CN112448603A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

电力转换装置(10)具有：转换器(12)，其具有与三相交流电源的各相对应的输入端子(12I)(12R、12S、12T)以及开关元件(36)，将三相交流电源的交流电压转换为直流电压；以及电容器(14)，其使由转换器(12)转换后的直流电压平滑化。在转换器(12)的三相中的任意两相所对应的两个输入端子(12I)上连接有单相交流电源(24)或直流电源，以将未连接单相交流电源(24)或直流电源的相所对应的一个输入端子(12I)与电容器(14)的一端相连的方式连接有无源元件。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及一种将从交流电源供给的交流电压转换为直流电压的电力转换装置。
背景技术
在日本特开2012-165509号公报中，在将三相交流电压转换为直流电压的电力转换装置中，利用单相电源来实现冲击电流防止电路。
发明内容
但是，在能够将三相交流电压转换为直流电压的电力转换装置中，在将单相电源作为电源的情况下，会产生空闲状态的电路(以下称为空闲电路)，存在以往未被利用而浪费的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种能够有效地利用空闲电路的电力转换装置。
本发明的方式是一种电力转换装置，其具有：转换器，其具有与三相交流电源的各相对应的输入端子以及开关元件，将所述三相交流电源的交流电压转换为直流电压；以及电容器，其使由所述转换器转换后的直流电压平滑化。在所述转换器的三相中的任意两相所对应的两个所述输入端子上连接有单相交流电源或直流电源，以将未连接所述单相交流电源或所述直流电源的相所对应的一个所述输入端子和所述电容器的一端相连的方式连接有无源元件。
根据本发明，可以有效地利用空闲电路。
从参照附图说明的以下实施方式的说明中，可以容易地了解上述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是实施方式中的电力转换装置的电路构成图。
图2是变形例1中的电力转换装置的电路构成图。
图3是变形例2中的电力转换装置的电路构成图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式，参照附图对本发明的电力转换装置进行详细说明。
[实施方式]
图1是实施方式中的电力转换装置10的电路构成图。电力转换装置10具备转换器12、电容器14、电压检测部20a和控制部20。电力转换装置10将从交流电源供给的电力转换为直流电力，向转换器16供给电力，或者向交流电源再生再生能量。转换器16将直流电力转换为交流电力并向马达22供给电力，或者将马达22减速时产生的再生能量转换为直流电力并向电力转换装置10供给。
转换器12具有与三相交流电源的各相(R相、S相、T相)对应的输入端子12R、12S、12T。在统称输入端子12R、12S、12T时，称为输入端子12I。在与转换器12的三个输入端子12R、12S、12T的电源侧分别连接有电抗器18(18R、18S、18T)。
开关26与电抗器18(18R、18S、18T)连接。在开关26的输入端子26R、26S、26T与三相交流电源连接的情况下，开关26能够使三相交流电源的各相与电抗器18R、18S、18T之间的连接接通或断开。在图1中，示出了开关26接通的状态。
在图1中，由于单相交流电源24仅与输入端子26S、26T连接，所以开关26能够使单相交流电源24与电抗器18S、18T之间的连接接通或断开。在图1中，单相交流电源24经由开关26以及电抗器18(18S、18T)与转换器12的与两个相(S相和T相)对应的输入端子12S、12T连接。
转换器12与三相交流电源的各相(R相、S相、T相)对应地具备功率元件部30R、30S、30T。
与R相对应的功率元件部30R具备上臂侧的二极管34Ru、下臂侧的二极管34Rd、上臂侧的开关元件(半导体开关元件)36Ru和下臂侧的开关元件36Rd。
与S相对应的功率元件部30S具备上臂侧的二极管34Su、下臂侧的二极管34Sd、上臂侧的开关元件36Su和下臂侧的开关元件36Sd。
与T相对应的功率元件部30T具备上臂侧的二极管34Tu、下臂侧的二极管34Td、上臂侧的开关元件36Tu和下臂侧的开关元件36Td。
在统称二极管34Ru、34Rd、34Su、34Sd、34Tu、34Td时，使用符号34。另外，在对上臂侧的二极管整体进行说明时，使用符号34u，在对下臂侧的二极管整体进行说明时，使用符号34d。
在统称开关元件36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td时，使用符号36。另外，在对上臂侧的开关元件整体进行说明时，使用符号36u，在对下臂侧的开关元件整体进行说明时，使用符号36d。开关元件36例如可以使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated GateBipolar Transistor)，但不限于此。也可以将FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)用作开关元件36。
上臂侧的二极管34u和下臂侧的二极管34d相互串联连接。上臂侧的二极管34u的阴极与正极侧的输出线42u连接。上臂侧的二极管34u的阳极与下臂侧的二极管34d的阴极连接。下臂侧的二极管34d的阳极与负极侧的输出线42d连接。
上臂侧的开关元件36u和下臂侧的开关元件36d相互串联连接。上臂侧的开关元件36u的第一端子与上臂侧的二极管34u的阴极连接。上臂侧的开关元件36u的第二端子与上臂侧的二极管34u的阳极连接。下臂侧的开关元件36d的第一端子与下臂侧的二极管34d的阴极连接。下臂侧的开关元件36d的第二端子与下臂侧的二极管34d的阳极连接。在开关元件36例如是IGBT的情况下，第一端子是集电极，第二端子是发射极。在开关元件36例如是FET的情况下，第一端子是源极/漏极中的一个，第二端子是源极/漏极中的另一个。
在与上臂侧的二极管34Ru的阳极、上臂侧的开关元件36Ru的第二端子、下臂侧的二极管34Rd的阴极、下臂侧的开关元件36Rd的第一端子连接的节点38R上连接有输入端子12R。
在与上臂侧的二极管34Su的阳极、上臂侧的开关元件36Su的第二端子、下臂侧的二极管34Sd的阴极、下臂侧的开关元件36Sd的第一端子连接的节点38S上连接有输入端子12S。
在与上臂侧的二极管34Tu的阳极、上臂侧的开关元件36Tu的第二端子、下臂侧的二极管34Td的阴极、下臂侧的开关元件36Td的第一端子连接的节点38T上连接有输入端子12T。
转换器12通过由控制部20控制开关元件36，将三相交流电源的交流电压转换为直流电压。转换器12例如是公知的脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)转换器，但不限于此。
电容器14设置在转换器12的后级。作为电容器14的正极侧的一端与输出线42u连接。作为电容器14的负极侧的一端与输出线42d连接。电容器14使由转换器12转换后输出的直流电压平滑化。
转换器16与输出线42u、42d连接，将由电容器14平滑化后的直流电压转换为交流电压，对马达22施加交流电压，驱动马达22。
电压检测部20a与输出线42u、42d连接，检测电容器14的电压。
在能够转换来自三相交流电源的电力的电力转换装置10上连接有单相交流电源24的情况下，存在功率元件部30R、30S、30T中的任一个都不连接单相交流电源24而成为空闲电路而浪费的问题。另外，与此不同，还存在由于从马达22产生的再生能量，电容器14的电压变得过高的问题。
因此，在本实施方式的电力转换装置10中，在未连接单相交流电源24的相所对应的输入端子12I(12R、12S、12T)和电容器14的任一端之间连接作为无源元件的放电电阻46。并且，控制部20通过控制空闲电路来解决上述问题。
在图1所示的例子中，与未连接单相交流电源24的输入端子12R对应的R相的功率元件部30R成为空闲电路。因此，一端与对应于R相的输入端子12R连接的放电电阻46的另一端经由输出线42d与电容器14的负极侧的一端之间连接。
在电压检测部20a检测出的电容器14的电压超过预定的阈值的情况下，控制部20进行控制，以使与未连接单相交流电源24的输入端子12R连接的上臂侧的开关元件36Ru导通。由此，蓄积在电容器14中的电荷放电，电流按照电容器14的正极、开关元件36Ru、放电电阻46、电容器14的负极的顺序流动。其结果，能够使放电电阻46消耗剩余电力，因此能够降低电压变得过高的电容器14的电压，并且能够有效地利用空闲电路。
另外，一端与输入端子12R连接的放电电阻46的另一端也可以经由输出线42u与电容器14的正极侧的一端连接。在该情况下，控制部20进行控制，以使与连接放电电阻46的输入端子12R连接的下臂侧的开关元件36Rd导通。由此，电流按照电容器14的正极、放电电阻46、开关元件36Rd、电容器14的负极的顺序流动。其结果，使放电电阻46消耗剩余电力，能够降低电容器14的电压，并且能够有效地利用空闲电路。
在控制部20进行上述控制而使放电电阻46消耗剩余电力时，控制部20也可以通过控制与输入端子12S、12T连接的36Su、36Sd、36Tu、36Td，进行使从马达22产生的再生能量返回电源侧的电源再生。由此，可实现再生能量的有效利用。
另外，即使控制部20执行进行使从马达22产生的再生能量返回电源侧的电源再生的控制，在电容器14的电压由于再生能量而超过阈值的情况下，也可以进行控制，以使放电电阻46消耗剩余电力。
如上所述，电力转换装置10能够有效地利用不与单相交流电源24连接而成为空闲电路的功率元件部30R。
另外，也可以代替单相交流电源24，使电池等直流电源经由开关26及电抗器18(18S、18T)与输入端子12S、12T连接。另外，单相交流电源24或直流电源只要与对应于转换器12的三相中的任意两相的两个输入端子12I连接即可，因此也可以与输入端子12R、12T或输入端子12R、12S连接。在这些情况下，放电电阻46可以连接在未连接单相交流电源24或直流电源的一个输入端子12I与电容器14的正极侧或负极侧的一端之间。在放电电阻46的另一端与电容器14的正极侧的一端连接的情况下，使连接有放电电阻46的一端的输入端子12I的相所对应的下臂侧的开关元件36d导通，来使电容器14放电。在放电电阻46的另一端与电容器14的负极侧的一端连接的情况下，使连接有放电电阻46的一端的输入端子12I的相所对应的上臂侧的开关元件36u导通，来使电容器14放电。进而，开关26和电抗器18也可以不是用于三相交流电源，而是用于单相交流电源或直流电源。另外，也可以没有电抗器18，而是在输入端子12R、12S、12T上直接连接有开关26的构成。
[变形例]
上述实施方式也可以进行如下变形。
(变形例1)
图2是变形例1中的电力转换装置10的电路构成图。与上述实施方式不同，在变形例1中，在与未连接单相交流电源24的输入端子12R连接的电抗器18R的电源侧的端子50R和输出线42d之间连接有作为无源元件的放电电阻46。变形例1中的电力转换装置10的动作与上述实施方式中说明的动作相同。在变形例1中，也能够有效利用作为空闲电路的功率元件部30R。在变形例1的情况下，也可以没有电抗器18S、18T中的至少一方，而是在输入端子12S、12T上直接连接有开关26的构成。即，只要在空闲电路的相所对应的输入端子12I(输入端子12R)和开关26之间连接电抗器18(电抗器18R)即可。
(变形例2)
图3是变形例2中的电力转换装置10的电路构成图。与上述实施方式不同，在变形例2中，在与未连接单相交流电源24的输入端子12R连接的电抗器18R的电源侧的端子50R和输出线42d之间连接有作为无源元件的蓄电用电容器60。
在电压检测部20a检测出的电容器14的电压超过预定的阈值的情况下，控制部20进行控制，以使与输入端子12R连接的上臂侧的开关元件36Ru导通。由此，使蓄积在电容器14中的电荷放电，对蓄电用电容器60进行充电。此时，控制部20禁止与输入端子12S、12T连接的36Su、36Sd、36Tu、36Td的控制，由此不进行使从马达22产生的再生能量返回电源侧的电源再生。由此，电力转换装置10能够使用作为空闲电路的功率元件部30R利用剩余电力对蓄电用电容器60进行充电。然后，能够使蓄积在蓄电用电容器60中的能量放电并供给到转换器16。在马达驱动装置的初始动作时，从单相交流电源24供给冲击电流等大的电流，但在变形例2的电力转换装置10中，也从蓄电用电容器60供给电流。因此，蓄电用电容器60作为实现单相交流电源24的削峰的削峰装置发挥作用。在变形例2的情况下，可以没有电抗器18S、18T中的至少一方，而是在输入端子12S、12T上直接连接有开关26的构成。即，只要在空闲电路的相所对应的输入端子12I(输入端子12R)和开关26之间连接电抗器18(电抗器18R)即可。
[能够由实施方式得到的发明]
以下，对能够从上述实施方式及变形例把握的发明进行记载。
一种电力转换装置(10)，具有：转换器(12)，其具有与三相交流电源的各相对应的输入端子(12I、12R、12S、12T)以及开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)，将三相交流电源的交流电压转换为直流电压；以及电容器(14)，其使由转换器(12)转换后的直流电压平滑化。在转换器(12)的三相中的任意两相所对应的两个输入端子(12I、12R、12S、12T)上连接有单相交流电源(24)或直流电源，以将未连接单相交流电源(24)或直流电源的相所对应的一个输入端子(12I、12R、12S、12T)和电容器(14)的一端相连的方式连接有无源元件。
由此，成为能够有效利用空闲电路的电路构成。
也可以是，电力转换装置(10)具备：电压检测部(20a)，其检测电容器(14)的电压；以及控制部(20)，其控制与转换器(12)的各相对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)。也可以是，在电容器(14)的电压超过阈值的情况下，控制部(20使未连接单相交流电源(24)或直流电源的输入端子(12I、12R、12S、12T)的相所对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)导通，来使蓄积在电容器(14)中的电荷放电。由此，能够有效利用空闲电路，来降低电容器(14)的电压。
也可以是，在转换器(12)的三个输入端子(12I、12R、12S、12T)内的至少一个输入端子(12I、12R、12S、12T)的电源侧分别连接有电抗器(18、18R、18S、18T)，无源元件是放电电阻(46)，以将电抗器(18、18R、18S、18T)的输入端子(12I、12R、12S、12T)侧或者电抗器(18、18R、18S、18T)的电源侧和电容器(14)的一端相连的方式连接。
也可以是，控制部(20)通过一边使未连接单相交流电源(24)或直流电源的输入端子(12I、12R、12S、12T)的相所对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)导通，来使蓄积在电容器(14)中的电荷放电，一边控制连接有单相交流电源(24)或直流电源的两个相所对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)，来进行电源再生。由此，能够有效地利用再生的电力。
也可以是，在转换器(12)的三个输入端子(12I、12R、12S、12T)中的至少一个输入端子(12I、12R、12S、12T)的电源侧分别连接有电抗器(18、18R、18S、18T)，无源元件是蓄电用电容器(60)，以将电抗器(18、18R、18S、18T)的电源侧和电容器(14)的一端相连的方式连接。由此，能够利用剩余电力对蓄电用电容器(60)进行充电，能够使蓄积在蓄电用电容器(60)中的能量放电并供给到转换器(16)。
也可以是，控制部(20)通过一边使未连接单相交流电源(24)或直流电源的输入端子(12I、12R、12S、12T)的相所对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)导通，来使蓄积在电容器(14)中的电荷放电，对蓄电用电容器(60)进行充电，一边禁止连接有单相交流电源(24)或直流电源的两个相所对应的开关元件(36、36u、36d、36Ru、36Rd、36Su、36Sd、36Tu、36Td)的控制。由此，能够优先对蓄电用电容器60充电。

Claims (6)

1.一种电力转换装置，其具有：
转换器，其具有与三相交流电源的各相对应的输入端子以及开关元件，将所述三相交流电源的交流电压转换为直流电压；以及
电容器，其使由所述转换器转换后的直流电压平滑化，
所述电力转换装置的特征在于：
在所述转换器的三相中的任意两相所对应的两个所述输入端子上连接有单相交流电源或直流电源，
以将未连接所述单相交流电源或所述直流电源的相所对应的一个所述输入端子和所述电容器的一端相连的方式连接有无源元件。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，具备：
电压检测部，其检测所述电容器的电压；以及
控制部，其控制与所述转换器的各相对应的所述开关元件，
在所述电容器的电压超过阈值的情况下，所述控制部使未连接所述单相交流电源或所述直流电源的所述输入端子的相所对应的所述开关元件导通，来使蓄积在所述电容器中的电荷放电。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
在所述转换器的三个所述输入端子内的至少一个所述输入端子的电源侧分别连接有电抗器，
所述无源元件是放电电阻，以将所述电抗器的所述输入端子侧或所述电抗器的电源侧与所述电容器的一端相连的方式连接。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
所述控制部一边通过使未连接所述单相交流电源或所述直流电源的所述输入端子的相所对应的所述开关元件导通，来使蓄积在所述电容器中的电荷放电，一边控制连接有所述单相交流电源或所述直流电源的两个相所对应的所述开关元件，来进行电源再生。
5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
在所述转换器的三个所述输入端子内的至少一个所述输入端子的电源侧连接有电抗器，
所述无源元件是蓄电用电容器，以将所述电抗器的电源侧和所述电容器的一端相连的方式连接。
6.根据权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
所述控制部一边通过使未连接所述单相交流电源或所述直流电源的所述输入端子的相所对应的所述开关元件导通，来使蓄积在所述电容器中的电荷放电而对所述蓄电用电容器进行充电，一边禁止连接有所述单相交流电源或所述直流电源的两个相所对应的所述开关元件的控制。
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