CN111819781B - 整流电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明的特征在于，使任意相的半导体开关(4rSL、4rSH)总是成为断开状态，并且以电抗器的电流成为所希望的值的方式调节其它2个相的半导体开关(4sSH、4tSH；4sSL、4tSL)的导通断开比率，并且，以一边将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次地切换，一边使直流电压(Vdc)成为所希望的直流电压值(Vdc*)的方式，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值(Id*、Iq*)。并且，调节所希望的直流电压值(Vdc*)使得半导体开关(4rSL；4rSH)成为断开状态的区间宽度在电相位角度60度以上或者120度以上成为一定的。由此，能够将交流电流波形维持低畸变、并且实现低直流电压(Vdc)，能够维持较高的电力转换效率、抑制轻负载时的电动机电流的畸变的增加，降低电动机的损失。

Description

整流电路装置

技术领域

本发明是涉及整流电路装置的发明，尤其是在空气调节设备等中，输入三相交流电源，对交流电力进行整流的电路装置，并且再次转换为其它频率的交流电力，用所转换的交流驱动压缩机等，由此对于变动的空调负载总是高效地产生空调能力的发明。

背景技术

现有技术中，这种整流电路装置代表性的例如是在专利文献1中作为现有例子所介绍的装置。作为在该例子中的直流负载的具体例子，在图13中表示通过逆变电路对压缩机电动机进行可变速驱动的例子。

在图13中，使三相交流电源1经由电抗器3r、3s、3t、相对于一方向的电流具有导通·断开的功能的单方向的半导体开关元件、和相对于该半导体开关元件反向并联连接的二极管形成的半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL)构成的整流电路，在平滑电容器5中变成直流。并且，在逆变电路7中再次转换为交流，以驱动压缩机用的电动机8的方式构成。再次转换后的交流的频率能够任意地改变，因此能够使电动机8的转速可变。通过使电动机8的转速可变，相对于变动的空调负载，能够总是高效地产生空调能力。此外，公知利用单方向的半导体开关元件，有时不需要另外配置反向并联连接的二极管而寄生地构成二极管，在该情况下也能够同样地实现。

在整流电路中，以来自交流电源的电流波形的畸变变少的方式对半导体开关组进行导通断开控制。其基本原理是，相对于三相交流电源1利用半导体开关和电抗器进行短路，由此即使在电源电压的绝对值低的区间中也向电抗器中流通电流，开放半导体开关，由此电路的连接状况发生变化，积蓄在电抗器中的电流向直流侧流入，由此控制交流电源的电流，使电源功率因数提高。结果是，平滑电容器中的直流电压变成比交流电源的电压高的电压。

此外，提案有在交流电源的电压高的情况下，在直流输出侧设置中性点，将电抗器输出与直流中性点之间，以通过将双方向的半导体开关短路开放，使来自交流电源的电流波形畸变变少的方式构成(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-32760号公报

专利文献2：日本特开平9-182441号公报

发明内容

但是，在现有的结构中，相对于与变动的空调负载对应的空调能力发生，使电动机8的转速变化的情况下，不能使由电抗器3r、3s、3t和半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL)构成的整流电路、逆变电路7、电动机8的效率总是适当。

例如，空调负载如果较轻，在压缩机用的电动机8以低速进行旋转，这时，电动机8所需要的电压是较低电压。相反，如果空调负载较重，则电动机8以高速旋转，这时，电动机8所需的电压成为较高电压。

另一方面，逆变电路7中，虽然能够产生比被输入的直流电压低的任意的交流电压，但输入输出的电压的差越大其电力转换效率越降低。同样地，对于电动机8，需要的电压与逆变输入的直流电压的差越大，由于逆变电路7的半导体开关的导通断开而产生的电流畸变，电动机的效率也越降低。

另一方面，由电抗器3r、3s、3t和半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL)构成的整流电路，通过使直流电压比输入交流线间电压的峰值高而控制输入电流，使电源电流畸变减少，减轻对电力输电系统的负担。但是，输入交流电压与直流电压的差越大，其电力转换效率越降低。

另外，为了减少半导体开关组的频繁的导通断开动作导致的损失，有时使用所谓的2相调制方法，即将3个相中至少1个相对应的壁的导通断开动作停止，用其它2个相将半导体开关进行导通断开。2相调制中，在导通断开动作停止期间，按每120度相位期间或者每60度相位期间变更停止的相。其结果是，各相的导通断开动作具有电源周期的1/3期间的停止期间。

图14是表示按每60度相位期间将经由电抗器使电源短路的状态停止的情况下，r相的电压波形与和r相连接的半导体开关4rSL以及4rSH的导通宽度(占空比)相关联的波形图。占空比波形中，用虚线表示的是由于电流在并联二极管中流动，对应的半导体开关可以断开的波形。从相位60deg至120deg的区间，r相电压Vr变成最高，在该区间中，使与经由电抗器短路相关联的半导体开关4rSL的占空比为零。

这时，因为其它相的半导体开关4sSH和4tSH正在进行导通断开动作，r相-s相和r相-t相的线间电压能够进一步升压，能够利用在经由电抗器短路中没有使用的4rSH的并联连接的二极管对直流部供给电流。在相位240deg至300deg的区间，r相电压Vr变成最低，在该区间中，使与经由电抗器短路相关联的半导体开关4rSH的占空比为零。这时因为其它的相的半导体开关正在进行导通断开动作，能够利用这时经由电抗器短路4rSL的并联连接的二极管对直流部供给电流。这时，直流电压成为比交流侧的线间电压高的电压。

同样地，在专利文献2中公开了能够实现与2相调制相同的方法。尤其是，在空调用的压缩机驱动中，由于没有从电动机向电源侧的能量返回的再生动作，所以也不需要设置在导通断开动作停止时能量返回时通过的半导体开关，专利文献2的电路中能够使积蓄在电抗器中的电流通过二极管向直流侧流动。

图11是表示在专利文献2的电路的情况下，每60度相位区间停止经由电抗器将电源短路的情况的图，表示了r相的电压波形和与r相连接的半导体开关4rS的导通宽度(占空比)相关联的波形图。

在该情况下也与图14同样地，从相位60deg至120deg的区间，r相电压Vr变成最高，在该区间中，使与经由电抗器短路相关联的半导体开关4rSL的占空比为零。这时，因为其它相的半导体开关正在进行导通断开动作，r相-s相和r相-t相的线间电压能够进一步升压，基于在电抗器中的电流能够通过二极管向直流部供给电流。从相位240deg至300deg的区间，r相电压Vr变成最低，在该区间中，使实现经由电抗器短路的半导体开关4rSH的占空比为零。因为这时其它相的半导体开关正在进行导通断开动作，所以这时能够通过另一个二极管向直流部供给电流。这时，直流电压成为比交流侧的线间电压高的电压。

即，优选根据空调负载的轻重，使直流电压联动地工作，而且优选在运转时间比率较高的轻负载下的高效率的整流和高效率的电动机驱动电路。但是，没有公开当与空调负载的轻重的幅度同程度地使直流电压可变时，使三相用的整流电路中直流电压降低的方法，以在空调负载较重时也能够工作的方式设定直流电压，使用与其相应的高电压的压缩机电动机的话，变成非常高的直流电压，存在对平滑电容器5和逆变电路7要求高耐电压的问题。

本发明提供一种整流电路装置，在根据空调负载的轻重使直流电压可变的整流电路中，使交流电流波形的畸变的增加减少，并且产生比交流电压低的直流电压，即使以较轻的空调负载也能够高效地驱动压缩机电动机。

第1发明的整流电路装置，对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器，通过由单方向的半导体开关元件和相对于该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关的导通，使电抗器的电流增加。另外，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值。另外，在任一相中，以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式而进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，以电抗器的电流成为所希望的值的方式调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率。并且，一边将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，一边使直流电压成为所希望的直流电压值的方式，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得设定有总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角60度以上或者120度以上成为一定的。

由此，当各相的半导体开关成为断开状态的区间在电相位角度60度以上或者120度以上存在时，即，在各相的半导体开关存在1/3期间以上的导通断开停止区间时，直流电压值降低。因此，通过将该区间宽度保持一定，能够将交流电源波形的畸变保持为较少，其结果是，从交流向直流的转换效率也能够保持较高。并且，在空调负载较轻的状态下，因为抑制电动机电流的畸变的增加，所以压缩机电动机的损失也能够降低。

第2发明中的整流电路装置是在第1发明中，在来自三相电源的所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分中存在指令电流为零的区间。

由此，因为半导体开关成为断开状态的区间扩宽，能够将交流电源电流波形的畸变保持为较少，并且能够获得更低的直流电压。

第3发明的整流电路装置，相对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在连接于各相的电抗器和二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将积蓄在电抗器中的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值。另外，以使三相交流电源的任一相的半导体开关总是成为断开状态，并且使来自交流电源的电流成为所希望的值的方式，调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率。并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换，以直流电压成为所希望的直流电压值的方式，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。另外，调节所希望的直流电压值，以使得三相交流电源的各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定的。并且，在所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间。

由此，在电抗器与二极管桥的连接点的半导体开关的每一次导通断开的电位的变动成为直流电压的一半，能够进一步减少伴随半导体开关的导通断开的交流电源电流波形的畸变，能够获得较低的直流电压。

第4发明的整流电路装置，相对于具有中性相的三相交流电源，在三相交流电源的4线分别利用电抗器桥状地连接由单方向的半导体开关元件和相对于该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值。另外，三相交流电源的中性相以外利用电抗器所连接的半导体开关组之中，连接于任一相的、以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态。另外，以电流成为所希望的值的方式调节连接于其它2个相的半导体开关的导通断开比率，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换。另外，以在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向中性相流动的方式，对连接于中性相的半导体开关进行驱动控制，以直流电压成为所希望的直流电压值的方式调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得设定有中性相以外的相的总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角度60度以上或者120度以上成为一定的。

由此，能够进一步提高电力转换效率，并且在三相的各端子电压能够产生交流电源频率的3N(N为整数)倍的频率的相电压，因此相对于三相的线间电压能够产生更低的直流电压。

第5发明的整流电路装置，相对于具有中性相的三相交流电源，在三相交流电源的4线分别利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在各相的电抗器和二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值。另外，以按电相位角度每60度区间使在三相交流电源的中性相以外的任一项所设置的半导体开关总是成为断开状态、并且电流成为所希望的值的方式，调节与其它的2个相连接的半导体开关的导通断开比率，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换。另外，对与中性相连接的半导体开关进行驱动控制，以使得在所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间，并且在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向中性相流动。另外，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得直流电压成为所希望的直流电压值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得中性相以外的相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定的。

由此，能够进一步提高电力转换效率，并且能够在三相的各端子电压产生交流电源频率的3N倍的频率的相电压。因此，相对于三相的线间电压能够产生更低的直流电压。而且，在电抗器与二极管桥的连接点的半导体开关的每一次导通断开的电位的变动成为直流电压的一半，能够进一步减少伴随半导体开关的导通断开的交流电源电流波形的畸变，能够获得较低的直流电压。

第6发明的整流电路装置，检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施第1～第5发明的一者中记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。

由此，能够兼顾改善如空调机等那样、运转时间比率较大的负载较轻的状态下的效率，并且在负载较大的状态下高速旋转驱动压缩机电动机这两者。

本发明的整流电路装置，因为能够根据直流负载的轻重而改变直流输出电压，所以能够确保从交流电源经由直流电力再次转换为交流的效率较高。并且，由于被逆变驱动的电动机的电流畸变被降低，因此也能够较高地确保电动机效率。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的整流电路装置的电路框图。

图2是本发明的第2实施方式的整流电路装置的电路框图。

图3是本发明的第3实施方式的整流电路装置的电路框图。

图4是本发明的第4实施方式的整流电路装置的电路框图。

图5是本发明的第5实施方式的整流电路装置的电路框图。

图6是表示本发明的第1实施方式至第3实施方式的电源谐波分布的曲线图。

图7是表示本发明的第4实施方式至第5实施方式的电源谐波分布的曲线图。

图8是本发明第6实施方式的整流电路装置的电路框图。

图9是本发明的第1实施方式的整流电路装置的时间波形图。

图10是本发明的第2实施方式或者第4实施方式的整流电路装置的时间波形图。

图11是本发明的第3实施方式对应的现有技术例的整流电路装置的时间波形图。

图12是本发明的第3实施方式或者第5实施方式的整流电路装置的时间波形图。

图13是现有的电动机驱动用电路用整流电路装置的电路框图。

图14是现有的电动机驱动用电路用整流电路装置的时间波形图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。

(第1实施方式)

图1是表示包括本发明的第1实施方式的电动机驱动电路的整流电路装置的电路框图。

在图1中，使三相交流电源1经由电抗器3r、3s、3t与半导体桥接电路4连接。半导体桥接电路4是以对半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL)进行导通断开而使从三相交流电源1流入的电流成为高功率因数状态的方式进行控制的电路。该半导体桥接电路4的直流侧输出与平滑电容器5和逆变电路7连接，通过控制逆变电路7，将电动机8以任意的转速进行驱动。电动机控制能够采用公知的控制方法，因此省略详细的说明。

半导体桥接电路4的控制，利用电流检测器2r、2s、2t检测从三相交流电源1流入的电流，并以该电流成为正弦波的方式进行控制。由电流检测器2r、2s、2t检测的电流信息，与利用电源相位检测单元9所检测的交流电源相位信息一起被输入3相-2相·固定-旋转坐标变换单元121，将3个轴(r相、s相、t相)的信息转换成d轴和q轴的信息的电流Iq(有効电流)、Id(无效电流)。

将这2种电流信息分别在比较单元124、134中与作为目标的电流Iq*、Id*相比较，将其误差经由控制补偿单元125、135在2相-3相·旋转-固定坐标变换单元126中再次转换为三相的轴的信息(r相、s相、t相)，输送到半导体桥接电路4的开关驱动电路111，驱动半导体桥接电路4。

另一方面，通过直流电压检测单元6检测直流电压Vdc，在比较单元129中与所希望的直流电压Vdc*进行比较，将其误差经由电压控制补偿单元130形成为q轴电流指令信息Iq*。另外，因为希望作为无效电流的d轴电流总是为零，因此使d轴电流指令信息Id*为零。由此，能够实现将直流电压保持为所希望的值不变，电源电流为正弦波状且成为高功率因数的整流电路。

并且，从开关驱动电路111求取半导体桥接电路4中的半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL)的经由电抗器使电源短路的驱动成为断开的期间，将该信息即“实际断开宽度”发送到比较单元127。此外，在断开宽度中也包括在二相调制中使用的断开相应量。在比较单元127中与预先设定的“基准断开宽度”相比较，将其偏差经由补偿单元128形成为直流电压指令信息Vdc*。使用如图1所示的半导体开关组的整流电路中，由于以直流电压变得比交流电压高、所谓的升压型作为前提，因此当降低直流电压时，断开宽度增加，当提高直流电压时断开宽度减少，所以通过该控制能够以维持所希望的断开宽度的方式实现动作。

通过将断开宽度维持为一定，能够维持电路损失少的状态，而且即使具有一些谐波电流，也能够获得高功率因数且低直流电压输出，在低转速的电动机驱动效率也能够改善。

图9是该控制实现时的r相的时间波形图。相对于图14的现有例，r相的从60deg至120deg的区间的比60deg相应量宽的区间中，经由电抗器的短路动作停止，直流电压的上升被抑制，并且半导体开关的导通断开导致的电路损失也被抑制。

此外，在本实施方式中，说明了三相电流的检测使用电流检测器2r、2s、2t这3个的例子，因为三相电流的合计变成零，所以能够将其中之一省略。另外，在本实施方式中，说明了将三相交流电流坐标变换为q轴(有効轴)和d轴(无效轴)进行控制的例子，但显然使用保持三相交流不变或者坐标变换为其它的二相交流等的其它方法，也能够实现同样的效果。

(第2实施方式)

图2中表示本发明的第2实施方式的整流电路装置。在此，仅关于与第1实施方式不同的事项进行说明，关于具有同样的结构或作用效果等的部分引用第1实施方式的说明。

第2实施方式与第1实施方式不同的部分在于，在图2中d轴和q轴的电流指令的制作方法在。第1实施方式中，所希望的电流以正弦波为前提，使q轴电流和d轴电流成为直流。而在第2实施方式中，如图形波形150所示，作为包含零电流期间的矩形波，将其进行3相-2相·固定-旋转转换并将转换为q轴和d轴信息后的信息分别保存在图形存储单元122、132中。

另外，与第1实施方式同样地将基于直流电压Vdc的误差的信息，经由电压控制补偿单元130调节预先决定的、所希望的d轴电流波形和所希望的q轴电流波形的电流振幅，在第2实施方式中，在比较单元124、134的跟前，使用乘法单元123、133，与图形存储单元122、132的信息进行乘法运算。由此，能够对应于直流电压偏差，保持相同电流波形不变而调节电流。因为在指令电流波形中存在零的区间，相比第1实施方式，能够增加半导体桥接电路4的断开期间，直流电压也能够进一步降低。

在此，关于图形波形150进行说明。图6是表示包含零电流区间的三相电流波形中的、谐波成分的分布的图。包含零区间的矩形波由“6N±1”(N为整数)的频率成分构成。国际标准中的谐波的限度值不依赖于负载的轻重而是一定的，因此负载越轻则越允许电源电流的畸变率。即，通过在轻负载下使用包含这样的谐波的所希望的电流信息，能够实现成为电源谐波限制的限度值内的整流电路装置。

图10是实现了该控制时的在r相的时间波形图。相对于图9，在r相的从60deg至120deg的区间的比60deg相应量更加宽的区间中，停止经由电抗器的短路动作，能够进一步抑制直流电压的上升，并且能够进一步抑制半导体开关的导通断开导致的电路损失。

(第3实施方式)

图3是表示本发明的第3实施方式的整流电路装置。在此，仅关于与第2实施方式不同的事项进行说明，关于具有同样的结构和作用效果等的部分引用第2实施方式的说明。

与第2实施方式不同的点在于，构成为代替图2中的半导体桥接电路4，而在二极管组(4rDH、4sDH、4tDH、4rDL、4sDL、4tDL)和该二极管组(4rDH、4sDH、4tDH、4rDL、4sDL、4tDL)与电抗器组(3r、3s、3t)的连接点，进一步连结双方向开关组(4rS、4sS、4tS)与2个串联连接的平滑电容器(5H、5L)的中点、即直流中性点的结构。

该电路结构被称为三相的3电平转换器，与在专利文献2记载的结构是基本等效的结构。

3电平转换器中，伴随在与电抗器的连接点的开关的导通/断开的电位变化，成为直流部分的中间电位与直流部分的一端的电压之间的变动，与图2的电路结构相比，成为一半的电位变化。因此，伴随开关的导通/断开的交流电源电流的畸变变少，而且具有功率因数提高的优点。

图12是实现了该控制时的r相的时间波形图。相对于作为现有技术例的图11，在r相的从60deg至120deg的区间的比60deg相应量更加宽的区间中，停止经由电抗器的短路动作，能够进一步抑制直流电压的上升，并且能够进一步抑制半导体开关的导通断开导致的电路损失。

如专利文献2中所记载，能够将双方向开关组(4rS、4sS、4tS)的断开期间分别各设定为60度期间，在本实施方式中，相比专利文献2能够使直流电压更加降低，使断开期间进一步增加。即，能够改善3电平转换器的电路效率，并且电动机效率也能够改善。

此外，3电平转换器的构成方法在专利文献2记载的电路中也同样能够实现等，并不限定于图3所示的结构。

(第4实施方式)

图4是表示本发明的第4实施方式的整流电路装置。公开了相对于在三相交流电源中存在火线的中性相的情况，比至此所述的方式能够进一步使直流电压降低的方法。以与表示第2实施方式的图2的差异为中心进行说明。

三相交流电源301构成为也具有中性相的4线的结构，经由4个电抗器组(3r、3s、3t、3n)被输入由8个半导体开关组(4rSH、4sSH、4tSH、4nSH、4rSL、4sSL、4tSL、4nSL)构成的桥接电路304。桥接电路304的直流输出与图2同样地通过平滑电容器5被平滑化，利用逆变电路7驱动电动机8。

来自三相交流电源301的电流分别由电流检测器组(302r、302s、302t、302n)检测，通4相-3相·固定-旋转坐标变换单元321被转换为d轴电流信息Id、q轴电流信息Iq和零相电流信息I0。该转换也被称为“dq0转换”。关于该3种类的电流信息，以分别称为所希望的值的方式进行控制。

d轴电流信息Id、q轴电流信息Iq、零相电流信息I0分别与作为所希望的值的电流指令Id*、Iq*、I0*在比较单元324、334、354中进行比较。由比较单元324、334、354所计算出的误差信息经由控制补偿单元325、335、355通过3相-4相·旋转-固定坐标变换单元326被恢复为4相信息，输送到开关驱动电路311，驱动桥接电路304的半导体开关组。

与4相-3相·固定-旋转坐标变换单元321同样地，3相-4相·旋转-固定坐标变换单元326是进行被称为“dq0逆转换”的转换的部。

与图2所示的内容同样地，如图形波形350所示，形成三相的合计不必一定是零的包含零电流期间的波形，将其进行4相-3相转换，将转换为q轴信息、d轴信息、零相信息的信息分别保存在图形存储单元322、332、352中。

与第2实施方式同样地将基于直流电压Vdc的误差的信息，经由电压控制补偿单元130调节所希望的电流，在其跟前使用乘法单元123、133、153与图形存储单元122、132、152的信息进行乘法运算。由此，能够对应于直流电压偏差，保持相同电流波形不变而调节电流。与指令电流波形的三相合计不是零的部分相应地，零相电流流向电抗器3n和半导体开关4nSH、4nSL。

图7是表示三相电流的合计值不一定是零的情况下的三相电流波形中的、谐波成分的分布的图。三相均为相同波形的情况下，各相的电流中包含同相的“3N”(N为整数)的频率成分。另外，中性相的电流不包含基波、仅流动3N次的谐波电流。在具有3N次成分的波形和基波的波形的相位(相对于基波的峰值的相位、3N次成分的波形的峰值相反的关系)进行加法运算时，该波形的振幅能够比基波波形的振幅小是众所周知的，为了产生3N次的电流需要3N次的电压，与仅产生基波的情况相比，能够以更低的电压实现。在第2实施方式的结构的基础上，在轻负载下使用包含这样的3N次谐波成分的所希望的电流信息，能够实现成为电源谐波限制的限度值内的整流电路装置，而且，与第2实施方式的情况相比能够降低直流电压。此外，因为零相电流的振幅比基波小，而且仅在轻负载时工作即可，因此作为从中性相被连接的部件的电抗器3n和半导体开关4nSH、4nSL能够使用小电流容量的部件。

此外，在本实施方式中，说明了在包含中性相的三相电流的检测中使用电流检测器302r、302s、302t、302n这4个电流检测器的情况，因为它们的电流的合计为零，因此能够省略其中之一。

图10是实现了该控制时的r相的时间波形图。3次成分产生的最大电压抑制发挥作用，相比实施方式2在更宽的区间中停止经由电抗器的短路动作，能够进一步抑制直流电压的上升，并且进一步抑制半导体开关的导通断开导致的电路损失。

(第5实施方式)

图5是表示本发明的第5实施方式的整流电路装置。在此，仅关于与第4实施方式不同的事项进行说明，关于具有相同的结构和作用效果等的事项引用第4实施方式的说明。

与第4实施方式的不同点在于形成了3电平转换器。即，形成了代替图4中的由半导体开关组形成的桥接电路304，而在二极管组(4rDH、4sDH、4tDH、4nDH、4rDL、4sDL、4tDL、4nDL)和该二极管组(4rDH、4sDH、4tDH、4nDH、4rDL、4sDL、4tDL、4nDL)与电抗器组(3r、3s、3t、3n)的连接点，进一步连结双方向开关组(4rS、4sS、4tS、4nS)与2个串联连接的平滑电容器(5H、5L)的中点、即直流中性点的结构。通过3电平转换器化能够进一步减少电源电流波形的畸变。

图12是实现了该控制时的r相的时间波形图。3次成分产生的最大电压抑制发挥作用，相对于实施方式3，在r相的从60deg至120deg的区间的比60deg相应量更加宽的区间中，停止经由电抗器的短路动作，能够进一步抑制直流电压的上升，并且能够进一步抑制半导体开关的导通断开导致的电路损失。

与第3实施方式相同，如专利文献2中所记载，能够将双方向开关组(4rS、4sS、4tS)的断开期间分别各设定为至少60度期间，在本实施方式中，能够使直流电压降低，使断开期间进一步增加。即，能够改善3电平转换器的电路效率，并且电动机效率也能够改善。

(第6实施方式)

图8是表示本发明的第6实施方式的整流电路装置。相对于图1的电路结构追加了直流电压图形存储单元902和开关单元901，该直流电压图形存储单元902检测负载并设定直流电压，该开关单元901切换对导通断开比率成为100％断开的宽度进行控制还是以成为直流电压图形的方式进行控制。

由此，在负载较轻时，通过开关单元901，以断开宽度成为一定的方式基于来自补偿单元128的输出降低直流电压，改善整流电路的转换效率和电动机的效率，而在负载较重时，通过开关单元901利用来自直流电压图形存储单元902的输出提高直流电压，提高向电动机的施加电压，能够改善电动机的效率。

在使直流电压上升时，在二相调制的情况下，将各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的区间设为120度即可。此外，虽然未图示，负载的轻重检测使用电动机8的转速信息或电流检测器2的信息等即可。

另外，整流电路部分使用与图1相同的结构，但使用其它实施方式的构成图、即图2、图3、图4、图5当然也能够实现同样的作用效果。

如以上所说明，第1发明的整流电路装置，对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器，通过由单方向的半导体开关元件和相对于该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关的导通，使电抗器的电流增加。另外，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值。另外，在任一相中，以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式而进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，以电抗器的电流成为所希望的值的方式调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率。并且，一边将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，一边使直流电压成为所希望的直流电压值的方式，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得设定有总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角60度以上或者120度以上成为一定的。

由此，当各相的半导体开关成为断开状态的区间在电相位角度60度以上或者120度以上存在时，即，在各相的半导体开关存在1/3期间以上的导通断开停止区间时，直流电压值降低。因此，通过将该区间宽度保持一定，能够将交流电源波形的畸变保持为较少，其结果是，从交流向直流的转换效率也能够保持较高。并且，在空调负载较轻的状态下，因为抑制电动机电流的畸变的增加，所以压缩机电动机的损失也能够降低。

第2发明中的整流电路装置是在第1发明中，在来自三相电源的所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分中存在指令电流为零的区间。

由此，因为半导体开关成为断开状态的区间扩宽，能够将交流电源电流波形的畸变保持为较少，并且能够获得更低的直流电压。

第3发明的整流电路装置，相对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在连接于各相的电抗器和二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将积蓄在电抗器中的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值。另外，以使三相交流电源的任一相的半导体开关总是成为断开状态，并且使来自交流电源的电流成为所希望的值的方式，调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率。并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换，以直流电压成为所希望的直流电压值的方式，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。另外，调节所希望的直流电压值，以使得三相交流电源的各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定的。并且，在所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间。

由此，在电抗器与二极管桥的连接点的半导体开关的每一次导通断开的电位的变动成为直流电压的一半，能够进一步减少伴随半导体开关的导通断开的交流电源电流波形的畸变，能够获得较低的直流电压。

第4发明的整流电路装置，相对于具有中性相的三相交流电源，在三相交流电源的4线分别利用电抗器桥状地连接由单方向的半导体开关元件和相对于该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值。另外，三相交流电源的中性相以外利用电抗器所连接的半导体开关组之中，连接于任一相的、以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态。另外，以电流成为所希望的值的方式调节连接于其它2个相的半导体开关的导通断开比率，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换。另外，以在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向中性相流动的方式，对连接于中性相的半导体开关进行驱动控制，以直流电压成为所希望的直流电压值的方式调节来自三相交流电源的电流的所希望的值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得设定有中性相以外的相的总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角度60度以上或者120度以上成为一定的。

由此，能够进一步提高电力转换效率，并且在三相的各端子电压能够产生交流电源频率的3N(N为整数)倍的频率的相电压，因此相对于三相的线间电压能够产生更低的直流电压。

第5发明的整流电路装置，相对于具有中性相的三相交流电源，在三相交流电源的4线分别利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在各相的电抗器和二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关。另外，通过半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过半导体开关的断开，将电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值。另外，以按电相位角度每60度区间使在三相交流电源的中性相以外的任一项所设置的半导体开关总是成为断开状态、并且电流成为所希望的值的方式，调节与其它的2个相连接的半导体开关的导通断开比率，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换。另外，对与中性相连接的半导体开关进行驱动控制，以使得在所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间，并且在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向中性相流动。另外，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得直流电压成为所希望的直流电压值。并且，调节所希望的直流电压值，以使得中性相以外的相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定的。

由此，能够进一步提高电力转换效率，并且能够在三相的各端子电压产生交流电源频率的3N倍的频率的相电压。因此，相对于三相的线间电压能够产生更低的直流电压。而且，在电抗器与二极管桥的连接点的半导体开关的每一次导通断开的电位的变动成为直流电压的一半，能够进一步减少伴随半导体开关的导通断开的交流电源电流波形的畸变，能够获得较低的直流电压。

第6发明的整流电路装置，检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施第1～第5发明的一者中记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。

由此，能够兼顾改善如空调机等那样、运转时间比率较大的负载较轻的状态下的效率，并且在负载较大的状态下高速旋转驱动压缩机电动机这两者。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的整流电路装置能够产生高效率且低直流电压，所以能够改善整流动作的效率，并且也能够改善电动机的驱动效率，因此能够兼顾改善如空调机等那样的、运转时间比率较大的负载较轻的状态下的效率，并且高速旋转驱动负载较大的状态下的压缩机电动机。

附图标记说明

1、301 三相交流电源

2、2r、2s、2t、2n 电流检测器

3r、3s、3t、3n 电抗器

4 半导体桥接电路

4rSH、4sSH、4tSH、4rSL、4sSL、4tSL 半导体开关

5、5H、5L 平滑电容器

6 直流电压检测单元

7 逆变电路

8 电动机

9 电源相位检测单元

111、211、311、411 开关驱动电路

121 3相-2相·固定-旋转坐标变换单元

122、132、322、332、352 图形存储单元

123、133、153 乘法单元

124、134 比较单元

125、135 控制补偿单元

126 2相-3相·旋转-固定坐标变换单元

127 比较单元

128 补偿单元

129 比较单元

130 电压控制补偿单元

302r、302s、302t、302n 电流检测器

304 桥接电路

321 4相-3相·固定-旋转坐标变换单元

324、334、354 比较单元

325、335、355 控制补偿单元

326 3相-4相·旋转-固定坐标变换单元

901 开关单元

902 直流电压图形存储单元。

Claims (11)

1.一种整流电路装置，其特征在于：

对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器，通过由单方向的半导体开关元件和与该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将所述电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值，并且，

在任一相中，以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式而进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，以电抗器的电流成为所希望的值的方式调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率，并且，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得一边将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，一边使直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所述所希望的直流电压值，以使得设定有总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角60度以上成为一定。

2.一种整流电路装置，其特征在于：

对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器，通过由单方向的半导体开关元件和与该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关的导通，使电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将所述电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值，并且，

在任一相中，以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式而进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，以电抗器的电流成为所希望的值的方式调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率，并且，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得一边将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，一边使直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所述所希望的直流电压值，以使得设定有总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角120度以上成为一定。

3.如权利要求1或2所述的整流电路装置，其特征在于：

在所述所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分中存在指令电流为零的区间。

4.一种整流电路装置，其特征在于：

检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施权利要求1～3中任一项记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过所述交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。

5.一种整流电路装置，其特征在于：

对于三相交流电源的各相输出线，利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在连接于各相的所述电抗器和所述二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关，通过所述半导体开关的导通，使所述电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将积蓄在所述电抗器中的电流由所述二极管进行整流而能够调节电抗器的电流值，并且，

使所述三相交流电源的任一相的所述半导体开关总是成为断开状态，并且以使来自所述交流电源的电流成为所希望的值的方式，调节与其它2个相连接的半导体开关的导通断开比率，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所希望的直流电压值，以使得所述三相交流电源的各相的所述半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定，在所述所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间。

6.一种整流电路装置，其特征在于：

检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施权利要求4记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过所述交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。

7.一种整流电路装置，其特征在于：

对于具有中性相的三相交流电源，在所述三相交流电源的4线分别利用电抗器桥状地连接由单方向的半导体开关元件和与该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关，

通过所述半导体开关的导通，使所述电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将所述电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值，

所述三相交流电源的中性相以外利用电抗器所连接的所述半导体开关组之中，连接于任一相的、以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，

调节连接于其它2个相的半导体开关的导通断开比率以使得电流成为所希望的值，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，对连接于中性相的所述半导体开关进行驱动控制，以使得在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向所述中性相流动，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值以使得直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所希望的直流电压值，以使得设定有所述中性相以外的相的总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角度60度以上成为一定。

8.一种整流电路装置，其特征在于：

对于具有中性相的三相交流电源，在所述三相交流电源的4线分别利用电抗器桥状地连接由单方向的半导体开关元件和与该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的半导体开关，

通过所述半导体开关的导通，使所述电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将所述电抗器中所积蓄的电流由二极管进行整流而能够调节电流值，

所述三相交流电源的中性相以外利用电抗器所连接的所述半导体开关组之中，连接于任一相的、以通过使其导通而连接的电抗器的电流增加的方式进行作用的半导体开关的导通断开状态总是成为断开状态，

调节连接于其它2个相的半导体开关的导通断开比率以使得电流成为所希望的值，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间或者每120度区间依次切换，对连接于中性相的所述半导体开关进行驱动控制，以使得在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向所述中性相流动，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值以使得直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所希望的直流电压值，以使得设定有所述中性相以外的相的总是成为断开状态的区间的半导体开关的成为断开状态的区间宽度，在电相位角度120度以上成为一定。

9.一种整流电路装置，其特征在于：

检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施权利要求7或8记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过所述交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。

10.一种整流电路装置，其特征在于：

对于具有中性相的三相交流电源，在所述三相交流电源的4线分别利用电抗器经由二极管桥输入到直流平滑电路，并且在各相的所述电抗器和所述二极管桥的连接点与直流中性点之间设置双方向的半导体开关，通过所述半导体开关的导通，使所述电抗器的电流增加，通过所述半导体开关的断开，将积蓄在所述电抗器中的电流由所述二极管进行整流而能够调节电流值，

调节与其它的2个相连接的半导体开关的导通断开比率，以使得按电相位角度每60度区间使在所述三相交流电源的中性相以外的任一项所设置的所述半导体开关总是成为断开状态、并且电流成为所希望的值，并且，将总是成为断开状态的相按电相位角每60度区间依次切换，

对与中性相连接的所述半导体开关进行驱动控制，以使得在所述所希望的电流的相电流波形中，在各相电压的每半周期的后半部分存在指令电流为零的区间，并且在规定的电源谐波限制的限度值内，3N(N为整数)次谐波电流向所述中性相流动，调节来自三相交流电源的电流的所希望的值，以使得直流电压成为所希望的直流电压值，

调节所希望的直流电压值，以使得所述中性相以外的相的所述半导体开关的导通断开比率成为100％断开状态的区间宽度为加上以总是成为断开状态的方式所设定的部分在电相位角60度以上成为一定。

11.一种整流电路装置，其特征在于：

检测与所连接的负载的大小相关联的信息，当负载较小时，实施权利要求10记载的整流电路装置的控制动作，当负载较大时，设定各相的半导体开关的导通断开比率成为100％断开的期间不超过所述交流电源的1周期的1/3区间的直流电压。