專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對感應(yīng)電動機(jī)及同步電動機(jī)等多相負(fù)載裝置進(jìn)行制動運轉(zhuǎn)的電力變換裝置，特別是附加了將負(fù)載裝置的再生電流、用電阻消耗或再生給電源的功能的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
在高壓(3/6KV)電動機(jī)的可變速運轉(zhuǎn)中，為了增大反相器的容量、改善其輸出波形，通常采用串聯(lián)單相單元反相器的多重電力變換器?，F(xiàn)有技術(shù)的多重電力變換器，如圖10所示，各相分別擁有電力變換器11、12、13。電力變換器11、12、13中的每一個，具有n個串聯(lián)多重連接的單相單元反相器111、112、…、11n。單相單元反相器111、112、…、11n中的每一個具有二極管整流器部21、平滑電容器22、IGBT部23。通過電源變壓器2，將來自交流電源的一定頻率的電壓，用各相的電力變換器11、12、13變換成任意頻率、任意大小的電壓，外加給負(fù)載的感應(yīng)電動機(jī)。在這里，將與負(fù)載連接的多重電力變換器的端子，作為負(fù)載側(cè)，將離負(fù)載最遠(yuǎn)的端子，作為反負(fù)載側(cè)。如圖10所示，反負(fù)載側(cè)相互與中性點連接。
在圖10所示的多重電力變換器中，單相單元反相器111、112、11n使用二極管整流器，所以不能再生來自負(fù)載側(cè)的能量。因此，特許文獻(xiàn)1公開了用IGBT元件置換二極管整流器，能夠再生能量的多重電力變換裝置。
(特許文獻(xiàn)1)特開2001-103766公報可是，這種附帶再生功能的多重電力變換裝置，與使用二極管整流器的非再生多重電力變換裝置相比，IGBT元件的數(shù)量需要2倍以上，伴隨著部件量的增多，導(dǎo)致單相單元反相器的大型化和復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是要提供體積小、成本低、可使感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)或任意的減速運轉(zhuǎn)的電力變換裝置。
本發(fā)明的多重電力變換裝置，用1個或串聯(lián)多個將來自交流電源的交流電變換成可變電壓、可變頻率的非再生型的單相單元反相器，構(gòu)成每一相的多重電力變換器，使用多臺這種每一相的電力變換器，通過電阻或再生電力變換器，把將電力變換器的反負(fù)載側(cè)互相連接的中性點與所述多相負(fù)載裝置的中性點連接，控制所述電力變換裝置的輸出電壓零相成分，用所述電阻消耗再生電力或向電源側(cè)再生。


圖1是實施例1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是實施例1的電力變換器的單相單元反相器的說明圖。
圖3是實施例1的電力變換器的控制部的說明4是實施例2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是實施例3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是實施例4的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是實施例5的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是實施例6的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是實施例7的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖中1-交流電源；2-電源變壓器；3-感應(yīng)電動機(jī)；4-控制器部；11、12、13-電力變換器；21-二極管整流器部；22、42、54-平滑電容器；23、43、55-IGBT部；30-感應(yīng)電動機(jī)中性點；31、72a、72b、72c-電阻；32-開關(guān)；33-再生電力運算部；34-零相電流指令運算部；35-零相電壓指令運算部；36-門脈沖生成部；37-中性點取出用變壓器；40、50、56-再生電力變換器；41、51-二極管整流器部；52、61、71-開關(guān)部；53-放電阻止用二極管；111、112、11n-單相單元反相器。
具體實施例方式
下面，利用附圖，講述本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容。
(實施例1)首先利用圖1，講述本實施例的多重電力變換裝置。在圖1中，用電源變壓器2將來自交流電源1的三相交流電壓變壓，通過U相、V相、W相的電力變換器11、12、13，向負(fù)載的感應(yīng)電動機(jī)3外加任意頻率、大小的電壓。
此外，本發(fā)明作為多相負(fù)載裝置，不僅可用于感應(yīng)電動機(jī)，還可用于同步電動機(jī)。下面，以感應(yīng)電動機(jī)作為負(fù)載的情況為例，進(jìn)行講述。在本實施例中，作為功率半導(dǎo)體開關(guān)元件，以IGBT為例進(jìn)行講述，但也可以使用功率MOSFFT、J-FET及雙極性晶體管。另外，電力變換器11、12、13，以串聯(lián)多個非再生型單相單元反相器為例進(jìn)行講述。但本申請的發(fā)明，在非再生型單相單元反相器為一個時同樣可適用。
電力變換器11、12、13，具有n個(為自然數(shù))單相單元反相器111、112、…、11n，各單相單元反相器111、112、11n，如圖2所示，是具有二極管整流器部21、平滑電容器22、IGBT部23的單相單元反相器111、112、11n的非再生型電力變換器。在圖1中，詳細(xì)示出U相電力變換器11的結(jié)構(gòu)，但V相電力變換器12、W相電力變換器13也和U相電力變換器11的結(jié)構(gòu)相同，都由電源變壓器輸入電壓(連接線未示出)，向感應(yīng)電動機(jī)3施加高電壓。
由控制器部4控制各單相單元反相器111、112、11n的IGBT部23，控制U相、V相、W相的各電力變換器11、12、13輸出電壓。在本實施示例中，將三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的端子相互連接，將連接的中性點，通過電阻31和開關(guān)32與感應(yīng)電動機(jī)3的感應(yīng)電動機(jī)中性點30連接。在再生時，控制器部4使開關(guān)32成為ON狀態(tài)，控制各電力變換器11、12、13的開關(guān)動作，以便能夠流過用電阻31吸收、消耗相當(dāng)于再生電能值的所需電流。在這里，開關(guān)32，例如，可以使用IGBT、MOSFET、J-FET、雙極晶體管之類的功率半導(dǎo)體元件，以及繼電器等機(jī)械接點開關(guān)。
現(xiàn)在，利用圖3講述具體的控制方法?？刂撇?，如圖3所示，包括再生電力運算部33、零相電流指令運算部34、零相電壓指令運算部35、門脈沖生成部36。再生電力運算部33，輸入電壓、電流檢出值，使用(公式1)計算再生電力。
P＝3×(Vd×Id+Vq×Iq) (公式1)在(公式1)中，P是再生電力運算值，電壓V、電流I的下標(biāo)d、q，是將電動機(jī)磁通方向的成分作為d，將與之垂直的成分作為q時的值。
零相電流指令運算部34，使用(公式2)，計算流過電阻31的電流(≡零相電流)的指令值，以便用電阻31，將再生電能全部消耗。
I*＝√(P/R) (公式2)在(公式2)中，I*是零相電流指令值，R是電阻31的電阻值。
另外，零相電壓指令運算部35，輸入由三相電流IU、IV、IW之和求出的零相電流與零相電流指令值之差，生成零相電壓指令。將該零相電壓指令加到交流電壓指令VU*、VV*、VW*上，在門脈沖生成部36生成控制IGBT部23的門脈沖。
這樣，與零相電流指令值成正比地控制電阻31的電壓。這時，零相電流被控制成與零相電流指令值一致，用電阻31將再生電能全部消耗。因此，本實施例中的多重電力變換器裝置，可以使負(fù)載的電動機(jī)，迅速減速到所需的速度或停止。
零相電壓指令值，例如，作為電力變換器的輸出電壓頻率的3倍的頻率(3次諧波)成分及直流電壓而被給予。但其大小受零相電壓指令值的控制。
另外，在本實施例中，由于伴隨感應(yīng)電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)速度的下降，再生電能下降，零相電流變小，所以將電阻消耗電能設(shè)定成與再生電能匹配的最小值，就能防止無用的電力消耗，使電阻小型化。
(實施例2)下面使用圖4，講述本實施例。對本實施例與實施例1不同之處進(jìn)行講述。在本實施例中，如圖4所示，將中性點取出用變壓器37，配置在電力變換器11、12、13的負(fù)載側(cè)輸出端子處。本實施例中的中性點取出用變壓器37，具有數(shù)量與電力變換器11、12、13的個數(shù)對應(yīng)的繞組，將各繞組的一端與電力變換器11、12、13的負(fù)載側(cè)輸出端子連接，將各繞組的另一端共同連接，取出中性點。通過電阻31和開關(guān)32，將如此取出的中性點與三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的中性點連接。
本實施例的多重電力變換裝置再生時的動作，與實施1相同。在本實施例中，即使在已有的電動機(jī)等電器中不容易取出中性點時，也只要將中性點取出用變壓器37設(shè)置在負(fù)載和電力變換器11、12、13之間即可，能夠和實施例1一樣，將電阻消耗電能設(shè)定成與再生電能匹配的值，使電阻小型化。
(實施例3)下面使用圖5，講述本實施例。對本實施例與實施例1不同之處進(jìn)行講述。在本實施例中，如圖5所示，將三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)端子互相連接，在其連接中性點和感應(yīng)電動機(jī)3的感應(yīng)電動機(jī)中性點30之間，連接再生電力變換器40。再生電力變換器40，包括二極管整流器部41、平滑電容器42和IGBT部43。
產(chǎn)生由感應(yīng)電動機(jī)3向電力變換器11、12、13側(cè)的再生電力時，通過再生電力變換器40吸收的電力，向電源變壓器2側(cè)再生。本實施例也和實施例1一樣，控制電力變換器11、12、13的輸出電壓的零相電壓。
另外，在非再生時，將再生電力變換器40的平滑電容器42的電容器電壓，設(shè)定為比電力變換器11、12、13和感應(yīng)電動機(jī)3的中性點電位差高的值，以便控制電流不從再生電力變換器40流入電源變壓器2。
在本實施例中，能使再生電力向電源側(cè)再生，還和實施例1一樣，根據(jù)零相電流指令值再生電力，所以能使負(fù)載的電動機(jī)迅速減速到所需的速度或者停止。
另外，在本實施例中，能夠減小再生時的發(fā)熱量，使再生電力變換器40小型化。此外，如圖5所示，用一個再生電力變換器40即可，所以能減少部件的數(shù)量和裝置占用的空間，實現(xiàn)小型化。
(實施例4)下面使用圖6，講述本實施例。對本實施例與實施例3不同之處進(jìn)行講述。在本實施例中，如圖6所示，將中性點取出用變壓器37，配置在電力變換器11、12、13的負(fù)載側(cè)輸出端子處。中性點取出用變壓器37的結(jié)構(gòu)與實施例2相同。將再生電力變換器40與如此取出的中性點，和三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的中性點連接。本實施例的多重電力變換裝置的動作與實施例子相同。
在本實施例中，即使在已有的電動機(jī)等電器中不容易取出中性點時，也只要將中性點取出用變壓器37設(shè)置在負(fù)載和電力變換器11、12、13之間即可，能夠和實施例3一樣，減少部件的數(shù)量和裝置占用的空間，實現(xiàn)小型化。
(實施例5)下面使用圖7，講述本實施例。對本實施例與實施例1不同之處進(jìn)行講述。在本實施例中，如圖7所示，將再生電力變換器50，配置在反負(fù)載側(cè)的端子處，再生電力變換器50，包括二極管整流器部51、開關(guān)部52、放電阻止用二極管部53、平滑電容器54和IGBT部55。
在本實施例中，產(chǎn)生由感應(yīng)電動機(jī)3向電力變換器11、12、13側(cè)的再生電力時，使開關(guān)部52成為OFF(非導(dǎo)通)狀態(tài)，通過再生電力變換器50，向電源變壓器2側(cè)再生。另外在再生時，通過電力變換器11、12、13的輸出電壓控制，將來自感應(yīng)電動機(jī)3的再生電力，向再生電力變換器50側(cè)傳遞。此外，再生電力變換器50的開關(guān)部52，只要是能夠控制成在非再生時成為ON(導(dǎo)通)狀態(tài)，再生時成為OFF(非導(dǎo)通)狀態(tài)的半導(dǎo)體元件即可，例如，可以使用IGBT、功率MOSFET及雙極晶體管等。
在本實施例中，和實施例3、實施例4一樣，能夠在再生時，將再生電力向電源變壓器2再生，而且用一個再生電力變換器50即可，所以能減少部件的數(shù)量和裝置占用的空間，實現(xiàn)小型化。
(實施例6)下面使用圖8，講述本實施例。對本實施例與實施例5不同之處進(jìn)行講述。在本實施例中，如圖8所示，通過開關(guān)部61，將三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的端子連接。另外，將再生電力變換器56，配置在三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的端子處，再生電力變換器56，包括二極管整流器部51、平滑電容器54和IGBT部55。
非再生時，使開關(guān)部61成為ON(在圖8中，將與各相的電力變換器連接的開關(guān)全部ON)狀態(tài)。由感應(yīng)電動機(jī)3產(chǎn)生再生電力時，使開關(guān)部61成為OFF(在圖8中，將與各相的電力變換器連接的開關(guān)全部OFF)狀態(tài)，通過控制電力變換器11、12、13的開關(guān)動作，將來再生電力，向再生電力變換器56傳遞，向電源變壓器2再生。
此外，開關(guān)部61，只要在非再生時成為ON(導(dǎo)通)狀態(tài)，再生時成為OFF(非導(dǎo)通)狀態(tài)即可，例如，可以使用IGBT、功率MOSFET、雙極晶體管等半導(dǎo)體元件及繼電器之類的機(jī)械接點。在本實施例中，和實施例5一樣，能夠在再生時，將再生電力向電源變壓器2再生，而且用一個再生電力變換器56即可，所以能減少部件的數(shù)量和裝置占用的空間，實現(xiàn)小型化。
(實施例7)下面使用圖9，講述本實施例。對本實施例與實施例5不同之處進(jìn)行講述。本實施例的電力變換裝置，如圖9所示，通過開關(guān)部71，將三相的電力變換器11、12、13的反負(fù)載側(cè)的端子連接進(jìn)而給各相設(shè)置電阻72a、72b、72c。
非再生時，使開關(guān)部71全部ON，通過控制電力變換器11、12、13的開關(guān)動作，將再生電力，傳遞給開關(guān)部71側(cè)，用各相的電阻72a、72b、72c消耗再生電力。
在本實施例中，不需要取出感應(yīng)電動機(jī)的中性點。還可以取代開關(guān)部71，給各電阻并聯(lián)設(shè)置開關(guān)。這些開關(guān)，例如，可以使用IGBT、NOSFET、J-FET、雙極晶體管等半導(dǎo)體元件以及繼電器等機(jī)械接點。
采用本發(fā)明后，可以使非再生型電力變換器的體積減小、成本降低，可以用電阻消耗感應(yīng)電動機(jī)及同步電動機(jī)等多相負(fù)載裝置的再生電力，或者向電源再生，從而使電動機(jī)迅速制動減速。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于包括1個或串聯(lián)多個將來自交流電源的電力變換成可變電壓、可變頻率的多相交流電的非再生型單相單元反相器的電力變換器；還包括一端與將所述電力變換器的反負(fù)載側(cè)互相連接的中性點連接，另一端與多相負(fù)載裝置的中性點連接的再生電力吸收部。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于包括控制所述電力變換裝置的輸出的零相電壓，進(jìn)而控制所述再生電力吸收部吸收的電力的控制部。
3.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，包括電阻和與該電阻串聯(lián)連接的開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，是再生電力變換器。
5.如權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力變換器，包括二極管整流器、平滑電容器和反相器部。
6.一種電力變換裝置，其特征在于包括1個或串聯(lián)多個將來自交流電源的電力變換成可變電壓、可變頻率的多相交流的非再生型單相單元反相器的電力變換器；還包括一端與將所述電力變換器的反負(fù)載側(cè)互相連接的中性點連接，另一端與配置在所述電力變換器的負(fù)載側(cè)的中性點取出用變壓器的中性點連接的再生電力吸收部。
7.如權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于包括控制所述電力變換裝置的輸出的零相電壓，進(jìn)而控制所述再生電力吸收部吸收的電力的控制部。
8.如權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，包括電阻和與該電阻串聯(lián)連接的開關(guān)。
9.如權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，是再生電力變換器。
10.如權(quán)利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力變換器，包括二極管整流器、平滑電容器和反相器部。
11.一種電力變換裝置，其特征在于包括1個或串聯(lián)多個將來自交流電源的電力變換成可變電壓、可變頻率的多相交流的非再生型單相單元反相器的電力變換器；還包括連接所述電力變換器的各自的反負(fù)載側(cè)的再生電力吸收部。
12.如權(quán)利要求11所述的電力變換裝置，其特征在于包括控制所述電力變換裝置的輸出的零相電壓，進(jìn)而控制所述再生電力吸收部吸收的電力的控制部。
13.如權(quán)利要求11所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，是再生電力變換器。
14.如權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力變換器，包括二極管整流器、平滑電容器和反相器部。
15.如權(quán)利要求11所述的電力變換裝置，其特征在于所述再生電力吸收部，包括一端與所述各反負(fù)載側(cè)的輸出端子連接，另一端互相連接的電阻。
16.如權(quán)利要求15所述的電力變換裝置，其特征在于在所述各反負(fù)載側(cè)的輸出端子之間，分別設(shè)置開關(guān)。
17.如權(quán)利要求15所述的電力變換裝置，其特征在于開關(guān)與所述各電阻并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明的電力變換裝置，包括多臺一相的電力變換器，每一相電力變換器具有1個或串聯(lián)多個將來自交流電源的交流變換成可變電壓、可變頻率的非再生型的單相單元反相器，通過電阻或再生電力變換器，把將電力變換器的反負(fù)載側(cè)互相連接的中性點與所述多相負(fù)載裝置的中性點連接，控制所述電力變換裝置的輸出電壓零相成分，用所述電阻消耗再生電力，或者向電源側(cè)再生。從而可提供可使感應(yīng)電動機(jī)再生或任意減速運轉(zhuǎn)的電力變換裝置。
文檔編號H02P27/04GK1578094SQ20041006382
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者永田浩一郎, 奧山俊昭, 秋田佳稔, 立川真, 根本治郎 申請人:株式會社日立制作所