脈衝電壓發生裝置製造方法
2023-06-13 05:03:36 3
脈衝電壓發生裝置製造方法
【專利摘要】本發明的高電壓發生器(13)生成高電壓(HVDC)。信號發生器(33)將在一個周期中包含脈衝提供期間和脈衝停止期間的期間設定信號、以及脈衝信號進行重疊，生成僅在脈衝提供期間生成脈衝信號的合成信號，該脈衝信號的頻率為比期間設定信號的頻率要高的脈衝反覆頻率、且其振幅值為比高電壓(HVDC)的值要低的電壓值。半導體開關(40)在合成信號的電壓值低於柵極設定電壓值時，利用來自高電壓發生器(13)的高電壓(HVDC)在電容元件(16)中存儲電荷，在合成信號的電壓值在柵極設定電壓值以上時，利用由電容元件(16)釋放出的電荷來生成以高電壓(HVDC)的值作為峰值的脈衝電壓。能夠實現使反覆地生成穩定的脈衝電壓的期間、和不生成脈衝電壓的期間交替地產生的試驗。
【專利說明】脈衝電壓發生裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及脈衝電壓發生裝置。
【背景技術】
[0002]脈衝電壓發生裝置例如使用於具備電機動、逆變器及電纜的逆變器驅動系統中。該逆變器驅動系統中，逆變器利用開關動作從直流電壓轉換成脈衝電壓，並將該脈衝電壓經由電纜提供給電動機。利用該脈衝電壓來驅動電動機。
[0003]然而，在逆變器驅動系統中，由於逆變器、電纜、電動機的阻抗不匹配，會產生反射波。由於該反射波會與脈衝電壓重疊，因而可能會在電纜與電動機之間的部分、特別是電纜與電動機的連接部產生高電壓噪聲。為了區分該高電壓噪聲和雷擊浪湧，此處稱為逆變器浪湧。
[0004]因而，作為評價逆變器驅動系統的一個試驗，有以模擬的方式生成逆變器浪湧並施加到例如作為負載的上述連接部的試驗。尤其是具有如下試驗:使反覆地生成脈衝電壓以作為模擬的逆變器浪湧並將該脈衝電壓施加到負載的期間、和不生成該脈衝電壓的期間交替地產生。為了實現該試驗，開發出使用了放電間隙的脈衝電壓發生裝置。
[0005]該脈衝電壓發生裝置具備:高電壓發生器、電容元件、第I輸出端子、第2輸出端子、第I電極、以及第2電極。
[0006]在第I節點和第2節點之間，設置高電壓發生器。在第I節點和第2節點之間，以與高電壓發生器並聯的方式設置電容元件。例如在第I輸出端子和第2輸出端子之間，設置上述連接部以作為提供脈衝電壓的負載。
[0007]在第I節點和第I輸出端子之間，設置第I電極和第2電極。第I電極和第2電極例如是球狀的金屬電極(鎢等)，且第I電極和第2電極分開設置。
[0008]高電壓發生器生成高電壓，且在電容元件中利用來自高電壓發生器的高電壓來存儲電荷。此時，當第I電極和第2電極之間的電壓達到火花放電開始電壓時，發生火花放電，在第I輸出端子和第2輸出端子之間產生脈衝電壓。該脈衝電壓的峰值取決於大氣中的火花放電，且小於高電壓發生器所提供的高電壓。
[0009]現有技術文獻
[0010]非專利文獻
[0011]非專利文獻1:Li Ming 等 「EFFECTS OF REPETITIVE PULSE VOLTAGE ON SURFACETEMPERATURE INCREASE AT END CORONA PROTECTION REGION OF HIGH VOLTAGE MOTORS」，10thInsucon International Conference Birmingham2006o
【發明內容】
[0012]在使用了放電間隙的脈衝電壓發生裝置中，因火花放電而產生了脈衝電壓。因此，通常不能使脈衝電壓的電壓值、上升沿時間、下降沿時間、以及逆變器重複頻率等參數為定值。[0013]火花放電在大氣中發生。因此，為了使上述參數為定值，需要在第I電極和第2電極之間提供固定的壓力(空氣)。即使如此，還存在無法使上述參數為定值的理由。
[0014]作為理由，第I電極和第2電極的表面因火花放電而產生了放電痕跡。因此，為了使上述參數為定值，需要定期地對第I電極和第2電極的表面進行清潔或進行更換。
[0015]另外，每次對脈衝電壓的峰值進行調整時，都需要對第I電極和第2電極之間的距離、即放電間隙進行調整。由於只要放電間隙發生微小的距離變化，上述參數都會發生變化，因此需要花費大量的時間來調整放電間隙。
[0016]由此，在使用了放電間隙的脈衝電壓發生裝置中，在進行上述試驗時，很難反覆地生成穩定的脈衝電壓。
[0017]另外，在非專利文獻I中記載了使用半導體開關來生成高電壓脈衝的電路。然而，並非是用於實現使反覆生成脈衝電壓的期間、和不生成該脈衝電壓的期間交替地產生的試驗的結構。
[0018]本發明所要解決的技術問題在於，實現使反覆生成穩定的脈衝電壓的期間、和不生成該脈衝電壓的期間交替地產生的試驗。
[0019]本發明的脈衝電壓發生裝置的特徵在於，包括:生成高電壓的高電壓發生器；電容元件；信號發生器，該信號發生器將在一個周期中包含脈衝提供期間和在所述脈衝提供期間之後的脈衝停止期間的期間設定信號、以及脈衝信號進行重疊，生成僅在所述脈衝提供期間生成所述脈衝信號的合成信號，所述脈衝信號的頻率為比所述期間設定信號的頻率要高的脈衝反覆頻率、且其振幅值為比所述高電壓的值要低的電壓值；以及半導體開關，該半導體開關在所述合成信號的電壓值低於預先設定的柵極設定電壓值時，利用來自所述高電壓發生器的所述高電壓在所述電容元件存儲電荷，在所述合成信號的電壓值在所述柵極設定電壓值以上時，使存儲於所述電容元件的電荷釋放，利用由所述電容元件釋放出的電荷來生成以所述高電壓的值作為峰值的脈衝電壓，且向設置有負載的第I輸出端子和第2輸出端子之間提供所述脈衝電壓。
[0020]根據本發明，能夠實現使反覆地生成穩定的脈衝電壓的期間、和不生成該脈衝電壓的期間交替地產生的試驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是示出了本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的結構的電路圖。
[0022]圖2是在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、作為輸入用直流電源和控制用直流電源能使高電壓發生器生成的高電壓的波形而示出了脈衝波的圖。
[0023]圖3是在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、作為與圖2不同的波形而示出了斜坡波的圖。
[0024]圖4是在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、作為與圖2和圖3不同的波形而示出了將脈衝波和斜坡波組合後得到的波形的圖。
[0025]圖5是示出了本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中的信號發生器所產生的期間設定信號及脈衝信號、信號發生器所生成的合成信號、以及半導體開關根據合成信號所產生的脈衝電壓的圖。[0026]圖6是示出了在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、放大圖5的X部分時得到的脈衝電壓的圖。
[0027]圖7是示出了在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、放大圖6的Y部分時得到的脈衝電壓的上升沿的圖。
[0028]圖8是示出了適用有本發明第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的系統的結構的圖。
[0029]圖9是作為與圖8不同的示例，示出了適用有本發明第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的系統的結構的圖。
[0030]圖10是示出了本發明的第2實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的結構的電路圖。
[0031]圖11是示出了在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、在負載中包含電感分量的情況下放大圖5的X部分時得到的脈衝電壓的圖。
[0032]圖12是示出了在本發明的第2實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、在負載中包含電感分量的情況下放大圖5的X部分時得到的脈衝電壓的圖。
【具體實施方式】
[0033]下面，參照附圖來說明本發明所涉及的脈衝電壓發生裝置的實施方式。
[0034][第I實施方式]
[0035]本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置適用於例如圖8所示的系統中。該系統具備旋轉電機1、逆變器2、以及電纜3。
[0036]電纜3用於連接逆變器2和旋轉電機I。作為旋轉電機1，舉例示出了電動機(motor)或發電機。逆變器2利用開關動作從直流電壓轉換成脈衝電壓，並將該脈衝電壓經由電纜3提供給旋轉電機I。利用該脈衝電壓來驅動旋轉電機I。
[0037]然而，在上述系統中，由於逆變器2、電纜3、旋轉電機I的阻抗不匹配，會產生反射波。由於該反射波與脈衝電壓重疊，可能在電纜3與旋轉電機I的連接部4上發生逆變器浪湧。
[0038]該逆變器浪湧的上升沿時間非常短(例如50ns?2 μ s)，而其下降沿時間比上升沿時間要長。逆變器浪湧反覆發生時的頻率例如為IkHz?20kHz。
[0039]因而，作為對上述系統或者該系統中旋轉電機I的線圈元件進行評價的一個試驗，有以模擬的方式生成逆變器浪湧並施加到例如作為負載的上述連接部的試驗。在試驗中，使反覆地生成脈衝電壓以作為模擬的逆變器浪湧並將該脈衝電壓施加到負載的期間、和不生成該脈衝電壓的期間交替地產生。
[0040]本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中，實現上述試驗。
[0041]圖1是示出了本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的結構的電路圖。
[0042]如圖1所示，第I實施方式的脈衝電壓發生裝置具備:直流電源10、高電壓發生器(HVDC) 13、電容元件16、充電電阻元件21、負載電阻元件22、調整電阻元件23、第I輸出端子31、第2輸出端子32、信號發生器33、開關用逆向電壓保護二極體34、以及半導體開關40。[0043]高電壓發生器13的輸出連接至電容元件16的第I電極(正電極)11。電容元件16的第2電極(負電極)12與第2輸出端子32的電位相同。具體而言，第2輸出端子32接地。高電壓發生器13輸出後述的高電壓HVDC。高電壓HVDC表示高電壓發生器13的第I電位至第2電位的電位差。在本實施方式中，由於將高電壓發生器13的第I電位設定為O [V]，且將高電壓發生器13的第2電位設定為高電壓HVDC，因此將高電壓發生器13的第I電位一側的布線(未圖示)及框體(未圖示)接地。
[0044]直流電源10包含輸入用直流電源14和控制用直流電源15。
[0045]輸入用直流電源14的輸出連接至高電壓發生器13的輸入埠(未圖示)。輸入用直流電源14輸出後述的直流電壓VDC。直流電壓VDC表示輸入用直流電源14的第I電位至第2電位的電位差。在本實施方式中，由於將輸入用直流電源14的第I電位設定為O [V]，且將輸入用直流電源14的第2電位設定為直流電壓VDC，因此將輸入用直流電源14的第I電位一側的布線(未圖示)及框體(未圖示)接地。
[0046]控制用直流電源15的輸出連接至高電壓發生器13的輸入埠(未圖示)，控制用直流電源15輸出對能經由輸入埠流入高電壓發生器13中的電流的值進行控制的電壓(後述的控制信號)。該電壓表示控制用直流電源15的第I電位至第2電位的電位差。在本實施方式中，由於將控制用直流電源15的第I電位設定為O [V]，且將控制用直流電源15的第2電位設定為上述電壓，因此將控制用直流電源15的第I電位一側的布線(未圖示)及框體(未圖示)接地。
[0047]在高電壓發生器13的輸出和電容元件16的第I電極11之間設置有電阻元件、即充電電阻元件21。在第I輸出端子31和第2輸出端子32之間設置有電阻元件、即負載電阻元件22。例如在第I輸出端子31和第2輸出端子32之間設置上述的電纜3與旋轉電機I的連接部4，以作為提供脈衝電壓的負載。
[0048]半導體開關40具有連接至電容元件16的第I電極11的第I端子41、連接至第I輸出端子31的第2端子42、以及柵極端子43。在第I端子41和第2端子42之間設置電阻元件。當提供給柵極端子43的電壓值在預先設定的柵極設定電壓值以上時，半導體開關40導通，將第I端子41和第2端子42連接起來。
[0049]在半導體開關40的第2端子42和第I輸出端子31之間設置電阻元件、即調整電阻元件23。
[0050]開關用逆向電壓保護二極體34的陰極連接至半導體開關40的第I端子41，其陽極連接至半導體開關40的第2端子42。也就是說，開關用逆向電壓保護二極體34與半導體開關40並聯地設置，且被用作為整流二極體。
[0051]信號發生器33的輸出連接至半導體開關40的柵極端子43。
[0052]接著，作為本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的動作，對高電壓發生器13、輸入用直流電源14、以及控制用直流電源15的動作進行說明。
[0053]輸入用直流電源14生成直流電壓VDC，並將該直流電壓VDC提供給高電壓發生器13。
[0054]高電壓發生器13生成與由輸入用直流電源14所提供的直流電壓VDC成比例、且高於直流電壓VDC的高電壓HVDC (HVDC >> VDC)，並將該高電壓HVDC施加到電容元件16。該高電壓HVDC是上述的逆變器浪湧的峰值電壓、或者是假定為對該峰值電壓乘以安全係數以後得到的值的電壓。安全係數也被稱為增強因數(enhancement factor)，在通過試驗對上述系統或該系統的旋轉電機I的線圈元件進行嚴格評價的情況下，例如採用1.3等預先決定的數值。
[0055]例如，高電壓發生器13相對於由輸入用直流電源14所提供的直流電壓VDC，產生3000倍的電壓來作為上述高電壓HVDC。此處，當直流電壓VDC在OV?IOV的範圍內時，高電壓發生器13以OV?30kV的範圍來輸出高電壓HVDC。也就是說，當直流電壓VDC為IOV時，高電壓發生器13相對於直流電壓VDC的IOV生成3000倍的電壓、即30kV來作為上述高電壓HVDC。
[0056]圖2作為輸入用直流電源14能使高電壓發生器13產生的高電壓HVDC的波形，示出了脈衝波的圖。圖3作為與圖2不同的波形，是示出了斜坡波的圖。圖4作為與圖2和圖3不同的波形，示出了將脈衝波和斜坡波組合後得到波形的圖。
[0057]控制用直流電源15對輸入用直流電源14輸出用於指定直流電壓VDC的電壓值、上升沿時間、以及下降沿時間的控制信號。如圖3至圖5所示，控制用直流電源15通過利用控制信號來調整直流電壓VDC的電壓值、上升沿時間以及下降沿時間，由此除了固定的高電壓HVDC以外，還能夠將高電壓HVDC的波形變形為脈衝波、斜坡波、以及將脈衝波和斜坡波組合後的波形。
[0058]在本實施方式中，控制用直流電源15能夠對流過高電壓發生器13的電流的最大值進行設定。
[0059]接著，作為本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的動作，對信號發生器33以及半導體開關40的動作進行說明。
[0060]首先，說明信號發生器33的動作。
[0061]圖5是示出了本發明第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中的信號發生器33所產生的期間設定信號50及脈衝信號53、信號發生器33所生成的合成信號54、以及半導體開關40根據合成信號54所產生的脈衝電壓55的圖。
[0062]在信號發生器33中，預先設定設定頻率f I以作為第I頻率，且預先設定第I電壓值Vl以作為第I振幅值。信號發生器33在已設定設定頻率f I時，產生由圖5所示那樣的波形(函數)所表示的期間設定信號50。
[0063]期間設定信號50的頻率是設定頻率Π，其振幅是第I電壓值VI。期間設定信號50的一個周期中包含脈衝提供期間51、脈衝提供期間51之後的脈衝停止期間52。
[0064]在期間設定信號50的波形為方波的情況下，脈衝提供期間51是表示為期間設定信號50的振幅值即第I電壓值Vl的期間，脈衝停止期間52是沒有振幅的期間。在能夠將期間設定信號50的一個周期分成脈衝提供期間51和脈衝停止期間52的情況下，期間設定信號50的波形不僅限於方波，也可以是正弦波或三角波。
[0065]另外。在信號發生器33中，預先設定高於設定頻率Π的脈衝反覆頻率f2(f2 >f I)以作為第2頻率，且預先設定第2電壓值V2來作為第2振幅值。脈衝反覆頻率f2是假定上述逆變器浪湧反覆發生的情況(例如為IkHz?20kHz)時的頻率。信號發生器33在已設定脈衝反覆頻率f2及第2電壓值V2時，生成如圖5所示的脈衝信號53。
[0066]脈衝信號53的頻率是脈衝反覆頻率f2，其振幅是第2電壓值。例如在設定頻率Π為500Hz的情況下，脈衝反覆頻率f2為10kHz。[0067]信號發生器33在生成了脈衝信號53時,使期間設定信號50和脈衝信號53相重疊，如圖5所示，生成僅在脈衝提供期間51生成脈衝信號53的合成信號54，且提供給半導體開關40的柵極端子43。
[0068]此處,合成信號54的電壓值即第3電壓值V3表不為脈衝信號53的第2電壓值V2 (V3 = V2)。或者，第3電壓值V3表示為期間設定信號50的第I電壓值Vl和脈衝信號53的第2電壓值V2的邏輯與(V3 = Vl與V2)。該第3電壓值V3由用於使半導體開關40導通的柵極設定電壓值Vg(例如為5V)和信號發生器33的規格的組合來決定，其大幅度地低於高電壓HVDC的值且高於柵極設定電壓值Vg(Vg < V3 << HVDC)。
[0069]接著，說明半導體開關40的動作。
[0070]當前設定為由輸入用直流電源14來生成第I控制信號。該第I控制信號在脈衝提供期間51即第I脈衝提供期間中，使高電壓發生器13產生高電壓HVDC即第I高電壓(例如為IOkV)。也就是說，利用由輸入用直流電源14所產生的第I控制信號，向高電壓發生器13提供與所指定的電壓值、上升沿時間以及下降沿時間相對應的第I直流電壓(3.3V)，在此情況下，高電壓發生器13生成相對於第I直流電壓(3.3V)為3000倍的電壓來作為第I高電壓(IOkV)。其中，在流過高電壓發生器13的電流的值超過由控制用直流電源15所規定的電流值的情況下，由於控制用直流電源15而不會產生高電壓HVDC即第I高電壓(IOkV)。
[0071]在提供給柵極端子43的合成信號54的電壓值即第3電壓值V3低於柵極設定電壓值Vg時，半導體開關40斷開，由此不連接第I端子41和第2端子42。此時，利用由高電壓發生器13施加到電容元件16上的高電壓HVDC(在此情況下為第I高電壓(IOkV))，在電容元件16的第I電極11和第2電極12之間存儲電荷。也就是說，半導體開關40對電容元件16進行充電。
[0072]當提供給柵極端子43的合成信號54的第3電壓值V3在柵極設定電壓值Vg以上時，半導體開關40導通，由此連接第I端子41和第2端子42。在此情況下，電容元件16的第I電極11通過半導體開關40及調整電阻元件23連接至第I輸出端子31。此時，釋放存儲在電容元件16中的電荷。也就是說，半導體開關40對電容元件16進行放電。
[0073]其結果是，如圖5所示，半導體開關40利用由電容元件16所釋放出的電荷產生將上述高電壓HVDC(第I高電壓(IOkV))的值作為峰值的脈衝電壓55，並將該脈衝電壓55輸出至第I輸出端子31和第2輸出端子32之間。
[0074]圖6是示出了對圖5的X部分進行放大後的脈衝電壓55的圖。圖7是示出了對圖6的Y部分進行放大後的脈衝電壓55的上升沿的圖。
[0075]如圖6和圖7所示，脈衝電壓55的上升沿時間非常短(例如20ns?200ns)，而其下降沿時間比上升沿時間要長(例如20 μ S)。脈衝寬度(脈衝電壓從上升沿結束到下降沿開始的寬度)為I μ s?10 μ s,脈衝反覆頻率f2是IkHz?20kHz (在上述示例中為IOkHz)。
[0076]由此，根據第I實施方式的脈衝電壓發生裝置，能夠實現使反覆地產生穩定的脈衝電壓55的脈衝提供期間51、和不產生該脈衝電壓55的脈衝停止期間52交替地產生的試驗。另外，根據第I實施方式的脈衝電壓發生裝置，通過反覆地產生上述脈衝電壓55，由此能夠正確地評價上述系統。[0077]在第I實施方式的脈衝電壓發生裝置中，還能夠實現在每個脈衝提供期間51中逐漸增加高電壓HVDC的試驗。
[0078]例如，設定由輸入用直流電源14在生成第I控制信號之後生成第2控制信號。例如，在第I脈衝提供期間之後的脈衝提供期間51即第2脈衝提供期間中，第2控制信號使高電壓發生器13生成與第I高電壓不同的高電壓HVDC即第2高電壓(例如是比第I高電壓(IOkV)高的12kV)。也就是說，利用由輸入用直流電源14所產生的第2控制信號，向高電壓發生器13提供與所指定的電壓值、上升沿時間以及下降沿時間相對應的第2直流電壓(4.0V)，在此情況下，高電壓發生器13生成相對於第2直流電壓(4.0V)為3000倍的電壓來作為第2高電壓(12kV)。其中，在流過高電壓發生器13的電流的值超過由控制用直流電源15所規定的電流值的情況下，由於控制用直流電源15而不會產生高電壓HVDC即第2高電壓(12kV)。
[0079]在提供給柵極端子43的合成信號54的電壓值即第3電壓值V3低於柵極設定電壓值Vg時，半導體開關40斷開，由此不連接第I端子41和第2端子42。此時，利用由高電壓發生器13施加到電容元件16上的高電壓HVDC(在此情況下為第2高電壓(12kV))，在電容元件16的第I電極11和第2電極12之間存儲電荷。也就是說，半導體開關40對電容元件16進行充電。
[0080]當提供給柵極端子43的合成信號54的第3電壓值V3在柵極設定電壓值Vg以上時，半導體開關40導通，由此連接第I端子41和第2端子42。在此情況下，電容元件16的第I電極11通過半導體開關40及調整電阻元件23連接至第I輸出端子31。此時，釋放存儲在電容元件16中的電荷。
[0081 ] 其結果是，半導體開關40利用由電容元件16所釋放出的電荷產生將上述高電壓HVDC(第2高電壓(12kV))的值作為峰值的脈衝電壓55，並將該脈衝電壓55輸出至第I輸出端子31和第2輸出端子32之間。
[0082]在第I實施方式的脈衝電壓發生裝置中，為了實現在每個脈衝提供期間51使高電壓HVDC逐漸增加的試驗，輸入用直流電源14例如使高電壓發生器13生成第I?第6高電壓(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作為在第I?第6脈衝提供期間51中逐漸增加的高電壓HVDC。其結果是，半導體開關40根據由信號發生器33所生成的合成信號54，利用開關動作在第I?第6脈衝提供期間51中反覆地生成上述脈衝電壓55。
[0083]在第I實施方式的脈衝電壓發生裝置中，還能夠實現如下試驗:在每個脈衝提供期間51，逐漸地增加高電壓HVDC，然後在規定的時刻或任意的時刻開始，在每個脈衝提供期間51逐漸地減小高電壓HVDC。在此情況下，輸入用直流電源14例如使高電壓發生器13生成第I?第6高電壓(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作為在第I?第6脈衝提供期間51中逐漸增加的高電壓HVDC。接著，使高電壓發生器13生成第7?第11高電壓(18kV、16kV、14kV、12kV、10kV)，以作為在第7?第11脈衝提供期間51中逐漸減小的高電壓HVDC。其結果是，半導體開關40根據由信號發生器33所生成的合成信號54，利用開關動作在第I?第11脈衝提供期間51中反覆地生成上述脈衝電壓55。
[0084]在第I實施方式的脈衝電壓發生裝置中，還能夠實現如下試驗:在每個脈衝提供期間51，逐漸地增加高電壓HVDC，然後在規定的時刻或任意的時刻開始，使每個脈衝提供期間51的高電壓HVDC保持一定。在此情況下，輸入用直流電源14例如使高電壓發生器13生成第I?第6高電壓(10kV、12kV、14kV、16kV、18kV、20kV)，以作為在第I?第6脈衝提供期間51中逐漸增加的高電壓HVDC。接著，使高電壓發生器13生成第6高電壓(20kV)，以作為在第7?第11脈衝提供期間51中保持一定的高電壓HVDC。其結果是，半導體開關40根據由信號發生器33所生成的合成信號54，利用開關動作在第I?第11脈衝提供期間51中反覆地生成上述脈衝電壓55。
[0085]在第I實施方式的脈衝電壓發生裝置中，還能夠實現如下試驗:在每個脈衝提供期間51，逐漸地減小高電壓HVDC，然後在規定的時刻或任意的時刻開始，使每個脈衝提供期間51的高電壓HVDC保持一定。在此情況下，輸入用直流電源14例如使高電壓發生器13生成第I?第6高電壓(20kV、18kV、16kV、14kV、12kV、IOkV)，以作為在第I?第6脈衝提供期間51中逐漸增加的高電壓HVDC。接著，使高電壓發生器13生成第6高電壓(IOkV)，以作為在第7?第11脈衝提供期間51中保持一定的高電壓HVDC。其結果是，半導體開關40根據由信號發生器33所生成的合成信號54，利用開關動作在第I?第11脈衝提供期間51中反覆地生成上述脈衝電壓55。
[0086]由此，根據第I實施方式的脈衝電壓發生裝置，能夠實現使反覆地產生穩定的脈衝電壓55的脈衝提供期間51、和不產生該脈衝電壓55的脈衝停止期間52交替地產生的試驗，並且能夠在每個脈衝提供期間51生成多種脈衝電壓55。
[0087]再者，在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中，除了上述系統(參照圖8)，還能適用於例如圖9所示那樣的系統中。
[0088]圖9是與圖8不同的示例，示出了適用有本發明第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的系統的結構的圖。
[0089]在該系統中，具備線性電動機5來取代上述旋轉電機I。線性電動機5應用於例如磁懸浮式線性電動車或其它用途。在此情況下，電纜3連接逆變器2和線性電動機5或其線圈元件。逆變器2利用開關動作從直流電壓轉換成脈衝電壓，並將該脈衝電壓經由電纜3提供給線性電動機5。利用該脈衝電壓來驅動線性電動機5。
[0090][第2實施方式]
[0091]關於第2實施方式，僅說明對於第I實施方式的變更點。
[0092]圖10是示出了本發明的第2實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置的結構的電路圖。圖11是示出了在本發明的第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、在負載中包含電感分量的情況下放大圖5的X部分時得到的脈衝電壓的圖。圖12是示出了在本發明的第2實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中、在負載中包含電感分量的情況下放大圖5的X部分時得到的脈衝電壓的圖。
[0093]如圖10所示，第2實施方式的脈衝電壓發生裝置除了第I實施方式的結構之外，還具備負載用逆向電壓保護二極體44。負載用逆向電壓保護二極體44的陰極連接至第I輸出端子31，其陽極連接至第2輸出端子32。也就是說，負載用逆向電壓保護二極體44與負載電阻元件22及負載並聯地設置，且被用作為整流二極體。
[0094]在上述第I實施方式所涉及的脈衝電壓發生裝置中，當在第I輸出端子31和第2輸出端子32之間的負載中包含有電感分量的情況下，由該電感分量生成反電動勢。因此，如圖11所示，當在脈衝提供期間51中生成脈衝電壓55時，在以正極性的高電壓HVDC作為峰值的第I波形生成之後，直到穩定為O [V]為止，生成第2波形以後的電壓。例如利用由電感分量所生成的反電動勢，在第I波形之後，生成以負極性的電壓作為峰值的第2波形。也就是說，生成逆向電壓。利用該逆向電壓，在第2波形之後生成以正極性的電壓作為峰值的第3波形，在第3波形之後生成以負極性的電壓作為峰值的第4波形。作為脈衝電壓55所必需的分量是第I波形。
[0095]另一方面，在第2實施方式的脈衝電壓發生裝置中，當在第I輸出端子31和第2輸出端子32之間的負載中包含電感分量的情況下，利用負載用逆向電壓保護二極體44來防止上述逆向電壓。因此，如圖12所示，當在脈衝提供期間51中生成脈衝電壓55時，即使在負載中包含電感分量，也僅生成以正極性的高電壓HVDC作為峰值的第I波形。因此，根據第2實施方式的脈衝電壓發生裝置，能夠僅得到作為脈衝電壓55所必需的分量。
[0096]如上所述，對本發明的一實施方式進行了說明，但該實施方式僅作為示例呈現，而並非要對發明範圍進行限定。其新的實施方式可通過其它各種方式進行實施，在不脫離發明要旨的範圍內，可進行各種省略、替換、變更。該實施方式及其變形均包含在發明的範圍和要旨中，並且包含在專利的權利要求所記載的發明及其等同範圍內。
[0097]標號說明
[0098]I旋轉電機
[0099]2逆變器
[0100]3 電纜
[0101]4連接部
[0102]5線性電動機
[0103]10直流電源
[0104]11第I電極(正電極)
[0105]12第2電極(負電極)
[0106]13高電壓發生器
[0107]14輸入用直流電源
[0108]15控制用直流電源
[0109]16電容元件
[0110]21充電電阻元件
[0111]22負載電阻元件
[0112]23調整電阻元件
[0113]31 第I輸出端子
[0114]32 第2輸出端子
[0115]33信號發生器
[0116]34開關用逆向電壓保護二極體
[0117]40半導體開關
[0118]41 第I端子
[0119]42 第2端子
[0120]43柵極端子
[0121]44負載用逆向電壓保護二極體
[0122]50期間設定信號[0123]51脈衝提供期間
[0124]52脈衝停止期間
[0125]53脈衝信號
[0126]54合成信號
[0127]55脈衝電壓
[0128]fl設定頻率
[0129]f2脈衝反覆頻率
[0130]HVDC 高電壓
[0131]Vl第I電壓值
[0132]V2第2電壓值
[0133]V3第3電壓值
[0134]VDC直流電壓
[0135]Vg柵極設定電 壓值。
【權利要求】
1.一種脈衝電壓發生裝置，其特徵在於，包括: 高電壓發生器，該高電壓發生器生成高電壓； 電容元件； 信號發生器，該信號發生器將在一個周期中包含脈衝提供期間和在所述脈衝提供期間之後的脈衝停止期間的期間設定信號、以及脈衝信號進行重疊，生成僅在所述脈衝提供期間生成所述 脈衝信號的合成信號，所述脈衝信號的頻率為比所述期間設定信號的頻率要高的脈衝反覆頻率、且其振幅值為比所述高電壓的值要低的電壓值；以及 半導體開關，該半導體開關在所述合成信號的電壓值低於預先設定的柵極設定電壓值時，利用來自所述高電壓發生器的所述高電壓在所述電容元件中存儲電荷，在所述合成信號的電壓值在所述柵極設定電壓值以上時，使存儲於所述電容元件的電荷釋放，利用由所述電容元件釋放出的電荷來生成以所述高電壓的值作為峰值的脈衝電壓，且向設置有負載的第I輸出端子和第2輸出端子之間提供所述脈衝電壓。
2.如權利要求1所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 所述高電壓發生器的輸出連接至所述電容元件的第I電極， 所述半導體開關具備連接至所述電容元件的第I電極的第I端子、連接至所述第I輸出端子的第2端子、以及連接至所述信號發生器的輸出的柵極端子， 所述半導體開關 在提供給所述柵極端子的所述合成信號的電壓值低於所述柵極設定電壓值時，不通過所述半導體開關來連接所述電容元件的第I電極和所述第I輸出端子，利用來自所述高電壓發生器的所述高電壓在所述電容元件的第I電極和第2電極之間存儲電荷， 在提供給所述柵極端子的所述合成信號的電壓值在所述柵極設定電壓值以上時，通過所述半導體開關來連接所述電容元件的第I電極和所述第I輸出端子，使存儲於所述電容元件的電荷釋放，利用由所述電容元件釋放出的電荷來生成以所述高電壓的值作為峰值的所述脈衝電壓，向所述第I輸出端子、和電位與所述電容元件的第2電極的電位相同的所述第2輸出端子之間提供所述脈衝電壓。
3.如權利要求2所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於，還包括: 充電電阻元件，該充電電阻元件是設置於所述高電壓發生器的輸出和所述電容元件的第I電極之間的電阻元件； 負載電阻元件，該負載電阻元件是設置於所述第I輸出端子和所述第2輸出端子之間的電阻元件；以及 調整電阻元件，該調整電阻元件是設置於所述半導體開關的所述第2端子和所述第I輸出端子之間的電阻元件。
4.如權利要求2或3所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 還具有開關用逆向電壓保護二極體，該開關用逆向電壓保護二極體的陰極連接至所述半導體開關的所述第I端子，其陽極連接至所述半導體開關的所述第2端子。
5.如權利要求1至4中任一項所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 還包括生成直流電壓的直流電源， 所述高電壓發生器生成與由所述直流電源所提供的所述直流電壓成比例、且高於所述直流電壓的所述高電壓。
6.如權利要求5所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 所述直流電源根據為了控制所述高電壓而預先指定的電壓值、上升沿時間、以及下降沿時間，向所述高電壓發生器提供所述直流電壓。
7.如權利要求6所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 所述直流電源 為了在所述脈衝提供期間即第I脈衝提供期間中，使所述高電壓發生器生成所述高電壓即第I高電壓，向所述高電壓發生器提供與所述第I高電壓成比例的所述直流電壓、即第I直流電壓， 為了在所述第I脈衝提供期間之後的第2脈衝提供期間中，使所述高電壓發生器生成與所述第I高電壓不同的第2高電壓，向所述高電壓發生器提供與所述第2高電壓成比例的所述直流電壓、即第2直流電壓。
8.如權利要求1至7中任一項所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 在對具備旋轉電機、輸出用於驅動所述旋轉電機的脈衝電壓的逆變器、以及連接所述逆變器和所述旋轉電機的電纜的系統，或者該系統中的所述旋轉電機的線圈元件進行評價時，使用所述脈衝電壓發生裝置， 所述高電壓是有可能在所述電纜與所述旋轉電機的連接部上產生的逆變器浪湧的峰值電壓，或者是假定 為在該峰值電壓上乘以安全係數後得到的值的電壓， 所述脈衝反覆頻率是假定為所述逆變器浪湧反覆產生的情況下的頻率。
9.如權利要求1至7中任一項所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 在對具備線性電動機、輸出用於驅動所述線性電動機的脈衝電壓的逆變器、以及連接所述逆變器和所述線性電動機或其線圈元件的電纜的系統進行評價時，使用所述脈衝電壓發生裝置， 所述高電壓是有可能在所述電纜與所述線性電動機的連接部上產生的逆變器浪湧的峰值電壓，或者是假定為在該峰值電壓上乘以安全係數後得到的值的電壓， 所述脈衝反覆頻率是假定為所述逆變器浪湧反覆產生的情況下的頻率。
10.如權利要求1至9中任一項所述的脈衝電壓發生裝置，其特徵在於， 還具備負載用逆向電壓保護二極體，該負載用逆向電壓保護二極體的陰極連接至所述第I輸出端子，其陽極連接至所述第2輸出端子，且該負載用逆向電壓保護二極體與所述負載並聯地設置。
【文檔編號】G01R31/34GK103999347SQ201280062993
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月19日 優先權日:2011年12月20日
【發明者】小川弘之, 櫻井孝幸, 吉滿哲夫, 廣瀨達也, 廣島聰, 匹田政幸, 小迫雅裕, 上野崇壽 申請人:東芝三菱電機產業系統株式會社, 株式會社東芝