再生转换器的制作方法

本发明涉及一种再生转换器，该再生转换器对从电源供给的电力进行变换而向负载输出，并且对从负载供给的电力进行变换而向电源输出。

背景技术：

再生转换器是配置在交流电源和进行交流电动机的可变速控制的逆变器之间，将交流电动机的减速时产生的感应电动势再生至交流电源的电力变换器。专利文献1所示的现有的电力变换器同时具有再生转换器的功能和逆变器的功能，能够用作逆变器单体或者再生转换器单体，因此使用方便，另外，能够实现生产率的提高。

专利文献1：日本特开平7-194144号公报

技术实现要素：

再生转换器被划分为2种，一种是如下的转换器，即，从交流电源供给至交流电动机的动力运行电流和从交流电动机再生至交流电源的再生电流这两种电流流过再生转换器的构成要素即主电路的电力变换部，另一种是仅再生电流流过电力变换部的转换器。下面，为了简化说明，将前者的转换器称作全再生转换器，将后者称作部分再生转换器。在全再生转换器中，动力运行电流流过电力变换部，与其相对，在部分再生转换器中，设置有防动力运行电流用二极管，以使得动力运行电流不流过电力变换部。因此，全再生转换器和部分再生转换器不能共用。关于部分再生转换器，在再生电力小于动力运行电力的用途时，能够根据再生电力而选定再生转换器的容量，降低转换器成本。专利文献1所示的现有技术同时具有再生转换器的功能和逆变器的功能，但并未同时具有全再生转换器的功能和部分再生转换 器的功能，即使在再生电力小的用途时也需要能够应对动力运行电力的全再生转换器，因此存在下述课题，即，不能应对实现再生转换器的成本的进一步降低这一需求。

本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的在于得到一种能够实现成本的进一步降低的再生转换器。

为了解决上述课题，实现目的，本发明的特征在于，具有：交流端子，其与电力变换部的交流侧连接；第1端子，其与所述电力变换部的直流侧的一端连接；第2端子，其经由防逆流元件而与所述电力变换部的直流侧的一端连接；以及第3端子，其与所述电力变换部的直流侧的另一端连接。

发明的效果

本发明所涉及的再生转换器具有能够实现成本的进一步降低的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的再生转换器的结构图。

图2是与本发明的实施方式1所涉及的再生转换器连接的逆变器的结构图。

图3是表示在将本发明的实施方式1所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和逆变器的连接例的图。

图4是表示在将本发明的实施方式1所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和逆变器的连接例的图。

图5是本发明的实施方式2所涉及的再生转换器的结构图。

图6是与本发明的实施方式2所涉及的再生转换器连接的逆变器的结构图。

图7是表示在将图6所示的逆变器与图1所示的再生转换器连接时流动的电流的路径的图。

图8是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和图2所示的逆变器的连接例的 图。

图9是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和图6所示的逆变器的连接例的图。

图10是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和图2所示的逆变器的连接例的图。

图11是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和图6所示的逆变器的连接例的图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的再生转换器进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的再生转换器的结构图，图2是与本发明的实施方式1所涉及的再生转换器连接的逆变器的结构图。图1所示的再生转换器100具有：电力变换部12，其与交流端子11连接，由多个开关元件构成；直流端子16；防浪涌电流电路13；防动力运行电流用二极管14；以及主电路电容器15。在下面的说明中，将电力变换部12的交流端子11侧设为“电力变换部12的交流侧”，将电力变换部12的直流端子16侧设为“电力变换部12的直流侧”。

直流端子16由下述端子构成，即：第1端子P1，其经由防浪涌电流电路13而与电力变换部12的直流侧的一端即正极母线P连接，并且与图2所示的逆变器200的构成直流端子24的正极端子P连接；第2端子P2，其经由防动力运行电流用二极管14和防浪涌电流电路13而与电力变换部12的直流侧的正极母线P连接，并且与图2所示的逆变器200的构成直流端子24的正极端子P连接；以及第3端子N，其与电力变换部12的直流侧的另一端即负极母线Q连 接，并且与图2所示的逆变器200的构成直流端子24的负极端子N连接。防浪涌电流电路13的一端与电力变换部12的直流侧的正极母线P连接，另一端与防动力运行电流用二极管14和第1端子P1的连接点连接。防动力运行电流用二极管14是防止从电力变换部12向第2端子P2侧流动的电流、即动力运行电流的防逆流元件的一个例子，在图示例中，阳极与第2端子P2连接，阴极与防浪涌电流电路13连接。主电路电容器15的一端与防浪涌电流电路13、防动力运行电流用二极管14和第1端子P1这三者的连接点连接，另一端与电力变换部12的直流侧的负极母线Q和第3端子N的连接点连接。此外，第1端子P1、第2端子P2、第3端子N、防动力运行电流用二极管14和防浪涌电流电路13的配置关系并不限定于图示例，也可以构成为，将防动力运行电流用二极管14、防浪涌电流电路13与电力变换部12的直流侧的负极母线Q侧连接，并且使防动力运行电流用二极管14的朝向反转。

电力变换部12由下述部件构成，即：由开关元件12a和开关元件12d构成的串联电路；由开关元件12b和开关元件12e构成的串联电路；由开关元件12c和开关元件12f构成的串联电路；与开关元件12a并联连接的防逆流元件12a1；与开关元件12b并联连接的防逆流元件12b1；与开关元件12c并联连接的防逆流元件12c1；与开关元件12d并联连接的防逆流元件12d1；与开关元件12e并联连接的防逆流元件12e1；以及与开关元件12f并联连接的防逆流元件12f1。开关元件12c和开关元件12f的连接点与交流端子11的R相端子连接，开关元件12b和开关元件12e的连接点与交流端子11的S相端子连接，开关元件12a和开关元件12d的连接点与交流端子11的T相端子连接。多个开关元件12a、12b、12c、12d、12e、12f各自可以使用诸如功率晶体管、功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)这类的半导体元件，也可以使用诸如氮化镓或碳化硅这类的宽带隙半导体。通常，宽带隙半导体与硅半导体相比耐电压以及耐热性高，因此容许电流密度也高。因而，能够将电力变换部12小型化，能够实 现再生转换器100的进一步小型化。另外，通过再生转换器100的小型化，能够实现与再生转换器100的制造相关的部件的体积小型化。

图2所示的逆变器200具有：整流电路22，其由多个整流二极管构成，与交流端子21连接；电力变换部26，其由多个开关元件构成，将从整流电路22输出的直流电力或者来自图1所示的再生转换器100的直流电力变换为交流电力，并且将从交流端子27输入的交流电力变换为直流电力；防浪涌电流电路23，其与整流电路22和电力变换部26之间的正极母线P连接；直流端子24；以及电容器25，其一端与防浪涌电流电路23和电力变换部26之间的正极母线P连接，另一端与整流电路22和电力变换部26之间的负极母线Q连接。构成直流端子24的正极端子P与防浪涌电流电路23和电力变换部26之间的正极母线P连接，构成直流端子24的负极端子N与整流电路22和电力变换部26之间的负极母线Q连接。

图3是表示在将本发明的实施方式1所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和逆变器的连接例的图。在将再生转换器100作为全再生转换器使用的情况下，在再生转换器100的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100的第1端子P1连接逆变器200的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100的第3端子N连接逆变器200的构成直流端子24的负极端子N。在逆变器200处，在构成交流端子27的U相端子、V相端子以及W相端子连接交流电动机3。交流电动机3可以是感应电动机，也可以是同步电动机。

下面，说明图3所示的再生转换器100和逆变器200的动作。首先说明交流电动机3的动力运行时的动作，然后说明交流电动机3的再生时的动作。在交流电动机3的动力运行时，构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子16以及直流端子24而被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，在电力变换部26中，直流电力被变 换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

图4是表示在将本发明的实施方式1所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和逆变器的连接例的图。在将再生转换器100作为部分再生转换器使用的情况下，在再生转换器100的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100的第2端子P2连接逆变器200的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100的第3端子N连接逆变器200的构成直流端子24的负极端子N。在逆变器200处，在交流端子21连接交流电源1，在构成交流端子27的U相端子、V相端子以及W相端子连接交流电动机3。

下面，说明图4所示的再生转换器100和逆变器200的动作。首先说明交流电动机3的动力运行时的动作，然后说明交流电动机3的再生时的动作。在交流电动机3的动力运行时，通过构成整流电路22的多个整流二极管，从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，在电力变换部26中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。此时，通过二极管14，使电力不流过转换器12。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力 经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

如以上说明所示，通过将逆变器200的直流端子24与第2端子P2以及第3端子N连接，从而实施方式1所涉及的再生转换器100作为部分再生转换器起作用，通过将逆变器200的直流端子24与第1端子P1以及第3端子N连接，从而再生转换器100作为全再生转换器起作用。如前所述在全再生转换器中，动力运行电流流过电力变换部，与此相对在部分再生转换器中，需要构成为动力运行电流不流过电力变换部。因此，在现有技术中，全再生转换器和部分再生转换器不能共用，但实施方式1所涉及的再生转换器100具有由第1端子P1、第2端子P2以及第3端子N构成的直流端子16，通过对直流端子16的连接进行切换，由此能够应对部分再生转换器和全再生转换器的任意者。

此外，部分再生转换器在由交流电动机驱动的负载是诸如带式输送机以及泵这类机械损耗大的负载的情况下适用。另一方面，全再生转换器在由交流电动机驱动的负载是诸如汽车以及列车这类机械损耗小的负载的情况下适用。具体而言，对于机械损耗大的负载，再生电力的大部分以机械损耗的方式损失掉，因此被供给至再生转换器的再生电力比使用机械损耗小的负载的情况小。对于图4所示的再生转换器100和逆变器200的组合，能够使逆变器200负担动力运行电力，因此逆变器200的动力运行容量与再生转换器100的再生容量之间的关系为动力运行容量》再生容量。因此，对于图4所示的再生转换器100和逆变器200的组合，能够将再生时的逆变器容量和动力运行时的转换器容量之间的关系设为逆变器容量》转换器容量。因此，与全再生转换器相比，能够小型且廉价地构成部分再生转换器。

实施方式2.

图5是本发明的实施方式2所涉及的再生转换器的结构图。在实施方式2中，对与实施方式1相同的部分标注相同标号，省略其说明， 仅对不同的部分进行说明。图5所示的再生转换器100A与图1所示的再生转换器100相同地，具有电力变换部12、防浪涌电流电路13、防动力运行电流用二极管14、主电路电容器15以及直流端子16。与图1所示的再生转换器100的区别点在于，防浪涌电流电路13的位置和主电路电容器15的位置。在图5所示的再生转换器100A中，防浪涌电流电路13的一端与电力变换部12的直流侧的正极母线P和防动力运行电流用二极管14的连接点连接，另一端与第1端子P1和主电路电容器15的连接点连接。另外，主电路电容器15的一端与防浪涌电流电路13和第1端子P1的连接点连接，另一端与电力变换部12的直流侧的负极母线Q和第3端子N的连接点连接。

图6是与本发明的实施方式2所涉及的再生转换器连接的逆变器的结构图，图7是表示在将图6所示的逆变器与图1所示的再生转换器连接时所流动的电流的路径的图。图6所示的逆变器200A与图2所示的逆变器200相同地，具有整流电路22、电力变换部26、防浪涌电流电路23、直流端子24以及电容器25。与图2所示的逆变器200的区别点在于直流端子24的连接位置。在图6所示的逆变器200A中，构成直流端子24的正极端子P与防浪涌电流电路23和整流电路22之间的正极母线P连接。

图7中示出了在图6所示的逆变器200A连接有图1的再生转换器100的例子。图7所示的再生转换器100和逆变器200A的组合是将再生转换器100作为部分再生转换器使用的情况下的连接结构。根据图7的连接例，逆变器200A的构成直流端子24的正极端子P与再生转换器100的构成直流端子16的第2端子P2连接，逆变器200A的构成直流端子24的负极端子N与再生转换器100的构成直流端子16的第3端子N连接。在图7的连接结构中，在接通电源时，成为连接了交流端子21、整流电路22、直流端子24、防动力运行电流用二极管14以及主电路电容器15的状态，电流在由实线的箭头示出的路径流动。即，电流是在不经由防浪涌电流电路的状态下流动的，因此，主电路电容器15与交流电源1直接连结，流过短路电流。在图5所示的再生转换器100A中，防浪涌电流电路13连接于电力变换部 12的直流侧的正极母线P和防动力运行电流用二极管14的连接点、与第1端子P1和主电路电容器15的连接点之间。因此，在图5所示的再生转换器100A中，不论在与图2所示的逆变器200和图6所示的逆变器200A的哪个相连接的情况下，都能够防止短路电流。下面，使用图8至图11进行具体说明。

图8是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和图2所示的逆变器的连接例的图。在将再生转换器100A作为全再生转换器使用的情况下，在再生转换器100A的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100A的第1端子P1连接逆变器200的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100A的第3端子N连接逆变器200的构成直流端子24的负极端子N。在逆变器200处，在构成交流端子27的U相端子、V相端子以及W相端子连接交流电动机3。

下面，说明图8所示的再生转换器100A和逆变器200的动作。首先说明交流电动机3的动力运行时的动作，然后说明交流电动机3的再生时的动作。在交流电动机3的动力运行时，构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子16以及直流端子24而被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部26中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

图9是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为全再生转换器使用时的再生转换器和图6所示的逆变器的连接例的图。在将再生转换器100A作为全再生转换器使用的情况下，在再生转换器100A的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100A的第1端子P1连接逆变器200A的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100A的第3端子N连接逆变器200A的构成直流端子24的负极端子N。

下面，说明图9所示的再生转换器100A和逆变器200A的动作。在交流电动机3的动力运行时，构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子16以及直流端子24而被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部26中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此，从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

图10是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和图2所示的逆变器的连接例的图。在将再生转换器100A作为部分再生转换器使用的情况下，在再生转换器100A的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100A的第2端子P2连接逆变器200的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100A的第3端子N连接逆变器200的构成直流端子24的负极端子N。在逆变器200处，在交流端子21 连接交流电源1，在构成交流端子27的U相端子、V相端子以及W相端子连接交流电动机3。

下面，说明图10所示的再生转换器100A和逆变器200的动作。在交流电动机3的动力运行时，通过构成整流电路22的多个整流二极管，从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部26中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

图11是表示在将本发明的实施方式2所涉及的再生转换器作为部分再生转换器使用时的再生转换器和图6所示的逆变器的连接例的图。在将再生转换器100A作为部分再生转换器使用的情况下，在再生转换器100A的交流端子11经由电抗器2而连接交流电源1，在再生转换器100A的第2端子P2连接逆变器200A的构成直流端子24的正极端子P，在再生转换器100A的第3端子N连接逆变器200A的构成直流端子24的负极端子N。在逆变器200A处，在交流端子21连接交流电源1，在构成交流端子27的U相端子、V相端子以及W相端子连接交流电动机3。

下面，说明图11所示的再生转换器100A和逆变器200A的动作。在交流电动机3的动力运行时，通过构成整流电路22的多个整流二极管，从交流电源1供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力被供给至电力变换部26。构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力 变换部26中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子27而被供给至交流电动机3，交流电动机3接受交流电力的供给而进行驱动。在交流电动机3的再生时，构成电力变换部26的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此从交流电动机3供给的交流电力被变换为直流电力，变换得到的直流电力经由直流端子24以及直流端子16而被供给至电力变换部12。构成电力变换部12的多个开关元件按照从未图示的控制电路输出的通断信号而动作，由此在电力变换部12中，直流电力被变换为交流电力，交流电力经由交流端子11以及电抗器2而被再生至交流电源1。

如以上说明所示，实施方式1、2所涉及的再生转换器100、100A具有：交流端子，其与电力变换部的交流侧连接；第1端子，其与所述电力变换部的直流侧的一端连接；第2端子，其经由防逆流元件而与所述电力变换部的直流侧的一端连接；以及第3端子，其与所述电力变换部的直流侧的另一端连接。根据该结构，通过对由第1端子P1、第2端子P2以及第3端子N构成的直流端子的连接进行切换，由此，再生转换器100、100A能够发挥全再生转换器的功能和部分再生转换器的功能，无需分别制作具有各个功能的再生转换器，能够实现成本的进一步降低。

另外，实施方式2所涉及的再生转换器100A的第2端子、第3端子与逆变器200A的直流端子连接，该逆变器200A具有：整流电路；电力变换部，其将来自整流电路的直流电力变换为交流电力；防浪涌电流电路，其配置于该电力变换部和所述整流电路之间；以及所述直流端子，其配置于所述防浪涌电流电路和所述整流电路之间。根据该结构，即使在如图11所示那样将逆变器200A与再生转换器100A连接的情况下，通过再生转换器100A内的防浪涌电流电路13也会将电源接通时的短路电流切断。其结果，实施方式2所涉及的再生转换器100A能够在实施方式1的效果的基础上，实现品质的提高。

在以上的实施方式中示出的结构表示的是本发明的内容的一个例子，还能够与其他公知的技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，还能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1交流电源，2电抗器，3交流电动机，11交流端子，12电力变换部，12a、12b、12c、12d、12e、12f开关元件，12a1、12b1、12c1、12d1、12e1、12f1防逆流元件，13防浪涌电流电路，14防动力运行电流用二极管，15主电路电容器，16直流端子，21交流端子，22整流电路，23防浪涌电流电路，24直流端子，25电容器，26电力变换部，27交流端子，100、100A再生转换器，200、200A逆变器。