CN1066754A - 逆变装置和交流电动机驱动*** - Google Patents

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中村清
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Abstract

在多重串联脉冲宽度调制逆变装置中，提供了一 种逆变装置。它通过防止因其内的转换元件的错误 动作引起的过电流使逆变装置能继续进行逆变操 作。该多重串联逆变装置被设计成以三级电平模式 和两级电平模式工作。甚至当发生了噪声引起的错 误动作时，逆变单元仍能继续工作，消除了因错误动 作引起的过电流，本逆变单元能在有严重噪声的环境 下使用，并能输出只含有少量较高次谐波的交流输 出。当逆变装置三级电平模式下低效率情况下工作 时，逆变装置的工作模式可以从三级电平模式转换至 两级电平模式。

Description

本发明涉及一种多重串联脉宽调制（PWM）逆变装置和一种使用该逆变装置的电动机车（铁道）车辆驱动***。
通常用PWM逆变装置控制交流电动机的转速，然而，PWM逆变单元的交流输出侧的相电压产生正、负两级电平，因此引起这样一个问题，即交流侧的输出电流包含有大量的较高次谐波分量。
为了减少PWM逆变单元所包含的高次谐波分量，例如，JP-A-56-74088（1981）提出多重串联PWM逆变单元，从逆变单元的交流输出侧输出有正、零和负三级电平的相电压。
在上述传统的PWM逆变单元中，当由例如噪声引起的其内的转换元件错误动作时，其内的平滑电容器可能被短路，因此很可能损坏平滑电容器，但是在传统的逆变单元中没有专门的措施来防止转换元件过载（过电流）。
另外，当这种PWM逆变单元用于交流电动机控制装置如电动机车（铁道）车辆时，就电压的利用率来说，从逆变单元的交流输出侧取用正、零和负三级相电压并不总是很有效的。
本发明的一个目的在于提供一种逆变装置，即使由于逆变单元中转换元件错误的动作而发生故障时它也能使逆变单元继续工作。
本发明的另一个目的在于提供一种逆变装置，它能消除由于错误动作引起的过电流，能在噪声大的环境下使用，且输出的交流电流中只包含少量的高次谐波。
本发明的再一个目的在于提供一种使用多重串联逆变单元的逆变装置，它能使交流电动机控制装置很有效地进行工作。
本发明的上述目的是通过提供一个将直流逆变成交流的逆变装置来实现的。所述逆变装置具有在三级交流相电压的第一工作模式和两级交流相电压的第二工作模式之间相互转换的装置。
采用上述的结构，通过下面的操作来实现本发明的上述目的。
在多重串联逆变单元中，由于转换元件的误动作而使平滑电容器短路及使该元件中有过电流流过是在这样的情况下发生的，即，当使交流输出侧相电压变正的转换模式与使交流输出侧相电压变零的转换模式重叠以及当使交流输出侧相电压变负的转换模式与使交流输出侧相电压变零的转换模式重叠时才发生。在上面任一种情况下，当由于转换元件错误动作引起平滑电容器短路时，逆变单元就不能输出交流电流。为了在这种情况下使逆变装置的工作能继续，多重串联逆变单元必须如传统的具有正、负两级电平输出相电压的PWM逆变单元那样工作而除去使电压输出相电压变零的转换模式。结果，即使由于噪声发生了转换元件的错误动作，也能避免由于错误动作引起的过电流，并且因为使输出相电压变零的转换模式不与其它模式同时存在，所以逆变单元能继续工作，由此提供了一种能在有严重噪声的环境下使用和输出的交流电流中只包含少量高次谐波的逆变装置。
另一方面，在正常工作情况下，当各相输出的电压为零时，在多重串联逆变单元中有电流流过直流电路的中性点。输出零电压电平的时间间隔随逆变单元的输出电压的增加而减少。因此，可根据输出电压的大小来估计零电压电平时间间隔减小的工作范围，并且在输出电压中零电压电平的时间间隔减少的工作范围中，多重串联逆变单元如具有正、负两级输出相电压的传统的PWM逆变单元那样工作。因此，提高了逆变装置的工作效率。
图1是按照本发明的一个应用于电动机车（铁道）车辆的实施例的控制框图;
图2是按照本发明的一个实施例中的多重串联逆变单元的主电路的结构图;
图3是由于主电路中的转换元件错误动作而引起过电流的电路示意图;
图4是用于解释本发明工作原理的波形图;
图5是按照本发明的、在发生故障期间从三级转换至两级电平工作模式的故障电平转换单元5的另一个实施例的控制框图;
图6是按照本发明的在正常相电压电平期间从三级转换至两级电平工作模式的电平转换单元6的另一个实施例;
图7是用于解释逆变器输出电压和逆变零相电压间隔之间关系的特征曲线图;
图8是按照本发明的一个实施例中的PWM信号计算单元18的详细的电路图;
图9是按照本发明的一个实施例中的多重串联逆变单元的另一个主电路的结构图;
图10是表示按照本发明的一个实施例中的多重串联逆变单元的输出电压的空间矢量图;
图11示出了能应用于按照本发明的一个实施例中的多重串联逆变单元的主电路中的断路电路48的结构图。
图12是按照本发明的一个实施例中的另一个PWM信号计算单元18的电路图;和
图13是另一PWM信号计算单元18计算过程的流程图。
图1示出了应用于电动机车（铁道）车辆的本发明的第一个实施例。
架式集电器2从高架线1接受直流电流，并且直流电流通过断路***3输入至多重串联逆变单元4。多重串联逆变单元4把直流电压逆变成具有正、零和负三级交流相电压的交流电压，并把三相交流电馈至异步（感应）电动机9（也可使用同步电动机）。通过脉冲发生器10检测异步电动机9的转数，并从速度计算器11输出电枢（转子）频率fr（此后简称为电动机转数）。另外，把电流检测装置12和13检测到的电动机电流Im输入至加法器14，并与电流指令Ip相比较。加法器14的输出△I被输入至放大器15，放大器15输出一个差频校正指令△fs。△fs和差频指令fsp在加法器16相加以从加法器16输出一个差频fs。差频fs和电动机转数fr在加法器17相加，以输出一个逆变器频率f1（在反馈操作期间为相减），该逆变器频率被输入至电压指令计算器19。电压指令计算器19输出与逆变器频率f1成比例的、相互之间相位差为120°电压指令Vup、Vvp和Vwp。PWM信号计算器18输出一组PWM信号至多重串联逆变单元4，控制构成多重串联逆变单元4的转换元件（如可控硅、GTO、晶体管和绝缘栅极晶体管（IGBT））的导通和截止。
现在，解释发生故障期间从输出三级相电压转换至两级相电压的单元5的工作情况。
多重串联逆变单元4的电流检测信号或电压检测信号被输入至滤波电路50，滤波电路50检测出主分量并把它输出至绝对值电路51。绝对值电路51对从滤波电路50来的输出信号取绝对值并输出至加法器52。加法器52输出一个绝对值电路51的输出信号和基准值Sc之间的差值至判别单元53。判别单元53输出一转换信号，使多重串联逆变单元4的输出电压转换至输出正、零和负的三级相电压或输出正、负两级相电压。转换信号也输入至PWM信号计算器18，以补偿下面将要解释的由于相电压转换引起的电压波动。此外，一显示单元8接收判别单元53的输出，并在电动机车（铁道）车辆的控制台上显示逆变单元的电流工作模式是三级还是两级。该指示是用于当由于转换元件错误动作而使逆变单元从三级电平工作模式转换至两级电平工作模式时防止驾驶员没有注意到逆变无发生故障而继续操作。这和在发生故障的两级电平模式工作期间使用红灯而在正常两级电平模式工作期间使用绿灯来区分正常两级电平模式工作和故障两级电平模式工作是类似的。另外，显示的主要目的是使驾驶员注意故障两级电平模式工作，所以这也可以用报警单元来担任。
在正常操作期间，三级电平和两级电平之间的相电压电平转换单元6被输入一个用于逆变单元的输出电压指令（也可用调制率来代替），并进行下面将要解释的转换时间的判断。当逆变单元的操作根据判断的结果将从三级电平模式转换到两级电平模式时，就把转换信号输入到多重串联逆变单元4、显示单元8和PWM信号计算器18来完成转换操作。
现在参照图2、图3、图4和表1来解释逆变装置的工作。
图2详细地示出了多重串联逆变单元4的主电路结构。
串联的平滑电容器41和42与直流电源平联连接，两个平滑电容器41和42连接点用作电源的中性点。
转换电路包括门闸可控硅（以下简略为GTO）S1U-S4W和箝位二极管CD1U-CD2W，箝位二极管CD1U-CD2W把输出端U、V和W箝位在中性电位。
构成多重串联逆变单元4的转换元件S1U-S4W由通过把三相交流电压指令Vup、Vvp和Vwp与一载波信号比较而形成的导通和截止脉冲信号来控制其导通和截止。在通常的三级电平模式工作情况下，转换元件组S1、S3和S2、S4工作在相互成共轭关系的导通和截止状态，即一组导通时，另一组截止的状态。因此，导通情况和输出端的电压之间的关系如表1所示。
表 1
S1导通 S3导通
S2导通 ＋E O
S4导通 禁止 －E
现以U相为例，当转换元件S1U和S2U导通时，输出端U的电位为+E。相反，当转换元件S3U和S4U导通时，输出端U的电位为-E。另外，当转换元件S2U和S3U导通时，输出端U通过转换元件S2U和S3U以及箝位二极管CD1U和CD2U被连接到平滑电容器41和42的连接点，所以输出端电位为零（在四个转换元件串联连接的情况下，输出端电位为零，但当串联的转换元件数增加时，输出端的电位为+E和-E之间多个等分电位之一）。上面操作的结果是：输出端U的输出电位在+E、O和-E之间变化，所以包含在逆变输出的高次谐波分量减少了。然而，在输出端U处于+E或-E电位期间，如图3所示，由于逆变单元周围的噪声引起的转换元件S2U和S3U错误动作，会引起平滑电容器41或42的短路。对于输出端V和W也会产生同样的问题。本发明人注意到流过平滑电容器41或42的短路电流如图3的虚线所示通过中性点。当转换元件S2U或S3U错误动作时，如图2所示本发明提供了一个断路电路48，来断开中性点电流。
下面解释本发明的原理。
图3示出了相输出端电位为+E或-E期间该相中的转换元件错误动作时过电流流动的路线。由于错误动作引起的电流包含有一个很大的直流分量，并通过连接转换元件和直流电路中性点的二极管流入中性点。如虚线所示的流入中性点的过电流因其幅度受电抗器45和47的限止所以接近直流电流。另一方面，当逆变装置正常工作时，流过中性点的电流接近交流电流（包含少量直流分量），其频率为逆变单元输出频率的三倍，幅值正比于其输出电流。因此，在本发明中，用一个电流检测器46来检测中性点电流（检测中性点的电流大小或检测平滑电容器的电流大小），根据直流分量的大小来检测错误动作，并且图2所示的断路电路48被启动而断开转换元件和直流电路中性点之间的连接。
图4示出了按照本发明的逆变装置中的波形。图4（a）示出了中性点电流，图4（b）示出了滤波电路50的输出信号，图4（c）示出了加法器52的输出信号，图4（d）示出了判别单元53的输出信号。波形表明，在时刻A发生错误动作，当检测到滤波电路50的输出信号超过基准值时断路电路48在时刻B被启动。因此，多重串联逆变单元4的输出电平从输出正、零和负三级电平相电压工作模式转换为输出正和负两级电平相电压输出，由此来防止错误动作引起的过电流。
另外，图2中的电阻43和44在正常工作期间起到等分平滑电容器41和42之间电压的作用。
又，从图3所示的过电流流动路线可以看出，断路电路48可以根据分别设置在平滑电容器43和44电源侧的两个电流检测器的电流差来动作，或者，也可以根据分别设置在平滑电容器43和44电源侧的两个电压检测器的电压差来动作。
在本发明的实施例中，发生故障期间从三级电平到两级电平的相电压转换单元5的输出被输出至多重串联逆变单元4和PWM信号计算器18，然而，从三极电平工作模式转换到两级电平工作模式可以仅通过把输出输入至多重串联逆变单元4和断开多重串联逆变单元4内的中性点电流来完成，不过，留下了一个问题，即多重串联逆变单元4的输出电压不跟随PWM信号计算器18的电压指令。
图5示出了发生故障期间从三极电平转换至两级电平的相电压转换单元5的另一个实施例。与图1所示的故障期间从三级电平转换至两级电平多相电压转换单元5不同，在本实施例中，装置有一个中性点电流计算电路54，并且中性点电流计算电路54的输出信号被馈至加法器52。
该中性点电流计算电路54根据逆变输出电流iu、iv和iw的电流检测器12U-12W的检测信号和输出电压指令Vup、Vvp和Vwp计算正常工作期间的中性点电流。加法器52输出一个中性点电流的测得值和正常操作期间中性点电流的计算值之间的差值到判别单元53。
换句话说，本实施例注意到在错误动作期间过电流在多重串联逆变单元4内流动，但不直接反映在输出电流上，因此，本实施例设计成根据检测到的中性点电流值和从逆变输出电流计算得到的中性点电流之间的差值来检测错误动作。
正常工作期间的中性点电流Ic与每相输出电流和输出端电位为零的时间间隔的积成比例。输出端电位为零的时间间隔Ru、Rv和Rw由下式表示，它与各相的输出电压指令Vup、Vvp和Vwp有关。
Ru＝1-｜Vup｜/E……（1）
Rv＝1-｜Vvp｜/E……（2）
Rw＝1-｜Vwp｜/E……（3）
其中E为电源电压。
另外，三个相分量组合而成的中性点电流Ic可由下式表示，它与输出电流iu、iv和iw有关。
Ic＝Ru＊iu+Rv＊iv+Rw＊iw……（4）
按照本实施例，滤波电路50不需要消除频率为包含在中性点电流检测信号中的逆变输出频率三倍的波动（纹波）分量，因为该波动分量作为检测信号包含在等式（4）的计算结果中，所以滤波电路50的时间常数可以降低以减少检测延时，从而能更早地检测出错误动作。
图6示出了正常期间从三级电平转到两级电平的相电压转换单元6的实施例。
本实施例注意到随着多重串联逆变单元输出电压幅值的增加，相电压+E或-E的输出速率增加，而零相电压的输出速率减少，因此，本实施例设计成当输出电压幅值增加时，使多重串联逆变单元工作在两级电平逆变器状态。
电压指令计算器21根据以旋转场坐标***表示的场电流指令Id＊、转矩电流指令Iq＊和初始角频率指令ω1＊计算以旋转场坐标***表示的电压指令Vd＊和Vq＊，并且把计算结果输出至坐标转换单元22和最大电压计算器61。积分单元60根据初始角频率指令ω1＊计算坐标转换基准指令ω1＊t，并把计算结果输出至坐标转换单元22。坐标转换单元22根据坐标转换基准指令ω1＊t把电压指令Vd＊和Vq＊转换成以定子坐标***表示的三相交流电压指令Vup、Vvp和Vwp，并把转换结果输出到PWM信号计算器18。最大电压计算器61根据电压指令Vd＊和Vq＊计算逆变输出电压的最大值，并把计算结果输出到加法器62。加法器62把逆变输出电压最大值和基准值Sc＊之间的差值输出到判别单元63。
现在参照图7解释上述的操作。
图7示出了逆变输出电压和零电位相电压输出时的时间间隔之间的关系的特征曲线图。
在本实施例中，断路电路48在一范围内（小于Sc＊）动作，在该范围中，相电压零电位输出的时间间隔短，并且多重串联逆变单元4工作在两级电平逆变器状态，同时，转换信号也被输入至PWM信号计算器18以抑制从三级电平工作模式转换到两级电平工作模式时产生的电压波动。
在图1所示的实施例中，从三级电平工作模式转换到两级电平工作模式时产生的电压波动通过校正输出电压指令的大小由PWM信号计算器18来抑制，然而，抑制这种电压波动也可以通过调节V/F值或输出电流指令来完成。
在上面解释的结构中，解决了单脉冲模式区（恒压可变频率区）三级电平工作模式期间遇到的问题。
也就是说，单脉冲模式区基本上是在直流电压的整个电压都输出的区域，然而，在三电平逆变器中有一个前提条件，即在从+E到-E（反之亦然）的输出电压的转换中，必须通过具有零电位的工作模式。
因此，当工作在三级电平模式下的逆变单元移至单脉冲模式区时，对应于作为线电压输出的零电位的脉冲部分被切去。
在本实施例中，检测逆变单元移到该模式区的时刻，（在上面，单脉冲模式是一个特例，脉冲模式不仅限于此），其工作模式转换至两级电平模式，由此，上述问题得以解决。
另外，在较高电压输出的工作范围内，通过转换至两级电平工作模式，与三级电平工作模式期间相比，转换逻辑得以简化，由此，提供一种几乎不发生转换元件错误动作的逆变装置。
上面根据电动机矢量控制原理解释了本实施例，然而，如果能由其它手段计算出输出电压指令，那就不一定要用根据电动机矢量控制原理的控制方法。
图8是按照本发明的PWM信号计算器18的详细的电路结构图。
在本实施例中，仅参照附图解释U相的工作，然而，V相和W相的结构和工作与U相相同，比较器300把电压指令Vup与载波信号正侧比较，并且把脉冲宽度调制信号X1馈至非电路307和或电路306。比较器309把电压指令Vup与载波信号负侧比较，并且把脉冲宽度调制信号X2馈送到非电路305和转换元件S2U。当电压指令Vup为正极性时，极性判别单元301输出XS＝0到与电路302和非电路303，当电压指令Vup为负极性时，输出XS＝1到与电路302和非电路303。三级电平和两级电平之间的转换信号XC被馈送至与电路302和与电路304。与电路302的输出信号XA被加到或电路306，或电路306的输出信号Y1被加到转换元件S1U。非电路307的输出信号Y3被加到转换元件S3U。与电路304的输出信号XB和非电路305的输出信号被加到或电路308，或电路308的输出信号Y4被加到转换元件S4U上。
表2示出了与电路302和与电路304的输出信号XA和XB相对于极性判别单元301的输出信号XS和转换信号XC的关系。
Figure 92103525X_IMG2
输出信号XA和XB是当在三级电平模式工作的多重串联逆变单元在其输出电压为零电位期间转换到两级电平模式工作时根据输出电压指令信号的极性来确定输出电压为+E还是-E的。表3示出了在三级电平工作和两级电平工作情况下转换元件导通和截止条件相对于脉冲宽度调制信号X1和X2以及与电路302和与电路304的输出信号XA和XB的关系。
Figure 92103525X_IMG3
Y1＝X1+XA Y3＝ X11：导通
Y2＝X2 Y4＝ X2+XB 0：截止
当与电路302和与电路304的输出信号XA和XB为零时，多重串联逆变单元工作在三级电平模式，当输出信号XA和XB有一个变为1时，逆变单元的工作模式就转变为两级电平模式。
按照本实施例，可以获得这样一个优点，即在PWM调制信号从三级电平模式到两级电平模式（或反之）的转换过程中，为转换元件提供了适用于各个工作模式的PWM信号，也提供了对应于输出电压指令信号极性的正确的PWM信号。
但，在上述实施例中，在两电平模式期间，转换元件S2U和S3U可能同时动作，因此即使中性点电流断开，也会引起例如过电压加在截止的转换元件上等问题，这时，截止的转换元件S1U或S4U上将被加上2E的电压。
图12示出了包含有解决上述问题的对策的实施例。
图12示出了克服了上述问题的PWM信号计算单元18的另一个实施例的电路图。电路图仅示出了U相一个相，但其它相V相和W相的电路图基本上与U相相同，因此在此省略了对它们的图示和解释。同样的U相输出电压指令信号180和185被分别输入至加法器182、188和191。加法器182把U相输出指令信号180和载波信号181相加，并把结果输出至比较器183。从比较器183来的两级电平工作模式的PWM输出信号被输入到工作模式转换单元195和196以及非电路184。从非电路184来的输出信号输出至工作模式转换单元197和198。加法器189把载波信号186和偏置信号187相加，并把结果输出到加法器188。加法器190把载波信号186和偏置信号相加，并把结果输出到加法器191。加法器188把加法器189的输出和U相的输出电压命令信号185相加，并把结果输出到比较器192。从比较器193来的三级电平工作模式的PWM脉冲输出信号被输入至工作模式转换单元195和非电路199。从非电路199来的输出信号被输入至工作模式转换单元197。加法器191把从加法器190来的输出和U相的输出电压指令信号185相加，并把结果输入到比较器193。从比较器193来的三级电平工作模式的PWM脉冲输出信号被输入至工作模式转换单元196和非电路200。非电路200的输出信号被输出至工作模式转换单元198。加法器194把在发生故障期间进行从三级和两级电平之间转换的工作模式转换单元5来的输出信号和在正常期间进行从三级和两级电平之间转换的工作模式转换单元6来的输出相加，并把结果输出至工作模式转换单元195-198。工作模式转换单元195-198响应于加法器194的输出信号在从比较器183来的输出信号和从比较器192和193来的输出信号之间进行转换，并输出用于各转换单元的门电路信号。
在本实施例中，在两级电平模式工作期间，组成一组的转换元件S1U和S2U以及组成一组的转换元件S3U和S4U被设计成以共轭方式工作（除非发生短路故障，转换元件S2U和S3U永远不会同时动作）。
在三级电平模式期间，电压指令Vup的正侧与一三角波在比较器188内进行比较，电压信号Vup的负侧与三角波在比较器191内进行比较。根据比较的结果，把门信号施加于转换元件S1U-S4U，使一组转换元件S1U和S3U和一组转换元件S2U和S4U互相以共轭方式工作。
在两级电平模式工作期间，一正弦波和一三角波进行比较，并根据比较的结果，把门信号施加于转换元件S1U-S4U，使一组转换元件S1U和S2U和一组转换元件S3U和S4U互相以共轭方式工作。
模式转换单元195到198由在发生故障期间进行从三级电平模式到两级电平模式转换的电平转换单元5来自的信号或者在正常期间进行从三级电平模式到两级电平模式转换的电平转换单元6来的信号转换到二级电平。
图13示出了上述转换过程的流程图。
在本实施例中，步骤1820和1830平行工作，选择它们之一用于转换。
图9示出了按照本发明的主电路框图的另一个实施例。
本实施例与图2所示的主电路结构上的不同之点在于为各相设置于平滑电容器41U-42W、断路电路48U-48W和电流检测器46U-46W，因此各相能从三级电平工作模式转换到两级电平工作模式。按照本实施例，仅仅由于噪声而发生错误动作的相才暂时被转换（48U-48W），在因噪声而产生的错误动作消失之后，发生转换的相就恢复到初始状态，因此，即使由于噪声而发生错误动作，逆变器仍能继续工作。
在上述实施例中，针对本发明应用到根据PWM信号控制的多重串联逆变单元进行了解释，然而，本发明也可以应用到由根据空间向量进行脉冲宽度控制来控制的多重串联逆变单元中，所得到的效果也基本相同。
图10示出了表示多重串联逆变单元的输出电压的空间向量图。在图中，1-8号表示在两级电平模式下逆变单元工作的输出电压向量，9-27号表示三级电平模式下逆变单元输出电压向量。表4示出了各相电压和线电压的输出端电位之间的关系。
在根据空间向量的脉冲宽度控制中，根据逆变输出电压指令从表4所示的、由各相转换组合决定的27个电压向量中选择一个向量，并决定各相的转换元件的转换，另外，当发生噪声引起的错误动作时，就禁止选择针对三级电平工作的9-27号输出电压向量，因此，本发明应用到根据PWM信号控制的多重串联逆变单元中所获得的优点也能在本实施例中得到。
图11（a）示出了按照本发明的中性电流断路电路，它由反向并联的转换元件480和481（例如GTO）构成，电阻481用于抑制过电流。图11（b）也示出了一个按照本发明的中性电流断路电路，它由反向并联的转换元件480和482（例如GTO）构成，电容器484和电阻器483用于抑制过电流。
虽然在本实施例中，用的是半导体断路器，但也可用真空断路器代替半导体断路器。
而且，当由于例如转换元件的错误动作引起逆变单元的工作状态从三级电平模式转换到两级电平模式时，对例如电动机车（铁道）车辆动力运行和再生运行期间，逆变单元在两级电平模式的工作肯定必须继续，甚至电动机动车辆（铁道车辆）处于滑行或者停止状态时，其后向三级电平的转换也必须防止。
另外，在上述实施例中，举例说明了本发明在电动机动（铁道）车辆上的应用，然而，本发明的应用不仅局限于此，本发明可以用于任何由多重串联逆变单元驱动的负载，如滚轧机和泵。
而且，逆变单元的直流电源也不限上述实施例，而是可以如早先的实施例那样使用变换器。
本发明的优点是通过使多重串联逆变单元在转换元件发生错误动作期间工作在两级电平模式，逆变器得到继续工作。而且，由于消除了由错误动作引起的过电流，按照本发明的逆变装置，能在有严重噪声的环境下使用，并能输出只包含少量高次谐波的交流输出。此外，按照本发明，逆变装置的工作模式甚至在正常工作期间也能从三级电平模式转换至两级电平模式，以提高其效率。
另外，当本发明应用于电动机车辆（铁道车辆）时，能显示当前的工作模式，驾驶员决不会不注意到逆变装置在两级电平模式的工作的继续。
另外，按照本发明，通过利用输出电压指令信号的大小可以估计零电平电位时间间隔减小的工作范围，并且在输出电压的零电位时间间隔减少的工作范围内，通过把多重串联逆变单元内的转换元件和直流电路的中性点的连接开路使输出电压转换到正和负两级电平，从而使多重串联逆变单元像传统的PWM逆变单元那样工作，因此，本发明提供了一种减小了因噪声引起的转换元件错误动作的可能性、消除了因错误动作引起的过电流，从而能在有严重噪声环境下使用和只输出包含少量较高次谐波的交流输出的逆变装置。

Claims (18)

1、一种把直流电逆变成交流电的逆变装置，包含具有三级电平交流相电压的第一工作模式和两级电平交流相电压的第二工作模式以及以第一和第二工作模式之间相互转换的装置。
2、一种直流电逆变成交流电的、具有把直流电压中间电位作为交流相电压输出的工作模式的逆变装置，包含用于禁止直流电压的中间电位输出的工作模式的装置。
3、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含断开流过中性点电流的装置。
4、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件的控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含禁止第二和第三转换元件同时导通的装置。
5、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含控制第一和第二转换元件和第三和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置。
6、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含检测流过中性点电流的装置、把检测装置的输出与预定值相比较的装置和响应于比较装置的输出断开流过中性点电流的装置。
7、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含计算流过中性点电流的装置、检测流过中性点电流的装置、把检测装置的输出和计算装置的输出进行比较的装置和响应于比较装置的输出断开流过中性点电流的装置。
8、一种包括把直流电逆变成交流电的逆变单元和控制逆变单元输出电压的装置的逆变装置，它还包含把受控的输出电压与预定值进行比较的装置和响应于比较装置的输出在具有三级电平交流相电压的第一工作模式和具有两级电平交流相电压的第二工作模式之间转换的装置。
9、一种包含串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置的脉冲宽度调制装置，它进一步包含禁止第二和第三转换元件同时导通的装置。
10、一种把直流电逆变成交流电的逆变装置，包含具有三级电平交流相电压的第一工作模式和两级电平交流相电压的第二工作模式以及在第一和第二工作模式之间相互转换的装置和显示当前工作模式是第一还是第二工作模式的装置。
11、一种把直流电逆变成交流电的、具有把直流电压中间电位作为交流相电压输出的工作模式的逆变装置，包含用于禁止直流电压的中间电位输出的工作模式的装置和显示工作模式是在工作还是被禁止的装置。
12、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含断开流过中性点的电流的装置和显示断路装置工作状况的装置。
13、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含禁止第二和第三转换单元同时导通的装置和显示禁止装置工作情况的装置。
14、一种逆变装置，包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相到以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变装置进一步包含控制第一和第二转换元件和第三和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置和显示第一和第三转换元件和第二和第四转换元件以及第一和第二转换元件和第三和第四转换元件中哪一个被控制在相互共轭导通和截止的状态。
15、一种包含把直流电逆变成交流电的逆变单元和由逆变单元驱动的交流电动机的交流电动机驱动***，它包含输出给交流电动机的有三级电平交流相电压的第一工作模式和具有两级电平交流相电压的第二工作模式以及在第一和第二工作模式之间转换的装置和显示当前工作模式是第一还是第二工作模式的装置。
16、一种把直流电逆变成交流的和具有把直流电压中间电位作为交流相电压输出的工作模式的逆变单元和由该逆变单元驱动的交流电动机的交流电机驱动***，它包含用于禁止直流电压的中间电位输出的工作模式的装置和显示驱动交流电动机的工作模式是在工作还是被禁止的装置。
17、一种交流电动机驱动***，包含逆变单元和连接到逆变单元的交流侧来被驱动的交流电动机，所述的逆变单元包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变单元进一步包含断开流过中性点电流的装置和显示断路装置工作情况的装置。
18、一种交流电动机驱动***，包含逆变单元和连接到逆变单元交流侧来被驱动的交流电动机，所述的逆变单元包含设置在直流电压侧的平滑电容器、与平滑电容器并联而本身相互串联连接的第一至第四转换元件和控制第一和第三转换元件和第二和第四转换元件相互以共轭方式导通和截止的装置，第一和第二转换元件的共同接点和第三和第四转换元件的共同接点通过二极管与平滑电容器的中性点相连，第二和第三转换元件的共同接点连接到交流侧的负载上，所述逆变单元进一步包含禁止第二和第三转换元件同时导通的装置和显示禁止装置工作情况的装置。
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