CN101821932B

CN101821932B - 直接型交流电力变换装置

Info

Publication number: CN101821932B
Application number: CN2008801110995A
Authority: CN
Inventors: 榊原宪一
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: JP4240141B1; JP2009095149A; EP2200165A1; US8310848B2; AU2008310358A1; KR20100037158A; US20100246217A1; EP2200165A4; EP2200165B1; KR101134263B1; CN101821932A; WO2009048046A1; AU2008310358B2

Abstract

本发明是可减少冲击电流的直接型交流电力变换装置。控制部(7)在使电源开关(5)导通的同时或者在其之前控制电流型变换器(1)，使钳位电容器(Cc)与设有电阻(R61)的第1输入线(ACLr)和第2及第3输入线(ACLs，ACLt)中的任意一方之间的电容器并联连接。因此，在使电源开关(5)导通时，电流经由电阻(R61)传递到钳位电容器(Cc)，因而可防止冲击电流流向钳位电容器(Cc)。并且，例如电容器(Cr，Ct)不会在钳位电容器(Cc)之前被充电，因而在将这些电容器并联连接时，可防止冲击电流从电容器(Cr，Ct)流向钳位电容器(Cc)。

Description

直接型交流电力变换装置

技术领域

本发明涉及直接型交流电力变换装置，特别是涉及防止流向直接型交流电力变换装置具有的电容器的冲击电流的技术。

背景技术

在后述的非专利文献1中公开了具有钳位电路的直接型交流电力变换装置。图16示出非专利文献1记载的直接型交流电力变换装置。然而为了便于本申请中的说明，图中的标号不一定与在非专利文献1中使用的标号一致。

假定在该直接型交流电力变换装置的输出侧设有IPM电动机。将与IPM电动机的有效电感的平均值相当的每一相的电感设定为La，将成为阻断向IPM电动机的电流供给的基准的过载电流设定为i，将钳位电容器的两端电压设定为Vc，将钳位电容器的电容设定为Cc，将三相交流电源的相间电压设定为Vs。假定蓄积在IPM电动机具有的三相电感器内的电力全部被再生在钳位电容器内，则满足下式的关系式。

[算式1]

\frac{1}{2} La (i^{2} + {(\frac{i}{2})}^{2} + {(\frac{i}{2})}^{2}) = \frac{1}{2} Cc ({Vc}^{2} - {(\sqrt{2} Vs)}^{2}) . . . (1)

因此，钳位电容器的两端电压由下式表示。

[算式2]

Vc = \sqrt{\frac{3}{2} \frac{La}{Cc} i^{2} + 2 {Vs}^{2}} . . . (2)

图17示出将式(2)进行了图形化的图。换句话说，示出表示钳位电容器的两端电压对电容的关系的图。例如将电源电压Vs设定为400V，将电感La设定为12mH，将过载电流i设定为40A，将钳位电容器的电容设定为10μF，则钳位电容器的两端电压Vc为约1800V。电源值超过电源电压400V级的晶体管和二极管的元件额定1200V。

为了将钳位电容器的两端电压Vc抑制到例如750V左右，有必要根据式(2)和图17将钳位电容器的电容设定为200μF以上。

另一方面，越增大钳位电容器的电容，电源接通时的冲击电流就越大。进行具体说明。例如作为单相的串联电路，考虑电源、电抗器、电阻以及电容器串联连接的串联电路。将电抗器的电感设定为L，将电阻的电阻值设定为R，将钳位电容器的电容设定为C，则该串联电路中的输出(电流)对输入(电源电压Vs)的传递特性由下式表示。

[算式3]

G (s) = \frac{ic}{Vs} = sC \frac{1 / LC}{s^{2} + sR / L + 1 / LC} - - - (3)

当求出针对阶跃输入的响应时，导出下式。

[算式4]

G (s) = sC \frac{1 / LC}{s^{2} + sR / L + 1 / LC} \frac{1}{s} = \frac{1 / L}{s^{2} + R / L + 1 / LC} - - - (4)

这里，设1/L＝D，R/L＝E，1/LC＝F，对式(4)进行逆拉普拉斯变换而求出电流响应时，导出下式。

[算式5]

i (t) = \frac{D}{ω} e^{- σt} \sin ωt - - - (5)

[算式6]

ω = \sqrt{\frac{4 F - E^{2}}{2}},

σ = \frac{E}{2} - - - (6)

电容器的电容C越大，F就越小。并且，由于D、E与电容C无关而恒定，因而电容器C的电容越大，ω就越小。因此，电容器的电容C越大，去除随时间的衰减后的振幅项D/ω就越大。即，伴随电容器的电容C的增大，冲击电流增大。

另外，将根据式(5)以时间对i(t)求微分后的值设定为0(i(t)’＝0)来求出电流的最大值时，导出下式。

[算式7]

t = \frac{π - α}{ω} - - - (7)

此时，电流为最大值。该最大值可理解为冲击电流。图18是示出冲击电流(i((π-α)/ω))对电容C的关系的图。

如上所述，在为了将使用再生电流充电后的钳位电容器的两端电压抑制到750V左右，而将钳位电容器的电容设定为200μF的情况下，根据式(6)、(7)，电流的最大值(冲击电流)达到150A。

另外，作为与本发明相关联的技术，在专利文献1～4中作了公开。

非专利文献1：リザィァング·ゥェィ(Lixiang Wei)ぉょびト一マス·ェィ·リポ(Thomas A.Lipo)著、“9-スィッチ·デゥァル-ブリッジ·マトリクスコンバ一タの低出力力率動作にっぃての研究(Investigation of 9-switch Dual-bridge Matrix Converter Operating underLow Output Power Factor)”、米国、ァィトリプルィ一(IEEE)、ISA2003，vol.1、pp.176-181

专利文献1：美国专利第6,995,992号说明书

专利文献2：日本特开2006-54947号公报

专利文献3：日本特开平8-079963号公报

专利文献4：日本特开平2-65667号公报

如上所述，在为了抑制由再生电流引起的钳位电容器的两端电压的增大而增大钳位电容器的电容的情况下，存在流向钳位电容器的冲击电流增大的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可在增大电容器的电容来防止电容器的两端电压增大的同时，减少冲击电流的直接型交流电力变换装置。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第1方式具有：第1至第N输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其与N相交流电源(E1)连接；电源开关(5)，其选择所述第1至所述第N输入线的导通/非导通；正侧直流电源线(L1)和负侧直流电源线(L2)；电流型电力变换器(1)，其具有多个开关元件(Srp，Srn，Ssp，Ssn，Stp，Stn)，通过所述多个开关元件的导通/非导通的选择动作，将从所述第1至所述第N输入线输入的交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压，将所述电压提供给所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线；多个输入电容器(Cr，Cs，Ct)，其设在所述第1至所述第N输入线的彼此之间，作为电压源发挥功能；第1二极管(D1)，其连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间；电容器(Cc；Cc1，Cc2)，其与所述第1二极管串联连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间；第1电阻(R61)，其设在所述第1输入线(ACLr)上；电压型电力变换器(3)，其将所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间的具有2个电位的所述直流电压变换为矩形状的交流电压，将其输出到感应性多相负载(4)；以及控制部(7)，其控制所述多个开关元件和所述电源开关的导通/非导通的选择动作，在使所述电源开关导通的同时或者在其之前，控制所述开关元件的选择动作，使所述电容器与设在所述第1输入线和所述第2输入线之间的所述输入电容器并联连接。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第2方式是第1方式涉及的直接型交流电力变换装置，还具有电抗器(Lr)，该电抗器(Lr)与所述第1电阻(R61)串联连接在所述第1输入线(ACLr)上。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第3方式是第1方式涉及的直接型交流电力变换装置，还具有电抗器(Lr)，该电抗器(Lr)与所述第1电阻(R61)并联连接。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第4方式是第1方式涉及的直接型交流电力变换装置，还具有第2至第N电阻(R62，R63)，该第2至第N电阻(R62，R63)分别设在所述第2至所述第N输入线(Ls，Lt)上。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第5方式是第4方式涉及的直接型交流电力变换装置，还具有第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)，该第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)分别与所述第1至所述第N电阻(R61～R63)串联连接在所述第1至所述第N输入线(ACLr，ACLs，ACLt)的各个输入线上。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第6方式是第4方式涉及的直接型交流电力变换装置，还具有第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)，该第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)分别与所述第1至所述第N电阻(R61～R63)并联连接。

本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第7方式是第1至第6方式中的任意一个方式涉及的直接型交流电力变换装置，其中，对所述正侧直流电源线(L1)施加比所述负侧直流电源线(L2)高的电位，所述第1二极管(D2)相对于所述电容器设在所述第2输出线侧，所述直接型交流电力变换装置还具有：第2电容器(Cc2)，其与所述电容器(Cc1)串联连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间，并连接在所述第1二极管和所述第2输出线之间；第2二极管(D3)，其阳极连接在所述第1二极管和所述第2电容器之间，其阴极与所述正侧直流电源线连接；以及第4二极管(D4)，其阳极与所述负侧直流电源线连接，其阴极连接在所述第2二极管和所述电容器之间。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第1方式，在电容器与设在第1输入线和第2输入线之间的输入电容器并联连接的状态下，N相交流电源被提供给直接型交流电力变换装置。因此，不会在电容器之前仅给该输入电容器充电，可防止冲击电流从该输入电容器流向电容器。

并且，在使电源开关导通时，交流电流经由第1电阻被提供给电容器。因此，还可防止冲击电流从N相交流电源流向电容器。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第2方式，可使用电抗器和输入电容器来构成载波电流分量去除滤波器。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第3方式，可使用电抗器和输入电容器来构成载波电流分量去除滤波器。一般，载波电流分量去除滤波器具有与电抗器并联连接的衰减电阻，用于减少在导通电源开关时的瞬态时的输入电容器的电压脉动。可将该衰减电阻用作第1电阻。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第4方式，由于对应于全部第1至第N输入线设置电阻，因而不管将任何输入电容器和电容器并联连接，都能防止冲击电流流向电容器。因此，可与输入电容器选择性切换来与电容器并联连接，因而可将流经第1至第N输入线的交流电流有效地变换为直流电流。因此，可将直流电流有效地提供给电容器。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第5方式，可使用第1至第N电抗器和输入电容器来构成载波电流分量去除滤波器。

根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第6方式，可使用第1至第N电抗器和输入电容器来构成载波电流分量去除滤波器。并且，由于第1至第N电阻与第1至第N电抗器并联连接，因而可减少在使电源开关导通时的输入电容器的瞬态电压，进而可减少电容器的瞬态电压。

并且，根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第4至第6方式，由于在导通电源开关时，可以使任何输入电容器和电容器并联连接，因而可将此时的电流型电力变换器(开关元件)的选择动作设定为与在驱动感性多相负载时的选择动作相同的动作。因此，无需变更控制方式，可容易制造。

并且，根据本发明涉及的直接型交流电力变换装置的第7方式，由于将第1输出线和第2输出线之间的电位差在第1钳位电容器和第2钳位电容器进行分压，因而可减少各钳位电容器的两端电压。因此，可使用廉价的钳位电容器。并且，由于能使用第1、第2钳位电容器确保放电路径，因而可在是无源电路的同时，实现与非专利文献1中记载的方式同等的动作。

本发明的目的、特征、方面和优点通过以下的详细说明和附图将更加明白。

附图说明

图1是示出第1实施方式涉及的电动机驱动装置的一例的概念性结构图。

图2是示出在接通电源开关时的控制部的动作的流程图。

图3是示出输入线ACLr、ACLt之间的电压Vrt、晶体管Srp、Stn的导通/非导通状态、以及晶体管Stp、Srn的导通/非导通状态的图。

图4是示出用于说明防止冲击电流的机构的电路的图。

图5是图4所示的电路的框线图。

图6是示出流经图4所示的电容器的电流的图。

图7是示出第1实施方式涉及的电动机驱动装置的另一例的概念性结构图。

图8是示出第2实施方式涉及的电动机驱动装置的一例的概念性结构图。

图9是示出开关形式的图。

图10是示出电流矢量的图。

图11是示出在接通电源开关时的控制部的动作的流程图。

图12是示出第3实施方式涉及的电动机驱动装置的一例的概念性结构图。

图13是示出用于说明改善针对电容器的输入特性的机构的电路的图。

图14是图13所示的电路的板线图。

图15是示出输入线ACLr、ACLs之间的电压、一组电容器Cr、Ct的两端电压、一组钳位电容器Cc1、Cc2的两端电压、以及直流电源线L1、L2之间的电压的图。

图16是示出非专利文献1涉及的电力变换装置的结构图。

图17是示出钳位电容器的电容与钳位电容器的两端电压的关系的图。

图18是示出钳位电容器的电容与钳位电容器的冲击电流的关系的图。

具体实施方式

第1实施方式

图1示出本发明涉及的第1实施方式的直接型交流电力变换装置的一例，即电动机驱动装置的概念性结构。本电动机驱动装置具有：电源E1，输入线ACLr、ACLs、ACLt，电抗器Lr、Ls、Lt，电容器Cr、Cs、Ct，电流型变换器1，成为输出线的直流电源线L1、L2，钳位电路2，电压型逆变器3，电动机4，电源开关5，限流电路6，以及控制部7。

电源E1是多相交流电源，例如三相交流电源，将三相交流电流提供给输入线ACLr、ACLs、ACLt。

电源开关5选择输入线ACLr、ACLs、ACLt的导通/非导通。更具体地说，电源开关5具有开关S51～S53。开关S51～S53例如是继电器，设在输入线ACLr、ACLs、ACLt的各自的线上。

电抗器Lr、Ls、Lt的各方分别设在输入线ACLr、ACLs、ACLt上，与开关S51～S53的各方串联连接。

电容器Cr、Cs、Ct在输入线ACLr、ACLs、ACLt的相互间例如Y形设置。具体地说，电容器Cr、Cs串联连接在输入线ACLr、ACLs之间，电容器Cs、Ct串联连接在输入线ACLs、ACLt之间，电容器Ct、Cr串联连接在输入线ACLt、ACLr之间。这些电容器设在电流型变换器1的输入侧并作为电压源执行功能。另外，电容器Cr、Cs、Ct可理解为输入电容器。另一方面，电容器Cr、Cs、Ct还可以理解为分别与电抗器Lr、Ls、Lt一起构成去除载波电流分量的载波电流分量去除滤波器。

限流电路6具有电阻R61和辅助开关S61。电阻R61设在输入线ACLr、ACLs、ACLt中的任意一条线上。在图1中，电阻R61与电抗器Lr串联设在输入线ACLr上。辅助开关S61与电阻R61并联连接。

电流型变换器1具有多个开关元件，通过该多个开关元件的选择动作，将从电源E1经由载波电流分量去除滤波器输入的三相交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压，将该电压提供给直流电源线L1、L2。另外，直流电源线L1可理解为正侧直流电源线，直流电源线L2可理解为被施加了比直流电源线L1低的电位的负侧直流电源线。

更具体地说，电流型变换器1具有：晶体管Srp、Srn、Ssp、Ssn、Stp、Stn，以及二极管Drp、Drn、Dsp、Dsn、Dtp、Dtn。

二极管Drp、Dsp、Dtp的各阴极与直流电源线L1连接，二极管Drn、Dsn、Dtn的各阳极与直流电源线L2连接。

晶体管Srp、Ssp、Stp的各发射极分别与二极管Drp、Dsp、Dtp的阳极连接，晶体管Srn、Ssn、Stn的各集电极分别与二极管Drn、Dsn、Dtn的阴极连接。晶体管Srp的集电极和晶体管Srn的发射极、晶体管Ssp的集电极和晶体管Ssn的发射极、以及晶体管Stp的集电极和晶体管Stn的发射极分别公共地与输入线ACLr、ACLs、ACLt连接。

然后，通过控制部7，向这些晶体管Srp、Srn、Ssp、Ssn、Stp、Stn的各自的基极提供开关信号，电流型变换器1将三相交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压。

钳位电路2具有钳位电容器Cc和二极管D1。钳位电容器Cc连接在直流电源线L1、L2之间。二极管D1与钳位电容器Cc串联连接在直流电源线L1、L2之间，二极管D1的阳极与直流电源线L1连接，二极管D1的阴极与钳位电容器Cc连接。根据这样的钳位电路2，可抑制起因于从电压型逆变器3朝向电流型变换器1的反馈电流而产生的、直流电源线L1、L2之间的电压上升。

电压型逆变器3将直流电源线L1、L2之间的矩形波状的直流电压变换为矩形波状的交流电压并输出到电动机4。更具体地说，电压型逆变器3具有：晶体管Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn，以及二极管Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwn。

晶体管Sup、Svp、Swp的各发射极和二极管Dup、Dvp、Dwp的各阴极与直流电源线L1连接，晶体管Sun、Svn、Swn的各集电极和二极管Dun、Dvn、Dwn的各阳极与直流电源线L2连接。

晶体管Sup的集电极、晶体管Sun的发射极、二极管Dup的阳极以及二极管Dun的阴极公共地与电动机4连接，晶体管Svp的集电极、晶体管Svn的发射极、二极管Dvp的阳极以及二极管Dvn的阴极公共地与电动机4连接，晶体管Swp的集电极、晶体管Swn的发射极、二极管Dwp的阳极以及二极管Dwn的阴极公共地与电动机4连接。

然后，例如通过控制部7，向这些晶体管Sup、Sun、Svp、Svn、Swp、Swn的各自的基极提供开关信号，电压型逆变器3将直流电源线L1、L2之间的电位差变换为交流电压并输出到电动机4。

电动机4例如是三相交流电动机，其电感值和电阻值由线圈Lu、Lv、Lw和与这些线圈分别串联连接的电阻Ru、Rv、Rw表示。这些串联连接对应于电动机4的各相。这些串联连接的一端分别连接在晶体管Sup、Sun之间、晶体管Svp、Svn之间、以及晶体管Swp、Swn之间。这些串联连接的另一端在中性点N公共连接。

从电压型逆变器3提供矩形波状的交流电压，然而根据电动机4具有的电感值，驱动电动机4的交流电流变得平滑。换句话说，电动机4将从电压型逆变器3提供的矩形波状的交流电压变换为交流电流。

流经该电动机4的交流电流经由电压型逆变器3和电流型变换器1给电容器Cr、Cs、Ct充电，被变换为交流电压。换句话说，电动机4还可以理解为针对电流型变换器1的电流源。

控制部7控制电源开关5、辅助开关S61以及电流型变换器1具有的晶体管的选择动作。控制部7在导通电源开关5的同时或者在其之前，控制电流型变换器1，使钳位电容器Cc与设有电阻R61的输入线ACLr和输入线ACLs、ACLt中的任意一方(例如输入线ACLt)之间的电容器(例如电容器Cr、Ct)并联连接。

更具体地说，控制部7具有：通电检测和同步信号生成部71，以及开关控制部72。

通电检测和同步信号生成部71检测例如流经电源E1的预定两相(例如输入线ACLr、ACLs)的交流电流并生成同步信号，将该同步信号提供给开关控制部72。并且，通电检测和同步信号生成部71与所生成的同步信号同步来将开关信号提供给电源开关5和辅助开关S61。

开关控制部72与所输入的同步信号同步来将开关信号提供给电流型变换器1具有的晶体管。

对在这样的结构的电动机驱动装置中，使电源开关5导通来接通电源时的控制部7的动作进行说明。图2是示出控制部7的动作的流程图。

首先，在步骤S1中，通电检测和同步信号生成部71从例如外部的CPU等接收起动指令。然后，在步骤S2中，接收到该起动指令的通电检测和同步信号生成部71检测例如流经电源E1的预定两相(例如输入线ACLr、ACLs)的交流电流，根据该交流电流的周期生成同步信号并提供给开关控制部72。由此，通电检测和同步信号生成部71和开关控制部72可相互同步来分别输出开关信号。

然后，在步骤S3中，开关控制部72与接收到的同步信号同步，使钳位电容器Cc与输入线ACLr和例如输入线ACLt之间的电容器Cr、Ct并联连接。具体地说，开关控制部72开始例如晶体管Srp、Srn、Stp、Stn的控制。图3是示出输入线ACLr、ACLt之间的电压Vrt、晶体管Srp、Stp、Srn、Stn的导通/非导通状态的图。另外，在图3中，将电压Vrt在输入线ACLr侧为高电位的情况示出为正。

在步骤S3中，开关控制部72在电压Vrt在输入线ACLr侧为高电位的半周期中使晶体管Srp、Stn导通，在另一半周期中使晶体管Stp、Srn导通。另外，在图2中，将该动作示出为全波通电。然后至少重复图3的动作直到执行后述的步骤S5为止。

在步骤S4中，与步骤S3同时或者在其之后，通电检测和同步信号生成部71向电源开关5输出开关信号并使电源开关5导通。通过该电源开关5的导通，来自电源E1的交流电流经由输入线ACLr、ACLt被提供给电流型变换器1。另外，通电检测和同步信号生成部71和开关控制部72彼此与同一同步信号同步来输出开关信号，因而可与步骤S3的执行同步或者在其之后执行步骤S4。

电流型变换器1通过步骤S3的控制，将从输入线ACLr、ACLt输入的交流电流进行全波整流(参照图3)，提供给钳位电容器Cc。此时，由于电流经由电阻R61被提供给钳位电容器Cc，因而可防止冲击电流流向钳位电容器Cc。

以下，对由于电流经由电阻R61流向钳位电容器Cc而可防止冲击电流的原因进行说明。为了简单起见，在向具有相互串联连接的电抗器L(相当于电抗器Lr、Ls)、电阻R(相当于电阻R61)、以及电容器C(相当于电容器Cr、Cs和一组钳位电容器Cc)的电路串联施加了电源电压Vs(相当于输入线ACLr、ACLs之间的电压)的情况下，考虑流经电路的电流i。

图4是示出该电路的图，图5是以在被输入了电源电压Vs时流经电容器C的电流ic作为输出的框线图。电流ic对电源电压Vs的传递特性G(s)与式(1)相同。当求出对阶跃输入的响应时，导出式(2)。这里，电阻R61的电阻值R大，由于考虑瞬态响应(s小的范围)，因而以一次延迟对该传递特性求近似时，导出下式。

[算式8]

G (s) = \frac{D}{sE + F} = \frac{D / E}{s + F / E} . . . (8)

对该式进行逆拉普拉斯变换时，导出下式。

[算式9]

ic (t) = \frac{D}{E} e^{- F / Et} . . . (9)

这里，D＝1/L，E＝R/L，F＝1/LC。

图6对式(9)作了图示，示出流经电容器的电流对时间的关系。另外，在图6中，示出在电抗器L的电感是1mH、电容器C的电容是330，、电阻R的电阻值是10Ω、电源电压Vs是400V的情况下的结果。当把t＝0代入式(9)时，可求出电流的最大值，ic(0)＝1/R(恒定)。该电流可理解为冲击电流，该冲击电流是仅由电阻值R表示的值。因此，可限制冲击电流。

并且，控制部7在导通电源开关5的同时或者在其之前，控制电流型变换器1并使电容器Cr、Ct和钳位电容器Cc并联连接，因而不会在钳位电容器Cc之前给电容器Cr、Ct充电，从而可防止冲击电流从电容器Cr、Ct流向钳位电容器Cc。

然后，在步骤S5中，通电检测和同步信号生成部71判断在导通电源开关5之后是否经过了规定时间，在未经过的情况下，再次执行步骤S5。在经过的情况下，在步骤S6中，通电检测和同步信号生成部71使辅助开关S61导通。通过该辅助开关S61的导通，来自电源E1的交流电流绕过电阻R61被提供给电流型变换器1。因此，可在抑制冲击电流之后，防止发生在电阻R61产生的损失。

然后，在步骤S7中，起动直接型交流电力变换装置，转移到普通运转。更具体地说，为了将电流型变换器1的开关动作切换到普通运转用，再起动电流型变换器1，并起动电压型逆变器3。在普通运转中，开关控制部72向晶体管Srp、Srn、Ssp、Ssn、Stp、Stn提供开关信号来使电流型变换器1动作，从而将从输入线ACLr、ACLs、ACLt输入的交流电压变换为例如脉动电流状的直流电压来提供给直流电源线L1、L2。然后，例如电压型逆变器3与电流型变换器1同步进行动作，将直流电源线L1、 L2之间的电位差变换为交流电压来施加给电动机4。

如上所述，根据本电动机驱动装置，例如当使电容器Cr、Ct和钳位电容器Cc连接时，可防止冲击电流从电容器Cr、Ct流向钳位电容器Cc，并可防止冲击电流从电源E1流向钳位电容器Cc。

另外，在步骤S3中，开关控制部72将开关信号提供给电流型变换器1，以实现全波整流，然而也可以将开关信号提供给电流型变换器1，以实现半波整流。

另外，一般在电流型变换器的输出设有电抗器，因而一般在电流型变换器内不设有限流电阻。然而，在设有将交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压，如上所述作为电容器执行功能的钳位电容器Cc的情况下，为了防止初始流动的充电电流作为冲击电流流向该钳位电容器Cc，期望的是设置限流电阻。

作为应用第1实施方式涉及的直接型交流电力变换装置的直接型交流电力变换装置的另一例，图7示出电动机驱动装置的概念性结构。图7所示的电动机驱动装置除了钳位电路2以外，与图1所示的电动机驱动装置相同。

钳位电路2具有钳位电容器Cc1、Cc2以及二极管D2～D4。钳位电容器Cc1连接在直流电源线L1、L2之间。钳位电容器Cc2与钳位电容器Cc1串联连接，并相对于钳位电容器Cc1设在直流电源线L2侧。

二极管D2连接在钳位电容器Cc1、Cc2之间，二极管D2的阳极与钳位电容器Cc1连接，二极管D2的阴极与钳位电容器Cc2连接。二极管D3的阳极连接在钳位电容器Cc2与二极管D2之间，二极管D3的阴极与直流电源线L1连接。二极管D4的阳极与直流电源线L2连接，二极管D4的阴极连接在钳位电容器Cc1与二极管D2之间。

在根据电压型逆变器3侧的负载功率因数，流经电动机4的电流相对于直流电源线L1、L2之间的电压延迟的情况下，在预定期间中，反馈电流从电动机4流向直流电源线L1、L2，钳位电容器Cc1、Cc2在相互串联状态下被充电。此时的充电电压(一组钳位电容器Cc1、Cc2的两端电压)也是根据负载功率因数来决定的。另一方面，当钳位电容器Cc1、 Cc2的各自的两端电压比起直流电源线L1、L2之间的矩形波状的直流电压低的一方的电压上升时，钳位电容器Cc1、Cc2在相互并联状态下进行放电。另外，钳位电容器Cc1、Cc2在相互串联状态下进行充电，在相互并联状态下进行放电，因而放电电压是充电电压的1/2。

通过这样的充放电动作，在放电电流比充电电流大的情况下，钳位电容器Cc1、Cc2的电压以平衡的方式进行作用。

如上所述，由于可将来自电动机4的反馈电流进行充电并进行放电来再次提供给电动机4，因而可有效地驱动电动机4。并且，由于钳位电路2不需要开关元件等的所谓的有源元件，因而可减少消耗电力和制造成本。

第2实施方式

图8示出第2实施方式涉及的直接型交流电力变换装置的一例，即电动机驱动装置的概念性结构。本电动机驱动装置的概念性结构除了限流电路6以外，与第1实施方式相同。并且，钳位电路2可以是图1所示的形式。

限流电路6具有辅助开关S61～S63以及电阻R61～R63。电阻R61～R63分别与电抗器Lr、Ls、Lt串联连接在输入线ACLr、ACLs、ACLt上。辅助开关S61～S63分别与电阻R61～R63并联连接。

在图1所示的电动机驱动装置中，在步骤S3中，开关控制部72使钳位电容器Cc与设有电阻R61的输入线ACLr和输入线ACLs、ACLt中的任意一方之间的电容器并联连接。另一方面，在图8所示的电动机驱动装置中，由于在输入线ACLr、ACLs、ACLt中的任意一方上设有电阻R61～R63，因而在步骤S3中，开关控制部72即使使钳位电容器Cc1、Cc2与输入线ACLr、ACLs、ACLt中的任意二方之间的输入电容器并联连接，也能防止冲击电流。

因此，开关控制部72在步骤S3中，可切换输入线ACLr、ACLs、ACLt中的任意二方之间的电容器来与钳位电容器Cc1、Cc2并联连接。因此，在使电源开关5导通时，电流型变换器1可将从输入线ACLr、ACLs、ACLt输入的三相交流电流有效地变换为直流电流并提供给钳位电容器 Cc1、Cc2。

以下进行更具体说明。在普通运转中，开关控制部72将开关信号输出到电流型变换器1，以便例如如图9所示连续地选择6个开关形式。另外，在图9中，“1”表示晶体管导通的状态，“0”表示是非导通的状态。并且，根据该开关方式，电流型变换器1输出的电流矢量由I(P)(P：rs、rt、st、sr、tr、ts中的任意一方)表示。

在普通运转中，电流型变换器1输出的电流矢量例如如图10所示描绘在以各电流矢量I(P)为顶点的六边形的轨迹上。通过这样的开关动作，在普通运转中，开关控制部72将开关信号输出到晶体管Srp、Ssp、Stp、Srn、Ssn、Stn，将从输入线ACLr、ACLs、ACLt输入的三相交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压并提供给直流电源线L1、L2。

将该普通运转时的动作应用于在接通电源开关5时的动作。图11是示出在接通电源开关5时的控制部7的动作的流程图。步骤S11、S12、S14、S15、S17与步骤S1、S2、S4、S5、S7分别相同。在步骤S13中，开关控制部72在普通运转中切换图9所示的6个开关形式并输出开关信号，将从输入线ACLr、ACLs、ACLt输入的三相交流电压变换为直流电压并提供给直流电源线L1、L2。

因此，例如与变换从输入线ACLr、ACLt输入的单相交流电压的情况相比，无需生成充电用的专用波形。

另外，在步骤S16中，通电检测和同步信号生成部71使辅助开关S61～S63导通。并且，步骤S13中的电流型变换器1的开关动作和普通运转时的电流型变换器1的开关动作由于可在电流型变换器1没有再起动的情况下切换，因而在步骤S17中不一定需要再起动电流型变换器1。

第3实施方式

图12示出本发明涉及的第3实施方式的直接型交流电力变换装置的一例，即电动机驱动装置的概念性结构。本电动机驱动装置的概念性结构除了限流电路6以外，与图7所示的电动机驱动装置相同。另外，在图12中省略示出钳位电路2的后级电路。另外，钳位电路2可以是图1所示的形式。

限流电路6具有辅助开关S61、S63以及电阻R61～R63。辅助开关S61、S63分别与电抗器Lr、Lt串联连接。电阻R61～R63分别设在输入线ACLr、ACLs、ACLt的各自的线上。

一组辅助开关S61、电抗器Lr与电阻R61连接，电抗器Ls与电阻R62连接，一组开关S63、电抗器Lt与电阻R63连接。

在这样的电动机驱动装置中，在使电源开关5导通来接通电源时的控制部7的动作除了步骤S6以外与图2所示的流程图相同。在步骤S6中，通电检测和同步信号生成部71使辅助开关S61、S63导通。

在第3实施方式中，控制部7控制电流型变换器1(更具体地说晶体管)，在使例如一组电容器Cr、Ct与一组钳位电容器Cc1、Cc2并联连接的同时或者在其之后导通电源开关5，因而可防止冲击电流从电容器Cr、Cs流向钳位电容器Cc1、Cc2。并且，在控制部7导通了电源开关5之后，由于电流经由电阻R61、R63流向钳位电容器Cc1、Cc2，因而可防止冲击电流从电源E1流向钳位电容器Cc1、Cc2。

另外，由于在使电源开关5导通的时点辅助开关S61是非导通，因而流经输入线ACLr、ACLt的交流电流一定流经电阻R61。因此，可更可靠地防止冲击电流流向钳位电容器Cc。另外，也可以不设置辅助开关S61，使流经输入线ACLr、ACLt的交流电流的一部分经由电抗器Lr流向钳位电容器Cc。即使在该情况下，由于交流电流的另一部分经由电阻R61，因而也能减少冲击电流，并且关于经由电抗器Lr的交流电流，也能使用例如电抗器Lr的电阻分量减少冲击电流。关于开关S63也是一样。

并且，例如还可以设置开关S62(未图示)，该开关S62与电抗器Ls串联连接，并与电抗器Ls一起与电阻R62并联连接。然后，与第2实施方式一样，也可以是开关控制部72控制电流型变换器1，切换输入线ACLr、ACLs、ACLt中的任意二方之间的电容器，使钳位电容器Cc1、Cc2并联连接。在该情况下，可有效地向钳位电容器Cc1、Cc2提供直流电流。另外，也可以不设置开关S62。

并且，在由电抗器Lr、Ls、Lt和电容器Cr、Cs、Ct构成的载波电流分量去除滤波器中，电阻R61～R63可改善电容器Cr、Cs、Ct的输入输出瞬态特性。以下进行具体说明。

为了简单起见，考虑了向单相电路，即，相互并联连接的一组电抗器L(相当于电抗器Lr、Ls、Lt)和电阻R(相当于电阻R61～R63)与电容器C(相当于电容器Cr、Cs、Ct)串联连接的电路输入了电源电压Vs的情况。图13是示出该电路的结构图。在该电路中，在输入了电源电压Vs时将电容器C的两端电压Vo理解为输出。两端电压Vo对电源电压Vs的传递函数如以下所示。

[算式10]

G (s) = \frac{Vc}{Vs} = (sL / R + 1) \frac{1 / LC}{s^{2} + s / CR + 1 / LC} . . . (10)

在该传递函数中，非衰减固有频率f1、f2以及衰减系数ξ由下式表示。

[算式11]

f_{1} = \frac{1}{2 πL / R}, f_{2} = \frac{1}{2 π \sqrt{LC}}, ξ = \frac{1}{2 R} \sqrt{\frac{L}{C}} . . . (11)

图14是示出该传递函数中的频率特性的板线图。图14示出当电抗器L的电感是1.5mH、电容器C的电容是10μF时，电阻R的电阻值10Ω、30Ω、100Ω这3种情况的结果。

图15示出在使用这样的噪声滤波器的图12的电动机驱动装置中，电压Vrt、一组电容器Cr、Ct的两端电压、一组钳位电容器Cc1、Cc2的两端电压、以及直流电源线L1、L2之间的电压。另外，在图15中，示出电阻R61、R63的电阻值是10Ω和100Ω时的结果。

如图15所示，可根据电阻R61、R63的电阻值保持阻尼，从而在瞬态时可减少施加给电容器Cr、Ct、钳位电容器Cc1、Cc2的各方的电压(瞬态电压)(参照电阻值10Ω、100Ω的结果)。

然后，与图6所示的冲击电流相比较，在电阻值是10Ω左右的情况下，可减少冲击电流，并可减少电容器Cr、Cs、Ct的瞬态电压。

对本发明作了详细说明，然而上述说明在所有方面均是例示，本发明不受其限定。未作例示的无数的变型例可理解为在不脱离本发明范围的情况下是能设想的。

Claims

1.一种直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置具有：

第1至第N输入线(ACLr，ACLs，ACLt)，其与N相交流电源(E1)连接；

电源开关(5)，其选择所述第1至所述第N输入线的导通/非导通；

正侧直流电源线(L1)和负侧直流电源线(L2)；

电流型电力变换器(1)，其具有多个开关元件(Srp，Srn，Ssp，Ssn，Stp，Stn)，通过所述多个开关元件的导通/非导通的选择动作，将从所述第1至所述第N输入线输入的交流电压变换为具有2个电位的矩形波状电压，将所述电压提供给所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线；

多个输入电容器(Cr，Cs，Ct)，其设在所述第1至所述第N输入线的彼此之间，作为电压源发挥功能；

第1二极管(D1)，其连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间；

电容器(Cc；Cc1，Cc2)，其与所述第1二极管串联连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间；

第1电阻(R61)，其设在所述第1输入线(ACLr)上；

电压型电力变换器(3)，其将所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间的具有2个电位的所述电压变换为矩形状的交流电压，将其输出到感应性多相负载(4)；以及

控制部(7)，其控制所述多个开关元件和所述电源开关的导通/非导通的选择动作，在使所述电源开关导通的同时或者在其之前，控制所述开关元件的选择动作，使所述电容器与设在所述第1输入线和所述第2输入线之间的所述输入电容器并联连接。

2.根据权利要求1所述的直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置还具有电抗器(Lr)，该电抗器(Lr)与所述第1电阻(R61)串联连接在所述第1输入线(ACLr)上。

3.根据权利要求1所述的直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置还具有电抗器(Lr)，该电抗器(Lr)与所述第1电阻(R61)并联连接。

4.根据权利要求1所述的直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置还具有第2至第N电阻(R62，R63)，该第2至第N电阻(R62，R63)分别设在所述第2至所述第N输入线(Ls，Lt)上。

5.根据权利要求4所述的直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置还具有第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)，该第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)分别与所述第1至所述第N电阻(R61～R63)串联连接在所述第1至所述第N输入线(ACLr，ACLs，ACLt)的各个输入线上。

6.根据权利要求4所述的直接型交流电力变换装置，该直接型交流电力变换装置还具有第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)，该第1至第N电抗器(Lr，Ls，Lt)分别与所述第1至所述第N电阻(R61～R63)并联连接。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的直接型交流电力变换装置，其中，对所述正侧直流电源线(L1)施加比所述负侧直流电源线(L2)高的电位，所述第1二极管(D2)相对于所述电容器设在所述第2输出线侧，

所述直接型交流电力变换装置还具有：

第2电容器(Cc2)，其与所述电容器(Cc1)串联连接在所述正侧直流电源线和所述负侧直流电源线之间，并连接在所述第1二极管和所述第2输出线之间；

第2二极管(D3)，其阳极连接在所述第1二极管和所述第2电容器之间，其阴极与所述正侧直流电源线连接；以及

第4二极管(D4)，其阳极与所述负侧直流电源线连接，其阴极连接在所述第2二极管和所述电容器之间。