CN102163925A - 矩阵变换器的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联多重矩阵变换器，其具有：直流电压过大检测部，对功率单元的缓冲电路的直流电压比设定值大的情况进行检测；电压指令补偿部，减小直流电压变得过大的功率单元的输出电压，即使在再生运行中也能够在所有功率单元中抑制缓冲电路的直流电压变得比设定值大。

Description

矩阵变换器的控制装置

技术领域

本发明涉及一种矩阵变换器的控制装置。

背景技术

作为矩阵变换器的控制装置，例如具有日本国特开2000-139076号所记载的装置。该矩阵变换器的控制装置具备缓冲电路，其具有整流器和电容器，随着矩阵变换器的开关动作而在矩阵变换器的输入侧及输出侧产生的电涌电压都经过整流电路而被电容器吸收，较低地抑制了其峰值。

还具有日本国特开2006-129614号所记载的装置。该矩阵变换器的控制装置的缓冲电路还在连接于电源侧的整流器上具备半导体开关。如果由电压检测电路检测出的电容器的电压为预先决定的一定值以下，则使半导体开关断开，作为二极管整流器进行动作，在直流电压超过一定值时，使半导体开关进行开关动作，可使蓄积在电容器中的能量在电源侧再生。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供一种串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具备：各个电压指令部，设置在每个单相矩阵变换器上，根据针对串联多重矩阵变换器的输出相电压的输出相电压指令生成针对各个单相矩阵变换器的电压指令即各个电压指令，该单相矩阵变换器具有具备双向开关元件的主电路部、连接在主电路部的输入及输出上抑制电涌电压的缓冲电路、检测缓冲电路的直流电压并输出直流电压检测值的直流电压检测部，且多台串联连接从而构成串联多重矩阵变换器的输出各相；

直流电压过大检测部，仅在直流电压检测值超过预先设定的设定电压值时，输出直流电压过大信号；

及电压指令补偿部，在直流电压过大信号已被输出时，根据直流电压检测值和设定电压值的偏差，减小针对相应的单相矩阵变换器的各个电压指令。

附图说明

在结合附图参照以下详细说明更好地理解之后，可以更容易获得对本发明及其许多附带优点的更加全面的理解。

图1是表示本发明第1实施例的串联多重矩阵变换器的控制装置的框图。

图2是串联多重矩阵变换器的功率单元的详细图。

图3是表示本发明第2实施例的矩阵变换器的控制装置的框图。

图4是表示本发明第3实施例的矩阵变换器的控制装置的框图。

图5是表示本发明第4实施例的串联多重矩阵变换器的控制装置的框图。

图6是表示本发明第6实施例的并联多重矩阵变换器的控制装置的框图。

图7是并联多重矩阵变换器的功率单元的详细图。

图8是表示本发明的电压指令补偿部的构成例的框图。

图9是表示零电压输出时的电流流向的单相矩阵变换器的主电路图。

图10是表示本发明的再生运行判断部的构成例的框图。

图11是表示本发明的转矩指令限制部的构成例的框图。

图12是表示本发明的速度检测部的构成例的框图。

图13是表示本发明的转矩指令限制部的其它构成例的框图。

具体实施方式

参照附图说明实施例，其中在各附图中相同附图标记指明相似或相同要素。

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示第1实施例的串联多重矩阵变换器的控制装置的框图。图中，串联多重矩阵变换器的控制装置具备串联多重矩阵变换器34、各个电压指令部13、电压指令补偿部14，串联多重矩阵变换器具备变压器31及多台功率单元32。变压器31具有将输入电压变换为各功率单元的输入电压的多个二次绕组，功率单元32是将变压器31的二次电压作为输入并输出单相交流电压的单相矩阵变换器，而且负载35通过该串联多重矩阵变换器34而被驱动，能够产生再生运行，且连接在串联多重矩阵变换器34的输出侧。

各个电压指令部13用串联多重矩阵变换器34的输出相电压指令生成针对各功率单元32的各个电压指令。在未图示的串联多重矩阵变换器34的输出电压指令部中按输出各相分别生成输出相电压指令。输出电压指令部在负载35是电动机时，可采用基于如下公知方法的指令部：通过将与频率指令成比例的电压作为电压指令的V/f一定控制法生成输出相电压指令的指令部；检测出电动机的速度，根据速度指令和所检测出的速度生成电动机的转矩指令，根据该转矩指令和电动机的励磁指令生成输出相电压指令的基于有PG矢量控制法的指令部；检测出电动机的电流，根据频率指令和所检测出的电流生成输出相电压指令的基于无PG矢量控制法的指令部等。而且负载35不是电动机时，存在例如串联多重矩阵变换器使用于风力发电、波浪发电这样的不规则输入发电的***联系用，在进行双向电力变换中能够变为再生运行状态的情况。即使在这种情况下，只要是通过作为输出相电压指令生成输出所要求的相电压来进行驱动，则负载35可以是任何负载。各个电压指令部13用指示给输出各相每一相的输出相电压指令除以与输出各相连接的功率单元32的个数(图1的实施例为3个)，将该值作为针对与该相连接的各功率单元32的各个电压指令。电压指令补偿部14根据各个电压指令生成最终电压指令，在后面详细说明其动作。

图2是第1实施例的功率单元32的详细图。图中，功率单元具备单相矩阵变换器1和直流电压过大检测部12。单相矩阵变换器1从三相输入电源输出单相交流，具备主电路部2、输入滤波器5、缓冲电路6及直流电压检测部11。主电路部2由双向半导体开关元件构成，通过以用前述电压指令补偿部14得到的最终电压指令为基础，用通常公知的矩阵变换器的脉宽调制方法得到的选通信号来进行驱动，在双向上进行电力变换。输入滤波器5具备电抗器3及电容器4，设置在三相输入电源和单相矩阵变换器1的输入侧之间。另外，存在电抗器3设置在单相矩阵变换器1内部的情况，以及利用电源装置的电抗或在图1所示的串联多重矩阵变换器34的情况下利用变压器31的漏磁电抗等而设置在单相矩阵变换器1外部的情况这两种情况，由于两者仅为电抗器3的设置场所不同而电路构成上完全相同，因此本发明的实施例可适用于这两种情况。缓冲电路6，吸收因主电路部2的开关动作而产生的电涌电压。缓冲电路6可以为公知的方式，例如有在电容器中蓄积电涌能量的方式等。直流电压检测部11检测缓冲电路6内部的产生在电容器端子间的直流电压，进行基于分压电路的信号电平变换，或者根据需要进行基于绝缘器的绝缘，并作为直流电压检测值而输出。直流电压过大检测部12在直流电压检测部11输出的直流电压检测值比设定电压值V_ref大时，产生逻辑信号的直流电压过大信号。

通常各功率单元32的缓冲电路6的直流电压状态为下面两个的哪一个的状态。即，

S₁：直流电压检测值在设定电压值V_ref以下

S₂：直流电压检测值比设定电压值V_ref大

图2中的直流电压过大检测部12检测出处于状态S₁还是状态S₂。当处于状态S₁时切断直流电压过大信号，处于状态S₂时导通直流电压过大信号。而且，直流电压检测部11将直流电压过大信号导通时的直流电压检测值作为直流过大电压。设定电压值V_ref在串联多重矩阵变换器34容许的运行范围内设定为比缓冲电路6的直流电压的可取值的最大值大的值即可。功率单元32在输入侧具有滤波器5，即具有由电抗器3的电抗L和电容器4的电容C决定的共振频率的共振电路。功率单元32的输入电压通过主电路部2的开关动作使共振频率的振动成分成为与变压器31的二次电压重叠的波形，该振动成分的振幅根据串联多重矩阵变换器34的负载的大小而变化。因而，功率单元32所输入的线间电压的峰值比变压器31的二次线间电压的峰值大，对输入电压进行整流而得到的缓冲电路6的直流电压也比由变压器31的二次电压值决定的整流电压大。如以上所述，设定电压值V_ref考虑该振动电压振幅的最大值，设定比由该最大振幅值决定的缓冲电路6的直流电压的最大值大的值即可。

在此，利用图8对电压指令补偿部14的动作进行说明。图中，使与各相串联连接的功率单元32的数量为n(图8中表示n＝3的情况)时，电压指令补偿部14具备3n个第1减法器23、3n个第1比例放大器24、3n个开关25及3n个第2减法器26。电压指令补偿部14如下确定针对各功率单元的最终电压指令。即，在状态S1中，开关25变为全部断开，将各个电压指令直接作为最终电压指令。各个电压指令V_celli如前所述，是用指示给输出各相每一相的输出相电压指令除以与输出各相连接的功率单元32的个数而得到的，因此，用公式(1)计算出最终电压指令。

V_celli＝V_out/n(i＝1～n)…(1)

在此，V_out是针对串联连接的功率单元32所形成的输出1相的输出相电压指令。而且，i取1至n的任意一个数值，其是如下数值，表示由该数值指定的V_celli是在与被指示了输出相电压指令V_out的输出相串联连接的功率单元32中，针对与第i段连接的功率单元32的各个电压指令。

而且，在另一个状态S₂中，电压指令补偿部14在n个功率单元32中检测出直流电压过大信号已导通的功率单元32是哪一个功率单元，使对应于相应的功率单元32的开关25接通，同时在第2减法器26中通过公式(2)确定最终电压指令V_celli_j，使其小于状态S₁中的最终电压指令。

V_celli_j＝V_out/n-ΔVi_j(j＝1～k)…(2)

在此，i_j是表示在串联连接有变为状态S₂的功率单元32的输出1相中相当于第几段的数值，k是在连接有该功率单元32的输出1相中变为状态S₂的功率单元32的个数，ΔVi_j是对于变为状态S₂的各功率单元32，根据该功率单元32的直流电压(直流过大电压)决定的输出电压指令的减少量。作为该ΔVi_j的确定方法的一个例子，具有应用在图8中用第1减法器23求出设定电压值V_ref和所述直流过大电压的偏差，与该偏差成比例地决定ΔVi_j的比例控制的方法。即，导入比例常数Ki_j，在第1比例放大器24中通过公式(3)确定ΔVi_j。

ΔVi_j＝Ki_j(V_dci_j-V_ref)(j＝1～k)…(3)

在此，V_dci_j是直流过大电压。由于在状态S₂中V_dci_j＞V_ref，因此由公式(3)确定的ΔVi_j为正，因而，由公式(2)确定的V_celli_j比V_out/n小。

在输出电压指令变小的功率单元32中，通过通常采用的单相矩阵变换器1的脉宽调制方法，使输出零电压的时间变长。零电压是通过将功率单元32的输出两端子连接在输入三相中的同一相上，使输出两端子为同一电位而输出的。图9是表示零电压输出时的电流流向的单相矩阵变换器的主电路图。图中，使单相矩阵变换器1的输出两端子为P端子、N端子，使在上述两端子输出零电压的期间所一起连接的单相矩阵变换器1的输入相为R相。如果零电压输出电流沿P端子→负载→N端子的方向流动，则如图所示，通过输出零电压，单相矩阵变换器1的输出电流沿P端子→负载→N端子→N端子-R相连接用半导体开关元件→R相→P端子-R相连接用半导体开关元件→P端子的路线回流且未流出至输入侧。因而，由于再生电流流出至输入侧的量减少，因此可抑制缓冲电路的直流电压增加。

如以上所述，通过电压指令补偿部14的动作，在状态S₁中针对串联连接的所有功率单元32的电压指令相等，而在状态S₂中各功率单元32个别的电压指令不同。缓冲电路6的直流电压比设定电压值V_ref大的功率单元32的输出电压变小，可抑制这些功率单元32的直流电压增加，而包括这些功率单元32的串联多重矩阵变换器34的输出相的输出电压比该相的输出相电压指令V_out小。

生成输出相电压指令V_out时，例如像电动机的矢量控制法那样，采用电流控制环路时，因该功率单元32的输出电压的降低而导致不再与指令值一样地流过电流，由此电流控制环路以使输出相电压指令V_out变大的方式进行补偿，以流过与指令值一样的电流的方式进行动作，因此，对串联多重矩阵变换器34性能的影响较少。但是，生成输出相电压指令V_out时，例如像电动机的V/f一定控制法那样，未采用电流控制环路时，因电压指令补偿部14的动作而导致功率单元32的输出电压降低会对串联多重矩阵变换器34性能产生影响。对此，可通过在公式(2)、公式(3)的动作的基础上由电压指令补偿部14进行以下动作来进行应对。即，对于直流电压检测值不比设定电压值V_ref大的各功率单元32，通过公式(4)确定最终电压指令，使其比通过公式(1)确定的状态S₁中的最终电压指令大。

V_celli＝V_out/n+ΔVi(i＝1～n、i≠i_j、j＝1～k)…(4)

在此，ΔVi是针对直流电压检测值不比设定电压值V_ref大的各功率单元32的输出电压指令的增加量，以满足公式(5)的方式来确定。

$\underset{i=1}{\overset{n(\≠I_j)}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔVi}-\underset{j=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{Vi}}_j=0\·\·\·\left(5\right)$

而且，作为具体的ΔVi的确定方法的一个例子，具有将各ΔVi作为相等值的公式(6)的方法。

$\mathrm{\ΔVi}=\underset{j=1}{\overset{k}{\left(\mathrm{\Σ\Δ}{\mathrm{Vi}}_j\right)}}/(n-k)\·\·\·\left(6\right)$

通过这种电压指令补偿部14的动作，串联多重矩阵变换器34的所有功率单元32处于状态S₁时，针对串联连接的所有功率单元32的电压指令相等，其合计为输出相电压指令V_out，而即使只有一个功率单元32处于状态S₂时，也在使公式(5)或公式(6)成立的同时使最终电压指令发生变化，因此，串联连接的功率单元32的输出电压指令值的合计未发生变化而成为输出相电压指令V_out，串联多重矩阵变换器34的输出电压值在状态S₁和状态S₂中不发生变化。因而，即使在生成输出电压指令时采用没有电流控制环路的V/f一定控制法的情况下，也不会对性能产生影响，可抑制功率单元32的缓冲电路6的直流电压上升。

图3是表示第2实施例的矩阵变换器的控制装置的框图。图中，矩阵变换器的控制装置具备矩阵变换器7、直流电压过大检测部12、输出电压指令部15、再生运行判断部16、转矩指令限制部17，矩阵变换器7具备滤波器5、主电路部8、缓冲电路9、直流电压检测部11、输出电流检测部18，而且滤波器5具备电抗器3和电容器4。矩阵变换器7从三相输入电源输出三相交流，与第1实施例中的图2的功率单元详细图的不同之处仅在于，主电路部8输出三相交流，以及与此相伴缓冲电路9与主电路部8的连接位置为3处，对于滤波器5、电抗器3、电容器4及直流电压检测部11、直流电压过大检测部12，由于与图2相同，因此省略详细的说明。电动机10通过矩阵变换器7而被驱动，连接在矩阵变换器7的输出侧。输出电流检测部18用变流器(CT)或霍尔元件检测出矩阵变换器的输出电流，作为输出电流检测值而输出。

输出电压指令部15采用通常广泛公知的矢量控制法，其根据输出电流检测部18输出的输出电流检测值和转矩指令按输出各相分别生成使电动机产生与转矩指令一样的转矩的输出相电压指令。主电路部8通过以输出相电压指令为基础由通常公知的矩阵变换器的脉宽调制方法得到的选通信号来进行驱动，在双向上进行电力变换。转矩指令可通过输入未图示的速度指令和由速度检测部检测出的速度的速度控制部而被生成，或者也可以通过直接设定电动机10输出的转矩而得到，由于本实施例与它们的方式无关，因此省略详细的说明。再生运行判断部16根据输出相电压指令和输出电流检测值判断矩阵变换器是否处于再生运行中，转矩指令限制部17对转矩指令进行限制。

下面，进行再生运行判断部16及转矩指令限制部17的动作说明。

直流电压过大检测部12与实施例1的情况相同，判断矩阵变换器7的缓冲电路9的直流电压处于状态S₁还是状态S₂。

图10中表示再生运行判断部16的构成例。图中再生运行判断部16具有矢量转换部27、相位差运算部28、相位差判断部29。再生运行判断部16根据由输出电压指令部15生成的输出相电压指令和由输出电流检测部18输出的输出电流检测值求出输出电压和输出电流的相位差

为了求出相位差矢量转换部27通过通常广泛公知的三相→两相(d-q轴)转换而将三相输出相电压指令和三相输出电流检测值分别转换为d-q坐标上的矢量。该矢量转换部27输出由输出相电压指令转换的输出电压矢量和由输出电流检测值转换的输出电流矢量。由于相位差

是上述两个矢量所成的角，因此相位差运算部28运算这两个矢量所成的角。说明其具体的运算方法的一个例子。首先，如下定义输出电压、输出电流的相位角θ。在此，X是表示电压、电流等的矢量，无论是输出电压矢量、输出电流矢量的哪一个通常都成立，可以是任意一个。而且，X_d是矢量X的d轴成分，X_q是矢量X的q轴成分。

X_d≥0、X_q≥0时

θ＝sin^-1(X_d/√(X_d ²+X_q ²))

X_d≥0、X_q＜0或X_d＜0、X_q＜0时

θ＝π-sin^-1(X_d/√(X_d ²+X_q ²))

Xd＜0、Xq≥0时

θ＝2π+sin^-1(X_d/√(X_d ²+X_q ²))

以上的相位角θ是矢量X和d轴所成的角，如果使分别针对输出电流、输出电压求出的该相位角θ分别为θi_out、θv_out，则能够通过公式(7)求出输出电压和输出电流的相位差

相位差运算部28通过式(7)运算输出电压和输出电流的相位差

相位差判断部29通过以下的判断方法判断矩阵变换器处于动力运行中还是再生运行中。

时

动力运行

时

再生运行

如此，再生运行判断部16判断现在的运行是动力运行还是再生运行。

下面利用图11对转矩指令限制部17进行说明。图中，转矩指令限制部17具有第3减法器36、第2比例放大器37、开关38、第2转矩指令更新部42。第3减法器36运算设定电压值V_ref与直流电压检测部11所检测出的直流电压V_dc的偏差。之后，转矩指令限制部17运算转矩指令绝对值的减少量ΔT_x。作为该转矩指令绝对值的减少量ΔT_x的确定方法的一个例子，具有应用与设定电压值V_ref和直流电压V_dc的偏差成比例的比例控制的方法。即，导入比例常数K，在第2比例放大器中通过公式(9)确定ΔT_x。

V_error＝V_dc-V_ref…(8)

ΔT_x＝KV_error…(9)

在此，V_error是设定电压值V_ref和直流电压V_dc的偏差，K是比例常数。

转矩指令限制部17所具备的转矩指令更新部42运算转矩指令T_ref的绝对值|T_ref|，根据该绝对值和比例放大器的输出即ΔT_x通过公式(10)运算新的转矩指令T_ref’。

T_ref’＝sign(T_ref)·(|T_ref|-ΔT_x)…(10)

在此，sign(T_ref)表示T_ref的符号。ΔT_x是转矩指令的减少量。

由于在状态S₂中V_dc＞V_ref，因此通过公式(9)确定的ΔT_x为正，因而，通过公式(10)确定的T_ref’与T_ref相比绝对值变小。由于转矩指令的绝对值变小，因此实际上电动机10所产生的转矩也变小。

由于在再生运行判断部16判断为处于再生运行中，且缓冲电路9的直流电压比设定电压值V_ref大时，转矩指令控制部17使开关38接通，通过公式(8)～公式(10)将转矩指令T_ref变更为新的转矩指令T_ref’，因此电动机10的再生转矩减少，再生电流减少，因此，即使在电动机10的负载发生异常而变为过大的再生负载状态时，也能够将缓冲电路9的直流电压的上升抑制在设定电压值V_ref以下，即使不增加缓冲电路9的放电电路的电容，也能够避免缓冲电路9或滤波器5的电容器4处于过电压状态。

图4是表示第3实施例的矩阵变换器的控制装置的框图。图中，矩阵变换器的控制装置具备矩阵变换器7、直流电压过大检测部12、输出电压指令部15、转矩指令限制部17、再生运行判断部19、速度检测部20，矩阵变换器7具备滤波器5、主电路部8、缓冲电路9、直流电压检测部11，而且滤波器5具备电抗器3和电容器4。电动机10连接在矩阵变换器7的输出侧，具有脉冲发生器21。另外，与图3相同的部分省略其说明，以下对不同的部分进行说明。

第3实施例与第2实施例的不同之处在于，具有速度检测部20，再生运行判断部19根据转矩指令和速度检测部20所检测出的速度判断是否处于再生运行中。

通常作为负载使用电动机时，当电动机的转向和电动机所产生的转矩的方向为反方向时，矩阵变换器进行再生运行。因而，本实施例的速度检测部20以包括转向的方式检测出电动机的转速，通过与比时的转矩指令所指示的转矩方向进行对比，能够判断是否处于再生运行中。由于本实施例的速度检测部20检测出速度的大小和方向，因此对来自脉冲发生器21的脉冲信号进行计数，同时检测出电动机10的转速和转向，该脉冲发生器21安装在电动机10上，输出具有90度相位差的两个脉冲信号。

图12中表示速度检测部20的构成例。图中，速度检测部20具备计数部40和符号附加部41。计数部40根据具有90度相位差的两个脉冲信号用公知的方法同时检测出安装有输出脉冲的脉冲发生器21的电动机10的转数和转向。符号附加部41将检测出的转向作为符号(正号+或负号-)附加在所检测出的速度上作为速度检测值，使同样用符号表示方向的转矩指令的方向和符号的定义一致。

再生运行判断部19具备符号判断部，对比速度检测部20输出的速度检测值和转矩指令的符号，两者的符号不同时判断为处于再生运行中，两者的符号一致时判断为处于动力运行中。

转矩指令限制部17与第2实施例相同如图11所示地构成，具备第3减法器36、开关37、第2比例放大器38及第2转矩指令更新部42，直流电压过大检测部12使直流电压过大信号导通时，调查再生运行判断部19的判断结果，在处于再生运行中时使开关37接通，通过公式(8)～公式(10)将转矩指令变更为新的转矩指令Tref’，由此再生电流不会流出至矩阵变换器7的输入，可抑制缓冲电路9的直流电压上升。

下面，利用附图对本发明的第4实施例进行说明。第4实施例在将功率单元分别连接在变压器的多个二次绕组上，且串联连接功率单元的输出而构成的串联多重矩阵变换器的控制装置中应用本发明的第2实施例。

图5是表示第4实施例的串联多重矩阵变换器的控制装置的构成图。图中，串联多重矩阵变换器的控制装置具备串联多重矩阵变换器34、输出电流检测部18、输出电压指令部15、再生运行判断部16、转矩指令限制部22，串联多重矩阵变换器34具备变压器31及多台功率单元32。变压器31具有将输入电压变换为各功率单元的输入电压的多个二次绕组，功率单元32是将变压器31的二次电压作为输入并输出单相交流电压的单相矩阵变换器。电动机33通过该串联多重矩阵变换器34而被驱动，连接在串联多重矩阵变换器34的输出侧。另外，功率单元32与说明了第1实施例的图1相同，由于功率单元32的构成如第1实施例的图2所示，因此省略详细的说明。

而且，与说明了第2实施例的图3相同，输出电压指令部15根据转矩指令生成使电动机33产生与转矩指令一样的转矩的输出相电压指令。本输出相电压指令通过未图示的各个电压指令部而被变换为各功率单元32个别的电压指令，该变换方法具有如实施例1这样用输出相电压指令除以与输出每1相串联连接的功率单元32的个数的方法等，本实施例可与其变换方法无关地进行应用。输出电流检测部18检测出串联多重矩阵变换器34的输出电流。再生运行判断部16与第2实施例一样具备矢量转换部、相位差运算部及相位差判断部，根据输出相电压指令和输出电流检测部18所检测出的输出电流检测值通过公式(7)求出输出电压和输出电流的相位差，判断是否处于再生运行中。

本实施例的转矩指令限制部22与第2实施例不同。图13表示本实施例的转矩指令限制部22的构成例。图中，使与各相串联连接的功率单元32的数量为n(图13中表示n＝3的情况)时，转矩指令限制部22具备3n个第1减法器23、最大值选择器43、第2比例放大器37、开关38及第2转矩指令更新部42。转矩指令限制部22从所有功率单元32接收图2所示的直流电压检测部11输出的直流过大电压和直流电压过大检测部12输出的直流电压过大信号，第1减法器23求出所有功率单元32的直流过大电压和设定电压值V_ref的偏差，最大值选择器43选择这些偏差中最大的偏差作为V_error这一点与第2实施例不同。转矩指令限制部22在再生运行判断部16判断为处于再生运行中，并且在一个以上的功率单元32中直流电压过大检测部12使直流电压过大信号导通时，使开关37接通，第2转矩指令更新部42根据如此求出的偏差V_error利用公式(9)及公式(10)运算新的转矩指令T_ref’。由此，即使对于串联多重矩阵变换器34也可以完全同样地实施第2实施例。

通过公式(10)使再生运行中的转矩指令T_ref变为新的转矩指令T_ref’，由此流出至串联多重矩阵变换器34的各功率单元32输入侧的再生电流减少，并且根据直流过大电压最大的功率单元32的直流过大电压确定转矩指令的降低量，因此，即使电动机33的负载发生异常，变为过大的再生负载状态时，也可抑制全部功率单元32的缓冲电路6的直流电压检测值超过V_ref，可避免缓冲电路6以及输入滤波器5的电容器4变为过电压状态。

本发明的第5实施例在将功率单元分别连接在变压器的多个二次绕组上，且串联连接功率单元的输出而构成的串联多重矩阵变换器的控制装置中应用本发明的第3实施例。串联多重矩阵变换器的控制装置具有图5所示的输出电压指令部15，功率单元32为图2所示的构成。与第3实施例一样，速度检测部20如图12所示，具备计数部40和符号附加部41。计数部40对来自安装在电动机33上的脉冲发生器21的脉冲信号进行计数，从而检测出电动机33的转速和转向，符号附加部41将转向作为符号附加在速度上以作为速度检测值，使其方向和符号的定义与同样用符号表示方向的转矩指令的方向和符号的定义相同。再生运行判断部19在符号判断部中对比转矩指令和速度检测部20所输出的速度检测值的符号，两者不同时判断为处于再生运行中。如图13所示，使与各相串联连接的功率单元32的数量为n(图13中表示n＝3的情况)时，转矩指令限制部22具备3n个第1减法器23、最大值选择器43、第2比例放大器37、开关38及第2转矩指令更新部42。转矩指令限制部22进行与第4实施例相同的动作，在再生运行判断部19判断为处于再生运行中，并且在一个以上的功率单元32中直流电压过大检测部12使直流电压过大信号导通时，使开关38接通，第1减法器23运算直流过大电压和设定电压值V_ref的偏差，最大值选择器43选择所述偏差中最大的偏差从而作为偏差V_error，第2比例放大器37通过公式(9)运算转矩指令绝对值的减少量ΔT_x，第2转矩指令更新部42通过公式(10)运算新的转矩指令T_ref’。如上构成时，即使对于串联多重矩阵变换器34的控制装置也可以完全同样地实施第3实施例。

下面，利用附图对本发明的第6实施例进行说明。第6实施例在并联连接多个功率单元的输出而构成的并联多重矩阵变换器装置中应用了本发明的第2实施例。

图6是表示第6实施例的并联多重矩阵变换器的控制装置的构成图。图中，并联多重矩阵变换器的控制装置具备具有多个功率单元51的并联多重矩阵变换器53、输出电流检测部18、输出电压指令部15、再生运行判断部16、转矩指令控制部22。功率单元51使输出并联连接，电动机52通过该并联多重矩阵变换器53而被驱动，连接在并联多重矩阵变换器53的输出侧。

功率单元51的构成如图7所示。具备主电路部8、输入滤波器5、缓冲电路9及直流电压检测部11。图中，功率单元具备矩阵变换器7和直流电压过大检测部12。矩阵变换器7从三相输入电源输出三相交流，与图2所示的第1实施例、第4实施例及第5实施例中的功率单元详细图的不同之处仅在于，主电路部8输出三相交流，以及与此相伴缓冲电路9与主电路部8的连接位置为3处。关于滤波器5、电抗器3、电容器4及直流电压检测部11、直流电压过大检测部12则与图2相同。

图10中表示再生运行判断部16的构成例。图中再生运行判断部16具有矢量转换部27、相位差运算部28、相位差判断部29。

输出电压指令部15根据转矩指令按输出各相分别生成使电动机52产生与转矩指令一样的转矩的输出相电压指令。该输出相电压指令被均等地给予所有功率单元51。输出电流检测部18检测出并联多重矩阵变换器53的输出电流，再生运行判断部16与第2实施例一样如图10所示，具备矢量转换部27、相位差运算部28及相位差判断部29，根据输出相电压指令和输出电流检测部18所输出的输出电流检测值通过公式(7)求出输出电压和输出电流的相位差，判断是否处于再生运行中。

本实施例的转矩指令限制部22与第2实施例不同。如图13所示，使并联连接的功率单元51的数量为n(图13中表示n＝9的情况)时，转矩指令限制部22具备n个第1减法器23、最大值选择器43、第2比例放大器37、开关38及第2转矩指令更新部42。第1减法器23求出所有功率单元51的直流过大电压和设定电压值V_ref的偏差，最大值选择器43将第1减法器23运算的偏差中最大的偏差作为偏差V_error。第2比例放大器根据如此确定的偏差V_error通过公式(9)运算转矩指令绝对值的减少量ΔT_x，转矩指令限制部22在再生运行判断部16判断为处于再生运行中且在一个以上的功率单元51中图7所示的直流电压过大检测部12使直流电压过大信号导通时，使开关8接通，第2转矩指令更新部42根据如此求出的偏差ΔT_x利用公式(10)将转矩指令T_ref变更为新的转矩指令T_ref’。由此，即使对于并联多重矩阵变换器53也可以完全同样地实施第2实施例。

通过公式(10)使再生运行中的转矩指令变更为新的转矩指令，由此流出至并联多重矩阵变换器53的各功率单元51输入侧的再生电流减少，并且根据直流过大电压最大的功率单元51的直流过大电压确定转矩指令的降低量，因此，即使电动机52的负载发生异常，变为过大的再生负载状态时，也可抑制全部功率单元51的缓冲电路9的直流电压检测值超过V_ref，可避免缓冲电路9以及输入滤波器5的电容器4变为过电压状态。

并联多重矩阵变换器的控制装置具备具有多个功率单元51的并联多重矩阵变换器53、输出电流检测部18、输出电压指令部15、再生运行判断部16、转矩指令控制部22。功率单元51使输出并联连接，电动机52通过该并联多重矩阵变换器53而被驱动，连接在并联多重矩阵变换器53的输出侧。

本发明的第7实施例在并联连接多个功率单元的输出而构成的并联多重矩阵变换器的控制装置中应用本发明的第3实施例。并联多重矩阵变换器的控制装置具备具有多个功率单元51的并联多重矩阵变换器53、速度检测部20、输出电压指令部15、再生运行判断部19、转矩指令控制部22。功率单元51使输出并联连接，电动机52通过该并联多重矩阵变换器53而被驱动，连接在并联多重矩阵变换器53的输出侧。而且，功率单元51为图7所示的构成。与第3实施例一样，速度检测部20如图12所示，具备计数部40和符号附加部41。计数部40对来自安装在电动机52上的脉冲发生器21的脉冲信号进行计数，从而检测出电动机52的转速和转向，符号附加部41将转向作为符号附加在速度上以作为速度检测值，使其方向和符号的定义与同样用符号表示方向的转矩指令的方向和符号的定义相同。再生运行判断部19在符号判断部中对比转矩指令和速度检测部20所检测出的速度符号，两者不同时判断为处于再生运行中。如图13所示，使并联连接的功率单元51的数量为n(图13中表示n＝9的情况)时，转矩指令限制部22具备n个第1减法器23、最大值选择器43、第2比例放大器37、开关38及第2转矩指令更新部42。第1减法器23求出所有功率单元51的直流过大电压和设定电压值V_ref的偏差，最大值选择器43将第1减法器23运算的偏差中最大的偏差作为偏差V_error。。第2比例放大器根据如此确定的偏差V_error通过公式(9)运算转矩指令绝对值的减少量ΔT_x，转矩指令限制部22在再生运行判断部19判断为处于再生运行中，并且在一个以上的功率单元51中图7所示的直流电压过大检测部12使直流电压过大信号导通时，使开关8接通，通过公式(9)运算转矩指令绝对值的减少量ΔT_x，第2转矩指令更新部42通过公式(10)运算新的转矩指令T_ref’。如上构成时，即使对于并联多重矩阵变换器53的控制装置也可以完全同样地实施第3实施例。

很明显，根据上述启示可进行本发明的多种修改和变更。因此，可以明白只要在本权利要求的范围内，可以由在此明确说明的方式以外的方式来实现本发明。

Claims (20)

1.一种串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具备：

变压器，具有与三相交流电源连接的一次绕组及多个二次绕组；

串联多重矩阵变换器，串联连接单相矩阵变换器的输出从而构成输出各相，该单相矩阵变换器具有具备双向开关元件的主电路部、连接在所述主电路部的输入及输出上抑制电涌电压的缓冲电路、检测所述缓冲电路的直流电压并输出直流电压检测值的直流电压检测部，且分别连接在所述变压器的二次绕组上；

各个电压指令部，设置在每个所述单相矩阵变换器上，根据针对所述串联多重矩阵变换器的输出相电压的输出相电压指令生成针对各个所述单相矩阵变换器的电压指令即各个电压指令，

直流电压过大检测部，在所述直流电压检测值超过预先设定的设定电压值时，输出直流电压过大信号；

及电压指令补偿部，所述直流电压过大信号已被输出时，根据所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，减小针对相应的所述单相矩阵变换器的所述各个电压指令。

2.根据权利要求1所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述电压指令补偿部具有：

第1减法器，对于各单相矩阵变换器的每一个，求出所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差；

第1比例放大器，在所述偏差上乘以比例常数；

第2减法器，从所述各个电压指令减去所述比例放大器的输出；

及开关，根据所述直流电压过大信号对所述第1比例放大器的输出进行接通断开。

3.一种串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具备：

变压器，具有与三相交流电源连接的一次绕组及多个二次绕组；

串联多重矩阵变换器，串联连接单相矩阵变换器的输出从而构成输出各相，该单相矩阵变换器具有具备双向开关元件的主电路部、连接在所述主电路部的输入及输出上抑制电涌电压的缓冲电路、检测所述缓冲电路的直流电压并输出直流电压检测值的直流电压检测部，且分别连接在所述变压器的二次绕组上；

各个电压指令部，设置在每个所述单相矩阵变换器上，根据针对所述串联多重矩阵变换器的输出相电压的输出相电压指令生成针对各个所述单相矩阵变换器的电压指令即各个电压指令，

输出电流检测部，检测出流向所述三相电动机的输出电流并对输出电流检测值进行输出；

再生运行判断部，根据所述输出相电压指令和所述输出电流检测值计算出输出电压和输出电流的相位差，同时判断所述串联多重矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果；

转矩指令限制部，当所述判断结果为再生运行，并且所述直流电压检测值比预先设定的设定电压值大时，根据相应的所述单相矩阵变换器中的所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，将针对所述三相电动机输出的转矩的转矩指令变更为使所述三相电动机输出的转矩减小的新的转矩指令并进行输出；

及输出电压指令部，根据所述新的转矩指令生成所述输出相电压指令。

4.根据权利要求3所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述再生运行判断部具有：

矢量转换部，将所述输出相电压指令和所述输出电流检测值分别转换为输出电压矢量和输出电流矢量；

相位差运算部，运算所述输出电压矢量和所述输出电流矢量所成的角，将该所成的角作为输出电压指令和输出电流的相位差；

及相位差判断部，在所述相位差大于-(3/2)π弧度小于-π/2弧度或者大于π/2弧度小于(3/2)π时判断为处于再生运行中，在所述相位差为-2π以上(-3/2)π以下或者-π/2以上π/2以下或者(3/2)π以上2π以下的任意一个时判断为处于动力运行中。

5.根据权利要求3所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，对于各单相矩阵变换器的每一个，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第1转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出中的最大的值，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

6.根据权利要求3所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，

代替所述输出电流检测部而具有速度检测部，其根据所述三相电动机的转速及转向生成速度检测值并进行输出，

具有再生运行判断部，其根据所述速度检测值及所述转矩指令，判断所述单相矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果。

7.根据权利要求6所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，

所述速度检测部具有符号附加部，其将所述转向作为符号附加在所述转速上，使该符号的正负所表示的转向的定义与附加在所述转矩指令上的表示转矩产生方向的符号的定义相同，

所述再生运行判断部在所述速度检测值的符号与所述转矩指令的符号一致时判断为动力运行，在不同时判断为再生运行。

8.根据权利要求6所述的串联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，对于各单相矩阵变换器的每一个，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第1转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出中的最大的值，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

9.一种矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具备：

输出电流检测部，检测出流向所驱动的三相电动机的输出电流并对输出电流检测值进行输出；

再生运行判断部，根据针对矩阵变换器的输出相电压的输出相电压指令和所述输出电流检测值计算出输出电压和输出电流的相位差，同时判断矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果，该矩阵变换器具有与三相交流电源连接且具备双向开关元件的主电路部、连接在所述主电路部的输入及输出上抑制电涌电压的缓冲电路、检测所述缓冲电路的直流电压并输出直流电压检测值的直流电压检测部；

转矩指令限制部，当所述判断结果为再生运行，并且所述直流电压检测值比预先设定的设定电压值大时，根据所述矩阵变换器中的所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，将针对所述三相电动机输出的转矩的转矩指令变更为使所述三相电动机输出的转矩减小的新的转矩指令并进行输出；

及输出电压指令部，根据所述新的转矩指令生成所述输出相电压指令。

10.根据权利要求9所述的矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述再生运行判断部具有：

矢量转换部，将所述输出相电压指令和所述输出电流检测值分别转换为输出电压矢量和输出电流矢量；

相位差运算部，运算所述输出电压矢量和所述输出电流矢量所成的角，将该所成的角作为输出电压和输出电流的相位差；

及相位差判断部，在所述相位差大于-(3/2)π弧度小于-π/2弧度或者大于π/2弧度小于(3/2)π时判断为处于再生运行中，在所述相位差为-2π以上(-3/2)π以下或者-π/2以上π/2以下或者(3/2)π以上2π以下的任意一个时判断为处于动力运行中。

11.根据权利要求9所述的矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第2转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

12.根据权利要求9所述的矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具有：

速度检测部，代替所述输出电流检测部，根据所述三相电动机的转速及转向生成速度检测值并进行输出；

再生运行判断部，根据所述速度检测值及所述转矩指令，判断所述矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果；

及转矩指令限制部，当所述判断结果为再生运行，并且所述直流电压检测值比所述设定电压值大时，根据所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，将所述转矩指令变更为使所述三相电动机输出的转矩减小的新的转矩指令并进行输出。

13.根据权利要求12所述的矩阵变换器的控制装置，其特征在于，

所述速度检测部具有符号附加部，其将所述转向作为符号附加在所述转速上，使该符号的正负所表示的转向的定义与附加在所述转矩指令上的表示转矩产生方向的符号的定义一致，

所述再生运行判断部在所述速度检测值的符号与所述转矩指令的符号一致时判断为动力运行，在不同时判断为再生运行。

14.根据权利要求12所述的矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第2转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

15.一种并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具备：

并联多重矩阵变换器，并联连接矩阵变换器的输出，该矩阵变换器具有具备双向开关元件的主电路部、连接在所述主电路部的输入及输出上抑制电涌电压的缓冲电路、检测所述缓冲电路的直流电压并输出直流电压检测值的直流电压检测部；

输出电流检测部，检测出流向所驱动的三相电动机的输出电流并对输出电流检测值进行输出；

再生运行判断部，根据针对并联多重矩阵变换器的输出相电压的输出相电压指令和所述输出电流检测值计算出输出电压和输出电流的相位差，同时判断所述并联多重矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果；

转矩指令限制部，当所述判断结果为再生运行，并且所述直流电压检测值比预先设定的设定电压值大时，根据相应的所述矩阵变换器中的所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，将所述转矩指令变更为使马达输出的转矩减小的新的转矩指令并进行输出；

及输出电压指令部，根据所述新的转矩指令生成所述输出相电压指令。

16.根据权利要求15所述的并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述再生运行判断部具有：

矢量转换部，将所述输出相电压指令和所述输出电流检测值分别转换为输出电压矢量和输出电流矢量；

相位差运算部，运算所述输出电压矢量和所述输出电流矢量所成的角，将该所成的角作为输出电压和输出电流的相位差；

及相位差判断部，在所述相位差大于-(3/2)π弧度小于-π/2弧度或者大于π/2弧度小于(3/2)π时判断为处于再生运行中，在所述相位差为-2π以上(-3/2)π以下或者-π/2以上π/2以下或者(3/2)π以上2π以下的任意一个时判断为处于动力运行中。

17.根据权利要求15所述的并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，对于所述矩阵变换器的每一个，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第1转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出中的最大的值，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

18.根据权利要求15所述的并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，具有：

速度检测部，代替所述输出电流检测部，根据所述三相电动机的转速及转向生成速度检测值并进行输出，

再生运行判断部，根据所述速度检测值及所述转矩指令，判断所述并联矩阵变换器处于动力运行和再生运行的哪一个并输出判断结果；

及转矩指令限制部，当所述判断结果为再生运行，并且所述直流电压检测值比所述设定电压值大时，根据所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差，将所述转矩指令变更为使所述三相电动机输出的转矩减小的新的转矩指令并进行输出。

19.根据权利要求18所述的并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，

所述速度检测部具有符号附加部，其将所述转向作为符号附加在所述转速上，使该符号的正负所表示的转向的定义与附加在所述转矩指令上的表示转矩产生方向的符号的定义一致，

所述再生运行判断部在所述速度检测值的符号与所述转矩指令的符号一致时判断为动力运行，在不同时判断为再生运行。

20.根据权利要求18所述的并联多重矩阵变换器的控制装置，其特征在于，所述转矩指令限制部具有：

第2比例放大器，对于所述矩阵变换器的每一个，在所述直流电压检测值和所述设定电压值的偏差上乘以比例常数；

及第1转矩指令更新部，从所述转矩指令的绝对值减去所述第2比例放大器的输出中的最大的值，在减法运算结果上附加与所述转矩指令相同的符号从而作为新的转矩指令。

Images