专利名称：多相电流供给电路、驱动装置、压缩机及空气调和机的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变器技术。
技术背景
图14是表示以往的多相电流供给电路的结构的电路图。电源系统1具有交流电源13，向二极管桥2提供交流电压Vin。但是，寄生于电源系统1中的电感被表示为与交流电源13串联连接的电感器12。
二极管桥2对交流电压Vin进行全波整流。在二极管桥2和逆变器4之间设置中间电路3，二极管桥2的输出提供给中间电路3。中间电路3具有电容器31，二极管桥2的输出提供给电容器31的两端。电容器31的电容值C被设定得较小，例如20yF。电容器 31通过减小该电容值C，可以做到小型化。
在电容器31的两端得到的整流电压Vd。输入逆变器4。在逆变器4中，根据从控制电路6得到的开闭信号TU、TV、TW，进行该开关元件即晶体管的开闭。由此，向电机5提供三相电流iu、iv、iwo
控制电路6被提供了交流电压Vin的相位θ i、整流电压vd。、电流iu、iv、iw和电机 5的转子的旋转位置角θω。这些参数可以使用公知技术检测。并且，控制电路6根据这些参数生成开闭信号TU、TV、TW。
使电容器31的电容值C明显减小，根据上述参数适当控制开闭信号TU、TV、TW来进行AC-AC转换的技术已被公知。此处把这种开闭控制称为无电容器式逆变器控制。无电容器式逆变器控制与将中间电路3替换为平滑电路301、302(分别如图15、图16所示)的普通电路相比，可以使包括电容器和逆变器的电路整体小型化，并且实现成本降低。虽然在平滑电路301中采用了平滑用大容量电容器CC和功率因数改善用电抗器LL，但根据无电容器式逆变器控制，即使不使用这种功率因数改善用电抗器LL，也能够抑制电源侧的功率因数降低。并且，在平滑电路302中还设置二极管DD和开关元件即晶体管QQ以构成斩波器 (Chopper)电路，但根据无电容器式逆变器控制，即使不使用斩波器电路也能够抑制电源高次谐波。
无电容器式逆变器控制例如在非专利文献1中有所公开。在非专利文献1中，将以单相交流电源的几乎2倍的频率进行较大脉动的整流电压施加给逆变器。但是，通过适当控制该逆变器的开闭，输出三相交流电流。在非专利文献1中，关于单相无电容器式逆变器控制，公开如下，只要电容器的两端电压的最大值大于等于最小值的2倍，则功率因数就是大于等于97%的良好的值。
并且，作为本发明的相关内容列举了专利文献1。
专利文献1 日本特开2004489985号公报
非专利文献1 高橋勲「高入力力率O夕· ^才一卜·'整流回路全持。PM —夕乃4 >八一夕制御法」，平成12年電気学会全国大会4-149 (平成12年3月)，第1591頁
如上所述，可以假设在采用无电容器式逆变器控制的多相电流供给电路的电源系统1中叠加了雷涌。因此，期望对电源系统1采取避雷措施。
图17是表示在图14所示的多相电流供给电路中，避雷器7设在电源系统1和二极管桥2之间的结构的电路图。二极管桥2通过避雷器7接受交流电压Vin。此处，避雷器 7发挥抑制叠加在交流电压Vin上的雷涌电压的波高值控制单元的作用。
分析电源系统1叠加了雷涌时逆变器4受到的损伤。图18是表示交流电压Vin的波形101和整流电压Vde的波形110的曲线图。此处，仿真交流电源13产生频率为50Hz、 有效值为270V的正弦波状电压，在其峰值附近产生了宽度为50 μ s的数千伏雷涌的情况。 另外，寄生的电感器12的电感Ltl实际上由于各个地区的配电情况(电力线的长度、变压器的泄露电感的不同)，有可能存在偏差，但此处采用230 μ H进行了仿真。并且，电容器31的电容值C采用20 μ F。而且，假设交流电压Vin通过避雷器7被箝位于800V的情况。
整流电压Vde的波形110在将要叠加雷涌之前与交流电压Vin的波形101几乎一致，但在叠加后上升得超过250V，波高值超过600V。然后，电流流向逆变器4，整流电压Vdc 的波形110降低并再次与交流电压Vin的波形101 —致。以后，整流电压Vde不会降低到交流电压Vin左右，而采取几乎恒定的最小值。无电容器式逆变器进行在运转时使整流电压vd。 的(不考虑雷涌)最大值大于等于最小值的2倍的控制，结果，实现高功率因数运转。
另外，在逆变器4的待机动作中施加了雷涌时，电流不会从电容器31流向逆变器 4，所以在叠加雷涌后依旧保持超过600V的波高值。
在逆变器4中使用的晶体管多数选择耐压在600V左右的部件，以便于小型化。因此，如图18所示，在交流电压Vin叠加了雷涌时，即使通过避雷器7使其值变小，逆变器4产生较大损伤的可能性仍然较大。
但是，这种现象在电容器31的电容值C较大的情况下，不会给逆变器4带来较大损伤。图19是表示交流电压Vin的波形101和整流电压vd。的波形111的曲线图。但是，在图19的曲线图中，与图18的曲线图不同，表示电容器31的电容值C采用900 μ F时的仿真结果。该情况时，即使交流电压Vin上升到800V，整流电压Vde也只能上升到四百几十伏左右。另外，由于电容值C非常大，所以整流电压vd。在产生雷涌时的附近之外几乎保持交流电压Vin的波高值。
这被认为电容值C越小，因雷涌而经由二极管桥2流向电容器31的充电电流i。越使电容器31产生更高的电压。换言之，为了进行具有上述优点的无电容器式逆变器控制， 要求抑制因雷涌造成的电容器31的电压上升。发明内容
本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种在叠加了雷涌时也会使中间电路中的电容器的电容明显减小，并且能够进行无电容器式逆变器控制的技术。
本发明的多相电流供给电路的第一方式，该电路包括波高值抑制单元(7)，其连接输出交流电压的交流电源(13)，用于抑制叠加在所述交流电压上的雷涌电压；二极管组O)，其通过所述波高值抑制单元从所述交流电源输入所述交流电压(Vin)，进行所述交流电压的全波整流；接受所述二极管组的输出的电容器(31)；与所述电容器并联连接的第1旁路(3 ；以及逆变器G)，其接受所述电容器的两端电压(vd。)，输出多相交流电流(iu，iv， iw)。所述电容器的两端电压的脉动最大值是其最小值的2倍以上，所述第1旁路具有电阻性元件(Rs)和电容性元件(Cs)的串联连接。
本发明的多相电流供给电路的第二方式，是在第一方式中，所述第1旁路(33)还具有与所述电阻性元件(Rs)和所述电容性元件(Cs)串联连接的二极管(Ds)。从所述二极管的阳极朝向阴极的方向与从所述电容器的高电位侧朝向低电位侧的方向一致。
本发明的多相电流供给电路的第三方式，是在第一或第二方式的任一方式中，该电路还具有与所述电容器(31)并联连接的第2旁路(34)。所述第2旁路在所述两端电压 (vdc)超过第1规定值时导通，低于在所述第1规定值以下的第2规定值时不导通。
本发明的多相电流供给电路的第四方式，是在第三方式中，所述第2旁路(34)具有相互串联连接的电阻(Rb)和开关(Q)。在所述两端电压(vd。)超过所述第1规定值时，所述开关导通，在所述两端电压(vd。)低于所述第2规定值时，所述开关截止。
本发明的多相电流供给电路的第五方式，是在第一 第四方式的任一方式中，该电路还具有相对于所述电容器(31)和所述第1旁路(33、34)的并联连接而串联连接的电感器(32、8)。
本发明的多相电流供给电路的第六方式，该电路包括波高值抑制单元(7)，其连接输出交流电压的交流电源(13)，用于抑制叠加在所述交流电压上的雷涌电压；二极管组 O)，其通过所述波高值抑制单元从所述交流电源输入所述交流电压(Vin)，进行所述交流电压的全波整流；接受所述二极管组的输出的电容器(31)；与所述电容器并联连接的第1旁路(3 ；以及逆变器G)，其接受所述电容器的两端电压(vd。)，输出多相交流电流(iu，iv， iw)。所述电容器的两端电压的脉动最大值是其最小值的2倍以上，所述第1旁路具有二极管(Ds)和电容性元件(Cs)的串联连接，从所述二极管的阳极朝向阴极的方向与从所述电容器的高电位侧朝向低电位侧的方向一致。
本发明的多相电流供给电路的第七方式，是在第六方式中，该电路还具有与所述电容器(31)并联连接的第2旁路(34)。所述第2旁路在所述两端电压(Vdc)超过第1规定值时导通，低于在所述第1规定值以下的第2规定值时不导通。
本发明的多相电流供给电路的第八方式，是在第六方式中，所述第2旁路(34)具有相互串联连接的电阻(Rb)和开关(Q)。在所述两端电压(vd。)超过所述第1规定值时，所述开关导通，在所述两端电压(vd。)低于所述第2规定值时，所述开关截止。
本发明的多相电流供给电路的第九方式，是在第六 第八方式的任一方式中，该电路还具有相对于所述电容器(31)和所述第1旁路(33、34)的并联连接而串联连接的电感器(32、8)。
根据本发明的多相电流供给电路的第一方式 第九方式，即使在叠加了雷涌的情况下，也能够明显减小电容器的电容，进行无电容器式逆变器控制。
特别是在第二方式和第六方式中，可以通过二极管降低正常动作时的电力消耗。
特别是根据本发明的多相电流供给电路的第三方式和第七方式，能够进行两端电压不超过第1规定值的控制。
特别是根据本发明的多相电流供给电路的第四方式和第八方式，在两端电压超过第1规定值时，电阻相对于电容器并联连接，所以能够降低对电容器的充电速度，抑制两端电压的上升。
本发明可以实现一种驱动装置，该驱动装置包括本发明的多相电流供给电路的第一方式 第九方式中任一方式所述的多相电流供给电路；以及被提供了所述多相的交流电流(iu、iv、iw)的电机⑶。
通过设置上述驱动装置，还可以实现由其驱动的压缩机。
通过设置上述压缩机，还可以实现采用由其压缩的制冷剂进行制冷或制热的空气调和机。
本发明的目的、特征、方面和优点，根据以下具体说明及附图将更加明确。
图1是表示本发明的第1实施方式涉及的驱动装置的电路图。
图2是表示控制电路6的具体结构的方框图。
图3是同时表示避雷器7的结构及电源系统1和二极管桥2的电路图。
图4是表示本发明的第1实施方式的动作的曲线图。
图5是表示本发明的第1实施方式的第1变形涉及的驱动装置的中间电路3aa的结构的电路图。
图6是表示本发明的第1实施方式的第2变形涉及的驱动装置的电路图。
图7是表示在本发明的第2实施方式中采用的中间电路北的结构的电路图。
图8是表示本发明的第2实施方式的动作的曲线图。
图9是表示本发明的第2实施方式的第1变形的动作的曲线图。
图10是表示本发明的第2实施方式的第2变形涉及的驱动装置的中间电路3c的结构的电路图。
图11是表示本发明的第2实施方式的第2变形的动作的曲线图。
图12是表示本发明的第3实施方式涉及的多相电流供给电路的一部分的电路图。
图13是表示本发明的第3实施方式涉及的多相电流供给电路的一部分的电路图。
图14是表示以往的多相电流供给电路的结构的电路图。
图15是表示以往的平滑电路的结构的电路图。
图16是表示以往的平滑电路的结构的电路图。
图17是表示设有避雷器7的多相电流供给电路的结构的电路图。
图18是表示设有避雷器7的多相电流供给电路的动作的曲线图。
图19是表示设有避雷器7的多相电流供给电路的动作的曲线图。
具体实施方式
第1实施方式
图1是表示本发明的第1实施方式涉及的驱动装置的电路图。该驱动装置具有作为驱动部的电机5、和向电机5提供多相电流的多相电流供给电路。
多相电流供给电路具有二极管桥2、中间电路3a、逆变器4、控制电路6和避雷器7。二极管桥2经由避雷器7连接着单相交流的电源系统1，单相交流电压Vin被全波整流。 但是，如上面所述，在电源系统1中存在寄生电感，所以利用相对交流电源13串联连接的电感器12表示寄生电感。此处，寄生电感的值Ltl采用230 μ H。
二极管桥2具有进行全波整流的功能，对交流电压Vin进行全波整流并输入中间电路3a。中间电路3a具有电容器31和电感器32，利用扼流圈输入式低通滤波器构成。具体地讲，电感器32的一端和电容器31的一端相连接，在电感器32的另一端和电容器31的另一端之间接受二极管桥2的输出，把电容器31的两端电压即整流电压vd。输出给逆变器4。
电容器31的电容值C被设定为使整流电压Vd。以交流电压Vin的频率的2倍频率进行较大脉动，使整流电压vd。的最大值为最小值的2倍以上。例如，电容值C设定为20 μ F， 电感器32的电感L设定为300 μ H。这些数值相比在平滑电路301、302 (分别参照图15和图16)中采用的电容值(例如900 μ F)和电感(例如6mH)非常小。
逆变器4向电机5提供三相电流iu、iv、iw。电流iu、iv、iw分别对应于U相、V相、 W相。逆变器4包括具有均连接在电容器31的一端上的集电极的3个晶体管(上臂侧晶体管)；以及具有均连接在电容器31的另一端上的发射极的3个晶体管(下臂侧晶体管)。 上臂侧晶体管分别和各个下臂侧晶体管按照每个相形成对。形成对的上臂侧晶体管的发射极和下臂侧晶体管的集电极共同连接着，从该连接点输出电流iu、iv、iw。上臂侧晶体管和下臂侧晶体管分别根据来自控制电路6的开闭信号Tu、Tv、Tw，控制导通/截止的开闭。开闭信号Tu、Tv、Tw分别对应于U相、V相、W相。
另外，为了使来自电机5的再生电流流过，针对上臂侧晶体管和下臂侧晶体管分别设置续流二极管，该续流二极管具有连接发射极的阳极和连接集电极的阴极。
控制电路6被提供了交流电压Vin的相位θ工、产生于电容器31两端的整流电压 vdc,电流iu、iv、iw及电机5的转子的旋转位置角(机械角)θ m。这些参数可以使用公知技术检测。控制电路6也被输入电机5的旋转角速度(机械角的角速度)的指令值ω:、电流相位指令β*。并且控制电路6根据这些参数生成开闭信号TU、TV、TW。
图2是表示控制电路6的具体结构的方框图。控制电路6包括位置/速度运算部61、d-q坐标转换部62、速度控制运算部63、指令电流运算部64、电流控制运算部65、 PWM(Pulse Wide Modulation)运算部66和PWM定时器部67，它们分别具有执行以下计算的功能。
位置/速度运算部61根据电机5的转子的机械角θ m，求出电机5的转子的旋转角(电角θ J和旋转角速度(电角的角速度ω e和机械角的角速度ωω)并输出。d-q坐标转换部62从电流iu、iv、iw和电机5的电角Θ。根据式(1)求出所谓的d轴电流、和(1轴电流、。在电机5内部确立的主磁通方向形成磁通的电流成分即磁通电流是所谓的d轴电流，与此相对，相位前进90度并直接控制转矩的转矩电流是所谓的q轴电流。
式(1)
权利要求
1.一种多相电流供给电路，该电路包括波高值抑制单元(7)，其连接输出交流电压(Vin)的交流电源(13)，用于抑制叠加在所述交流电压上的雷涌电压；二极管组O)，其通过所述波高值抑制单元从所述交流电源输入所述交流电压(Vin)， 进行所述交流电压的全波整流；接受所述二极管组的输出的电容器(31)； 与所述电容器并联连接的第1旁路(33)；以及逆变器G)，其接受所述电容器的两端电压(vd。)，输出多相交流电流(iu，iv，iw)， 所述电容器的两端电压的脉动最大值是其最小值的2倍以上， 所述第1旁路具有电阻性元件(Rs)和电容性元件(Cs)的串联连接。
2.根据权利要求1所述的多相电流供给电路，所述第1旁路(3 还具有与所述电阻性元件(Rs)和所述电容性元件(Cs)串联连接的二极管(Ds)，从所述二极管的阳极朝向阴极的方向与从所述电容器的高电位侧朝向低电位侧的方向一致。
3.根据权利要求1所述的多相电流供给电路，该电路还具有与所述电容器(31)并联连接的第2旁路(34)，所述第2旁路在所述两端电压(Vd。)超过第1规定值时导通，低于在所述第1规定值以下的第2规定值时不导通。
4.根据权利要求2所述的多相电流供给电路，该电路还具有与所述电容器(31)并联连接的第2旁路(34)，所述第2旁路在所述两端电压(Vd。)超过第1规定值时导通，低于在所述第1规定值以下的第2规定值时不导通。
5.根据权利要求3所述的多相电流供给电路，所述第2旁路(34)具有相互串联连接的电阻(Rb)和开关(Q)， 在所述两端电压(Vd。)超过所述第1规定值时，所述开关导通，在所述两端电压低于所述第2规定值时，所述开关截止。
6.根据权利要求4所述的多相电流供给电路，所述第2旁路(34)具有相互串联连接的电阻(Rb)和开关(Q)， 在所述两端电压(Vd。)超过所述第1规定值时，所述开关导通，在所述两端电压低于所述第2规定值时，所述开关截止。
7.根据权利要求1所述的多相电流供给电路，该电路还具有相对于所述电容器(31)和所述第1旁路(33 ；34)的并联连接而串联连接的电感器(32，8)。
8.根据权利要求2所述的多相电流供给电路，该电路还具有相对于所述电容器(31)和所述第1旁路(33 ；34)的并联连接而串联连接的电感器(32，8)。
9.一种多相电流供给电路，该电路包括波高值抑制单元(7)，其连接输出交流电压(Vin)的交流电源(13)，用于抑制叠加在所述交流电压上的雷涌电压；二极管组O)，其通过所述波高值抑制单元从所述交流电源输入所述交流电压(Vin)， 进行所述交流电压的全波整流；接受所述二极管组的输出的电容器(31)； 与所述电容器并联连接的第1旁路(33)；以及逆变器G)，其接受所述电容器的两端电压(vd。)，输出多相交流电流(iu，iv，iw)，所述电容器的两端电压的脉动最大值是其最小值的2倍以上，所述第1旁路具有二极管(Ds)和电容性元件^s)的串联连接，从所述二极管的阳极朝向阴极的方向与从所述电容器的高电位侧朝向低电位侧的方向一致。
10.根据权利要求9所述的多相电流供给电路，该电路还具有与所述电容器(31)并联连接的第2旁路(34)，所述第2旁路在所述两端电压(Vd。)超过第1规定值时导通，低于在所述第1规定值以下的第2规定值时不导通。
11.根据权利要求10所述的多相电流供给电路，所述第2旁路(34)具有相互串联连接的电阻(Rb)和开关(Q)， 在所述两端电压(Vd。)超过所述第1规定值时，所述开关导通，在所述两端电压低于所述第2规定值时，所述开关截止。
12.根据权利要求9所述的多相电流供给电路，该电路还具有相对于所述电容器(31) 和所述第1旁路(33 ；34)的并联连接而串联连接的电感器(32，8)。
13.—种驱动装置，该驱动装置包括权利要求1 12中任一项所述的多相电流供给电路；以及被提供了所述多相交流电流(iu，iv，iw)的电动机(5)。
14.一种压缩机，该压缩机包括权利要求13所述的驱动装置，并由所述驱动装置驱动。
15.一种空气调和机，其包括权利要求14所述的压缩机，并采用通过所述压缩机压缩的制冷剂进行制冷或制热。
全文摘要
本发明提供一种多相电流供给电路、驱动装置、压缩机及空气调和机。该多相电流供给电路具有波高值抑制单元，其连接输出交流电压的交流电源，用于抑制叠加在所述交流电压上的雷涌电压；二极管组，其通过所述波高值抑制单元从所述交流电源输入所述交流电压，进行所述交流电压的全波整流；接受所述二极管组的输出的电容器；与所述电容器并联连接的第1旁路；以及逆变器，其接受所述电容器的两端电压，输出多相交流电流，所述电容器的两端电压的脉动最大值是其最小值的2倍以上，所述第1旁路具有电阻性元件和电容性元件的串联连接。
文档编号H02M7/48GK102545648SQ201110449970
公开日2012年7月4日 申请日期2005年11月16日 优先权日2004年12月9日
发明者关本守满, 山井広之 申请人:大金工业株式会社