Устройство преобразования электроэнергии

Устройство преобразования электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к электрическим устройствам преобразования, которые преобразуют электроэнергию постоянного тока (DC) в электроэнергию переменного тока (АС) с изменяющимися напряжением и частотой и, в частности, к устройству преобразования электроэнергии переменного тока, которое включает в себя преобразователь и инвертор, который преобразует выходную электроэнергию постоянного тока, выводимую из преобразователя, в электроэнергию переменного тока с изменяющимися напряжением и частотой.

Предшествующий уровень техники

ШИМ-преобразователь (с широтно-импульсной модуляцией) для использования в электрическом железнодорожном транспортном средстве принимает напряжение переменного тока, подаваемое из однофазного источника питания переменного тока между воздушной линией и рельсом с использованием пантографа, трансформатора и т.п. для преобразования энергии от источника питания в энергию с заданным напряжением постоянного тока. Конденсатор для сглаживания напряжения предусмотрен на стороне постоянного тока ШИМ-преобразователя, и инвертор для возбуждения индукционного двигателя подключен к этому конденсатору. Напряжение на конденсаторе детектируется с помощью детектора напряжения, в результате чего определяется входное напряжение постоянного тока, которое подается к инвертору. Детектор тока предусмотрен на стороне переменного тока инвертора.

Опорная выходная частота инвертора формируется путем сложения с использованием сумматора, частоты вращения, которая представляет собой выходной сигнал средства детектирования частоты вращения асинхронного двигателя, и опорной частоты скольжения, которая представляет собой выходной сигнал управления частотой скольжения. Значение выходного тока, детектируемое детектором тока, подается в средство вычисления среднеквадратичного (действующего) значения тока, в результате чего вычисляют действующее значение тока. Действующее значение тока передается в сумматор вместе со значением команды тока, вычисляя таким образом опорную частоту скольжения, используя средство управления частотой.

Входное напряжение постоянного тока на инверторе детектируется с помощью детектора напряжения, и средством детектирования составляющей пульсации напряжения получается только его составляющая пульсации. Входное напряжение постоянного тока на инверторе также подается в средство детектирования составляющей напряжения постоянного тока, и из него получается только его составляющая постоянного тока. Делитель делит составляющую пульсации на компонент постоянного тока для вычисления коэффициента пульсации входного напряжения постоянного тока, и умножитель умножает коэффициент пульсации на опорную частоту инвертора для вычисления величины коррекции частоты инвертора. Частота инвертора вычисляется путем суммирования величины опорной частоты инвертора с величиной коррекции частоты инвертора, используя сумматор. Такая частота инвертора подается в средство управления напряжением, и схема управления ШИМ, в свою очередь, предоставляет сигнал управления ШИМ в инвертор (см. патентный документ 1 (Публикация японского патента Н07-46918), фиг.1 и ее соответствующее описание).

С другой стороны, в непатентном документе 1 (К.Nakata, A.Kimura, Т.Tanamachi, Y.Tsutsui и К.Nakamura: No. 845 "Beat phenomenon in PWM inverter driven on ripple DC power source", Proceedings of Annual Meeting, I.E.E. Japan, 1988, pp.1039-1040) на основе экспериментов проверен предпочтительный эффект патентного документа 1. Дополнительно, в непатентном документе 1 (фиг.7) представлено описание характеристики пульсации источника питания постоянного тока в ШИМ-преобразователе для использования в железнодорожном транспортном средстве. Что касается взаимосвязи между емкостью конденсатора постоянного тока и эффектом подавления явления биения (описание непатентного документа 1 основано на коэффициенте биений, который представляет, сколько раз диапазон колебания выходного тока инвертора превышает значение в ситуациях, когда биения не возникают), в непатентном документе 1 поясняется, что для достижения эффекта подавления, при котором коэффициент пульсаций составляет 1, 2 или меньше, коэффициент пульсаций напряжения постоянного тока (отношение величины пульсаций напряжения постоянного тока к среднему напряжению постоянного тока) уменьшается до 10% или меньше. Раскрыто, что емкость конденсатора постоянного тока должна быть определена, например, равной приблизительно 30 мФ или больше (3750 мкФ на двигатель) для 8 двигателей (оценка выходной мощности приблизительно 3000 кВт).

Краткое изложение существа изобретения

Как описано выше, в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с патентным документом 1 коэффициент пульсации входного напряжения постоянного тока вычисляется путем деления его составляющей пульсации на его составляющую постоянного тока, и величина коррекции частоты инвертора вычисляется путем умножения коэффициента пульсации на опорную частоту инвертора, в результате чего регулируют частоту инвертора в соответствии с пульсацией входного напряжения постоянного тока, в результате чего обеспечивается возможность уменьшения тока и пульсации крутящего момента.

Однако проблема с устройством по патентному документу 1, как раскрыто в непатентном документе 1, состоит в том, что для достижения заранее определенного эффекта уменьшения явления биения наложены ограничения так, что емкость конденсатора постоянного тока определяется таким образом, чтобы коэффициент пульсации напряжения постоянного тока мог быть небольшим. Таким образом, поскольку явление биения возрастает на частоте в два раза большей, чем частота источника питания переменного тока, емкость конденсатора постоянного тока определяется путем ограничения составляющей пульсации напряжения постоянного тока до 10% или ниже него по частоте, и поэтому возникает проблема, состоящая в том, что повышается емкость конденсатора постоянного тока из-за определенной точки частоты, на которой явление биения максимально.

Настоящее изобретение направлено на решение описанной выше задачи. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить емкость конденсатора постоянного тока устройства электрического преобразования, а также подавить пульсацию тока двигателя на выходной стороне устройства электрического преобразования и соответствующую пульсацию крутящего момента.

Устройство преобразования электроэнергии содержит преобразователь, который преобразует энергию переменного тока из источника питания переменного тока в энергию постоянного тока; конденсатор, который накапливает энергию постоянного тока, производимую преобразователем; инвертор, который преобразует энергию постоянного тока, накопленную в конденсаторе, в энергию переменного тока; блок управления напряжением, который вычисляет значения команды для напряжения переменного тока, выводимого из инвертора, для управления инвертором так, чтобы были сформированы значения команды; прибор измерения тока, который измеряет переменный ток, генерируемый инвертором; блок детектирования пульсаций, который принимает значения команды напряжения переменного тока, вычисленные блоком управления напряжением, и значения переменного тока, измеренные прибором измерения тока, для детектирования пульсаций активной мощности, выводимой из инвертора; прибор измерения напряжения, который измеряет напряжение на конденсаторе; блок генерирования команды напряжения постоянного тока, который вычисляет значение команды напряжения на конденсаторе в соответствии с частотой напряжения переменного тока, выводимого из инвертора; и блок управления напряжением постоянного тока, который принимает напряжение, измеренное прибором измерения напряжения, и значение команды, вычисленное блоком генерирования команды напряжения постоянного тока, для управления преобразователем так, чтобы напряжение на конденсаторе становилось значением команды, при этом блок генерирования команды напряжения постоянного тока делает значения команды напряжения на конденсаторе более высокими чем обычно в ситуации, когда частота напряжения переменного тока, выводимого из инвертора, находится в пределах заданного диапазона, включающего в себя частоту составляющей пульсаций напряжения на конденсаторе, и блок управления напряжением принимает составляющую пульсации, полученную из блока детектирования пульсаций, для вычисления значения команды для напряжения переменного тока, выводимого из инвертора так, чтобы составляющая пульсации была уменьшена.

Устройство преобразования электроэнергии содержит преобразователь, который преобразует энергию переменного тока из источника питания переменного тока в энергию постоянного тока; конденсатор, который накапливает энергию постоянного тока, формируемую из преобразователя; инвертор, который преобразует энергию постоянного тока, накопленную в конденсаторе, в энергию переменного тока; блок управления напряжением, который вычисляет значения команды для напряжения переменного тока, выводимого из инвертора, для управления инвертором таким образом, чтобы формировать значение команды; прибор измерения тока, который измеряет переменный ток, выводимый из инвертора; блок детектирования пульсаций, который принимает значения команды напряжения переменного тока, вычисляемые блоком управления напряжением, и значения переменного тока, измеряемые прибором измерения тока, для детектирования пульсаций активной мощности, выводимой из инвертора; прибор измерения напряжения, который измеряет напряжение на конденсаторе; блок генерирования команды напряжения постоянного тока, который вычисляет значение команды напряжения на конденсаторе в соответствии с частотой напряжения переменного тока, выводимого из инвертора; и блок управления напряжением постоянного тока, который принимает напряжение, измеренное прибором измерения напряжения, и значение команды, вычисленное блоком генерирования команды напряжения постоянного тока, для управления преобразователем таким образом, чтобы напряжение на конденсаторе стало значением команды, причем блок генерирования напряжения постоянного тока команды делает значения команды напряжения на конденсаторе более высокими чем обычно в ситуации, когда частота напряжения переменного тока, выводимого из инвертора, находится в пределах заданного диапазона, включающего в себя частоту составляющей пульсации напряжения на конденсаторе, и блок управления напряжением принимает составляющую пульсации, получаемую из блока детектирования пульсации, для вычисления значений команды для напряжения переменного тока, выводимого из инвертора таким образом, что составляющая пульсации уменьшается. Поэтому в дополнение к тому факту, что ток двигателя и пульсацию крутящего момента на выходной стороне можно легко уменьшить путем детектирования и управления пульсацией на стороне переменного тока, которая является пониженной, предпочтительный эффект состоит в том, что емкость конденсатора постоянного тока для устройства преобразования электроэнергии может быть уменьшена.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает блок-схему, представляющую пример конфигурации устройства преобразования электроэнергии по варианту 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 изображает схему, иллюстрирующую конфигурацию блока детектирования пульсации в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.3 изображает схему, иллюстрирующую полосовой фильтр в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.4 изображает схему, представляющую характеристику коэффициента усиления частоты и фазовую характеристику примера полосового фильтра в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 изображает схему, представляющую блок генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.6 изображает график, иллюстрирующий работу блока детектирования пульсаций и блока генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения;

фиг.7 изображает набор графиков, представляющий эффект уменьшения пульсации крутящего момента с помощью устройства преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения; на фиг.7(a) показана форма колебаний крутящего момента, генерируемая в результате воплощения варианта 1 осуществления, на фиг.7(b) показана форма колебаний крутящего момента, когда управление уменьшением пульсаций крутящего момента не выполняется;

фиг.8 изображает блок-схему, представляющую пример конфигурации устройства преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 изображает схему, иллюстрирующую конфигурацию блока детектирования пульсаций в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения;

фиг.10 изображает схему, представляющую блок генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 2 осуществления настоящего изобретения;

фиг.11 изображает блок-схему, представляющую пример конфигурации устройства преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 изображает схему, представляющую блок генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения;

фиг.13 изображает блок-схему, представляющую пример конфигурации устройства преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 4 осуществления настоящего изобретения;

фиг.14 изображает схему, представляющую блок детектирования пульсаций в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 4 осуществления настоящего изобретения;

фиг.15 изображает схему, представляющую блок генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 4 осуществления настоящего изобретения;

фиг.16 изображает схему, представляющую переключающее устройство в одном плече, составляющем инвертор, в соответствии с вариантом 4 осуществления настоящего изобретения; и

фиг.17 изображает график, представляющий форму сигнала напряжения переключающего устройства в одном плече, составляющем инвертор, в соответствии с вариантом 4 осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Вариант 1 осуществления

На фиг.1 показана блок-схема, представляющая пример конфигурации устройства преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Устройство преобразования электроэнергии включает в себя преобразователь 2, который преобразует энергию переменного тока от однофазного источника 1 питания переменного тока в энергию постоянного тока, конденсатор 3, который накапливает энергию постоянного тока, производимую в результате выпрямления энергии переменного тока, используя преобразователь 2, инвертор 4, который преобразует энергию постоянного тока, накопленную в конденсаторе 3, в трехфазную энергию переменного тока с произвольной частотой. Инвертор 4 возбуждает асинхронную машину 5, то есть вращающуюся машину переменного тока. Преобразователь 2 управляется для преобразования энергии переменного тока от источника 1 питания переменного тока с промышленной частотой в энергию постоянного тока в режиме ШИМ (ШИМ, широтно-импульсная модуляция). Инвертор 4 управляется в режиме изменяющегося напряжения/изменяющейся частоты (VVVF, ИНИЧ) в диапазоне низкой скорости работы и в режиме постоянного напряжения/изменяющейся частоты (CVVF, ПНиЧ) в диапазоне высокой скорости работы.

Блоки 6a, 6b и 6c детектирования тока, которые представляют собой приборы измерения тока на стороне переменного тока, детектируют токи фаз iu, iv и iw, которые протекают в асинхронной машине 5, соответственно. На фиг.1 представлены блоки 6a, 6b и 6c детектирования тока на стороне переменного тока, которые детектируют с помощью СТ или тому подобного токи, протекающие через соединительные линии, которые соединяют инвертор 4 с асинхронной машиной 5. Однако токи фаз могут быть детектированы с использованием другой известной технологии, в которой используются токи, протекающие через устройство преобразования электроэнергии, такие как токи шины. Поскольку взаимосвязь, определенная по уравнению iu+iv+iw=0, является справедливой, и ток фазы w может быть вычислен по детектируемым токам для двух других фаз u и v, блок 6c детектирования тока для фазы w может быть исключен.

Блок 7 управления напряжением определяет величину напряжения переменного тока, выводимую из инвертора 4, на основе значения Iq команды тока крутящего момента, значения Id команды тока магнитного потока и угловой частоты ω вращения вращающейся машины 5 переменного тока. Угловая частота ω может быть основана на информации о скорости, получаемой от датчика скорости, установленного на асинхронной машине 5. В качестве альтернативы, поскольку существует значение ω* команды скорости, доступное в системе, в которой управляют скоростью, значение ω* команды скорости можно использовать в качестве угловой частоты ω. Кроме того, угловая частота ω может представлять собой оценочное значение скорости, которое вычисляют при бездатчиковом управлении скоростью, когда датчик скорости не установлен.

На фиг.2 показана схема, иллюстрирующая конфигурацию блока 8 детектирования пульсации в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Блок 8 детектирования пульсации, который детектирует составляющую пульсации, вследствие преобразования переменного тока в постоянный ток преобразователем 2, включает в себя блок 11 вычисления активной мощности и полосовой фильтр 12. Блок 11 вычисления активной мощности вычисляет активную мощность Р, которая является выводимой из инвертора 4, путем суммирования вместе соответствующих значений, вычисленных в результате умножения Vu* на iu, Vv* на iv и Vw* на iw, используя токи фаз iu, iv и iw, которые детектированы с помощью блока 6 детектирования тока, и значений Vu*, Vv*, Vw* команды напряжения, которые вычислены блоком 7 управления напряжением и которые являются выводимыми из инвертора 4. Полосовой фильтр 12 извлекает составляющую пульсации активной мощности Р, выводимой из блока 11 вычисления активной мощности. Блок 11 вычисления активной мощности вычисляет активную мощность Р на основе следующего уравнения.

Активная мощность, которая выводится из блока 11 вычисления активной мощности, включает в себя составляющую пульсации тока двигателя, получаемую по составляющей пульсации, вследствие преобразования переменного тока в постоянный ток, выполняемого преобразователем 2. Следует отметить, что активная мощность может быть вычислена с использованием значений напряжения и токов во вращающейся ортогональной системе координат.

Полосовой фильтр 12 на фиг.2 извлекает только составляющую пульсации вследствие преобразования переменного тока в постоянный ток, выполняемого преобразователем 2, содержащуюся в активной мощности Р. Когда источник 1 питания переменного тока представляет собой однофазный источник питания промышленной частоты, частота однофазного источника питания составляет 60 Гц или 50 Гц в Японии. Таким образом, составляющая пульсации, вследствие преобразования переменного тока в постоянный ток, выполняемого преобразователем 2, составляет 120 Гц или 100 Гц по частоте, что в два раза выше частоты однофазного источника питания переменного тока.

В настоящем варианте осуществления полосовой фильтр 12 сконфигурирован на основе предположения, что частота однофазного источника питания переменного тока составляет, например, 60 Гц. На фиг.3 показана схема, иллюстрирующая полосовой фильтр. Полосовой фильтр 12 сконфигурирован на основе комбинации фильтра 13 высокой частоты (HPF, ФВЧ), который пропускает через себя частоты выше, чем частота, соответствующая постоянной времени T₁, которая представляет собой первую постоянную времени, и фильтра 14 низкой частоты (LPF, ФНЧ), который пропускает через себя частоты выше чем частоты, соответствующие постоянной времени Т₂, которая представляет собой вторую постоянную времени. Постоянную времени T₁ фильтра высокой частоты и постоянную времени Т₂ фильтра низкой частоты определяют так, чтобы T₁=60 Гц и Т₂=180 Гц, для того чтобы получить центральную частоту на частоте 120 Гц. А именно, постоянные T₁ и Т₂ времени определяются с помощью выражений (2) и (3).

Пример характеристики коэффициента усиления и фазовой характеристики (обычно называемой диаграммой Боде) на частоте, генерируемой когда полосовой фильтр 12 на фиг.3 сконфигурирован на основе временных постоянных, заданных выражениями (2) и (3), представляет собой такой, как показано на фиг.4. Характеристики, показанные на фиг.4, обозначают, что характеристика коэффициента усиления представляет собой характеристику, которая пропускает частоты приблизительно 120 Гц практически без затухания. По этой причине полосовой фильтр 12 может получать составляющую в 120 Гц (составляющая пульсации, вследствие преобразования переменного тока в постоянный ток, выполняемого преобразователем 2) для вывода составляющей Р_ВЕЕТ пульсации.

Рассмотрим снова фиг.1. Устройство преобразования электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением включает в себя блок 16 генерирования команды напряжения постоянного тока и блок 17 управления напряжением постоянного тока. В блок 16 генерирования команды напряжения постоянного тока подают значение угловой частоты вращения ω вращающейся машины переменного тока для генерирования значения Vc* команды для напряжения постоянного тока Vc, которое представляет собой напряжение на конденсаторе 3, который заряжается от преобразователя 2, и которое измеряют с помощью блока 15 детектирования напряжения постоянного тока, который представляет собой прибор для измерения напряжения. Блок 17 управления напряжением постоянного тока управляет преобразователем 2 в соответствии со значением Vc* команды. Блок 16 генерирования команды напряжения постоянного тока повышает напряжение постоянного тока только в течение времени, когда угловая частота ω, выводимая из инвертора 4, оказывает сильное воздействие на крутящий момент и т.п. в результате пульсации мощности постоянного тока.

Математический анализ будет представлен ниже в отношении причины, по которой емкость конденсатора 3 может быть уменьшена в результате управления величиной напряжения постоянного тока в соответствии с состоянием инвертора 4, в соответствии с настоящим изобретением.

Если предположить, что входной ток iA преобразователя 2 представляет собой синусоидальную волну, напряжение Vs входного источника питания и входной ток iA в преобразователе 2 могут быть представлены следующим образом:

.

Исходя из представленных выше уравнений входная мощность Pin, поступающая в преобразователь 2, представлена следующим уравнением.

где постоянные члены в выражении (6) относятся к мощности, подаваемой на нагрузку, и синусоидальная составляющая, которая изменяется дважды в зависимости от угловой частоты ω, относится к мощности пульсации, поступающей в конденсатор 3. Поскольку коэффициентом мощности в преобразователе 2 управляют так, чтобы он составлял значение, равное единице, cosφ=1,0, в результате постоянный член упрощается до Е · I.

Если предположить, что составляющая пульсации мощности в выражении (6) обозначена как Pin^~, Pin^~ будет представлена следующим уравнением

С другой стороны, емкость конденсатора 3 представлена как С и напряжение на конденсаторе 3 как Vc, и, если предположить, что влияние пульсации напряжения Vc на конденсаторе 3 возникает на стороне инвертора 4, справедливо следующее уравнение. Здесь напряжение Vc на конденсаторе 3 называется напряжением постоянного тока.

[Уравнение 1]

Путем подстановки выражения (7) в выражение (8) получаем следующее дифференциальное уравнение, выраженное на основе напряжения постоянного тока Vc.

[Уравнение 2]

При решении дифференциального уравнения выражения (9) со средним значением Vcav напряжения постоянного тока в качестве исходного значения, получаем следующее решение.

[Уравнение 3]

где в выражении (10) предполагается, что значение (E · I)/(2ωC Vcav²) в достаточной степени меньше единицы, и используется аппроксимация такая, что √(1+ε)≅1+ε/2, учитывая символ ε, который существенно меньше единицы.

Вторые члены в выражении (10) представляют составляющую пульсации напряжения постоянного тока Vc. Составляющая пульсации представляет частоту, в два раза превышающую частоту источника питания, и можно видеть, что ее величина обратно пропорциональна емкости С конденсатора и среднему значению напряжения постоянного тока Vc. Значение (E · I) представляет мощность, подаваемую в преобразователь 2, и его поддерживают постоянным, даже при изменении напряжения постоянного тока Vc.

Ток ic, протекающий в конденсатор постоянного тока, получают на основе следующего уравнения.

[Уравнение 4]

Выполняя расчеты на основе выражения (10) коэффициента δ пульсации напряжения постоянного тока, используемого в непатентном документе 1, получают коэффициент δ пульсации, как задано в выражении (12).

[Уравнение 5]

Выражение (12) показывает, что если значение (E · I)/2ωС является постоянным, и когда среднее значение Vcav напряжения Vc постоянного тока увеличивается, коэффициент пульсации может быть уменьшен обратно пропорционально квадрату значения Vcav. Дополнительно, выражение (12) показывает, что при условии поддержания постоянным коэффициента пульсаций, емкость С конденсатора можно уменьшить, если среднее значение Vcav напряжения постоянного тока Vc будет увеличиваться. В выражении (12) показано, что в результате увеличения среднего значения Vcav напряжения постоянного тока Vc, например на 20% с 3000 В до 3600 В, емкость конденсатора, при условии приложения того же коэффициента пульсаций, может быть уменьшена приблизительно на 30% (более конкретно на 30,6%).

Выражения (10) и (12) являются теоретическими уравнениями на основе предположения, что пульсация напряжения постоянного тока Vc не оказывает влияния на выходную сторону инвертора 4; однако они справедливы, по существу, аналогично, даже когда мощность, выводимая из инвертора 4, содержит составляющую пульсации.

Последовательное повышение напряжения постоянного тока приводит к увеличению номинального напряжения переключающего устройства, составляющего инвертор 4, приводя, таким образом, к необходимости использования переключающего устройства, имеющего более высокое номинальное напряжение, поэтому возникает вероятность повышения затрат. Дополнительно, даже когда можно использовать переключающее устройство, которое не имеет то же номинальное напряжение, использование переключающего устройства с более высоким напряжением, чем номинальное напряжение, приводит к уменьшению срока службы устройства. Учитывая эти факторы, напряжение постоянного тока увеличивается только в течение момента времени, когда инвертор 4 генерирует напряжение, на угловую частоту ω которого оказывается значительное влияние, получаемое в результате пульсации напряжения постоянного тока, на крутящий момент и т.п.

Когда инвертор работает в одноимпульсном режиме, влияние напряжения постоянного тока на переключающее устройство уменьшается по сравнению с многоимпульсным режимом, даже при том что напряжение постоянного тока увеличивают до более высокого значения, чем номинальное напряжение, как будет более подробно описано ниже.

На фиг.5 показана схема, представляющая блок генерирования команды постоянного тока в устройстве преобразования электроэнергии в соответствии с вариантом 1 осуществления настоящего изобретения. Блок 16 генерирования команды напряжения постоянного тока сконфигурирован на основе блока 18 абсолютного значения, который преобразует угловую частоту ω в ее абсолютное значение, и таблицы 19 установки значений напряжения постоянного тока. Блок 18 абсолютного значения получает абсолютное значение угловой частоты ω таким образом, что выбирается только положительное значение для упрощения таблицы 19 установки значений напряжения постоянного тока, поскольку подаваемой угловой частоте ω присваивают положительный или отрицательный знак. В таблице 19 установки значений напряжения постоянного тока угловая частота ω, преобразованная в абсолютное значение, показана по горизонтальной оси и значение команды напряжения постоянного тока, которое должно быть сгенерировано, по вертикальной оси. В таблице 19 установки значений напряжения постоянного тока, как показано на фиг.15, напряжение постоянного тока представляет собой максимальное напряжение 3600 В в диапазоне (в настоящем варианте осуществления в диапазоне от 115 Гц до 125 Гц включительно), включающем в себя частоту, которая в два раза выше (в данном случае частота находится на 120 Гц, однако, в некоторых случаях может использоваться 100 Гц в зависимости от источника питания переменного тока) частоты источника питания переменного тока, причем напряжение на конденсаторе 3 содержит составляющую пульсации, другими словами, это является явлением значительных биений. В предыдущем диапазоне (в диапазоне от 60 Гц до 115 Гц включительно) напряжение постоянного тока последовательно повышается, и в последующем диапазоне (в диапазоне от 125 Гц до 180 Гц включительно) напряжение постоянного тока последовательно понижается. Последовательное увеличение и уменьшение напряжения постоянного тока может уменьшать нагрузку, связанную с увеличением напряжения постоянного тока на переключающем устройстве, составляющем инвертор 4. В настоящем варианте осуществления напряжение постоянного тока увеличивается в заданном диапазоне (диапазон от 60 Гц до 180 Гц включительно). Диапазон, в котором напряжение постоянного тока становится максимальным, составляет от 115 Гц до 125 Гц включительно.

В таблице 19 установки значений напряжения постоянного тока заданный диапазон, в котором напряжение постоянного тока увеличивается больше чем обычно, определен, как находящийся в пределах диапазона, где степень β биений является допустимой. Степень биений основана на следующем уравнении, которое определено в непатентном документе 1.

,

где число b представляет диапазон колебаний выходного тока инвертора, и число а представляет диапазон колебаний выходной частоты выходного тока инвертора.

Верхнее предельное значение заданного частотного диапазона установлено, причем напряжение постоянного тока увеличивается больше чем обычно требуется, так, чтобы оно стало значением, при котором допустима степень биений при обычном постоянном напряжении. То же самое относится для значения нижнего предела заданного диапазона частоты. В диапазоне частот, где напряжение постоянного тока увеличивается больше чем обычно, диапазон должен быть выбран так, чтобы степень биений напряжения постоянного тока была допустима на любой частоте в этом диапазоне. Расширение диапазона частот, где напряжение постоянного тока увеличивается в большей степени чем обычно, обеспечивает то, что степень биения будет находиться в пределах допустимого диапазона. Допустимый диапазон может быть определен на основе другого индикатора, отличного от степени биений. Он также может быть определен любым способом, который позволяет управлять составляющей пульсации активной мощности, выводимой из инвертора в пределах допустимого диапазона.

Диапазон частот, в котором напряжение постоянного тока увеличивается больше чем обычно, соответствующим образом определяется с учетом таких значений как допустимая степень β биений, целевое значение коэффициента δ пульсаций на частоте, в два раза большей, чем частота источника питания переменного тока, и отношение максимального значения к обычному значению напряжения постоянного тока. Так же как и в настоящем варианте осуществления, когда степень β биений составляет 1,2 или меньше, коэффициент пульсации на частоте, в два раза превышающей частоту источника питания переменного тока, составляет 10%, и отношение максимального значения к обычному значению напряжения постоянного тока составляет 1,2, что обычно достаточно, если ширина диапазона частоты для обеспечения максимального значения напряжения постоянного тока будет определена как 10 Гц, как описано выше.

В таблице 19 установки значений напряжения постоянного тока данные таблицы сконфигурированы так, что значение Vc* команды напряжения постоянного тока не превышает значение установки напряжения инвертора 4. Максимальное значение повышающегося напряжения постоянного тока 3600 В определяют с учетом номинального напряжения и характеристик переключающего устройства, составляющего инвертор 4.

Блок 17 управления напряжением постоянного тока принимает значение Vc* команды напряжения постоянного тока, которое выводят из блока 16 генерирования команды напряжения постоянного тока, и значение напряжения постоянного тока Vc, детектируемое блоком 15 детектирования напряжения постоянного тока. Блок 17 управления вычисляет разность между значением Vc* команды напряжения постоянного тока и напряжением постоянного тока Vc для управления преобразователем 2 для получения нулевой разности напряжений между ними.

Далее будет описана работа блока 7 управления напряжением, который управляет напряжением, выводимым инвертором 4. Прежде всего, машинные постоянные асинхронной машины, которые используются для описания работы блока 7 управления напряжением, определяют следующим образом:

Rs - значение первичного сопротивления двигателя,

Ls - первичная индуктивность двигателя,

М - взаимная индуктивность двигателя,

Lr - вторичная индуктивность двигателя,

Rr - значение вторичного сопротивления двигателя,

σ=1-М M/Ls/Lr.

Блок 7 управления напряжением вычисляет значение ωs* команды угловой частоты скольжения, используя значение Iq* команды тока крутящего момента и значение Id* команды тока магнитного потока, на основе выражения (13).

Инвертор 4 вычисляет угловую частоту ωinv инвертора, которая соответствует частоте напряжения, выводимого из инвертора 4, путем вычитания из суммы значения ωs* команды угловой частоты скольжения и частоты ω величины коррекции F_BEET, получаемой путем умножения заданного коэффициента Kf на величину Р_ВЕЕТ пульсаций, вычисленную блоком 8 детектирования пульсаций. А именно, угловую частоту ωinv инвертора вычисляют на основе выражения 14.

Таким образом, в настоящем варианте 1 осуществления корректируют частоту н