电力变换装置制造方法

电力变换装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够抑制基于再生电流的直流电压的增大的电力变换装置。逆变器(3)将在第1电源线(LH)与第2电源线(LL)之间施加的直流电压变换为交流电压，将交流电压施加给感应性负载(6)。电容器(C1)设于第1电源线和第2电源线之间。二极管(D1)与电容器(C1)串联连接在第1电源线(LH，LL)之间，其阳极在与电容器(C1)的串联路径中位于第1电源线(LH)一侧。开关元件(S1)与二极管(D1)并联连接。电流检测部(4)检测从第1电源线(LH)经由电容器(C1)流向第2电源线(LL)的再生电流。开关控制部(51)以在逆变器(3)对感应性负载(6)施加了交流电压的状态下再生电流大于规定值为契机，使开关元件(S1)导通。
【专利说明】电力变换装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及电力变换装置。

【背景技术】
[0002]在间接式矩阵变流器中，例如具有反相阻断性的电流型变流器和电压型逆变器通过直流回路相互连接。在这种间接式矩阵变流器中，在直流回路中设有钳位电路，用于使来自逆变器的再生电流流过。例如，钳位电路具有相互串联连接的电容器和二极管，并具有与DC直流缓冲器相同的结构。
[0003]另外，专利文献I公开了与本发明相关联的技术。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2011 — 15604号公报


【发明内容】

[0007]发明要解决的问题
[0008]但是，在再生电流流过时，钳位电路的电容器被充电，其两端电压增大。由于该两端电压增大，逆变器、变流器可能被施加过电压。
[0009]本发明的目的在于，提供能够抑制基于再生电流的直流电压的增大的电力变换装置。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]本发明的第一方式的电力变换装置具有:逆变器(3)，其将在正极侧的第I电源线(LH)与负极侧的第2电源线(LL)之间施加的直流电压变换为交流电压，将所述交流电压施加给感应性负载(6);电容器(Cl)，其设于所述第I电源线和所述第2电源线之间；二极管(Dl)，其与所述电容器串联连接在所述第I电源线和所述第2电源线之间，其阳极在与所述电容器的串联路径中位于所述第I电源线一侧；开关元件(SI)，其与所述二极管并联连接；电流检测部(4)，其检测从所述第I电源线经由所述电容器流向所述第2电源线以及逆变器(3)的再生电流；以及开关控制部(51)，其具有分别控制所述逆变器和所述开关元件的功能，以在所述逆变器对所述感应性负载施加了所述交流电压的状态下所述再生电流大于规定值(Irefl)为契机，使所述开关元件导通。
[0012]本发明的第二方式的电力变换装置是根据第一方式所述的电力变换装置，所述电流检测部⑷对于在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中流过的电流，将所述再生电流流过的方向检测为负，对检测出的所述电流加上具有正值的规定的偏置量(Λ I)，并输出给所述开关控制部，所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流小于所述规定的偏置量与所述规定值(Irefl)之差即第2规定值(Irefll)为契机，使所述开关元件导通。
[0013]本发明的第三方式的电力变换装置是根据第二方式所述的电力变换装置，所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流比大于所述规定的偏置量(ΛΙ)的第3规定值(Iref21)大为契机，使所述逆变器停止。
[0014]本发明的第四方式的电力变换装置是根据第一方式所述的电力变换装置，所述电流检测部⑷对于在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中流过的电流，将所述再生电流流过的方向检测为正，对检测出的所述电流加上具有正值的规定的偏置量(Λ I)，并输出给所述开关控制部，所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流大于所述规定的偏置量与所述规定值(Irefl)之和即第2规定值(Irefll)为契机，使所述开关元件导通。
[0015]本发明的第五方式的电力变换装置是根据第四方式所述的电力变换装置，所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流比小于所述规定的偏置量(Λ I)的第3规定值(Iref21)小为契机，使所述逆变器停止。
[0016]本发明的第六方式的电力变换装置是根据第二?第五方式中任意一个方式所述的电力变换装置，所述电流检测部(4)具有设置在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中的分流电阻器(41)，作为在所述第I电源线或者所述第2电源线中流过的电流，所述电流检测部(4)检测所述分流电阻器的相对于一端的电位的另一端的电位，并检测所述分流电阻器的相对于比所述一端的所述电位小的电位的所述另一端的所述电位，由此对所述电流加上所述规定的偏置量。
[0017]本发明的第七方式的电力变换装置是根据第一?第六方式中任意一个方式所述的电力变换装置，所述电力变换装置还具有:第2电容器(C2)，其在所述串联路径中与所述电容器及所述二极管串联连接;第2 二极管(D2)，其设于所述电容器和所述二极管之间的点与所述第2电源线之间，其阳极位于所述第2电源线一侧；以及第3 二极管(D3)，其设于所述第2电容器和所述二极管之间的点与所述第I电源线之间，其阴极位于所述第I电源线一侧，在所述交流电压的周期除以所述逆变器的输出相数与2之积而得到的期间中的所述再生电流的最大值小于所述规定值以下的第4规定值时，所述开关控制部(51)使所述开关元件不导通。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明的第一方式的电力变换装置，如果感应性负载的负载功率因数下降，则再生电流增大。通过以再生电流大于规定值为契机使开关元件导通，能够使电容器的两端电压由于该再生电流而增大的电容器的电荷，在以后力行电流(从第I电源线(LH)经由逆变器流向第2电源线(LL)的电流)流过时放电。因此，能够抑制负载功率因数较低时的电容器的两端电压的增大。
[0020]根据本发明的第二方式的电力变换装置，由于对电流加上偏置量，因而能够将其大小比偏置量小的再生电流检测为正值。因此，能够采用在正区域中处理电流的开关控制部。
[0021]根据本发明的第三方式的电力变换装置，能够检测再生电流和力行电流双方，并以力行电流较大为契机使逆变器停止。即，通过适当设定第3规定值，能够保护逆变器不受到过电流。
[0022]根据本发明的第四方式的电力变换装置，由于对电流加上偏置量，因而能够将其大小比偏置量小的力行电流检测为正值。因此，能够采用在正区域中处理电流的开关控制部。
[0023]根据本发明的第五方式的电力变换装置，能够检测再生电流和力行电流双方，并以力行电流较大为契机使逆变器停止。即，通过适当设定第3规定值，能够保护逆变器不受到过电流。
[0024]根据本发明的第六方式的电力变换装置，在根据力行电流和再生电流而产生的分流电阻器的电压中，成为高电位的分流电阻器的一端因力行电流和再生电流而不同。换言之，虽然相对于分流电阻器的一端的基准电位的另一端的电位的正负不同，但是由于使基准电位偏置，因而在开关控制部中能够将具有正值的电位作为基于再生电流和力行电流的电位。
[0025]根据本发明的第七方式的电力变换装置，在再生电流较小时，能够使电容器作为钳位电容器发挥作用。
[0026]本发明的目的、特征、方面和优点，根据以下的详细说明及附图将更加明确。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是示出电力变换装置的概念性结构的一例的图。
[0028]图2是示出相电压和线电流的一例的图。
[0029]图3是示出被检测出的电流和被偏置后的电流的图。
[0030]图4是示出被检测出的电流和被偏置后的电流的图。
[0031]图5是示出控制部的概念性结构的一例的图。
[0032]图6是示出被检测出的电压和被偏置后的电压的图。
[0033]图7是示出钳位电路的概念性一例的图。
[0034]图8是示出钳位电路的概念性一例的图。

【具体实施方式】
[0035]如图1所示，该电力变换装置具有钳位电路2和逆变器3。逆变器3在其输入侧与电源线LH、LL连接。在电源线LH、LL之间被施加直流电压。另外，在此施加给电源线LH的电位高于施加给电源线LL的电位。逆变器3将该直流电压变换为交流电压，将该交流电压施加给交流线Pu、Pv、Pw。
[0036]在图1的示例中，逆变器3例如是三相的逆变器，但不限于此，也可以是单相的逆变器，也可以是三相以上的逆变器。以下说明逆变器3是三相的逆变器的情况。逆变器3例如具有开关元件 Sul、Svl、Swl、Su2、Sv2、Sw2 和二极管 Dul、Dvl、Dwl、Du2、Dv2、Dw2。开关元件Syl、Sy2(y代表u、v、w)例如是绝缘栅双极晶体管等。开关元件Syl、Sy2相互串联连接在电源线LH、LL之间。交流线Py被从开关元件Syl、Sy2之间的点处引出。二极管Dyl、Dy2分别与开关元件Syl、Sy2并联连接，其阳极设于电源线LL 一侧。
[0037]这些开关元件Syl、Sy2由后述的控制部5适当控制。通过该控制，逆变器3能够将电源线LH、LL之间的直流电压变换为交流电压，并将该交流电压施加给交流线Pu、Pv, Pw。这种控制是公知的技术，因而省略详细说明，但对其一例进行概要说明。
[0038]使开关元件Syl、Sy2相互排斥地导通。因此,防止由于开关元件Syl、Sy2双方同时导通而产生的电源线LH、LL的短路。作为开关元件Syl、Sy2的开关模式，例如采用以下8种模式。在此，用“ I”表示开关元件Syl导通，用“O”表示开关元件Sy2导通，在按照每相将数字排列表示时，开关模式为(OOO)、(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)、(111)这8种。例如，开关元件Sul、Sv2、Sw2导通的开关模式是(100)。另外，将上述数字理解为二进制数，再将二进制数变换为十进制数，如此将在采用各种开关模式时施加给交流线Pu、Pv、Pw的电压的向量(以下称为电压向量)表示为电压向量VO?V7。例如，在采用开关模式(100)时的电压向量为电压向量V4。
[0039]通过适当切换这8种开关模式,逆变器3能够向交流线Pu、Pv、Pw输出交流电压。例如，参照图2，在电压相位例如为30度?90度的60度区间中，反复切换采用电压向量V5、V4和电压向量VO(或者V7，或者VO和V7，以下相同)。另外，在电压相位例如为90度?150度的60区间中，反复切换采用电压向量V4、V6和电压向量VO。
[0040]在图2的示例中，在每60度区间的边界处附加了电压向量的符号，由此表示在被夹在该边界之间的60度区间中采用这些电压向量。例如，在电压相位为210度?270度的60度区间中，采用电压向量V2、V3。另外，在所有的60度区间中能够采用电压向量VO，因而在图2中未图示。
[0041]另外，通过适当调整在各区域中采用的电压向量的占空比(规定的时间(例如载波周期)内的各电压向量的比率)，逆变器3能够适当输出近似正弦波的交流电压。在图2的示例中，作为一例用正弦波示出了施加给交流线Pu的相电压Vu的近似值。
[0042]另外，上述的控制仅是一例，也可以采用其它的控制。例如，也可以是，在电压相位为O度?60度的区间中仅采用电压向量V5，在后续的每个60度区间中依次采用电压向量V4、V6、V2、V3、V1。这是当相电压Vu采用矩形波时的控制，即在电压相位为O度?180度的区间中采用高电位，在180度?360度的区间中采用低电位。
[0043]再次参照图1，交流线Pu、Pv、Pw与感应性负载6连接。感应性负载6例如是电机，根据施加给交流线Pu、Pv> Pw的交流电压而旋转。
[0044]钳位电路2具有二极管Dl、电容器Cl和开关元件SI。电容器Cl设于电源线LH、LL之间。二极管Dl与电容器Cl串联连接在电源线LH、LL之间。二极管Dl的阳极在与电容器Cl的串联路径中设于电源线LH—侧。开关元件SI例如是绝缘栅双极晶体管等，与二极管Dl并联连接。开关元件SI也由后述的控制部5控制。
[0045]在开关元件SI不导通时，与开关元件SI并联连接的二极管Dl发挥作用。二极管Dl防止电容器Cl向电源线LH放电，因而电容器Cl的两端电压保持电源线LH、LL之间的直流电压的最大值。即，电容器Cl作为所谓钳位电容器发挥作用。并且，此时钳位电路2也能够作为所谓DC缓冲器发挥作用。
[0046]另一方面，在开关元件SI导通时，电容器Cl能够通过开关元件SI向电源线LH放电。即，电容器Cl能够作为所谓平滑电容器发挥作用。
[0047]在图1的示例中，作为在电源线LH、LL之间施加直流电压的结构是示出了变流器
I。变流器I将来自交流电源的交流电压变换为直流电压，将该直流电压施加给电源线LH、LL0在图1的示例中，变流器I例如是电流型变流器，例如具有二极管Drl、Dr2、Dsl、Ds2、Dtl、Dt2 和开关元件 Sr1、Sr2、Ssl、Ss2、Stl、St2。
[0048]开关元件Sxl、Sx2(以下，X代表r、s、t)例如是绝缘栅双极晶体管等。二极管Dxl和开关元件Sxl相互串联地连接在交流线Px和电源线LH之间。二极管Dxl的阴极配置在电源线LH—侧。S卩，二极管Drl、Dsl、Dtl分别防止电流从电源线LH通过开关元件Sr1、Ssl、Stl 流向交流线 Pr、Ps、Pt。
[0049]二极管Dx2和开关元件Sx2相互串联地连接在交流线Px和电源线LL之间。二极管Dx2的阳极配置在电源线LL 一侧。即，二极管Dr2、Ds2、Dt2分别防止电流从交流线Pr、Ps、Pt通过开关元件Sr2、Ss2、St2流向电源线LL。
[0050]这些开关元件Sxl、Sx2由控制部5控制,更具体地讲,例如根据施加给交流线Px的交流电压进行适当控制。由此，变流器I将施加给交流线Pr、Ps、Pt的交流电压变换为直流电压，并将该直流电压施加在电源线LH、LL之间。
[0051]另外，在图1的示例中设有开关元件Sxl、Sx2和二极管Dxl、Dx2，但不限于此。例如，也可以采用对反向电压的耐性良好的反向阻断型开关元件(例如RB-1GBT (反向阻断绝缘栅双极晶体管)等)，取代二极管Dxl和开关元件Sx2的一组、以及/或者二极管Dx2和开关元件Sx2的一组。
[0052]另外，在电力变换装置设有电流检测部4。电流检测部4检测从逆变器3经由电源线LH、二极管Dl (或者开关元件SI)及电容器Cl流向电源线LL的电流，即检测来自逆变器3的再生电流。
[0053]在图1的示例中，电流检测部4检测在钳位电路2和逆变器3之间流过电源线LL的电流。另外，电流检测部4也可以检测在钳位电路2和逆变器3之间流过电源线LH的电流。电流检测部4与从电源线LH经由逆变器3流向电源线LL的电流(以下也称为力行电流)进行区分来检测再生电流。关于电流检测部4的具体结构的一例在后面进行说明。
[0054]控制部5具有开关控制部51。开关控制部51具有控制逆变器3的功能。S卩，开关控制部51例如按照上面所述向开关元件Syl、Sy2输出用于控制逆变器3的开关信号Sy。
[0055]另外，开关控制部51具有控制开关元件SI的功能。S卩，开关控制部51向开关元件SI输出开关信号Sz。
[0056]在此，控制部5构成为包括微型计算机和存储装置。微型计算机执行在程序中记述的各处理步骤(换言之顺序)。所述存储装置例如能够由ROM(Read-Only-Memory:只读存储器)、RAM(Rand0m-ACCesS-Mem0ry:随机读取存储器)、可改写的非易失性存储器(EEPROM(Electrically-Erasable-Programmable-ROM)等)、硬盘装置等各种存储装置中的一个或者多个装置构成。该存储装置存储各种信息和数据等，并且存储由微型计算机执行的程序，还提供用于执行程序的作业区域。另外，微型计算机也能够理解为作为与在程序中记述的各处理步骤对应的各种单元发挥作用，或者也能够理解为实现对应各处理步骤的各种功能。并且，控制部5不限于此，也可以用硬件实现分别由控制部5执行的各种步骤或者要实现的各种单元或者各种功能的一部分或者全部。
[0057]开关控制部51以在输出开关信号Sy并向逆变器3输出交流电压的状态下、由电流检测部4检测出的再生电流大于规定值Irefl为契机，使开关元件SI导通。
[0058]在说明基于这种开关元件SI的控制的效果时，首先叙述流向电源线LH、LL的电流与感应性负载6侧的功率因数(以下称为负载功率因数)的关系。为了说明这种关系，也一并说明在交流线Pu、Pv, Pw流过的线电流iu、iv、iw和在电源线LH、LL流过的电流的关系。以下，将从逆变器3流向感应性负载6的线电流的方向定义为正向。
[0059]如图2的中央的曲线所示，对相电压Vu和线电流iu的相位彼此相等、即负载功率因数为I的情况进行说明。根据图2可知，在电压相位为30度?150度的120度区间Hl中适当米用电压向量V4。在米用电压向量V4时,开关兀件Sul导通。另一方面，由于相电压Vu和线电流iu的相位彼此相等，因而在该120度区间Hl中线电流iu为正。因此，当在该120度区间Hl中采用电压向量V4时，线电流iu从电源线LH经由开关元件Sul沿正向在交流线Pu中流过(也参照图1)。即，线电流iu作为力行电流而流过。
[0060]然后，如图2的下侧的曲线所示，对相电压Vu和线电流iu的相位差超过30度、SP
负载功率因数低于#/2的情况进行说明。此时在120度区间Hl中的第一个区间Hul中，
线电流iu为负。另一方面，在采用电压向量V4时，开关元件Su2不导通。因此，当在该区间Hul中采用电压向量V4时，线电流iu从交流线Pu经由二极管Dul流向电源线LH(也参照图1)。并且，在采用电压向量V4时，开关元件Svl、Swl不导通，因而经由二极管Dul的电流不在感应性负载6侧流过而流向钳位电路2。S卩，再生电流流过。
[0061]另外，在适当采用电压向量V6的电压相位为90度?150度的120度区间中的第一个区间Hwl中，线电流iw为正。在采用电压向量V6时,开关元件Swl不导通，因而当在区间Hwl中采用电压向量V6时，线电流iw从电源线LL通过二极管Dw2沿正向在交流线Pw中流过(也参照图1)。由于在采用电压向量V6时开关元件Su2、Sy2不导通，因而经由这些开关元件的电流不会通过电源线LL流向二极管Dw2，而经由钳位电路2的电流通过电源线LL流过二极管Dw2。S卩，再生电流流过。
[0062]在其它的区间Hu2、HyU Hy2、Hw2中，同样在采用规定的电压向量时，再生电流流过。
[0063]这样每当再生电流流过时，再生电流在电容器Cl中流过，电容器Cl被充电。由此，电容器Cl的两端电压增大。而且，在本实施方式中，开关控制部51以由电流检测部4检测出的再生电流大于规定值Irefl为契机，使开关元件SI导通。因此，即使是由于再生电流流过而使得电容器Cl被充电时，也能够在以后力行电流流过的期间中使电容器Cl放电。因此，能够抑制随着负载功率因数下降而形成的电容器Cl的两端电压的增大。
[0064]另外，在上述的示例中说明了随着负载功率因数下降而形成的再生电流，但是与流过再生电流的原因无关。因为在本实施方式中，无论是由于什么原因而流过再生电流时，都能够抑制因该再生电流而形成的直流电压的增大。
[0065]<电流检测部4>
[0066]电流检测部4根据在电源线LH、LL中流过的电流Il的方向检测该电流。更具体地讲，如图3示例的那样，电流检测部4将再生电流检测为负值，将力行电流检测为正值。因此，在再生电流越大时，电流Il取越小的值。并且，电流检测部4对检测出的电流Il加上具有正值的偏置量Λ I。偏置量Λ I是大于规定值Irefl的值。在图3的示例中，示出了对电流Il加上偏置量Λ I得到的值作为电流12。因此，再生电流在电流12中被检测为比偏置量Λ I小的值。电流检测部4向开关控制部51输出该电流12。
[0067]开关控制部51以来自电流检测部4的电流12比规定值Irefll小为契机，使开关元件SI导通。另外，规定值Iref 11是偏置量Λ I与规定值Iref I之差。因此，电流12比规定值Irefll小意味着再生电流大于规定值Irefl。
[0068]如上所述由于对电流Il加上偏置量Λ I，因而能够将其大小比偏置量Λ I小的再生电流检测为正值。因此，开关控制部51能够采用在正区域中处理电流的方式。换言之，开关控制部51能够根据正的电流12与正的规定值Irefll的比较，执行再生电流与规定值Irefl的比较。关于这种电流检测部4和开关控制部51的具体例在后面进行叙述。
[0069]另外，也可以是，开关控制部51以电流12大于规定值Iref21为契机，使逆变器3停止。规定值Iref21大于偏置量Λ I。因此，以力行电流大于规定的规定值Iref2 (=规定值Iref21-偏置量Λ I)为契机，逆变器3被停止。因此，通过将规定值Iref21 (规定值Iref2)设定为合适的值，能够防止过电流在逆变器3流过。
[0070]如上所述，能够在正的区域中实现用于检测逆变器3的过电流的、力行电流和规定值Iref2的比较，以及用于检测再生电流的增大的、再生电流和规定值Irefl的比较这两种比较处理。因此，开关控制部51能够采用在正区域中处理电流的方式。
[0071]另外，也可以是，开关控制部51对变流器I以及/或者逆变器3进行基于由电流检测部4检测出的力行电流的任意控制。例如，也可以根据力行电流检测在感应性负载6流过的线电流，并根据该线电流控制变流器I以及/或者逆变器3，使得效率达到最大。另夕卜，也可以是，以力行电流超过规定值为契机，对变流器I以及/或者逆变器3进行降低感应性负载6的负载的控制(垂下控制,例如降低旋转速度的控制)，或者也可以使感应性负载6停止(停止控制)。这些控制都是公知的技术，因而省略详细说明。
[0072]另外，不一定需要将再生电流检测为负值，也可以按照图4示例的那样检测为正值。在这种情况下，电流检测部4可以对电流Il加上规定的偏置量Λ I O规定值Iref2)来计算电流12，开关控制部51在电流12大于规定值IreflU =Δ I+Irefl)时使开关元件SI导通。另外，开关控制部51也可以在电流12小于规定值Iref21 ( =Δ I_Iref2)时使逆变器3停止。
[0073]<电流检测部4的具体一例>
[0074]如图1、图5示例的那样，电流检测部4具有分流电阻器41和电压检测部42。分流电阻器41设于钳位电路2和逆变器3之间的例如电源线LL中。另外，分流电阻器41也可以设于钳位电路2和逆变器3之间的电源线LH。以下，对分流电阻器41设于电源线LL的情况进行说明。理想地讲，分流电阻器41的两端电压与在分流电阻器41流过的电流Il成比例。因此，电压检测部42检测分流电阻器41的两端电压Vll来取代电流II。在此，作为一例，检测分流电阻器41的、相对于逆变器3侧的一端的电位的另一端的电位，作为两端电压。因此，如图6所示，在再生电流流过时，分流电阻器41的两端电压Vll取正值，在力行电流流过时两端电压Vll取负值。
[0075]图5示出了电压检测部42的内部结构的概念性结构的一例。另外，分流电阻器41的一端412是在逆变器3侧的一端，分流电阻器41的另一端411是在钳位电路2侧的一端。
[0076]分流电阻器41的两端电压Vll的高次谐波成分如图5示例的那样，例如通过低通滤波器421被去除。在图5的示例中，低通滤波器421具有电阻器Rll?R14和电容器Cll0电阻器R11、R12相互串联连接，电阻器R13、R14相互串联连接。电容器Cll设于电阻器R11、R12之间的连接点和电阻器R13、R14之间的连接点之间。电阻器Rll的电阻器R12相反侧的一端与分流电阻器41的另一端411连接，电阻器R13的电阻器R14相反侧的一端与分流电阻器41的一端412连接。电阻器R12的电阻器Rll相反侧的一端Pl和电阻器R14的电阻器R13相反侧的一端P2之间的电压V12成为低通滤波器421的输出电压。另夕卜，低通滤波器421不是必须的要素。
[0077]来自低通滤波器421的电压V12通过偏置放大部422被偏置并放大，并且作为电压V13输出给开关控制部51。但是，不一定需要放大，总之只要对电压V12加上具有正值的规定的偏置量Λ V即可。因此，如图6所示，即使是基于力行电流的两端电压Vll取负值时，在其绝对值小于偏置量Λ V的情况下，从偏置放大部422输出的电压V13也取正值。因此，在开关控制部51中，无论是再生电流流过时还是力行电流流过时，都能够在正区域中处理体现了其电流值的电压V13。下面，详细说明偏置放大部422的具体例。
[0078]在图5的示例中，偏置放大部422具有运算放大器OPl、电阻器R21?R24和电容器C21?C24。运算放大器OPl被输入直流电源Ε22而进行动作。直流电源Ε22与电容器C23、C24并联连接，例如对直流电源Ε22的直流电压进行平滑处理(使稳定)。成为偏置放大部422的输出端的一端P1、P2分别与运算放大器OPl的反转输入端子及非反转输入端子连接。电阻器R23和电容器C21相互并联连接，该并联连接体的一端与非反转输入端子连接。电阻器R21、R22相互串联连接在直流电源E22与大地之间，它们的连接点与由电阻器R23和电容器C21构成的并联连接体的另一端连接。另外，电阻器R22相对于电阻器R21被配置在接地侧。电阻器R24设于运算放大器OPl的输出端子和反转输入端子之间，电容器C22与电阻器R24并联连接。偏置放大部422输出运算放大器OPl的输出端子和接地之间的电压V13。
[0079]这样输入偏置放大部422的电压V12被乘以根据电阻器R24的阻值和电阻器R23的阻值等决定的增益，进而被偏置了在电阻器R22产生的电压的量，然后作为电压V13输出给开关控制部51。
[0080]另外，偏置放大部422的偏置动作也可以按照下面所述来实现。即，偏置放大部422也可以检测分流电阻器41的相对于比一端412的电位低的基准电位(例如接地)的另一端411的电位，作为电压V13进行输出。此时，基准电位与一端412的电位之差例如可以按照下面说明的那样进行设定。即，例如在流过最大的力行电流时，电压Vll (另一端411与一端412的电位差)具有负值且最小。因此，将基准电位与一端412的电位之差设定为比最小的电压Vll的绝对值大。由此，即使是流过最大的力行电流时，也能够输出正值作为电压V13。
[0081]另外，在图5的示例中，在再生电流流过时，分流电阻器41的两端电压Vll取正值，在力行电流流过时，两端电压Vll取负值。因此，在流过最大的力行电流时，电压Vll具有负值且最小。另一方面，也可以这样构成电压检测部42，即在力行电流流过时，分流电阻器41的电压Vll取正值，在再生电流流过时，电压Vll取负值。这可以通过与再生电流为正时相反地将分流电阻器41的一端412连接变流器I来实现。此时，在流过最大的再生电流时，电压Vll具有负值且最小。因此，将基准电位与一端412的电位之差设定为比最小的电压Vll的绝对值大。由此，即使是流过最大的再生电流时，也能够输出正值作为电压V13。
[0082]开关控制部51具有比较部511和开关信号输出部512、513。比较部511被输入电压V13，将电压V13和规定值Vrefl O偏置量Λ V)进行比较，在电压V13大于规定值Vrefl时，将该情况输出给开关信号输出部512。另外，电压V13大于规定值Vrefl意味着再生电流大于规定值Vrefl。并且，比较部511将电压￥13和规定值￥^€2(〈偏置量厶￥)进行比较，在电压V13小于规定值Vref2时，将该情况输出给开关信号输出部513。另外，电压V13小于规定值Vref2意味着力行电流大于规定值Vref2。
[0083]在图5的示例中，比较部511具有比较器0P2、0P3、电阻器R31?R34、和电容器C31?C33。比较器0P2被输入电压Vl3和规定值VrefI，并将它们进行比较。规定值Vrefl是由电阻器R31、R32和电容器C31生成的。电阻器R31、R32相互串联连接在直流电源E31和大地之间。电阻器R32相对于电阻器R31配置在大地侧。电容器C31与电阻器R32并联连接。电容器C31对在电阻器R32产生的电压进行平滑处理(使稳定)。比较器0P2被输入电阻器R31、R32的连接点，在电阻器R32产生的电压作为规定值Vrefl被输入。在电压V13大于规定值Vrefl时，比较器0P2将该情况通知开关信号输出部512。
[0084]比较器0P3被输入电压V13和规定值Vref2，并将它们进行比较。规定值Vref2是由电阻器R33、R34和电容器C33生成的。电阻器R33、R34相互串联连接在直流电源E33和大地之间。电阻器R34相对于电阻器R33配置在大地侧。电容器C33与电阻器R34并联连接。电容器C33对在电阻器R34产生的电压进行平滑处理(使稳定)。比较器0P3被输入电阻器R33、R34的连接点，在电阻器R34产生的电压作为规定值Vref2被输入。在电压V13小于规定值Vref2时，比较器0P3将该情况通知开关信号输出部512。
[0085]另外，在图5中，比较器0P2、0P3构成为一个集成电路，该集成电路与直流电源E32连接。电容器C32与直流电源E32并联连接，例如对直流电源E32的直流电压进行平滑处理(使稳定)。
[0086]开关信号输出部512在从比较器0P2接收到电压V13大于规定值Vref I的通知时，输出用于使开关元件SI导通的开关信号Sz。开关信号输出部513在从比较器0P3接收到电压V13小于规定值Vref2的通知时，停止开关信号Sy的输出，以使得逆变器3停止。
[0087]另外，直流电源E21、E22、E31?E33彼此可以是共同的电源，也可以是不同的电源。
[0088]另外，在图5的示例中，检测分流电阻器41的、相对于逆变器3侧的一端412的另一端411的电位，作为两端电压VII，但不限于此，也可以与此相反。这与参照图4说明的情况相同，因而省略重复说明。
[0089]〈钳位电路〉
[0090]如图7示例的那样，与图1的钳位电路2相比，钳位电路2还可以具有电容器C2和二极管D2、D3。二极管Dl和电容器Cl、C2相互串联连接在电源线LH、LL之间。在该串联路径中，二极管Dl的阳极位于电源线LH—侧，且设于电容器Cl、C2之间。并且，在该串联路径中，电容器Cl相对于二极管Dl设于电源线LH —侧。二极管D2设于电容器Cl和二极管Dl之间的连接点与电源线LL之间。二极管D2的阳极位于电源线LL 一侧。二极管D3设于电容器C2和二极管Dl之间的连接点与电源线LH之间。二极管D3的阴极位于电源线LH 一侧。
[0091]根据该钳位电路，在开关元件SI不导通时，电容器Cl、C2以相互串联连接的状态被充电，并以相互并联连接的状态被放电。根据该钳位电路2，例如能够如在专利文献I记载的那样，根据感应性负载6的负载功率因数对电容器C1、C2进行充电及放电。但是，即使是图7的钳位电路2，如果负载功率因数下降，则直流电压增大。因此，即使是在图7的钳位电路2中，如果以再生电流大于规定值Irefl为契机使开关元件SI导通，在力行电流流过时能够将电容器Cl、C2放电，因而能够抑制直流电压的增大。
[0092]在图8的示例中，与图7的钳位电路2相比，还具有电阻器Rl和开关元件S2。电阻器Rl在电容器C1、C2与二极管Dl的串联路径中，与二极管Dl串联连接在电容器C1、C2之间。并且，二极管Dl和电阻器Rl的串联体被夹在二极管D2、D3之间。开关元件S2例如是绝缘栅双极晶体管，并与电阻器Rl并联连接。开关元件S2也由开关控制部51控制。
[0093]电阻器Rl位于电容器Cl、C2的充电路径中，即位于上述串联路径中，因而例如在起动时能够降低流向电容器Cl、C2的突入电流。并且，在施加给交流线Pr、Ps、Pt的交流电压例如瞬时下降、以后交流电压恢复时，突入电流也能够流向电容器Cl、C2，但是电阻器Rl也能够降低该突入电流。另一方面，在再生电流流向电容器C1、C2的情况下，电源线LH、LL之间的直流电压增大了在电阻器Rl的压降的量。因此，也可以是，以再生电流大于规定值Irefl为契机，使开关元件S2导通。由此，避免再生电流在电阻器Rl流过，因而能够避免因电阻器Rl的压降而产生的直流电压的增大。因此，在使开关元件S1、S2双方导通时，能够抑制直流电压的增大。并且，通过将电阻器Rl短路，使电流不流过电阻器R1，因而能够抑制电阻器Rl的发热，将电阻器Rl的功率容量抑制在最小限度。
[0094]另外，在图8的示例中还设有与电阻器Rl并联连接的二极管D11。二极管Dll的阳极在电容器C1、C2的充电路径中设于电源线LL 一侧。这是因为假定了开关元件S2使电流不在二极管Dll的顺方向流过的情况。即，为了使电容器Cl、C2作为平滑电容器发挥作用，需要对电容器C1、C2进行双向的充电及放电。这样，在图8的示例中，由于开关元件S2只能单向导通，因而通过二极管Dll也能够进行反向导通。因此，例如如果开关元件S2是双向开关，则不需要二极管D11。
[0095]另外，也可以在感应性负载6的通常运转中使开关元件S2不导通。如在专利文献I记载的那样，例如随着交流线Pr、Ps、Pt的交流电压的变动，有时通过变流器I对电源线LH、LL施加比较高的直流电压。因为在这种情况下，在电容器C1、C2流过较大的电流，有可能因过电流而停止，但是电阻器Rl能够降低这种电流。
[0096]<开关元件SI不导通>
[0097]在图7、图8示例的电力变换装置中，开关元件SI不导通时的电容器Cl、C2的两端电压如在专利文献I记载的那样，例如是根据负载功率因数决定的。这通过根据负载功率因数对电容器C1、C2进行充电及放电，使在负载功率因数越小时，电容器C1、C2的两端电压越闻。
[0098]另一方面，负载功率因数越小时，再生电流的最大值越大。这可以根据以下参照图2进行的说明得到理解。即，负载功率因数越小时，相电压与线电流之间的相位差越大。因此，负载功率因数越小时，期间HuU Hu2、HvU Hv2、HwU Hw2越大。例如，如果期间Hul增大，则线电流iu的绝对值增大。在期间Hul中，线电流iu作为再生电流而流过，因而线电流iu的绝对值和再生电流的最大值彼此相等。因此，负载功率因数越小时，再生电流的最大值越大。
[0099]如上所述，根据负载功率因数决定电容器Cl、C2的两端电压和再生电流的最大值。
[0100]因此，也可以是，在电容器Cl、C2的两端电压未超过规定的基准值时，开关控制部51使开关元件SI不导通。即，也可以是，在规定期间中的再生电流的最大值小于规定值Iref3(=规定值Irefl，也参照图3、图4)时，使开关元件SI不导通。作为规定期间，例如在逆变器3输出三相交流电压时可以采用三相交流电压的1/6周期以上的期间。因为如参照图2说明的那样，在1/6周期(60度区间)中出现再生电流流过的期间(期间Hul等)，在该期间中取再生电流的最大值。
[0101]另外，在进一步将规定期间一般化时，在输出n(n为2以上的整数)相交流电压的情况下，也可以采用l/(2n)周期以上的期间作为规定期间。并且，不限于相数，也可以检测交流电压的半个周期中的再生电流的最大值。因为在感应性负载6的通常运转中，虽然力行电流流过的期间和再生电流流过的期间是交替出现的，但是交流电压的半个周期包括再生电流流过的期间。
[0102]如上所述，在规定期间中的再生电流的最大值小于规定值Iref 3 (=规定值Irefl)时，使开关元件SI不导通。因此，此时能够使电容器C1、C2作为非线性钳位电容器发挥作用。并且，即使是此时，也能够将电容器Cl、C2的两端电压设为规定的基准值以下。而且，此时能够使该电力变换装置(变流器I和逆变器3)作为所谓间接式矩阵变流器发挥作用。另外，虽然在图1中省略了图示，但是在该间接式矩阵变流器中，在变流器I的输入侧设有LC滤波器。在该间接式矩阵变流器中，通过适当控制变流器I和逆变器3，能够降低输入LC滤波器的电流的高次谐波成分。并且，此时也能够避免开关元件SI的导通损失。
[0103]另外，无论什么原因都可以流过再生电流。总之，在交流电压的l/(2n)周期以上的期间中的再生电流的最大值小于规定值Iref3时，可以使开关元件SI不导通。
[0104]另外，也可以采用比规定值Irefl小的值作为规定值Iref3。因此，即使是再生电流的最大值在刚刚低于规定值Iref3后又超过规定值Iref3时，也能够使开关元件SI不导通，除非再生电流超过规定值Irefl。因此，能够降低开关元件SI的开关次数。由此，也能够降低开关元件SI的开关损失。并且，也可以在从再生电流的最大值低于规定值Iref3的时刻起经过了规定的时间后，使开关元件SI不导通。这也是考虑到了开关元件SI由于再生电流的最大值在刚刚低于规定值Iref3后又超过规定值Iref3而再次导通的情况的控制。即，降低开关元件SI的开关次数，避免不必要的控制。
[0105]以上详细说明了本发明，但上述的说明仅是所有方面中的示例，本发明不限于此。可以理解到，在不脱离本发明的范围的情况下能够想出未示例的无数个变形例。
[0106]标号说明
[0107]3逆变器；4电流检测部；41分流电阻器；51开关控制部；C1电容器；D1 二极管；S1开关元件。
【权利要求】
1.一种电力变换装置，该电力变换装置具有: 逆变器(3)，其将在正极侧的第I电源线(LH)与负极侧的第2电源线(LL)之间施加的直流电压变换为交流电压，将所述交流电压施加给感应性负载(6)； 电容器(Cl)，其设于所述第I电源线和所述第2电源线之间； 二极管(Dl)，其与所述电容器串联连接在所述第I电源线和所述第2电源线之间，其阳极在与所述电容器的串联路径中位于所述第I电源线一侧； 开关元件(SI)，其与所述二极管并联连接； 电流检测部(4)，其检测从所述第I电源线经由所述电容器流向所述第2电源线的再生电流；以及 开关控制部(51)，其具有分别控制所述逆变器和所述开关元件的功能，以在所述逆变器对所述感应性负载施加了所述交流电压的状态下所述再生电流大于规定值(Irefl)为契机，使所述开关元件导通。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中， 所述电流检测部(4)对于在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中流过的电流，将所述再生电流流过的方向检测为负，对检测出的所述电流加上具有正值的规定的偏置量(Λ I)，并输出给所述开关控制部， 所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流小于所述规定的偏置量与所述规定值(Irefl)之差即第2规定值(Irefll)为契机，使所述开关元件导通。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中， 所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流比大于所述规定的偏置量(Δ I)的第3规定值(Iref21)大为契机，使所述逆变器停止。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中， 所述电流检测部(4)对于在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中流过的电流，将所述再生电流流过的方向检测为正，对检测出的所述电流加上具有正值的规定的偏置量(Λ I)，并输出给所述开关控制部， 所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流大于所述规定的偏置量与所述规定值(Irefl)之和即第2规定值(Irefll)为契机，使所述开关元件导通。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其中， 所述开关控制部(51)以来自所述电流检测部的所述电流比小于所述规定的偏置量(Δ I)的第3规定值(Iref21)小为契机，使所述逆变器停止。
6.根据权利要求2?5中任意一项所述的电力变换装置，其中， 所述电流检测部(4)具有设置在所述第I电源线(LH)或者所述第2电源线(LL)中的分流电阻器(41)，作为在所述第I电源线或者所述第2电源线中流过的电流，所述电流检测部(4)检测所述分流电阻器的相对于一端的电位的另一端的电位，并检测所述分流电阻器的相对于比所述一端的所述电位小的电位的所述另一端的所述电位，由此对所述电流加上所述规定的偏置量。
7.根据权利要求1?5中任意一项所述的电力变换装置，其中， 所述电力变换装置还具有: 第2电容器(C2)，其在所述串联路径中与所述电容器及所述二极管串联连接； 第2 二极管(D2)，其设于所述电容器和所述二极管之间的点与所述第2电源线之间，其阳极位于所述第2电源线一侧；以及 第3 二极管(D3)，其设于所述第2电容器和所述二极管之间的点与所述第I电源线之间，其阴极位于所述第I电源线一侧， 在所述交流电压的周期除以所述逆变器的输出相数与2之积而得到的期间以上的期间中的所述再生电流的最大值小于所述规定值以下的第4规定值时，所述开关控制部(51)使所述开关元件不导通。
8.根据权利要求6所述的电力变换装置，其中， 所述电力变换装置还具有: 第2电容器(C2)，其在所述串联路径中与所述电容器及所述二极管串联连接； 第2 二极管(D2)，其设于所述电容器和所述二极管之间的点与所述第2电源线之间，其阳极位于所述第2电源线一侧；以及 第3 二极管(D3)，其设于所述第2电容器和所述二极管之间的点与所述第I电源线之间，其阴极位于所述第I电源线一侧， 在所述交流电压的周期除以所述逆变器的输出相数与2之积而得到的期间以上的期间中的所述再生电流的最大值小于所述规定值以下的第4规定值时，所述开关控制部(51)使所述开关元件不导通。
【文档编号】H02M5/458GK104137407SQ201380011509
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年3月2日
【发明者】石关晋一, 石井英宏, 儿山卓嗣 申请人:大金工业株式会社