Способ создания конфигурации переключения для устройства прямого преобразования переменного тока в переменный ток

Способ создания конфигурации переключения для устройства прямого преобразования переменного тока в переменный ток

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС) (матричному преобразователю), которое преобразует напряжение или частоту сигнала, подаваемого от однофазного или многофазного источника переменного тока, в сигнал произвольного напряжения или частоты с последующим его выводом, а в частности - к способу создания конфигурации переключения (switching pattern) для управления каждым двунаправленным переключателем с помощью конфигурации переключения, получаемой путем синтеза следующих конфигураций: конфигурации переключения, которую виртуальный входной преобразователь создает путем комбинирования 2n базовых векторов, посредством которых взаимно различные фазы произвольного входного сигнала соединяются с P-стороной (положительной стороной) и N-стороной (отрицательной стороной) виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной, и конфигурации переключения, которую виртуальный выходной инвертор создает с использованием совокупности из 2+2n базовых векторов, включая два вектора нулевого напряжения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известным видом такого устройства преобразования АС-АС является устройство, которое быстро переключает двунаправленный переключатель, имеющий полупроводниковые элементы с автоматическим дугогашением, и преобразует однофазный или многофазный входной сигнал переменного тока в сигнал произвольного напряжения или частоты; базовая конфигурация такого устройства показана на фиг.15. Входной фильтр 2 и схема 3 прямого преобразования АС-АС из двунаправленных переключателей, S1~S9, установлены для каждой фазы R, S, Т трехфазного источника 1 переменного тока, при этом путем широтно-импульсной модуляции (ШИМ) контроллер 4 управляет каждым двунаправленным переключателем на значительно более высокой частоте, чем частота источника мощности, а выходной сигнал переменного тока U, V, W регулируют до произвольного напряжения или частоты с непосредственной подачей входного напряжения на нагрузку, например двигатель.

[0003] Конфигурация переключения двунаправленного переключателя в устройстве прямого преобразования АС-АС, например в случае амплитудной модуляции несущей, определяется условием "И" между конфигурацией преобразователя ШИМ, т.е. сигналом, синхронизированным с входным напряжением, и конфигурацией инвертора ШИМ, которая создается согласно частоте и напряжению выходного сигнала. При таком определении конфигурации входным током устройства прямого преобразования АС-АС управляет конфигурация преобразователя ШИМ, а выходным напряжением и частотой управляет конфигурация инвертора ШИМ, и можно одновременно достичь синусоидальной формы входного тока, синусоидальной формы выходного сигнала и преобразования частоты, в то время как коэффициент входной мощности поддерживается равным "1". Что касается двунаправленного переключателя, в данном случае его формируют с использованием множества однонаправленных переключателей, как показано на чертеже.

[0004] Если классифицировать в широком смысле способ управления устройством прямого преобразования АС-АС, то имеются два способа: способ виртуального промежуточного звена постоянного тока и способ прямого преобразования АС-АС. Способ с использованием виртуального звена постоянного тока представляет собой способ, при котором виртуально рассматривается промежуточное звено постоянного тока, а виртуальным входным преобразователем и виртуальным выходным инвертором можно управлять раздельно, что аналогично конфигурации обычного преобразователя ШИМ с подачей тока + инвертора ШИМ с подачей напряжения, т.е. концепция управления является простой. В то же время существует ограничение: невозможно создать такие шесть конфигураций переключения, в которых каждая фаза со стороны входа и каждая фаза со стороны выхода связаны с другими фазами как "один к одному". В случае прямого преобразования АС-АС, хотя вышеупомянутое ограничение отсутствует, алгоритм обычно является слишком сложным.

[0005] Что касается подхода к созданию конфигурации ШИМ, в основном используют способ сравнения несущих и способ модуляции пространственных векторов. Способ сравнения несущих представляет собой способ, при котором создают конфигурацию ШИМ путем сравнения значений между несущей треугольной формы и синусоидальной. В качестве метода сравнения несущих, применимого к способу виртуального звена постоянного тока, был предложен подход, который уменьшает количество переключений переключателя при управлении ШИМ и во столько же раз уменьшает потери на переключение и шумы, а также повышает точность управления выходным напряжением путем создания несущей виртуального входного преобразователя и несущей виртуального выходного инвертора из виртуального импульса ШИМ (см., например, патентный Документ 1).

[0006] Подход с модуляцией пространственных векторов представляет собой подход, при котором выбирают мгновенный пространственный вектор тока в соответствии с состоянием переключения для каждого двунаправленного переключателя устройства прямого преобразования АС-АС, и этот выбор определяет конфигурацию переключения. Способ, в котором используется такой подход с модуляцией пространственного вектора, также известен (см., например, непатентный Документ 1). В таком подходе с модуляцией пространственных векторов путем выбора должной конфигурации переключения можно уменьшить количество переключений переключателя, снизить потери на переключения, а кроме того, можно снизить изменение тока через нагрузку, что приведет к снижению искажений выходного напряжения.

[0007] Методология, в которой принят подход с модуляцией пространственных векторов в способе виртуального звена постоянного тока, также опубликована (см. например, непатентный Документ 2).

[0008] Патентный Документ 1: Заявка на патент Японии. Издание Kokai, Номер 2005-168198.

[0009] Непатентный Документ 1: "Способ анализа прямых преобразователей AC-AC". "An Analysis Method of AC-AC Direct Converters" The journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan, SPC97-53. Этот документ был раскрыт в Японии.

[0010] Непатентный Документ 2: "Матричный преобразователь "три фазы - три фазы" с модуляцией пространственных векторов". Space Vector Modulated Three-Phase to Three-phase Matrix Converter with Input Power Factor Correction" L.Huver et al. IEEE trans. On Industry Applications, vol.31, No.6, 1995. Этот документ был раскрыт в США.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0011] Как описано выше, подход, заключающийся в сравнении несущих, или подход, включающий модуляцию пространственных векторов, с целью создания конфигурации ШИМ для устройства прямого преобразования АС-АС были предложены в вышеуказанном патентном Документе 1 или непатентных Документах 1, 2.

[0012] Однако в патентном документе 1 для создания конфигурации ШИМ принят подход сравнения несущих, а поскольку в этом подходе сравнения несущих не может быть определен порядок назначения импульсов ШИМ, этот подход не может быть применен в подходе, включающем модуляцию пространственных векторов.

[0013] Далее, в непатентном Документе 1 для создания устройства прямого преобразования АС-АС принят способ модуляции пространственных векторов. Однако он не может быть применен в устройстве прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока.

[0014] Кроме того, в непатентном Документе 2 было предложено ШИМ-управление двунаправленным переключателем с использованием подхода, включающего модуляцию пространственных векторов, в устройстве прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока. Однако в этом документе нет никакого упоминания о состоянии соединения при переключении переключателя и существует вероятность увеличения гармонических помех и количества переключений переключателя в зависимости от конфигурации переключения.

[0015] Целью настоящего изобретения является разработка способа создания конфигурации переключения, в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования шести базисных векторов и трех векторов нулевого напряжения, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из восьми базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, а затем каждым двунаправленным переключателем ШИМ управляет конфигурация переключения, полученная путем синтеза соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора в устройстве прямого преобразования АС-АС, при этом имеет место эффективное уменьшение гармонических помех и количества переключений переключателя.

[0016] Настоящее изобретение для решения этой задачи предлагает следующие способы.

[0017] (1) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выбор конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы одна фаза не изменялась в любой момент времени в произвольном цикле переключения для упомянутой синтезированной конфигурации переключения; и приближение этого состояния к состоянию модуляции двух фаз.

[0018] (2) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку импульсов, управляющих использованием пространственных векторов тока и напряжения и осуществляющих управление посредством ШИМ по команде использования каждого базисного вектора в таком порядке следования, при котором два или более из двунаправленных переключателей не переключаются одновременно.

[0019] (3) Вектор нулевого напряжения определяют по информации о секторе входного сигнала, а указанный порядок следования определяют согласно информации об оценке четности/нечетности по информации о секторах входного и выходного сигнала.

[0020] (4) Порядок следования импульсов команды использования реверсируют при каждом обновлении команды использования.

[0021] (Вторая проблема и способ ее решения)

[0022] Что касается способа управления устройством прямого преобразования АС-АС с виртуальным звеном постоянного тока, как показано на фиг.1, в нем схема преобразования, которая изначально формируется набором из девяти переключателей S1~S9, рассматривается как комбинация набора из двенадцати переключателей S1-S12 виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора.

[0023] Что касается конфигурации переключения для этих переключателей S1~S12, как показано в таблице на фиг.2, в виртуальном входном преобразователе имеются шесть конфигураций (базисный вектор: базисные вектора i1~i6), посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и три конфигурации (i0r, i0s, i0t) состояния вектора нулевого напряжения, посредством которых те же самые фазы связаны с P-стороной и N-стороной. С другой стороны, в виртуальном выходном инверторе имеется совокупность из восьми пространственных векторов (v0~v7), включая два состояния вектора нулевого напряжения. Здесь сектора пространственного вектора и базисные векторы для входа и выхода определены так, как показано на фиг.3. На фиг.3 виртуальный входной преобразователь показан с вектором Is входного фазного тока в качестве опорного, а виртуальный выходной инвертор показан с вектором Vref выходного линейного напряжения в качестве опорного, и оба представлены как вектор, который вращается против часовой стрелки.

[0024] Далее, что касается комбинации определенных базисных векторов со стороны входа и стороны выхода, из соотношения между входными фазами RST и выходными фазами UVW, которые связаны через линии Р, N виртуального звена постоянного тока, при сравнении с исходными переключателями S1~S9 устройства прямого преобразования АС-АС, синтезируемые конфигурации переключения могут быть получены, как показано в таблице на фиг.4.

[0025] В устройстве прямого преобразования АС-АС, поскольку источник входной мощности никогда не должен быть закорочен и путь тока в выходной индуктивной нагрузке должен быть гарантирован, существует ограничение, согласно которому конфигурацию переключения рассматривают как три комбинации переключателей S1, S2, S3, переключателей S4, S5, S6 и переключателей S7, S8, S9, которые сгруппированы по три по выходным фазам, где переключатель, который находится в состоянии ВКЛЮЧЕН, может быть только одним в каждой группе. Поэтому все конфигурации переключения при прямом преобразовании "три фазы/три фазы" ограничены двадцатью семью конфигурациями, как показано в таблице на фиг.5, и они определены как режимы 1~27. Однако в случае виртуального звена постоянного тока режимы 6, 8, 12, 16, 20, 22 не реализуются.

[0026] Посредством синтезированного результата, показанного в таблице на фиг.4, управление ШИМ выполняют согласно продолжительности (коэффициенту) использования каждого базисного вектора, при этом пространственные векторы тока и напряжения усредняются за цикл переключения (цикл ШИМ). Ниже поясняется способ назначения импульса, управляющего продолжительностью использования вектора, в пределах этого цикла переключения. На фиг.6 показано соотношение между входными и выходными векторами и продолжительностью использования вектора. Продолжительность использования первого входного базисного вектора обозначена А, продолжительность использования второго входного базисного вектора обозначена В, продолжительность использования первого выходного базисного вектора обозначена X и продолжительность использования второго выходного базисного вектора обозначена Y. В случае виртуального звена постоянного тока синтезируют команды использования для этих входного и выходного сигналов и формируют результирующую команду использования. Таким образом, путем пересечения продолжительностей использования получаем четыре команды использования: AX, AY, BX, BY. Далее, продолжительность использования вектора нулевого напряжения обозначена как Z и определяется выражением Z=1-(AX+AY+BX+BY). Импульсы этих пяти синтезированных команд использования располагают в произвольном порядке в течение периода рабочего цикла Т (соответствующего частоте несущей в подходе сравнения несущих) и производят управление посредством ШИМ.

[0027] Порядок следования этих пяти импульсов, управляющих продолжительностью использования, в пределах рабочего цикла с точки зрения самого управления ШИМ может быть любым, но предпочтительно определить этот порядок с учетом переключения назначенных импульсов, управляющих продолжительностью использования, уменьшения количества переключений переключателя, уменьшения гармоник и уменьшения синфазного напряжения. На основе такого анализа в различных документах были предложены таблицы переключений, которые могут уменьшить количество переключений переключателя.

[0028] Например, в вышеуказанном патентном Документе 1 при использовании управления модуляцией несущей в виде треугольной волны с использованием виртуального звена постоянного тока в схеме прямого преобразования АС-АС осуществляют уменьшение количества переключений переключателя при управлении ШИМ и снижение потерь и помех. Кроме того, как будет сказано ниже, настоящее изобретение предлагает таблицу переключений, изображенную на фиг.8, согласно которой не производят переключения переключателей одновременно для двух или более фаз, но переключение выполняют непременно для одной фазы. В таблице фиг.8 номер (1~9) каждой фазы обозначает включенное состояние соответствующих переключателей S1~S9 в устройстве прямого преобразования АС-АС, показанном в левой части на фиг.1. При этом определение секторов на входе и выходе соответствует фиг.3. Комбинация синтезированной продолжительности использования и состояния переключателей может быть получена синтезом в виртуальном преобразователе. Кроме того, для каждой комбинации входных и выходных секторов представлен порядок следования синтезированных импульсов использования. Например, в случае входного сектора I и выходного сектора I порядок переключений следующий: …→AY→АХ→ВХ→BY→Z→Z→BY→ВХ→AX→AY→AY→…, то есть он симметрично реверсируется (меняется на обратный), затем выполняется переключение переключателя. Обновление команды использования выполняют в точке реверсирования. Кроме того, порядок переключения переключателя и выбор переключателя для нулевого напряжения определен так, чтобы количество переключений переключателя было минимальным в пределах цикла управления. Во время переключения импульса, управляющего продолжительностью использования, одновременного переключения переключателя для двух или более фаз не производят.

[0029] Однако в пространственном векторе, показанном на фиг.3, в случае фиксированной таблицы, например таблицы фиг.8, существует возможность того, что переключатели двух или более фаз будут переключены одновременно в тот момент, когда изменяется состояние входного сектора, в котором находится командный вектор входного тока, или состояние выходного сектора, в котором находится командный вектор выходного напряжения. Кроме того, ранее не были представлены четкие соображения относительно уменьшения синфазного напряжения.

[0030] Другой целью настоящего изобретения является разработка способа создания конфигурации переключения, в котором, помимо оптимизации таблицы переключения в вышеуказанном стационарном состоянии, может быть уменьшено количество переключений переключателя во время межсекторного перехода, а также синфазное напряжение.

[0031] Для решения этой задачи настоящее изобретение предлагает следующие способы.

[0032] (5) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: установку вектора нулевого напряжения с использованием в качестве опорной фазы, фазы промежуточного напряжения из входного фазного напряжения (напряжения фаз источника мощности) схемы прямого преобразования АС-АС и определение конфигурации переключения для вектора нулевого напряжения так, чтобы уменьшить напряжение синфазного сигнала, с делением входного пространственного вектора на 12.

[0033] (6) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: выполнение переключения двунаправленного переключателя посредством одной фазы, когда командный вектор входного тока переходит между секторами пространственного вектора на стороне входа или когда командный вектор выходного напряжения переходит между секторами пространственного вектора на стороне выхода, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз.

[0034] (7) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: изменение таблицы переключения согласно состоянию перехода, которое переключает двунаправленный переключатель, путем использования степени свободы, обеспечиваемой комбинацией вектора нулевого напряжения, для предотвращения одновременного переключения двух или более фаз во время межсекторного перехода.

[0035] (8) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: предварительное ограничение сектора базисного вектора, в который происходит следующий переход, пятью конфигурациями, и затем предсказание этих пяти конфигураций для установившегося рабочего состояния, и изменение текущей конфигурации заранее в такое состояние переключения переключателя, которое позволяет предотвратить одновременное переключение двунаправленного переключателя для двух или более фаз при переходе к указанным пяти конфигурациям.

[0036] (9) Способ создания конфигурации переключения в n-фазном устройстве прямого преобразования переменного тока в переменный ток (АС-АС), в котором виртуальный входной преобразователь создает конфигурацию переключения путем комбинирования 2n базисных векторов, посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с упомянутыми P-стороной и N-стороной, а виртуальный выходной инвертор создает конфигурацию переключения с использованием множества из 2+2n базисных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, и затем упомянутое n-фазное устройство прямого преобразования АС-АС управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью синтезированной конфигурации переключения, из соответствующих конфигураций переключения виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора, при этом указанный способ включает: когда двунаправленный переключатель находится в состоянии, в котором две или более фазы переключаются одновременно в то время, когда произвольная продолжительность использования обновляется между секторами, задержку обновления продолжительности использования в этот момент времени; и выполнение обновления продолжительности использования в следующее время обновления, в таком состоянии двунаправленного переключателя, в котором две или более фазы не переключаются одновременно, для предотвращения одновременного переключения переключателя.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] Как описано выше, согласно настоящему изобретению в n-фазном устройстве прямого преобразования АС-АС, которое управляет каждым двунаправленным переключателем с помощью конфигурации переключения, синтезируемой из следующих конфигураций: конфигурации переключения, которую создает виртуальный входной преобразователь путем комбинирования 2n базисных векторов, которыми взаимно различные фазы произвольного входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, n векторов нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной, и конфигурации переключения, которую виртуальный выходной инвертор создает с использованием множества из 2+2n пространственных векторов, включая два вектора нулевого напряжения, может быть создана превосходная конфигурация переключения, которая позволяет снизить искажения выходного напряжения и потери при переключении путем уменьшения гармонических помех и количества переключений переключателя.

[0038] Далее, согласно настоящему изобретению, помимо оптимизации таблицы переключения в стационарном режиме, можно создать конфигурацию переключения, которая уменьшает количество переключений переключателя во время межсекторного перехода и уменьшает синфазное напряжение.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0039] (Базовое объяснение способа управления)

[0040] Что касается способа управления устройством прямого преобразования АС-АС, относящегося к типу устройств с виртуальным звеном постоянного тока, как показано на фиг.1, схема преобразования, которая изначально сформирована набором из девяти переключателей S1~S9, рассматривается как комбинация набора из двенадцати переключателей S1~S12 виртуального входного преобразователя и виртуального выходного инвертора.

[0041] Что касается конфигурации переключения этих переключателей S1~S12, как показано в таблице на фиг.2, в виртуальном входном преобразователе имеется шесть конфигураций (базисный вектор: базисные векторы i1~i6), посредством которых взаимно различные произвольные фазы входного сигнала связаны с P-стороной и N-стороной виртуального звена постоянного тока, и три конфигурации (i0r, i0s, i0t) состояния вектора нулевого напряжения, посредством которых эти же фазы связаны с P-стороной и N-стороной. С другой стороны, в виртуальном выходном инверторе определена совокупность из восьми базисных векторов (v0~v7), включая два состояния вектора нулевого напряжения. Здесь сектора пространственных векторов и базисные векторы входа и выхода определены так, как показано на фиг.3. На фиг.3 виртуальный входной преобразователь показан с командным вектором входного тока Is (фазный ток на входе) в качестве опорного, и виртуальный выходной инвертор показан с командным вектором Vref выходного напряжения (линейное напряжение на выходе) в качестве опорного, оба вектора вращаются против часовой стрелки.

[0042] Что касается комбинации определенных базисных векторов на стороне входа и стороне выхода, синтезируемые конфигурации переключения могут быть получены, как показано в таблице на фиг.4, из связи между входными фазами RST и выходными фазами UVW, которые связаны через линии Р, N виртуального звена постоянного тока при сравнении с исходными переключателями S1~S9 устройства прямого преобразования АС-АС.

[0043] Далее, для устройства прямого преобразования АС-АС, поскольку источник входной мощности никогда не должен закорачиваться и путь для тока в выходной индуктивной нагрузке должен быть гарантирован, имеет место следующее ограничение. Конфигурация переключения рассматривается как три комбинации переключателей: переключатели S1, S2, S3, переключатели S4, S5, S6 и переключатели S7, S8, S9, которые сгруппированы по три по отношению к выходной фазе, и количество включенных (находящихся в состоянии ВКЛЮЧЕН) переключателей ограничивается одним в каждой группе. Поэтому все конфигурации переключения при непосредственном преобразовании "три фазы/три фазы" ограничены двадцатью семью конфигурациями, как показано в таблице на фиг.5; эти конфигурации обозначены как режимы 1~27. Однако в случае виртуального звена постоянного тока режимы 6, 8, 12, 16, 20, 22 не реализуются.

[0044] Посредством синтезированного результата, показанного в таблице на фиг.4, осуществляется управление ШИМ согласно продолжительности (коэффициенту) использования каждого базисного вектора, а пространственные векторы тока и напряжения представляют как усредненные за цикл переключения (цикл ШИМ). Ниже поясняется способ распределения импульсов, управляющих продолжительностью использования, в пределах этого цикла переключения. На фиг.6 иллюстрируется соотношение между входными и выходными векторами и продолжительность использования. Продолжительность использования первого входного базисного вектора обозначена А, продолжительность использования второго входного базисного вектора обозначена В, продолжительность использования первого выходного базисного вектора обозначена X и продолжительность использования второго выходного базисного вектора обозначена Y. В случае виртуального звена постоянного тока синтезируют команды использования для этих входного и выходного сигналов, с выработкой результирующей команды использования. Таким образом, путем пересечения продолжительностей использования получаем четыре команды продолжительности использования: AX, AY, BX, BY. Далее, как показано на фиг.7, определяют вектор Z нулевого напряжения после синтеза и задают каждый период генерации импульса в одном цикле переключения.

[0045] (Вариант 1 осуществления настоящего изобретения)

[0046] В устройстве прямого преобразования АС-АС для предотвращения короткого замыкания входных фаз следует осуществлять управление так, чтобы только один переключатель был включен (ВКЛ) в каждой из трех групп из группы переключателей S1, S2, S3 (фаза U), группы переключателей S4, S5, S6 (фаза V) и группы переключателей S7, S8, S9 (фаза W). Полное число комбинаций трех переключателей, каждый из которых может быть включен, дает 27 конфигураций, как ранее показано в таблице на фиг.5.

[0047] Здесь для примера рассмотрен случай, когда сектором входного вектора, определенным на фиг.3, является сектор "I", и сектором выходного вектора, определенным на фиг.3, также является "I". Поскольку входным сектором является I, первый входной базисный вектор будет i6, а второй входной базисный вектор будет i1. С другой стороны, поскольку выходной сектор - также I, первый выходной базисный вектор будет v6, а второй выходной базисный вектор будет v1. Поэтому, из таблицы фиг.5, комбинациями состояний соединения переключателей фаз U, V, W будут "1, 5, 7", "1, 5, 8", "1, 6, 7" и "1, 6, 9", и связь с командой использования (AX, AY, BX, BY) будет следующей: "1, 5, 1"=АХ, "1, 5, 8"=AY, "1, 6, 7"=BX и "1, 6, 9"=BY. Состояние переключателя для оставшейся команды Z вектора нулевого напряжения может быть любым из следующих трех "1, 4, 7", "2, 5, 8" и "3, 6, 9".

[0048] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения в качестве способа выбора команды вектора нулевого напряжения эту команду вектора нулевого напряжения выбирают согласно переключателю, остающемуся непереключенным в режиме "ВКЛЮЧЕН", с проверкой остальных четырех команд использования. Таким образом, в вышеуказанном примере комбинации секторов "I-I", поскольку переключатель "1" включен всегда, в качестве вектора нулевого напряжения выбирают комбинацию "1, 4, 7", и конфигурацию определяют так, чтобы переключатель "1" был всегда включен в своем секторе. Также и для состояний других секторов, поскольку можно выбрать такую комбинацию, что одна фаза не переключается, изменение вектора нулевого напряжения может быть произведено в соответствии с состояниями секторов на входе и выходе. Это аналогично состоянию, в котором выполняют модуляцию двух фаз при управлении обычным инвертором.

[0049] Следовательно, в данном варианте осуществления настоящего изобретения путем выбора конфигурации переключателей для вектора нулевого напряжения так, чтобы одна фаза не менялась в любое время в произвольном цикле переключения, и путем приближения к состоянию модуляции двух фаз, позволяющей осуществить управление даже без переключения переключателя для одной фазы, удается уменьшить количество переключений переключателя.

[0050] (Вариант 2 осуществления настоящего изобретения)

[0051] В таблице на фиг.8 показаны секторы пространственных векторов для входа и выхода и пять синтезированных порядков распределения интервалов использования одной стороны девятисекционного симметричного распределения для каждой комбинации секторов на входе и выходе. Например, для случая входного сектора I и выходного сектора I это означает, что девять секций имеют следующий симметричный порядок: AY→AX→BX→BY→Z→BY→BX→AX→AY. Однако на практике повторение комбинации "пять секций + пять секций" выполняют при Z, разбитом на два, а обновление продолжительностей использования выполняют через каждые пять секций.

[0052] Для пояснения таблицы на фиг.8 будет рассмотрен пример для случая, когда сектором входного вектора является сектор "I" и сектором выходного вектора также является сектор "I", как и для варианта 1 осуществления настоящего изобретения. Состояние переключения для переключателя фазы U, фазы V и фазы W в этом случае включает пять наборов "1, 5, 8,", "1, 5, 7", "1, 6, 7", "1, 6, 9" и вектор нулевого напряжения "3, 6, 9". При объединении этого состояния переключений с пятью разновидностями кома