矩阵变换器、矩阵变换器的控制装置及矩阵变换器的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及矩阵变换器、矩阵变换器的控制装置及矩阵变换器的控制方法。
【背景技术】
[0002] 矩阵变换器具有连接交流电源和负载的多个双向开关，通过控制运些双向开关直 接切换交流电源的各相电压，从而向负载输出任意的电压、频率。
[0003] 该矩阵变换器通过按照规定的顺序对构成双向开关的开关元件独立进行接通、断 开控制，来进行切换负载的相和交流电源的相的连接状态的换流控制。由此，例如防止交流 电源的相间短路、输出相的开路等。
[0004] 作为用于换流控制的换流法，提出有W四步电压换流法、四步电流换流法为首的 各种换流法，进而，还提出由将多个换流法组合并根据交流电源的相电压、负载的相电流的 状态来切换用于换流控制的换流法的方法（例如，参考专利文献1)。
[O(K)日]现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2010 - 246174号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的问题
[0009] 然而，由于例如换流法的组合方式、换流法的切换条件的不同，电力转换的精度存 在下降的风险。
[0010] 本发明的实施方式的一个方案就是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供能够提 高电力转换精度的矩阵变换器、矩阵变换器的控制装置及矩阵变换器的控制方法。
[0011] 用于解决问题的技术方案
[0012] 本发明的实施方式的一个方式所设及的矩阵变换器具备电力转换部、选择部、W 及换流控制部。所述电力转换部具有多个双向开关，并在交流电源的各相和负载的各相之 间设有所述多个双向开关。所述选择部基于所述交流电源的相电压的状态和所述负载的相 电流的状态中的至少任一者，从多种换流模式之中选择一个换流模式。所述换流控制部利 用由所述选择部选择出的换流模式控制所述双向开关来进行切换所述交流电源和所述负 载的连接状态的换流控制。基于由所述选择部进行的换流模式的选择比例对所述多种换流 模式的特性值加权得到的值的合计值为成为比较对象的一个换流模式的特性值W下。 阳〇1引发明效果
[0014]根据本发明的实施方式的一个方式，可W提供能够提高电力转换的精度的矩阵变 换器、矩阵变换器的控制装置及矩阵变换器的控制方法。
【附图说明】
[0015] 图I是表示实施方式所设及的矩阵变换器的结构例的图。 阳016] 图2是表示双向开关的结构例的图。
[0017] 图3是表不向各输出相输出的输入相电压的切换的一例的图。
[0018] 图4是表示多个双向开关的单向开关和口信号的对应关系的图。
[0019] 图5A是表示在四步电流换流法中输出相电流为正时的、输出相电压及口信号的 关系的图。
[0020] 图5B是表示在四步电流换流法中输出相电流为负时的、输出相电压及口信号的 关系的图。
[0021] 图6是表示图5A所示的四步电流换流法中的单向开关的状态的图。
[0022] 图7是表示四步电压换流法中的输出相电压、n信号、W及与换流动作的各步骤 之间的关系的图。
[0023] 图8是表示图7所示的四步电压换流法中的单向开关的状态的图。
[0024] 图9A是表示S步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0025] 图9B是表示S步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。 阳0%] 图IOA是表示S步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0027] 图IOB是表示S步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0028] 图IlA是表示模拟S步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0029] 图IlB是表示模拟S步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0030] 图12A是表示S步电压电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0031] 图12B是表示S步电压电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0032] 图13A是表示二步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0033] 图13B是表示二步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0034] 图14是表示第一二步电压换流法中的输出相电压、n信号、化及与换流动作的各 步骤之间的关系的图。
[0035] 图15A是表示第二二步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0036] 图15B是表示第二二步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0037] 图16A是表示第S二步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0038] 图16B是表示第S二步电压换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0039] 图17A是表不一步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。 W40] 图17B是表示一步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0041] 图18A是表不模拟一步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0042] 图18B是表示模拟一步电流换流法中的输出相电压及口信号的关系的图。
[0043] 图19是用于说明换流换流模式的组合的一例的图。
[0044] 图20是表示各换流法中的、相对于输出相电流的依赖度和相对于输入相电压的 依赖度的关系的图。
[0045] 图21是表不各换流法的换流完成时间的关系的图。
[0046] 图22是表示由所选择的换流法的组合进行换流控制时和由四步电流换流法进行 换流控制时各自的仿真结果的图。
[0047] 图23是表示控制部的结构例的图。 引图24是表示输出相电流和规定范围的关系的图。
[0049] 图25是表示输入相电压和规定范围的关系的图。
[0050] 图26是表示控制部的控制处理的流程的一例的流程图。
[(K)川附图标记的说明
[0052] 1 矩阵变换器 阳05引 2 S相交流电源
[0054] 3 负载 阳〇5引 10电力转换部
[0056] 11 LC 滤波器
[0057] 12输入电压检测部 阳05引 13输出电流检测部
[0059] 20控制部
[0060] 30电压指令运算部 W61] 31 PWM占空比运算部 W62] 32换流部 W63] 33切换部 W64] 34确定部 W65] 41电压判定部
[0066] 42电流判定部 W67] 43换流控制部 W側 44选择部
[0069] 51第一换流控制部
[0070] 52第二换流控制部 阳071] 53第S换流控制部
[0072] 54第四换流控制部
【具体实施方式】
[0073] W下，参考附图对本申请公开的矩阵变换器、矩阵变换器的控制装置W及矩阵变 换器的控制方法的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限于W下所示的实施方式。
[0074] [1.矩阵变换器的结构]
[00巧]图1是表示实施方式设及的矩阵变换器的结构例的图。如图1所示，实施方式设 及的矩阵变换器1设置于=相交流电源2( W下，仅记为交流电源2)和负载3之间。交流 电源2例如是电力系统。另外，负载3例如是交流电动机或交流发电机。W下，将交流电源 2的R相、S相和T相记载为输入相，将负载3的U相、V相和W相记载为输出相。 W76] 矩阵变换器1具备：输入端子Tr、Ts、Tt ;输出端子化、Tv、tw ;电力转换部10 ;LC 滤波器11 ;输入电压检测部12 ;输出电流检测部13 ; W及控制部20。矩阵变换器1将从交 流电源2经由输入端子Tr、Ts、Tt供给的S相交流电压转换成任意的电压和频率的S相交 流电压并从输出端子化、Tv、tw向负载3输出。此外，输入电压检测12也可W检测电力转 换部10和LC滤波器11之间的电压。
[0077] 电力转换部10具备连接交流电源2的各相和负载3的各相的多个双向开关Sru、 Ssu、S1：U、Srv、Ssv、Stv、Srw、Ssw、Stw( W下，有时统称作双向开关巧。 阳07引双向开关Sru、Ssu、S化分别连接交流电源2的R相、S相、T相和负载3的U相。 双向开关Srv、Ssv、Stv分别连接交流电源2的R相、S相、T相和负载3的V相。双向开关 Srw、Ssw、Stw分别连接交流电源2的R相、S相、T相和负载3的W相。 阳079] 图2是表示双向开关S的结构例的图。如图2所示，双向开关S具有将单向开关 Sio和二极管Dio串联连接的电路、W及将单向开关Soi和二极管Doi串联连接的电路，运 些串联连接电路反向并联连接。
[0080] 此外，双向开关S只要是具有多个单向开关而能够控制导通方向的结构即可，不 限于图2所示的结构。例如，在图2所示的例子中，二极管Dio、Doi的阴极彼此连接，但双 向开关S也可W是二极管Dio、Doi的阴极彼此不连接的结构。
[0081] 另夕b 单向开关 Sio、Soi 例如是 MOS阳T (Metal - Oxide - Semiconductor Field -Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT (Insulated Gate Bipolar化ansistor:绝缘栅双极型晶体管）等半导体开关元件。另外，单向开关Sio、Soi 例如也可W是GaN的阳T、SiC的MOS阳T等宽带隙的半导体开关元件。
[0082] 返回到图1，继续矩阵变换器1的说明。LC滤波器11设置于交流电源2的R相、 S相及T相与电力转换部10之间。该LC滤波器11包括S个电抗器Lr、Ls、Lt和S个电容 器化S、Cst、Ctr,去除由双向开关S的开关引起的高频成分。 阳08引输入电压检测部12检测交流电源2的R相、S相、T