专利名称：并联多路矩阵转换器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将从多相交流电源进行任意的多相交流或直流电压输出的矩阵转换器装置构成为并联多路连接而大容量化的装置。
背景技术：
目前，要实现矩阵转换器装置的大容量化，有使用准备多个矩阵转换器装置、并将这些各装置的输入侧相互并联连接的并联多路构成的装置，然而，输出端直接并联连接时，由于并联连接的各装置的输出侧电位通常并非成为同电位，因此，在矩阵转换器各装置间可能会有输出短路。另外，关于流过并联连接的各矩阵转换器装置的电流，也产生各装置间的电流平衡不能保证均等的问题。
因此，在现有的矩阵转换器装置的并联多路构成中，如图7所示，使电抗器51～56与并联连接的各矩阵转换器装置的各输出相插入连接，利用就所述各电抗器产生的电压下降的作用，能够防止在矩阵转换器装置间产生的所述输出短路，并确保电流平衡的均等化(例如，参照专利文献1)。
另外，通过由矩阵转换器装置的双向开关的开合PWM控制，可以防止流过交流电源的各相的电源电流成为断续电流，因此，在输入侧一般都是在每个电源输入相连接滤波器用输入电抗器41～43及滤波器用电容器61～63，由此能够使交流电源电流形成连续且光滑的波形。
专利文献1日本特开2003-259647号公报(图1)
发明内容
发明要解决的问题图9所示的所述现有的并联多路矩阵转换器，在输入侧和输出侧双方需要电抗器，有包含电抗器的整个装置大型化的问题。而且，由于在输入侧有电抗器，因此存在切断双向开关时的浪涌电压变大的问题。
本发明是鉴于这些问题点而开发的，目的在于提供一种并联多路矩阵转换器装置，其能够抑制整个装置的大型化并降低切断双向开关时的浪涌电压。
用于解决问题的手段为解决上述问题，本发明第一方面提供一种并联多路矩阵转换器装置，其通过将至少两台以上矩阵转换器装置的输出相并联连接而构成，所述矩阵转换器装置将交流电源作为输入电源，用各个双向开关连接输入电源的各输入相的每一个输入相和各输出相，对所述各双向开关进行PWM控制，自所述各输出相输出任意的直流电压或交流电压，所述并联多路矩阵转换器装置的特征在于所述输出相的并联连接是不经由电抗器的直接连接，具备插入连接于所述并联连接的各个矩阵转换器装置的输入电源的输入相与所述交流电源之间的各第一电抗器。
在矩阵转换器装置中，着眼于输出电流在双向开关的输出侧及输入侧同时流动，将现有例中连接于输出侧的电抗器移动到输入侧中输出电流的流动位置，由此，一方面，防止矩阵转换器装置相互间的短路并确保电流平衡的均等化，另一方面，也实现输入电抗器间共用化而使整个装置小型化。
另外，使用与滤波器用输入电抗器共用的第一电抗器、和滤波器用电容器，能够在第一电抗器和所述电容器及交流电源之间形成电流的流动通路，因此，即使切断双向开关时，也能够确保流过第一电抗器的电流的连续性，从而可以抑制自第一电抗器产生的双向开关切断时的浪涌电压。
在紧急切断和双向开关的开合切换顺序错了的情况下，由于双向切断使得电流通路消失，容易产生大的浪涌电压，但即使这种情况也能抑制浪涌电压。
本发明第二方面提供一种并联多路矩阵转换器装置，其通过将至少两台以上矩阵转换器装置的输出相并联连接而构成，所述矩阵转换器装置将交流电源作为输入电源，用各个双向开关连接输入电源的各输入相的每一个输入相和各输出相，对所述各双向开关进行PWM控制，自所述各输出相输出任意的直流电压或交流电压，所述并列多路矩阵转换器装置的特征在于所述输出相的并联连接是不经由电抗器的直接连接，所述并联连接的各个矩阵转换器装置，具备插入连接于连接输入电源的输入相的每一个输入相和各输出相的各双向开关之间的第一电抗器。
各个矩阵转换器装置内都具有第一电抗器，能够实现和上述发明同样的作用和效果。
本发明第三方面提供一种并联多路矩阵转换器装置，其特征在于，在所述交流电源与所述各第一电抗器的共同连接点处，具备插入连接于所述共同连接点与所述交流电源之间的第二电抗器。
具有各个矩阵转换器装置共同的输入电抗器，换言之具有第二电抗器，并且在各矩阵转换器装置中还具有第一电抗器，也确保实现了电流平衡均等化等。
由于第一电抗器作为滤波器用输入电抗器没有共用化，当选定电感值等常数时，能够确保对于双向开关的自由度。
本发明第四方面提供一种并联多路矩阵转换器装置，其特征在于，在所述交流电源与所述各矩阵转换器装置的输入相之间的共同连接点处，具备插入连接于所述共同连接点与所述交流电源之间的第二电抗器。
对本发明第二方面，采用与本发明第三方面记载的发明同样的构成，在这种情况下，对于第一、第二电抗器两者也能确保常数选定的自由度。
发明效果根据本发明，在并联多路矩阵转换器装置中，各矩阵转换器装置的输出相不通过输出电抗器而是直接并联连接，所述的各矩阵转换器装置的交流电源输入部与交流电源之间设有各个插入连接的第一电抗器。通过使这些和滤波器用输入电抗器共用化，尽管并联多路化，但可以不要输出电抗器，因此也有能够实现整个装置的小型化的效果。
另外，由于和连接于输入侧的滤波器用电容器的关系，能确保切断双向开关时的电流通路，从而也具有能够抑制双向开关切断时的浪涌电压的效果。
图1为表示本发明的第一实施例的并联多路矩阵转换器装置。
图2为矩阵转换器装置的双向开关的结构例2。
图3为矩阵转换器装置的双向开关的结构例3。
图4为按照现有技术的并联多路矩阵转换器装置的简易等效电路。
图5为基于本发明的并联多路矩阵转换器装置的简易等效电路。
图6为表示本发明的第二实施例的并联多路矩阵转换器装置。
图7为作为现有例的并联多路矩阵转换器装置。
符号说明1三相交流电源4A、4B矩阵转换器装置5三相交流电动机6位于矩阵转换器装置4A内的双向开关7位于矩阵转换器装置4B内的双向开关11～16二极管17～19IGBT21，31单相交流电源22A、22B、32电抗器23A、23B、33A、33B IGBT等效电源41，42，43滤波器用输入电抗器47，48，49第二电抗器51～56输出端电抗器61，62，63滤波器用电容器71～76第一电抗器81～86滤波器用电容器具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1图1所示为作为本发明的第一个实施例，将2台三相交流电源输入三相交流输出的矩阵转换器装置并联连接而构成的并联多路矩阵转换器装置。
在图1中，1是三相交流电源，在交流电源与向各矩阵转换器装置输入交流电力的交流电源输入部之间，连接有分别和滤波器用输入电抗器共用化的第一电抗器71～73及74～76。81～83和84～86是滤波器用电容器，其分别与第一电抗器71～73和74～76连接，且作为滤波器用输入电抗器以及滤波器用电容器，相对于各个矩阵转换器装置形成输入滤波器。4A及4B是矩阵转换器装置，其共同成为三相交流电源输入三相交流输出。矩阵转换器装置4A和4B，彼此对应的输出相之间直接并联连接，这样形成的三相输出的各相与三相电动机5连接，由此驱动该电动机。
矩阵转换器装置中使用的双向开关，不但有如图1所示的把两个IGBT反向并联连接的情况，而且也有与如图2和图3所示的IGBT及二极管的连接构成体的情况。无论哪一种情况，通过分别对IGBT等自我消弧形半导体开关元件进行开合PWM控制而作为双向开关发挥功能，使交流电源电压自输出相进行PWM输出，从而进行任意的电压输出。
由于这种双向开关由IGBT等半导体开关元件构成，因此使输出相彼此直接并联连接时，由于与各输出相对应的IGBT、即矩阵转换器装置4A侧的IGBT和4B侧的IGBT之间的饱和电压等的特性差，在流过各个IGBT的电流中会产生大的不平衡。
因此，将电抗器71～73、74～76与两个矩阵转换器装置的输入侧插入连接，在这些电抗器中产生不使IGBT特性差成为问题的电压下降。
另外，即使在矩阵转换器装置4A、4B的各输出电压值不同的情况下，也能将其电压差作为电抗器的电压下降而吸收，从而能够抑制输出侧短路电流的产生。例如，矩阵转换器装置4A(双向开关6接通)、4B(双向开关7接通)的各U相输出电压值不同时，电抗器71及75能够将其电压差作为电压下降而瞬间吸收。
又如，相对于从电抗器71向双向开关6、电动机5、双向开关7、电抗器75流动的输出电流，即使双向开关6或者7被切断，由于在所述输出电流中，存在从电抗器71向电容器81、电容器82及83、电抗器72及73流动的通路、和向电抗器74及76、电容器84及86、电容器85、电抗器85流动的通路，因此，伴随积蓄在电抗器中的电磁能的放电的浪涌电压的产生也被抑制。
现有的并联多路连接，通过插入输出侧的电抗器相互并联连接，但是，本发明着眼于根据经由双向开关直接输出交流电源电压的矩阵转换器装置的特征，可用输入侧电抗器代替输出侧电抗器，而直接将输入侧电抗器作为输出侧电抗器而代替。
由此，可以不要输出侧电抗器且可以和滤波器用输入电抗器共用化，从而能够实现整个装置的小型化。
其次，对相对于设置在输入侧的第一电抗器的电流平衡的有效性进行说明。图4是按照现有技术的并联多路矩阵转换器装置的简易等效电路。一般地，如IGBT这样的半导体开关元件，可认为是根据输入电流的大小而产生值变大的电压的电源。因此，在图4中作为产生与电流成比例的电压的电源将各IGBT标记为33A、33B。如果两个IGBT的特性不同，与产生电压的电流相对应的比例系数就不同，将该比例系数分别设定为α1、α2。在这种情况下，所述两个IGBT等效电源33A、33B并联连接，因而以下表达式(1)成立。
α1*I1＝α2*I2∴I1∶I2＝α2∶α1 ...(1)因而在已并联连接的各IGBT中，电流按与比例系数α1及α2相对应的比例流动，因此，如果想改善该平衡，就需要在输出侧设置电抗器等。
与此相对应，图5所示的是基于本发明的并联多路矩阵转换器装置的简易等效电路。在该电路中，电抗器22A、22B各自分别和两个IGBT 23A、23B串联连接，这两组IGBT、电抗器串联电路并联连接。由于电抗器中产生与流动的电流成比例的电压下降，因此，设交流电源2 1的角频率为ω时，下面的表达式(2)成立。
(α1+ωL)*I1＝(α2+ωL)*I2∴I1∶I2＝(α2+ωL)∶(α1+ωL) ...(2)从表达式(2)可看出，流过两个IGBT的电流的平衡成为比由IGBT的特性决定的比例系数α1、α2来确定的不平衡比率更小的不平衡比率，且与表达式(1)中的情况相比，电流的平衡被改善。另外，平衡比率也可以由电抗器的电感值L来调整。
因而，输出滤波器具有的电流平衡功能，将电抗器设置在输入侧同样能够实现。
在本实施例中将电抗器71～73、74～76设置在矩阵转换器装置4A、4B的外侧，但将电抗器71～73内置于矩阵转换器装置4A中、将电抗器74～76内置在矩阵转换器装置4B中时也可以实现同样的效果。
此外，图1所示的实施例为两台的并联多路矩阵转换器装置的构成例，但本发明不限于两台，三台以上的并联连接同样能够使用本发明。
另外，本实施例中的滤波器用电容器81～83及84～86与交流电源各相连接、且相互间是Y接线，但是，即使它们相互间是Δ接线也没关系。
实施例2图6是表示本发明的第二实施例的图。在图6中，除了追加插入作为与两台并联连接的矩阵转换器装置共同的滤波器用输入电抗器的第二电抗器47、48、49这一点外，与所述第一实施例相同。
其特征点在于共同的滤波器用输入电抗器即第二电抗器和电流平衡用的第一电抗器分离，由此，可以将作为滤波器用输入电抗器的电感值以及电流平衡用的电抗器值自由地设定为常数。
另外，在本实施例中，将电流平衡用的各电抗器设置在矩阵转换器装置的外侧，但将各电抗器内置于矩阵转换器装置中也能够起到同样的效果。
所述第一、第二实施例中表示了具有三相输出的矩阵转换器装置并联连接的构成，但本发明不限于此，具有1或2输出相的矩阵转换器装置并联连接同样也能够构成本发明，其主旨包括这种情况。
工业上利用的可能性。
本发明是有关可进行电源再生的矩阵转换器装置，涉及将小容量的这些多个矩阵转换器装置构成并联多路矩阵转换器装置，作为可进行电源再生的大功率装置而利用的技术领域，尤其是通过将各矩阵转换器装置的输出侧相互直接并联连接，而在输入侧按照各矩阵转换器装置插入连接电抗器，能够实现整个装置的低成本、小型化，且能够实现使用整个装置的电机装置的布局设计的简单化。产生了大容量的且可再生的并联多路矩阵转换器装置的特征的用途，例如可以适用于电梯、起重机用途等。
权利要求
1.一种并联多路矩阵转换器装置，其通过将至少两台以上矩阵转换器装置的输出相并联连接而构成，所述矩阵转换器装置将交流电源作为输入电源，用各双向开关连接输入电源的各输入相的每一个输入相和各输出相，对所述各双向开关进行PWM控制，自所述各输出相输出任意的直流电压或交流电压，所述并联多路矩阵转换器装置的特征在于所述输出相的并联连接是不经由电抗器的直接连接，且具备插入连接于所述并联连接的各矩阵转换器装置的输入电源的输入相与所述交流电源之间的各第一电抗器。
2.一种并联多路矩阵转换器装置，其通过将至少两台以上矩阵转换器装置的输出相并联连接而构成，所述矩阵转换器装置将交流电源作为输入电源，用各双向开关连接输入电源的各输入相的每一个输入相和各输出相，对所述各双向开关进行PWM控制，自所述各输出相输出任意的直流电压或交流电压，所述并联多路矩阵转换器装置的特征在于所述输出相的并联连接是不经由电抗器的直接连接，所述并联连接的各矩阵转换器装置具备插入连接于连接输入电源的输入相的每一个输入相和各输出相的各双向开关之间的第一电抗器。
3.如权利要求1所述的并联多路矩阵转换器装置，其特征在于在所述交流电源与所述各第一电抗器的共同连接点处，具备插入连接于所述共同连接点与所述交流电源之间的第二电抗器。
4.如权利要求2所述的并联多路矩阵转换器装置，其特征在于在所述交流电源与所述各矩阵转换器装置的输入相的共同连接点处，具备插入连接于所述共同连接点与所述交流电源之间的第二电抗器。
全文摘要
提供一种可实现整个装置的小型化的并联多路矩阵转换器装置。该并联多路矩阵转换器装置，由至少二台以上矩阵转换器装置并联连接而构成，所述矩阵转换器装置，对连接交流电源输入相和各输出相的各双向开关进行PWM控制，输出任意的直流电压或交流电压，其中，在矩阵转换器装置之间的输出侧的并联连接是不经由电抗器的直接连接，在输入侧，在并联连接的各矩阵转换器装置的每个交流电源输入相和交流电源之间都插入连接电抗器。
文档编号H02M5/27GK101027831SQ20058003268
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月27日 优先权日2004年9月29日
发明者上田洋三 申请人:株式会社安川电机