CN107404236A - 功率转换装置及应用了该功率转换装置的电梯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有如下功能且小型化的功率转换装置，即，功率转换用的三相桥臂所使用的功率半导体开关元件一部分发生故障也能继续进行电力提供。在该功率转换装置(100A)中，若逆变器电路(102A)的桥臂(106a)损坏，则信号控制部(240)检测出来自连接点(116e、116f)的电流值并判定为发生异常，通过控制部(240)向第1连接部(141)发送从商用电源(110)切断构成脉宽调制整流电路(101A)的三相桥臂(103a、104a、105a)中的一相的桥臂(105a)的控制指令信号，并向第2连接部(142a)发送控制指令信号，使下述两部位相连接：切断的部位、以及包含损坏的MOSFET(126c、136c)的桥臂(106a)和电动机(120)的连接部位，因此电路(101A)的桥臂(105a)替换发生故障的电路(102A)的桥臂(106a)。

Description

功率转换装置及应用了该功率转换装置的电梯装置

技术领域

本发明涉及一种在功率转换用的三相桥臂中使用了功率半导体开关元件的功率转换装置及应用了该功率转换装置的电梯装置。

背景技术

以往，电梯装置等的可变速驱动一般采用经由逆变器等功率转换器将直流转换成可变频率的交流，并在此基础上驱动电动机的方法。此外，电梯装置中作为基本的功能上的惯例为在地震等紧急情况下考虑到尾绳等长条物的缠绕而在确认安全性得到确保之前暂时停止轿厢的行驶。

然而，在使电梯具有紧急情况中暂时停止轿厢行驶的功能的情况下，无法避免一次在多个建筑物中有许多使用者(乘客)被关在轿厢内的情况，因此若发生这种事件则实际上容易变成社会问题。于是，最近正逐渐向以下潮流发展，特别是在高层大楼等发生紧急情况时也会出于避难等目的而有效地利用电梯装置，即，使电梯装置具有紧急情况下可运行的功能，即使在紧急情况下也不会立即暂停，而是在确保了安全的基础上使轿厢行驶至最近的楼层。

另一方面，电梯装置中，在一般供设于建筑物的、在轿厢进行升降的电梯井的上方设置有功率转换器和曳引机的电动机等的机械室被设置于最上层附近，出于有效利用建筑物的占地面积的目的要求其节省空间。因此，电梯装置的控制盘(也可称为电梯控制装置)几乎都不具有多余的功率转换器单元来保持冗余性，现状是在功率转换用的三相桥臂所使用的功率半导体开关元件发生故障时紧急停止，经常出现无法避免使用者被关在轿厢内的情况。

因此，作为使电梯装置进行紧急情况下运行的功能相关的现有技术，能列举出无需共通部分，即使任一个功率转换器或控制装置发生异常也能不停止系统而对故障部位进行修理或恢复的“功率转换装置”(参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5191032号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

为了避免由于电梯装置中功率转换用三相桥臂所使用的功率半导体开关元件的故障而导致紧急停止，上述专利文献1涉及的技术通过使用多个功率转换器及两台以上运行控制装置来防止使用者被关在轿厢内，但实际上在高层大楼等建筑物中，如上述那样出于有效利用建筑物的占地面积的目的，对设置在最上层附近的机械室要求节省空间，对运行控制装置(电梯控制装置)也要求小型化，而且特别是在高层大楼中有对高楼层的有效利用存在高要求的情况，所以有实际应用中难以设置保持冗余性的、具有大规模结构的功率转换装置的情况。

本发明是为解决上述问题而完成的，其主要的技术课题是提供一种具有如下功能且小型化的功率转换装置，即，功率转换用的三相桥臂所使用的功率半导体开关元件一部分发生故障也能继续进行电力提供。

此外，本发明的其它技术课题是提供一种能通过上述功能进行电力提供，从而避免使用者被关在轿厢内的电梯装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的一个实施方式的功率转换装置，具有：第1转换电路，该第1转换电路将商用电源提供的第1交流电转换为直流电；以及第2转换电路，该第2转换电路将第1转换电路提供的直流电转换为第2交流电并提供至感应性负载；其特征在于，第1转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的脉宽调制整流电路，第2转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的逆变器电路，所述功率转换装置包括：第1连接部，该第1连接部能够切断构成脉宽调制整流电路的三相桥臂中的至少一相桥臂与商用电源的连接；第2连接部，该第2连接部是三级结构，与第1连接部及构成脉宽调制整流电路的三相桥臂中被切断的桥臂连接，并与构成逆变器电路的三相桥臂单独进行连接从而能对构成该逆变器电路的该三相桥臂进行选择性连接；以及信号控制部，该信号控制部监控构成逆变器电路的三相桥臂的动作，结果若检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常，则向第1连接部及第2连接部中对应的部分发送控制指令信号并进行如下控制，将脉宽调制整流电路中切断了与商用电源的连接的至少一相桥臂的驱动控制，作为发生了该异常的任一个桥臂的代用动作进行连接。

为了解决上述技术问题，本发明的另一个实施方式的功率转换装置，具有：第1转换电路，该第1转换电路将商用电源提供的第1交流电转换为直流电；以及第2转换电路，该第2转换电路将第1转换电路提供的直流电转换为第2交流电并提供至感应性负载，其特征在于，第1转换电路为是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的脉宽调制整流电路，第2转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的逆变器电路，所述功率转换装置包括：第1连接部，该第1连接部能切断构成脉宽调制整流电路的三相桥臂中的至少一相桥臂与商用电源的连接；第2连接部，该第2连接部是三级结构，与第1连接部及构成脉宽调制整流电路的三相桥臂中被切断的桥臂连接，并与构成逆变器电路的三相桥臂单独进行连接从而能对构成该逆变器电路的该三相桥臂进行选择性连接；第3连接部，该第3连接部能单独切断构成逆变器电路的三相桥臂；以及信号控制部，该信号控制部监控构成逆变器电路的三相桥臂的动作，结果若检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常，则向第1连接部及第2连接部与第3连接部对应的部分发送控制指令信号并进行如下控制，在切断该发生异常的任一个桥臂的基础上，将脉宽调制整流电路中切断了与商用电源的连接的至少一相的桥臂的驱动控制作为发生了该异常的任一个桥臂的代用动作进行连接。

发明效果

根据本发明，通过上述任一种结构可提供具有如下功能的小型化的功率转换装置，功率转换用的三相桥臂所使用的功率半导体开关元件一部分发生故障也能继续进行电力提供。上述内容以外的课题、结构及效果通过以下实施方式的说明来进一步明确。

附图说明

图1是示出了包含周边装置在内的本发明实施例1的功率转换装置的基本结构的简要电路图。

图2是示出了包含周边装置在内的本发明实施例2的功率转换装置的基本结构的简要电路图。

图3是示出了包含周边装置在内的本发明实施例3的功率转换装置的基本结构的简要电路图。

图4是示出了包含周边装置在内的本发明实施例4的功率转换装置的基本结构的简要电路图。

图5是示出了使用图1至图4所示的各实施例的功率转换装置的电梯装置的简要结构的图。

具体实施方式

以下列举几个实施例，并参照附图对本发明的功率转换装置及应用了该功率转换装置的电梯装置进行详细说明。另外，在以下的各实施例中对同一构成要素标注相同的标号，省略重复的部分的说明。

实施例1

图1是示出了包含周边装置在内的本发明实施例1的功率转换装置100A的基本结构的简要电路图。

参照图1，实施例1的功率转换装置100A构成为具有：脉宽调制(PWM)整流电路101A，该脉宽调制(PWM)整流电路101A作为第1转换电路发挥如下作用，将从商用电源110经由切断装置111提供的第1交流电转换成直流电，并具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂103a、104a、105a用于功率转换；平滑电容器119，该平滑电容器119储存直流电；以及逆变器电路102A，该逆变器电路102A作为第2转换电路发挥如下作用，将第1转换电路提供的直流电与平滑电容器119所储存的直流电一起转换成第2交流电并提供至作为感应性负载的电动机(M)120，并具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂106a、107a、108a用于功率转换。

此外，该功率转换装置100A除了将能切断构成脉宽调制整流电路101A的三相桥臂103a、104a、105a中的一相桥臂105a与商用电源110的连接的第1连接部141设于脉宽调制整流电路101A中的桥臂104a、105a之间以外，还包括：第2连接部142a、142b、142c，该第2连接部142a、142b、142c为三级结构，与第1连接部141及构成脉宽调制整流电路101A的三相桥臂103a、104a、105a中被切断的桥臂105a连接，并与构成逆变器电路102A的三相桥臂106a、107a、108a单独进行连接从而能够对构成逆变器电路102A的三相桥臂106a、107a、108a进行选择性连接；以及信号控制部240，该信号控制部240监控构成逆变器电路102A的三相桥臂106a、107a、108a的动作，结果若检测出这些三相桥臂106a、107a、108a中的任一个桥臂发生异常，则向第1连接部141及第2连接部142a、142b、142c中的对应的部分发送控制指令信号并进行如下控制，通过使构成逆变器电路102A的三相桥臂106a、107a、108a中发生异常的任一个桥臂对应的第2连接部142a、142b、142c相应的部分成为连接状态，将由第1连接部141切断了脉宽调制整流电路101A中与商用电源110连接的一相的桥臂105a的驱动控制作为代用动作进行连接。第1连接部141在通常状态下为连接状态，作为器件结构可例示使用熔断器等的情况。第2连接部142a、142b、142c在通常状态下为非连接状态，作为器件结构可例示使用切换开关等。

具体说明各电路中的器件结构，即，脉宽调制整流电路101A中的桥臂103a相对于经切断装置111相分离的一相对应的电感器112a区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET123c，该MOSFET123c是连接漏极端子侧的一个功率半导体开关元件；二极管123d，该二极管123d例如能使用沿着从MOSFET123c的漏极端子向源极端子的方向连接的肖特基势垒二极管(SBD)；以及栅极驱动电路(G/D)123b，该栅极驱动电路(G/D)123b连接MOSFET123c的栅极端子，所述下臂由下述元件构成：MOSFET133c，该MOSFET133c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；二极管133d，该二极管133d是沿着从MOSFET133c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管；以及栅极驱动电路(G/D)133b，该栅极驱动电路(G/D)133b连接MOSFET133c的栅极端子。另外，这里的上臂及下臂的器件构成可视为模块。

此外，桥臂104a相对于经切断装置111相分离的另一相对应的电感器112b区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET124c，该MOSFET124c是连接漏极端子侧的一个的功率半导体开关元件；二极管124d，该二极管124d是沿着从MOSFET124c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管；以及栅极驱动电路(G/D)124b，该栅极驱动电路(G/D)124b连接MOSFET124c的栅极端子，所述下臂由下述元件构成：MOSFET134c，该MOSFET134c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；二极管134d，该二极管134d是沿着从MOSFET134c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管；以及栅极驱动电路(G/D)134b，该栅极驱动电路(G/D)134b连接MOSFET134c的栅极端子。

进一步地，桥臂105a相对于经切断装置111相分离的另一相对应的电感器112c区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET125c，该MOSFET125c是经由能利用信号控制部240切断连接的第1连接部141连接漏极端子侧的一个功率半导体开关元件；二极管125d，该二极管125d是沿着从MOSFET125c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管；以及栅极驱动电路(G/D)125b，该栅极驱动电路(G/D)125b连接MOSFET125c的栅极端子，所述下臂由下述元件构成：MOSFET135c，该MOSFET135c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；二极管135d，该二极管135d是沿着从MOSFET135c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管；以及栅极驱动电路(G/D)135b，该栅极驱动电路(G/D)135b连接MOSFET135c的栅极端子。

另一方面，逆变器电路102A中的桥臂106a相对于与第1连接部141连接的第2连接部142a区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET126c，该MOSFET126c是连接漏极端子侧的一个功率半导体开关元件；以及二极管126d，该二极管126d是沿着从MOSFET126c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管，所述下臂由下述元件构成：MOSFET136c，该MOSFET136c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；以及二极管134d，该二极管134d是沿着从MOSFET136c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管。另外，这里的上臂及下臂的器件构成也可视为模块。

此外，逆变器电路102A中的桥臂107a相当于与第1连接部141连接的第2连接部142b区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET127c，该MOSFET127c是连接漏极端子侧的一个功率半导体开关元件；以及二极管127d，该二极管127d是沿着从MOSFET127c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管，所述下臂由下述元件构成：MOSFET137c，该MOSFET137c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；以及二极管137d，该二极管137d是沿着从MOSFET137c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管。

而且，逆变器电路102A中的桥臂108a相对于与第1连接部141连接的第2连接部142c区分为上臂与下臂，所述上臂由下述元件构成：MOSFET128c，该MOSFET128c是连接漏极端子侧的一个功率半导体开关元件；以及二极管128d，该二极管128d是沿着从MOSFET128c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管，所述下臂由下述元件构成：MOSFET138c，该MOSFET138c是连接源极端子侧的另一个功率半导体开关元件；以及二极管138d，该二极管138d是沿着从MOSFET138c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管。

此外，脉宽调制整流电路101A中的三相桥臂103a、104a、105a的上臂与逆变器电路102A中的三相桥臂106a、107a、108a的上臂涉及的MOSFET123c、124c、125c、126c、127c、128c的源极端子侧分别通过连接点113e、114e、115e、116e、117e、118e相互连接在各源极端子侧与平滑电容器119的一端侧之间，同样地，各电路的下臂涉及的MOSFET133c、134c、135c、136c、、137c、138c的漏极端子侧分别通过连接点113f、114f、115f、116f、117f、118f相互连接在各漏极端子侧与平滑电容器119的另一端侧之间，而且逆变器电路102A中的桥臂106a的连接点116e、116f与桥臂107a的连接点117e、117f与桥臂108a的连接点118e、118f相互连接并构成为与信号控制部240连接，从而使信号控制部240能利用电流值的检测等来监控脉宽调制整流电路101A中的三相桥臂103a、104a、105a与逆变器电路102A中的三相桥臂106a、107a、108a的动作状态。

另外，在实施例1的功率转换装置100A中例示了在使用N型的MOSFET123c、124c、125c、126c、127c、128c、133c、134c、135c、136c、137c、138c作为功率半导体开关元件的基础上，连接二极管123d、124d、125d、126d、127d、128d、133d、134d、135d、136d、137d、138d的结构，但在实际应用上并不限于公开的结构，也可使用P型的MOSFET，此外也可去除二极管只包含MOSFET来构成，或采用使二极管与绝缘栅极型双极晶体管(IGBT)连接的结构。此外，对于功率半导体开关元件的器件，例示了能使用硅Si或碳化硅SiC、氮化镓GaN等的情况，但并不限于这种方式。

以下假设在实施例1的功率转换装置100A中逆变器电路102A的第一相桥臂106a损坏并导致异常产生的情况。在这种情况下，信号控制部240检测到来自连接点116e、116f的表示动作状态的电流值从而能判定有异常产生。由此，信号控制部240向第1连接部141发送从商用电源110切断构成脉宽调制整流电路101A的三相桥臂103a、104a、105a中的一相的桥臂105a的控制指令信号，接收到该信号后第1连接部141切断来自商用电源110的第1交流电来进行切断。此外，信号控制部240一并向第2连接部142a发送控制指令信号，通过第2连接部142a将下述两个部位连接：利用第1连接部141从商用电源110切断桥臂105a的部位，以及包含损坏的功率半导体开关元件MOSFET126c、136c的桥臂106a与电动机120的连接部位，从而将包含功率半导体开关元件MOSFET125c、135c的桥臂105a与电动机120连接。结果，形成布线连接图案，该布线连接图案将构成脉宽调制整流电路101A的一相的桥臂105a与故障的逆变器电路102A的一相桥臂106a进行替换。

顺便一提，这里假设了使用一种器件根据来自信号控制部240的控制指令信号自动进行第1连接部141的切断和第2连接部142a的连接，但除此以外也可使用由操作员进行手动切换的手动式开关。但在使用手动式开关的情况下，优选为信号控制部240将与自动进行的控制指令信号的内容对应的数据显示于设置了显示装置的显示部来通知操作员。

在上述异常产生时的动作中，未从脉宽调制电路101A切断包含了损坏的功率半导体开关元件MOSFET126c、136c的桥臂106a，但在功率转换装置100A应用于电梯装置的情况下，由于大多数功率半导体开关元件的故障最终都会成为开路状态，因此在基本动作上不存在问题地，继续向电动机120提供第2交流电。结果，使用了该功率转换装置100A的电梯装置中具有如下功能：与专利文献1的构成相比体积更小的功率转换装置100A中，构成功率转换用的逆变器电路102A的三相桥臂106a、107a、108a所使用的功率半导体开关元件中即使一部分发生故障也能继续提供电力，从而可避免使用者被关在轿厢内。

此外，在实施例1的功率转换装置100A中，在因逆变器电路102A的一相桥臂106a的故障而使脉宽调制整流电路101A的连接方式变更之后，一相桥臂105a的栅极驱动电路125b、135b根据来自信号控制部240的控制指令信号切换成逆变器功能的单相动作，而且剩余相的桥臂103a的栅极驱动电路123b、133b与桥臂104a的栅极驱动电路124b、134b根据来自信号控制部240的控制指令信号从三相整流动作切换为单相整流动作。由此，在功率转换装置100A中，脉宽调制整流电路101A对逆变器电路102A的功率转换用的辅助动作继续进行，因此即使在逆变器电路102A的一相桥臂106a发生故障之后，逆变器电路102A的功率转换动作也稳定地继续。顺便一提，在这里例示了逆变器电路102A的第一相桥臂106a损坏的情况，但在逆变器电路102A的其它相的桥臂107a、108a损坏的情况下也会选择性地进行同样的动作。

下面，假设功率转换装置100A的脉宽调制整流电路101A中一相桥臂103a损坏的情况。在这种情况下，第1连接部141及第2连接部142a、142b、142c的电路上的连接图案没有改变，根据来自信号控制部240的控制指令信号使未损坏的其它相的桥臂104a的栅极驱动电路124b、134b与桥臂105a的栅极驱动电路125b、135b从三相整流动作切换为单相整流动作。由此，在功率转换装置100A中，脉宽调制整流电路101A对逆变器电路102A的功率转换用辅助动作继续进行，因此即使在脉宽调制整流电路101A的一相桥臂103a发生故障之后，逆变器电路102A的功率转换动作也稳定地继续。顺便一提，在这里例示了脉宽调制整流电路101A的第一相桥臂103a损坏的情况，但在脉宽调制整流电路101A的其它相的桥臂104a、105a损坏的情况下也进行同样的动作。

像这样，根据实施例1的功率转换装置100A，可在保持装置体积小型化的同时具有以下功能，在脉宽调制整流电路101A中的三相桥臂103a、104a、105a与逆变器电路102A中的三相桥臂106a、107a、108a中的某一相的功率半导体开关元件发生故障的情况下,利用其它相正常的功率半导体开关元件来代替，由此对产生故障的部位进行补救，因此能确保功率转换动作的继续。

实施例2

图2是示出了包含周边装置在内的本发明实施例2的功率转换装置100B的基本结构的简要电路图。

参照图2，实施例2的功率转换装置100B与实施例1的功率转换装置100A相比在以下方面存在不同：脉宽调制整流电路101B中的三相桥臂103a、104a、105a的上臂与逆变器电路102B中的三相桥臂106a、107a、108a的上臂涉及的MOSFET123c、124c、125c、126c、127c、128c的源极端子侧通过可例示为分别使用熔断器的、能进行切断的第3连接部213e、214e、215e、216e、217e、218e来代替连接点113e、113f、114e、、114f、115e、115f相互连接在各源极端子侧与平滑电容器119的一端侧之间，同样各电路的下臂涉及的MOSFET133c、134c、135c、136c、137c、138c的漏极端子侧通过可例示为分别使用熔断器的、能进行切断的第3连接部213f、214f、215f、216f、217f、218f来代替连接点116e、116f、117e、117f、118e、118f相互连接在各漏极端子侧与平滑电容器119的另一端侧之间，而且逆变器电路102B中的桥臂106a的第3连接部216f与桥臂107a的第3连接部217f与桥臂108a的第3连接部218f相互连接并构成为连接信号控制部240。

实施例2的功率转换装置100B中，根据上述构成，信号控制部240能够利用电流值的检测等来监控脉宽调制整流电路101B中的三相桥臂103a、104a、105a与逆变器电路102B中的三相桥臂106a、107a、108a的动作状态，此外该功率转换装置100B还具有与逆变器电路102B的一相桥臂106a对应的、切断用第3连接部216e,216f、与另一相桥臂107a对应的切断用第3连接部217e、217f、与又一相桥臂108a对应的切断用第3连接部218e、218f。由此，当逆变器电路102B的三相桥臂106a、107a、108a中的任一个功率半导体开关元件损坏时，利用电流值等检测到该损坏的信号控制部240会发送控制指令信号并选择性地切断第3连接部216e、216f、217e、217f、218e、218f，由此能从商用电源110及脉宽调制整流电路101B可靠地断开。

即，当实施例2的功率转换装置100B中的信号控制部240监控构成逆变器电路102B的三相桥臂106a、107a、108a的动，结果检测出三相桥臂106a、107a、108a中的任一个桥臂发生异常时，向第1连接部141及第2连接部142a、142b、142c与第3连接部216e、216f、217e、217f、218e、218f中对应的部分发送控制指令信号并进行控制，在切断发生异常的任一个桥臂的基础上，将脉宽调制整流电路101B中切断了与商用电源110的连接的一相桥臂105a的驱动控制作为发生异常的任一个桥臂的代用动作进行连接。实施例2的功率转换装置100B中逆变器电路102B的三相桥臂106a、107a、108a涉及的能单独切断的第3连接部216e、216f、217e、217f、218e、218f和脉宽调制整流电路101B的三相桥臂103a、104a、105a涉及的能单独切断的第3连接部213e、213f、214e、214f、215e、215f除了使用上述的熔断器以外也可为汇流条，或者也能使用由操作员用工具等进行手动切断的手动切断单元。但在使用手动切断单元的情况下，优选为信号控制部240通过将与自动进行的控制指令信号的内容对应的数据显示于设置了显示装置的显示部来通知操作员。无论是哪种方式，只要能使三相桥臂106a、107a、108a中的任一个损坏的桥臂在电气上完全从脉宽调制整流电路101B断开则不限于例示的形态。

实施例3

图3是示出了包含周边装置在内的本发明实施例2的功率转换装置100C的基本结构的简要电路图。

参照图3，实施例3的功率转换装置100C与实施例1的功率转换装置100A相比在以下方面存在不同：脉宽调制整流电路101C中的第三相桥臂110a与逆变器电路102C中的第三相桥臂109a分别由两器件并联连接来构成。

具体而言，脉宽调制整流电路101C中的第三相桥臂110a的上臂构成为相对于可通过信号控制部240切断连接的第1连接部141，除了具有连接漏极端子侧的功率半导体开关元件MOSFET125c、沿着从MOSFET125c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管125d、以及连接MOSFET125c的栅极端子的栅极驱动电路(G/D)125b作为器件结构以外，还具有连接漏极端子侧的功率半导体开关元件的MOSFET130c、沿着从MOSFET130c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管130d、以及连接MOSFET130c的栅极端子的栅极驱动电路(G/D)130b，且MOSFET125c、130c的源极端子彼此连接。

此外，脉宽调制整流电路101C中的第三相桥臂110a的下臂构成为相对于可通过信号控制部240切断连接的第1连接部141，除了具有连接源极端子侧的功率半导体开关元件MOSFET135c、沿着从MOSFET135c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管135d、以及连接MOSFET135c的栅极端子的栅极驱动电路(G/D)135b作为器件结构以外，还具有连接漏极端子侧的功率半导体开关元件的MOSFET140c、沿着从MOSFET140c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管140d、以及连接MOSFET140c的栅极端子的栅极驱动电路(G/D)140b，且MOSFET135c、140c的漏极端子彼此连接。

而且，逆变器电路102C中的第三相桥臂109a的上臂构成为相对于与第1连接部141连接的第2连接部142c，除了具有连接漏极端子侧的功率半导体开关元件MOSFET128c、以及沿着从MOSFET128c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管128d作为器件结构以外，还具有连接漏极端子侧的功率半导体开关元件的MOSFET129c、以及沿着从MOSFET129c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管129d，且MOSFET128c、129c的源极端子彼此连接。

此外，逆变器电路102C中的第三相桥臂109a的下臂构成为相对于与第1连接部141连接的第2连接部142c，除了具有连接源极端子侧的功率半导体开关元件MOSFET138c、以及沿着从MOSFET138c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管138d作为器件结构以外，还具有连接源极端子侧的功率半导体开关元件MOSFET139c、以及沿着从MOSFET139c的漏极端子向源极端子的方向连接的相同的二极管139d，且MOSFET138c、139c的漏极端子彼此连接。

另外，关于实施例3的功率转换装置100C，在实际中上述脉宽调制整流电路101C中第三相桥臂110a以外的桥臂103a、104a和逆变器电路102C中第三相桥臂109a以外的桥臂106a、107a也同样地分别由两器件并联连接构成。在这里，假设功率转换装置100C的逆变器电路102C的第三相的桥臂109a损坏的情况。在这种情况下，信号控制部240检测到来自连接点118e、118f的表示动作状态的电流值从而能判定有异常产生。这样，信号控制部240向第1连接部141发送从商用电源110切断构成脉宽调制整流电路101C的三相桥臂103a、104a、110a中的第三相的桥臂110a的控制指令信号，并向第2连接部142c发送控制指令信号选择性地进行连接，使利用第1连接部141切断来自商用电源110的第1交流电从而切断的第三相桥臂110a代替产生故障的逆变器电路102C的第三相桥臂109a，继续功率转换动作。

此外，信号控制部240之后发送控制指令信号而将脉宽调制整流电路101C中的第三相桥臂110a的栅极驱动电路(G/D)125b、135b、130b、140b切换为作为逆变器功能的单相动作，并将脉宽调制整流电路101C中的其它相的桥臂103a、104a的栅极驱动电路(G/D)123b、133b、124b、134b从三相整流动作切换为单相整流动作。

另外，在实施例3的功率转换装置100C中，假设了脉宽调制整流电路101C中的三相桥臂103a、104a、110a与逆变器电路102C中的三相桥臂106a、107a、109a利用两个功率半导体开关元件并联连接来构成的情况，因此也能用脉宽调制整流电路101C中的第三相桥臂110a的一个模块的功率半导体开关元件来代替发生故障的逆变器电路102C中的第三相桥臂109a的一个模块的功率半导体开关元件。在这种情况下能够使脉宽调制整流电路101C维持三相整流动作，因此脉宽调制整流电路101C中的栅极驱动可保持三相动作的状态。此外，脉宽调制整流电路101C及逆变器电路102C中的至少一相的桥臂(在这里为各自的第三相桥臂110a、109a)由数量少于故障前的功率半导体开关元件构成，因此使能从功率半导体开关元件流过的电流值在规格上小于故障前。在这种情况下，若假设将其应用于电梯装置，则以轿厢的行驶速度低于通常状态即所谓的回落运行进行动作。而且，当脉宽调制整流电路101C中的三相桥臂103a、104a、110a与逆变器电路102C中的三相桥臂106a、107a、109a的上臂与下臂如上述那样通过两个功率半导体开关元件并联连接来构成的情况下，与发生故障的逆变器电路102C的第三相桥臂109a进行替换的功率半导体开关元件的模块数量对应一个模块，但在通过三个以上器件并联连接来构成的情况下则不限于这种模式，可用多个模块来替换。

另外，关于实施例3所述功率转换装置100C中脉宽调制整流电路101C的三相桥臂103a、104a、110a与逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a，也可像实施例2所说明的那样设置切断用的第3连接部213e、213f、214e、214f、215e、215f来代替脉宽调制整流电路101C中的连接点113e、113f、114e、114f、115e、115f，并设置切断用的第3连接部216e、216f、217e、217f、218e、218f来代替逆变器电路102C中的连接点116e、116f、117e、117f、118e、118f。

实施例4

图4是示出了包含周边装置在内的本发明实施例2的功率转换装置100D的基本结构的简要电路图。

参照图4，实施例4的功率转换装置100D与实施例3的功率转换装置100C相比，脉宽调制整流电路101D中的三相桥臂103a、104a、110a与逆变器电路102C中的三相桥臂106a、107a、109a的器件结构相同，但不同之处在于：能使构成脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a中的第三相桥臂110a切断与商用电源110的连接的第1连接部141设于桥臂104a与105a之间，此外能使另一个第二相桥臂104a切断与商用电源110的连接的另一个第1连接部143设于桥臂103a与104a之间，与这些第1连接部141、143连接的第2连接部142a'、142b'、142c'是进行双系统输入的类型，即使在逆变器电路102C中的三相桥臂106a、107a、109a的多个相的功率半导体开关元件发生故障的情况下，也用脉宽调制整流电路101D中的两相桥臂104a、110a来代替，使功率转换动作继续，从而能执行电梯装置轿厢行驶的运行。另外，在这里也同样地，第1连接部141、143在通常状态下处于连接状态，第2连接部142a'、142b'、142c'在通常状态下处于非连接状态。

在实施例4的功率转换装置100D中，假设逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、110a全都发生故障的情况。在这种情况下，信号控制部240检测到来自连接点116e、116f、117e、117f、118e、118f的表示动作状态的电流值从而能判定有异常发生。由此，信号控制部240向第1连接部141、143发送从商用电源110切断构成脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a中的桥臂104a、110a的控制指令信号，并向第2连接部142a'、142b'、142c'发送控制指令信号而选择性地进行连接，由此能够使利用第1连接部141、143切断来自商用电源110的第1交流电从而断开的脉宽调制整流电路101D中的第三相桥臂110a代替发生故障的逆变器电路102C的发生故障的第一相、第二相桥臂106a、107a，并且用脉宽调制整流电路101D中的第二相桥臂104a代替逆变器电路102C中发生故障的第三相桥臂109a，继续进行功率转换动作。

此外，信号控制部240之后发送控制指令信号将脉宽调制整流电路101D中的第三相桥臂110a的栅极驱动电路125b、130b、135b、140b切换成逆变器功能的单相动作，并将脉宽调制整流电路101D中的第一相、第二相的桥臂103a、104a的栅极驱动电路(G/D)123b、124b、133b、134b从三相整流动作切换成单相整流动作。

另外，在实施例4的功率转换装置100D中，也能通过构成脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a的功率半导体开关元件中的各单个模块来实施对发生故障的所有逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a的替换，。在这种情况下，从商用电源110切断构成桥臂103a、104a、110a的功率半导体开关元件中的各单个模块，并与损坏的逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a的功率半导体开关元件的模块和电动机120的连接部位相连接。这样，对逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a进行替换，经替换的功率半导体开关元件的模块的栅极驱动通过来自信号控制部240的控制指令信号切换为逆变器功能的单相动作。但在这种情况下，脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a的基本动作仍然为三相整流动作。

另外，关于实施例4所述功率转换装置100D中脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a与逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a，也可与实施例2所说明的那样，设置切断用的第3连接部213e、213f、214e、214f、215e、215f来代替脉宽调制整流电路101D中的连接点113e、113f、114e、114f、115e、115f，并设置切断用的第3连接部216e、216f、217e、217f、218e、218f来代替逆变器电路102C中的连接点116e、116f、117e、117f、118e、118f。

此外，当实施例4所述功率转换装置100D中的逆变器电路102C的三相桥臂106a、107a、109a与脉宽调制整流电路101D的三相桥臂103a、104a、110a通过三个以上并联连接的功率半导体开关元件的模块来构成的情况下，也可根据来自信号控制部240的控制指令信号使构成脉宽调制整流电路101D的第一相桥臂103a的所有模块从商用电源110切断，通过使这些模块分别与第2连接部142a'、142b'、142c'连接从而能代替逆变器电路102C。但在这种情况下，脉宽调制整流电路101D中的第二相、第三相桥臂104a、110a将根据来自信号控制部240的控制指令信号切换成单相整流动作。

图5是示出应用了上述各实施例的功率转换装置100(表示实施例1的功率转换装置100A、实施例2的功率转换装置100B、实施例3的功率转换装置100C、实施例4的功率转换装置100D中的任一个均可的参照标号)的电梯装置的简要构成的图。

参照图5，在这里简要地示出了电梯装置所使用的功率转换装置100。即，这里的功率转换装置100具有脉宽调制整流电路101(表示101A、101B、101C、101D中的任一个均可的参照标号)，该功率转换装置100连接经由切断装置111与商用电源110相分离的电感器112(相当于各实施例所说明的电感器112a、112b、112c)；以及与电动机120连接的逆变器电路102(表示各实施例所说明的逆变器电路102A、102B、102C中的任一个均可的参照标号)，此外至少还具有第1连接部141(143)、第2连接部142a、142b、142c(省略142a'、142b'、142c')、以及电容器119。

当该功率转换装置100应用于电梯装置的情况下，一般设于建筑物的电梯井上的机械室中所设置的曳引机具备电动机120，该电动机120由来自功率转换装置100的交流电压(第2交流电压)所驱动，图5中示出了在电梯井中各自具备层站门234a、234b、234c、234d的多楼层间进行升降的轿厢232与对重块233经由滑车(滑轮)由主缆绳231连结的情况，其中，所述滑车(滑轮)与设于机械室的电动机120的转轴连结。而且，对具备轿厢门235的轿厢232的行驶动作进行控制的电梯控制装置220设于机械室。根据电梯装置的不同，也存在机械室不设置在电梯井上的无机械室型，但各实施例的功率转换装置100可应用于任一情况。众所周知，电梯装置本身利用电梯控制装置220经由功率转换装置100对曳引机的电动机120进行驱动控制，由此驱动力经由主缆绳231传递至轿厢232及对重块233，结果使轿厢232与对重233沿相反的方向以拉锯式进行升降。这里的电梯控制装置220具备检测装置224，该检测装置224检测轿厢232内的目标楼层登记和各楼层的层站呼叫登记并将该检测结果发送到切断装置111；以及转换控制装置223，该转换控制装置223根据检测装置224的检测结果将发送到信号控制部240a、240b的指令内容进行分配。另外，信号控制部240a、240b对应上述各实施例公开的信号控制部240，在图5中例示了为了利用转换控制装置223分配信号指令控制而经过分割的设备结构，但也可为单一的设备结构。

无论何种情况，当各实施例的功率转换装置100被小型化并应用于电梯装置时，具有即使脉宽调制整流电路101或逆变器电路102中使用的功率转换用的三相桥臂的功率半导体开关元件一部分发生故障也能继续进行电力提供的功能，因此可避免使用者被关在轿厢232内。

以上说明的各实施例的功率转换装置100可对各电路中的器件细节的细节进行各种变更，此外对于参照图5说明的电梯装置同样也能进行各种变更，例如构成为以双系统以上并排设置的轿厢232等，因此本发明的功率转换装置及应用了该功率转换装置的电梯装置并不限于各实施例所公开的内容。

标号说明

100、100A、100B、100C、100D 功率转换装置

101、101A、101B、101C、101D 脉宽调制(PWM)整流电路

102、102A、102B、102C 逆变器电路

103a、104a、105a、106a、107a、108a、109a、110a 桥臂

110 商用电源

111 切断装置

112、112a、112b、112c 电感器

113e、114e、115e、116e、117e、118e、113f、114f、115f、116f、117f、118f 连接点

119 电容器

120 电动机

123b、124b、125b、130b、133b、134b、135b、140b 栅极驱动电路(G/D)

123c、124c、125c、126c、127c、128c、129c、130c、133c、134c、135c、136c、137c、138c、139c、140c MOSFET

123d、124d、125d、126d、127d、128d、129d、130d、133d、134d、135d、136d、137d、138d、139d、140d 二极管

141、142a、142b、142c、142a′、142b′、142c′、143、213e、214e、215e、216e、217e、218e、213f、214f、215f、216f、217f、218f 连接部

220 电梯控制装置

223 转换控制装置

224 检测装置

231 主缆绳

232 轿厢

233 对重块

234a、234b、234c、234d 层站门

235 轿厢门

240、240a、240b 信号控制部

Claims (8)

1.一种功率转换装置，具有：第1转换电路，该第1转换电路将商用电源提供的第1交流电转换为直流电；以及第2转换电路，该第2转换电路将所述第1转换电路提供的所述直流电转换为第2交流电并提供至感应性负载，该功率转换装置的特征在于，

所述第1转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的脉宽调制整流电路，

所述第2转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的逆变器电路，

所述功率转换装置包括：第1连接部，该第1连接部能切断构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中的至少一相桥臂与所述商用电源的连接；第2连接部，该第2连接部是三级结构，与所述第1连接部及构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中被切断的桥臂连接，并与构成所述逆变器电路的所述三相桥臂单独进行连接从而能对构成该逆变器电路的该三相桥臂进行选择性连接；以及信号控制部，该信号控制部监控构成所述逆变器电路的所述三相桥臂的动作，结果若检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常，则向所述第1连接部及所述第2连接部中对应的部分发送控制指令信号并进行如下控制，将所述脉宽调制整流电路中切断了与所述商用电源的连接的所述至少一相桥臂的驱动控制作为发生了该异常的任一个桥臂的代用动作进行连接。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述信号控制部在检测出构成所述逆变器电路的所述三相桥臂中的任一个桥臂发生异常时，将构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中、未切断与所述商用电源的连接的剩余相桥臂的驱动控制从三相整流动作切换为单相整流动作。

3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述信号控制部监控构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂的动作，结果检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常时，将未发生异常的相的桥臂的驱动控制从三相整流动作切换为单相整流动作。

4.一种电梯装置，其特征在于，包括：如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置；电动机，该电动机由所述功率转换装置提供的所述第2交流电驱动；以及轿厢，该轿厢被所述电动机驱动而在电梯井内进行升降。

5.一种功率转换装置，具有：第1转换电路，该第1转换电路将商用电源提供的第1交流电转换为直流电；以及第2转换电路，该第2转换电路将所述第1转换电路提供的所述直流电转换为第2交流电并提供至感应性负载，该功率转换装置的特征在于，

所述第1转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的脉宽调制整流电路，

所述第2转换电路是具有使用了功率半导体开关元件的三相桥臂用于功率转换的逆变器电路，

所述功率转换装置包括：第1连接部，该第1连接部能切断构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中的至少一相桥臂与所述商用电源的连接；第2连接部，该第2连接部是三级结构，与所述第1连接部及构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中被切断的桥臂连接，并与构成所述逆变器电路的所述三相桥臂单独进行连接从而能对构成该逆变器电路的该三相桥臂进行选择性连接；第3连接部，该第3连接部能单独切断构成所述逆变器电路的所述三相桥臂；以及信号控制部，该信号控制部监控构成所述逆变器电路的所述三相桥臂的动作，结果若检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常，则向所述第1连接部及所述第2连接部与所述第3连接部对应的部分发送控制指令信号并进行如下控制，在切断该发生异常的任一个桥臂的基础上，将所述脉宽调制整流电路中切断了与所述商用电源的连接的所述至少一相的桥臂的驱动控制作为该发生异常的任一个桥臂的代用动作进行连接。

6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

所述信号控制部在检测出构成所述逆变器电路的所述三相桥臂中的任一个桥臂发生异常时，将构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂中未切断与所述商用电源的连接的剩余相桥臂的驱动控制从三相整流动作切换为单相整流动作。

7.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

所述信号控制部监控构成所述脉宽调制整流电路的所述三相桥臂的动作，结果检测出该三相桥臂中的任一个桥臂发生异常时，将未发生异常的相的桥臂的驱动控制从三相整流动作切换为单相整流动作。

8.一种电梯装置，其特征在于，包括：如权利要求5至7中任一项所述的功率转换装置；电动机，该电动机由所述功率转换装置提供的所述第2交流电驱动；以及轿厢，该轿厢被所述电动机驱动而在电梯井内进行升降。