电力变换装置、马达驱动装置以及制冷空气调节装置制造方法
【专利摘要】具备：整流电路2，对交流电源1的电压进行整流；平滑单元8，对来自整流电路2的输出电压进行平滑；短路单元4，配置得比平滑单元8更接近交流电源1侧，使交流电源1短路而进行电流或者电压的至少一方的控制；电抗器3，配置得比短路单元4更接近交流电源1侧；一个或者多个逆流防止元件5，防止电流从负载9侧向交流电源1侧的逆流；换流单元7，用于进行使电流流过与逆流防止元件5并联连接的其它路径的换流工作；异常检测单元105，用于检测换流单元7的异常；以及开关控制单元103，根据异常检测单元105的检测进行换流单元7的工作控制。
【专利说明】电力变换装置、马达驱动装置以及制冷空气调节装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力变换装置、马达驱动装置以及制冷空气调节装置。特别涉及装置的保护。
【背景技术】
[0002]随着可变电压/可变频率的逆变器装置等的实用化，开拓了各种电力变换装置的应用领域。
[0003]例如，关于电力变换装置，近年来，升降压转换器的应用技术开发得到发展。另一方面，以碳化硅等为材料的宽能带隙半导体元件等的开发也得到了发展。关于这样的新元件，对于高耐压但电流容量(电流有效值的容许值)小的元件，以整流器为中心而被实用化(例如，参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2005-160284号公报(图1)
【发明内容】
[0007]发明所要解决的技术问题
[0008]另一方面，在使高效的新元件实用化时，关于例如电流容量大的元件，由于高成本、结晶缺陷等，面向实用化有很多课题，可以认为为了普及尚需时间。因此，例如，在处理对空气调节装置的压缩机的马达等供给那样的电力以上的电力的装置中，使用新元件来实现高效化目前比较困难。因此，在用于阻止想要从例如负载侧向电源侧逆流的电流的流动的逆流电流防止元件中，难以降低在电流逆流时产生的恢复(recovery)电流的损失。
[0009]本发明针对上述那样的课题，例如，其目的在于提供一种实现在电流逆流时产生的恢复电流降低、具有高效和高可靠性等的电力变换装置等，并且实现元件或设备等构成要素不发挥功能等异常时的装置等的保护的电力变换装置等。
[0010]解决技术问题的技术方案
[0011]本发明的电力变换装置，具备:整流电路，对电源的电压进行整流；平滑单元，对来自整流电路的输出电压进行平滑；短路单元，配置得比平滑单元更接近电源侧，使电源短路而进行电流或者电压的至少一方的控制；电抗器，配置得比短路单元更接近电源侧；一个或者多个逆流防止元件，防止电流从负载侧向电源侧的逆流；换流单元，用于进行使电流流过与逆流防止元件并联连接的其它路径的换流工作；异常检测单元，用于检测换流单元的异常；以及控制单元，根据异常检测单元的检测进行与换流单元的保护有关的工作控制。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明的电力变换装置，通过设置能够进行换流工作的换流单元，能够使逆流防止元件中流过的电流向其它路径换流，所以在电流从负载侧逆流时，通过使逆流防止元件中产生的恢复电流降低，能够实现降低损失、降低噪音端子电压电平、EMC对策等，作为系统整体实现高效化。另外，在例如构成换流单元的元件等要素中发生故障，而异常检测单元检测到换流单元的异常的情况下，通过控制单元进行与保护有关的工作控制，能够得到高可靠性的装置。另外，即使使换流单元停止，也能够维持作为电力变换装置的工作，所以能够在确保安全面的同时，进行作为装置必要的工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是示出实施方式I的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0015]图2是示出实施方式I的换流(commutating)单元的结构的一个例子的图。
[0016]图3是示出实施方式I的控制单元的结构的一个例子的图。
[0017]图4是示出实施方式I的电流路径的一个例子的图。
[0018]图5是示出实施方式I的工作波形的一个例子的图。
[0019]图6是示出实施方式I的不进行换流控制的情况的工作波形的一个例子的图。
[0020]图7是示出实施方式I的进行换流控制的情况的工作波形的一个例子的图。
[0021]图8是示出实施方式I的电力变换装置的保护电路的结构的一个例子的图。
[0022]图9是示出实施方式I的电力变换装置的异常判定时的工作波形例的图。
[0023]图10是示出实施方式I的电力变换装置的异常判定等流程例的图。
[0024]图11是示出实施方式2的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0025]图12是示出实施方式2的工作波形的一个例子的图。
[0026]图13是示出实施方式2的换流单元的结构的一个例子的图。
[0027]图14是示出实施方式2的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0028]图15是示出实施方式2的异常判定的一个例子的图。
[0029]图16是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0030]图17是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0031]图18是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0032]图19是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0033]图20是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0034]图21是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0035]图22是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0036]图23是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0037]图24是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0038]图25是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0039]图26是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0040]图27是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0041]图28是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0042]图29是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0043]图30是示出实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0044]图31是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0045]图32是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0046]图33是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。[0047]图34是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0048]图35是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0049]图36是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0050]图37是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0051]图38是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0052]图39是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0053]图40是示出实施方式4的电力变换装置的结构的一个例子的图。
[0054]图41是示出实施方式5的马达驱动装置的结构的一个例子的图。
[0055]图42是示出实施方式6的制冷空气调节装置的结构的一个例子的图。
[0056](符号说明)
[0057]1:交流电源；2:整流器；2a~2f:整流元件；3、3a~3c:电抗器；4、4a、4b:短路单元；5、5a、5b:逆流防止元件；6:斩波器电路；7、7a~7d:换流单元；8、8a、8b:平滑单元；9:负载；21:母线电流指令有效值运算部；22:正弦波生成部；23:功程率(on-duty)运算部；24:异常处理部；41:整流器；41a~41d:整流元件；42:短路开关；42a、42b:短路开关；71:变压器；72、72a、72b:整流元件；73:变压器驱动电路；74、74a、74b:换流用开关；75:换流用电源；76、76a、76b:电容器;80、80a、80b:保护单元；90:逆变器电路；91:马达；92:逆变器控制单元；100:输入电压过零 检测部；101:母线电压检测单元；102:母线电流检测单元；103:开关控制单元；104:驱动信号生成部；105:异常检测单元；106:切断开关；107:通知单元；300:热源侧设备；301:压缩机；302:油分离器；303:四通阀；304:热源侧热交换器；305:热源侧风扇；306:储藏器；307:热源侧节流装置；308:制冷剂间热交换器；309:旁通节流装置；310:热源侧控制装置；400:负载侧设备；401:负载侧热交换器；402:负载侧节流装置；403:负载侧风扇；404:负载侧控制装置；500:气配管；600:液配管。
【具体实施方式】
[0058]以下，参照附图等，对本发明的实施方式的电力变换装置等进行说明。
[0059]实施方式1.[0060]图1是示出以本发明的实施方式I的电力变换装置为中心的系统等的结构的一个例子的图。首先，对图1中的具有能够高效地进行电力变换的电力变换装置的系统结构进行说明。
[0061]在图1的系统中，电力变换装置设置于交流电源I与负载9之间，将来自交流电源I的交流电力变换为直流电力而供给到负载9。本实施方式的电力变换装置具有例如整流电路2、斩波器电路6、换流单元7以及平滑单元8。整流电路(整流单元)2是对二极管等整流元件2a~2d进行桥连接而构成的，对基于交流电源I的电力进行整流。
[0062]斩波器电路6由电抗器3、短路单元(开关单元)4以及逆流防止元件5构成。电抗器3与整流器2的输出侧连接，是为了抑制高次谐波而设置的。另外，短路单元4由例如IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)那样的开关元件构成。短路单元4根据来自驱动信号生成部104的驱动信号，经由整流器2、电抗器3使交流电源
I(与交流电源I连接的2端子之间)短路。
[0063]逆流防止元件5是用于在短路单元4与平滑单元8之间，防止来自平滑单元8的电流的逆流的元件。此处，逆流防止元件5是通常例如电气的特性(特别是恢复特性)优良，电流容量小且逆恢复的时间短的快速恢复二极管那样的半导体元件。另外，换流单元7是与逆流防止元件5并联地连接的单元。另外，使逆流防止元件5中流过的电流在必要的定时，向不同的路径(不经由逆流防止元件5的路径)换流。
[0064]图2是示出与逆流防止元件5并联地连接了换流单元7的情况的结构的一个例子的图。在图2中，例如，由变压器71、与变压器71的二次侧绕组串联连接的二极管等换流用整流元件72、以及使变压器71工作的变压器驱动电路73构成了换流单元7。另外，变压器驱动电路73由例如用于对变压器71进行电力供给的换流用电源75、和根据来自驱动信号生成部104的驱动信号而开闭来控制向变压器71 (—次侧绕组)的电力供给、供给停止的换流用开关74而构成。此处，设为针对换流用整流元件72，也由快速恢复二极管那样的半导体元件构成。
[0065]此处，在图2中，示出了连接了变压器71的二次侧绕组和换流用整流元件72的阳极侧的例子，但只要换流用整流元件72中流过的电流的朝向相同，则不限于这样的连接。例如，也可以连接换流用整流元件72的阴极侧和变压器71的二次侧绕组。另外，使变压器驱动电路73由换流用开关74和换流用电源75构成，但也可以考虑噪声对策、故障时保护，根据需要在由换流用电源75、换流用开关74、变压器71的一次侧绕组构成的电气电路中，插入限制电阻、高频电容器、缓冲(snubber)电路、保护单元等来构成。关于保护，将后述。并且，也可以在变压器71中，根据需要对一次侧绕组附加复位绕组而使励磁电流复位。并且，也可以设置整流器等而在电源侧再生励磁能量，来高效化。
[0066]平滑单元8是例如使用电容器等构成的，对与整流元件2a?2d的整流有关的电压进行平滑，对负载9施加直流电压(输出电压、母线电压)来进行电力供给。负载9通过经由平滑单元8供给的电力来驱动。
[0067]另外，输入电压过零检测部100通过检测信号输出用于检测交流电源I施加的电压(输入电压)成为0 (零)的部分的交叉检测值。母线电压检测部101检测平滑单元8平滑而对负载9施加的电压，通过检测信号输出电压检测值。母线电流检测部102检测通过交流电源I流出的输入电流(母线电流)，通过检测信号输出电流检测值。
[0068]开关控制单元103是根据输入电压过零检测部100、母线电压检测部101、母线电流检测部102的检测信号，对短路单元4 (换流单元7)的短路时间进行运算处理等的控制单元。特别，在本实施方式中，根据传送单元7的异常进行用于控制传送单元4的开闭动作等的处理。开关控制单元103具有例如微型计算机、数字信号处理器等运算装置、或者在内部具有同样功能的装置等。
[0069]图3是示出对开关控制单元103的控制功能进行了模块化的结构的一个例子的图。在图3中，母线电流指令值运算部21根据母线电压指令值和与母线电压检测部101的检测有关的电压检测值，对母线电流指令的有效值进行运算。另外，正弦波生成部22根据与输入电压过零检测部100的检测有关的交叉检测值，制作与输入电压同步的正弦波。功程率运算部23根据将母线电流指令值运算部21的输出与正弦波生成部22的输出相乘而得到的母线电流指令值、以及与母线电流检测部102的检测有关的电流检测值，对短路单元4的功程率进行运算，发送输出信号(功程率信号)。异常处理部24根据与异常检测单元105的检测有关的短路单元电流检测值，对换流用开关74、短路单元4的开闭控制(开闭动作)/停止进行判定等。另外，对通知单元107发送通知指示的信号，通过声音、显示灯进行异常的通知等。
[0070]驱动信号生成部104根据来自开关控制单元103的输出信号，生成短路单元4以及换流单元7的驱动信号，分别发送到短路单元4、换流单元7。另外，异常检测单元105例如为了检测换流单元7的异常而检测短路单元4中流过的电流，通过检测信号输出短路单元电流检测值。此处，异常检测单元105为了检测换流单元7的异常而检测短路单元4中流过的电流，但不限于此。例如，也可以检测逆流防止元件5中流过的电流。通知单元107根据来自开关控制单元103的异常处理部24的通知指示的信号，进行通知。此处，关于通知单元107的通知，没有特别限定，例如通过扬声器等产生声音、通过显示灯等进行点亮显不等。
[0071]以下，对与以上那样的本实施方式的系统有关的工作进行说明。本实施方式的电力变换装置中的工作对DC斩波器的工作加上换流单元7中的换流工作，在电流从平滑单元8逆流之前使逆流防止元件5逆复原，抑制恢复电流的发生。
[0072]图4是示出实施方式I的电流路径的一个例子的图。图4示出短路单元4以及换流单元7内的换流用开关74的开闭状态的组合中的、代表性的工作例的路径。
[0073]图5是示出通过基于图4的工作的电源电压、电源电流(输入电流)以及与被送到短路单元4的驱动信号的动作有关的波形(工作波形)的图。使用图4以及图5，对本实施方式中的电力变换装置的工作进行说明。
[0074]图4 Ca)示出短路单元4断开(开路)以及换流用开关74断开的状态。在使短路单元4、换流用开关74原样地保持断开状态而工作了的情况下，与单纯的全波整流电路等价。例如，在交流电源I的端子中的、与整流元件2a、2b连接的一侧的端子的电位高的情况下，电流路径成为交流电源1-整流元件2a-电抗器3-逆流防止元件5-负载9-整流元件2d的路径。此时，图5 (a)所示那样的工作波形的电流作为来自交流电源I的输入电流而流过。在这样的波形的电流的情况下，功率因数恶化，也大量包含高次谐波电流。
[0075]图4(b)示出短路单元4接通(闭合)、换流用开关74是断开的状态。此时，在交流电源1-整流元件2a-电抗器3-短路单元4-整流元件2d的路径中流过短路电流。此处，对电抗器3施加的电压与交流电源I的电压大致等同，在上述路径中流过的短路电流如下式(I)所示。 [0076]i_sw4on= (Vs/L) /t+i (0)…(I)
[0077]此处，i_sw4on表示:短路单元4接通时的电流、Vs表示:交流电源I的电压、L表示:电抗器3的电感值、t表示:短路单元4的接通时间、i (0)表示:短路单元4刚要接通之前的电流(初始值)。
[0078]通常，在图4 (a)、图5 (a)那样的全波整流中，在平滑单元8放电而在负载9中流过电流的区间中，存在交流电源I的输入电流成为不流通的区间。但是，在使短路单元4接通的情况下，如图4 (b)那样，经由电抗器3流过短路电流，所以即使在上述那样的不流通区间，也流过基于交流电源I的输入电流。因此，通过重复进行短路单元4的接通、断开的切换，能够重复图4 (a)和(b)所示的电流路径。并且，通过控制接通、断开的时间比，能够使基于交流电源I的输入电流的波形任意地变形，能够改善功率因数、高次谐波电流的含有率。[0079]例如，在图3所示那样的结构的开关控制单元103中，在母线电流指令值运算部21中，例如，求出从外部输入的母线电压指令值与来自母线电压检测部101的电压检测值的偏差。然后，进行例如比例积分控制，以使母线中的电压检测值成为(接近)母线电压指令值的方式，对母线电流指令的有效值进行运算。另外，在正弦波生成部22中，根据输入电压过零检测部100的交叉检测值，判定交流电源I的频率，根据交叉检测值和交流电源I的频率，生成与输入电压同步的正弦波。此时的正弦波的振幅设为1，取得所生成的正弦波的绝对值并输出。然后，将母线电流指令值运算部21和正弦波生成部22的输出相乘，得到母线电流正弦波指令值。在功程率运算部23中，例如，求出如上述那样得到的母线电流正弦波指令值与母线电流检测部102的电流检测值的偏差。然后，进行例如比例积分控制，以使母线中的电流检测值成为(接近)母线电流正弦波指令值的方式，对短路单元4的功程率进行运算，发送输出信号(功程率信号)。
[0080]然后，在驱动信号生成部104中，例如，比较与短路单元4的开关频率等同的频率的三角波和开关控制单元103的输出信号，生成短路单元4的驱动信号。一般，在进行这样的控制的情况下，短路单元4的开关频率成为几k?几十kHz左右。此处，使上述母线电流指令值成为频率、相位等于基于交流电源I的输入电压、且具有期望的振幅的正弦波，所以能够将来自交流电源I的输入电流控制为正弦波状，能够大幅改善功率因数/高次谐波电流的含有率(图5 (b))。
[0081 ] 另外，在上述例子中，举出了使短路单元4高速开关来进行控制，将输入电流控制为正弦波状的例子，但不限于此。例如，在针对功率因数/高次谐波电流含有率的抑制的要求不高那样的情况下，无需一定进行用于使输入电流成为正弦波状的控制。例如，即使如图5 (C)所示，在输入电流的不流通区间中，进行以适合的相位并且适合的接通时间，使短路单元4仅接通几次那样的控制，也能够实现功率因数/高次谐波含有率的改善。
[0082]例如比较高次谐波规定值、和输入电流中包含的高次谐波电流的解析值，能够在满足规定值的范围内，决定使短路单元4接通的相位、接通时间，使短路单元4的开关次数成为最少限。相比于以上述几k?几十kHz使短路单元4开关的情况，能够大幅降低开关次数，所以能够实现开关损失降低、发生噪声降低。另外，作为短路单元4，能够使用廉价的低速元件，所以还能够降低成本。
[0083]在进行这样的控制的情况下，例如，检测交流电源I的输入电压，根据输入电压的过零等，决定使短路单元4接通的相位、接通时间即可。因此，无需设为正弦波状的指令值，控制也能够简化。另外，此处举出了控制母线电压、母线电流的例子，但也可以设为某一个的控制。
[0084]图6是示出不使换流单元7工作的情况下的信号以及电流波形的图。此处，在图6中，关于短路单元4的驱动信号，使HI侧成为激活(active)方向(接通方向)。如上所述，在使短路单元4断开的情况下，正向电流流入逆流防止元件5。在该状态下，如果使短路单元4接通，则对串联连接了的逆流防止元件5的两端，作为逆向偏置，施加由平滑单元8平滑了的母线电压、与由整流器2整流了的电压的差分。之后，逆流防止元件5转移到断开工作。
[0085]此处，在逆流防止元件5转移到断开的期间，流过与接通的期间相逆的朝向的短路电流。其原因为，通常，在逆流防止元件5中使用的pn结二极管中，在以正向偏置电压稳定地通电的状态下，成为在P、n双方的半导体中积蓄了载流子的状态，如果从该状态瞬间施加了逆向偏置电压，则这些载流子与在施加正向偏置电压时移动的方向相反地移动(以下，将此时流过的逆朝向的短路电流称为恢复电流)。恢复电流成为使共模电流变位的主要原因，噪音端子电压/放射噪音等的水平上升，所以在噪声对策中花费费用。另外，电路损失也增大。
[0086]通常，伴随整流二极管的电流容量增加，积蓄载流子量倾向于增加。因此，随着电流容量增加，恢复电流增加。另外，如果所施加的逆向偏置变大，则恢复电流增加。
[0087]因此,在本实施方式中,执行如下控制:不是针对电流容量大的逆流防止元件5施加高的逆向偏置电压来进行逆复原，而是通过换流单元7形成换流路径，在短路单元4刚要接通之前经由变压器71以及换流用整流元件72施加低的逆向偏置来进行逆复原(以下，称为换流控制)。
[0088]在换流控制中，在短路单元4刚要接通之前使换流单元7的换流用开关74接通，使经由变压器71流入逆流防止元件5的电流换流到换流用整流元件72侧。图4 (c)示出短路单元4断开、换流用开关74接通的状态。此时的电流路径与图4 Ca)同样地，成为交流电源1-整流元件2a-电抗器3-逆流防止元件5-负载9-整流元件2d的路径。并且，除此之外，换流用开关74接通，所以变压器71被励磁，电流还流入换流单元7的变压器71的二次侧绕组-换流用整流元件72的路径。然后，在经过一定时间之后，完全换流到换流用整流元件72侧的路径。
[0089]图7是示出使换流单元7工作的情况的信号以及电流波形的图。此处，关于短路单元4以及换流单元7 (换流用开关74)的驱动信号，使HI侧成为激活方向(接通方向)。如图7那样，在短路单元4的驱动信号刚要接通之前，使换流单元7的驱动信号接通。此时，如上所述，通过励磁电流，电流开始流入变压器71的二次侧绕组的路径。因此，电流分流而流向逆流防止元件5和换流用整流元件72的各方向。之后，如果将换流单元7的驱动信号维持为接通状态，则电流不流入逆流防止元件5，全部电流流入换流用整流元件72侧(换流完成)。
[0090]在换流工作时，通过将变压器驱动电路73内部的换流用电源75设定为成为相比于平滑单元8的输出电压充分小的值，能够通过小的逆向偏置电压使逆流防止元件5断开(逆复原)。在该状态下，如果使短路单元4接通，则进行换流用整流元件72的逆复原工作，即使在该情况下也产生恢复电流。然而，换流用整流元件72的流通时间相比于逆流防止元件5成为极短的时间，所以换流用整流元件72中流过的电流的实效电流小，所需的电流容量小即可。因此，能够使用积蓄载流子少的小容量的元件，相比于通过逆流防止元件5来发生的情况，能够降低恢复电流(其中，考虑峰值电流来选定元件)。于是，其结果，作为系统整体，能够降低恢复电流所引起的噪声量以及损失。由此，噪音端子电压/放射噪音等的水平降低，并且，电路损失被抑制。因此，噪声滤波器能够小型化，能够降低成本。
[0091]另外，能够使用于使短路单元4工作的驱动电源(门驱动用电源。未图示)或者开关控制单元103的电源(未图示)的某一个、和变压器驱动电路73的换流用电源75共用化。因此，无需新制作电源，能够避免成本上升。
[0092]在换流用整流元件72中，也可以使用恢复特性良好、正向电压低、损失少的高耐压的肖特基势垒二极管。另外，也可以使用以SiC (碳化硅)、GaN (氮化镓)、金刚石等为材料的宽能带隙半导体的元件。关于这些元件，随着电流有效值的容许值成为大的规格，导致结晶缺陷的增大、成本上升。对本实施方式中的换流用整流元件72，能够使用电流有效值的容许值小的元件，所以能够实现性价比良好且高效的电力变换装置。
[0093]另外，由于通过变压器71，所以能够使逆流防止元件5/变压器71的二次侧绕组/换流用整流元件72、与变压器驱动电路73/开关控制单元103之间绝缘。因此，能够比较简易地进行驱动换流单元7的信号注入。另外，能够构筑安全性/可靠性高的系统。
[0094]接下来，对进行上述那样的工作的换流单元7中的故障例和各故障的保护对策等进行说明。
[0095]首先，说明各要素(元件、设备等)发生短路故障了的情况。在变压器71的一次侧绕组发生短路故障了的情况下，在变压器驱动电路73中，如果换流用开关74接通，则换流用电源75成为短路状态。因此，存在流过超过了换流用开关74的电流容量的电流，而换流用开关74损坏的危险。另外，在换流用电源75中，如果对换流单元7侧供给了大量的电力，则在换流用电源75与例如开关控制单元103等的电源共用的情况下，在开关控制单元103侧成为供给电力不足，存在无法正常地进行控制的危险。此处，将变压器驱动电路73的电流路径切断等，而实现换流单元7、电力变换装置等的保护。
[0096]图8是示出将具有保护单元的换流单元7与逆流防止元件5并联地连接了的情况的结构的一个例子的图。关于将例如电流路径切断的情况，在图8 (a)所示的保护单元80a的位置，插入例如在比换流用开关74、换流用电源75的电流容量低的电流下切断的、例如保险丝那样的电流切断元件即可。另外，在抑制变压器驱动电路73中流过的电流来保护电路的情况下，也可以插入利用在流过了大电流的情况下由于自身发热所致的电阻值的变化来限制电流的、例如正特性热敏电阻等那样的电流抑制元件。
[0097]另外，此时换流单元7的二次侧绕组不被励磁，不进行换流工作，所以恢复电流不会被抑制，短路单元4、逆流防止元件5的工作波形如图6所示。也可以根据该恢复电流的大小，切换换流用开关74的开闭控制的工作/停止来打开开关而使其停止等，而在异常时切断电流路径。能够根据例如与异常检测单元105的检测有关的短路单元电流检测值，判断恢复电流的大小。然后，开关控制单元103的异常处理部24进行与保护有关的判断。另夕卜，在能够控制例如换流用电源75的电源供给等的情况下，控制单元也可以使向换流用电源75的供电停止。此处，即使在换流单元7不工作的情况下，也能够通过短路单元4的开闭控制进行输入电流、输出电压的控制，所以关于短路单元4的开闭动作无需一定停止。
[0098]图9是示出实施方式I的电力变换装置的异常判定中的工作波形的一个例子的图。在换流单元7不工作的情况下，通过恢复电流的增加，向短路单元4、逆流防止元件5的压力增加，并且，短路单元4、逆流防止元件5中的损失增加。因此，通过恢复电流的大小，判定短路单元4的开闭动作/停止即可。关于基于恢复电流的大小的判定，在本实施方式中，由开关控制单元103的异常处理部24进行判定。异常处理部24例如如图9所示，根据短路单元4或者逆流防止元件5中的电流的峰值或者每任意的时间的电流变化，判定短路单元4的开闭动作/停止。另外，也可以将其中的任意一个进行组合来判定。在本实施方式中，异常处理部24根据与异常检测单元105的检测有关的短路单元电流检测值来进行判定。开关控制单元103发送基于异常处理部24的判定的输出信号。
[0099]另外，即使在与变压器71的一次侧绕组连接的换流用开关74发生了短路故障的情况下，也引起与上述变压器71的一次侧绕组发生了短路故障的情况同样的现象。因此，与上述同样地，如图8 (a)所示，例如，能够通过由保险丝那样的电流切断元件进行的电流路径切断、由正特性热敏电阻等那样的电流抑制元件进行的电流抑制，来保护电路。另外，也可以设想换流用开关74的短路故障，预先将保护用的切断开关设置于同样的位置。在该情况下，开关通常成为接通状态，根据恢复电流的大小，例如仅在异常处理部24判定为异常的情况下，成为断开即可。此处，虽然单独设置了切断开关，但也可以与例如电流切断元件、电流抑制元件一起设置。另外，也可以根据恢复电流的大小使换流用电源75的供电停止。另外，如上所述，也可以异常处理部24进行判定，进行短路单元4的开闭动作/停止的控制。
[0100]另一方面，在变压器71的二次侧绕组发生了短路故障的情况下，不论换流用开关74的开闭状态如何，换流单元7都不工作。此时，不论换流用开关74的开闭状态如何，都没有装置的安全上的问题。但是，在设置了换流用开关74的开闭控制停止(开路)、换流用电源75的供电停止、切断开关的情况下，通过使开关开路，能够降低变压器驱动电路73的损失。
[0101]通常，在逆流防止元件5、换流用整流元件72中使用的二极管中，正向电压降和逆复原特性处于折衷的关系。在本实施方式中，在逆流防止元件5和换流用整流元件72中，期望的是对逆流防止元件5，使正向电压降变低优先，而对换流用整流元件72，使逆复原特性变快优先，来选定部件。它们的数值还与元件的电流容量相关，并且换流用整流元件72的电流容量低也可，所以能够以比较低的成本，使用正向电压降、逆复原特性都比逆流防止元件5更优良的元件，而不应一概地决定大小。因此，只要对逆流防止元件5使用相对换流用整流元件72正向电压降低的元件，即使在变压器71的二次侧绕组发生了短路故障的情况下，由于电流集中到逆流防止元件5，所以导致电流容量小的换流用整流元件72破坏的可能性也少。
[0102]但是，在换流用整流元件72的正向电压降与逆流防止元件5等同或者成为其以上的情况下，也可以在图8(b)所示的保护单元80b的位置，插入在比换流用整流元件72的电流容量低的电流下切断的保险丝那样的电流切断元件。另外，也可以插入利用在流过了大电流的情况下通过自身发热导致的电阻值变化来限制电流的正特性热敏电阻等那样的电流抑制元件。也可以插入切断开关。另外，也可以如上所述，异常检测单元105进行判定，进行短路单元4的开闭动作/停止的控制。
[0103]在与变压器71的二次侧绕组连接的换流用整流元件72发生了短路故障的情况下，与上述同样地，不论换流用开关74的开闭状态如何，换流单元7都不工作。在设置了换流用开关74的开闭控制停止、换流用电源75的供电停止、切断开关的情况下，能够通过进行开闭控制停止，降低变压器驱动电路73的损失。
[0104]此处，如果换流用整流元件72短路，则该路径中的逆流防止成为不可能。因此，并联连接了的逆流防止元件5也大致成为短路状态，无法防止从平滑单元8向电源侧的电流逆流。因此，如果短路单元4接通，则存在流过过电流而导致元件破坏的危险。为了防止该危险，将电流切断元件、电流抑制元件或者切断开关插入变压器71的二次侧绕组和换流用整流元件72的路径中即可。在切断开关的工作中，通过恢复电流的大小，进行开闭控制即可。关于利用恢复电流的大小的判定，例如如图9所示，根据短路单元4或者逆流防止元件5的、电流的峰值或者每任意的时间的电流变化进行判定即可。也可以将其中的任意一个进行组合来判定。例如，由开关控制单元103的异常处理部24进行判定即可。
[0105]在变压器71的一次侧绕组、二次侧绕组、与一次侧绕组连接的换流用开关74、与二次侧绕组连接的换流用整流元件72中的某一个发生了开路故障的情况下，换流单元7不工作，没有导致产品的安全上的问题的模式。此时，能够通过短路单元4的开闭控制，控制输入电流、输出电压，所以无需一定使短路单元4的开闭控制停止。但是，通过恢复电流的增加，向短路单元4、逆流防止元件5的压力增加，并且，短路单元4、逆流防止元件5中的损失增加，所以通过恢复电流的大小，判定短路单元4的开闭控制的工作/停止即可。关于基于恢复电流的大小的判定，例如如图9所示,根据短路单元4或者逆流防止元件5的、电流的峰值或者每任意的时间的电流变化进行判定即可。也可以将其中的任意一个进行组合来判定。
[0106]图10是示出与电力变换装置的保护有关的流程图的一个例子的图。例如，也可以与上述那样的保护一并地，如在不具有换流单元7的斩波器电路6中也使用那样地，在判断为母线电压、母线电流或者短路单元4中流过的电流超过阈值的情况下，针对具有基于锁存等的保护用的电路的短路单元4，使短路单元4成为断开状态而使开闭控制停止，实现保护。此处，对于图10的处理，设为异常处理部24根据与异常检测单元105的检测有关的短路单元电流检测值(短路单元4中流过的电流)来进行。
[0107]首先，在STEPl中，比较短路单元4中流过的电流的变化率、和任意地设定的阈值。如果判断为短路单元4中流过的电流大于阈值，则进入STEP2。在STEP2中，进而比较短路单元4中流过的电流的峰值、和任意地设定的阈值。如果判断为短路单元4中流过的电流的峰值大于阈值，则进入STEP3。此处，对于在STEP1、STEP2中，短路单元4中流过的电流的变化率和峰值超过各个任意的阈值的情况下，判定为异常的情况进行了说明，但比较的物理量不限于此。例如，也可以使用逆流防止元件5的电流的变化率、峰值。另外，也可以使所比较的物理量成为短路单元4和逆流防止元件5的电流的变化率等，任意地变更用于判定的物理量的组合、组合数等。
[0108]在STEP3中，在STEP4中转移到保护工作，使短路单元4断开的情况下，为了判断是否实施用于任意地进行保护工作的复位的锁存，判定有无该锁存的复位信号。如果判断为无复位信号，则进入STEP4，如上所述以使短路单元4断开的方式，实施用于任意地进行保护工作的复位的锁存。
[0109]在STEP4之后，再次进入STEP3，判定有无锁存的复位信号。如果有复位信号，则进A STEP5，对保护工作进行复位使得能够进行短路单元4的开闭控制，再次从STEPl判定是否需要进行保护工作。
[0110]另外，如即使在不具有通常的换流单元7的通常的斩波器电路中也使用那样，在母线电压或者母线电流或者短路单元4的电流超过了阈值的情况下，也进行同样的处理，按照流程判定是否需要进行保护工作，在需要保护工作的情况下，进行短路单元4的OFF。此处，说明了在STEPl、STEP2中，在短路单元4中流过的电流的变化率和峰值超过各个任意的阈值的情况下，判定为异常的情况，但也可以与STEP1、STEP2并行地，进行母线电压或者母线电流或者短路单元4的电流和各个任意的阈值的比较。此时，在STEP3以后，能够共用化。另外，在作为保护单元80设置了切断开关的情况下，也可以以上述步骤判定是否需要切断开关的工作。另外，此处，通过异常处理部24进行了处理，但即使通过使用了例如比较器、触发器电路的硬件构成而同样地进行，也能够得到同样的效果。
[0111]如以上那样，根据实施方式I的电力变换装置，通过设置换流单元7，能够使逆流防止元件5中流过的电流换流到其它路径，所以在电流从负载9侧逆流时，通过使逆流防止元件5中发生的恢复电流降低，能够实现损失降低、噪音端子电压电平降低、EMC对策等，作为系统整体实现高效化。另外，在构成换流单元7的元件等要素中发生故障，而异常检测单元106检测到换流单元7的异常的情况下，通过开关控制单元103的异常处理部2对换流单元7以及短路单元4的至少一方进行与保护有关的工作控制，能够得到高可靠性的装置。根据情况，还进行短路单元4的停止，所以能够得到电路保护等高可靠性的装置。但是，SP使使换流单元7停止，只要使短路单元4的工作不停止，就能够维持作为电力变换装置的工作，能够在确保安全面的同时，进行作为装置必要的工作。
[0112]以在进行保护时，能够切断变压器71的一次侧绕组、二次侧绕组的至少一个中的电流路径的方式，设置了保护单元80a、80b，所以能够有效地保护换流单元7、电力变换装置。另外，通过设置通知单元107，能够通知换流单元7的异常。
[0113]另外，通过用变压器71等构成换流单元7，能够通过变压器71，使处于交流电源I与负载9之间的电路上的逆流防止元件5、变压器71的二次侧绕组以及换流用整流元件72、和变压器驱动电路73、开关控制单元103以及向换流单元7的驱动信号之间绝缘，所以能够比较简易地向换流单元7发送驱动信号。另外，能够使施加高的电压的单元和以低的电压工作的单元电气地分离。另外，能够构筑安全性、可靠性高的系统。另外，通过将变压器驱动电路73的换流用电源75设定为成为比平滑单元8的输出电压充分小的值，能够通过小的逆向偏置电压使逆流防止元件5逆复原。
[0114]进而，对换流用整流元件72使用以碳化硅、氮化镓系材料或者金刚石为材料的宽能带隙半导体，所以能够得到低损失的电力变换装置。另外，电力损失小，所以能够实现元件的高效化。宽能带隙半导体的容许电流密度高，所以能够实现元件的小型化，嵌入了元件的单元也能够小型化。此处，在不仅是换流用整流元件72，而且例如换流用开关74等作为系统整体也没有损失那样的情况下，还能够对其它元件使用宽能带隙半导体。
[0115]实施方式2.[0116]图11是示出实施方式2的电力变换装置的结构的一个例子的图。在图11中，针对与实施方式I同样的设备、元件等，附加相同符号。图11中的斩波器电路6成为对具有电抗器3a、短路单元4a、逆流防止元件5a的斩波器电路，并联地连接了具有电抗器3b、短路单元4b、逆流防止元件5b的斩波器电路的结构。另外，对逆流防止元件5a、5b连接了换流单元7。因此，在本实施方式中，设为两个斩波器电路中的换流单元7共用。
[0117]开关控制单元103成为例如图3所示的结构，与实施方式I同样地运算短路单元4a、4b的功程率。此处，短路单元4a、4b的功程率成为相同值。之后，在驱动信号生成部104中，根据来自开关控制单元103的输出信号，生成用于使短路单元4a、4b工作的驱动信号，但此时的送到短路单元4a、4b的驱动信号成为不同的相位。例如，虽然对于相位差等没有特别限定，但可以附加180度的相位差。
[0118]在本实施方式中的斩波器电路6中，使具有电抗器3、短路单元4、逆流防止元件5的两个斩波器电路并联地连接。相比于如实施方式I那样斩波器电路是I个系统系统的情况，流入各个斩波器电路的电流分散，所以能够降低各部件的电流容量，虽然元件数增加，但能够实现降低总体的成本、电路规模。
[0119]图12是示出实施方式2的电源电压、电源电流(输入电流)以及与送到短路单元4的驱动信号的工作有关的波形(工作波形)等的图。通过用不同的相位的驱动信号使短路单元4a、4b工作，如图12 (a)、(b)所示，成为各系统中流过的电流的总和的电源电流的脉动被抵消而变小。此处，在图12 (b)中，举出了电抗器电流针对每个开关不成为0的连续模式的例子，但也可以成为针对每个开关成为0的不连续模式或临界模式。在该情况下，电抗器3a、3b所需的电感值变小，所以能够实现成本降低、小型化。通过电流针对每个开关成为0，在接下来的开关时，成为作为电流0状态下的开关的软开关。因此，还能够降低开关损失。另外，电源电流的脉动变小，所以还能够实现噪声滤波器的小型化、低成本化。另外，也可以利用电源电流的脉动变小，使各系统中的开关频率降低。在该情况下，虽然电源电流的脉动降低效果变少，但各系统中的开关次数减少，所以能够降低开关损失。
[0120]此处，举出了关于使具有电抗器3、短路单元4、逆流防止元件5的斩波器电路成为两个并联的情况的例子，但也可以将3个以上的斩波器电路并联地连接而构成斩波器电路
6。此时，通过在各系统中成为不同的相位差，得到上述同样的效果。虽然由于系统数多，而元件数增加，但电源电流的脉动、流入各系统的电流能够进一步降低。另外，相位差在n个系统时成为360度/n，从而脉动抵消的效果变得最大。
[0121]即使在上述那样的结构的电力变换装置中的工作中，在短路单元4a接通时在逆流防止元件5a中，在短路单元4b接通时在逆流防止元件5b中，按照与实施方式I同样的机制，产生恢复电流。因此，恢复电流的发生定时不同。因此，即使在本实施方式中的换流单元7中，关于与逆流防止元件5a连接的变压器71的二次侧绕组、和与逆流防止元件5b连接的变压器71的二次侧绕组，也需要变更工作的定时。
[0122]图13是示出实施方式2的换流单元7的结构的一个例子的图。关于与换流用整流元件72a连接的变压器71的二次侧绕组、和与换流用整流元件72b连接的变压器71的二次侧绕组，使绕组的极性成为逆极性、逆卷绕。另外，变压器驱动电路73具有换流用开关74a、74b、换流用电源75、电容器76a、76b。
[0123]在图13的换流单元中，如果使换流用开关74a接通、使换流用开关74b断开，则电容器76a放电，励磁电流流入变压器71的一次侧绕组。此时，在变压器71的二次侧绕组中，电流流入绕组是相同极性的、换流用整流元件72a侧的绕组，换流用整流元件72a开始换流工作。另一方面，如果使换流用开关74a断开、使换流用开关74b接通，则电容器76b放电，与在使换流用开关74a接通、使换流用开关74b断开时相反朝向的励磁电流流入变压器71的一次侧绕组。此时，在变压器71的二次侧绕组中，电流流入绕组是逆极性的、换流用整流元件72b侧的绕组，换流用整流元件72b开始换流工作。此处，举出了变压器驱动电路73是基于换流用开关74a、74b的半桥结构的例子，但即使增加开关的个数而成为全桥结构，也同样地工作，得到同样的效果。
[0124]根据本实施方式，即使在需要不同的定时下的换流工作的逆流防止元件5a、5b的各个中设置换流单元7的情况下，也能够在变压器71的一次侧绕组中使所构成的变压器驱动电路73共用。因此，能够与实施方式I同样地，降低恢复电流降低所致的噪声/损失，而且还能够削减电路的部件个数，能够实现电路面积降低、抑制成本上升。此处，使定时不同，但也可以调整进行例如换流工作的时间。
[0125]接下来，对进行上述那样的工作的换流单元7的故障模式和此时的保护进行说明。关于变压器71的一次侧绕组以及二次侧绕组、换流用整流元件72a、72b、换流用开关74a,74b的故障，与实施方式I相同，所以能够进行与关于实施方式I的图8?图10说明的情况同样的保护。
[0126]在电容器76a发生了短路故障的情况下，在使换流用开关74a接通时，在变压器71的一次侧绕组中不流过励磁电流，所以换流用整流元件72a侧的换流工作变得不可能。另一方面，针对电容器76b原样地施加作为通常时的2倍的换流用电源75的电压而进行充电。因此，在使换流用开关74b接通时，励磁电流流入变压器71的一次侧绕组，能够实现换流用整流元件72b侧的换流工作。但是，此时对变压器71施加的电压如上所述成为通常的2倍。因此，通过以使使换流用开关74b接通的定时延迟、或者使驱动信号的脉冲宽度减少的方式调整，能够将变压器71的一次侧绕组中流过的电流抑制为与通常时相同的水平，抑制对变压器71造成的压力。
[0127]另外，即使在电容器76b发生了短路故障的情况下，也成为与电容器76a发生了短路故障的情况同样的现象。此时，在使换流用开关74b接通时，励磁电流不流入变压器71的一次侧绕组，所以换流用整流元件72b侧的换流工作变得不可能。另一方面，针对电容器76a，原样地施加作为通常时的2倍的换流用电源75的电压而进行充电。因此，在使换流用开关74a接通时，励磁电流流入变压器71的一次侧绕组，能够实现换流用整流元件72b侧的换流工作。但是，此时对变压器71施加的电压如上所述成为通常的2倍，所以通过以使换流用开关74a的接通定时延迟、或者使驱动信号的脉冲宽度减少的方式调整，能够将变压器71的一次侧绕组中流过的电流抑制为与通常时相同的水平，能够抑制对变压器71造成的压力。
[0128]在电容器76a发生了开路故障的情况下，电容器76b在换流用开关74a接通的期间被充电。在直至电容器76b被充分充电的期间，即使使换流用开关74b接通，励磁电流也不会充分流入变压器71的一次侧绕组，所以换流用整流元件72b侧的换流工作变得不可能。在这样的状态的情况下，也可以控制为通过通知单元107等对用户等通知是异常的情况，催促停止或修理电力变换装置，在该期间继续运转。此处，在通知单元等中，不限于上述情况，即使在由于其它原因等而在换流单元7等中发生了故障的情况下，也可以进行通知。
[0129]即使在电容器76b发生了开路故障的情况下，也成为与电容器76a发生了开路故障的情况同样的现象。此时，电容器76a在使换流用开关74b接通的期间也被充电。在直至电容器76a被充分充电的期间，即使使换流用开关74a接通，也不会向变压器71的一次侧绕组充分流入励磁电流，所以换流用整流元件72a侧的换流工作变得不可能。即使在这样的状态的情况下，也可以控制为通过通知单元等(未图示)进行通知，在该期间继续运转。
[0130]图14是示出实施方式2的电力变换装置的结构的另一例子的图。例如，对构成要素发生故障而逆流防止元件5a侧或者5b侧的某一方的换流单元7成为不可工作的情况进行说明。也可以根据与例如图10所示的流程图同样的处理，组合短路单元4a、4b、逆流防止元件5a、5b的电流峰值或者电流变化率中的某一个、或者其中的多个项目，来判断各系统中的换流单元7可否工作。另外，也可以根据其判断结果，停止短路单元4a、4b的工作。此时，也可以如图14所示，在逆流防止元件5a、5b的后级(逆流防止元件5a、5b与平滑单元8之间的路径)，设置例如继电器那样的切断开关106a、106b，而使得能够切断路径。
[0131]图15是示出换流单元7可否工作与负载的关系的图。例如，也可以如图15所示，通过换流单元7可否工作和负载的组合，判定可否进行短路单元4a、4b的工作/停止。此处，设想作为负载通过逆变器电路驱动马达的情况。另外，设为针对逆流防止元件5a、5b，分别连接了独立的换流单元7。
[0132]在例如负载小的情况下，变得不需要母线电压的升压，所以负载小的情况的短路单元4a、4b成为停止。在该情况下，斩波器电路6不工作，所以进行与电容器输入形的转换器同样的举动。由于负载小，所以即使切断了切断开关106a、106b中的某一个，也不会超过各元件的电流容量。因此，没有损坏的危险，除此之外，能够减少在电力变换时通过的元件，能够降低损失。
[0133]另一方面，在负载大的情况下，使母线电压升压来扩大马达的工作区域、或者使马达高匝数化来实现改善效率，所以优选使短路单元4a、4b尽可能工作。此时，在换流单元7a、7b不可工作的情况下，使换流单元7的不可工作的一侧的短路单元4的工作停止，而且通过切断开关106a、106b切断路径。此时，与上述同样地，能够减少在电力变换时通过的元件，所以能够降低损失。但是，通常分散的电流集中到未切断的一侧的各元件，所以在超过电流容量的情况下，期望使短路单元4的工作停止，作为电容器输入形的转换器工作。
[0134]如以上那样，根据实施方式2的电力变换装置，即使在例如逆流防止元件5a、5b的各个中以不同的定时进行换流工作的情况下，也能够将变压器71的二次侧绕组、换流用整流元件72a、72b,与实施方式I同样地,与逆流防止元件5a、5b分别并联连接,另一方面,能够使控制对变压器71的一次侧绕组的电力供给的变压器驱动电路73共用，所以与实施方式I同样地，能够降低恢复电流降低所致的噪声/损耗，而且减少电路的部件个数，能够实现降低电路面积、抑制成本上升。
[0135]另外，在电容器76的一方发生了短路故障等的情况下，通过以使换流用开关74的接通定时延迟、或者使驱动信号的脉冲宽度(接通时间、占空比)减少的方式进行调整，能够将变压器71的一次侧绕组中流过的电流抑制为与通常时相同的水平，能够抑制对变压器71造成的压力。
[0136]实施方式3.[0137]图16~30是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。针对进行同样的工作的单元、元件等，附加了与在实施方式I等中说明的附图相同的符号。在上述实施方式1、2中，叙述了与单相的交流电源连接，在对电源进行了整流的后级设置了短路单元的电力变换装置。另外，关于 例如图16~30所示那样的、与单相交流电源对应的电力变换装置，通过设置换流单元7来进行换流控制，也得到上述同样的效果，即使在该换流单元7中发生了故障的情况下，也保护装置，能够得到提高可靠性的效果。此时，也可以例如如图16那样，使整流元件2a等成为逆流防止元件而设置换流单元7。
[0138]另外，图17是示出短路单元4的结构的一个例子的图。在例如图17 (a)中，由对整流元件41 a~41 d进行了桥连接的短路用整流电路41、和短路用开关42构成了短路单元
4。图17 (a)示出作为短路用开关42使用I个例如IGBT那样的不会双向流过电流的元件的情况下的一般的结构。另外，也可以如图17 (b)所示，通过使用多个例如IGBT (绝缘栅极双极性晶体管)、M0SFET (场效应晶体管)等而构成的双向开关等来构成短路单元4，能够得到同样的效果。
[0139]实施方式4.[0140]图31~图40是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的结构的一个例子的图。针对进行同样的工作的单元、元件等，附加了与在实施方式I等中说明的附图相同的符号。在上述实施方式I~3中，叙述了与单相的交流电源对应的电力变换装置。另外，例如，关于图31~图40所示那样的、与三相交流电源对应的同样的方式的电力变换装置，通过设置换流单元7来进行换流控制，也得到上述同样的效果，即使在该换流单元7中发生了故障的情况下，也保护装置，能够得到提高可靠性的效果。
[0141]实施方式5.[0142]图41是示出本发明的实施方式5的马达驱动装置的结构的一个例子的图。在本实施方式中，作为进行经由上述电力变换装置的电力供给的负载，连接图41所示那样的逆变器电路90和马达91。另外，具有控制逆变器电路90的工作的逆变器控制单元92。通过应用本发明的电力变换装置，是高效、高可靠性的，并且即使在它们中设置的换流单元7中发生了故障的情况下，也保护装置，能够得到提高可靠性的效果。此处，在本实施方式那样的马达驱动装置中，在前级的电力变换装置中检测到换流单元7的异常的情况下，逆变器控制单元92也可以以使马达91中的负载变小的方式，调整逆变器电路90的工作。
[0143]实施方式6.[0144]图42是示出本发明的实施方式6的制冷空气调节装置的结构的一个例子的图。在本实施方式中，说明将上述实施方式5中的马达驱动装置应用于空气调节装置的压缩机、风机的一方或者双方的情况。
[0145]图42的制冷空气调节装置具备热源侧设备(室外机)300和负载侧设备(室内机)400，它们通过制冷剂配管连结，构成主要的制冷剂回路(以下，称为主制冷剂回路)而使制冷剂循环。使制冷剂配管中的、气体的制冷剂(气体制冷剂)流过的配管作为气配管500，使液体的制冷剂(液制冷剂。有时为气液二相制冷剂)流过的配管作为液配管600。
[0146]在本实施方式中，热源侧设备300具有压缩机301、油分离器302、四通阀303、热源侧热交换器304、热源侧风扇305、储藏器(accumulator) 306、热源侧节流装置(膨胀阀)307、制冷剂间热交换器308、旁通节流装置309以及热源侧控制装置310这些各装置(单元)。
[0147]压缩机301对所吸入的制冷剂进行压缩而吐出。此处，设为压缩机301通过使运转频率任意地变化，能够使压缩机301的容量(每单位时间的送出制冷剂的量)细致地变化。此处，上述各实施方式中的电力变换装置安装于供给使压缩机301 (马达)驱动的电力的交流电源I与成为负载9的压缩机301等之间。
[0148] 油分离器302使混入制冷剂而从压缩机301吐出的润滑油分离。所分离的润滑油返回压缩机301。四通阀303根据来自热源侧控制装置310的指示，根据制冷运转时和制热运转时，切换制冷剂的流动。另外，热源侧热交换器304进行制冷剂和空气(室外的空气)的热交换。例如，在制热运转时作为蒸发器发挥功能，进行经由热源侧节流装置307流入的低压的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂蒸发而气化。另外，在制冷运转时作为冷凝器发挥功能，进行从四通阀303侧流入的在压缩机301中压缩的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂冷凝而液化。在热源侧热交换器304中，为了高效地进行制冷剂和空气的热交换，设置了热源侧风扇305。针对热源侧风扇305，也可以经由上述各实施方式中记载的电力变换装置进行电力供给，在例如作为负载9的逆变器装置中使风扇马达的运转频率任意地变化而使风扇的旋转速度细致地变化。
[0149]制冷剂间热交换器308在成为制冷剂回路的主要的流路中流过的制冷剂、和从该流路分支而通过旁通节流装置309 (膨胀阀)进行了流量调整的制冷剂之间进行热交换。特别地，在制冷运转时需要对制冷剂进行过冷却的情况下，对制冷剂进行过冷却而供给到负载侧设备400。经由旁通节流装置309流过的液体经由旁通配管返回储藏器306。储藏器306是预先储存例如液体的剩余制冷剂的单元。热源侧控制装置310由例如微型计算机等构成。能够与负载侧控制装置404进行有线或者无线通信，例如，根据与制冷空气调节装置内的各种探测单元(传感器)的探测有关的数据，通过逆变器电路控制进行压缩机301的运转频率控制等，控制与制冷空气调节装置有关的各单元来进行制冷空气调节装置整体的工作控制。另外，也可以由热源侧控制装置310进行在上述实施方式中说明的开关控制单元103等进行的处理。
[0150]另一方面，负载侧设备400具有负载侧热交换器401、负载侧节流装置(膨胀阀)402、负载侧风扇403以及负载侧控制装置404。负载侧热交换器401进行制冷剂和空气的热交换。例如，在制热运转时作为冷凝器发挥功能，进行从气配管500流入的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂冷凝而液化(或者气液二相化)，流出到液配管600侧。另一方面，在制冷运转时作为蒸发器发挥功能，进行通过负载侧节流装置402成为低压状态的制冷剂和空气的热交换，使制冷剂夺走空气的热而蒸发并气化，流出到气配管500侧。另外，在负载侧设备400，设置了用于调整进行热交换的空气的流动的负载侧风扇403。通过例如利用者的设定，决定该负载侧风扇403的运转速度。负载侧节流装置402是为了通过使开度变化来调整负载侧热交换器401内的制冷剂的压力而设置的。
[0151]另外，负载侧控制装置404也由微型计算机等构成，能够与例如热源侧控制装置310进行有线或者无线通信。根据来自热源侧控制装置310的指示、来自居住者等的指示，以使例如室内成为规定的温度的方式，控制负载侧设备400的各装置(单元)。另外，发送包括与设置于负载侧设备400的探测单元的探测有关的数据的信号。
[0152]如以上那样，在实施方式6的制冷空气调节装置中，使用上述实施方式中的电力变换装置来进行向压缩机301、热源侧风扇305等的电力供给，所以能够得到高效、高可靠性的制冷空气调节系统。另外，即使在电力变换装置中的换流单元7由于故障等而引起了障碍的情况下，也保护装置、系统，能够得到提高可靠性的效果。
[0153]产业上的可利用性
[0154]在上述实施方式6中，说明了将本发明的电力变换装置应用于制冷空气调节装置的情况，但不限于此。还能够应用于热泵装置、电冰箱等利用制冷循环(热泵循环)的装置、电梯等搬送设备等、照明器具(系统)，能够起到同样的效果。
【权利要求】
1.一种电力变换装置，其特征在于，具备: 整流电路，对电源的电压进行整流； 平滑单元，对来自所述整流电路的输出电压进行平滑； 短路单元，配置得比该平滑单元更接近所述电源侧，使所述电源短路而进行电流或者电压的至少一方的控制； 电抗器，配置得比所述短路单元更接近所述电源侧； 一个或者多个逆流防止元件，防止电流从负载侧向所述电源侧的逆流； 换流单元，用于进行使电流流过与该逆流防止元件并联连接的其它路径的换流工作； 异常检测单元，用于检测所述换流单元的异常；以及 控制单元，根据所述异常检测单元的检测进行与所述换流单元的保护有关的工作控制。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 将构成所述整流电路的整流元件的至少一个作为所述逆流防止元件。
3.根据权利要求1或者2所述的电力变换装置，其特征在于， 所述换流单元具有: 换流用整流元件，对所述其它路径中流过的电流进行整流； 变压器，使基于与一次侧绕组有关的电压的电压施加于所述其它路径上的二次侧绕组，进行所述换流工作；以及 变压器驱动装置，控制通过向所述变压器的一次侧绕组施加电压而得到的励磁电流。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于， 对多个所述逆流防止元件分别并联连接所述换流用整流元件以及所述变压器的二次侧绕组， 使所述变压器的所述一次侧绕组成为共用。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于， 为了使与各逆流防止元件对应的换流工作的定时不同，使各二次侧绕组成为逆卷绕。
6.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于， 所述变压器驱动装置具有换流用电源和换流用开关并且与所述变压器的一次侧绕组连接， 通过所述换流用开关的开闭，控制从所述换流用电源流入所述变压器的一次侧绕组的所述励磁电流。
7.根据权利要求3~6中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 所述换流单元具有用于切断包括所述变压器的一次侧绕组或者二次侧绕组的至少一方的电流路径的切断开关， 所述控制单元根据所述异常检测单元的输出，使所述切断开关切断所述电流路径。
8.根据权利要求3~6中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 所述控制单元根据所述异常检测单元的输出，调整所述换流单元进行换流工作的定时。
9.根据权利要求3~6中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 所述控制单元根据所述异常检测单元的输出，调整所述换流单元进行换流工作的时间。
10.根据权利要求3~6中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 所述控制单元根据所述异常检测单元的输出，使所述短路单元的工作停止。
11.根据权利要求1~10中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 还具备用于进行通知的通知单元， 所述控制单元根据所述异常检测单元的输出使所述通知单元通知异常的情况。
12.根据权利要求1~11中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 所述换流单元在包括所述变压器的一次侧绕组或者二次侧绕组的至少一方的电流路径中设置电流抑制元件或者电流切断元件。
13.根据权利要求3~12中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 对所述换流用整流元件使用宽能带隙半导体。
14.根据权利要求13所述的电力变换装置，其特征在于， 所述宽能带隙半导体以碳化硅、氮化镓系材料或者金刚石为材料。
15.一种马达驱动装置，其特征在于，具备: 逆变器装置，将权利要求1~14中的任意一项所述的电力变换装置的输出变换为交流电力； 逆变器控制单元，控制该逆变器装置；以及 马达，以经所述逆变器装置变换了的交流电力进行驱动。
16.根据权利要求15所述的马达驱动装置，其特征在于， 如果所述电力变换装置的异常检测单元检测到异常，则所述逆变器控制单元限制所述马达的驱动。
17.一种制冷空气调节装置，其特征在于， 为了驱动压缩机或者风机的至少一方，具备权利要求15或者16所述的马达驱动装置。
【文档编号】H02M7/12GK103477545SQ201180069890
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2011年4月8日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】下麦卓也, 有泽浩一, 篠本洋介, 山川崇 申请人:三菱电机株式会社