[发明专利]电力变换器装置以及利用该装置的电气车辆控制装置

说明书

本发明涉及用以将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电的一种电力变换器装置的改进，尤其涉及此类电力变换器装置的输出电压控制。1988年4月出版的《PESC’88RECORD，IEEE》第1255至1262页发表了B.韦拉厄茨（Velaerts）等题为“一种新颖的三级脉宽调制波形的产生和最优化方法”一文，其中推荐一种双极调制方式，适合于交替输出通过零电位的正、负类似脉冲的电压，以改善三级变换器的输出电压波形。

上述文章揭示了从双极调制方式至单极调制方式的转换，它适合于仅仅输出与输出电压极性相同的类似脉冲的电压，这种转换在一个周期内最佳必须在六个点完成。

此外，相应于第4，953，069号美国专利的日本专利JP-A-2-101969（1990年）中图9揭示了在输出电压的半个周期内，双极调制周期和单极调制周期两者都存在。

对于改善输出电压波形以及精细的电压调整，采用双极调制方式是所希望的。

然而，当要求实现某种输出电压时，双极调制方式要求实现与输出电压极性相反的脉冲，因此使电压利用率降低。相应地，从双极调制方式至单极调制方式的转换是不可避免的。

如从双极调制方式简单地转移到单极调制方式，而当其负荷为交流电动机时，在变换期间的电流脉动将加剧，引起电动机转矩波动。

上述后一种技术表明，双极调制方式与单极调制方式之间的转换被控制在预定的相位时完成。

然而，这种控制必须在确定最佳点（一个周期仅有六个点）之后才能执行，因此，问题在于为此所需的控制系统与定时控制整套装置有关。

此外，例如当要求电力变换器利用单极调制方式来实现输出电压响应某一输出电压指令时，正弦波输出电压指令的波节部分就不能准确地实现。这是由于在构成电力变换器的开关元件中存在一个最小导通时间，这种如在波节部分中那样小的输出电压指令，不能被认作为电力变换器的输出电压。

上述后一种现有技术的图9表示在一个周期内包含一个双极调制方式的固定时期（60°），和其余的单极调制方式的下一时期。然而，这种波形是为了调制波超出1的部分由其它相补偿而输出的。

因此，即使在前一种上述技术中，也存在上述波节部分，即输出电压指令不能被识别的极小的输出电压部分。

本发明的目的在于提供一种电力变换器装置，以及一种用以不间断地控制变换器输出电压的电气车辆控制装置。

本发明的另一个目的在于提供一种电力变换器装置，以及一种用以在变换器输出电压中精确重现输出电压指令的电气车辆控制装置。

本发明的上述目的是通过一种电力变换器装置而实现的，其中包括通过交替输出正、负输出脉冲而完成半个周期的输出电压的第一调制区，与通过仅输出与输出电压极性相同的输出脉冲而完成半个周期的输出电压的第二调制区;并且将直流电压转换为至少有三个不同电平电位的交流相电压，其中，当从第一调制区转换到第二调制区时，通过第三调制区完成转换。

此外，本发明的上述目的通过一种将直流电压转换为具有至少三个不同电平电位的交流相电压的电力变换器装置而实现，其中包括在半个周期的输出电压中，由交替输出正、负输出脉冲的时期和仅仅输出极性与输出电压相同的输出脉冲的另一个时期构成的第三调制区。此外，还进一步包括用以改变这两种时期的手段。

在第一调制区即双极调制区与第二调制区即单极调制区之间的转换过程中，其转换并非直接完成，而是通过第三调制区完成的，因此，在直接转换过程中所引起的电流波纹增加得到抑制。

此外，考虑半个周期内的输出电压指令时，接近于峰的正弦波时，必须输出高输出电压，在其波节部分必须输出极小的输出电压。

在要求相对高的输出电压，如接近其峰值处的时期内，采用单极调制方式，而在要求相对低的输出电压，如接近其谷值处的时期内，采用双极调制方式，此外，这两个时期可以变化，由此，即使输出电压指令变化，也可以重现精确对应于该变化的电压指令的输出电压。

图1是表示根据本发明的一个实施例的构成图;

图2（a）是表示变换器频率与输出电压指令之间关系的曲线图;

图2（b）是表示变换器频率与输出电压之间关系的曲线图;

图3是表示基本调制波和双极调制工作期间输出电压脉冲波形的示意图;

图4是表示基本调制波和部分双极调制工作期间输出电压脉冲波形的示意图;

图5是表示基本调制波和单极调制工作期间输出电压脉冲波形的示意图;

图6是表示基本调制波和过调制工作期间输出电压脉冲波形的示意图;