CN114930704A - 转换装置和功率转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够与各种功率转换系统组合来抑制高次谐波电流的通用性高的转换装置和具备其的功率转换系统。转换装置(4)包括外部端子(Pp、Pn)、平滑电容器(C1、C2)、电流检测器(8)、三相的双向通电开关(SW(r、s、t))和转换控制器(7)。三相的双向通电开关(SW(r、s、t))分别设置在三相交流电抗器(2)的一端与平滑电容器(C1、C2)的中点节点(Nm)之间。转换控制器(7)具有对由电流传感器(8)检测出的三相电流的电流值与预先设定的起动判断值进行比较，在该电流值超过起动判断值时输出内部起动信号的起动判断器，响应内部起动信号而激活三相的双向通电开关(SW(r、s、t))的开关控制。

Description

转换装置和功率转换系统

技术领域

本发明涉及转换装置和功率转换系统，例如涉及抑制高次谐波电流的技术。

背景技术

例如，专利文献1中，示出了一种方式，其在将三相交流转换为直流的功率转换装置中，使三相电源的中间电位的相所对应的双向通电开关，以在该中间电位的电压成为0的前后的期间中成为接通(ON)的方式进行开关动作，由此减少电源电流的高次谐波成分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-60801号公报。

发明内容

发明要解决的问题

例如，在以制冷设备等为代表的各种工业领域中，驱动三相交流电动机等的功率转换系统正在普及。在这样的系统中，通常，为了将输入了的三相交流电源转换为直流，使用三相二极管电桥。但是，该情况下，电源电流中会产生较多的高次谐波，对输电网的不良影响正在成为社会问题。于是，近年来，以IEC(国际电工委员会)的高次谐波限制(IEC61000-3-2(相电流<16A)和IEC61000-3-12(16A<相电流<75A))为代表，在欧洲、中国、日本国内等制定了高次谐波限制。

为了应对这样的高次谐波限制，例如存在想要对包含三相交流电源、三相二极管电桥和平滑电容器的现有的系统嵌入抑制高次谐波电流用的转换装置(换言之是PFC(Power Factor Correction：功率因数矫正)单元)的情况。PFC单元优选在平滑电容器的前方所连接的负载进行工作并且基于高次谐波限制而在该负载中流过某种程度的电流的情况下进行工作。

此处，如专利文献1等所示，在预先一体地嵌入了PFC单元的系统中，例如，能够基于负载的负载电流使PFC单元起动。但是，想要在系统中通过后安装来将PFC单元嵌入的情况下，存在不能使PFC单元适当地起动的可能性。例如，现有的系统内并非预先具备检测负载电流并将该检测结果输出至外部的机制的情况下，可能难以使PFC单元适当地起动。

本发明是鉴于这样的情况得出的，其目的之一在于提供一种能够与各种功率转换系统组合来抑制高次谐波电流的通用性高的转换装置和具备其的功率转换系统。

本发明的上述以及其他目的和新的特征，将根据本说明书的描述和附图说明。

用于解决问题的技术手段

对本申请中公开的实施方式中代表性的实施方式的概要进行简单说明，如下所述。

本发明的代表性的实施方式的转换装置应用在功率转换系统中，该功率转换系统具有：对输入了的三相交流电源进行整流的三相二极管电桥；和插入于所述三相交流电源与所述三相二极管电桥之间的电流通路上的三相交流电抗器，所述转换装置抑制所述三相交流电源中产生的高次谐波电流。该转换装置包括第一和第二外部端子、第一和第二平滑电容器、电流传感器、三相的双向通电开关和转换控制器。第一和第二外部端子分别与三相二极管电桥的一对输出节点连接。第一平滑电容器连接于第一外部端子与中点节点之间，第二平滑电容器连接于第二外部端子与中点节点之间。电流传感器检测三相交流电源的三相电流。三相的双向通电开关分别设置在三相交流电抗器的三相二极管电桥侧的节点与中点节点之间。转换控制器具有对由电流传感器检测出的三相电流的电流值与预先设定的起动判断值进行比较，在该电流值超过起动判断值时输出内部起动信号的起动判断器，转换控制器响应内部起动信号而激活三相的双向通电开关的开关控制。

发明的效果

对用本申请中公开的发明中的代表性的实施方式获得的效果进行简单说明，能够实现一种能与各种功率转换系统组合来抑制高次谐波电流的通用性高的转换装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的功率转换系统的结构例的概略图。

图2是表示图1中的双向开关电路的详细的结构例的电路图。

图3是表示图1中的转换控制器的结构例的框图。

图4是表示图3中的电源电压相位运算器的详细的结构例的图。

图5是表示图4的电源电压相位运算器的动作例的时序图。

图6是表示图3中的电流控制器的详细的结构例的图。

图7是表示图6的变形例的图。

图8是表示一般的升压电路的结构例的电路图。

图9是从图1的功率转换系统中截取了升压电路部分的图。

图10是表示本发明的实施方式2的转换装置中的、图1的转换控制器的结构例的框图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。其中，在用于说明实施方式的全部图中，对于同一部件原则上附加同一符号，并省略其重复的说明。

(实施方式1)

＜功率转换系统的概略＞

图1是表示本发明的实施方式1的功率转换系统的结构例的概略图。图1所示的功率转换系统包括三相交流电抗器2、三相二极管电桥3、平滑电容器Co、转换装置4、直流电压检测器(电压传感器)11、逆变器13、逆变控制器12和监视器16。三相交流电抗器2插入于三相交流电源1与三相二极管电桥3之间的电流通路上，使电源电流平滑化。三相二极管电桥3经由三相交流电抗器2对输入了的三相交流电源1进行全波整流。平滑电容器Co使三相二极管电桥3的输出电压(将负极侧设为接地电压GND的正极侧的输出电压VCC)平滑化。

直流电压检测器(电压传感器)11对三相二极管电桥3的输出节点的电压(输出电压VCC)通过电阻分压进行检测，输出电压检测信号Vdc。逆变器13包括多个开关元件，将生成于三相二极管电桥3的输出节点的直流电压(输出电压VCC)转换为三相交流电压。然后，逆变器13用该三相交流电压驱动三相交流电动机14(例如制冷机用的电动机等)。

转换装置4包括三相交流电源1中产生的高次谐波电流的抑制功能和输出电压VCC的控制功能(升压功能)等，详情后述。本例中，被供给三相二极管电桥3的输出电压(直流电压)VCC的负载是逆变器13，但不限于此，只要是消耗直流电力的各种负载装置即可，例如也可以是直流电动机等。

监视器16例如安装在个人计算机等上级装置中，监视逆变控制器12(和后述的转换控制器7)的工作状态。监视器16例如用基于RS-232C、RS-422、RS-485、USB、Ethernet等有线通信标准、或Bluetooth(注册商标)和Wi-Fi等无线通信标准的通信路径17、15与逆变控制器12(转换控制器7)进行通信。

逆变控制器12例如由微控制器等构成。逆变控制器12例如基于从监视器16输入的运转指令和速度指令生成PWM(Pulse Width Modulation)信号，用该PWM信号对逆变器13内的多个开关元件进行开关控制。

＜转换装置的详情＞

转换装置(换言之是PFC单元)4例如由安装了各种部件的一个配线电路板构成，构成为与包含逆变控制器12和逆变器13的逆变装置独立的装置。转换装置4包括外部端子Pr1、Ps1、Pt1、外部端子Pr2、Ps2、Pt2、外部端子Pp、Pn、外部端子Pd和外部端子Pc。

外部端子Pr1、Ps1、Pt1和外部端子Pr2、Ps2、Pt2以插入于三相交流电抗器2与三相二极管电桥3之间的电流通路上的形式依次设置。外部端子Pp、Pn分别连接至三相二极管电桥3的一对(正极侧和负极侧)的输出节点。对于外部端子Pd，输入来自直流电压检测器(电压传感器)11的电压检测信号Vdc。外部端子Pc是与监视器16之间的通信端子。

另外，转换装置4包括：电压相位检测器5、包含三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt的双向开关电路6、转换控制器7、电流检测器(电流传感器)8、缓冲电路10和平滑电容器C1、C2。电流检测器8设置在外部端子Pr1、Ps1、Pt1与外部端子Pr2、Ps2、Pt2之间，检测三相交流电源1的三相电流。电流检测器8例如由分流电阻元件或电流互感器(CT)等构成，此处，检测R相和T相的相电流，输出R相的电流检测信号Ir和T相的电流检测信号It。

平滑电容器C1连接于外部端子Pp与中点节点Nm之间，平滑电容器C2连接于外部端子Pn与中点节点Nm之间。三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt分别设置在三相交流电抗器2的三相二极管电桥3侧的节点与中点节点Nm之间。更详细而言，三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt的一端分别连接至外部端子Pr2、Ps2、Pt2，并且，经由电流传感器8分别连接至外部端子Pr1、Ps1、Pt1。三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt的另一端经由用电感器和多个二极管构成的缓冲电路10连接至中点节点Nm。

电压相位检测器5连接至外部端子Pr2、Ps2、Pt2，输出用于通过对外部端子Pr2、Ps2、Pt2的各电压进行电阻分压来检测三相交流电源1的电压相位的电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn。转换控制器7例如由微控制器等构成。转换控制器7输入电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn、电流检测信号Ir、It、来自外部端子Pd的电压检测信号Vdc和来自外部端子Pc的各种信号，利用PWM信号Gr、Gs、Gt对双向通电开关SWr、SWs、SWt分别进行开关控制。

另外，转换装置4根据情况也可以构成为包含三相交流电抗器2或三相二极管电桥3中的一方或双方。该情况下，外部端子Pr1、Ps1、Pt1、Pr2、Ps2、Pt2的位置也能够与结构相应地适当改变。

＜双向开关电路的详情＞

图2是表示图1中的双向开关电路的详细的结构例的电路图。图2中，三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt分别由单相二极管电桥和IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)构成。对于双向通电开关SWr、SWs、SWt内的各IGBT，分别用PWM信号Gr、Gs、Gt进行开关控制。另外，双向通电开关SWr、SWs、SWt不限于这样的结构，只要是能够与来自转换控制器7的PWM信号Gr、Gs、Gt相应地控制接通/关断，就可以是其他结构和半导体元件。

＜转换控制器的详情＞

图3是表示图1中的转换控制器的结构例的框图。图3所示的转换控制器7包括：电源电压相位运算器20、PI控制器21、调制波乘法器22、PWM控制器23、断路器24、电流控制器25、起动判断器26、载波发生器27和起动方式切换器28。这些各模块主要用由微控制器内的CPU(Central Processing Unit)进行的程序处理来实现，通过在程序处理中适当使用微控制器内的模拟数字转换器和计时器等来实现。

但是，转换控制器7的各模块不限于微控制器，也可以是一部分或全部由FPGA(Field Programmable Gate Array)或ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)等硬件构成。另外，转换控制器7的各模块不限于使用CPU，也可以用使用DSP(Digital Signal Processor)等的程序处理来实现。这样，转换控制器7的各模块可以用硬件、软件或它们的组合适当构成。

转换控制器7使用这样的各模块，大致以三相交流电源1的电压相位与电流相位的相位差接近零的方式对双向开关电路6内的各双向通电开关SWr、SWs、SWt进行开关控制。由此，转换控制器7改善功率因数，并且抑制高次谐波电流。此时，转换控制器7也能够一边监视电压检测信号Vdc一边以使输出电压(直流电压)VCC成为恒定的方式进行控制。

《关于电源相位检测》

图4是表示图3中的电源电压相位运算器的详细的结构例的图。图4的电源电压相位运算器20包括分压电路33、比较器电路31和内部相位发生器30，简略来说，生成与三相交流电源1的电压相位同步的内部相位θs。分压电路33根据来自电压相位检测器5的三相的电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn的平均值，生成基准电压Vref。比较器电路31对电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn与基准电压Vref进行比较并置换为脉冲信号。内部相位发生器30包括基本电源频率设定器32、相位误差运算器34、PI控制器35和相位更新器36，检测来自比较器电路31的脉冲信号的变化时机(以下称为边沿)，生成内部相位θs。

图5是表示图4的电源电压相位运算器的动作例的时序图。如图5所示，可知脉冲信号与电源电压相位相应地成为高/低电平。例如，电源相位是0deg时Vrn脉冲信号成为上升沿，是120deg时Vsn脉冲信号成为上升沿。该关系因基准电压Vref的大小而变化，但通过用分压电路33生成三相的平均值，电源电压的变动引发的影响变得难以产生。

图4的内部相位发生器30中，相位更新器36根据频率指令值fs而生成内部相位θs。具体而言，内部相位θs如图5所示，例如是按电源频率(电角360deg的电源相位周期)反复“360×N”的计数动作的计数器的计数值等。频率指令值fs表示该计数器的计数速度等。

相位误差运算器34每当检测出电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn的脉冲信号的边沿时(本例中每隔电源相位周期的电角60deg)，生成相位更新设定值θget。相位更新设定值θget表示本来应有的计数值，是每隔电角60deg的、“60×N”、“120×N”……这样的值。另外，相位误差运算器34检测来自相位更新器36的内部相位θs(实际的计数值)与相位更新设定值θget(原本应有的计数值)的相位误差Δθs。

PI控制器35使用PI(比例-积分)控制，计算用于使相位误差Δθs接近零的频率修正值Δfs。对于频率指令值fs，用来自基本电源频率设定器32的规定的电源频率设定值fs0(例如50～60Hz的值)与频率修正值Δfs的合计值进行更新，本例中每隔电角60deg地更新。相位更新器36每隔电角60deg地将内部相位θs更新为相位更新设定值θget，并且以基于频率指令值fs的速度进行计数动作。

另外，此处，使用两个边沿每隔电角60deg地执行运算，但也可以用单个边沿(边沿的下降沿或上升沿中的某一方)进行处理。由此，每隔电角120deg地进行运算，能够减轻微控制器等的处理负荷。另外，也可以不是使用三相全部的而是两相的下降沿和上升沿双方。由此，能够减轻微控制器的处理负荷，且由于删除了一相的电路而能够降低成本。

进而，为了防止噪声等引起的变动，例如也可以构成为每隔电角360deg地执行运算。具体而言，可以对于电角每60deg的相位误差Δθs按电角360deg平均化，使用该平均值计算频率修正值Δfs。另外，在基本电源频率设定器32中，预先设定50Hz或60Hz等电源频率设定值fs0。此时，例如即使设定了55Hz等电源频率设定值fs0的情况下，也可以得到规定的频率修正值Δfs(例如±5Hz)，结果能够与50Hz和60Hz双方兼容。另外，也能够通过用微控制器等的计时器计测脉冲信号的边沿的间隔，而构成为自动设定电源频率设定值fs0。

另外，也能够另外设置基于图4的电源电压相位运算器20的信号进行异常检测的异常检测器。如图5所示，在电源电压相位运算器20中，生成电压相位信号Vrn、Vsn、Vtn的脉冲信号。异常检测器例如对于该各脉冲信号的各边沿，进行边沿间隔的均衡等的比较和判断，由此能够检测电源的三相不平衡和电源缺相等异常。

《关于电流检测》

图3的电流控制器25，简略来说，基于来自电源电压相位运算器20的内部相位θs、和来自电流检测器(电流传感器)8的电流检测信号Ir、It，确定为了使电压相位与电流相位的相位差接近零所需的PWM信号Gr、Gs、Gt的占空比指令值(Khr、Khs、Kht)。换言之，电流控制器25确定为了使三相交流电源1的三相电流接近理想的正弦波电流所需的占空比指令值(Khr、Khs、Kht)。另外，电流检测器8能够检测R相、S相、T相中的至少两相的相电流即可。

图6是表示图3中的电流控制器的详细的结构例的图。图6所示的电流控制器25包括电流指令运算器251、电流再现器252、PI控制器253r、253s、253t。电流再现器252根据两相的电流检测信号Ir、It(具体而言，是经过模拟数字转换器得到的数字信号)计算其余一相的电流检测信号Is。即，因为三相的电流检测信号Ir、Is、It的和是零，所以电流再现器252能够计算出其余一相的电流检测信号Is(＝-Ir-It)。另外，电流再现器252基于三相的电流检测信号Ir、Is、It，计算三相交流电源1中流过的三相电流的电流值(例如有效值Irms)。

电流指令运算器251基于由电源电压相位运算器20生成的内部相位θs、和由电流再现器252(以及电流检测器8)检测出的三相电流的电流值(有效值Irms)，生成表示三相的理想的正弦波电流的三相电流指令Ir＇、Is＇、It＇(具体而言是时序地变化的数字信号)。PI控制器(占空比控制器)253r、253s、253t基于三相电流指令Ir＇、Is＇、It＇与来自电流再现器252的电流检测信号Ir、Is、It(以及用电流检测器8检测出的三相电流)的误差ΔIr、ΔIs、ΔIt，进行PI控制。由此，PI控制器253r、253s、253t分别计算出使该误差ΔIr、ΔIs、ΔIt接近零的调制波(占空比指令值)Khr、Khs、Kht。

图7是表示图6的变形例的图。如图7所示，电流控制器25可以以三相中的某一相(此处是R相)为代表用PI控制器253r进行PI控制，由此计算出调制波Khr，使用三相再现器256计算其余两相的调制波Khs、Kht。具体而言，三相再现器256使调制波Khr的相位前进120deg而生成调制波Khs，前进240deg而生成调制波Kht。

《关于调制波乘法器》

图3的PI控制器(电压控制器)21基于来自外部端子Pd的电压检测信号Vdc所表示的电压值(模拟数字转换后的数字值)与预先设定的电压指令值Vdc*的误差ΔVdc进行PI控制，由此计算出使该误差ΔVdc接近零的调制波增益(操作量)Kv。调制波乘法器22对来自电流控制器25的调制波(占空比指令值)Khr、Khs、Kht按来自PI控制器21的调制波增益Kv进行加权之后输出至PWM控制器23。

具体而言，PI控制器21在电压检测信号Vdc表示的电压值小于电压指令值Vdc*的情况下使调制波增益Kv增大。调制波乘法器22对调制波Khr、Khs、Kht乘以该调制波增益Kv，由此使输出至PWM控制器23的相乘后调制波Khr＇、Khs＇、Kht＇增大。另一方面，PI控制器21在电压检测信号Vdc表示的电压值大于电压指令值Vdc*的情况下使调制波增益Kv减小，与此相应地，调制波乘法器22使相乘后调制波Khr＇、Khs＇、Kht＇减小。通过这样，以使输出电压VCC成为电压指令值Vdc*的方式进行控制。

《关于PWM控制器》

图3的PWM控制器23基于来自电流控制器25的经过调制波乘法器22得到的相乘后调制波(占空比指令值)Khr＇、Khs＇、Kht＇生成三相的PWM信号Gr＇、Gs＇、Gt＇，用其对三相的双向通电开关SWr、SWs、SWt进行开关控制。具体而言，PWM控制器23通过相乘后调制波Khr＇、Khs＇、Kht＇与由载波发生器27生成的载波(三角波或锯齿波)Fc的比较，生成PWM信号Gr＇、Gs＇、Gt＇。此时，载波Fc的频率例如确定为在微控制器等中预先设定的值。

《关于起动方法》

图3的起动判断器26对由电流检测器(电流传感器)8检测并经由电流控制器25计算出的三相电流的电流值(有效值Irms)与预先设定的起动判断值Ith进行比较，在有效值Irms超过起动判断值Ith时输出内部起动信号29a。起动判断值Ith例如基于IEC的高次谐波限制的标准，设定为与系统的额定电流值相应的值。

另外，图3的外部起动信号29b从图1的监视器16经由外部端子Pc输入。起动方式切换器28响应来自起动判断器26的内部起动信号29a或外部输入的外部起动信号29b中的任一者，对起动信号29c进行断言(assert)。此时，起动方式切换器28例如基于从监视器16经由外部端子Pc输入的选择信号、或者在构成转换装置4的配线电路板上安装的选择开关等，确定选择内部起动信号29a和外部起动信号29b中的哪一者。

图3的转换控制器7响应起动信号29c(内部起动信号29a或外部起动信号29b)而激活双向开关电路6的开关控制。本例中，设置有断路器24。断路器24在起动信号29c被断言(使之有效)的情况下，将来自PWM控制器23的PWM信号Gr＇、Gs＇、Gt＇作为PWM信号Gr、Gs、Gt输出。另一方面，断路器24在起动信号29c被无效(否定，negate)的情况下，切断PWM信号Gr＇、Gs＇、Gt＇的输出，使PWM信号Gr、Gs、Gt固定为关断电平。

另外，起动方式切换器28也可以使用内部起动信号29a和外部起动信号29b双方来输出起动信号29c。例如，起动方式切换器28可以即使在响应内部起动信号29a的断言而对起动信号29c进行了断言的情况下，也在外部起动信号29b被无效的情况(换言之，输入了外部切断信号的情况)下，使起动信号29c无效，而使开关控制暂停。

由此，例如，图1的功率转换系统通常工作的期间(进而是转换控制器7响应内部起动信号29a而进行开关控制的期间)中，在逆变器13中发生了过电流等异常的情况下，能够通过使转换控制器7的动作紧急停止来实现保护等。具体而言，监视器16在经由逆变控制器12检测出逆变器13的异常的情况下，使输出至转换控制器7的外部起动信号无效即可(换言之输出外部切断信号即可)。

进而，图3的起动判断器26也能够基于来自电源电压相位运算器20的信号进行起动判断。具体而言，能够如图4和图5所示地，另外设置基于电源电压相位运算器20的信号来检测电源的三相不平衡和电源缺相等异常的异常检测器。该异常检测器例如也可以搭载在起动判断器26内。

该情况下，起动判断器26在由异常检测器检测出异常时，将内部起动信号29a固定为无效电平。具体而言，起动判断器26构成为在由异常检测器检测出异常的情况下，即使在有效值Irms超过起动判断值Ith的情况下，也不对内部起动信号29a(以及起动信号29c)进行断言。另外，起动判断器26构成为在内部起动信号29a已经被断言的状态下由异常检测器检测出异常的情况下，使内部起动信号29a(以及起动信号29c)无效。

另外，断路器24可以切换对于双向开关电路6的开关控制的有效/无效即可，不特别存在设置在转换控制器7的输出级的必要性。例如，断路器24可以通过切断对电流控制器25的内部相位θs的输入而使开关控制暂停，或者也可以通过使转换控制器7全体的动作暂停而使开关控制暂停。

另外，图1中，例如也可以构成为不设置监视器16，而是仅用内部起动信号29a使转换控制器7工作，与此独立地使逆变控制器12工作。或者，也能够构成为不设置监视器16，而是使转换控制器7与逆变控制器12能够直接通信。

＜关于升压动作＞

使用图1的功率转换系统时，例如，也能够通过将图3中的电压指令值Vdc*设定为比基于三相交流电源1的电压振幅等确定的通常的输出电压VCC更高的值而进行升压动作。图8是表示一般的升压电路的结构例的电路图。图8所示的升压电路包括直流电源1＇、电抗器2＇、开关元件6＇、二极管3＇和平滑电容器C12，对作为负载的电阻13＇供给比直流电源1＇的电压更大的电压。

该升压电路中，在开关元件6＇接通的期间中在电抗器2＇中蓄积电力，在开关元件6＇关断的期间中将电抗器2＇中蓄积的电力经由防逆流用的二极管3＇传输至平滑电容器C12，由此进行升压动作。此时的升压能力基于开关元件6＇的工作频率、电抗器2＇的电感值和电抗器2＇中流过的电流的大小来确定。即，想要积极地进行升压的情况下，提高开关元件6＇的工作频率、或增大电感值、或增大电抗器2＇中流过的电流即可。

实际的电路中，变更电抗器2＇的电感值的方法需要工作中的配线作业，因此难以应用。于是，实用上优选使用增大电抗器2＇中流过的电流的方法、或提高开关元件6＇的工作频率的方法。使用前者的方法的情况下，一边监视平滑电容器C12的两端电压，一边控制为使开关元件6＇的接通时间适当变长即可。

图9是从图1的功率转换系统中截取了升压电路部分的图。图8中的电抗器2＇、开关元件6＇、二极管3＇、平滑电容器C12和电阻13＇分别对应于图9中的三相交流电抗器2、双向开关电路6、三相二极管电桥3、平滑电容器C1、C2和逆变器13。

这样，图9的功率转换系统中，存在与图8的升压电路同样的部件，因此能够用同样的工作原理进行升压动作。图8与图9的差异在于直流电源1＇被置换为三相交流电源1。使用三相交流电源1的情况下，进行升压的电路响应三相交流电源1的相位而在各相间切换，是交替地反复升压动作这样的动作。此时，图3的调制波乘法器22通过根据电压检测信号Vdc表示的电压值与电压指令值Vdc*的误差，对调制波(占空比指令值)Khr、Khs、Kht进行加权，来对输出电压VCC进行升压。

＜实施方式1的主要效果＞

以上，通过使用实施方式1的方式，作为第一效果，能够实现一种能够与各种功率转换系统组合来抑制高次谐波电流的通用性高的转换装置。作为具体例，设想预先一体地构成图1的功率转换系统的情况。该情况下，将图1的平滑电容器Co置换为平滑电容器C1、C2这样的结构，逆变控制器12等响应检测出的负载电流而使转换控制器7适当地起动即可。

另一方面，设想在从图1的功率转换系统中省去转换装置4的现有的系统中通过后安装嵌入转换装置4的情况。该情况下，为了使转换控制器7适当地起动，逆变控制器12等需要对转换控制器7输出起动信号。但是，现有的系统中不一定具备输出这样的起动信号的机制。与此相对，图1的转换装置4包括电流检测器(电流传感器)8和图3的起动判断器26等，由此即使在没有输入来自外部的起动信号的情况下也能够根据自身的判断来起动。

另外，双向开关电路6的一端连接至平滑电容器C1、C2的中点节点Nm，但在包括平滑电容器Co的现有的系统中，可能难以得到这样的中点节点Nm。与此相对，图1的转换装置7包括平滑电容器C1、C2，由此能够自身形成中点节点Nm。因此，能够实现通用性高的转换装置。

另外，作为第二效果，能够适当地确定抑制高次谐波的期间。具体而言，高次谐波限制中，需要限制三相交流电源1的电源电流中的高次谐波，所以为了适当地确定抑制高次谐波的期间，优选更高精度地检测该电源电流。使用图1的转换装置4的情况下，能够在电流检测器8的位置高精度地检测该电源电流。

另一方面，作为比较对象，如上所述，逆变控制器12输出起动信号的情况下，三相交流电源1的电源电流例如基于逆变器3的输出电力(逆变器3的输入电压或逆变器3的输出电流)来推定。即，逆变控制器12通常基于用传感器检测逆变器3的输入电压或逆变器3的输出电流得到的结果，输出起动信号。但是，三相交流电源1的电源电流与逆变器3的输出电力的关系实际上因功率转换效率和功率因数等而变化，所以不一定能够高精度地推定三相交流电源1的电源电流。

另外，作为第三效果，通过使用电流检测器8，能够容易地提高高次谐波的抑制效果。例如，考虑不进行电流检测，预先通过模拟等确定用于使电流波形接近正弦波的占空比的变化方式并将其预先登录在表等中的方式。该情况下，各种驱动条件改变时，应当在表中登录的最优值也可能改变，所以可能产生对表进行适当编辑的必要性等。另一方面，图1的转换装置7用电流检测器8直接观测电流波形并用图3的电流控制器25计算适当的占空比，因此即使在各种驱动条件改变的情况下也能够使电流波形高精度地接近正弦波。

(实施方式2)

＜转换控制器的详情＞

图10是表示本发明的实施方式2的转换装置中的、图1的转换控制器的结构例的框图。上述图3和图9的结构例中，调制波乘法器22对调制波Khr、Khs、Kht按来自PI控制器(电压控制器)21的调制波增益(操作量)Kv进行加权来调整占空比，由此进行输出电压VCC的恒定控制。另一方面，图10的结构例中，通过使PWM控制器23中使用的载波Fc的频率基于来自PI控制器21的调制波增益Kv变化，来进行输出电压VCC的恒定控制。

图10的结构例与图3的结构例相比，来自PI控制器21的调制波增益Kv的输出目标不同。图10中，载波发生器27基于该调制波增益Kv控制工作频率，由此使载波Fc的频率(以及双向开关电路6的开关频率)基于调制波增益Kv变化。具体而言，电压检测信号Vdc表示的电压值小于电压指令值Vdc*的情况下，调制波增益Kv增大，载波Fc的频率提高。相反，电压检测信号Vdc表示的电压值大于电压指令值Vdc*的情况下，调制波增益Kv减小，载波Fc的频率降低。

＜实施方式2的主要效果＞

以上，通过使用实施方式2的方式，也可以获得与实施方式1中叙述的各种效果同样的效果。另外，如实施方式1的方式所示，使载波Fc的频率恒定地控制占空比的方式中，开关损耗等受到抑制，但存在使电流波形接近正弦波时的精度降低的情况。与此不同，实施方式2的方式中，使电流波形接近正弦波时的精度提高，能够提高高次谐波的抑制效果。

以上，基于实施方式具体地说明了本发明人得出的发明，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

符号说明

1 三相交流电源

2 三相交流电抗器

3 三相二极管电桥

4 转换装置

7 转换控制器

8 电流检测器(电流传感器)

12 逆变控制器

13 逆变器

16 监视器

20 电源电压相位运算器

21 PI控制器(电压控制器)

22 调制波乘法器

23 PWM控制器

25 电流控制器

26 起动判断器

27 载波发生器

29a 内部起动信号

29b 外部起动信号

C1、C2、Co 平滑电容器

Fc 载波

Gr、Gs、Gt PWM信号

Ith 起动判断值

Khr、Khs、Kht 调制波(占空比指令值)

Kv 调制波增益(操作量)

Nm 中点节点

Pr1、Ps1、Pt1、Pr2、Ps2、Pt2、Pp、Pn、Pd、Pc 外部端子

SWr、SWs、SWt 双向通电开关

VCC 输出电压(直流电压)

Vdc 电压检测信号

Vdc* 电压指令值

θs 内部相位

Claims (10)

1.一种转换装置，其应用在功率转换系统中，该功率转换系统具有：对输入了的三相交流电源进行整流的三相二极管电桥；和插入于所述三相交流电源与所述三相二极管电桥之间的电流通路上的三相交流电抗器，所述转换装置抑制所述三相交流电源中产生的高次谐波电流，其特征在于，具有：

与所述三相二极管电桥的一对输出节点分别连接的第一外部端子和第二外部端子；

连接于所述第一外部端子与中点节点之间的第一平滑电容器；

连接于所述第二外部端子与所述中点节点之间的第二平滑电容器；

检测所述三相交流电源的三相电流的电流传感器；

三相的双向通电开关，其分别设置在所述三相交流电抗器的所述三相二极管电桥侧的节点与所述中点节点之间；和

转换控制器，其对所述三相的双向通电开关进行开关控制，

所述转换控制器具有起动判断器，所述起动判断器对由所述电流传感器检测出的所述三相电流的电流值与预先设定的起动判断值进行比较，在所述电流值超过所述起动判断值时输出内部起动信号，所述转换控制器响应所述内部起动信号而激活所述开关控制。

2.如权利要求1所述的转换装置，其特征在于：

还具有输入外部起动信号的第三外部端子，

所述转换控制器响应所述内部起动信号和所述外部起动信号中的任一者，而激活所述开关控制。

3.如权利要求1所述的转换装置，其特征在于：

还具有输入外部起动信号的第三外部端子，

所述转换控制器响应所述外部起动信号之无效，而使所述开关控制暂停。

4.如权利要求1所述的转换装置，其特征在于：

还具有依次设置在所述三相交流电抗器与所述三相二极管电桥之间的电流通路上的第四外部端子和第五外部端子，

所述电流传感器设置在所述第四外部端子与所述第五外部端子之间，

所述三相的双向通电开关的一端经由所述电流传感器与所述第四外部端子连接。

5.如权利要求1所述的转换装置，其特征在于：

所述转换控制器还具有：

电源电压相位运算器，其生成与所述三相交流电源的电压相位同步的内部相位；

电流控制器，其基于由所述电源电压相位运算器生成的所述内部相位和由所述电流传感器检测出的所述三相电流，计算为了使所述三相电流接近理想的正弦波电流所需的占空比指令值；和

PWM控制器，其基于来自所述电流控制器的所述占空比指令值来生成三相的PWM信号，使用所述三相的PWM信号对所述三相的双向通电开关进行开关控制。

6.如权利要求5所述的转换装置，其特征在于，具有：

第六外部端子，其输入以所述三相二极管电桥的所述输出节点的电压为检测对象的电压检测信号；

电压控制器，其基于所述电压检测信号所表示的电压值与预先设定的电压指令值的误差，计算使该误差接近零的操作量；和

调制波乘法器，其对来自所述电流控制器的所述占空比指令值按来自所述电压控制器的所述操作量进行加权之后将其输出至所述PWM控制器。

7.如权利要求5所述的转换装置，其特征在于，具有：

第六外部端子，其输入以所述三相二极管电桥的所述输出节点的电压为检测对象的电压检测信号；

电压控制器，其基于所述电压检测信号所表示的电压值与预先设定的电压指令值的误差，计算使该误差接近零的操作量；和

载波发生器，其生成所述PWM控制器中使用的载波，使所述载波的频率基于来自所述电压控制器的所述操作量而进行变化。

8.一种功率转换系统，其具有：

三相二极管电桥，其对输入了的三相交流电源进行整流；

第三平滑电容器，其使所述三相二极管电桥的输出电压平滑化；

三相交流电抗器，其插入于所述三相交流电源与所述三相二极管电桥之间的电流通路上；和

转换装置，其抑制所述三相交流电源中产生的高次谐波电流，

所述功率转换系统的特征在于，

所述转换装置具有：

与所述三相二极管电桥的一对输出节点分别连接的第一外部端子和第二外部端子；

连接于所述第一外部端子与中点节点之间的第一平滑电容器；

连接于所述第二外部端子与所述中点节点之间的第二平滑电容器；

检测所述三相交流电源的三相电流的电流传感器；

三相的双向通电开关，其分别设置在所述三相交流电抗器的所述三相二极管电桥侧的节点与所述中点节点之间；和

转换控制器，其对所述三相的双向通电开关进行开关控制，

所述转换控制器具有起动判断器，所述起动判断器对由所述电流传感器检测出的所述三相电流的电流值与预先设定的起动判断值进行比较，并在所述电流值超过所述起动判断值时输出内部起动信号，所述转换控制器响应所述内部起动信号而激活所述开关控制。

9.如权利要求8所述的功率转换系统，其特征在于，具有：

逆变器，其包含多个开关元件，将生成于所述三相二极管电桥的所述输出节点的直流电压转换为三相交流电压；

逆变控制器，其对所述逆变器内的所述多个开关元件进行开关控制；和

监视所述逆变控制器的动作的监视器，

所述转换装置具有作为与所述监视器之间的通信端子的第三外部端子。

10.如权利要求9所述的功率转换系统，其特征在于：

对所述第三外部端子能够输入外部起动信号，

所述转换控制器响应所述外部起动信号之无效，而使所述开关控制暂停。

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