CN113261195A - 电力转换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换系统，其目的在于小型化同时提高可靠性。并且，目的在于减少噪声。本发明的电力转换系统具有对第一电动机供给电力的第一电力转换装置和对与所述第一电动机不同的电动机供给电力的第二电力转换装置，其中，所述第一电力转换装置和所述第二电力转换装置各自具有对要提供给电动机的电力进行转换的电力转换部和控制所述电力转换部的控制部，所述第一电力转换装置具备对所述控制部供电的变压器部，所述第一电力转换装置内的所述变压器部对所述第二电力转换装置内的所述控制部供电。

Description

电力转换系统
技术领域
本发明涉及电力转换系统，特别涉及对多台旋转电机进行控制的电力转换系统。
背景技术
在节能的观点上，使用电力转换装置对电动机进行变速驱动的装置已在各种工业机器和家用电器(家电)等中被采用。一台机器内使用的电动机的输出和额定值大小都不同的情况较多，关于动作也对每台电动机要求不同的动作。因此，每台电动机需要至少一台电力转换装置。作为使用多个这样的电动机与电力转换装置的组合的系统，例如可以举出专利文献1。
根据专利文献1中记载的技术，公开了以下结构：具有驱动室内空调用的空气压缩机的电动机和压缩机用电动机驱动电路，还具有室外风扇用的电动机和驱动它的风扇用电动机驱动电路。压缩机用电动机驱动电路由用二极管、平滑电容器构成的直流电源、以及用二极管、晶体管构成的逆变器及其控制电路构成。另一方面，风扇用电动机驱动电路由用二极管、晶体管构成的逆变器及其控制电路构成，从压缩机用电动机驱动电路的直流电源接受供电供。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-83141号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来的机器更加复杂化，一台装置内使用的电动机和电力转换装置的数量及其需要的部件个数存在增加的倾向，对于电动机和电力转换装置要求小型化/削减部件个数。特别是，存在仅因一个部件损坏、装置就不能正常地发挥功能的风险，部件个数越增多，则故障的风险越高，所以也可以认为部件个数的削减直接关系到可靠性的提高。
专利文献1中，也记载了风扇用电动机驱动电路从压缩机用电动机驱动电路接受直流电压，由此能够省略二极管和平滑电容器而实现小型化。
然而，实际的电力转换装置中，存在专利文献1中未图示的较多的部件，但专利文献1并未提及这些部件，小型化的效果并不大。
另外，连接了多个电力转换装置这样的电路的情况下，也易于传播噪声，所以要求能够用更简便的结构减少噪声的系统结构。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，例如应用权利要求书中记载的发明。即，一种电力转换系统，具有对第一电动机供电的第一电力转换装置和对与所述第一电动机不同的电动机供电的第二电力转换装置，其中，所述第一电力转换装置和所述第二电力转换装置各自具有对要提供给电动机的电力进行转换的电力转换部和控制所述电力转换部的控制部，所述第一电力转换装置具有对多个所述控制部供电的变压器部。
另外，作为其他结构，是一种电力转换系统，具有控制多个电动机的多个电力转换装置，其中，所述电力转换装置具有对各个所述电动机供给电力的电力转换部和控制所述电力转换部的控制部；一个电力转换装置内的变压器部生成驱动所述控制部的控制电力，对另一个电力转换装置内的控制部提供所述控制电力，所述变压器部的负侧连接至所述另一个电力转换装置内的基准电位或接地电位。
发明效果
根据本发明的一个方面，在电连接的多个电力转换装置中，通过削减部件个数，能够实现小型化和可靠性的提高。另外，能够减少在电力转换装置间传播的噪声。
本发明的其他课题和效果将通过以下记载说明。
附图说明
图1是表示应用了本发明的实施例1的空气压缩机的结构的图。
图2是表示应用了本发明的实施例1的电力转换系统的结构的图。
图3(a)是表示应用了本发明的实施例1的电力转换系统的变形例的示意图。
图3(b)是表示应用了本发明的实施例1的电力转换系统的变形例的示意图。
图4是表示应用了本发明的实施例2的电力转换系统的结构的图。
图5是说明应用了本发明的实施例1、2的电力转换系统的电位的图。
图6是表示应用了本发明的实施例3的电力转换系统的结构的图。
具体实施方式
实施例1
在图1中示出将本发明应用于将空气等气体压缩的压缩机1的例子。压缩机1主要具备压缩机主体301、电动机101、供给电力的电力转换装置201、风扇501、电动机102、电力转换装置202和控制部302。
电动机101是三相电动机，通过在定子线圈中流动电流而产生磁场，转子和旋转轴旋转。电动机101是径向间隙型电动机、轴向间隙型电动机或直线电动机等，其形式可以应用各种各样的。
电力转换装置201对从电源(未图示)供给的电力进行转换并对电动机101的定子线圈供给。详情在后文中叙述。
压缩机主体301直接或者经由齿轮和传动带等连结至电动机101的旋转轴，因电动机的旋转，压缩机的转子、卷体、活塞或其他压缩机构驱动，由此吸入气体并喷出压缩气体。
控制部302例如具有通过运算装置与程序的协作而进行压缩机1的全体控制的功能部。一部分也可以是模拟控制结构。控制部302与电力转换装置201、202和压缩机配管系统中配置的压力传感器/温度传感器等可通信地连接。
另外，控制部302也具有用户I/F，也能够输入压力设定值等各种操作指示，也能够输出喷出气体压力和电动机101等的转速和电力转换装置202等的输出频率，通知各种错误信息等(显示、声音、振动等)。
作为控制例，接受压缩机1的配管系统(未图示)中配置的压力检测器和温度检测器等传感器的输入，对后述的电力转换装置201和202发送频率指令值，对电动机101、102的转速进行变速控制，或输出配管系统中的阀体(电磁阀等)的控制指令。
另外，本实施例中，控制部302具有通信I/F，也能够进行其和与有线/无线的通信线路连接的控制部303之间的控制信息和运转信息的收发。各控制部输出的控制的种类能够用控制部302、303任意构成。作为通信线路，例如能够应用近距离、中距离、远程无线通信、或LAN/WAN/互联网或者它们的组合构成的通信网络。另外，控制部303能够应用PC、服务器装置或便携信息终端等。
风扇501根据控制部302等的指示，被电动机102和电力转换装置202驱动。因气体的压缩作用，从压缩机主体301喷出的压缩气体成为高温。风扇501生成经由热交换器等使其冷却用的冷却风。作为风扇，例如能够应用离心式或螺旋桨式等各种叶片。
本实施例中，从驱动电动机101的电源系统供给驱动电动机102的电力。以下，说明电力转换装置201、202和电源系统。
在图2中示出电动机101、电力转换装置201和电力转换装置202的结构。电动机101的定子线圈由至少2组以上的U相/V相/W相构成，分别从电力转换装置201内的电力转换单元211、221对构成各组的线圈供电。换言之，电力转换装置201由电力转换单元211、221这样的多个(本例中是2个)电力转换单元构成，分别对电动机101供电。
电力转换单元211具有将从交流电源RST输入的电力转换为直流的直流转换部212、平滑电容器213、将直流电流转换为要求的频率的频率转换部214、输出对构成频率转换部214的开关元件的控制信号的频率控制部215。从平滑电容器213与频率转换部214并联地设置变压器216，用变压器216生成对频率控制部215施加的电压(或电力)、和对频率转换部214的栅极施加的电压(或电力)。一般而言，开关元件的栅极电压比作为频率控制部的IC和微型计算机的驱动电压大。
电力转换单元221与电力转换单元211同样地具有与交流电源连接的直流转换部222、平滑电容器223、频率转换部224、变压器226。对频率转换部224的控制信号是从转换单元211内的频率控制部215供给的。这样，在控制1台电动机101的电力转换单元211、221中，通过使频率控制部215共用，能够将直流电流转换为同一频率。从而，能够使对于电动机101从转换单元211供给的电流与从转换单元221供给的电流同步，使电动机101的动作变得稳定。
可以在交流电源RST与电力转换单元211、221之间如图2所示地配置噪声滤波器203。本实施例中使用的噪声滤波电路203具有三相的电容器和与各电容器并联地连接的压敏电阻、在三相的中性点与GND之间串联地连接的压敏电阻241和浪涌放电器242。该压敏电阻241和浪涌放电器242具有通过在被施加非常大的噪声电压时使电阻大幅减小，而使发生的电流向GND逃逸的功能。通过具有该压敏电阻241与浪涌放电器242与GND串联地连接的噪声滤波电路203，能够使从电源侧进入的噪声不在电力转换装置201内传播而是流向GND。
因为对电力转换装置202的电力供给经由电力转换单元221，所以也能够削减电力转换装置202用的噪声滤波器。另外，噪声滤波器203自身的电路结构不限定于本例。
电力转换装置202具有频率转换部234、输出对频率转换部234的控制信号的频率控制部235。电力从电力转换单元221的直流母线供给，被频率转换部234转换为规定频率的交流电流并被供给至电动机102的各绕组。频率转换部234具有多个开关元件，通过根据来自频率控制部的指令切换各元件的ON/OFF而将直流电流转换为交流电流。即，频率控制部235进行频率转换部234的转换动作的控制。
频率控制部235的驱动电压和频率转换部234的栅极电压从转换单元221内的变压器226输入。对于转换单元221内的平滑电容器223并联地设置了变压器226。用该变压器226生成驱动频率控制部235的电力，其被输送至电力转换装置202内的频率控制部235。变压器226的正侧电位与平滑电容器223的上游侧连接，变压器226的负侧电位(接地电位)N与平滑电容器223的下游侧连接。
如以上所述，通过在转换单元211、221中使频率控制部共用，无需在转换单元221内设置频率控制部，能够小型化。另外，通过从1台频率控制部对多个频率转换部214、224输出相同的信号，无需实现频率转换部214、224之间的同步，能够用两个频率转换部控制1台电动机。另外，通过使电力转换单元221内的变压器226在电力转换单元221和电力转换装置202中共用，能够实现电力转换装置202的小型化。另外，频率控制部和变压器的数量减少，由此存在发生故障的可能性的部件的数量减少，装置整体上能够使可靠性提高。
本实施例的结构中，电动机101与102的输出的大小关系并不特别限定。可以是电动机101的输出大，也可以是电动机102的大。
另外，电动机102的输出较小时小型化的效果大。电动机的输出小表示需要的电力量也较少。所以，与电动机101相比102的输出小的情况下，电力转换装置202内的晶体管等部件能够使用与电力转换单元211和221内的部件相比耐压更小、尺寸也更小的部件。因此，将共用部件配置至更大的部件较多的电力转换装置侧201、削减在尺寸小的部件较多的电力转换装置202中配置的部件的数量时，整体上能够更小型地构成。从而，本实施例中，电力转换装置202侧的电动机102的输出较小时，与相反的情况相比，小型化的优点较大。
＜变形例＞
本实施例的结构中，是使供给驱动电动机101的电力的电力转换装置201由两个转换单元构成的例子，但本发明不限定于此，也可以由任一方构成。另外，也可以是配置多个电力转换装置202的结构。在图3中示出使电力转换装置201内的结构简化、与电力转换装置202连接的情况下的示意图。另外，图3中，详细的电路结构仅描绘省略后的主要的要素。
图3(a)的情况下，是电力转换装置201内的变压器216对频率控制部215、频率转换部214的栅极、频率控制部235和频率转换部234的栅极供给工作电压的结构。也可以是像这样使电力转换装置201内成为单独的单元的结构。
图3(b)的情况下，示出电力转换装置201内的结构保持原状、对于电力转换单元221并联地连接了多个电力转换装置202与电动机102的组的示意图。该情况下，是从电力转换装置201的转换单元221内的变压器226对多个电力转换装置202的频率控制部供给工作电压的结构。即使是这些结构，通过不是对于每个电力转换装置(或者转换单元电路板)设置变压器而是从协作的系统内的某一处变压器接受电力供给，也能够削减其他电力转换装置的变压器，使可靠性提高。
另外，以上说明的结构中都是第二电力转换装置经由第一电力转换装置与交流电源连接，但也可以是电力转换装置202直接从交流电源接受电源供给的结构。该情况下，需要在电力转换装置202内与电力转换装置201同样地设置二极管和平滑电容器。
实施例2
在图4中示出实施例2的电动机101、电动机102、电力转换装置201和电力转换装置202的结构。电力转换单元221和电力转换装置202以外的结构与实施例1是同样的，所以省略说明。
本实施例的电力转换单元221与实施例1同样地具有对电力转换装置202供给电力用的变压器227。变压器227的(正侧电位)与平滑电容器223的上游侧连接，变压器227的负侧电位(接地电位)N与电力转换装置202内的基准电位连接。实施例1的结构中，变压器226的电位都是与平滑电容器223相同的基准电位。因为平滑电容器223与频率转换部234并联地连接，所以存在因频率转换部234内的开关元件的开闭动作而在电力转换单元221内的直流母线中产生噪声的风险。特别是在与对电力转换单元221内的直流母线施加的电压相比、由变压器226生成的电压较小的情况下，易于产生噪声。关于这样的噪声传播的路径，使用图5说明各结构下的电位的分离的状态。
分别在图5(a)中示出实施例1的电力转换单元221与电力转换装置202的电位的分离的说明图，在图5(b)中示出实施例2的电力转换单元221与电力转换装置202的电位的分离的说明图。图5(a)中，频率转换装置224和频率控制部235都连接至同一基准电位(N电位)，所以形成了电流经由该N电位环状地流动的路径(环路)。存在噪声在该环路中传播、电力转换单元221内的频率转换部224等的动作引起的噪声等对电力转换装置202内的频率控制部235造成影响的风险。
与此相对，对应于本实施例的图5(b)中，对于变压器227的负侧电位，使电力转换单元221内的基准电位即N电位、与电力转换装置202内的基准电位即N5电位成为不同的电位，使变压器的负侧电位分别连接至双方的基准电位，由此使对频率转换部224施加的电压的基准电位、与对电力转换装置202施加的电压的基准电位分离。使变压器227的基准电位分离时，图5(b)中不能形成如图5(a)所示的包括N电位和频率转换部235的环路，N电位与N5电位仅在电力转换装置202内部的一点连接。因此，能够大幅减少连接至N电位的频率转换部224中产生的噪声通过环路传播至电力转换装置202的频率控制部235的情况。特别是，电动机101比电动机102容量更大的情况下，在电力转换单元221内流动的电流比在电力转换装置202内流动的电流更大，产生的噪声也更大，所以因电位分离而实现的噪声减少效果较大。
这样，通过采用按变压器227的供给目标区分基准电位的结构，能够减少电力转换单元221内的频率转换部224等的动作引起的噪声等传播至电力转换装置202内的频率控制部235的风险。另外，与实施例1同样地，通过电力转换装置201内的频率控制部的共用化和电力转换装置201与电力转换装置202的变压器共用化，也实现小型化/提高可靠性的效果。另外，本实施例的结构对于图3这样的变形例也能够应用。
实施例3
在图6中示出实施例3的电动机101、电动机102、电力转换装置201和电力转换装置202的结构。与之前的实施例的差异在于噪声滤波电路203的位置。实施例1、2中将噪声滤波电路配置在电路从交流电源分支至电力转换单元211、221之前。与此相对，实施例3中噪声滤波电路配置在电力转换单元211内，从电力转换单元221和电力转换装置202内省去。
噪声滤波电路203具有三相的电容器和与各电容器并联地连接的压敏电阻、在三相的中性点与GND之间串联地连接的压敏电阻241和浪涌放电器242。该压敏电阻241和浪涌放电器242具有使在被施加非常大的噪声电压时发生的电流向GND逃逸的功能。通过具有该压敏电阻241与浪涌放电器242与GND串联地连接的噪声滤波电路203，能够在从电源侧进入的噪声在电力转换装置201内传播之前，除去噪声。
因为仅在电力转换单元211侧具有噪声滤波电路203，所以看起来噪声向电力转换单元221侧传播，但因为噪声产生时压敏电阻241与浪涌放电器242的电阻与其他元件相比大幅降低，所以噪声积极地流入噪声滤波电路203，向GND释放。从而，该噪声滤波电路203如果是在电力转换装置201内，则设置在电力转换单元211、221的任一方中即可。另外，本实施例的噪声滤波电路203目的在于除去来自电源侧的高电压的噪声，所以即使配置在任一方的电力转换单元内的情况下，也优选设置在直流转换部212或222的上游(接近电源的一侧)。
另外，也可以如图6所示，是还用变压器218、228生成电力，从外部端子219、229向电力转换装置201外输出而对压缩机1内需要电力的部件(控制部302、以及控制无线通信用单元、电磁阀、油泵的电力转换装置、以及控制使电力转换装置201和202冷却用的专用风扇的其他电力转换装置等)供电的结构。
通过采用这样的结构，能够将用电力转换装置201内的噪声滤波器203除去噪声后的电力对其他机器供给。另外，因为能够使用在电力转换装置201内降压后的电压，所以不需要自动电压调节器，能够削减部件个数和削减成本。
另外，本实施例的结构对于图3这样的变形例也能够应用，关于结构与其他实施例相同的部分实现同样的效果。
以上说明了实施本发明的实施例，但本发明不限定于上述例子，能够在不违背其主旨的范围内进行各种变更。例如，也能够将一个实施例的结构的一部分或全部置换为其他实施例的一部分或全部。
另外，上述例子中，以压缩机1为应用例进行了说明，作为能够应用的气体压缩机，可以是对压缩工作室供给水或油等液体的供液式或者不使用它们的非供液式、具有多个压缩机主体的多级式等，作为压缩机构，可以是螺杆型、涡旋型、往复型、涡轮型、叶片型等。
另外，不仅能够应用于压缩机以外的泵/送风机/风扇等各种流体机械，除此之外也能够应用于以电动机为动力源的机器或通过旋转电机发电的发电机系统等。
另外，本实施例的结构中电力转换装置202驱动的电动机是冷却风扇用的电动机，但除此以外也可以是驱动使用水或油的液冷用的泵的电动机等。
附图标记说明
1：压缩机
101、102：电动机，
201、202：电力转换装置，
211、221：电力转换单元，
212、222：直流转换部，
213、223：平滑电容器，
214、224、234：频率转换部，
215、235：频率控制部，
216、218、226、227、228：变压器部，
301：压缩机主体，
302、303：控制部，
501：风扇。

Claims (15)

1.一种电力转换系统，具有对第一电动机供电的第一电力转换装置和对与所述第一电动机不同的电动机供电的第二电力转换装置，所述电力转换系统的特征在于：
所述第一电力转换装置和所述第二电力转换装置各自具有对要提供给电动机的电力进行转换的电力转换部和控制所述电力转换部的控制部，
所述第一电力转换装置具有对所述控制部供电的变压器部，
所述第一电力转换装置内的所述变压器部对所述第二电力转换装置内的所述控制部供电。
2.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：
所述第一电力转换装置由第一电力转换单元和第二电力转换单元构成，
所述第一电力转换单元和所述第二电力转换单元各自具有所述电力转换部和所述变压器部，
所述第一电力转换单元内的控制部控制所述第一电力转换单元内的所述电力转换部和所述第二电力转换单元内的所述电力转换部，
所述第二电力转换单元内的所述变压器部对所述第二电力转换装置内的所述控制部供电。
3.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：
所述第二电力转换装置是经由所述第一电力转换装置而从电源接受供电的。
4.如权利要求2所述的电力转换系统，其特征在于：
所述第二电力转换装置是经由所述第二电力转换单元而从电源接受供电的。
5.如权利要求1或2所述的电力转换系统，其特征在于：
所述电力转换系统具有噪声滤波器，
所述噪声滤波器位于电源与所述第一电力转换装置之间。
6.如权利要求2所述的电力转换系统，其特征在于：
所述电力转换系统具有包括浪涌放电器和压敏电阻的噪声滤波器，
所述噪声滤波器位于所述第一单元内的电源一侧。
7.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：
所述变压器部除了对所述控制部供电之外还对构成所述电力转换部的晶体管的栅极电压供电。
8.如权利要求1所述的电力转换系统，其特征在于：
所述第一电动机的输出大于所述第二电动机的输出。
9.如权利要求8所述的电力转换系统，其特征在于：
所述第一电力转换装置的大小大于所述第二电力转换装置的大小。
10.一种具有控制多个电动机的多个电力转换装置的电力转换系统，其特征在于：
所述电力转换装置具有对各个所述电动机供电的电力转换部和控制所述电力转换部的控制部，
一个电力转换装置内的变压器部生成驱动所述控制部的控制电力，并对另一个电力转换装置内的控制部提供所述控制电力，
所述变压器部的负侧连接至所述另一个电力转换装置内的基准电位或接地电位。
11.如权利要求10所述的电力转换系统，其特征在于：
所述一个电力转换装置具有多个电力转换部，
所述一个电力转换装置的控制部控制所述一个电力转换装置内的多个电力转换部。
12.如权利要求10所述的电力转换系统，其特征在于：
所述变压器部除了对所述控制部供电之外还对构成所述电力转换部的晶体管的栅极电压供电。
13.如权利要求10所述的电力转换系统，其特征在于：
所述一个电力转换装置所控制的所述电动机，是输出大于所述另一个电力转换装置所控制的所述电动机的输出的电动机。
14.如权利要求13所述的电力转换系统，其特征在于：
所述一个电力转换装置的大小大于所述另一个电力转换装置的大小。
15.一种用多个电力转换装置控制多个电动机的电力转换系统，其特征在于：
所述电力转换装置具有对电力进行转换的电力转换部、控制所述电力转换部的控制部、以及生成要对所述控制部提供的电力的变压器部，
多个所述电力转换装置共用至少一个所述变压器部。
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