JP3950382B2

JP3950382B2 - 回生型直流コンバータおよび直流モータシステム

Info

Publication number: JP3950382B2
Application number: JP2002219778A
Authority: JP
Inventors: ブラスコヴラディミル
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: DE10234175A1; US6636693B2; JP2003088174A; US20030021594A1; DE10234175B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御された電機子電流および界磁電流を直流モータに供給するためのダイオードを備えた３相マトリックスコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マトリックスコンバータは、主に、交流電力から交流電力への直接の変換を行うものとして開発されてきた。通常、多相入力電力から多相出力電力への変換が行われる。つまり３相以上の電力が入力および出力に関与する。半導体産業における近年の発展に起因して、マトリックスコンバータは、半導体スイッチおよび逆平行ダイオードを備えた３相直流回生変換器の技術分野において、競争が激化している。
【０００３】
図１には、３相入力および３相出力を有する周知のマトリックスコンバータ６が示されているが、このマトリックスコンバータ６は、交流回生型駆動装置（例えば、エレベータに利用されるもの）のための選択のトポロジを有する。図１においては、交流電源１０の３相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されたＬＣフィルタ９から、３相入力電力がライン８を介して一般的な絶縁ゲートバイポーラトランジスタブリッジ７に入力される。ブリッジ７の各スイッチＳ１１〜Ｓ３３は、２組の構成（各組が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）および逆平行ダイオード（anti-parallel diode）を備えている）からなり、これによって、各スイッチが双方向性スイッチとなっている。周知のように、ブリッジ７のスイッチＳ１１〜１３，Ｓ２１〜２３，Ｓ３１〜Ｓ３３が選択的に動作されることによって、３相電圧Ａ，Ｂ，Ｃが、ブリッジ７の出力ライン４５〜４７を介して、３相誘導モータ（ＩＭ）５０に出力される。
【０００４】
スイッチＳｉｊ（ｉが出力相１〜３、ｊが入力相１〜３を示す）を接続することによって、パルス幅変調方式で入力電圧から出力電圧が形成される。局部的に平均された出力電圧および入力相電流が正弦波となるように、スイッチＳｉｊがオンオフされる。同じ出力相における２つのスイッチが同時にオン状態になることはない。このような状態になると、２つの入力相間が短絡されてしまうためである。どの出力相における電流も、別の経路を設けずに遮断することはできない。マトリックスコンバータの制御動作および制御方法は、以下の文献に詳細に記載されている。例えば、Ｃ．Ｌ．ネフト、Ｃ．Ｄ．スカウダの「３０ｈｐマトリックスコンバータの論理および設計」（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｉｎｄ．Ａｐｐｌｉｃａｔ．，ｖｏｌ．２８．，Ｎｏ．３，ｐｐ５４６〜５５１，１９９９年）、Ｌ．ヒュード、Ｄ．ボロジェビックの「入力電力係数が較正された空間ベクトル変調式３相−３相マトリックスコンバータ」（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｉｎｄ．Ａｐｐｌｉｃａｔ．，ｖｏｌ．３１．，ｐｐ１２３４〜１２４６，１９９５年１１月／１２月）、Ｐ．ニールセン、Ｆ．ブラーブジャーグ、Ｊ．Ｋ．ペダーセンの「マトリックスコンバータの新たな保護問題：制御可能速度型駆動装置の設計に関する考察」（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｐｐ１１５０〜１１６３，ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．５，１９９９年９月／１０月）に記載されている。
【０００５】
図２においては、ブリッジ７の２つのポールＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ３１〜Ｓ３３のみが、直流モータ５５の電機子への一対のライン５２，５３に直流電圧Ａ，Ｂの２極を供給するのに利用されている。マトリックスコンバータの出力周波数の範囲には、０ヘルツが含まれるが、図２に示されるように３相−３相マトリックスコンバータを直流駆動装置に用いることは、実用的ではない。このようなマトリックスコンバータは、電機子回路のみに電力を供給するものであり、界磁回路には電力を供給しないためである。このような問題は、図３に示されるような３相−４相マトリックスコンバータを用いることによって解消することができる。このようなマトリックスコンバータにおいては、出力相が交互に電機子および界磁巻線にそれぞれ接続されている。図３は、ブリッジ７ａ内の第２ポールＳ２１〜Ｓ２３および第４ポールＳ４１〜Ｓ４３が、対応するライン５８，５９を介して直流モータ５５の界磁巻線５７のノードｌ，Ｋに接続されている点で、図２とは異なる。しかし、このような回路およびこのための制御装置は、図１の回路よりも複雑で高コストとなり、実用的な解決方法ではない。
【０００６】
エレベータの産業においては、多くの既存のエレベータ設備に直流モータが用いられており、新たな設備を導入する際や旧設備の改修の際にこのような直流モータをマトリックスコンバータにより効率的に駆動できるようにすることが有利である。さらに、実質的に同一のコンバータ装置を交流装置および直流装置の両方に適用可能とすることが有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、交流モータおよび直流モータの両方に適用可能なマトリックスコンバータを提供すること、３相−３相マトリックスコンバータを直流モータ駆動用に適用する手段を提供すること、既存のエレベータ駆動用直流モータをマトリックスコンバータにより制御されるものに改良するための低コストで効率的な方法を提供すること、比較的簡単、低コストおよび容易な方法で、３相−３相マトリックスコンバータを直流モータ駆動用に適用することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の認識に一部基づいている。つまり、回生型マトリックスコンバータによって３相電力により駆動される直流モータにおいては、界磁巻線には双方向の電流を供給する必要がなく、このため、直流モータの界磁巻線に電力を供給するのに、マトリックスコンバータにおける一般的な３つのスイッチを備えたポールは必要とならない。
【０００９】
本発明によると、一般的な３相−３相マトリックスコンバータの２つの出力が、直流モータの電機子に供給され、前記マトリックスコンバータの第３の出力が、前記直流モータの界磁回路に接続され、さらに、相が対応したダイオードを介して入力電力ラインの各相に接続されている。さらに本発明によると、ダイオードを、一般的な３相−３相マトリックスコンバータへの取付けが容易なダイオードキットとして構成し、回生型交流モータ駆動用コンバータを回生型直流モータ駆動用コンバータに適用可能とすることができる。
【００１０】
本発明は、標準的な回生型マトリックスコンバータを、様々なエレベータ駆動装置に適用可能とするものであり、つまり、所望により、簡易的なダイオードキットを用いてマトリックスコンバータを直流駆動装置に適用し、もしくは、望ましい場合にはマトリックスコンバータを交流駆動装置に適用することを可能とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図４を参照すると、マトリックスコンバータブリッジ７の１つのポールＳ２１〜Ｓ２３が、ＤＣモータ５５の界磁巻線５７の１つのノードｌに接続されており、ＤＣモータ５５の界磁巻線５７のＫノードは、ライン５９ａを介して複数のダイオード６１〜６３に接続されている。ダイオード６１〜６３は、界磁巻線５７から交流電源の各相Ｒ，Ｓ，Ｔへと導通させるよう接続されている。ダイオード６１〜６３をダイオードキット６６内に配置することによって、このような一般的なマトリックスコンバータ６を、誘導モータ５０（図１）の制御用コンバータから直流モータ５５，５７の制御用コンバータへと容易に切り換えられるようにすることが可能である。これらのダイオード６１〜６３の極性を、図示されたとおりにすることも、逆にすることも可能である。この極性は、界磁巻線の電流の方向のみを左右し、ひいては、電機子の電流の極性に対するモータの回転方向を左右する。界磁巻線のインダクタンスは非常に大きいため、界磁電流によってモータの方向を制御することは実用的ではない。従って、モータの方向は、電機子電流によって制御される。従って、界磁電流の極性を一定にすることができる。図示されているように、ダイオード６１〜６３によって、交流電力ライン８の３相Ｒ，Ｓ，Ｔのうちで負の値が最も大きい電圧が、界磁巻線５７に供給される。スイッチＳ２１〜Ｓ２３は、ダイオードにより規定される方向のみに電流を流す。従って、１組のＩＧＢＴおよびダイオードしか必要とならない。図４に示されているように、スイッチＳ２１〜Ｓ２３の出力側は、界磁巻線５７に接続されている。
【００１２】
当業者であれば、特定の用途に応じて、周知の原理に従って電機子電流および界磁電流を制御することにより、図４のブリッジを制御することは容易であろう。周知の原理としては、例えば、「電気デバイスの制御（第２版）」（レオナルドワーナー著、シュプリンガー・フェアラーク社（ニューヨーク）、１９９６年）に開示されたものが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な３相−３相マトリックスコンバータの概略的回路図。
【図２】一般的な３相−直流マトリックスコンバータの概略的回路図。
【図３】直流モータの電機子回路および界磁回路を制御するための３相−４相マトリックスコンバータの概略的回路図。
【図４】本発明の３相−３相マトリックスコンバータの概略的回路図。
【符号の説明】
７…マトリックスコンバータブリッジ
９…ＬＣフィルタ
１０…交流電源
５５…直流モータ
５７…界磁巻線
６６…ダイオードキット

Claims

電機子および界磁巻線を備えた直流モータを制御するための
回生型直流コンバータであって、前記回生型直流コンバータは、
３相−３相マトリックスコンバータを備えており、前記マトリックスコンバータは、３つの入力ポールおよび３つの出力ポールを有する３ポール型ブリッジを備えており、前記の３つの入力ポールは、それぞれ３相入力電力に接続され、前記出力ポールのうちの２つは、前記直流モータの電機子に接続され、前記出力ポールのうちの第３のポールは、前記直流モータの界磁巻線の一端に接続されており、前記回生型直流コンバータは、さらに、
複数のダイオードを備えており、各ダイオードが、前記入力電力の各相と前記直流モータの前記界磁巻線の他端との間に接続されていることを特徴とする回生型直流コンバータ。
電機子および界磁巻線を備えた直流モータを制御するための
回生型直流コンバータであって、前記回生型直流コンバータは、
３相−３相マトリックスコンバータを備えており、前記マトリックスコンバータは、３つの入力ポールおよび３つの出力ポールを有する３ポール型ブリッジを備えており、前記入力ポールは、それぞれ３相入力電力に接続され、前記出力ポールのうちの２つは、前記直流モータの前記電機子に接続され、前記出力ポールのうちの第３のポールは、前記直流モータの前記界磁巻線の一端に接続されており、
さらに、前記マトリックスコンバータは、各出力ポールを通常の誘導モータの対応するポールに接続することで、前記誘導モータの駆動のために利用することが可能なものであり、
前記回生型直流コンバータは、さらに、
複数のダイオードを備えており、各ダイオードが、前記入力電力の各相と前記直流モータの前記界磁巻線の他端との間に接続されていることを特徴とする回生型直流コンバータ。
前記ダイオードが、前記３相−３相マトリックスコンバータに取付可能なキット内に配置されていることを特徴とする請求項２記載の回生型直流コンバータ。
直流モータシステムであって、前記直流モータシステムは、
電機子および界磁巻線を備えた直流モータと、
３相−３相マトリックスコンバータと、を備えており、前記マトリックスコンバータは、３つの入力ポールおよび３つの出力ポールを有する３ポール型ブリッジを備えており、前記の３つの入力ポールは、それぞれ３相入力電力に接続され、前記の３つの出力ポールのうちの２つのポールは、前記直流モータの前記電機子に接続され、前記の３つの出力ポールのうちの第３のポールは、前記直流モータの前記界磁巻線の一端に接続されており、前記直流モータシステムは、さらに、
複数のダイオードを備えており、各ダイオードが、前記入力電力の各相と前記直流モータの前記界磁巻線の他端との間に接続されていることを特徴とする直流モータシステム。