Устройство преобразования мощности

Устройство преобразования мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству преобразования мощности для преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока, более предпочтительно, относится к технике быстрого подавления флуктуаций тока во избежание подачи высокого импульсного перенапряжения на элемент переключения.

Предшествующий уровень техники

Устройство преобразования мощности для подачи мощности для возбуждения электродвигателя, установленного на автомобиле, управляет включением и выключением множества элементов переключения. При этом в общей токопроводящей шине, подключенной к источнику питания постоянного тока, возникают быстрые флуктуации тока, и, таким образом, возникает высокое импульсное перенапряжение (L*di/dt), обусловленное паразитной индуктивностью (L). Для подавления таких флуктуаций тока в PTL 1 раскрыт способ предотвращения быстрых флуктуаций тока, в котором временные режимы возбуждения элементов переключения множества фаз (например, U-фазы, V-фазы и W-фазы) варьируются во избежание одновременного включения всех элементов переключения.

Библиография

Список патентной литературы

PTL 1: международная публикация WO 2005/081389

Краткое изложение существа изобретения

Согласно PTL 1, увеличение скорости изменения тока (di/dt) можно предотвратить, когда направления тока идентичны и элементы переключения включаются одновременно. Однако когда соответствующие элементы переключения включаются или выключаются независимо, быстрые флуктуации тока предотвратить невозможно.

Настоящее изобретение сделано ввиду такой проблемы традиционной техники. Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройство преобразования мощности, способного предотвращать быстрые флуктуации тока, связанные с операциями включения/выключения каждого элемента переключения.

Для решения вышеупомянутой задачи устройство преобразования мощности согласно первому аспекту настоящего изобретения содержит: первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к общей токопроводящей шине и возбуждают токи разных фаз; и блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения, причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

Устройство преобразования мощности согласно второму аспекту настоящего изобретения, которое преобразует мощность постоянного тока, выводимую из источника питания постоянного тока, в мощность переменного тока, содержит: первый элемент переключения и второй элемент переключения, которые подключены параллельно к паре общих токопроводящих шин, подключенных к положительному и отрицательному электродам источника питания постоянного тока, соответственно, и возбуждают токи разных фаз; и блок управления, который управляет операциями включения/выключения первого и второго элементов переключения, причем блок управления управляет операциями включения/выключения таким образом, что направление флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения первого элемента переключения, противоположно направлению флуктуации тока, обусловленной операцией включения/выключения второго элемента переключения.

Устройство преобразования мощности настоящего изобретения управляет элементами переключения таким образом, что направление флуктуации тока при работе элемента переключения одной фазы противоположно направлению флуктуации тока при работе элемента другой фазы. Это позволяет уменьшить изменение тока, который включает в себя составляющую паразитной индуктивности и проходит через контур тока, и предотвратить импульсное перенапряжение, обусловленное флуктуациями тока.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи.

Фиг. 1 - принципиальная схема, иллюстрирующая состав устройства преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая состав блока управления электродвигателем, включающего в себя устройство преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 - временная диаграмма, иллюстрирующая импульс возбуждения, генерируемый в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения и импульс, смещенный относительно импульса возбуждения.

Фиг. 4 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы, генерируемых в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - пояснительная схема, иллюстрирующая ток непосредственно до перехода элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 6 - пояснительная схема, иллюстрирующая ток непосредственно после перехода элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 7 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, обусловленные переходом элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 8 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения V-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 9 - пояснительная схема, иллюстрирующая направление и величину тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения U-фазы из включенного состояния в выключенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 10 - пояснительная схема, иллюстрирующая направление и величину тока, текущего в конденсатор при переходе элемента переключения U-фазы из выключенного состояния во включенное состояние в обычном устройстве преобразования мощности.

Фиг. 11 - схема, иллюстрирующая процесс генерации импульса возбуждения согласно соотношению между несущим сигналом и целевым значением напряжения в устройстве преобразования мощности согласно обычному устройству преобразования мощности.

Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая процесс смещения импульса возбуждения, генерируемого согласно соотношению между несущим сигналом и целевым значением напряжения в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 13 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор при смещении импульса возбуждения и без сдвига импульса возбуждения.

Фиг. 14 - пояснительная схема, иллюстрирующая типичный пример смещения импульса возбуждения для снижения флуктуаций тока в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 15 - пояснительная схема, иллюстрирующая типичный пример смещения импульса возбуждения для снижения флуктуаций тока в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 16 - пояснительная схема, иллюстрирующая флуктуации тока каждой фазы, когда инвертор имеет девять фаз в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 17 - пояснительная схема, иллюстрирующая значения и разности токов каждой фазы в заранее определенное время, когда инвертор имеет девять фаз в устройстве преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 18 - принципиальная схема инвертора, когда соответствующие U-фаза, V-фаза и W-фаза делятся на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 19 - принципиальная схема инвертора, когда соответствующие U-фаза, V-фаза и W-фаза делятся на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 20 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U1, U2 и U3, когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 21 - пояснительная схема, иллюстрирующая импульсы возбуждения соответствующих U1, U2 и U3, когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 22 - пояснительная схема в случае смещения импульсов возбуждения соответствующих U1, U2 и U3 когда U-фаза делится на три системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 23 - временная диаграмма, иллюстрирующая флуктуации тока соответствующих U1, U2, U3 и U4, когда U-фаза делится на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 24 - пояснительная схема в случае смещения импульсов возбуждения соответствующих U1, U2, U3 и U4, когда U-фаза делится на четыре системы в устройстве преобразования мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 25 - пояснительная схема в случае разделения импульса возбуждения W-фазы на два импульса возбуждения в соответствии с временным режимом выключения U-фазы в устройстве преобразования мощности согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Ниже приведено пояснение варианта осуществления согласно настоящему изобретению со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

Состав устройства 100 преобразования мощности и электродвигателя 13, приводимого в действие мощностью, поступающей из устройства 100 преобразования мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения будет объяснен со ссылкой на фиг. 1. Настоящий вариант осуществления является примером устройства 100 преобразования мощности, которое преобразует постоянный ток в трехфазный переменный ток. Однако преобразованный переменный ток не ограничивается трехфазным переменным током и может быть многофазным переменным током четырех или более фаз.

Как показано на фиг. 1, устройство 100 преобразования мощности включает в себя инвертор 11 и контроллер 14 (блок управления, средство управления) электродвигателя.

Инвертор 11 включает в себя источник 12 питания постоянного тока и конденсатор C1, подключенный к источнику 12 питания постоянного тока. Инвертор 11 дополнительно включает в себя элементы S1, S2, S3, S4, S5 и S6 переключения, использующие IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и диоды D1, D2, D3, D4, D5 и D6, подключенные встречно-параллельно к соответствующим элементам S1-S6 переключения. Каждая пара последовательно соединенных элементов переключения, т.е. каждая пара S1 и S2, S3 и S4, и S5 и S6 образует верхнее плечо и нижнее плечо каждой фазы в инверторе 11. Заметим, что элементы переключения не ограничиваются IGBT.

Эмиттер элемента S1 переключения подключен к коллектору элемента S2 переключения. Точка соединения между ними является выходной точкой U-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к U-фазе электродвигателя 13. Аналогично, эмиттер элемента S3 переключения подключен к коллектору элемента S4 переключения. Точка соединения между ними является выходной точкой V-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к V-фазе электродвигателя 13. Аналогично, эмиттер элемента S5 переключения подключен к коллектору элемента переключения S6. Точка соединения между ними является выходной точкой W-фазы трехфазного переменного тока, т.е. подключена к W-фазе электродвигателя 13.

Соответствующие коллекторы элементов S1, S3 и S5 переключения подключены к положительному электроду источника 12 питания постоянного тока через общую токопроводящую шину. Соответствующие эмиттеры элементов S2, S4 и S6 переключения подключены к отрицательному электроду источника 12 питания постоянного тока через общую токопроводящую шину. Пары элементов переключения (S1 и S2, S3 и S4, S5 и S6) подключены параллельно к каждой общей токопроводящей шине, подключенной к положительному и отрицательному электродам источника 12 питания постоянного тока соответственно. Каждый затвор элементов S1-S6 переключения возбуждается сигналом управления, выводимым из контроллера 14 электродвигателя. Пары элементов переключения (S1 и S2, S3 и S4, S5 и S6) возбуждают токи соответствующих фаз (U-фазы, V-фазы и W-фазы).

На основании токов Iu, Iv и Iw нагрузки соответствующих фаз, текущих в электродвигатель 13, детектируемых датчиком тока (ссылочная позиция 19 на фиг. 2), положения поворота электродвигателя 13, детектируемого датчиком частоты вращения (ссылочная позиция 18 на фиг. 2), и целевого значения крутящего момента, обеспеченного верхним устройством, не показанным на фигуре, контроллер 14 электродвигателя генерирует сигналы управления для управления элементами S1-S6 переключения посредством PWM (ШИМ), с последующим выводом на затворы соответствующих элементов S1-S6 переключения.

Контроллер 14 электродвигателя согласно настоящему варианту осуществления образован, но без конкретного ограничения, микропроцессором, включающим в себя центральный процессор (ЦП), программное ПЗУ, рабочее ОЗУ и интерфейс ввода-вывода. ЦП выполняет программу, хранящуюся в ПЗУ, в соответствии с которой контроллер 14 электродвигателя осуществляет функцию управления.

Далее, конкретный состав контроллера 14 (блок управления, средство управления) электродвигателя для управления инвертором 11, показанным на фиг. 1, будет объяснен со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, контроллер 14 электродвигателя управляет электродвигателем 13, например, для приведения в движение автомобиля. Контроллер 14 электродвигателя включает в себя блок 21 управления крутящим моментом, блок 22 управления током, блок 23 преобразования координат (блок задания целевого значения напряжения), блок 24 управления ШИМ (блок задания рабочего цикла, блок управления ШИМ) и блок 25 управления временным режимом (блок задания временного режима). Контроллер 14 электродвигателя выводит сигнал возбуждения, генерируемый на блоке 25 управления временным режимом, на соответствующие затворы элементов S1-S6 переключения, для возбуждения инвертора 11. Контроллер 14 электродвигателя также включает в себя датчик 19 тока для детектирования тока, текущего в электродвигатель 13.

Блок 21 управления крутящим моментом вычисляет целевые значения id и iq тока оси d и оси q электродвигателя 13, соответственно, на основании целевого значения T крутящего момента, прикладываемого извне, и частоты вращения Ω (омега) электродвигателя, детектируемой датчиком 18 частоты вращения для детектирования частоты вращения электродвигателя 13.

На основании целевых значений id и iq тока оси d и оси q и значений id и iq тока оси d и оси q, блок 22 управления током вычисляет целевые значения vd и vq напряжения оси d и оси q, соответственно, для согласования целевых значений с фактическими значениями. В отношении вычисления значений id и iq тока оси d и оси q, токи Iu, Iv и Iw соответствующих фаз (U-фаз, V-фаз и W-фаз) электродвигателя 13 регистрируются датчиком 19 тока, после чего преобразуются в значения id и iq тока оси d и оси q блоком 23 преобразования координат. Заметим, что сумма токов соответствующих фаз электродвигателя 13 равна нулю. Таким образом, регистрируются токи iu и iv, по меньшей мере, двух фаз, что позволяет получить токи Iu, Iv и Iw трех фаз электродвигателя 13.

Блок 23 преобразования координат преобразует целевые значения vd и vq напряжения оси d и оси q в целевые значения vu, vv и vw напряжения трех фаз.

Блок 24 управления ШИМ генерирует импульсы Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения инвертора 11, соответствующие соответствующим целевым значениям vu, vv и vw напряжения U-фазы, V-фазы и W-фазы, выводимым из блока 23 преобразования координат, для вывода на блок 25 управления временным режимом. Настоящий вариант осуществления не ограничивается целевыми значениями напряжения, и можно использовать целевые значения тока.

Блок 25 управления временным режимом генерирует импульсы Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения, в которых временные режимы для управления операциями включения/выключения соответствующих элементов S1-S6 переключения, обеспеченных в инверторе 11, изменяются описанным ниже способом, для вывода импульсов возбуждения на инвертор 11. Tup и Tun представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S1 и S2 переключения U-фазы, Tvp и Tvn представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S3 и S4 переключения V-фазы, и Twp и Twn представляют импульсы возбуждения, подаваемые на верхний и нижний элементы S5 и S6 переключения W-фазы.

Далее, процесс генерации импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения из целевых значений vu, vv и vw напряжения трех фаз, выводимых на соответствующие элементы S1-S6 переключения блоком 24 управления ШИМ, показанным на фиг. 2, будет объяснен со ссылкой на временную диаграмму, показанную на фиг. 3. Заметим, что на фиг. 3 показан только случай генерации импульсов Dup и Dvp возбуждения верхних плеч из целевых значений vu и vv напряжения двух фаз, для обеспечения лучшего понимания.

При подаче несущего сигнала s1 в виде треугольной волны, показанной на фиг. 3(a), блок 24 управления ШИМ сравнивает несущий сигнал s1 с каждым целевым значением vu и vv напряжения. Затем блок 24 управления ШИМ генерирует импульс возбуждения, подлежащий включению в период времени, когда целевое значение напряжения больше несущего сигнала s1, и выключению в период времени, когда целевое значение напряжения меньше несущего сигнала s1 применительно к верхнему плечу. Также блок 24 управления ШИМ генерирует импульс возбуждения, подлежащий включению в период времени, когда целевое значение напряжения меньше несущего сигнала s1 и выключению в период времени, когда целевое значение напряжения больше несущего сигнала s1 применительно к нижнему плечу. Дополнительно, блок 24 управления ШИМ обеспечивает время простоя, задерживая наступление времени, когда импульс возбуждения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. Соответственно, можно предотвратить возникновение короткого замыкания верхнего и нижнего плеч благодаря обеспечению времени простоя.

Импульс Dup возбуждения включается в момент времени t2, т.е. с задержкой dt относительно времени t1, как показано на фиг. 3(b), поскольку целевое значение vu напряжения верхнего плеча U-фазы превышает несущий сигнал s1 в момент времени t1. Затем импульс Dup возбуждения выключается в момент времени t3, поскольку целевое значение vu напряжения падает ниже несущего сигнала s1 в момент времени t3. В частности, генерируется импульс Dup возбуждения, как показано на фиг. 3(b).

Аналогично, импульс Dvp возбуждения включается в момент времени t5, т.е. с задержкой dt относительно времени t4, как показано на фиг. 3(c), поскольку целевое значение vv напряжения верхнего плеча V-фазы превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4. Затем импульс Dvp возбуждения выключается в момент времени t6, поскольку целевое значение vv напряжения падает ниже несущего сигнала s1 в момент времени t6. В частности, генерируется импульс Dvp возбуждения, как показано на фиг. 3(c). Заметим, что аналогичное условие также применяется к случаю целевого значения vw напряжения W-фазы, и этот случай не показан на фиг. 3.

Далее будет объяснен первый процесс генерации импульсов Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения за счет сдвига фаз соответствующих импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения блоком 25 управления временным режимом, показанным на фиг. 2. Ниже приведен пример генерации импульса Tvp возбуждения путем смены временного режима импульса Dvp возбуждения верхнего плеча V-фазы. Другими словами, фаза импульса Dvp возбуждения, показанного на фиг. 3 (c), сдвигается для генерации импульса Tvp возбуждения, как показано на фиг. 3(d).

Ниже приведено объяснение процесса сдвига импульса возбуждения. Когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4, управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он не включался в момент времени t5 по истечении dt. Время до того, как целевое значение vv напряжения упадет ниже несущего сигнала s1, т.е. время между моментом времени t5 и моментом времени t6 (рабочая ширина), получается так, чтобы сохранить рабочую ширину. Затем управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он включался в момент времени t3, когда импульс Dup возбуждения выключен. Включенное состояние импульса Tvp возбуждения сохраняется в течение вышеупомянутой рабочей ширины, после чего импульс Tvp возбуждения выключается. В результате, импульс Tvp возбуждения смещается к импульсу возбуждения, показанному на фиг. 3(d). Затем осуществляется управление временем спада импульса Dup возбуждения (временной режим выключения) в соответствии со временем нарастания импульса Tvp возбуждения (временной режим включения). Причина в том, что оба тока (токи, отличающиеся направлением) уравновешивают друг друга, и ток, текущий в конденсатор C1, показанный на фиг. 1, снижается. Более конкретное объяснение приведено ниже.

Далее будет объяснен второй процесс генерации импульсов Tup, Tun, Tvp, Tvn, Twp и Twn возбуждения за счет сдвига фаз соответствующих импульсов Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp и Dwn возбуждения блоком 25 управления временным режимом, показанный на фиг. 2. Ниже приведен пример разделения импульса Dvp возбуждения, показанного на фиг. 3(c), и сдвига фазы, по меньшей мере, одного из разделенных импульсов возбуждения, для изменения двух импульсов возбуждения, указанных ссылочными позициями s2 и s3, показанными на фиг. 3(e).

Ниже приведено объяснение процесса сдвига импульса возбуждения. Когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1 в момент времени t4, управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он включался в момент времени t5 по истечении dt. Затем управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется так, чтобы он выключался в момент времени t8, когда несущий сигнал s1 достигает самой низкой точки. В результате, генерируется импульс возбуждения, указанный ссылочной позицией s2 на фиг. 3(e). Затем получается время от момента, когда целевое значение vv напряжения превышает несущий сигнал s1, до момента, когда сигнал vv напряжения падает ниже несущего сигнала s1, т.е. время между моментом времени t5 и моментом времени t6 (рабочая ширина), что позволяет сохранять рабочую ширину. Управление импульсом Tvp возбуждения осуществляется таким образом, чтобы он снова включался в момент времени t3, когда импульс Dup возбуждения выключен. Включенное состояние импульса Tvp возбуждения сохраняется только в течение времени, полученного вычитанием времени между моментом времени t5 и моментом времени t8 (импульса s2 возбуждения) из рабочей ширины, и затем осуществляется управление импульсом Tvp возбуждения для его выключения. Альтернативно, время между моментом t8 и моментом t6 (рабочая ширина) может сохраняться для определения времени включения от момента t3. В результате, импульс Tvp возбуждения заменяется двумя импульсами s2 и s3 возбуждения, показанными на фиг. 3(e). В этом случае сумма значений ширины импульса двух импульсов s2 и s3 возбуждения равна ширине импульса возбуждения между моментом t5 и моментом t6, показанными на фиг. 3(c).

В отношении импульса Tvp возбуждения, показанного на фиг. 3(d), импульс возбуждения между моментом t5 и моментом t6 перекрывает момент t8. С другой стороны, импульс возбуждения, генерируемый во втором процессе, не пересекает границу (момент t8) несущего сигнала s1, в отличие от вышеупомянутого первого процесса. Это обуславливает преимущество предотвращения ухудшения синхронной характеристики несущего сигнала.

Как описано выше, на фиг. 3 приведен пример управления временными режимами импульсов возбуждения U-фазы и V-фазы в соответствии друг с другом. Аналогично, временными режимами импульсов возбуждения между двумя другими фазами можно управлять в соответствии друг с другом. При управлении импульсами возбуждения трех фаз таким образом, чтобы они были идентичными, можно применять идею, аналогичную случаю регулировки временного режима между двумя фазами. Например, каждым передним фронтом импульсов возбуждения V-фазы и W-фазы можно управлять в соответствии с задним фронтом импульса возбуждения U-фазы.

Ниже приведено объяснение цели установления соответствия переднего фронта одного импульса возбуждения с задним фронтом другого импульса возбуждения, как показано на фиг. 3(d) и 3(e).

На фиг. 4(a)-4(c) показаны соответствующие временные диаграммы, демонстрирующие операции включения/выключения элементов S1-S6 переключения, обеспеченных на соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе. Белые области на временных диаграммах представляют временные режимы, в которых включены верхние элементы S1, S3 и S5 переключения, и заштрихованные области представляют временные режимы, в которых включены нижние элементы S2, S4 и S6 переключения. Форма волны соответствующих фаз является синусоидальной формой волны, в которой каждая фаза сдвинута на 120 градусов.

Во временном режиме непосредственно до выключения верхнего элемента S3 переключения V-фазы, указанного ссылочной позицией q1, показанной на фиг. 4(b), токи текут в соответствующих фазах, как показано на фиг. 5. В частности, ток I1 +350 А течет через верхний элемент S3 переключения V-фазы, ток I2 +200 А течет через нижний элемент S2 переключения U-фазы, и ток I3 -150 А течет через верхний диод D5 W-фазы. В отношении направлений тока, прямое направление соответствующих элементов S1-S6 переключения определяется как ток со знаком плюс, и обратное направление определяется как ток со знаком минус.

Затем верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, тем самым переходя в режим свободного хода. Соответственно, нижний диод D4 V-фазы переходит во включенное состояние, как показано на фиг. 6, в результате чего ток I1 продолжает течь к электродвигателю 13 (направление вправо на фигуре). На Фиг. 7 показаны флуктуации тока в момент, когда верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние.

В частности, как показано на фиг. 7, когда верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, одна и та же флуктуация тока, эквивалентная -350 А, происходит на верхнем элементе S3 переключения V-фазы, нижнем диоде D4 V-фазы и конденсаторе C1, соответственно. В отношении верхнего и нижнего плеч моста U-фазы и верхнего и нижнего плеч моста W-фазы, не происходит изменения операции переключения (флуктуации тока) в момент, когда элемент S3 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. При этом быстрая флуктуация тока, обусловленная операцией переключения V-фазы, происходит в замкнутой цепи, указанной стрелкой Y1 на фиг. 6.

На фиг. 8 показана временная диаграмма, демонстрирующая флуктуации тока, текущего в конденсатор C1 в момент, когда элемент S3 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Ток, текущий в конденсатор C1, меняется с +200 А до -150 А в момент времени t10. В результате, возникает высокое импульсное перенапряжение (L*di/dt), обусловленное паразитной индуктивностью L в канале тока.

Согласно настоящему варианту осуществления, временные режимы возбуждения элементов S1-S6 переключения соответствующих фаз меняются так, чтобы уменьшить быстрые флуктуации тока, текущего в конденсатор C1. Соответственно, предотвращается импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L. Другими словами, как описано выше со ссылкой на фиг. 3, передний фронт импульса возбуждения одной фазы синхронизируется с задним фронтом импульса возбуждения другой фазы, благодаря чему, быстрые флуктуации тока, текущего в конденсатор C1, уменьшаются для предотвращения импульсного перенапряжения.

Ниже приведено объяснение процесса для синхронизации операций элементов переключения, имеющих флуктуации тока, отличающиеся друг от друга направлением, для противодействия флуктуациям тока.

На фиг. 9(a) и 9(b) и фиг. 10(a) и 10(b) представлены пояснительные схемы, демонстрирующие примеры операций соответствующих элементов S1 и S2 переключения U-фазы. На соответствующих фигурах представлены схемы, частично демонстрирующие секцию элементов S1 и S2 переключения U-фазы, предусмотренную в инверторе 11. Средняя точка между верхним плечом и нижним плечом подключена к входной клемме U-фазы электродвигателя 13. Стрелки в направлении вправо на фигурах представляют ток, текущий к электродвигателю 13, в частности, представляют ток со знаком плюс, и стрелки в направлении влево представляют ток, текущий от электродвигателя 13, в частности, представляют ток со знаком минус.

На фиг. 9(a) показаны протекание тока со знаком плюс к электродвигателю 13 в U-фазе и флуктуация тока в момент, когда верхний элемент S1 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. В этом случае, ток, текущий к электродвигателю 13 со стороны плюса (стороны высокого потенциала постоянного тока) источника 12 питания постоянного тока, показанного на фиг. 1, прерывается, поскольку элемент S1 переключения переходит в выключенное состояние, что влечет переход в режим холостого хода со стороны низкого потенциала постоянного тока. В результате, ток течет к электродвигателю 13. Это эквивалентно возникновению флуктуации тока, указанного стрелкой Y2 в этот момент.

На фиг. 9(b) показаны протекание тока со знаком минус к электродвигателю 13 в U-фазе и флуктуация тока в момент, когда нижний элемент S2 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Аналогично случаю фиг. 9(a), флуктуация тока, указанная стрелкой Y3, происходит в момент, когда элемент S2 переключения переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Другими словами, в случаях фиг. 9(a) и 9(b) можно видеть, что генерируются флуктуации тока в направлении против часовой стрелки (стрелки Y2 и Y3). Такие флуктуации тока генерируются в U-фазе, V-фазе и W-фазе соответственно.

С другой стороны, на фиг. 10(a) показано состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится в выключенном состоянии, и ток течет к электродвигателю 13 от нижнего диода D2, и также показана флуктуация тока в момент, когда элемент S1 переключения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. На Фиг. 10(b) показано состояние, в котором нижний элемент S2 переключения U-фазы находится в выключенном состоянии, и флуктуация тока в момент, когда элемент переключения переходит из выключенного состояние во включенное состояние. Другими словами, в случаях фиг. 10(a) и 10(b), можно видеть, что генерируются флуктуации тока в направлении по часовой стрелке (стрелки Y4 и Y5). Такие флуктуации тока генерируются в U-фазе, V-фазе и W-фазе соответственно.

Таким образом, можно видеть, что временной режим одной из фиг. 9(a) и 9(b) синхронизирован с временным режимом одной из фиг. 10(a) и 10(b), для противодействия или снижения токов, указанных стрелками Y2-Y5.

Ниже приведено объяснение процесса генерации импульсов возбуждения, выводимых на соответствующие элементы S1-S6 переключения. Сначала будет объяснен традиционно используемый нормальный режим работы. На Фиг. 11 приведена пояснительная схема, демонстрирующая процесс определения значений ширины импульса сигналов возбуждения для управления ШИМ соответствующих фаз, согласно несущему сигналу, имеющему заранее определенную несущую частоту (например, 1 [кГц]), и целевым значениям напряжения соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы. На Фиг. 11 показан случай, когда процесс смены временного режима согласно настоящему изобретению не применяется. Благодаря такому процессу, определяются значения ширины импульса импульсных сигналов, выводимых на верхние элементы S1, S3 и S5 переключения соответствующих U-фазы, V-фазы и W-фазы. Нижние элементы S2, S4 и S6 переключения действуют обратно верхним элементам S1, S3 и S5 переключения соответственно. Например, S2 находится в выключенном состоянии, когда S1 находится во включенном состоянии, и S1 находится в выключенном состоянии, когда S2 находится во включенном состоянии.

Как показано на фиг. 11, операция, аналогичная фиг. 9(a), осуществляется, когда состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится во включенном состоянии (время t11, напряжение 0 В), переходит в состояние, в котором элемент S1 переключения выключен (время t12, напряжение 300 В). В течение этого времени ток 100 А течет в направлении против часовой стрелки в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста U-фазы и конденсатор C1. В частности, поскольку состояние, показанное на фиг. 13(a), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(b), ток Cap конденсатора меняется со 100 А до 0 А. В результате, возникает импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L замкнутой цепи.

С другой стороны, настоящее изобретение изменяет временной режим, в котором верхний элемент S3 переключения V-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние. Другими словами, при использовании процесса смены временного режима согласно настоящему изобретению операция, аналогичная фиг. 9(a), осуществляется, когда состояние, в котором верхний элемент S1 переключения U-фазы находится во включенном состоянии (время t13), переходит в состояние, в котором элемент S1 переключения находится в выключенном состоянии (время t14). Таким образом, временные режимы элементов S3 и S4 переключения изменяются в соответствии с такими временными режимами в U-фазе, вследствие чего нижний элемент S4 переключения V-фазы включается и верхний элемент S3 переключения V-фазы выключается. На Фиг. 12 показана форма волны напряжения верхнего элемента S3 переключения V-фазы, но не показана форма волны напряжения нижнего элемента S4 переключения V-фазы. Как описано выше, форма волны напряжения элемента S4 переключения противоположна форме волны напряжения элемента S3 переключения.

Таким образом, нижний элемент S4 переключения V-фазы включается после выключения верхнего элемента S3 переключения V-фазы. В этом случае элемент S4 переключения переходит из выключенного состояния (t13 на фиг. 12) во включенное состояние (t14 на фиг. 12) и осуществляется операция, аналогичная фиг. 10(b). Когда состояние, показанное на фиг. 13(b), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(c), флуктуация тока 60 А возникает в направлении по часовой стрелке в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста V-фазы и конденсатор C1.

В то же время флуктуация тока 100 А возникает в направлении против часовой стрелки в замкнутой цепи, включающей в себя верхнее и нижнее плечи моста U-фазы и конденсатор C1. Поэтому направления соответствующих флуктуаций тока противоположны друг другу, и ток 100 А в направлении против часовой стрелки испытывает противодействие тока 60 А в направлении по часовой стрелке, в результате чего флуктуация тока может снижаться до 40 А в направлении против часовой стрелки. Ток Cap конденсатора меняется с 40 А до 0 А. В частности, в момент, когда верхний элемент S1 переключения U-фазы переходит из включенного состояния в выключенное состояние, и также, когда нижний элемент S4 переключения V-фазы переходит из выключенного состояния во включенное состояние, состояние, показанное на фиг. 13(c), переходит в состояние, показанное на фиг. 13(b). Поэтому флуктуация тока может снижаться до 40 А, по сравнению со случаем, когда процесс смены временного режима не осуществляется. Соответственно, импульсное перенапряжение, обусловленное паразитной индуктивностью L в замкнутой цепи, можно снизить.

Далее флуктуации тока в соответствующих случаях фиг. 11 и фиг. 12 будут объяснены со ссылкой на схему, показанную на фиг. 14. На Фиг. 14 показаны флуктуации токов, текущих в соответствующих U-фазе, V-фазе и W-фазе в течение времени, указанного ссылочной позицией q2 в формах волны трехфа