[发明专利]用于电力变换器的脉宽调制控制系统

说明书

本发明涉及一种对牵引逆变器(traction inverter)、电源变换器之类的电力变换器进行脉宽调制控制的系统，更确切地说，涉及一种在开关频率与逆变器工作频率之比值较低时能够使逆变器运行而不在电压和电流中产生低频脉动的用于电力变换的脉宽调制控制系统。

在已采用的脉宽调制控制方法中，有一种次谐波(sub harmonic)方法，这种方法中，通过将具有恒定频率的连续三角波的载波信号与逆变器输出指令值比较产生驱动逆变器的脉宽调制脉冲。此外，可以将脉宽调制方法粗略地划分成异步脉宽控制方法和同步脉宽调制方法，这些方法将在下文中描述。

在异步脉宽调制控制中，当三角波载波的频率(下文中称为“载波频率”)与指令值频率相比足够高时，则载波频率固定在一恒定值上，并且只有指令值频率是变化的。例如，美国专利5,467,262中揭示了这样的异步脉宽调制控制。

在异步脉宽调制控制中，当载波频率比较靠近指令值的频率时，总是将载波频率设定成该指令值频率的整数倍。这时，载波频率和载波频率对指令值频率之比是按照指令值的频率变化的。

在异步脉宽调制控制下，要求载波频率比指令值频率足够高，并且总的说来要求载波频率对指令值频率之比大于约15。当比值小于该值时，低次谐波增加并产生分数谐波(fractioanl order harmonic)。因此，电流脉动变大，而需要大容量的开关元件。除此之外，在驱动电机时，会发生转矩的脉动。

尽管这一问题可以通过将载波频率设定成足够高的值来解决，但出现的另一个问题是开关损耗增大，因而逆变器的效率下降。另外，对于大容量的逆变器，对合用的开关元件也有限制，因而实际上不能将载波频率设置的太高。

另一方面，在同步脉宽调制控制的情况下，即使在载波频率较低时，也能将谐波抑制到某种程度，并可以防止分数谐波的出现。然而，要求载波频率和脉冲数按照指令值频率(由载波频率对指令值的频率之比来决定)来切换，这样就产生一个问题，即控制变得复杂，会出现由脉冲数切换所伴随的脉动(切换冲击switching shock)。

除此之外，当对电气车辆或电梯采用同步脉宽调制控制时，乘客会由于磁噪声所产生的声响而感到不舒服。

本发明的目的是提供一种异步脉宽调制控制系统，它能够防止即使开关频率对逆变器的工作频率之比较小时而出现的低次谐波增大和出现分数级谐波。

本发明是一种用脉宽调制脉冲来驱动组成电力变换器的半导体元件的脉宽调制控制系统，其中，脉宽调制脉冲是通过将来自指令值产生装置的指令信号与具有恒定周期的连续三角波所组成的载波信号进行比较而得到的，该系统包含：分别计算来自指令值产生装置的指令信号的指令值的时间积分和脉宽调制脉冲的时间积分以及两个时间积分之差值的装置，其中，差值被反馈到来自指令值产生装置的指令信号。本发明的脉宽调制控制系统还包含：指令平均值计算单元，用来在计算每半个周期为三角波载波信号的脉宽调制脉冲的计算周期中，计算指令信号的平均值；脉宽调制脉冲平均值计算单元，用来在计算周期中，计算脉宽调制脉冲的平均值；差值计算单元，用来计算指令平均值计算单元和脉宽调制脉冲平均值计算单元的输出之间的差值，以及加法单元，用来将差值计算单元的输出加到来自指令值产生装置的指令信号上，其中，脉宽调制脉冲是根据加法单元的输出计算的。

在本发明另一种用脉宽调制脉冲来驱动组成电力变换器的半导体元件的脉宽调制控制系统中，脉宽调制脉冲是通过每一预定的时间间隔接收来自指令值产生装置的指令信号并计算具有与指令信号的幅度相对应的宽度的脉宽调制脉冲而得到的，该系统包含：分别计算来自指令值产生装置的指令信号的指令值的时间积分和脉宽调制脉冲的时间积分以及两个时间积分之差值的装置，其中，差值被反馈到来自指令值产生装置的指令信号。本发明的这一脉宽调制控制系统还包含：指令平均值计算单元，用来在计算每半个周期为三角波载波信号的脉宽调制脉冲的计算周期中，计算指令信号的平均值；脉宽调制脉冲平均值计算单元，用来在计算周期中，计算脉宽调制脉冲的平均值；差值计算单元，用来计算指令平均值计算单元和脉宽调制脉冲平均值计算单元的输出之间的差值，以及加法单元，用来将差值计算单元的输出加到来自指令值产生装置的指令信号上，其中，脉宽调制脉冲是根据加法单元的输出计算的。

按照本发明，因为通过把指令值的时间积和对该指令值的脉宽调制的时间积之间的差加至指令值而使输出脉冲宽度之和与指令值之和一致，所以可以防止正脉冲宽度与负脉冲宽度之间出现不平衡，并且可以防止低次谐波和分数谐波的产生。

图1是按照本发明一个实施例的结构方框图。