與直流鏈路之間輸送和接受 的電力并減小充放電電路所要求的功率容量的技術(shù)。
[0018] 用于解決課題的手段
[0019] 本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法是控制如下直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的方 法，所述直接型電力轉(zhuǎn)換裝置具備:第1電源線(LH);第2電源線化L)，其被施加比所述第1電 源線的電位更低的電位;變流器(3)，其具有與單相交流電源（1)連接的輸入側(cè)和與所述第1 電源線W及所述第2電源線連接的輸出側(cè)，且進(jìn)行單相全波整流;充放電電路(4)，其設(shè)置于 所述第1電源線與所述第2電源線之間；W及逆變器(5)，其將所述第1電源線與所述第2電源 線之間的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。
[0020] 在該直接型電力轉(zhuǎn)換裝置中，所述充放電電路具有:緩沖電路(4a)，其包括電容器 (C4)和第1開關(guān)(Sc、D42)，在所述第1電源線與所述第2電源線之間輸送和接受電力，所述第 1開關(guān)(Sc、D42)相對于所述電容器位于所述第1電源線側(cè)且與所述電容器串聯(lián)地連接于所 述第1電源線與所述第2電源線之間；W及升壓電路(4b)，其對來自所述變流器(3)的整流電 壓(化ec)進(jìn)行升壓，使所述電容器充電。
[0021] 并且，所述緩沖電路(4a)在第1期間（Tl)內(nèi)向所述第1電源線和所述第2電源線輸 送電力，所述第1期間(Tl)是將所述單相交流電源（1、2)輸出的交流波形理解為該交流波形 的相位角（《 t)的正弦值(sin( O t))時(shí)的該相位角（O t)的兩倍的值(2 O t)的余弦值(cos (2 Wt))為正的期間，所述緩沖電路(4a)在所述余弦值為負(fù)的第2期間（T2)內(nèi)從所述第1電 源線和所述第2電源線接受電力。
[0022] 在本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第一方式，所述第1開關(guān)(Sc、D42) 在所述第1期間內(nèi)W放電占空比（dc)導(dǎo)通，使所述電容器(C4)放電，所述第1開關(guān)(Sc、D42) 在所述第2期間（T2)內(nèi)不導(dǎo)通(dc = 0)。
[0023] 并且，所述變流器(3) W整流占空比（化ec)導(dǎo)通，在所述第1期間內(nèi)，所述整流電壓 與所述整流占空比的乘積、W及所述電容器的兩端電壓(Vc)與所述放電占空比的乘積之和 取值為所述單相交流電源的交流電壓(Vin)的波高值(Vm)、第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)W 及第2值（Im/Idc)的乘積，在所述第2期間內(nèi)，所述整流電壓與所述整流占空比的乘積取值 為所述單相交流電源的交流電壓(Vin)的波高值(Vm)、第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)W及第 2值(Im/Idc)的乘積。
[0024] 此處，所述第1值是從1中減去小于1的正常數(shù)化)與所述余弦值(cos(2 COt))的乘 積而得的值的一半。所述第2值是用假想波高值（Im)除W輸入至所述逆變器的第2電流 (Idc)而得的值，所述假想波高值(Im)是輸入至所述變流器的第l電流(Iin)的有效值的^^2 倍。
[0025] 本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第二方式是在其第一方式中，在所述 第1期間（Tl)內(nèi)，所述整流占空比（化ec)取所述第2值（Im/Idc)與所述正弦值(Sin(COt))的 絕對值的乘積（（Im/Idc) ? I sin( Ot) I )、W及從1減去所述放電占空比（dc)而得的值（1-dc)中較小的一方。
[0026] 本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第=方式是在其第二方式中，在所述 第2期間（T2)內(nèi)，所述整流占空比（dree)取如下值:所述第2值（Im/Idc)與所述第I值（（1-k ? cos(2?t))/2)的乘積除W所述正弦值的所述絕對值（|sin( cot) I )而得的值（（Im/ Idc) ? (1-k ? COS(2 to t) )/(2 ? | sin( to t) |)) 〇
[0027] 本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第四方式是在其第二方式中，在所述 第2期間（T2)內(nèi)，所述整流占空比（dree)取值1，所述第2電流（Idc)取如下值:所述第1電流 的所述假想波高值(Im)與所述第1值（（1-k ? cos(2?t))/2)的乘積除W所述正弦值的所述 絕對值（|sin( Mt) I)而得的值(Im ? (1-k ? cos(2?t))/(2 ? |sin( Mt) I ))。
[0028] 本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第五方式是在其第四方式中，所述第 2電流(Idc)在所述第1期間(Tl)內(nèi)取如下值:所述第1電流的所述假想波高值(Im)與所述第 1值（（1-k - cos(2?t))/2)的乘積除W所述相位角（COt)的余弦值的絕對值（Icos(Ot)I) 而得的值(Im ? (1-k ? cos(2?t))/(2 ? |cos( Wt) I ))。
[0029] 例如，采用所述第I電流在所述第I期間與所述第2期間的邊界處的取值的絕對值 (ImAT2)的^^2倍作為所述第l電流的所述假想波高值(1111)。
[0030] 或者例如，所述升壓電路(4b)具備:二極管(D40)，其具有陰極和連接于所述第1開 關(guān)(Sc、D42)與所述電容器(C4)之間的陽極；電抗器(L4)，其連接于所述第1電源線(LH)與所 述陽極之間，流通向所述升壓電路輸入的電流；W及第2開關(guān)(S1、D41)，其連接于所述第2電 源線化U與所述陽極之間。并且，在所述第2期間（T2)內(nèi)，控制所述升壓電路的所述第2開關(guān) 而控制流經(jīng)所述電抗器化4)的電流(il)。
[0031] 發(fā)明的效果
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第一方式，緩沖電路輸送和接受 電力減少，而且緩沖電路所要求的功率容量減小。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第二方式，避免了在逆變器中不 管其輸出的電壓如何而必定零相電流流通的占空比在計(jì)算上為負(fù)。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第=方式，逆變器能夠使可W轉(zhuǎn) 換電力的期間內(nèi)的假想直流電壓的平均值固定。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第四方面，提高了電壓利用率， 并且輸入逆變器的電流的最大值減小。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的控制方法的第五方式，電壓利用率提高。
[0037] 本發(fā)明的目的、特征、形式W及優(yōu)點(diǎn)通過W下的詳細(xì)說明和附圖將更加清楚。
【附圖說明】
[0038] 圖1是示出應(yīng)用了實(shí)施方式所示的控制方法的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框 圖。
[0039] 圖2是示出圖1所示的電路的等效電路的電路圖。
[0040] 圖3是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的基礎(chǔ)技術(shù)中的動作的曲線圖。
[0041] 圖4是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的第1設(shè)定中的動作的曲線圖。
[0042] 圖5是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的第1設(shè)定的修正中的動作的曲線圖。
[0043] 圖6是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的第2設(shè)定中的動作的曲線圖。
[0044] 圖7是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的第2設(shè)定中的動作的曲線圖。
[0045] 圖8是示出圖I所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的第2設(shè)定的修正中的動作的曲線圖。
[0046] 圖9是示出實(shí)施方式所示的用于通過直流電流進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
[0047] 圖10是示出直接型電力轉(zhuǎn)換裝置中輸入功率、電容器的電容量W及紋波電流之間 的關(guān)系的曲線圖。
[0048] 圖11是示出圖1所示的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的變形的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] A.直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)
[0050] 圖1是示出應(yīng)用了本實(shí)施方式所示的控制方法的直接型電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的框 圖。該直接型電力轉(zhuǎn)換裝置具備變流器3、充放電電路4W及逆變器5。
[0051] 變流器3例如經(jīng)由濾波器2與單相交流電源1連接。濾波器2具備電抗器L2和電容器 C2。電抗器L2設(shè)置在單相交流電源1的兩個(gè)輸出端中的一個(gè)輸出端與變流器3之間。電容器 C2設(shè)置在單相交流電源1的兩個(gè)輸出端之間。濾波器2去除電流的高頻成分。也可W省略濾 波器2。為了簡略，W下省略濾波器2的功能，進(jìn)行說明。
[0化2]變流器3例如采用二極管橋，且具備二極管D31~D34。二極管D31~D34構(gòu)成橋電 路，對從單相交流電源1輸入的輸入電壓、即單相交流電壓Vin進(jìn)行單相全波整流而轉(zhuǎn)換為 整流電壓化ec，將該整流電壓化ec輸出至直流電源線LH、LL(它們形成所謂的直流鏈路)之 間。直流電源線LH被施加比直流電源線LL的電位更高的電位。輸入電流Iin從單相交流電源 1流入變流器3。
[0053] 充放電電路4具有緩沖電路4a和升壓電路4b。緩沖電路4a包括電容器C4,在直流電 源線LH、LL之間輸送和接受電力。升壓電路4b對整流電壓化ec進(jìn)行升壓，使電容器C4充電。
[0054] 緩沖電路4a還包括與二極管D42逆并聯(lián)連接的晶體管(此處絕緣柵型雙極型晶體 管：W下簡稱"IGBT")Sc。晶體管Sc相對于電容器C4位于直流電源線LH側(cè)，且與電容器C4串 聯(lián)連接在直流電源線LH、1X之間。此處逆并聯(lián)連接是指正向彼此相反地并聯(lián)連接。具體而 言，晶體管Sc的正向是從直流電源線化向直流電源線LH的方向，二極管D42的正向是