CN107210703B - 驱动装置、矩阵变换器和电梯系统 - Google Patents

Abstract

驱动装置包括：旋转电机；矩阵变换器，具有将来自交流电源的电力转换成输出用交流电力的电力转换部；电池，所述电池与电力转换部的交流电源侧连接；耗电元件，所述耗电元件经由开关与电力转换部的交流电源侧连接；以及控制部，所述控制部构成为响应于来自旋转电机的再生电力而生成用于对开关进行开闭的信号。

Description

驱动装置、矩阵变换器和电梯系统

技术领域

本公开涉及驱动装置、矩阵变换器和电梯系统。

背景技术

以往，已知如下驱动装置：包括矩阵变换器装置和作为应急电源的蓄电池，其中所述矩阵变换器装置包括由连接三线式电源和三相电机的九个双向开关构成的双向开关模块(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献专利第4983968号。

发明内容

在专利文献1中记载的那样的驱动装置中，希望使蓄电池(电池)小型化。

因此，本公开的目的在于提供能够使电池小型化的驱动装置、矩阵变换器和电梯系统。

本公开的一个方式涉及的驱动装置包括：旋转电机；矩阵变换器，该矩阵变换器具有将来自交流电源的电力转换成输出用交流电力的电力转换部；电池，该电池与电力转换部的交流电源侧连接；耗电元件，该耗电元件经由开关与电力转换部的交流电源侧连接；控制部，该控制部构成为响应于来自旋转电机的再生电力而生成用于对开关进行开闭的信号。

驱动装置还可以包括二极管，该二极管设置在电池和电力转换部之间，并防止再生电力逆流至电池。

驱动装置还可以包括缓冲电路，该缓冲电路具有整流电路，所述整流电路与电力转换部的旋转电机侧连接，并对来自旋转电机的再生电力进行整流，控制部响应于被整流电路整流的电压而生成用于对开关进行开闭的信号。

本公开的一个方式涉及的矩阵变换器包括：多个电力输入端子；将从多个电力输入端子输入的交流电力转换成输出用交流电力的电力转换部；多个电力输出端子，该多个电力输出端子对输出用交流电力进行输出；控制部，该控制部被构成为响应于来自与多个电力输出端子连接的旋转电机的再生电力而生成用于对开关进行开闭的信号；以及信号输出端子，该信号输出端子输出由控制部生成的信号。

矩阵变换器还可以包括缓冲电路，该缓冲电路具有整流电路，所述整流电路与电力转换部的多个电力输出端子侧连接，并对来自多个电力输出端子的再生电力进行整流，控制部响应于被整流电路整流的电压而生成用于对开关进行开闭的信号。

在矩阵变换器中，控制部也可以响应于再生电力而生成用于对位于电力输入端子和耗电元件之间的开关进行开闭的信号。

本公开的一个方式涉及的电梯系统包括上述的驱动装置以及由驱动装置驱动的轿厢。

根据本公开涉及的驱动装置、矩阵变换器和电梯系统，能够使电池小型化。

附图说明

图1是示出本公开涉及的驱动装置和电梯系统的图；

图2是示出矩阵变换器的图；

图3是示出控制电路直流电压和电磁接触器的开闭的定时的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行详细地说明。在说明中，对于相同要素或具有相同功能的要素赋予相同的符号，并省略重复说明。

如图1所示，电梯系统100包括驱动装置1、轿厢5、卷扬机6、平衡锤7以及钢丝绳8。轿厢5被驱动装置1驱动。卷扬机6与驱动装置1具备的旋转电机4连接。轿厢5和平衡锤7通过钢丝绳8悬挂在卷扬机6上。电梯系统100也可以还包括减速器以及转换钢丝绳8的方向的机构等的至少一部分。

驱动装置1包括与交流电源2连接的矩阵变换器3、与矩阵变换器3连接的旋转电机4、电池14、二极管15和耗电元件16。以下，“连接”表示电连接的意思，包含经由其他电线或元件的连接。

矩阵变换器3将来自交流电源2的电力转换成具有所希望的电压和频率的输出用交流电力，并将输出用交流电力供应给旋转电机4。输出用交流电力的电压和频率均是可变的。交流电源2例如是商用电源等三相交流电源。矩阵变换器3所具有的电力输入端子21R、21S、21T经由第一开关11分别与交流电源2的各相连接。

第一开关11例如是电磁接触器，响应于来自驱动装置1的外部的系统控制器的输入信号，对交流电源2与矩阵变换器3导通的状态(接通状态)、以及交流电源2与矩阵变换器3不导通的状态(断开状态)进行切换。

旋转电机4例如是三相交流电机。旋转电机4可以是感应式也可以是同步式。旋转电机4的三个端子分别与矩阵变换器3的电力输出端子26U、26V、26W连接。

电池14将直流电力或交流电力供应给矩阵变换器3。以下，假定电池14将直流电力供应给矩阵变换器3。电池14与矩阵变换器3的交流电源2侧连接。以下，与“交流电源2侧”连接表示与来自交流电源2的电力被输入的位置连接的意思。与“旋转电机4侧”连接表示与向旋转电机4输出电力的位置连接的意思。作为一个例子，经由二极管15和第二开关12而电池14与电力输入端子21R、21S、21T连接。更具体地说，电池14的正极与二极管15的阳极连接。经由第二开关12而二极管15的阴极与矩阵变换器3的电力输入端子21R和电力输入端子21S连接。作为一个例子，第二开关12分别设置在从二极管15的阴极到电力输入端子21R的路径、以及从二极管15的阴极到电力输入端子21S的路径上。电池14的负极经由第二开关12与矩阵变换器3的电力输入端子21T连接。第二开关12例如是电磁接触器，响应于来自驱动装置1的外部的系统控制器的输入信号，对电池14与矩阵变换器3导通的状态(接通状态)、电池14与矩阵变换器3不导通的状态(断开状态)进行切换。

在例如来自交流电源2的电力的供应被停止的情况下，电池14经由矩阵变换器3向旋转电机4提供电力。二极管15防止旋转电机4中产生的再生电力经由矩阵变换器3逆流到电池14。

耗电元件16例如是电阻元件等将电力转换成热能等而消耗的无源元件。耗电元件16消耗来自旋转电机4的再生电力。耗电元件16与矩阵变换器3的交流电源2侧连接。作为一个例子，耗电元件16经由第三开关13(开关)与矩阵变换器3的电力输入端子21S、21T连接。更具体地说，耗电元件16的一侧的端子经由第三开关13与矩阵变换器3的电力输入端子21S连接。耗电元件16的另一侧的端子经由第三开关13与矩阵变换器3的电力输入端子21T连接。另外，也可以替代图1所示的方式，耗电元件16的一侧的端子经由第三开关13与电力输入端子21R连接，耗电元件16的另一侧的端子与电力输入端子21T连接。即，耗电元件16只要与矩阵变换器3中被供应来自电池14的电力的位置连接即可。换言之，只要在第二开关12和第三开关13为接通状态的情况下耗电元件16位于电池14的正极和电池14的负极之间即可。

第三开关13例如是电磁接触器，通过来自矩阵变换器3的信号输出端子52的信号来对矩阵变换器3与耗电元件16导通的状态(接通状态)、以及矩阵变换器3与耗电元件16不导通的状态(断开状态)进行切换。当旋转电机4进行再生动作时第三开关13为接通状态时，来自旋转电机4的再生电力经由矩阵变换器3流入耗电元件16，被耗电元件16消耗。后面将对来自信号输出端子52的信号进行详细说明。

矩阵变换器3具有信号输入端子51。例如，来自驱动装置1的外部的系统控制器的信号被输入到信号输入端子51中。

参照图2，对矩阵变换器3的构成进行详细说明。矩阵变换器3包括多个电力输入端子21R、21S、21T、输入滤波器22、多个电抗器23、多个电容器24、电力转换电路25(电力转换部)以及多个电力输出端子26U、26V、26W。在交流电源2是三相交流电源的情况下，电力输入端子21R、21S、21T、电抗器23、电容器24以及电力输出端子26U、26V、26W的数量为三个。另外，一个电容器24也可以通过多个电容器元件的组合而构成。在这种情况下，矩阵变换器3所具有的电容器元件的个数是3的倍数。

输入滤波器22与电力输入端子21R、21S、21T连接。输入滤波器22例如是噪声滤波器，例如将矩阵变换器3适用于EMC指令(IEC61800-3 Category2)。

电抗器23与输入滤波器22的后级串联连接。电容器24在电抗器23的后级分别被插入到三相的各相之间。电容器24例如是薄膜电容器。电抗器23和电容器24构成LC低通滤波器。该LC低通滤波器使交流电源2的输出频率的电力通过，切断比交流电源2的输出频率高的频率的电力。具体而言，该LC低通滤波器是用于除去来自电力输入端子21R、21S、21T的输入电流的高次谐波分量而使脉冲状的电流波形平滑化的滤波器。

电抗器23的后级与电力转换电路25的输入端连接。电力转换电路25包含配置成三行三列的矩阵状的九个开关电路。开关电路对电力转换电路25的输入端的三相的各相以及电力转换电路25的输出端的三相的各相之间的路径进行开闭。开关电路具有能够双向流过电流的构成。作为一个例子，开关电路具有两个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)相互反向并列连接的构成。电力转换电路25的输出端与电力输出端子26U、26V、26W连接。另外，电力转换电路25可以在上述三行三列的各位置具有多个开关电路。在这种情况下，电力转换电路25包含的开关电路的个数为9的倍数。

矩阵变换器3还包括电源电路30和放电电路35。电源电路30包括二极管桥31、一对直流母线40A、40B以及平滑电容器32。二极管桥31与电力转换电路25的交流电源2侧连接，对来自交流电源2的三相交流电力进行整流并向直流母线40A、40B输出。如后面所述的，被输出至直流母线40A、40B的电力被用作控制电路47用的电源。二极管桥31具有将串联连接的两个二极管并联连接三组的构成。平滑电容器32对从二极管桥31输出的电压进行平滑化。

另外，电源电路包括作为整流电路的二极管桥33。二极管桥33与电力转换电路25的旋转电机4侧连接，对来自旋转电机4的再生电力(三相交流电力)进行整流并向直流母线40A、40B输出。二极管桥33具有将串联连接的两个二极管并联连接三组的构成。电力转换电路25的开关电路的开/关时产生的浪涌、来自旋转电机4的再生电力经由二极管桥33流入平滑电容器32。即，二极管桥33和平滑电容器32作为吸收浪涌和再生电力的缓冲电路34发挥功能。

放电电路35与电源电路30并联连接。放电电路35包括例如放电IGBT 36、电阻元件37和二极管38。放电IGBT 36的集电极与电阻元件37连接。电阻元件37与二极管38并联连接。在直流母线40A、40B之间的电压超过预定值的情况下，放电IGBT 36通过控制电路47被设为发射极与集电极之间导通的状态(接通状态)。当放电IGBT 36被设为接通状态时，电流从平滑电容器32流到电阻元件37和放电IGBT 36，平滑电容器32中蓄积的电力被消耗。另外，二极管38是用于抑制放电IGBT 36的发射极和集电极之间为断开状态时的过电压的元件。

矩阵变换器3还包括控制电源生成电路41、栅极驱动电源电路42、放电IGBT驱动电路43、栅极驱动电路44、电压检测电路45、AD转换器46和控制电路47(控制部)。

控制电源生成电路41将通过二极管桥31或二极管桥33整流的直流电力降至预定的电压(例如24伏、15伏、5伏等)，并供应给栅极驱动电源电路42、放电IGBT驱动电路43、栅极驱动电路44和控制电路47。另外，控制电源生成电路41也可以具有从外部直流电源(例如24伏的直流电源)经由端子55接受电力供应的构成。通过具有这样的构成，即使在例如来自商用电源系统供电被停止的情况下，也能够继续向控制电路47供应电力。

栅极驱动电源电路42将从控制电源生成电路41供应的电力供应给放电IGBT驱动电路43和栅极驱动电路44。

放电IGBT驱动电路43根据来自控制电路47的输入，输出用于使放电IGBT 36的发射极和集电极之间接通/断开的信号。例如，控制电路47在直流母线40A和直流母线40B之间的电压上升的情况下，将放电IGBT36的发射极和集电极之间设为断开。此时，控制电路47经由电压检测电路45接收直流母线40A和直流母线40B之间的电压的信息。

栅极驱动电路44响应于来自控制电路47的输入，输出用于使电力转换电路25中所包含的半导体开关接通/断开的信号。

电压检测电路45检测作为直流母线40A和直流母线40B间的电压的母线电压。AD转换器46将由电压检测电路45检测出的电压进行模拟/数字转换，并向控制电路47输出。

控制电路47向栅极驱动电路44输出信号，所述信号是以对旋转电机4输出所希望的电压和频率的交流电力所需要的定时来使电力转换电路25的半导体开关接通/断开的信号。控制电路47从矩阵变换器3内的各部件的电压传感器或电流传感器接收用于生成信号所需的信息。

用于使电力转换电路25的半导体开关接通/断开的信号的定时根据对驱动装置1驱动的是交流电源2还是电池14而不同。因此，控制电路47从控制电路47的外部的系统控制器经由信号输入端子51接收表示交流电源2或电池14的哪一个正在对驱动装置1进行驱动的信号。控制电路47基于接收到的信号来生成用于使电力转换电路25的半导体开关接通/断开的信号。

另外，控制电路47响应于来自旋转电机4的再生电力而生成用于对第三开关13进行开闭的信号。作为一个例子，控制电路47响应于由电压检测电路45检测出的信号(换言之，由二极管桥33整流的电压)，从信号输出端子52输出用于对第三开关13进行开闭的信号。例如，在矩阵变换器3具有用于切换输出信号的中继器54的情况下，控制电路47通过中继器54的开闭从信号输出端子52输出信号。当在旋转电机4中产生再生电力时，再生电力经由二极管桥33流入直流母线40A、40B。由此，二极管桥33的输出电压、即直流母线40A和直流母线40B之间的电压上升。通过响应于电压检测电路45检测出的电压来生成信号，能够响应于来自旋转电机4的再生电力而生成信号。

上述的驱动装置1如下所述地动作。通常时，驱动装置1的外部的系统控制器将第一开关11设定为接通状态的同时，将第二开关12设定为断开状态。由此，来自交流电源2的交流电力被矩阵变换器3转换并驱动旋转电机4。另一方面，在来自交流电源2的电力的供应被停止等紧急情况时，驱动装置1的外部的系统控制器将第一开关11设定为断开状态的同时，将第二开关12设定为接通状态。由此，来自电池14的直流电力被矩阵变换器3转换而驱动旋转电机4。如此，在使用电池14使驱动装置1动作的状态下，控制电路47输出用于对第三开关13进行开闭的信号。

参照图3，对基于控制电路47的生成信号的定时进行说明。作为直流母线40A和直流母线40B之间的电压、即母线电压低于电压V1期间，控制电路47将第三开关13设定为断开(打开)状态。之后，在时刻t1母线电压高于电压V1时，控制电路47将第三开关13设定为接通(闭合)状态。之后，在时刻t2母线电压低于电压V2时，控制电路47将第三开关13设定为断开(打开)状态。电压V2可以等于电压V1，也可以低于电压V1。在电压V2低于电压V1的情况下，由于控制电路47相对于母线电压具有滞后特性，因此能够抑制第三开关13的开关次数。

(本公开的效果)

在驱动装置具备转换器和逆变器的组合的情况下，来自旋转电机的再生电力在逆变器和转换器中被切断，因此再生电力不会流入到设置在转换器的交流电源侧的紧急情况用的电池。另一方面，在驱动装置具备矩阵变换器的情况下，来自旋转电机的再生电力通过矩阵变换器的电力转换电路，可以流入设置在矩阵变换器的交流电源侧的电池中。为了防止由于再生电力对电池的过充电，需要增大电池的容量。

根据本公开涉及的驱动装置1，响应于来自旋转电机4的再生电力，控制电路47生成用于对第三开关13开闭的信号，第三开关13响应于该信号被开闭。因此，响应于再生电力，经电力转换电路25逆流到交流电源2侧的再生电力经由被关闭的第三开关13而流入耗电元件16，被耗电元件16消耗。因此，过大的再生电力不会逆流到电池14中。因此，不必为了回避由于过大的再生电力引起的过充电状态而增大电池的容量，能够使电池14小型化。

也可以通过二极管15来防止再生电力逆流到电池14。在这种情况下，能够使电池14进一步小型化。

控制电路47也可以响应于通过缓冲电路34具有的整流电路而整流的电压，来生成对第三开关13进行开闭的信号。在这种情况下，由于再生电力经过二极管桥33流入直流母线40A、40B，因此母线电压容易响应于再生电力而变化。因此，通过响应于母线电压而生成用于对第三开关13进行开闭的信号，能够更适当进行响应于再生电力的第三开关13的开闭。而且，通过利用检测直流母线40A、40B间的电压的电压检测电路45，由于不需要为了进行第三开关13的开闭而附加特别的电路，因此能够简化矩阵变换器3的构成。

另外，一般来说，在包括具有矩阵变换器的驱动装置的电梯系统中，由于在停电时等运转中需要充分的电池容量，使用大型的电池，因此特别希望电池小型化。因此，在将本公开涉及的驱动装置1应用于轿厢5的驱动中的电梯系统100中，上述的效果更有用。

以上对实施方式进行了说明，但是本发明不一定限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，也可以省略二极管15，直接连接电池14的正极和第二开关12。在生成用于控制第三开关13的信号时，也可以替代通过电压检测电路45来检测直流母线40A、40B之间的电压，而通过检测容易根据来自旋转电机4的再生电力而变化的其他的电压或电流，基于检测到的电压或电流来生成信号。

产业应用性

本公开能够应用在驱动装置、矩阵变换器和电梯系统中。

符号说明

1…驱动装置、3…矩阵变换器、4…旋转电机、5…轿厢、13…第三开关(开关)、14…电池、15…二极管、16…耗电元件、21R，21S，21T…电力输入端子、25…电力转换电路(电力转换部)、26U，26V，26W…电力输出端子、33…二极管桥(整流电路)、34…缓冲电路、47…控制电路(控制部)、52…信号输出端子、100…电梯系统。

Claims (5)

1.一种驱动装置，包括：

旋转电机；

矩阵变换器，所述矩阵变换器具有将来自交流电源的电力转换成输出用交流电力的电力转换部；

电池，所述电池与所述电力转换部的所述交流电源侧连接；

耗电元件，所述耗电元件经由开关与所述电力转换部的所述交流电源侧连接；以及

控制部，所述控制部构成为响应于来自所述旋转电机的再生电力而生成用于对所述开关进行开闭的信号，

所述驱动装置还包括缓冲电路，所述缓冲电路具有整流电路，所述整流电路对来自所述旋转电机的再生电力进行整流，

所述控制部响应于被所述整流电路整流的电压而生成用于对所述开关进行开闭的信号。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，

所述驱动装置还包括二极管，所述二极管设置在所述电池与所述电力转换部之间，防止所述再生电力逆流至所述电池。

3.一种矩阵变换器，包括：

多个电力输入端子；

电力转换部，所述电力转换部将从所述多个电力输入端子输入的交流电力转换成输出用交流电力；

多个电力输出端子，所述多个电力输出端子输出所述输出用交流电力；

控制部，所述控制部构成为响应于来自与所述多个电力输出端子连接的旋转电机的再生电力而生成用于对开关进行开闭的信号；以及

信号输出端子，所述信号输出端子输出由所述控制部生成的信号，

所述矩阵变换器还包括缓冲电路，所述缓冲电路具有整流电路，所述整流电路对来自所述多个电力输出端子的再生电力进行整流，

所述控制部响应于被所述整流电路整流的电压而生成用于对所述开关进行开闭的信号。

4.根据权利要求3所述的矩阵变换器，其中，

所述控制部响应于所述再生电力而生成用于对位于所述电力输入端子和耗电元件之间的开关进行开闭的信号。

5.一种电梯系统，包括：

权利要求1或2所述的驱动装置；以及

被所述驱动装置驱动的轿厢。