專利名稱：轉(zhuǎn)換器裝置、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊以及冷凍機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將三相交流變換為直流的轉(zhuǎn)換器裝置、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊以及冷凍機(jī)。
背景技術(shù)：
將三相交流變換為直流的轉(zhuǎn)換器裝置例如被用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器裝置、電池充放電裝置、冷凍機(jī)(空調(diào)、冰箱等)。在這些轉(zhuǎn)換器裝置使用三相二極管整流器的情況下，發(fā)生大量的電源電流高次諧波，對(duì)電力系統(tǒng)的影響成為社會(huì)問(wèn)題。近年來(lái)，以IEC (國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議)的高次諧波標(biāo)準(zhǔn)(IEC61000 — 3 — 2 (相電流〈16A)和IEC61000 - 3 - 12 (16A〈相電流〈75A))為首，制定了歐州、中國(guó)、日本國(guó)內(nèi)的高次諧波標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)今后需要這些裝置的電源高次諧波對(duì)策。
另一方面，雖然能夠使用由6個(gè)半導(dǎo)體功率元件構(gòu)成的三相PWM轉(zhuǎn)換器，來(lái)進(jìn)行輸入電流的高次諧波降低和輸出直流電壓的穩(wěn)定化控制，但需要大量的半導(dǎo)體功率元件和復(fù)雜的控制單元，所以存在裝置的成本大幅增加這樣的問(wèn)題。特別是，空調(diào)、通用逆變器以及電動(dòng)車用充電裝置等民用、工業(yè)用裝置都重視產(chǎn)品成本，所以期望廉價(jià)的高次諧波對(duì)策。以往，作為三相轉(zhuǎn)換器裝置的廉價(jià)的高次諧波對(duì)策，提出了例如如〔專利文獻(xiàn)I〕和〔專利文獻(xiàn)2〕中記載的那樣，在三相二極管整流器的輸入側(cè)設(shè)置交流電抗器和三個(gè)雙向通電類型開(kāi)關(guān)，僅在各相電源電壓的零交叉附近，使雙向通電類型開(kāi)關(guān)接通，從而改善輸入電流的方法?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利第3422218號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利第2857094號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在〔專利文獻(xiàn)I〕記載的技術(shù)中，為了滿足高次諧波標(biāo)準(zhǔn)，需要大的交流電抗器，從而無(wú)法避免裝置的大型化、成本上升。特別是，交流電抗器的電阻的熱損失與輸入電流存在平方關(guān)系，所以在高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有可能導(dǎo)致電抗器發(fā)熱、裝置效率降低。另外，在〔專利文獻(xiàn)2〕中，雖然能夠增加雙向通電類型開(kāi)關(guān)的0N/0FF動(dòng)作次數(shù)，實(shí)現(xiàn)交流電抗器的小型化，但整流二極管必須使用高速恢復(fù)類型，所以存在成本增加、無(wú)法原封不動(dòng)地使用以往的二極管整流電路的問(wèn)題。因此，本發(fā)明提供一種即使不采用大型的交流電抗器、高速二極管，也能夠?qū)?yīng)于高次諧波標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換器裝置、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊、冷凍機(jī)。為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換器裝置，將三相交流變換為直流，其特征在于，具備三相二極管橋；多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間且被串聯(lián)地連接；兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接；電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間；三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器裝置控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制中，根據(jù)由電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)，推測(cè)電源相位、電源相序、電源頻率、電源電壓中的至少一個(gè)的信息，根據(jù)所推測(cè)出的信息，調(diào)整所述雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制信號(hào)，上述電壓檢測(cè)單元對(duì)所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述平滑電容器的負(fù)的端子之間的電壓進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，
通過(guò)由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)與電壓規(guī)定值的比較，推測(cè)電源相位、電源相序、電源頻率、電源電壓中的至少一個(gè)的信息。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，使用由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)的振幅值或者平均值，將所述電壓規(guī)定值調(diào)整為所述電壓信號(hào)的振幅值的約1/4 1/3。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于， 在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制中，使用由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)，推測(cè)電源相位，根據(jù)所推測(cè)出的相位，使用預(yù)先設(shè)定的調(diào)制波表格來(lái)制作調(diào)制波，通過(guò)與載波的比較，生成所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制信號(hào)。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制中，使用直流負(fù)載的負(fù)載信息，調(diào)整所述調(diào)制波的大小和前后位置，依照直流負(fù)載變動(dòng)而調(diào)整所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的0N/0FF控制信號(hào)。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，構(gòu)成所述三相二極管橋的二極管使用通用整流二極管。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，所述環(huán)流二極管使用通用二極管。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的大小是能夠抑制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的過(guò)大的接通電流的容量。進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，使用所述三相二極管橋的直流側(cè)電壓(Ed)、構(gòu)成三相二極管橋的二極管的恢復(fù)時(shí)間(Trr)、以及所述雙向通電開(kāi)關(guān)的額定電流(Isw)，通過(guò)下式計(jì)算插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的電感值(L )，L=EdX Trr/Iswo進(jìn)而，本發(fā)明在轉(zhuǎn)換器裝置中，其特征在于，插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的電流容量設(shè)定為所述交流電抗器的約1/4以下。另外，為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊，對(duì)三相交流進(jìn)行變換并供給到馬達(dá)，其特征在于，具備三相二極管橋；多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間且被串聯(lián)地連接；兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接；電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間；三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。另外，為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種冷凍機(jī)，對(duì)三相交流進(jìn)行變換并供給到馬達(dá)，其特征在于，具備三相二極管橋；多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間且被串聯(lián)地連接；兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接；電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間；三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述冷凍機(jī)控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)控制雙向通電開(kāi)關(guān)來(lái)降低電源電流的高次諧波分量，通過(guò)插入于兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器，抑制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)接通時(shí)的三相二極管橋的逆恢復(fù)電流，通過(guò)兩個(gè)環(huán)流二極管，抑制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的過(guò)電壓。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種即使不采用大型的交流電抗器、高速二極管，也能夠?qū)?yīng)于高次諧波標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換器裝置、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊以及冷凍機(jī)。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的雙向通電開(kāi)關(guān)、以及驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的控制部的功能塊結(jié)構(gòu)圖。圖4是電源電壓和各相的調(diào)制波形圖。圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的雙向通電開(kāi)關(guān)接通時(shí)的等價(jià)電路圖。圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的有電抗器時(shí)的轉(zhuǎn)換器裝置的雙向通電開(kāi)關(guān)接通時(shí)的等價(jià)電路圖。圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的雙向通電開(kāi)關(guān)的電流波形圖。圖8是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的有電抗器時(shí)的轉(zhuǎn)換器裝置的雙向通電開(kāi)關(guān)的電流波形圖。圖9是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖10是電源相位和檢測(cè)電壓信號(hào)波形圖。圖11是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的控制部的電源相位運(yùn)算器的功能塊結(jié)構(gòu)圖。圖12是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖13是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)模塊的外觀圖。圖14是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。(符號(hào)說(shuō)明)I :三相交流電源；2 :三相交流電抗器；3 :三相二極管橋；4 :平滑電容器；5 :電抗器；6、7 :環(huán)流二極管；8 :直流負(fù)載；9 :電源相位檢測(cè)單元；10 :雙向通電開(kāi)關(guān)；11、111 :控制器；12 :單相二極管橋；13 :半導(dǎo)體功率元件；14 :絕緣單元；15 :驅(qū)動(dòng)電路；16 :調(diào)制波表格；17 :調(diào)制波調(diào)整器；18 :PWM控制器；19 :調(diào)整量表格；20 :載波發(fā)生器；21 :U相電源電壓波形；22 :V相電源電壓波形；23 :W相電源電壓波形；24 :與U相對(duì)應(yīng)的調(diào)制波形；25 :與V相對(duì)應(yīng)的調(diào)制波形；26 :與W相對(duì)應(yīng)的調(diào)制波形；27 :通電電流波形；30 :電源相位波形；31 與U相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)電壓波形；32 :與V相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)電壓波形；33 :與W相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)電壓波形；40 A/D變換器；41 :比較器；42 :上升沿檢測(cè)器；43 :相位誤差運(yùn)算器；44 PI控制器；45 :相位運(yùn)算器；100 :逆變器；101 :逆變器控制器；102 :馬達(dá)；105 :轉(zhuǎn)換器/逆變器控制器；109 :分壓電阻；120 :直流電壓檢測(cè)用分壓電阻；121 :分流電阻；122 :放大器；200 :模塊；201 :控制部基板；202 :半導(dǎo)體元件；203 :個(gè)人電腦；300 :冷凍機(jī)；301、302 :熱交換器；303,304 :風(fēng)扇；305 :壓縮機(jī)；306 :配管；307 :馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置；308 :壓縮機(jī)用馬達(dá)。
具體實(shí)施例方式以下，使用附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例I以下，示出本發(fā)明的三相轉(zhuǎn)換器裝置的結(jié)構(gòu)和控制的實(shí)施例。圖I是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器裝置的結(jié)構(gòu)圖。該轉(zhuǎn)換器裝置具備三個(gè)交流電抗器2，與三相交流電源I連接；三相二極管橋3，由六個(gè)二極管構(gòu)成；多個(gè)平滑電容器4，設(shè)置于三相二極管橋3的直流側(cè)且被串聯(lián)連接；兩個(gè)環(huán)流二極管6和7，與三相二極管橋3的直流側(cè)的正、負(fù)端子連接；電抗器5，插入到環(huán)流二極管6和7的中點(diǎn)與平滑電容器的中點(diǎn)之間；三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)10，連接于所述三相二極管橋3的交流輸入側(cè)與所述環(huán)流二極管6和7的中點(diǎn)之間；控制器11，控制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)10 ;以及電源相位檢測(cè)單元9。在直流側(cè)的多個(gè)平滑電容器4中，串聯(lián)地連接相同容量的電容器，并制作直流電壓的中點(diǎn)。如后述圖2所示，三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)10能夠由單相二極管橋12和I個(gè)半導(dǎo)體功率元件13 (MOSFET, IGBT元件)構(gòu)成。圖2示出構(gòu)成雙向通電開(kāi)關(guān)10的半導(dǎo)體功率元件13結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。如圖2所示，這些半導(dǎo)體功率元件的驅(qū)動(dòng)端子經(jīng)由光耦合器、變壓器等絕緣單元14而與驅(qū)動(dòng)電路15連接，以實(shí)現(xiàn)與控制器11的電氣絕緣。另外，控制器11使用個(gè)人電腦(微型計(jì)算機(jī))或者DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)等半導(dǎo)體運(yùn)算元件，處理來(lái)自電源相位檢測(cè)單元9的電源相位、和來(lái)自負(fù)載8的負(fù)載信息，產(chǎn)生各半導(dǎo)體功率元件的0N/0FF控制信號(hào)。圖3是控制器11的功能塊結(jié)構(gòu)圖，各功能由個(gè)人電腦的程序?qū)崿F(xiàn)。具體而言，根據(jù)所檢測(cè)到的電源相位e s，使用預(yù)先設(shè)定的調(diào)制波表格16，制作三相調(diào)制波。進(jìn)而，根據(jù)負(fù)載信息，使用預(yù)先設(shè)定的調(diào)整量表格19，調(diào)整調(diào)制波的前后位置和大小。圖4示出各相的電源電壓波形21、22、23和在個(gè)人電腦內(nèi)部存儲(chǔ)器中預(yù)先設(shè)定的各相的三相調(diào)制波表格波形24、25、26的一個(gè)例子。這些調(diào)制波表格是事先在規(guī)定條件下通過(guò)仿真、實(shí)機(jī)實(shí)驗(yàn)而制作的。另外，在電源輸入電流變化的情況下，為了維持高次諧波抑制效果，需要調(diào)整對(duì)應(yīng)的調(diào)制波。作為簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)法，如圖3所示，使用預(yù)先設(shè)定的調(diào)整量表格19，求出相位調(diào)整量0 s_adj和增益Km，調(diào)整調(diào)制波的前后位置和大小。最后，在PWM控制器18中，通過(guò)比較調(diào)整后的調(diào)制波Mu、Mv、Mw與載波(三角波或者鋸齒波)，輸出PWM (Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制信號(hào)，控制所述雙向通電功率元件13的0N/0FF。通過(guò)上述PWM控制，即使采用小型的交流電抗器，也能夠降低電流高次諧波，所以能夠?qū)崿F(xiàn)裝置體積和成本的降低。圖5、圖6示出在三相二極管橋的與U相對(duì)應(yīng)的上支路的二極管為正向通流狀態(tài)下，與U相對(duì)應(yīng)的雙向通電開(kāi)關(guān)接通時(shí)的等效電路。在圖5所示的沒(méi)有插入到環(huán)流二極管6和7的中點(diǎn)與平滑電容器的中點(diǎn)之間電抗器的情況下，與U相對(duì)應(yīng)的雙向通電開(kāi)關(guān)接通的瞬間，整流二極管的逆恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，所以在 雙向通電開(kāi)關(guān)中流過(guò)短時(shí)間的過(guò)大的電流。如果發(fā)生過(guò)大的接通電流，則引起半導(dǎo)體元件的可靠性降低和損失增加、以及裝置發(fā)生放射噪聲等惡劣影響。另一方面，如圖6所示，在有電抗器的情況下，電流的變化率受到限制，所以能夠抑制過(guò)大的電流。圖7、圖8示出圖5、圖6所示的電路的雙向通電開(kāi)關(guān)中流過(guò)的實(shí)機(jī)測(cè)定的通電電流波形27。如圖8所示，確認(rèn)了能夠通過(guò)追加電抗器來(lái)抑制雙向通電開(kāi)關(guān)的接通電流。另外，在雙向通電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，流過(guò)電抗器的電流經(jīng)由環(huán)流二極管而返回平滑電容器，所以能夠?qū)?duì)雙向通電開(kāi)關(guān)施加的電壓抑制為直流電壓以下，從而降低能量損失。該插入電抗器僅抑制雙向通電開(kāi)關(guān)的接通電流，所以根據(jù)下式求出其電感值即可?！彩絀〕L= (Ed/2) XTrr/ (Isw/2) =EdXTrr/1sw此處，L是電抗器的電感值、Ed是直流電壓值、Trr是三相二極管橋的二極管恢復(fù)時(shí)間、Isw是雙向通電開(kāi)關(guān)的額定電流。例如，在直流電壓值(Ed)是500[V]、三相二極管橋的二極管恢復(fù)時(shí)間(Trr)是5[y S]、雙向通電開(kāi)關(guān)的額定電流(Isw)是10[A]的情況下，電抗器的電感值是下式的值左右即可。L=500 X 5/10=250 [ U H]S卩，插入電抗器的電感值也可以設(shè)定為比交流電抗器充分小(1/20以下)。另外，流過(guò)電抗器的電流僅為各元件接通狀態(tài)的電流，所以電流容量也可以是裝置的輸入電流的約1/4以下。另外，環(huán)流二極管的電流也非常小，所以也可以采用廉價(jià)的通用品。根據(jù)以上的說(shuō)明，能夠通過(guò)少的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的接通電流抑制電路，所以如果使用本發(fā)明，則能夠?qū)崿F(xiàn)即使采用小型電抗器和逆恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)的通用整流二極管，也能夠降低高次諧波的轉(zhuǎn)換器裝置。因此，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成本和體積的削減、以及可靠性和效率的提聞。以上是本發(fā)明的三相轉(zhuǎn)換器裝置的結(jié)構(gòu)和控制的實(shí)施例。實(shí)施例2
以下，示出本發(fā)明的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)施例。圖9是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。從三相交流變換直流的轉(zhuǎn)換器部分與圖I所示的結(jié)構(gòu)相同。在轉(zhuǎn)換器電路的直流輸出側(cè)，使用逆變器100和逆變器控制器101來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)102。將逆變器控制器101的馬達(dá)負(fù)載信息經(jīng)由通信等單元傳送到控制器111?？刂破?11使用該負(fù)載信息，調(diào)整調(diào)制波的大小和位置而控制雙向通電開(kāi)關(guān)10。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，也可以使轉(zhuǎn)換器電路和逆變器電路的制造、設(shè)置分離，所以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造的自由度提高。特別是，由于在既存的逆變器模塊、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)基板上僅追加轉(zhuǎn)換器部分，就能夠降低電源高次諧波，所以能夠削減產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、制造成本。另外，在該實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)部件成本降低和布線簡(jiǎn)化，采用使用從分壓電阻109得到的電壓信號(hào)Vun、Vvn、Vwn,來(lái)檢測(cè)電源相位的方式。 圖10示出從分壓電阻109得到的各相的檢測(cè)電壓波形31、32、33和電源相位波形30。根據(jù)這些波形可知，將從分壓電阻109得到的電壓信號(hào)與電壓振幅值的約1/4 1/3的電壓電平值進(jìn)行比較，所得到的信號(hào)的上升沿與電源相位的0°、120°、240°大致一致。因此，能夠根據(jù)這些電壓信號(hào)推測(cè)電源相位。另外，還能夠根據(jù)相鄰上升沿的時(shí)間差來(lái)計(jì)算電源頻率。進(jìn)而，能夠根據(jù)上述上升沿的順序，判斷三相電源相序。另外，能夠運(yùn)算上述電壓信號(hào)的振幅值或者平均值，來(lái)推測(cè)電源電壓的大小。實(shí)際上，為了進(jìn)一步提高相位檢測(cè)精度，使用PLUPhase — locked Loop，鎖相環(huán))處理，運(yùn)算電源頻率的誤差A(yù)fs，對(duì)個(gè)人電腦內(nèi)部的電源頻率fsO的誤差進(jìn)行自動(dòng)校正。以下，使用圖11，說(shuō)明運(yùn)算電源相位的處理。如圖11所示，使用A/D變換器40來(lái)檢測(cè)各電壓檢測(cè)信號(hào)Vun、Vvn、Vwn，根據(jù)與電壓電平值的比較，制作上升沿，求出上升沿的檢測(cè)時(shí)刻的電源相位對(duì)應(yīng)值(U相0°、￥相120°、1相240° )與個(gè)人電腦內(nèi)部運(yùn)算出的電源相位的誤差，使用PI控制器44來(lái)計(jì)算頻率誤差A(yù)fs。該頻率誤差和電源頻率初始設(shè)定值fsO進(jìn)行加法運(yùn)算，通過(guò)積分處理計(jì)算出內(nèi)部電源相位。其中，在未事先設(shè)定電源的相序和頻率的信息的情況下，需要在相位檢測(cè)處理前，根據(jù)與各相對(duì)應(yīng)的上升沿的時(shí)間差和順序來(lái)進(jìn)行判定。此處的電壓電平值，也可以事先按照電源電壓而設(shè)定為固定值(約相間電壓振幅值的1/4 1/3)，但為了降低電源電壓變動(dòng)的影響，如果依照根據(jù)從所述分壓電阻109得到的電壓信號(hào)推測(cè)出的電源電壓的大小在線調(diào)整，則能夠進(jìn)一步提高相位檢測(cè)精度。如上所述，由于通過(guò)PLL處理自動(dòng)調(diào)整電源頻率的誤差，所以即使存在電源頻率的變動(dòng)、個(gè)人電腦發(fā)振器的誤差，電源相位檢測(cè)誤差也少。另外，在個(gè)人電腦的A/D變換器不足的情況下，即使使用2相或者I相的電壓信號(hào)，也能夠通過(guò)同樣的處理來(lái)計(jì)算電源相位。但是，在使用I相電壓信號(hào)的情況下，無(wú)法進(jìn)行三相電源的相序檢測(cè)。根據(jù)這樣的單元、結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)分壓電阻就能夠檢測(cè)控制中所需的電源信息，所以能夠?qū)崿F(xiàn)電路成本的降低和控制性能的提高。另外，在將本發(fā)明應(yīng)用于全球產(chǎn)品的情況下，無(wú)需進(jìn)行各地域的電源信息(電源頻率、相序、電源電壓等)的事先設(shè)定，所以裝置的通用性和可罪性提聞。進(jìn)而，還能夠代替?zhèn)€人電腦內(nèi)部A/D，而使用外部的模擬比較器(比較器)，將從分壓電阻109檢測(cè)到的電壓信號(hào)與電壓電平值進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)相位。這樣的結(jié)構(gòu)不使用A/D變換器、并且個(gè)人電腦內(nèi)部中的數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，所以能夠使用廉價(jià)的低功能個(gè)人電腦。實(shí)施例3圖12是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。從三相交流變換直流的轉(zhuǎn)換器部分與圖I所示的結(jié)構(gòu)相同。在轉(zhuǎn)換器電路的直流輸出側(cè)，使用逆變器100和逆變器控制器101，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)102。轉(zhuǎn)換器/逆變器控制器105使用一臺(tái)個(gè)人電腦。使用分壓電阻109、120和分流電阻121以及放大器122，檢測(cè)電源相位、直流電壓和逆變器的輸出電流，通過(guò)轉(zhuǎn)換器/逆變器控制器105進(jìn)行處理，控制轉(zhuǎn)換器和逆變器。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，由于控制用個(gè)人電腦、基板能夠共享，所以能夠降低產(chǎn)品整體的 成本和體積。另外，逆變器和轉(zhuǎn)換器的控制信息能夠共享，所以能夠提高整體控制性能。實(shí)施例4圖13是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊200的外觀圖，示出最終產(chǎn)品的一個(gè)方式。模塊200是在控制部基板201中作為功率模塊搭載有半導(dǎo)體元件202的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊，在控制部基板201中，安裝上述實(shí)施例記載的電壓電流檢測(cè)電路、控制器。通過(guò)模塊化，實(shí)現(xiàn)小型化，降低裝置成本。另外，模塊是指“規(guī)格化的構(gòu)成單位”的意思，由可分離的硬件/軟件的部件構(gòu)成。另外，制造上，優(yōu)選在同一基板上構(gòu)成，但不限于同一基板。由此，也可以在內(nèi)置于同一框體中的多個(gè)電路基板上構(gòu)成。根據(jù)該實(shí)施例，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品整體成本削減和體積降低，所以能夠提高使用本實(shí)施方式的模塊的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的通用性和便利性。實(shí)施例5圖14是使用本發(fā)明的第5實(shí)施方式的所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊驅(qū)動(dòng)了壓縮機(jī)馬達(dá)的空氣調(diào)和機(jī)、冷凍機(jī)等冷凍機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。冷凍機(jī)300是調(diào)節(jié)溫度的裝置，由熱交換器301和302、風(fēng)扇303和304、壓縮機(jī)305、配管306、以及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置307構(gòu)成。另外，壓縮機(jī)用馬達(dá)308使用永磁同步馬達(dá)或者三相感應(yīng)馬達(dá)，配置于壓縮機(jī)305的內(nèi)部。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置307將交流電源變換為直流，提供給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用逆變器，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。通過(guò)使用第4實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器/逆變器模塊，即使采用小型的交流電抗器和通用二極管，也能夠通過(guò)少的成本實(shí)現(xiàn)電源電流的高次諧波降低和功率系數(shù)的提高，所以能夠滿足高次諧波標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器裝置，將三相交流變換為直流，其特征在于，具備 三個(gè)交流電抗器，與供給所述三相交流的電源連接； 三相二極管橋； 多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間，該多個(gè)平滑電容器被串聯(lián)地連接； 兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接； 電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間； 三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及 控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)， 所述轉(zhuǎn)換器裝置控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的ΟΝ/OFF控制中， 根據(jù)由電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)，推測(cè)電源相位、電源相序、電源頻率、電源電壓中的至少一個(gè)的信息，根據(jù)所推測(cè)出的信息，調(diào)整所述雙向通電開(kāi)關(guān)的ON/OFF控制信號(hào)， 其中，該電壓檢測(cè)單元對(duì)所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述平滑電容器的負(fù)的端子之間的電壓進(jìn)行檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 通過(guò)由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)與電壓規(guī)定值的比較，推測(cè)電源相位、電源相序、電源頻率、電源電壓中的至少一個(gè)的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 使用由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)的振幅值或者平均值，將所述電壓規(guī)定值調(diào)整為所述電壓信號(hào)的振幅值的約1/Γ1/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的ΟΝ/OFF控制中， 使用由所述電壓檢測(cè)單元檢測(cè)出的電壓信號(hào)，推測(cè)電源相位，根據(jù)所推測(cè)出的電源相位，使用預(yù)先設(shè)定的調(diào)制波表格來(lái)制作調(diào)制波，通過(guò)與載波的比較，生成所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的ΟΝ/OFF控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 在所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的ΟΝ/OFF控制中， 使用直流負(fù)載的負(fù)載信息，調(diào)整所述調(diào)制波的大小和前后位置， 依照直流負(fù)載變動(dòng)，調(diào)整所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的ΟΝ/OFF控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 構(gòu)成所述三相二極管橋的二極管使用通用整流二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 所述環(huán)流二極管使用通用二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的大小是能夠抑制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)的過(guò)大的接通電流的容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或者9所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 使用所述三相二極管橋的直流側(cè)電壓Ed、構(gòu)成三相二極管橋的二極管的恢復(fù)時(shí)間Trr、以及所述雙向通電開(kāi)關(guān)的額定電流Isw，通過(guò)下式計(jì)算插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的電感值L，L=EdX Trr/Isw。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于， 插入到所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器的電流容量被設(shè)定為所述交流電抗器的約1/4以下。
12.一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊，對(duì)三相交流進(jìn)行變換并供給到馬達(dá)，其特征在于，具備 三相二極管橋； 多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間，該多個(gè)平滑電容器被串聯(lián)地連接； 兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接； 電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間； 三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及 控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)， 所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)用模塊控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。
13.—種冷凍機(jī)，對(duì)三相交流進(jìn)行變換并供給到馬達(dá)，其特征在于，具備 三相二極管橋； 多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于該三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間，該多個(gè)平滑電容器被串聯(lián)地連接； 兩個(gè)環(huán)流二極管，與所述三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接； 電抗器，插入到該兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與所述平滑電容器的中點(diǎn)之間； 三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于所述三相二極管橋的交流側(cè)與所述兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及 控制器，控制該三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)， 所述冷凍機(jī)控制所述三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供與高次諧波標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的三相轉(zhuǎn)換器裝置。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，具備三個(gè)交流電抗器；三相二極管橋；多個(gè)平滑電容器，設(shè)置于三相二極管橋的直流輸出側(cè)與直流負(fù)載之間且串聯(lián)地連接；兩個(gè)環(huán)流二極管，與三相二極管橋的直流側(cè)的正、負(fù)端子分別連接；電抗器，插入到兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與平滑電容器的中點(diǎn)之間；三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，設(shè)置于三相二極管橋的交流側(cè)與兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)之間；以及控制器，控制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，控制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)，降低電源電流的高次諧波分量，通過(guò)插入到兩個(gè)環(huán)流二極管的中點(diǎn)與平滑電容器的中點(diǎn)之間的電抗器，抑制三個(gè)雙向通電開(kāi)關(guān)接通時(shí)的三相二極管橋的逆恢復(fù)電流。
文檔編號(hào)H02M7/12GK102783007SQ20108006502
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者李東昇, 能登原保夫 申請(qǐng)人:日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社, 株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)