JP4893251B2 - Matrix converter and device equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、交流電源から交流電動機を可変速駆動するための電力変換回路に関するものであり、特に、交流電源の電力を直流電力に変換することなく交流電動機用の交流電力に変換する直接型電力変換器、いわゆるマトリクスコンバータに関するものである。 The present invention relates to a power conversion circuit for variable-speed driving of an AC motor from an AC power source, and more particularly, direct power for converting AC power to AC power for an AC motor without converting the power of the AC power to DC power. The present invention relates to a converter, a so-called matrix converter.
従来、交流電源から供給される交流電力を用いて交流電動機を可変速駆動するためには、図8に示すような回路が一般的に採用されてきた。すなわち、三相交流電源1に対して、力率改善リアクタ401と三相ブリッジ回路402からなる高力率整流回路を構成し、平滑コンデンサ403を用いて直流電力に変換する。その後、もうひとつの三相ブリッジ回路404を設けることで、三相交流電源1とは異なる電圧と周波数とを有する擬似交流電源へと変換し、三相交流電動機2を駆動するというものである。
Conventionally, a circuit as shown in FIG. 8 has been generally employed to drive an AC motor at a variable speed using AC power supplied from an AC power supply. That is, a high power factor rectifier circuit including a power
この方法の場合、変換原理が比較的単純ではあるものの、力率改善リアクタ401および平滑コンデンサ403が形状的に大型となってしまう。また、平滑コンデンサ403に電解コンデンサが用いられた場合、リップル電圧の影響により、寿命が短くなるなどの課題を有している(例えば、特許文献1参照)。
In the case of this method, although the conversion principle is relatively simple, the power
一方、図9に示すように、三相交流電源1と三相交流電動機2との配線をトポロジ面でマトリクス状に配置し、その交点ごとにスイッチ素子501〜509を設け、各スイッチ素子501〜509を独立してオン/オフすることにより、三相交流電源1とは異なる電圧と周波数とを有する擬似交流電源を三相交流電動機2に供給する、いわゆるマトリクスコンバータというものも提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the wiring between the three-phase
このマトリクスコンバータは、出力側である三相交流電動機2の制御のみでなく、入力側である三相交流電源1の電流制御も同時に実現できるうえ、図8に示した力率改善リアクタ401や、三相ブリッジ回路402、404間に設けた平滑コンデンサ403を必要としないため、回路を小型にすることができる。
This matrix converter can realize not only the control of the three-
つぎに、実際のマトリクスコンバータでは、スイッチ素子に半導体素子を用いることになるが、半導体素子は、一方向に電流を流すか、または遮断するかのいずれかの機能しか有さないため、図10に示されるように、SWURやSWRUなどのように正逆2組の半導体スイッチを組み合わせて双方向のスイッチ素子を配することとなる。 Next, in an actual matrix converter, a semiconductor element is used as a switch element. However, since the semiconductor element has only a function of flowing or blocking a current in one direction, FIG. As shown in FIG. 2, bidirectional switch elements are arranged by combining two pairs of forward and reverse semiconductor switches such as SW UR and SW RU .
図10では、半導体素子としてIGBTを用いた例を示している。IGBTと直列に挿入したダイオードは、IGBTのコレクタ−エミッタ間に逆電圧が印加されたときにIGBTが破壊されることを防止するためのものである。なお、双方向のスイッチ素子の実現方法は図10で示したIGBTを並列に配置するもの以外に、エミッタを共通にして互いに逆方向のIGBTを直列に配置する方法もある。 FIG. 10 shows an example in which an IGBT is used as a semiconductor element. The diode inserted in series with the IGBT is for preventing the IGBT from being destroyed when a reverse voltage is applied between the collector and the emitter of the IGBT. As a method for realizing the bidirectional switch element, there is a method in which the IGBTs shown in FIG. 10 are arranged in parallel, and the IGBTs in the opposite directions are arranged in series with a common emitter.
また、実際に図10に記載の回路を駆動するためには、図11に示すように、全ての半導体スイッチを駆動するための電源が必要である。具体的には、入力側の電位を基準とする、すなわち、負極が三相交流電源1の3つの相と接続されている3つの電源と、出力側の電位を基準とする、すなわち、負極が三相交流電動機2の3つの相と接続されている3つの電源の合計6通りの電源が必要である。
Further, in order to actually drive the circuit shown in FIG. 10, a power source for driving all the semiconductor switches is required as shown in FIG. Specifically, the potential on the input side is the reference, that is, the three negative electrodes are connected to the three phases of the three-phase
図11において、トランス701の電源出力はそれぞれ絶縁分離され、整流ダイオード
(711〜716)と平滑コンデンサ(722、732など)を備えた別々の直流電源として動作する(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、双方向のスイッチ素子を駆動するための6つの直流電源は相互に絶縁されており、その結果、回路規模が大きくなってしまうという課題を有していた。 However, the conventional configuration has a problem that the six DC power sources for driving the bidirectional switch elements are insulated from each other, resulting in an increase in circuit scale.
さらに、図12に示されるように、一般的に、半導体スイッチ(図中、SWRU、SWUR)をオン/オフ制御する指令情報はマイクロコンピュータ200を用いて実現される。この場合、半導体スイッチをオン/オフ制御する回路が、それぞれ絶縁された電源を用いて構成されるため、フォトカプラ821などの絶縁手段を介してマイクロコンピュータ200からの指令をスイッチ素子に伝達する必要がある。
Further, as shown in FIG. 12, generally, command information for on / off control of semiconductor switches (in the figure, SW RU , SW UR ) is realized using a
このような理由からも、回路規模が大きくなるという課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、マトリクスコンバータを構成する各半導体スイッチのための電源と制御用マイクロコンピュータのための電源を、1系統の直流電源で実現するマトリクスコンバータを提供することを目的とするものである。 For this reason as well, there is a problem that the circuit scale becomes large. The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a matrix converter that realizes a power supply for each semiconductor switch constituting the matrix converter and a power supply for a control microcomputer by a single DC power supply. It is intended to do.
上記目的を達成するために、本発明のマトリクスコンバータは、単相または三相の交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータにおいて、前記交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、前記交流電源と前記三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、前記三相交流負荷から前記交流電源への通電を制御する第1のスイッチと、前記交流電源から前記三相交流負荷への通電を制御する第2のスイッチとを有するスイッチ群と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第1のスイッチを駆動する第1の駆動回路と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第2のスイッチを駆動する第2の駆動回路と、前記直流電源から前記交流電源への電流により充電され、前記第1の駆動回路のための電源を提供する第1の駆動電源と、前記直流電源から前記三相交流負荷への電流により充電され、前記第2の駆動回路のための電源を提供する第2の駆動電源とを備えたものである。 In order to achieve the above object, a matrix converter according to the present invention is a matrix converter that converts AC power from a single-phase or three-phase AC power supply and provides desired AC power to a three-phase AC load. A DC power supply that provides a DC voltage based on the lowest potential of the switch, and a switch group that controls bidirectional energization between the AC power supply and the three-phase AC load, from the three-phase AC load to the AC power supply. A switch group having a first switch for controlling energization, a second switch for controlling energization from the AC power source to the three-phase AC load, and the first voltage using a DC voltage from the DC power source. A first drive circuit for driving a switch; a second drive circuit for driving the second switch using a DC voltage from the DC power supply; and a current from the DC power supply to the AC power supply. A first driving power source that is charged by a current and provides a power source for the first driving circuit; and a power source for the second driving circuit that is charged by a current from the DC power source to the three-phase AC load. And a second drive power supply for providing
本発明のマトリクスコンバータは、三相交流電源の相が最低電位になったときに、その三相交流電源の相に対応する第1のスイッチに対応する第2のスイッチを駆動するコンデンサに電流を供給することにより、1系統の駆動電源を用いて、三相交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供することができる。 When the phase of the three-phase AC power supply reaches the minimum potential, the matrix converter of the present invention supplies a current to the capacitor that drives the second switch corresponding to the first switch corresponding to the phase of the three-phase AC power supply. By supplying, it is possible to convert AC power from a three-phase AC power source using one system of driving power source and provide desired AC power to a three-phase AC load.
第1の発明は、単相または三相の交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータにおいて、前記交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、前記交流電源と前記三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、前記三相交流負荷から前記交流電源への通電を制御する第1のスイッチと、前記交流電源から前記三相交流負荷への通電を制御する第2のスイッチとを有するスイッチ群と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第1のスイッチを駆動する第1の駆動回路と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第2のスイッチを
駆動する第2の駆動回路と、前記直流電源から前記交流電源への電流により充電され、前記第1の駆動回路のための電源を提供する第1の駆動電源と、前記直流電源から前記三相交流負荷への電流により充電され、前記第2の駆動回路のための電源を提供する第2の駆動電源とを備えたものである。
A first aspect of the present invention is a matrix converter that converts AC power from a single-phase or three-phase AC power supply and provides desired AC power to a three-phase AC load, and provides a DC voltage based on the minimum potential of the AC power supply. And a first switch that controls energization from the three-phase AC load to the AC power source, and a switch group that controls bidirectional energization between the AC power source and the three-phase AC load. A switch group having a second switch for controlling energization from the AC power supply to the three-phase AC load, and a first drive circuit for driving the first switch using a DC voltage from the DC power supply A second drive circuit that drives the second switch using a DC voltage from the DC power supply, and is charged by a current from the DC power supply to the AC power supply, for the first drive circuit Power supply A first driving power source to be provided; and a second driving power source that is charged by a current from the DC power source to the three-phase AC load and provides a power source for the second driving circuit. .
これにより、各スイッチを駆動するコンデンサに、対応する三相交流電源の相が最も低い電位になったときに電流を供給することができ、その結果、1系統の駆動電源を用いて、三相交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータを実現することができる。 As a result, a current can be supplied to the capacitor driving each switch when the phase of the corresponding three-phase AC power supply is at the lowest potential, and as a result, the three-phase drive power supply can be used. A matrix converter that converts AC power from an AC power source and provides desired AC power to a three-phase AC load can be realized.
第2の発明は、第1の発明において、前記直流電源の正極に接続され、前記交流電源からの電流を阻止する整流ダイオードと、前記直流電源の正極に接続され、前記三相交流負荷からの電流を阻止する整流ダイオードとを備えたものである。これにより、直流電源へ逆方向の電流が流れることを阻止することができる。 According to a second invention, in the first invention, the rectifier diode is connected to the positive electrode of the DC power supply and blocks a current from the AC power supply, and is connected to the positive electrode of the DC power supply. And a rectifier diode for blocking current. Thereby, it can prevent that the electric current of a reverse direction flows into DC power supply.
第3の発明は、第1の発明において、前記直流電源からの電圧を受け、前記第1および第2の駆動回路を制御する制御回路を備えたものである。これにより、制御回路の駆動電源を、第1および第2の駆動回路のための駆動電源と共通にすることができるため、制御回路の小型化・簡素化を図ることができる。 According to a third invention, in the first invention, a control circuit is provided which receives a voltage from the DC power supply and controls the first and second drive circuits. As a result, the drive power supply for the control circuit can be made common with the drive power supply for the first and second drive circuits, so that the control circuit can be reduced in size and simplified.
第4の発明は、第3の発明において、前記制御回路は、前記三相交流負荷の運転に先だち、最低電圧である前記交流電源の相に対応する第1のスイッチをオンして、前記第2の駆動電源を充電するものである。これにより、第1および第2の駆動電源に、三相交流負荷の運転に必要な電荷を蓄えることができる。 According to a fourth invention, in the third invention, the control circuit turns on the first switch corresponding to the phase of the AC power source that is the lowest voltage before the operation of the three-phase AC load, 2 is charged. Thereby, the charge required for the operation of the three-phase AC load can be stored in the first and second drive power supplies.
第5の発明は、第3の発明において、前記交流電源と前記直流電源の負極との間の電圧を分圧した電圧を前記制御回路に提供するものである。これにより、制御回路が、現在の最低電位の相を把握することができ、また、最低電位の相に対するそれ以外の相の相対電位を把握することができる。 According to a fifth invention, in the third invention, a voltage obtained by dividing a voltage between the AC power supply and a negative electrode of the DC power supply is provided to the control circuit. As a result, the control circuit can grasp the phase of the current lowest potential, and can grasp the relative potential of the other phases with respect to the lowest potential phase.
第6の発明は、第1の発明において、前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を受け、所定の直流電圧を発生する直流電源回路とを備えたものである。これにより、前記交流電源の最低電位が整流回路の負極に現れ、その電位を基準として直流電源が動作することができる。 In a sixth aspect based on the first aspect, the direct current power source includes a rectifier circuit that full-wave rectifies the alternating voltage from the alternating current power source, and a direct current that receives the output voltage of the rectifier circuit and generates a predetermined direct current voltage. And a power supply circuit. As a result, the minimum potential of the AC power supply appears at the negative electrode of the rectifier circuit, and the DC power supply can operate based on the potential.
第7の発明は、第1の発明において、前記直流電源は、三相を有する前記交流電源の中性点と、前記三相のいずれか1つの相とが1次側に接続されるトランスと、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記トランスの2次側に接続され前記整流回路の負極を基準として動作する直流電源回路と備えたものである。 In a seventh aspect based on the first aspect, the direct-current power source includes a transformer in which a neutral point of the alternating-current power source having three phases and any one of the three phases is connected to a primary side. A rectifier circuit for full-wave rectification of an AC voltage from the AC power supply, and a DC power supply circuit connected to the secondary side of the transformer and operating with reference to the negative electrode of the rectifier circuit.
これにより、直流電源の電圧が線間電圧よりも低い相電圧となるため、回路部品の耐電圧を下げることができ、直流電源回路の小型化・簡素化を図ることができる。 Thereby, since the voltage of the DC power supply becomes a phase voltage lower than the line voltage, the withstand voltage of the circuit components can be lowered, and the DC power supply circuit can be reduced in size and simplified.
第8の発明は、第1の発明において、前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を半波整流する整流回路と、三相を有する前記交流電源の中性点に接続され前記整流回路の出力電位を基準として動作する直流電源回路とを備えたものである。 In an eighth aspect based on the first aspect, the DC power source is connected to a rectifier circuit for half-wave rectifying an AC voltage from the AC power source, and a neutral point of the AC power source having three phases. And a DC power supply circuit that operates on the basis of the output potential.
これにより、直流電源の電圧が線間電圧よりも低い相電圧となるため、回路部品の耐電圧を下げることができ、直流電源回路の小型化・簡素化を図ることができる。 Thereby, since the voltage of the DC power supply becomes a phase voltage lower than the line voltage, the withstand voltage of the circuit components can be lowered, and the DC power supply circuit can be reduced in size and simplified.
第9の発明は、第7または第8の発明において、前記直流電源は、前記整流回路に流れる電流が所定値以下にならないように制御する電流制御回路を備えたものである。これにより、直流電源の負荷電力を小さくでき、直流電源回路の小型化がさらに図れる。 According to a ninth aspect, in the seventh or eighth aspect, the DC power supply includes a current control circuit that controls the current flowing through the rectifier circuit so as not to become a predetermined value or less. As a result, the load power of the DC power supply can be reduced, and the DC power supply circuit can be further miniaturized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるマトリクスコンバータを示す構成図である。図1に示されるように、双方向の半導体スイッチをマトリクス状に配置して、三相交流電源1および三相交流負荷である三相交流電動機2の各相をそれぞれ接続している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a matrix converter according to
この半導体スイッチ群を構成する各半導体スイッチのうち、三相交流電動機2から三相交流電源1へと電流を流すものには、第1の半導体スイッチとしてSWYX、三相交流電源1から三相交流電動機2へと電流を流すものには第2の半導体スイッチとしてSWXY(XはR、SまたはT、YはU、VまたはW)の符号が付されている。
Of the semiconductor switches constituting this semiconductor switch group, the one that flows current from the three-
以下、特定の半導体スイッチを意図しない場合、第1の半導体スイッチはSWYX、第2の半導体スイッチはSWXYとして説明する。 Hereinafter, when a specific semiconductor switch is not intended, the first semiconductor switch will be described as SW YX and the second semiconductor switch will be described as SW XY .
最初に、例えば、三相交流電源1のR相と三相交流電動機2のU相とは、半導体スイッチSWURとSWRUとを介して接続され、三相交流電源1のR相から三相交流電動機2のU相に電流が流れる時には、SWRUを通って電流が流れ、逆に、三相交流電動機2のU相から三相交流電源1のR相に電流が流れるときにはSWURを通って電流が流れる。
First, for example, the R phase of the three-phase
SWXY、SWYXは、一例としてIGBTを用いており(例えば、SWRU、SWURでは、それぞれIGBT10、12)、それぞれに対して、逆電圧防止用のダイオードが直列に挿入されている(例えば、SWRU、SWURに対しては、それぞれダイオード11、13)。
For example, IGBTs SW XY and SW YX use IGBTs (for example,
SWURには、SWURを駆動する駆動回路131と駆動回路131用に電圧を供給する第1の駆動電源であるコンデンサ132が接続されている。SWRUには、SWRUを駆動する駆動回路121と駆動回路121に電圧を供給する第2の駆動電源であるコンデンサ122が接続されている。
The SW UR is connected to a
駆動回路121や131へは、整流ダイオード114や111を介して直流電源回路101から電流が供給される。
A current is supplied from the DC
一方、三相交流電源1の出力である交流電力を三相全波整流回路100にて全波整流し、そのマイナス側を基準として、直流電源回路101が動作する。この直流電源回路101の出力電圧は、IGBT(例えば、SWRU、SWURでは、それぞれIGBT10、12)のゲートを駆動するのに適切な電圧となるように設定される。
On the other hand, the AC power that is the output of the three-phase
直流電源回路101の正側出力端子は、整流ダイオード111、112、113を経由して、半導体スイッチSWYX用の3つの駆動電源の正極にそれぞれ接続されている。また、整流ダイオード114,115、116を経由して半導体スイッチSWXY用の3つの駆動電源の正極にそれぞれ接続されている。
The positive output terminal of the DC
なお、三相全波整流回路100の出力側に軽負荷である抵抗1003を設けているのは、三相全波整流回路100のいずれかの相が常に導通しているようにするものであり、直
流電源である直流電源回路101への入力電力により代用することも可能である。
In addition, the
本実施の形態では、三相全波整流回路100と直流電源回路101と抵抗1003とで、三相交流電源1の出力交流電圧から直流電圧を生成する直流電源を構成している。
In the present embodiment, the three-phase full-
上記のように構成されたマトリクスコンバータについて、その動作を説明する。まず、三相全波整流回路100の負側出力は、三相交流電源1の最低電位の相と同じ電位である。例えば、R相の電位が最も低い場合には、三相全波整流回路100の直流出力はR相の電位と同じであり、直流電源回路101の正側出力は、R相電位よりも直流電源回路101の出力電圧だけ高い電位になる。
The operation of the matrix converter configured as described above will be described. First, the negative-side output of the three-phase full-
このため、直流電源回路101から整流ダイオード111とコンデンサ132を経由して、三相交流電源1のR相に電流が流れることにより、コンデンサ132を充電することができる。このコンデンサ132に蓄えられた電荷により、半導体スイッチSWURを駆動することができる。同様に、他の相についても、半導体スイッチSWYXの駆動電源を供給することができる。
For this reason, the
次に、図2を用いて、半導体スイッチSWXYへの電力供給を説明する。図2は三相交流電源の出力波形である。これらの波形の各区間における最低電位の相が、図中の表に示されている。例えば、最初の区間ではS相が最低電位である。 Next, with reference to FIG. 2, illustrating the power supply to the semiconductor switch SW XY. FIG. 2 shows an output waveform of the three-phase AC power source. The phase of the lowest potential in each section of these waveforms is shown in the table in the figure. For example, in the first interval, the S phase is the lowest potential.
このときに、半導体スイッチSWUSをオンすると、U相の電位はS相の電位と等しくなり、その結果、ダイオード114を経由して、半導体SWSU、SWRU、SWTUとを駆動するための電荷を各コンデンサに蓄えることができる。同様に、半導体スイッチSWVSとSWWSとをそれぞれオンすると、残りの半導体スイッチSWXYを駆動するためのコンデンサを充電することができる。この動作を三相交流電動機2の運転に先立って行うことにより、全ての半導体スイッチSWXYの準備を完了することができる。
At this time, when the semiconductor switch SW US is turned on, the potential of the U phase becomes equal to the potential of the S phase. As a result, the semiconductor SW SU , SW RU , and SW TU are driven via the
また、三相交流電動機2の動作中は、三相交流電源1の最低電位の相と三相交流電動機2の最低電位の相との間にある半導体スイッチSWXYを、その期間中オンし、2つの最低電位を等しくする。これにより、その最低電位を基準として直流電源回路101から電流が流れ、半導体スイッチSWXYに対応するコンデンサにそれぞれ充電される。三相交流電動機2のその他の相についても、その相が最低電位になるタイミングで、同様にして対応する半導体スイッチSWXYに対応するコンデンサに充電が行われる。
Further, during the operation of the three-
上記の構成および制御方法により、マトリクスコンバータの駆動電源を1系統の直流電源で実現することができる。 With the above-described configuration and control method, the driving power source of the matrix converter can be realized by a single DC power source.
図3は、各半導体スイッチSWXYにオン/オフの制御信号が伝達される動作を説明するための、より詳細な回路図である。シーケンス制御、すなわち、各半導体スイッチのオン/オフ動作の制御は、マイクロコンピュータ200を用いて行われ、その制御信号は駆動回路121へと送られる。
3, for illustrating an operation control signal of the ON / OFF each semiconductor switch SW XY is transferred, is a more detailed circuit diagram. Sequence control, that is, control of on / off operation of each semiconductor switch is performed using the
駆動回路121は、いわゆるハイサイドスイッチ駆動回路とよばれるものであり、駆動制御用のオン/オフ信号を一旦パルス化して、高耐圧のMOSスイッチで高い電圧側に情報を送り、フィルタなどで誤動作防止を行った後、フリップフロップでもとのオン/オフ信号に復元するものである。
The
マイクロコンピュータ200用の電源として、図3に示されるように、マトリクスコンバータの各半導体スイッチ用の直流電源を用いるため、マイクロコンピュータ200は、
マトリクスコンバータにおける最低電位を基準として動作する。
As shown in FIG. 3, as the power source for the
It operates with reference to the lowest potential in the matrix converter.
このため、マイクロコンピュータ200を基準と考えると、他の電位は全てそれ以上の電圧になり、よく知られたハイサイドスイッチ駆動回路を用いて半導体スイッチSWRUを駆動することが可能になる。この方法により、フォトカプラなどの空間的な絶縁を有する部品を使用する必要が無くなり、回路を小型にすることができる。
For this reason, when the
(実施の形態2)
図4は、図3の回路に、マイクロコンピュータ200が三相交流電源1の電圧を検出できるようにするための回路を追加したものである。図4に示されるように、抵抗901と902とを用いて、三相交流電源1からの電圧が分圧され、分圧された電圧がマイクロコンピュータ200に入力される。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is obtained by adding a circuit for allowing the
これにより、マイクロコンピュータ200は、どの相が最低電位であるかを知ることができ、それ以外の相については最低電位の相に対する相対電位を知ることができる。これにより、以下のことが可能になる。
Thereby, the
1)マイクロコンピュータ200が、各相電圧を算出することができ、高力率なシーケンス制御を実現するための情報として使用することができる。
1) The
2)マイクロコンピュ−タ200が、各相が順次最低電圧になる周期を計測することにより、三相交流電源1の周波数を把握することができる。
2) The
3)マイクロコンピュータ200が、各相が順番に最低電圧にならない場合は、断線などの異常事態が発生していると判断することができ、その情報を上位の管理システムに発信することができる。
3) When each phase does not reach the minimum voltage in turn, the
4)マイクロコンピュータ200が、各相が最低電圧になる順序を把握することで、三相交流電源1の相順を知ることができ、接続が逆になっているなどの情報を上位の管理システムに送信することができる。
4) The
(実施の形態3)
図5は、マトリクスコンバータの制御用電源を、比較的低い電圧である中性点NとR,S,Tいずれかの相との間から供給する場合である。制御用の安定化電源については、供給源を三相交流電源1の線間電圧とするよりも相電圧とするほうが、入力として印加される電圧が57.7%(相電圧/線間電圧の百分率)と低い電圧で済むため、安定化電源において高耐圧の部品を用いる必要がなくなる。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a case where the power supply for controlling the matrix converter is supplied from between a neutral point N, which is a relatively low voltage, and any of R, S, and T phases. As for the stabilized power supply for control, the voltage applied as an input is 57.7% (the phase voltage / the line voltage is less than the line voltage of the three-phase
図5に示されるように、中性点NとT相との間の電圧を、絶縁トランス1002を経由して安定化電源1001に供給し、マトリクスコンバータ駆動用の直流電源とする。この安定化電源1001のマイナス側出力は、三相全波整流回路100のマイナス側と接続される。
As shown in FIG. 5, the voltage between the neutral point N and the T phase is supplied to the stabilized
なお、三相全波整流回路100のマイナス側電位が三相交流電源1の最低電位の相と同じ電位であるためには、三相全波整流回路100に電流が流れることが必要である。そのためには、抵抗1003を挿入するなど、何らかの軽微な負荷を接続しておけばいい。
In order for the negative potential of the three-phase full-
(実施の形態4)
図6は、図1における軽微な負荷(抵抗1003)での消費電力をさらに軽減させるための回路を具備した実施例である。
(Embodiment 4)
FIG. 6 shows an embodiment provided with a circuit for further reducing power consumption at the light load (resistor 1003) in FIG.
図6に示されるように、三相全波整流回路100と直流電源回路101との間に、電流制御回路1101、トランジスタ1102、電流検出抵抗1103が接続される。トランジスタ1102がオンされると、負荷抵抗1113に電流が流がれ、その結果、電流検出抵抗1103に流れる電流が所定値以下にならないようにする。
As shown in FIG. 6, a
すなわち、電流検出抵抗1103の電流が所定値以下になったときには、トランジスタ1102を導通させ、負荷抵抗1113に電流を流せば、全波整流回路100から出力される電流を増加させることができる。
That is, when the current of the
ここの場合のしきい値は、ゼロに近い値に設定しておき、通常は制御回路などの負荷のみの電流が流れているようにしておく。このため全波整流回路100を経由する電力は小さい値になる。
In this case, the threshold value is set to a value close to zero so that a current of only a load such as a control circuit normally flows. For this reason, the electric power passing through the full-
何らかの負荷変動で全波整流回路100からの電流がゼロになり、全波整流回路100がオフ状態となって、直流電源の負極の電位と三相交流電源の最低電位の相との電位が異なってしまうおそれがある場合にのみ、直流電源の負荷が増大して、直流電源の負極の電位と三相交流電源の最低電位の相との電位を常に同じに保つことができる。
The current from the full-
このように、本実施の形態によれば、電流制御用の電源に、直流電源回路101を用いるため、新たな電源回路は不必要である。なお、本実施の形態では、電流検出手段として抵抗1103を用いたが、その他の電流検出用センサを適用することができることは明白である。これによって、三相全波整流回路100の負荷がつねに最小に保たれるため、制御用の電源回路の小型化が図れる。
As described above, according to the present embodiment, since the DC
(実施の形態5)
図7は、三相交流電源の中性点を用いて、制御回路をさらに小型化にするための実施の形態を示す回路図である。図7に示されるように、ダイオード1200R、1200S、1200Tが、三相交流電源1の各相にそれぞれ接続されている。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment for further downsizing the control circuit using the neutral point of the three-phase AC power supply. As shown in FIG. 7, diodes 1200 </ b> R, 1200 </ b> S, and 1200 </ b> T are connected to the respective phases of the three-phase
三相交流電源1から出力される三相交流電圧のうちの最低電位の相は、中性点の電位よりも低い電位であるため、これらのダイオードは、その最低電圧の相にのみ電流が流れる半波整流回路を構成している。
Since the lowest potential phase of the three-phase AC voltage output from the three-phase
すなわち、R相が最低電圧の場合は、中性点Nから負荷抵抗1213、トランジスタ1202、電流検出抵抗1203、ダイオード1200Rを経由して電流が流れる。他の相が最低電位になったときは、同様に、対応するダイオードを経由して電流が流れる。三相回路の相電圧は線間電圧の57.7%であるため、直流電源回路1211においてより耐圧の低い部品を用いることができ、回路の小型化・簡素化がさらに図れる。
That is, when the R phase is the lowest voltage, a current flows from the neutral point N via the
以上のように、本発明のマトリクスコンバータによれば、半導体スイッチとシーケンス制御用の制御回路とを、基準電位を共有させながら、1系統の直流電源で駆動することができ、回路全体を小型化することが可能となる。その結果、産業用機器に留まらず、三相交流電源を用いた家庭用エアコンなどにも適用することが可能となる。 As described above, according to the matrix converter of the present invention, the semiconductor switch and the control circuit for sequence control can be driven by one DC power supply while sharing the reference potential, and the entire circuit can be downsized. It becomes possible to do. As a result, the present invention can be applied not only to industrial equipment but also to home air conditioners using a three-phase AC power source.
なお、本実施の形態では三相の交流電源を用いたが、本発明は、対応する半導体スイッチを減らすことにより、単相の交流電源にも適用することができ、同様の効果を得ることができる。 Although a three-phase AC power supply is used in this embodiment, the present invention can be applied to a single-phase AC power supply by reducing the corresponding semiconductor switches, and the same effect can be obtained. it can.
また、本実施の形態では三相の交流電動機を用いたが、本発明は、対応する半導体スイ
ッチを減らすことにより、単相の交流電動機にも適用することができ、同様の効果を得ることができる。
Further, although a three-phase AC motor is used in the present embodiment, the present invention can be applied to a single-phase AC motor by reducing the corresponding semiconductor switches, and the same effect can be obtained. it can.
さらに、本発明の実施の形態においては、半導体スイッチとして、IGBTとダイオードとを直列接続したものを用いたが、近年、IGBTのエミッタ−コレクタ間に逆電圧を印加できるものが開発されてきており、このような半導体素子を用いれば、直列に挿入した逆電圧防止用のダイオードを削除することができる。このような構成とすれば、逆電圧防止用のダイオードにて消費していた回路損失の発生を抑制することができる。 Furthermore, in the embodiment of the present invention, a semiconductor switch in which an IGBT and a diode are connected in series is used. However, in recent years, a switch capable of applying a reverse voltage between the emitter and collector of the IGBT has been developed. If such a semiconductor element is used, the diode for preventing reverse voltage inserted in series can be eliminated. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of circuit loss consumed by the diode for preventing reverse voltage.
本発明は、単相もしくは三相の交流電源を用いて、単相もしくは三相の交流負荷を制御する場合に有用であり、例えば、エアコンや冷蔵庫、洗濯機など電動機を負荷とする機器に利用することができる。 The present invention is useful when a single-phase or three-phase AC load is controlled using a single-phase or three-phase AC power source, and is used, for example, in a device having an electric motor as a load such as an air conditioner, a refrigerator, or a washing machine. can do.
1、1000 三相交流電源
2 三相交流電動機(三相交流負荷)
100 三相全波整流回路
101 直流電源回路
111、112、113、114、115、116 整流ダイオード
121、131 駆動回路
122 コンデンサ(第2の駆動電源)
132 コンデンサ(第1の駆動電源)
200 マイクロコンピュータ
1003 抵抗
1101、1201 電流制御回路
1103、1203 電流検出抵抗
1,1000 Three-phase
100 three-phase full-
132 capacitor (first drive power supply)
200
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