專利名稱：具有電力回授控制功能的電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力轉(zhuǎn)換裝置，它具有把電力回授給AC電源的電力回授(regeneration)控制功能。


圖1是一框圖，顯示了帶有電力回授控制功能的傳統(tǒng)電力轉(zhuǎn)換裝置(一種電壓式三相倒相器)。在此圖中，標(biāo)號1代表一三相交流(AC)電源，2表示AC電源1的內(nèi)電感，3表示AC電抗器，4表示變流器，5表示包括轉(zhuǎn)換部分51、倒相部分52、和濾波電容器53的倒相器，6表示一感應(yīng)電機(jī)，7表示電源電壓檢測器，8表示開啟信號發(fā)生器，9表示設(shè)定單元，10表示比較器，11表示一鎖存器，12表示一“與”門，而13表示一基極驅(qū)動電路。轉(zhuǎn)換部分51分別電連成三相橋式結(jié)構(gòu)的晶體管T1-T6(可由控制電壓關(guān)閉的自閉式半導(dǎo)體開關(guān))和與晶體管T1-T6反并聯(lián)連接的二極管D1-D6(整流裝置)組成。倒相部分52有類似的結(jié)構(gòu)。
以此結(jié)構(gòu)，當(dāng)電力被從AC電源1提供給倒相部分52時，來自電源1的AC電力由轉(zhuǎn)換部分51中的二極管橋進(jìn)行全波整流，并存儲在濾波電容53中作為DC電力。存儲的電力由倒相部分52轉(zhuǎn)換成所需的三相AC電壓，并被供給到感應(yīng)電機(jī)6。
另一方面，當(dāng)把電力從感應(yīng)電機(jī)6回授給電源1時，來自感應(yīng)電機(jī)6的電力經(jīng)倒相部分52而存在濾波電容53中，并經(jīng)轉(zhuǎn)換部分51中的晶體管T1-T6回授給電源1。轉(zhuǎn)換部分51中的晶體管T1-T6的開啟順序?qū)⒔Y(jié)合圖2A-2H進(jìn)行說明。
圖2A顯示了電源1的三相R、S和T的相電壓VR、VS、和VT，圖2B-2G顯示了加到晶體管T1-T6上的開啟脈沖，而圖2H顯示了下列部分部分(1)執(zhí)行對R-S相的回授(開啟晶體管T1和T5);
部分(2)執(zhí)行對R-T相的回授(開啟晶體管T1和T6);
部分(3)執(zhí)行對S-T相的回授(開啟晶體管T2和T6);
部分(4)執(zhí)行對S-R相的回授(開啟晶體管T2和T4);
部分(5)執(zhí)行對T-R相的回授(開啟晶體管T3和T4);
部分(6)執(zhí)行對T-S相的回授(開啟晶體管T3和T5)。
這樣，來自倒相部分52的電力被回授到各相位上，在這些相位之間電源的電壓差為最大。
開啟信號發(fā)生器8根據(jù)電源電壓檢測器7的輸出產(chǎn)生開啟信號，而檢測器7檢測電源1的各相電壓的相位?；鶚O驅(qū)動電路13放大待分配到晶體管T1-T6中的每一個的開啟信號，并驅(qū)動晶體管T1-T6中的每一個。晶體管T1-T6可以通常方式驅(qū)動，也可只在對電源1回授電力的期間驅(qū)動。在晶體管T1-T6僅在回授電力期間得到驅(qū)動的場合，需用圖1中未顯示的一電路來檢測跨過濾波電容53上的電壓，以確定是否需要回授。設(shè)置了AC電抗器3以便于AC電源1和倒相器5之間的配合。更具體地說，電抗器3減小了流過AC電源1的諧波成分，從而減小了轉(zhuǎn)換部分51中的二極管D1-D6和晶體管T1-T6的電流容量。
在上述傳統(tǒng)裝置中，當(dāng)回授電力突然增大時，或當(dāng)AC電源瞬間失效時，流過晶體管T1-T6的集電極的電流突然增大，從而對這些晶體管造成損壞。為防止這點(diǎn)，傳統(tǒng)裝置設(shè)置了監(jiān)測電源電流(即回授電流)的變流器4。若回授電流超過設(shè)定單元9設(shè)定的基準(zhǔn)值，具有滯后特性的比較器10的輸出便從高電平轉(zhuǎn)變到低電平。這關(guān)斷了“與”門12，從而中斷了來自開啟信號發(fā)生器8的開啟信號。因而，晶體管T1-T6被關(guān)閉，且回授操作被中斷，從而防止了對晶體管的損壞。在該操作期間，比較器的輸出被暫時保存在鎖存器11中。
回授電流的換向操作將結(jié)合圖3和4進(jìn)行描述。
在此，假設(shè)R相電壓為最高且S相電壓為最低(見圖2H的部分(1))。在此情況下，晶體管T1和T5導(dǎo)通，而其余的晶體管不導(dǎo)通。正常回授電流沿圖3中實(shí)線R1所示的路徑流動。它流徑濾波電容53、晶體管T1、AC電抗器3、AC電源1、AC電抗器3、晶體管T5，并回到濾波電容53。若發(fā)生了過流，變流器4的輸出信號與電流成正比地增加，且比較器10的輸出從高電平轉(zhuǎn)變到低電平。這樣就檢測到了過流。若給所有晶體管T1-T6提供了中斷信號以限制過流，流徑AC電抗器3的電流沿圖4中虛線R2所示的方向流動。即它流經(jīng)二極管D4、AC電抗器3、AC電源1、AC電抗器3、二極管D2，并使起DC電源作用的濾波電容53充電。
在此情況下，由于導(dǎo)通的二極管D4和D2，轉(zhuǎn)換部分51的輸入點(diǎn)A和B之間的電壓VAB從濾波電容53兩端的電壓Ed轉(zhuǎn)變?yōu)橐籈d。這將大大降低電源1與電力轉(zhuǎn)換裝置的連接點(diǎn)C和D之間的電壓VCD。更具體地說，電壓VCD取決于AC電抗器3的電感與電源1的內(nèi)電感2的比值，并根據(jù)電感的比值可降至零以下(VCD＜0)。因此，AC電抗器3的電感必須被設(shè)置得足夠大，以把電壓變化控制在較小范圍內(nèi)，這造成裝置的體積和成本的增大。
因此，本發(fā)明的一個目的，是提供一種具有電力回授控制功能的電力轉(zhuǎn)換裝置，它即使在發(fā)生負(fù)載變動或瞬間中斷的情況下，也能限制電力轉(zhuǎn)換裝置與AC電源的連接點(diǎn)之間的電壓變化。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種電力回授控制裝置，它控制一具有待與AC電源相連的轉(zhuǎn)換部分的電力轉(zhuǎn)換裝置，且該轉(zhuǎn)換部分包括以橋式連接的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件，以及每一個均與該半導(dǎo)體器件中的每一個反并聯(lián)地連接的二極管，該電力回授控制裝置包括電流檢測裝置，用于檢測從轉(zhuǎn)換部分提供至AC電源的回授電流;
第一比較裝置，用于把來自電流檢測裝置的輸出信號與一第一基準(zhǔn)值相比較;
信號發(fā)生裝置，用于響應(yīng)于比較裝置的輸出而產(chǎn)生一個信號，該信號把轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行中斷一定時期;
用于當(dāng)回授電流超過第一基準(zhǔn)值時響應(yīng)于信號發(fā)生裝置的輸出而中斷轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置;
在此，第一比較裝置可以是一滯后比較器，且在其中轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷的一定時期可以由該滯后比較器的滯后特性來確定。
該電力回授控制裝置可以進(jìn)一步包括連在第一比較裝置和信號發(fā)生裝置之間的計時器，該計時器確定一特定時間時期，在此時期內(nèi)轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷。
該電力回授控制裝置可以還包括用于將電流檢測裝置的輸出與大于第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的第二比較裝置，以及用于中斷與響應(yīng)于第一比較器的輸出而被中斷的支路相對的支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置，其中當(dāng)回授電流超過第二基準(zhǔn)值時，上和下支路的所有半導(dǎo)體器件均響應(yīng)于第二比較裝置的輸出而被暫時中斷。
各個半導(dǎo)體器件的每一個均可為一晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種電力轉(zhuǎn)換裝置，它包括一待與一AC電源連接的轉(zhuǎn)換部分，它包括橋式連接的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件和每個均與這些半導(dǎo)體器件的一個反并聯(lián)地連接的二極管;
電流檢測裝置，用于檢測從轉(zhuǎn)換部分提供到AC電源的回授電流;
第一比較裝置，用于把電流檢測裝置的輸出信號與一第一基準(zhǔn)值相比較;
信號發(fā)生裝置，用于響應(yīng)于比較裝置的輸出而產(chǎn)生一個信號，該信號使轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行中斷一定時期;
用于當(dāng)回授電流超過第一基準(zhǔn)值時響應(yīng)于信號發(fā)生裝置的輸出而中斷轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在來自負(fù)載的回授電流超過基準(zhǔn)值時，轉(zhuǎn)換部分的上(或)支路的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷一預(yù)定時期。結(jié)果，可減小電力轉(zhuǎn)換裝置與AC電源之間的連接點(diǎn)兩端的電壓變動。這使得能夠減小轉(zhuǎn)換部分中的AC電抗器的電感，從而減小了電力轉(zhuǎn)換裝置的尺寸和成本。
另外，由于設(shè)置了一電路以在關(guān)斷了上或下支路的半導(dǎo)體器件之后仍繼續(xù)過流的情況下關(guān)斷所有的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件，故可使所有半導(dǎo)體器件免受過流的損壞。
從以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例所作的描述，本發(fā)明的上述及其他目的、效果、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明了。
圖1是框圖，顯示了具有電力回授控制功能的傳統(tǒng)電力轉(zhuǎn)換裝置;
圖2A-2H顯示了圖1中的電源電壓及晶體管的開啟時序;
圖3是電路圖，顯示了圖1中正常狀態(tài)下回授電流的路徑;
圖4是電路圖，顯示了在圖1中的晶體管不導(dǎo)通狀態(tài)下的回授電流路徑;
圖5是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有電力回授控制功能的電力轉(zhuǎn)換裝置的第一實(shí)施例;
圖6是電路圖，顯示了圖5所示的裝置中回授電流的路徑;
圖7A-7D顯示了圖5所示裝置中不同部分的波形;
圖8是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的具有電力回授控制功能的電力轉(zhuǎn)換裝置的第二實(shí)施例;
圖9A-9E顯示了圖8的裝置中不同部分的波形。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述本發(fā)明。
實(shí)施例1圖5是顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的框圖。
在此圖中，標(biāo)號9A和9B表示設(shè)定單元，10A和10B表示比較器，11表示鎖存器，12A和12B表示“與”門，且13A和13B表示基極驅(qū)動電路。這種設(shè)置與圖1所示的傳統(tǒng)裝置的不同之處在于首先，基極驅(qū)動電路被分成用于驅(qū)動正側(cè)(上支路)的晶體管T1-T3的基極驅(qū)動電路13A，和用于驅(qū)動負(fù)側(cè)(下支路)的晶體管T4-T6的基極驅(qū)動電路13B。基極驅(qū)動電路13B象傳統(tǒng)基極驅(qū)動電路13那樣中斷驅(qū)動。另一方面，基極驅(qū)動電路13A，通過把電源電流與設(shè)定單元9A所設(shè)定的值相比較，中斷對晶體管T1-T3的驅(qū)動。由于其余各點(diǎn)與圖1的相同，故下面將只描述不同點(diǎn)。
當(dāng)回授電力突然增大，或當(dāng)AC電源1在電力回授期間瞬間失效時，回授電流急劇增大。變流器4檢測到這一變化。比較器10A把變流器4輸出的檢測電流與設(shè)定單元9A所設(shè)定的值相比較。當(dāng)檢測電流超過該設(shè)定值時，比較器10A的輸出從高電平轉(zhuǎn)變到低電平。此低電平信號被作為過流檢測信號饋入“與”門12A，該“與”門對過流檢測信號和開啟信號發(fā)生器8提供的開啟信號進(jìn)行“與”操作?！芭c”門12A的輸出被饋到基極驅(qū)動電路13A，并作為正側(cè)晶體管T1-T3的中斷信號而進(jìn)行操作。
讓我們進(jìn)一步考慮當(dāng)R相電壓VR為最高且S相電壓VS為最低情況下的運(yùn)行。若回授電力急劇增大，或電源1瞬間失效，則圖6中的回授電流流過AC電抗器3、AC電源1、AC電抗器3、晶體管T5和二極管D4，如圖6中的虛線R3所示。因此，點(diǎn)A和B之間的電壓VAB近似為零，使得AC電抗器3的電感與電源的內(nèi)電感2的比值確定的電壓VCD可以是正的(VCD＞0)。結(jié)果，可降低電源1的電壓變化。
圖7A-7D顯示了上述運(yùn)行的波形。圖7A顯示了R相電流與比較器10A的電平之間的關(guān)系，圖7B顯示了比較器10A的輸出波形，圖7C顯示了晶體管的開啟信號的波形，圖7D顯示了開啟信號發(fā)生器8的輸出。
當(dāng)變流器4的輸出超過比較器10A的倒相電平L1時，比較器10A的輸出從高電平轉(zhuǎn)變到低電平，如圖7B所示。“與”門12A對比較器10A的輸出及圖7D所示的開啟信號發(fā)生器8輸出的開啟信號進(jìn)行“與”操作，并輸出如圖7C中所示的信號。該信號被加到正側(cè)晶體管T1-T3上，且在此場合晶體管T1關(guān)斷。
隨后，如圖7A所示，當(dāng)回授電流降到比較器10A的恢復(fù)電平L2時，比較器10A的輸出再次升到高電平(如圖7B所示)，且晶體管T1如圖7C所示地再次開始開關(guān)操作。這樣，在把回授電流如圖7A所示地限制在預(yù)定范圍內(nèi)的同時，回授運(yùn)行繼續(xù)進(jìn)行，從而防止了DC電壓上升。這里應(yīng)注意的是，用包括倒相電平和恢復(fù)電平的滯后比較器來作為比較器10A。
這樣，防止了過流，且電源連接點(diǎn)C和D處的電壓變化被限制在最小。若出現(xiàn)了增大的過流，則它將被此比較器10B檢測到;后者比較變流器4的輸出和設(shè)定單元9B的輸出。該過流將使比較器10B的輸出從高電平轉(zhuǎn)變到低電平。比較器10B的輸出被饋存器11鎖定，并使“與”門12A和12B關(guān)斷。這將關(guān)斷所有晶體管T1-T6并防止其受到損壞。在此情況下，比較器10B的基準(zhǔn)電壓應(yīng)比較器10A的設(shè)得高。
實(shí)施例2圖8是框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例;而圖9顯示了此實(shí)施例的不同部分的波形。
如從圖8可見，本實(shí)施例的特征在于它包括一計時器14，后者把比較器10A的輸出保持預(yù)定的時期T。本實(shí)施例的區(qū)別特征將結(jié)合圖9A-9E進(jìn)行描述。
當(dāng)發(fā)生過流且變流器4的輸出達(dá)到比較器10A的倒相電平時，比較器10A的輸出如圖9B所示地由高電平轉(zhuǎn)變到低電平。該低電平輸出被提供給計時器14，并如圖9C所示地被保持一段預(yù)定的時期T。計時器14的輸出被提供給“與”門12A;后者對圖9C所示的計時器14的輸出和圖9E所示的開啟信號發(fā)生器8的輸出信號進(jìn)行“與”操作。這樣，如圖9D所示的信號被從基極驅(qū)動電路13A提供給正側(cè)晶體管T1-T3。
在此場合，盡管晶體管T1被關(guān)斷，晶體管T5如第一實(shí)施例中那樣是導(dǎo)通的。結(jié)果，如圖6所示，回授電流流經(jīng)AC電抗器3、AC電源1、AC電抗器3、晶體管T5、及二極管D4。隨后，在預(yù)定時期T過去之后，計時器14的輸出回到高電平，且正側(cè)晶體管再次開始它們的運(yùn)行。這樣，在把回授電流如圖9A所示地維持在預(yù)定范圍內(nèi)的同時，使回授運(yùn)行得以繼續(xù)，從而防止了DC電壓上升。結(jié)果，電源連接點(diǎn)C和D處的電壓變化被限制在最小值。若發(fā)生了過流增大，它將通過采用如圖5的比較器10B和設(shè)定單元9B而被檢則出來，且比較器10B的輸出將從高電平轉(zhuǎn)變到低電平。該低電平輸出被鎖存器11鎖存，并關(guān)斷了“與”門12A和12B。這將關(guān)斷所有晶體管T1-T6，使它們免受損壞。
雖然在上述實(shí)施例中采用了晶體管來作為自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件，但也可用MOS-FET或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)來取代晶體管。另外，可由單相或多相電源來取代三相電源。此外，盡管在第一和第二實(shí)施例中，正側(cè)(上支路)的晶體管為比較器10A的輸出所關(guān)斷，也可關(guān)斷負(fù)側(cè)(下支路)的晶體管以得到相同的效果。
已經(jīng)就不同的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，從以上這些描述，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的前提下，可進(jìn)行多種變動和修正，因而所附權(quán)利要求書就是要覆蓋所有這些屬于本發(fā)明精神的變動和修正。
權(quán)利要求
1.一種電力回授控制裝置，它控制帶有待與一AC電源相連接的轉(zhuǎn)換部分的電力轉(zhuǎn)換裝置，該轉(zhuǎn)換部分包括橋式連接的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件和二極管，每個所述二極管均與所述半導(dǎo)體器件中的一個反并聯(lián)地連接，所述電力回授控制裝置包括電流檢測裝置，用于檢測從所述轉(zhuǎn)換部分提供到所述AC電源的回授電流；第一比較裝置，用于把來自所述電流檢測裝置的輸出信號與一第一基準(zhǔn)值相比較；信號發(fā)生裝置，用于響應(yīng)于所述比較裝置的輸出而產(chǎn)生一個信號，該信號把所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行中斷一定時期；用于當(dāng)回授電流超過第一基準(zhǔn)值時響應(yīng)于所述信號發(fā)生輸出而中斷所述轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的所述半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電力回授控制裝置，其中所述第一比較裝置是一滯后比較器，且在其間內(nèi)所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷的一定時期由所述滯后比較器的滯后特性來確定。
3.如權(quán)利要求1所述的電力回授控制裝置，還包括連在所述第一比較裝置和所述信號發(fā)生裝置之間的計時器，所述計時器確定在其期間內(nèi)所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷的一定時期。
4.如權(quán)利要求1所述的電力回授控制裝置，進(jìn)一步包括用于把所述電流檢測裝置的輸出與一個大于第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值相比較的第二比較裝置，及用于中斷與響應(yīng)于所述第一比較裝置的輸出而被中斷的支路相對的那條支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置，其中當(dāng)回授電流超過第二基準(zhǔn)值時，響應(yīng)于所述第二比較裝置的輸出，上和下支路的所有半導(dǎo)體器件均被暫時中斷。
5.如權(quán)利要求1所述的電力回授控制裝置，其中各所述半導(dǎo)體器件均為一晶體管。
6.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，包括一轉(zhuǎn)換部分，它待與一AC電源相連接，并且包括橋式連接的自關(guān)斷式半導(dǎo)體器件和每一個均與所述半導(dǎo)體器件中的一個相反并聯(lián)連接的二極管;電流檢測裝置，用于檢測從所述轉(zhuǎn)換部分提供到所述AC電源的回授電流;第一比較裝置，用于把來自所述電流檢測裝置的輸出信號與一個第一基準(zhǔn)值相比較;信號發(fā)生裝置，用于響應(yīng)于所述比較裝置的輸出而產(chǎn)生一個信號，該信號把所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行中斷一定時期;用于當(dāng)回授電流超過第一基準(zhǔn)值時響應(yīng)于所述信號發(fā)生裝置的輸出而中斷所述轉(zhuǎn)換部分的上或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中所述第一比較裝置是一滯后比較器，且在其期間內(nèi)所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷的一定時期由所述滯后比較器的滯后特性所確定。
8.如權(quán)利要求6所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，還包括連在所述第一比較裝置和所述信號發(fā)生裝置之間的計時器，所述計時器確定在其期間所述轉(zhuǎn)換部分的上支路或下支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行被中斷的一定時期。
9.如權(quán)利要求6所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，進(jìn)一步包括用于把所述電流檢測裝置的輸出與一個大于第一基準(zhǔn)值的第二基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的第二比較裝置，以及用于中斷與響應(yīng)于所述第一比較裝置的輸出而中斷的支路相對的那條支路的半導(dǎo)體器件的運(yùn)行的裝置，其中當(dāng)回授電流超過第二基準(zhǔn)值時，響應(yīng)于所述第二比較裝置的輸出，上和下支路的所有半導(dǎo)體器件均被暫時中斷。
10.如權(quán)利要求6所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中各所述半導(dǎo)體器件均為一晶體管。
全文摘要
帶有回授控制功能的電力轉(zhuǎn)換裝置，包括有轉(zhuǎn)換部分51、濾波電容53和倒相部分52的倒相器5，檢測回授電流的變流器4和將其與基準(zhǔn)值相比較的比較器10A。轉(zhuǎn)換部分51與AC電源1相連并包括橋式連接的晶體管T
文檔編號H02H7/12GK1079849SQ9310696
公開日1993年12月22日 申請日期1993年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月10日
發(fā)明者田久保拡, 吉田雅和 申請人:富士電機(jī)株式會社