專利名稱：并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將從多相交流電源進行任意的多相交流或直流電壓輸出的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置構(gòu)成為并聯(lián)多路連接而大容量化的裝置。
背景技術(shù)：
目前，要實現(xiàn)矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的大容量化，有使用準備多個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置、并將這些各裝置的輸入側(cè)相互并聯(lián)連接的并聯(lián)多路構(gòu)成的裝置，然而，輸出端直接并聯(lián)連接時，由于并聯(lián)連接的各裝置的輸出側(cè)電位通常并非成為同電位，因此，在矩陣轉(zhuǎn)換器各裝置間可能會有輸出短路。另外，關(guān)于流過并聯(lián)連接的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的電流，也產(chǎn)生各裝置間的電流平衡不能保證均等的問題。
因此，在現(xiàn)有的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的并聯(lián)多路構(gòu)成中，如圖7所示，使電抗器51～56與并聯(lián)連接的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的各輸出相插入連接，利用就所述各電抗器產(chǎn)生的電壓下降的作用，能夠防止在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置間產(chǎn)生的所述輸出短路，并確保電流平衡的均等化(例如，參照專利文獻1)。
另外，通過由矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的雙向開關(guān)的開合PWM控制，可以防止流過交流電源的各相的電源電流成為斷續(xù)電流，因此，在輸入側(cè)一般都是在每個電源輸入相連接濾波器用輸入電抗器41～43及濾波器用電容器61～63，由此能夠使交流電源電流形成連續(xù)且光滑的波形。
專利文獻1日本特開2003-259647號公報(圖1)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題圖9所示的所述現(xiàn)有的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器，在輸入側(cè)和輸出側(cè)雙方需要電抗器，有包含電抗器的整個裝置大型化的問題。而且，由于在輸入側(cè)有電抗器，因此存在切斷雙向開關(guān)時的浪涌電壓變大的問題。
本發(fā)明是鑒于這些問題點而開發(fā)的，目的在于提供一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其能夠抑制整個裝置的大型化并降低切斷雙向開關(guān)時的浪涌電壓。
用于解決問題的手段為解決上述問題，本發(fā)明第一方面提供一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其通過將至少兩臺以上矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出相并聯(lián)連接而構(gòu)成，所述矩陣轉(zhuǎn)換器裝置將交流電源作為輸入電源，用各個雙向開關(guān)連接輸入電源的各輸入相的每一個輸入相和各輸出相，對所述各雙向開關(guān)進行PWM控制，自所述各輸出相輸出任意的直流電壓或交流電壓，所述并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征在于所述輸出相的并聯(lián)連接是不經(jīng)由電抗器的直接連接，具備插入連接于所述并聯(lián)連接的各個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸入電源的輸入相與所述交流電源之間的各第一電抗器。
在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置中，著眼于輸出電流在雙向開關(guān)的輸出側(cè)及輸入側(cè)同時流動，將現(xiàn)有例中連接于輸出側(cè)的電抗器移動到輸入側(cè)中輸出電流的流動位置，由此，一方面，防止矩陣轉(zhuǎn)換器裝置相互間的短路并確保電流平衡的均等化，另一方面，也實現(xiàn)輸入電抗器間共用化而使整個裝置小型化。
另外，使用與濾波器用輸入電抗器共用的第一電抗器、和濾波器用電容器，能夠在第一電抗器和所述電容器及交流電源之間形成電流的流動通路，因此，即使切斷雙向開關(guān)時，也能夠確保流過第一電抗器的電流的連續(xù)性，從而可以抑制自第一電抗器產(chǎn)生的雙向開關(guān)切斷時的浪涌電壓。
在緊急切斷和雙向開關(guān)的開合切換順序錯了的情況下，由于雙向切斷使得電流通路消失，容易產(chǎn)生大的浪涌電壓，但即使這種情況也能抑制浪涌電壓。
本發(fā)明第二方面提供一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其通過將至少兩臺以上矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出相并聯(lián)連接而構(gòu)成，所述矩陣轉(zhuǎn)換器裝置將交流電源作為輸入電源，用各個雙向開關(guān)連接輸入電源的各輸入相的每一個輸入相和各輸出相，對所述各雙向開關(guān)進行PWM控制，自所述各輸出相輸出任意的直流電壓或交流電壓，所述并列多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征在于所述輸出相的并聯(lián)連接是不經(jīng)由電抗器的直接連接，所述并聯(lián)連接的各個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，具備插入連接于連接輸入電源的輸入相的每一個輸入相和各輸出相的各雙向開關(guān)之間的第一電抗器。
各個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置內(nèi)都具有第一電抗器，能夠?qū)崿F(xiàn)和上述發(fā)明同樣的作用和效果。
本發(fā)明第三方面提供一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，在所述交流電源與所述各第一電抗器的共同連接點處，具備插入連接于所述共同連接點與所述交流電源之間的第二電抗器。
具有各個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置共同的輸入電抗器，換言之具有第二電抗器，并且在各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置中還具有第一電抗器，也確保實現(xiàn)了電流平衡均等化等。
由于第一電抗器作為濾波器用輸入電抗器沒有共用化，當選定電感值等常數(shù)時，能夠確保對于雙向開關(guān)的自由度。
本發(fā)明第四方面提供一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，在所述交流電源與所述各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸入相之間的共同連接點處，具備插入連接于所述共同連接點與所述交流電源之間的第二電抗器。
對本發(fā)明第二方面，采用與本發(fā)明第三方面記載的發(fā)明同樣的構(gòu)成，在這種情況下，對于第一、第二電抗器兩者也能確保常數(shù)選定的自由度。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置中，各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出相不通過輸出電抗器而是直接并聯(lián)連接，所述的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的交流電源輸入部與交流電源之間設有各個插入連接的第一電抗器。通過使這些和濾波器用輸入電抗器共用化，盡管并聯(lián)多路化，但可以不要輸出電抗器，因此也有能夠?qū)崿F(xiàn)整個裝置的小型化的效果。
另外，由于和連接于輸入側(cè)的濾波器用電容器的關(guān)系，能確保切斷雙向開關(guān)時的電流通路，從而也具有能夠抑制雙向開關(guān)切斷時的浪涌電壓的效果。


圖1為表示本發(fā)明的第一實施例的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置。
圖2為矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)例2。
圖3為矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)例3。
圖4為按照現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的簡易等效電路。
圖5為基于本發(fā)明的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的簡易等效電路。
圖6為表示本發(fā)明的第二實施例的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置。
圖7為作為現(xiàn)有例的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置。
符號說明1三相交流電源4A、4B矩陣轉(zhuǎn)換器裝置5三相交流電動機6位于矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A內(nèi)的雙向開關(guān)7位于矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4B內(nèi)的雙向開關(guān)11～16二極管17～19IGBT21，31單相交流電源22A、22B、32電抗器23A、23B、33A、33B IGBT等效電源41，42，43濾波器用輸入電抗器47，48，49第二電抗器51～56輸出端電抗器61，62，63濾波器用電容器71～76第一電抗器81～86濾波器用電容器具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
實施例1圖1所示為作為本發(fā)明的第一個實施例，將2臺三相交流電源輸入三相交流輸出的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置并聯(lián)連接而構(gòu)成的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置。
在圖1中，1是三相交流電源，在交流電源與向各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置輸入交流電力的交流電源輸入部之間，連接有分別和濾波器用輸入電抗器共用化的第一電抗器71～73及74～76。81～83和84～86是濾波器用電容器，其分別與第一電抗器71～73和74～76連接，且作為濾波器用輸入電抗器以及濾波器用電容器，相對于各個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置形成輸入濾波器。4A及4B是矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其共同成為三相交流電源輸入三相交流輸出。矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A和4B，彼此對應的輸出相之間直接并聯(lián)連接，這樣形成的三相輸出的各相與三相電動機5連接，由此驅(qū)動該電動機。
矩陣轉(zhuǎn)換器裝置中使用的雙向開關(guān)，不但有如圖1所示的把兩個IGBT反向并聯(lián)連接的情況，而且也有與如圖2和圖3所示的IGBT及二極管的連接構(gòu)成體的情況。無論哪一種情況，通過分別對IGBT等自我消弧形半導體開關(guān)元件進行開合PWM控制而作為雙向開關(guān)發(fā)揮功能，使交流電源電壓自輸出相進行PWM輸出，從而進行任意的電壓輸出。
由于這種雙向開關(guān)由IGBT等半導體開關(guān)元件構(gòu)成，因此使輸出相彼此直接并聯(lián)連接時，由于與各輸出相對應的IGBT、即矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A側(cè)的IGBT和4B側(cè)的IGBT之間的飽和電壓等的特性差，在流過各個IGBT的電流中會產(chǎn)生大的不平衡。
因此，將電抗器71～73、74～76與兩個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸入側(cè)插入連接，在這些電抗器中產(chǎn)生不使IGBT特性差成為問題的電壓下降。
另外，即使在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A、4B的各輸出電壓值不同的情況下，也能將其電壓差作為電抗器的電壓下降而吸收，從而能夠抑制輸出側(cè)短路電流的產(chǎn)生。例如，矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A(雙向開關(guān)6接通)、4B(雙向開關(guān)7接通)的各U相輸出電壓值不同時，電抗器71及75能夠?qū)⑵潆妷翰钭鳛殡妷合陆刀查g吸收。
又如，相對于從電抗器71向雙向開關(guān)6、電動機5、雙向開關(guān)7、電抗器75流動的輸出電流，即使雙向開關(guān)6或者7被切斷，由于在所述輸出電流中，存在從電抗器71向電容器81、電容器82及83、電抗器72及73流動的通路、和向電抗器74及76、電容器84及86、電容器85、電抗器85流動的通路，因此，伴隨積蓄在電抗器中的電磁能的放電的浪涌電壓的產(chǎn)生也被抑制。
現(xiàn)有的并聯(lián)多路連接，通過插入輸出側(cè)的電抗器相互并聯(lián)連接，但是，本發(fā)明著眼于根據(jù)經(jīng)由雙向開關(guān)直接輸出交流電源電壓的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征，可用輸入側(cè)電抗器代替輸出側(cè)電抗器，而直接將輸入側(cè)電抗器作為輸出側(cè)電抗器而代替。
由此，可以不要輸出側(cè)電抗器且可以和濾波器用輸入電抗器共用化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)整個裝置的小型化。
其次，對相對于設置在輸入側(cè)的第一電抗器的電流平衡的有效性進行說明。圖4是按照現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的簡易等效電路。一般地，如IGBT這樣的半導體開關(guān)元件，可認為是根據(jù)輸入電流的大小而產(chǎn)生值變大的電壓的電源。因此，在圖4中作為產(chǎn)生與電流成比例的電壓的電源將各IGBT標記為33A、33B。如果兩個IGBT的特性不同，與產(chǎn)生電壓的電流相對應的比例系數(shù)就不同，將該比例系數(shù)分別設定為α1、α2。在這種情況下，所述兩個IGBT等效電源33A、33B并聯(lián)連接，因而以下表達式(1)成立。
α1*I1＝α2*I2∴I1∶I2＝α2∶α1 ...(1)因而在已并聯(lián)連接的各IGBT中，電流按與比例系數(shù)α1及α2相對應的比例流動，因此，如果想改善該平衡，就需要在輸出側(cè)設置電抗器等。
與此相對應，圖5所示的是基于本發(fā)明的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的簡易等效電路。在該電路中，電抗器22A、22B各自分別和兩個IGBT 23A、23B串聯(lián)連接，這兩組IGBT、電抗器串聯(lián)電路并聯(lián)連接。由于電抗器中產(chǎn)生與流動的電流成比例的電壓下降，因此，設交流電源2 1的角頻率為ω時，下面的表達式(2)成立。
(α1+ωL)*I1＝(α2+ωL)*I2∴I1∶I2＝(α2+ωL)∶(α1+ωL) ...(2)從表達式(2)可看出，流過兩個IGBT的電流的平衡成為比由IGBT的特性決定的比例系數(shù)α1、α2來確定的不平衡比率更小的不平衡比率，且與表達式(1)中的情況相比，電流的平衡被改善。另外，平衡比率也可以由電抗器的電感值L來調(diào)整。
因而，輸出濾波器具有的電流平衡功能，將電抗器設置在輸入側(cè)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)。
在本實施例中將電抗器71～73、74～76設置在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A、4B的外側(cè)，但將電抗器71～73內(nèi)置于矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4A中、將電抗器74～76內(nèi)置在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置4B中時也可以實現(xiàn)同樣的效果。
此外，圖1所示的實施例為兩臺的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的構(gòu)成例，但本發(fā)明不限于兩臺，三臺以上的并聯(lián)連接同樣能夠使用本發(fā)明。
另外，本實施例中的濾波器用電容器81～83及84～86與交流電源各相連接、且相互間是Y接線，但是，即使它們相互間是Δ接線也沒關(guān)系。
實施例2圖6是表示本發(fā)明的第二實施例的圖。在圖6中，除了追加插入作為與兩臺并聯(lián)連接的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置共同的濾波器用輸入電抗器的第二電抗器47、48、49這一點外，與所述第一實施例相同。
其特征點在于共同的濾波器用輸入電抗器即第二電抗器和電流平衡用的第一電抗器分離，由此，可以將作為濾波器用輸入電抗器的電感值以及電流平衡用的電抗器值自由地設定為常數(shù)。
另外，在本實施例中，將電流平衡用的各電抗器設置在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的外側(cè)，但將各電抗器內(nèi)置于矩陣轉(zhuǎn)換器裝置中也能夠起到同樣的效果。
所述第一、第二實施例中表示了具有三相輸出的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置并聯(lián)連接的構(gòu)成，但本發(fā)明不限于此，具有1或2輸出相的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置并聯(lián)連接同樣也能夠構(gòu)成本發(fā)明，其主旨包括這種情況。
工業(yè)上利用的可能性。
本發(fā)明是有關(guān)可進行電源再生的矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，涉及將小容量的這些多個矩陣轉(zhuǎn)換器裝置構(gòu)成并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，作為可進行電源再生的大功率裝置而利用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是通過將各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出側(cè)相互直接并聯(lián)連接，而在輸入側(cè)按照各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置插入連接電抗器，能夠?qū)崿F(xiàn)整個裝置的低成本、小型化，且能夠?qū)崿F(xiàn)使用整個裝置的電機裝置的布局設計的簡單化。產(chǎn)生了大容量的且可再生的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征的用途，例如可以適用于電梯、起重機用途等。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其通過將至少兩臺以上矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出相并聯(lián)連接而構(gòu)成，所述矩陣轉(zhuǎn)換器裝置將交流電源作為輸入電源，用各雙向開關(guān)連接輸入電源的各輸入相的每一個輸入相和各輸出相，對所述各雙向開關(guān)進行PWM控制，自所述各輸出相輸出任意的直流電壓或交流電壓，所述并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征在于所述輸出相的并聯(lián)連接是不經(jīng)由電抗器的直接連接，且具備插入連接于所述并聯(lián)連接的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸入電源的輸入相與所述交流電源之間的各第一電抗器。
2.一種并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其通過將至少兩臺以上矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸出相并聯(lián)連接而構(gòu)成，所述矩陣轉(zhuǎn)換器裝置將交流電源作為輸入電源，用各雙向開關(guān)連接輸入電源的各輸入相的每一個輸入相和各輸出相，對所述各雙向開關(guān)進行PWM控制，自所述各輸出相輸出任意的直流電壓或交流電壓，所述并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的特征在于所述輸出相的并聯(lián)連接是不經(jīng)由電抗器的直接連接，所述并聯(lián)連接的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置具備插入連接于連接輸入電源的輸入相的每一個輸入相和各輸出相的各雙向開關(guān)之間的第一電抗器。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于在所述交流電源與所述各第一電抗器的共同連接點處，具備插入連接于所述共同連接點與所述交流電源之間的第二電抗器。
4.如權(quán)利要求2所述的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于在所述交流電源與所述各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的輸入相的共同連接點處，具備插入連接于所述共同連接點與所述交流電源之間的第二電抗器。
全文摘要
提供一種可實現(xiàn)整個裝置的小型化的并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置。該并聯(lián)多路矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，由至少二臺以上矩陣轉(zhuǎn)換器裝置并聯(lián)連接而構(gòu)成，所述矩陣轉(zhuǎn)換器裝置，對連接交流電源輸入相和各輸出相的各雙向開關(guān)進行PWM控制，輸出任意的直流電壓或交流電壓，其中，在矩陣轉(zhuǎn)換器裝置之間的輸出側(cè)的并聯(lián)連接是不經(jīng)由電抗器的直接連接，在輸入側(cè)，在并聯(lián)連接的各矩陣轉(zhuǎn)換器裝置的每個交流電源輸入相和交流電源之間都插入連接電抗器。
文檔編號H02M5/27GK101027831SQ20058003268
公開日2007年8月29日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者上田洋三 申請人:株式會社安川電機