矩阵变换器的制造方法
【专利摘要】本实施方式的一个方式涉及的矩阵变换器包括配置在交流电源与交流负载之间的多个双向开关、以及控制多个双向开关的控制部。控制部根据来自交流电源的输入电流和/或输入电压的振荡分量，来修正输出电压指令。
【专利说明】矩阵变换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种矩阵变换器。
【背景技术】
[0002] 以往，作为电力转换装置，已知将交流电源的电力向任意的频率、电压的交流电直 接进行转换的矩阵变换器。
[0003] 这种矩阵变换器与将交流-直流电转换器和直流-交流电转换器组合的以往的交 流-交流电转换装置相比，不存在很大的能量缓冲器。
[0004] 因此，当在输入电压存在畸变的状态下使矩阵变换器动作时，输入电流或输出电 压产生畸变。作为解决与这种输入电压的畸变有关的问题的技术，已知通过进行使输入电 流畸变的控制来减小输出电压的畸变的技术（例如，参照专利文献1)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2005-269805号公报
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的问题
[0009] 上述专利文献1中记载的技术是将存在畸变的输出电压供应给电动机时在电动 机中产生涓流脉动并产生噪声作为技术问题，用于减小输出电压的畸变的技术。
[0010] 但是，作为矩阵变换器的使用用途，具有与在电动机中产生涓流脉动相比输入电 流存在畸变更成为问题的用途，在这种用途中，存在与减小输出电压的畸变相比减小输入 电流的畸变更加有效的情况。
[0011] 本发明的实施方式的一个方式是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供能够减小 由输入电压的畸变引起的输入电流的畸变的矩阵变换器。
[0012] 用于解决问题的手段
[0013] 实施方式的一个方式涉及的矩阵变换器包括：多个双向开关，其配置在交流电源 与交流负载之间；以及控制部，其控制所述多个双向开关，对来自所述交流电源的输入电力 直接进行电力转换并向所述交流负载输出。所述控制部具有输出电压指令生成部、修正部、 以及驱动部。所述输出电压指令生成部生成规定向所述交流负载输出的输出电压的输出电 压指令。所述修正部根据来自所述交流电源的输入电流和/或输入电压的振荡分量，来修 正所述输出电压指令。所述驱动部根据由所述修正部修正后的所述输出电压指令，来控制 所述多个双向开关。
[0014] 发明效果
[0015] 根据实施方式的一个方式，能够提供能够减小由输入电压的畸变引起的输入电流 的畸变的矩阵变换器。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是表示第一实施方式涉及的矩阵变换器的结构例的图。
[0017] 图2是表示图1所示的双向开关的一例的图。
[0018] 图3是表示第一实施方式涉及的矩阵变换器的控制部的结构例的图。
[0019] 图4是表示第二实施方式涉及的矩阵变换器的控制部的结构例的图。
[0020] 图5是表示第三实施方式涉及的矩阵变换器的控制部的结构例的图。
[0021] 图6是表示第四实施方式涉及的矩阵变换器的控制部的结构例的图。
[0022] 图7是表示第五实施方式涉及的矩阵变换器的控制部的结构例的图。
【具体实施方式】
[0023] 以下，参照附图对本申请公开的矩阵变换器的实施方式进行详细说明。此外，本发 明不限于以下所示的实施方式。
[0024](第一实施方式）
[0025] 图1是表示第一实施方式涉及的矩阵变换器的结构例的图。如图1所示，第一实 施方式涉及的矩阵变换器1包括输入端子Tr、Ts、Tt以及输出端子Tu、Tv、Tw。输入端子 Tr、Ts、Tt与三相交流电源2的各相连接，输出端子Tu、Tv、Tw与交流负载3的各相连接。
[0026] 矩阵变换器1将从三相交流电源2输入的交流电向规定的电压和频率的交流电直 接进行转换并向交流负载3输出。三相交流电源2例如是对电力系统的电压进行变压并进 行供给的电源设备或交流发电机，交流负载3例如是交流电动机等。此外，矩阵变换器1除 了能够进行从三相交流电源2向交流负载3的电力转换以外，还能够进行从交流负载3侧 向三相交流电源2侧的电力转换。
[0027] 如图1所示，矩阵变换器1包括电力转换部10、输入电压检测部11、输入滤波器 12、输入电流检测部13、输出电流检测部14、以及控制部20。
[0028] 电力转换部10包括分别将三相交流电源2的各相和交流负载3的各相进行连接 的多个双向开关SW1?SW9。双向开关SW1?SW3分别将三相交流电源2的R相、S相、T相 和交流负载3的U相进行连接。双向开关SW4?SW6分别将三相交流电源2的R相、S相、 T相和交流负载3的V相进行连接。双向开关SW7?SW9分别将三相交流电源2的R相、S 相、T相和交流负载3的W相进行连接。
[0029] 如图2所示，双向开关SW1?SW9例如能够由二极管D1、D2和单向的开关元件Q1、 Q2构成。图2是表示图1所示的双向开关SW1?SW9的一例的图。作为开关元件Ql、Q2， 例如，使用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管）等半导体 开关。
[0030] 通过向这种半导体开关的栅极输入信号使各半导体开关接通/断开，由此控制通 电方向。此外，双向开关SW1?SW9不限于图2所示的结构，例如，也可以是将单向的开关 元件相互反向地并联连接的结构。
[0031] 输入电压检测部11检测从三相交流电源2向矩阵变换器1输入的电压（以下，记 载为输入电压）。具体而言，输入电压检测部11检测三相交流电源2的各相电压的瞬时值 Vr、Vs、Vt (以下，记载为输入电压值Vr、Vs、Vt)。此外，输入电压检测部11不限于图1所 示的配置，也可以设为检测输入相中的两相量的线间电压的值并根据该线间电压的值计算 输入电压值Vr、Vs、Vt的结构，从而检测输入电压。
[0032] 输入滤波器12包括电抗部12a和电容部12b，除去由双向开关SW1?SW9的开关 引起的高次谐波。电抗部12a具有设置在三相交流电源2的R相、S相、T相的各相与电力 转换部10之间的三个电抗器。另外，电容部12b具有分别配置在R相与S相之间、S相与T 相之间、以及T相与R相之间的三个电容器。此外，在图1所示的例子中，电容部12b为三 角形接线结构，但是也可以是星形接线结构。即，电容部12b也可以是在R相、S相以及T相 与中性点之间分别连接电容器的结构。
[0033] 输入电流检测部13检测在输入滤波器12与电力转换部10之间流动的电流。具 体而言，输入电流检测部13检测在三相交流电源2的R相、S相、T相的各相与电力转换部 10之间流动的电流的瞬时值Ir、Is、It (以下，记载为输入电流值Ir、Is、It)。此外，输入 电流检测部13例如是利用作为电磁转换元件的霍尔元件来检测电流的电流传感器。
[0034] 输出电流检测部14检测在电力转换部10与交流负载3之间流动的电流。具体而 言，输出电流检测部14检测在电力转换部10与交流负载3的U相、V相、W相的各相之间流 动的电流的瞬時值Iu、Iv、Iw(以下，记载为输出电流值Iu、Iv、Iw)。此外，输出电流检测部 14例如是利用作为电磁转换元件的霍尔元件来检测电流的电流传感器。
[0035] 控制部20包括输出电压指令生成部31、修正部32、开关驱动部33、输入电压相位 检测部22。该控制部20根据输入电压检测部11、输入电流检测部13以及输出电流检测部 14各自的检测结果，生成驱动信号S1?S9,并控制电力转换部10的双向开关SW1?SW9。 驱动信号S1?S9例如是PWM信号。
[0036] 输出电压指令生成部31根据规定向交流负载3输出的电流的输出电流指令1'以 及由输出电流检测部14检测到的输出电流值Iu、Iv、Iw，生成规定向交流负载3输出的电 压的输出电压指令V%并向修正部32输出。
[0037] 修正部32根据由输入电流检测部13检测到的输入电流值Ir、Is、It，提取输入电 流的振荡分量之后，将该输入电流的振荡分量的值乘以规定的系数，由此计算出输出电力 修正值A P'修正部32通过将该输出电力修正值A P#除以输出电流指令1%计算出电压 修正值A V'然后，修正部32通过将从输出电压指令生成部31输出的输出电压指令V#与 电压修正值A V#相加，来求出输出电压指令VI'
[0038] 作为由修正部32得到的修正结果的输出电压指令Vf被向开关驱动部33输出。 输出电压指令Vf是输出电压指令V #与电压修正值A V#相加得到的指令，重叠与输入电压 的振荡分量相对应的电压得到的输出电压从电力转换部10输出。
[0039] 通过这种结构，本实施方式涉及的矩阵变换器1即使在输入电压存在畸变的情况 下，也能够减小输入电流的畸变。以下，对这种输入电流畸变的减小进一步进行说明。
[0040] 输入电压的畸变是由于在输入电压的基波分量上重叠振荡分量而产生的。作为这 种输入电压的畸变的原因，例如，可以考虑三相交流电源2的质量粗劣、或者由于电源阻抗 很大所产生的5次谐波或7次谐波的重叠等。
[0041] 即使在输入电压存在畸变的情况下，控制部20例如通过利用矢量控制，也能够将 输出电压和输出电流的波形维持在正弦波，在这种情况下，输出有效电力P。恒定。
[0042] 矩阵变换器1由于如图1所示、不具有电容器等很大的能量缓冲器，因此视作输入 输出的有效电力相等。并且，输入有效电力Pi、输出有效电力P。、输入无效电力Qi以及输出 无效电力Q。可由下式（1)表示。
[0043][数 1]
【权利要求】
1. 一种矩阵变换器，其特征在于，包括： 多个双向开关，其配置在交流电源与交流负载之间；以及 控制部，其控制所述多个双向开关，对来自所述交流电源的输入电力直接进行电力转 换并向所述交流负载输出， 所述控制部具有： 输出电压指令生成部，其生成规定向所述交流负载输出的输出电压的输出电压指令； 修正部，其根据来自所述交流电源的输入电流和/或输入电压的振荡分量，来修正所 述输出电压指令；以及 开关驱动部，其根据由所述修正部修正后的所述输出电压指令，来控制所述多个双向 开关。
2. 根据权利要求1所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述修正部包括： 第一运算器，其根据所述输入电流和/或输入电压的振荡分量，来计算输出电力修正 值； 第二运算器，其计算与所述输出电力修正值相对应的电压修正值；以及 加法器，其通过使由所述第二运算器生成的所述电压修正值与所述输出电压指令相 力口，来修正所述输出电压指令。
3. 根据权利要求2所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第二运算器通过将由所述第一运算器运算出的所述输出电力修正值除以规定向 所述交流负载输出的输出电流的输出电流指令，来计算所述电压修正值。
4. 根据权利要求3所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第一运算器对所述输入电流的振荡分量乘以规定的系数来计算所述输出电力修 正值。
5. 根据权利要求3所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第一运算器使所述输入电压的振荡分量的相位超前，并对该输入电压的振荡分量 乘以规定的系数来计算所述输出电力修正值。
6. 根据权利要求3所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第一运算器将所述输入电流的振荡分量与所述输入电压的振荡分量相乘，来计算 所述输出电力修正值。
7. 根据权利要求6所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第一运算器对所述输入电流的振荡分量和所述输入电压的振荡分量的相乘结果 乘以规定的系数，来计算所述输出电力修正值。
8. 根据权利要求4、5、7中任一项所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述第一运算器能够从外部设定所述规定的系数。
9. 根据权利要求4、5、7中任一项所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述矩阵变换器包括对所述规定的系数进行调整的调整部。
10. 根据权利要求1至7中任一项所述的矩阵变换器，其特征在于， 所述输出电压指令生成部将与所述输出电压的频率同步旋转的2轴正交坐标系的dq 轴上的q轴电压指令和d轴电压指令作为所述输出电压指令生成， 所述修正部根据来自所述交流电源的输入电流和/或输入电压的振荡分量，来修正所 述q轴电压指令或所述d轴电压指令。
【文档编号】H02M5/293GK104428986SQ201280074503
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2012年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】高濑善康, 原英则, 森本进也 申请人:株式会社安川电机