矩陣變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能高精度地切換換流方法的矩陣變換器。所述矩陣變換器具有第一換流控制部、第二換流控制部和選擇部。第一換流控制部進(jìn)行采用第一換流方法的換流控制。第二換流控制部進(jìn)行采用不同于第一換流方法的第二換流方法的換流控制。選擇部根據(jù)來自電力轉(zhuǎn)換部的輸出電流或輸出電壓的矢量，或根據(jù)從交流電源向電力轉(zhuǎn)換部輸入的輸入電壓或輸入電流的矢量，從第一換流控制部以及第二換流控制部中選擇執(zhí)行換流控制的換流控制部。
【專利說明】矩陣變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種矩陣變換器。

【背景技術(shù)】
[0002] 矩陣變換器具有用于連接交流電源與負(fù)載的多個(gè)雙向開關(guān)，通過控制這些雙向開 關(guān)并對(duì)交流電源的各相電壓直接進(jìn)行開關(guān)，從而向負(fù)載輸出任意的電壓、頻率。
[0003] 在所述矩陣變換器中，在由雙向開關(guān)來切換與負(fù)載連接的交流電源的相時(shí)，進(jìn)行 按照規(guī)定的順序?qū)?gòu)成雙向開關(guān)的開關(guān)元件進(jìn)行單獨(dú)控制的換流動(dòng)作。由此，能夠防止輸 入相的相間短路和輸出相的開路等。
[0004] 作為所述換流動(dòng)作，已知有采用電流換流法的換流動(dòng)作和采用電壓換流法的換流 動(dòng)作。在電流換流法中，例如在輸出電流較小時(shí)，若產(chǎn)生極性切換的滯后或電流檢測(cè)誤差 等，有時(shí)會(huì)發(fā)生輸出相的開路等換流失敗的情況。另外，在電壓換流法中，例如在輸入相電 壓的大小關(guān)系之差較小時(shí)，若產(chǎn)生輸入相電壓的大小關(guān)系的切換滯后或電壓檢測(cè)誤差等， 可能會(huì)發(fā)生輸入相的相間短路等換流失敗的情況。
[0005] 對(duì)此，提出如下一種技術(shù)：在輸出電流的絕對(duì)值較小或輸入相電壓的絕對(duì)值的大 小關(guān)系之差較小時(shí)，從電流換流法切換至電壓換流法或者進(jìn)行相反的切換來進(jìn)行換流動(dòng)作 (例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-333851號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的問題
[0010] 然而，在根據(jù)輸出電流的絕對(duì)值或輸入電壓的絕對(duì)值來切換換流方法的技術(shù)中， 為了避免因所述絕對(duì)值的檢測(cè)誤差或極性等的切換滯后而產(chǎn)生的影響，切換水平間隔增 大，存在換流方法的切換精度問題。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是鑒于上述情況而做出的，其目的在于提供一種能夠高精 度地切換換流方法的矩陣變換器。
[0012] 用于解決問題的方法
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案涉及的矩陣變換器具有電力轉(zhuǎn)換部和控制部。所述電力轉(zhuǎn) 換部具有能夠利用多個(gè)開關(guān)元件控制導(dǎo)通方向的多個(gè)雙向開關(guān)，所述多個(gè)雙向開關(guān)設(shè)置在 與交流電源的各相連接的多個(gè)輸入端子和與負(fù)載的各相連接的多個(gè)輸出端子之間。所述控 制部控制所述多個(gè)雙向開關(guān)。所述控制部具有第一換流控制部、第二換流控制部和選擇部。 所述第一換流控制部進(jìn)行采用第一換流方法的換流控制。所述第二換流控制部進(jìn)行采用不 同于所述第一換流方法的第二換流方法的換流控制。所述選擇部根據(jù)來自所述電力轉(zhuǎn)換部 的輸出電流或輸出電壓的矢量，或者根據(jù)從所述交流電源向電力轉(zhuǎn)換部輸入的輸入電壓或 者輸入電流的矢量，從所述第一換流控制部以及所述第二換流控制部中選擇執(zhí)行換流控制 的換流控制部。
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 采用本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，能夠提供一種可以高精度地切換換流方法的矩陣變 換器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是表示第一實(shí)施方式的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0017] 圖2是表示圖1所示的雙向開關(guān)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0018] 圖3是表示圖1所示的控制部的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0019] 圖4是表不切換向各輸出相輸出的輸入相電壓的圖。
[0020] 圖5是表示多個(gè)雙向開關(guān)的單向開關(guān)與門信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0021] 圖6A是表示四步電流換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的關(guān) 系的圖。
[0022] 圖6B是表示四步電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的關(guān) 系的圖。
[0023] 圖7是表示圖6A所示的四步電流換流法中單向開關(guān)的狀態(tài)的圖。
[0024] 圖8是表示四步電壓換流法中輸出相電壓、門信號(hào)和換流動(dòng)作的各步驟之間的關(guān) 系的圖。
[0025] 圖9是表示圖8所示的四步電壓換流法中單向開關(guān)的狀態(tài)的圖。
[0026] 圖10是表示輸出電流的波形的圖。
[0027] 圖11是表示圖3所示的選擇部的結(jié)構(gòu)的圖。
[0028] 圖12是表示輸出電流矢量的一例的圖。
[0029] 圖13是表示當(dāng)Pa= 1時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0030] 圖14A是表示當(dāng)A0 1 = 〇時(shí)，輸出相電流、換流方法的選擇周期和所選擇的換流 方法之間的示意性關(guān)系的圖。
[0031] 圖14B是表示當(dāng)A0 1 > 0時(shí)，輸出相電流、換流方法的選擇周期和所選擇的換流 方法之間的示意性關(guān)系的圖。
[0032] 圖15是表示當(dāng)Pa= 2時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0033] 圖16是表示當(dāng)Pa= 2時(shí)，輸出相電流、換流方法的選擇周期和所選擇的換流方法 之間的示意性關(guān)系的圖。
[0034] 圖17是表示當(dāng)Pa= 3時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0035] 圖18是表示當(dāng)Pa= 4時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0036] 圖19是表示當(dāng)Pa= 5時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0037] 圖20是表示當(dāng)Pa= 6時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0038] 圖21是表示當(dāng)Pa= 7時(shí)的U相中規(guī)定范圍的一例的圖。
[0039] 圖22是表示對(duì)于輸出電流的極性的依賴度與換流方法的種類之間的關(guān)系的圖。
[0040] 圖23A是表示一步電流換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0041] 圖23B是表示一步電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0042] 圖24A是表示兩步電流換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0043] 圖24B是表示兩步電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0044] 圖25A是表示三步電流換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0045] 圖25B是表示三步電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0046] 圖26A是表示三步電壓電流換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之 間的關(guān)系的圖。
[0047] 圖26B是表示三步電壓電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之 間的關(guān)系的圖。
[0048] 圖27A是表示三步電壓換流法中輸出相電流為正時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0049] 圖27B是表不三步電壓換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)輸出相電壓與門信號(hào)之間的 關(guān)系的圖。
[0050] 圖28是表示兩步電壓換流法中輸出相電壓、門信號(hào)和換流動(dòng)作的各步驟之間的 關(guān)系的圖。
[0051] 圖29是表示第二實(shí)施方式的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0052] 圖30是表示第三實(shí)施方式的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0053] 圖31是表示輸入相電壓的大小關(guān)系與輸入電壓相位之間的關(guān)系的圖。
[0054] 圖32是表示第四實(shí)施方式的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0055] 附圖標(biāo)記說明
[0056] 1、1A、1B、1C:矩陣變換器
[0057] 2 :三相交流電源
[0058] 3 :負(fù)載
[0059] 10:電力轉(zhuǎn)換部
[0060] 11:LC濾波器
[0061] 12:輸入電壓檢測(cè)部
[0062] 13:輸出電流檢測(cè)部
[0063] 14、14A、14B、14C:控制部
[0064] 15:輸出電壓檢測(cè)部
[0065] 30 :電壓指令運(yùn)算部
[0066] 31 :PWM占空比運(yùn)算部
[0067] 32、32A、32B、32C:換流部
[0068] 41、41B:第一換流控制部
[0069] 42、42B:第二換流控制部
[0070] 43、43A、43B、43C:選擇部
[0071] 45、46、47 :三相兩相轉(zhuǎn)換器
[0072] 47 :矢量長(zhǎng)度比例運(yùn)算器
[0073] 48 :矢量相位差運(yùn)算器
[0074] 50、50A:U相判定器
[0075] 52、52A:V相判定器
[0076] 54、54A:W相判定器
[0077] 62 :U相切換器
[0078] 62B:切換器
[0079] 64 :V相切換器
[0080] 66:W相切換器

【具體實(shí)施方式】
[0081] 下面，參照附圖詳細(xì)說明本申請(qǐng)的矩陣變換器的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不限于 下面所示的實(shí)施方式。
[0082] [1?第一實(shí)施方式]
[0083] [1. 1.矩陣變換器的結(jié)構(gòu)]
[0084] 圖1是表示第一實(shí)施方式的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖1所示，第一實(shí)施方 式的矩陣變換器1設(shè)在三相交流電源2(下面簡(jiǎn)稱為交流電源2)與負(fù)載3之間。負(fù)載3例 如為交流電動(dòng)機(jī)。下面將交流電源2的R相、S相以及T相記為輸入相，將負(fù)載3的U相、V 相以及W相記為輸出相。
[0085] 矩陣變換器1具有：輸入端子Tr、Ts、Tt;輸出端子Tu、Tv、Tw;電力轉(zhuǎn)換部10;LC 濾波器11 ;輸入電壓檢測(cè)部12 ;輸出電流檢測(cè)部13 ;和控制部14。矩陣變換器1將從交流 電源2經(jīng)由輸入端子Tr、Ts、Tt所供給的三相交流電轉(zhuǎn)換為任意的電壓及頻率的三相交流 電，并從輸出端子Tu、Tv、Tw輸出到負(fù)載3。
[0086] 電力轉(zhuǎn)換部10具有用于連接交流電源2的各相與負(fù)載3的各相的多個(gè)雙向開關(guān) Sru、Ssu、Stu、Srv、Ssv、Stv、Srw、Ssw、Stw(下面有時(shí)統(tǒng)稱為雙向開關(guān)S)。
[0087] 雙向開關(guān)Sru、Ssu、Stu對(duì)交流電源2的R相、S相、T相與負(fù)載3的U相分別進(jìn)行 連接。雙向開關(guān)Srv、Ssv、Stv對(duì)交流電源2的R相、S相、T相與負(fù)載3的V相分別進(jìn)行連 接。雙向開關(guān)Srw、Ssw、Stw對(duì)交流電源2的R相、S相、T相與負(fù)載3的W相分別進(jìn)行連接。
[0088] 圖2是表示雙向開關(guān)S的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示，雙向開關(guān)S具有將單向開關(guān) Sio和二極管Dio串聯(lián)連接的電路、與將單向開關(guān)Soi和二極管Doi串聯(lián)連接的電路，這兩 個(gè)串聯(lián)電路被反向并聯(lián)連接。另外，只要雙向開關(guān)S具有多個(gè)單向開關(guān)并能夠控制導(dǎo)通方 向即可，并不限于圖2所示的結(jié)構(gòu)。例如，在圖2所示的例中，二極管Dio、Doi的陰極相互 連接，然而雙向開關(guān)S也可以采用二極管Dio、Doi的陰極相互不連接的結(jié)構(gòu)。
[0089] 另外，單向開關(guān)Sio、Soi例如是M0SFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）或IGBT(InsulatedGate BipolarTransistor:絕緣柵雙極型晶體管）等半導(dǎo)體開關(guān)元件。另外，也可以是下一代半 導(dǎo)體開關(guān)元件Sic、GaN。
[0090] 返回圖1繼續(xù)說明矩陣變換器1。LC濾波器11設(shè)在交流電源2的R相、S相以及 T相與電力轉(zhuǎn)換部10之間。該LC濾波器11包含三個(gè)電抗器Lr、Ls、Lt和三個(gè)電容器Crs、 Cst、Ctr，用于去除開關(guān)雙向開關(guān)S而產(chǎn)生的高頻成分。
[0091] 輸入電壓檢測(cè)部12用于檢測(cè)出交流電源2的R相、S相、T相的各相電壓。具體地 說，輸入電壓檢測(cè)部12用于檢測(cè)出交流電源2的R相、S相、T相的各相電壓的瞬時(shí)值Er、 Es、Et(下面記為輸入相電壓Er、Es、Et)。另外，有時(shí)將交流電源2的R相、S相、T相的各 相電壓統(tǒng)稱并記為輸入電壓Vi。
[0092] 輸出電流檢測(cè)部13用于檢測(cè)出電力轉(zhuǎn)換部10與負(fù)載3之間流動(dòng)的電流。具體地 說，輸出電流檢測(cè)部13用于檢測(cè)出電力轉(zhuǎn)換部10與負(fù)載3的U相、V相、W相的各相之間分 別流動(dòng)的電流的瞬時(shí)值Iu、Iv、Iw(下面記為輸出相電流Iu、Iv、Iw)。另外,下面有時(shí)將輸 出相電流Iu、Iv、Iw統(tǒng)稱并記為輸出電流1〇。另外，有時(shí)將從電力轉(zhuǎn)換部10分別輸出到負(fù) 載3的U相、V相、W相的各相的電壓瞬時(shí)值記為輸出相電壓￥11、￥^^，將從電力轉(zhuǎn)換部10 輸出到負(fù)載3的U相、V相、W相的各相的相電壓統(tǒng)稱并記為輸出電壓Vo。
[0093] 控制部14根據(jù)輸入相電壓Er、Es、Et和輸出相電流Iu、Iv、Iw，生成門信號(hào)Slu? S6u、Slv?S6v、Slw?S6w。下面有時(shí)將門信號(hào)Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w統(tǒng)稱為 門信號(hào)Sg。
[0094] 如后面敘述的那樣，控制部14根據(jù)輸出電流Io的矢量切換換流方法。由此，能夠 高精度地切換換流方法。下面具體說明換流動(dòng)作。
[0095] [1. 2.控制部14的結(jié)構(gòu)]
[0096] 圖3是表示控制部14的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖3所示，控制部14具有電壓指令運(yùn)算 部30、PWM占空比運(yùn)算部31和換流部32。
[0097] 控制部 14例如包括具有CPU(CentralProcessingUnit:中央處理器）、R0M(Read OnlyMemory:只讀存儲(chǔ)器）、RAM(RandomAccessMemory:隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）、輸入輸出端 口等的微型計(jì)算機(jī)和各種電路。微型計(jì)算機(jī)的CPU通過讀取并執(zhí)行存儲(chǔ)在ROM中的程序而 起到電壓指令運(yùn)算部30、PWM占空比運(yùn)算部31以及換流部32的功能。另外，控制部14也 可以不使用程序而僅由硬件構(gòu)成。
[0098] [1.3?電壓指令運(yùn)算部30]
[0099] 電壓指令運(yùn)算部30根據(jù)頻率指令f*和輸出相電流Iu、Iv、Iw，生成并輸出各輸出 相的電壓指令Vu*、Vv*、Vw* (下面有時(shí)統(tǒng)稱為Vo*)。頻率指令f*是輸出相電壓Vu、Vv、Vw 的頻率的指令。
[0100] [1.4.PWM占空比運(yùn)算部31]
[0101]PWM占空比運(yùn)算部31根據(jù)電壓指令Vu*、Vv*、Vw*和輸入相電壓Er、Es、Et,生成 PWM電壓指令Vul*、Vvl*、Vwl*。生成PWM電壓指令Vul*、Vvl*、Vwl*的技術(shù)是公知技術(shù)， 例如可采用日本特開2008-048550號(hào)公報(bào)、日本特開2012-239265號(hào)公報(bào)等中記載的技術(shù)。
[0102] 例如，在輸入相電壓Er、Es、Et的大小的大小關(guān)系不變的期間內(nèi)，PWM占空比運(yùn)算 部31按照輸入相電壓Er、Es、Et由大到小的順序設(shè)為輸入相電壓￡口4111411。？11占空比運(yùn) 算部31將電壓指令Vu*、Vv*、Vw*轉(zhuǎn)換為與輸入相電壓Ep、Em、En的各電壓值相對(duì)應(yīng)的脈 寬調(diào)制信號(hào)，并分別作為PWM電壓指令Vul*、Vvl*、Vwl*進(jìn)行輸出。另外，下面有時(shí)將PWM 電壓指令Vul*、Vvl*、Vwl*統(tǒng)稱為PWM電壓指令Vol*。
[0103] [1.5?換流部 32]
[0104] 換流部32執(zhí)行用雙向開關(guān)S切換與負(fù)載3連接的交流電源2的相的換流控制。具 體地說，換流部32針對(duì)PWM電壓指令Vul*、Vvl*、Vwl*，根據(jù)每個(gè)輸出相電流Iu、Iv、Iw的 極性和輸入相電壓Ep、Em、En，來確定換流時(shí)的雙向開關(guān)S的切換順序。換流部32根據(jù)所 確定的切換順序，生成門信號(hào)Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w。
[0105] 門信號(hào)Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w分別被輸入到構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換部10的雙 向開關(guān)S的單向開關(guān)Sio、Soi，由此單向開關(guān)Sio、Soi被接通/斷開控制。
[0106] 圖4是表不切換向各輸出相輸出的輸入相電壓Ep、Em、En的圖。如圖4所不，通過 基于門信號(hào)Sg對(duì)雙向開關(guān)S的控制，在脈寬調(diào)制信號(hào)即PWM電壓指令Vol*的一個(gè)周期Tc 內(nèi)，輸出到各輸出相的輸入相電壓按照En-Em-Ep-Em-En的方式被切換。另外，輸 出到輸出相的輸入相電壓的切換不限于En-Em-Ep-Em-En。
[0107] 圖5是表不多個(gè)雙向開關(guān)Sru、Ssu、Stu、Srv、Ssv、Stv、Srw、Ssw、Stw的單向開關(guān) Sio、Soi和門信號(hào)Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。另外，在圖5 中，省略了LC濾波器11和輸出電流檢測(cè)部13。
[0108] 雙向開關(guān)Sru、Ssu、Stu的單向開關(guān)Sio(參照?qǐng)D2)分別被門信號(hào)Slu、S3u、S5u控 制，雙向開關(guān)Sru、Ssu、Stu的單向開關(guān)Soi(參照?qǐng)D2)分別被門信號(hào)S2u、S4u、S6u控制。 同樣，雙向開關(guān)Srv、Ssv、Stv的單向開關(guān)Sio、Soi被門信號(hào)Slv?S6v控制。另外，雙向 開關(guān)Srw、Ssw、Stw的單向開關(guān)Sio、Soi被門信號(hào)Slw?S6w控制。
[0109] 返回圖3繼續(xù)說明控制部14。換流部32具有第一換流控制部41、第二換流控制 部42以及選擇部43。第一換流控制部41和第二換流控制部42均能確定雙向開關(guān)S的切 換順序并生成門信號(hào)Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w。
[0110] 選擇部43根據(jù)輸出電流1〇的矢量（下面記為輸出電流矢量Ioa0 )，選擇第一 換流控制部41或第二換流控制部42。然后，選擇部43從所選擇的換流控制部輸出門信號(hào) Slu?S6u、Slv?S6v、Slw?S6w。由此，能夠抑制輸出相的開路等換流失敗而提高輸出電 壓Vo的精度。下面具體說明第一換流控制部41、第二換流控制部42以及選擇部43的結(jié) 構(gòu)。
[0111] [1.5. 1?第一換流控制部41]
[0112] 第一換流控制部41采用第一換流方法進(jìn)行換流控制。相比第二換流方法，第一換 流方法為對(duì)輸出電流1〇的極性的依賴度相對(duì)較高的換流方法。該第一換流方法例如為四 步電流換流法，當(dāng)弄錯(cuò)輸出電流1〇的極性時(shí)，換流動(dòng)作中的輸出開路時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
[0113] 在四步電流換流法中，為了防止輸入相間的短路和輸出相的開路，根據(jù)輸出電流 1〇的極性，按照由下面步驟1?步驟4構(gòu)成的開關(guān)模式進(jìn)行換流動(dòng)作。
[0114] 步驟1 :斷開構(gòu)成切換源的雙向開關(guān)S的單向開關(guān)中的、極性與輸出電流1〇相反 的單向開關(guān)。
[0115] 步驟2 :接通構(gòu)成切換目標(biāo)的雙向開關(guān)S的單向開關(guān)中的、極性與輸出電流1〇相 同的單向開關(guān)。
[0116] 步驟3 :斷開構(gòu)成切換源的雙向開關(guān)S的單向開關(guān)中的、極性與輸出電流1〇相同 的單向開關(guān)。
[0117] 步驟4 :接通構(gòu)成切換目標(biāo)的雙向開關(guān)S的單向開關(guān)中的、極性與輸出電流1〇相 反的單向開關(guān)。
[0118] 下面參照?qǐng)D6A、圖6B、圖7說明四步電流換流法。另外，下面以U相為例來說明各 換流法，對(duì)于相同換流動(dòng)作的V相、W相省略其說明。另外，設(shè)從交流電源2流向負(fù)載3的 輸出電流1〇的極性為正（1〇 > 0)。
[0119] 圖6A以及圖6B是表示四步電流換流法中輸出相電壓Vu與門信號(hào)Slu?S6u之 間的關(guān)系的圖。圖6A表示輸出相電流Iu為正時(shí)的換流動(dòng)作，圖6B表示輸出相電流Iu為 負(fù)時(shí)的換流動(dòng)作。另外，圖7是表示圖6A所示的時(shí)刻tl?t4的單向開關(guān)Sio、Soi的狀態(tài) 的圖。另夕卜，設(shè)為Ep=Er、Em=Es、En=Et的狀態(tài)。
[0120] 如圖6A所示，當(dāng)輸出相電流Iu為正時(shí)，在換流動(dòng)作前的時(shí)刻t0,門信號(hào)S5u、S6u 為高電平，門信號(hào)Slu?S4u為低電平。該狀態(tài)下，如圖7所示，由于接通雙向開關(guān)Stu且 斷開其他的雙向開關(guān)Ssu、Sru，因此輸出到U相的輸入相電壓為En。
[0121]在開始換流動(dòng)作的時(shí)刻tl，第一換流控制部41使門信號(hào)S6u從高電平向低電平變 化（步驟1)。由此，如圖7所示，在切換源的雙向開關(guān)Stu中，極性與輸出相電流Iu相反的 單向開關(guān)Soi斷開。此時(shí)，在切換源的雙向開關(guān)Stu中，導(dǎo)通方向與輸出相電流Iu所流動(dòng) 的方向相同的單向開關(guān)Soi接通。因此，不會(huì)發(fā)生輸出相的開路而使輸出相電流Iu繼續(xù)流 動(dòng)。
[0122] 接著，在時(shí)刻t2,第一換流控制部41使門信號(hào)S3u從低電平向高電平變化（步驟 2) 。由此，如圖7所示，在切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu中，極性與輸出相電流Iu相同的單向開 關(guān)Sio接通。此時(shí)，在切換源的雙向開關(guān)Stu中，導(dǎo)通方向與輸出相電流Iu所流動(dòng)的方向 相反的單向開關(guān)Soi斷開。因此，不會(huì)發(fā)生交流電源2的相間短路，輸出到U相的輸入相電 壓被從En切換為Em而使輸出相電流Iu繼續(xù)流動(dòng)。
[0123] 接著，在時(shí)刻t3,第一換流控制部41使門信號(hào)S5u從高電平向低電平變化（步驟 3) 。由此，如圖7所示，在切換源的雙向開關(guān)Stu中，極性與輸出相電流Iu相同的單向開關(guān) Sio斷開。此時(shí)，在切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu中，導(dǎo)通方向與輸出相電流Iu所流動(dòng)的方向相 同的單向開關(guān)Sio接通。因此，不會(huì)發(fā)生輸出相的開路而使輸出相電流Iu繼續(xù)流動(dòng)。
[0124] 接著，在時(shí)刻t4,第一換流控制部41使門信號(hào)S4u從低電平向高電平變化（步驟 4) 。由此，如圖7所示，切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu的導(dǎo)通方向成為雙向。另外，切換源的雙 向開關(guān)Stu斷開，將輸出到U相的輸入相電壓從En切換為Em的換流動(dòng)作結(jié)束。
[0125] 與圖6A所示的tl?t4的情況相同，在圖6A所示的時(shí)刻t5?tl7與圖6B所示 的時(shí)刻tl?tl7也進(jìn)行單向開關(guān)Sio、Soi的控制。
[0126] 如上所述，通過進(jìn)行基于四步電流換流法的換流控制，不僅能夠防止輸入相 的相間短路和輸出相的開路等，還能夠?qū)⒆鳛檩敵鱿嚯妷篤u而輸出的電壓變更為 En-Em-Ep-Em-En。另外，輸出相電壓Vv、Vw也通過同樣的控制來進(jìn)行換流控制。
[0127] [1. 5. 2?第二換流控制部42]
[0128] 第二換流控制部42采用第二換流方法進(jìn)行換流控制。相比第一換流方法，第二換 流方法為對(duì)輸出電流1〇的極性的依賴度相對(duì)較低的換流方法。該第二換流方法例如為四 步電壓換流法，當(dāng)弄錯(cuò)輸出電流1〇的極性時(shí)，換流動(dòng)作中的輸出開路時(shí)間相對(duì)較短。
[0129] 在四步電壓換流法中，為了防止輸出相間的短路和輸出相的開路，根據(jù)輸入相電 壓Er、Es、Et的大小關(guān)系，按由如下步驟1?步驟4構(gòu)成的開關(guān)模式來進(jìn)行換流動(dòng)作。這種 四步電壓換流動(dòng)作中，不需要通過輸出電流10的極性來改變開關(guān)模式。
[0130] 步驟1 :接通切換目標(biāo)的被反向偏壓的單向開關(guān)。
[0131] 步驟2 :斷開切換源的被反向偏壓的單向開關(guān)。
[0132] 步驟3 :接通切換目標(biāo)的被正向偏壓的單向開關(guān)。
[0133] 步驟4 :斷開切換源的被正向偏壓的單向開關(guān)。
[0134] 另外，在單向開關(guān)Sio中，將即將進(jìn)行換流動(dòng)作之前輸入側(cè)電壓低于輸出側(cè)電壓 的狀態(tài)稱為反向偏壓，將即將進(jìn)行換流動(dòng)作之前輸入側(cè)電壓高于輸出側(cè)電壓的狀態(tài)稱為正 向偏壓。另外，在單向開關(guān)Soi中，將即將進(jìn)行換流動(dòng)作之前輸入側(cè)電壓低于輸出側(cè)電壓的 狀態(tài)稱為正向偏壓，將即將進(jìn)行換流動(dòng)作之前輸入側(cè)電壓高于輸出側(cè)電壓的狀態(tài)稱為反向 偏壓。
[0135] 圖8是表示四步電壓換流法中輸出相電壓Vu、門信號(hào)Slu?S6u和換流動(dòng)作的各 步驟之間的關(guān)系的圖。圖9是表示圖8所示的時(shí)刻tl?t4的單向開關(guān)Sio、Soi的狀態(tài)的 圖。另夕卜，設(shè)為已口 = ￡1'、￡111 = ￡8、￡11 = ￡1:的狀態(tài)。
[0136] 如圖8所示，在時(shí)刻tl，第二換流控制部42使門信號(hào)S4u從低電平向高電平變化。 由此，如圖9所示，在切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu中單向開關(guān)Soi接通（步驟1)。此時(shí)，由于 雙向開關(guān)Ssu的單向開關(guān)Soi是導(dǎo)通方向與輸出相電流Iu所流動(dòng)的方向相反的單向開關(guān)， 因此不會(huì)發(fā)生輸入相的相間短路。
[0137] 接著，在時(shí)刻t2,第二換流控制部42使門信號(hào)S6u從高電平向低電平變化。由此， 如圖9所示，在切換源的雙向開關(guān)Stu中單向開關(guān)Soi斷開（步驟2)。此時(shí)，在雙向開關(guān) Stu中，由于導(dǎo)通方向與輸出相電流Iu所流動(dòng)的方向相同的單向開關(guān)Sio接通，因此不會(huì)發(fā) 生輸出相的開路而使輸出相電流Iu繼續(xù)流動(dòng)。
[0138] 接著，在時(shí)刻t3,第二換流控制部42使門信號(hào)S3u從低電平向高電平變化。由此， 如圖9所示，在切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu中單向開關(guān)Soi接通（步驟3)。由此，輸出到U相 的輸入相電壓被從En切換為Em而使輸出相電流Iu繼續(xù)流動(dòng)。
[0139] 接著，在時(shí)刻t4,第二換流控制部42使門信號(hào)S5u從高電平向低電平變化（步驟 4)。由此，如圖9所示，切換目標(biāo)的雙向開關(guān)Ssu的導(dǎo)通方向成為雙向，另外，切換源的雙向 開關(guān)Stu斷開，將輸出到U相的輸入相電壓從En切換為Em的換流動(dòng)作結(jié)束。
[0140] 與時(shí)刻tl?t4的情況相同，在圖8所示的時(shí)刻t5?t8、tlO?tl3、tl4?tl7 中，進(jìn)行由步驟1?步驟4構(gòu)成的開關(guān)處理。另外，步驟間隔Td設(shè)為比單向開關(guān)Sio、Soi 的接通時(shí)間和斷開時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間。另外，為便于說明，步驟間隔Td取相同的值，但也可以 設(shè)為各自不同的值。這一點(diǎn)對(duì)于上述的四步電流換流法和后面敘述的換流法都是一樣的。
[0141] 如此，在四步電壓換流法中，不僅能夠防止輸入相的相間短路和輸出相的開路等， 還能夠?qū)⒆鳛檩敵鱿嚯妷篤u而輸出的電壓變更為En-Em-Ep-Em-En。另外，輸出相 電壓Vv、Vw通過同樣的控制，既能夠防止短路失敗又能進(jìn)行換流控制。
[0142] [1. 5. 3.選擇部 43]
[0143] 接著說明選擇部43。選擇部43根據(jù)輸出電流矢量Ioa0，從第一換流控制部41 以及第二換流控制部42中選擇進(jìn)行換流控制的換流控制部。如上所述，第一換流控制部41 采用第一換流方法進(jìn)行換流控制，第二換流控制部42采用第二換流方法進(jìn)行換流控制。
[0144] 第一換流方法對(duì)輸出電流1〇的極性的依賴度相對(duì)較高，因此容易受到輸出電流 檢測(cè)部13的檢測(cè)靈敏度或檢測(cè)噪音等的影響。因此，如圖10所示的區(qū)域RA那樣，在輸出 電流1〇較小的區(qū)域中，有可能會(huì)弄錯(cuò)輸出電流1〇的極性而發(fā)生輸出相的開路的問題。當(dāng) 發(fā)生輸出相的開路的情況時(shí)，會(huì)發(fā)生電涌電壓而降低輸出電壓Vo的精度。
[0145] 另外，在第二換流方法中，由于對(duì)輸出電流1〇的極性的依賴度相對(duì)較低，所以相 比第一換流方法，難以受到輸出電流檢測(cè)部13的檢測(cè)靈敏度或檢測(cè)噪音等的影響。因此， 在第一換流方法中可能發(fā)生換流失敗的區(qū)域中，選擇部43選擇第二換流控制部42,通過第 二換流控制部42執(zhí)行采用第二換流方法的換流控制。
[0146] 對(duì)于是否為第一換流方法中可能發(fā)生換流失敗的區(qū)域，選擇部43不是根據(jù)輸出 電流1〇的絕對(duì)值進(jìn)行判定，而是根據(jù)輸出電流矢量I〇a0進(jìn)行判定。具體地說，當(dāng)輸出電 流矢量I〇a0處于規(guī)定范圍以外時(shí)，選擇部43選擇第一換流控制部41，當(dāng)輸出電流矢量 I〇a0處于規(guī)定范圍以內(nèi)時(shí)，選擇部43選擇第二換流控制部42。
[0147] 由此，選擇部43能夠高精度地判定第一換流方法中可能發(fā)生換流失敗的區(qū)域，而 選擇第二換流控制部42執(zhí)行采用第二換流方法的換流控制。其結(jié)果，能夠抑制因第一換流 控制部41的換流失敗而導(dǎo)致的輸出電壓Vo的精度下降。
[0148] 圖11是表示選擇部43的結(jié)構(gòu)的圖。如圖11所示，選擇部43具有頻率判定器44、 三相兩相轉(zhuǎn)換器45、U相判定器50、V相判定器52、W相判定器54、U相切換器62、V相切換 器64和W相切換器66。
[0149] 頻率判定器44根據(jù)通過輸出電流檢測(cè)部13檢測(cè)到的或者通過馬達(dá)角速度檢測(cè)器 (未圖示）或輸出電壓指令等估計(jì)出的輸出相電流Iu、Iv、Iw，來檢測(cè)輸出電流1〇的頻率 ?0(下面記為輸出電流頻率《0)。頻率判定器44具有例如PLL(PhaseLockedLoop:鎖 相環(huán)）等。
[0150] 三相兩相轉(zhuǎn)換器45將輸出相電流Iu、Iv、Iw轉(zhuǎn)換成固定坐標(biāo)上正交的兩軸的a運(yùn) 成分，求出將a軸方向的電流成分I〇a和0軸方向的電流成分1〇0作為矢量成分的輸 出電流矢量I〇a3。
[0151] 圖12是表示輸出電流矢量Ioa0的一例的圖。如圖12所示，輸出電流矢量 I〇a0是在兩軸正交坐標(biāo)中以原點(diǎn)0為起點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)矢量。三相兩相轉(zhuǎn)換器45例如通過進(jìn) 行以下算式（1)的運(yùn)算，來求出輸出電流矢量I〇a3。
[0152] [公式 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種矩陣變換器，其特征在于，具有： 電力轉(zhuǎn)換部，其具有能夠利用多個(gè)開關(guān)元件控制導(dǎo)通方向的多個(gè)雙向開關(guān)，所述多個(gè) 雙向開關(guān)設(shè)置在與交流電源的各相連接的多個(gè)輸入端子和與負(fù)載的各相連接的多個(gè)輸出 端子之間；以及 控制部，其控制所述多個(gè)雙向開關(guān)， 所述控制部具有： 第一換流控制部，其進(jìn)行采用第一換流方法的換流控制； 第二換流控制部，其進(jìn)行采用不同于所述第一換流方法的第二換流方法的換流控制； 以及 選擇部，其根據(jù)來自所述電力轉(zhuǎn)換部的輸出電流或輸出電壓的矢量，或者根據(jù)從所述 交流電源向電力轉(zhuǎn)換部輸入的輸入電壓或者輸入電流的矢量，從所述第一換流控制部以及 所述第二換流控制部中選擇執(zhí)行換流控制的換流控制部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣變換器，其特征在于， 當(dāng)所述矢量處于規(guī)定范圍以外時(shí)，所述選擇部選擇所述第一換流控制部，當(dāng)所述矢量 處于所述規(guī)定范圍以內(nèi)時(shí)，所述選擇部選擇所述第二換流控制部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述選擇部根據(jù)所述輸出電流的頻率或所述輸入電壓的頻率改變所述規(guī)定范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述矢量是在兩軸正交坐標(biāo)中以原點(diǎn)為起點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)矢量， 所述控制部具有： 檢測(cè)器，其檢測(cè)所述輸出電流或者所述輸入電壓；以及 轉(zhuǎn)換器，其將所述檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成所述矢量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍以所述輸出電流的值為零時(shí)的所述矢量的朝向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向，相對(duì)于所述 基準(zhǔn)方向傾斜設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍包含使從所述原點(diǎn)向所述基準(zhǔn)方向以規(guī)定角度擴(kuò)展的范圍相對(duì)于所述 基準(zhǔn)方向傾斜的范圍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍包含使從所述原點(diǎn)向所述基準(zhǔn)方向以規(guī)定寬度延伸的范圍相對(duì)于所述 基準(zhǔn)方向傾斜的范圍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍包含以所述輸出電流的值或所述輸入電壓的值為零時(shí)的所述矢量的朝 向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向、并從所述原點(diǎn)向所述基準(zhǔn)方向以規(guī)定角度擴(kuò)展的范圍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍包含從所述原點(diǎn)向所述基準(zhǔn)方向以規(guī)定寬度延伸的范圍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5、6、8、9中任一項(xiàng)所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述規(guī)定范圍包含從所述原點(diǎn)起規(guī)定長(zhǎng)度內(nèi)的范圍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的矩陣變換器，其特征在于， 所述選擇部針對(duì)所述負(fù)載的各相，分別選擇執(zhí)行所述換流控制的換流控制部。
【文檔編號(hào)】H02M5/297GK104518676SQ201410432366
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】豬又健太朗, 森本進(jìn)也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)