JP5022910B2 - マトリックス変換器 - Google Patents
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Description
3つの交流電圧ライン;
2つの直流電圧ライン;
関連するスイッチが閉まる時に、3つの交流電圧ラインの各々が2つの直流電圧ラインの1つに接続することができるように、3つの交流電圧ラインの第一ラインと2つの直流電圧ラインの第一ラインとの間に接続された第一スイッチ、3つの交流電圧ラインの第二ラインと2つの直流電圧ラインの第一ラインとの間に接続された第二スイッチ、3つの交流電圧ラインの第三ラインと2つの直流電圧ラインの第一ラインとの間に接続された第三スイッチ、3つの交流電圧ラインの第一ラインと2つの直流電圧ラインの第二ラインとの間に接続された第四スイッチ、3つの交流電圧ラインの第二ラインと2つの直流電圧ラインの第二ラインとの間に接続された第五スイッチ、および3つの交流電圧ラインの第三ラインと2つの直流電圧ラインの第二ラインとの間に接続された第六スイッチ;ならびに
2つの直流電圧ライン間のフリーホイールパス。
直流電圧ラインへ交流電圧の瞬間サンプルを供給し、それによって直流電流を確立し;および
フリーホイールパスを介して直流電流が流れるように、マトリックス変換器の第一、第二、第三、第四、第五および第六スイッチを開く。
上に記述されたような第一マトリックス変換器;および
上に記述されたような第二マトリックス変換器;
ここで、第一および第二マトリックス変換器が並列に配置されるように、第一マトリックス変換器の3つの交流電圧ラインおよび第二マトリックス変換器の3つの交流電圧ラインがともに接続され、ならびに第一マトリックス変換器の2つの直流電圧ラインおよび第二マトリックス変換器の2つの直流電圧ラインがともに接続される。
Claims (41)
- 3つの交流電圧ライン(AC1,AC2,AC3)と2つの直流電圧ライン(DC1,DC2)とを有すマトリックス変換器(4)において、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第一ライン(AC1)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第一スイッチ(10a)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第二ライン(AC2)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第二スイッチ(10c)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第三ライン(AC3)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第三スイッチ(10e)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第一ライン(AC1)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第四スイッチ(10b)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第二ライン(AC2)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第五スイッチ(10d)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第三ライン(AC3)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第六スイッチ(10f)と
を備え、そして、
前記スイッチのいずれかを閉じることで3つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)の各々が2つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)の一つに接続し、
更に、2つの前記直流電圧ライン間に逆ブロッキングデバイスを含むフリーホイールパス(22)を備え、
電源ネットワークから三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)へ三相交流入力電圧を給電し、そして、二つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)に直流出力電圧を給電するために前記マトリックス変換器で整流し、モーターアプリケーションとして使用できる前記マトリックス変換器(4)であり、
更に、
直流入力電圧を二つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)に通電し、そして、三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)に交流出力電圧として通電するために前記直流入力電圧を前記マトリックス変換器で変換し、発生アプリケーションとして使用できる前記マトリックス変換器(4)であり、
また更に、
前記マトリックス変換器(4)の前記第一スイッチ乃至第六スイッチ(10a〜10f)が前記給電及び前記通電の双方向性を有しており、
其の上、
パルス幅変調を用いて前記第一乃至第六スイッチ(10a〜10f)を制御して各々の前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)のいずれかに接続するか、若しくは前記モーターアプリケーションの時に前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を各々極性の異なる状態として各々の前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を前記交流電圧ラインのいずれともと接続させない状態にすること、及び、
パルス幅変調を用いて前記第一乃至第六スイッチ(10a〜10f)を制御して三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)を前記直流電圧ライン(DC1、DC2)のいずれかに接続するか、若しくは前記発生アプリケーションの時に前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を各々前記極性の状態として三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)を前記直流電圧ライン(DC1、DC2)のいずれとも接続させない状態にすることで 、
一方向直流電圧を保持している間に、双方向電力潮流を調整するために適応されることを特徴とするマトリックス変換器。 - 前記逆ブロッキングデバイスがダイオード(24)である請求項1記載のマトリックス変換器。
- 前記フリーホイールパスが切り替えられるフリーホイールパスである、請求項1記載のマトリックス変換器。
- 前記逆ブロッキングデバイスがサイリスターである請求項3記載のマトリックス変換器。
- 前記逆ブロッキングデバイスが、逆ブロッキング性能を有する半導体デバイスである請求項3記載のマトリックス変換器。
- 半導体デバイスがRB−IGBTである、請求項5記載のマトリックス変換器。
- 半導体デバイスがRB−GTOである、請求項5記載のマトリックス変換器。
- 第一、第二、第三、第四、第五および第六スイッチ(10a−10f)が半導体スイッ
チ(12)を含む、請求項1〜7のいずれかに記載のマトリックス変換器。 - 半導体スイッチ(12)が逆ブロッキング性能を有する、請求項8記載のマトリックス変換器。
- 半導体スイッチがRB−IGBTである、請求項9記載のマトリックス変換器。
- 半導体スイッチがRB−GTOである、請求項9記載のマトリックス変換器。
- 第一、第二、第三、第四、第五および第六スイッチ(10a−10f)が、直並列配置
でともに接続された逆向きペアの半導体スイッチ(12)およびペアのダイオード(14)を含む、請求項11記載のマトリックス変換器。 - ペアの半導体スイッチがIGBTである、請求項12記載のマトリックス変換器。
- ペアのIGBTのエミッタがともに接続される、請求項13記載のマトリックス変換器
。 - ペアのIGBTのコレクタがともに接続される、請求項13記載のマトリックス変換器
。 - ペアの半導体スイッチがMOSFETである、請求項11記載のマトリックス変換器。
- ペアの半導体スイッチがIGCTである、請求項11記載のマトリックス変換器。
- ペアの半導体スイッチがMCTである、請求項11記載のマトリックス変換器。
- ペアの半導体スイッチがGTOである、請求項11記載のマトリックス変換器。
- ペアのダイオードがFRDである、請求項11記載のマトリックス変換器。
- ペアの半導体スイッチの電流定格および/またはペアのダイオードの電流定格が非対称
である、請求項11〜20のいずれかに記載のマトリックス変換器。 - 請求項1〜21のいずれかに記載のマトリックス変換器を使用する電力変換方法であっ
て、次のステップを含む方法:
直流電圧ライン(DC1,DC2)に交流電圧の瞬間サンプルを供給するステップ;ならびに
直流電流がフリーホイールパス(22)を介して流れるように、マトリックス変換器の第一、第二、第三、第四、第五および第六スイッチ(10a−10f)を開くステップ。 - 次のものを含む、電力変換デバイス:
請求項1〜21のいずれかに記載のマトリックス変換器;および
インバーター(8)。 - インバーターが、電流源インバーターであり、インバーターまたは整流器として作動す
る、請求項23記載の電力変換デバイス。 - インバーターが、電圧源インバーターであり、インバーターまたは整流器として作動す
る、請求項23記載の電力変換デバイス。 - さらに、マトリックス変換器の直流電圧ライン(DC1,DC2)間に接続された直流
リンクフィルター(6)を含む、請求項23〜25のいずれかに記載の電力変換デバイス。 - さらに、マトリックス変換器の交流電圧ライン(AC1,AC2,AC3)に接続され
た交流ラインフィルター(2)を含む、請求項23〜26のいずれかに記載の電力変換デバイス。 - さらに、マトリックス変換器の直流電圧ライン(DC1,DC2)間に接続されたスイ
ッチング援助ネットワーク(スナバー)を含む、請求項23〜27のいずれかに記載の電力変換デバイス。 - スイッチング援助ネットワーク(スナバー)(30)が、キャパシター抵抗器タイプで
ある、請求項28記載の電力変換デバイス。 - 次のものを含む、電力変換デバイス:
請求項1〜21のいずれかに記載の第一のマトリックス変換器(104a);ならびに 請求項1〜21のいずれかに記載の第二のマトリックス変換器(104b);
ここで、第一および第二マトリックス変換器(104a,104b)が並列に配置されるように、第一マトリックス変換器(104a)の3つの交流電圧ライン(AC1a,AC2a,AC3a)および第二マトリックス変換器(104b)の3つの交流電圧ライン(AC1b,AC2b,AC3b)がともに接続され、ならびに第一マトリックス変換器(104a)の2つの直流電圧ライン(DC1a,DC2a)および第二マトリックス変換器(104b)の2つの直流電圧ライン(DC1b,DC2b)がともに接続される、
電力変換デバイス。 - さらに、第一マトリックス変換器(104a)の交流電圧ライン(AC1a,AC2a
,AC3a)に接続された交流ラインフィルター(102a)および第二マトリックス変換器(104b)の交流電圧ライン(AC1b,AC2b,AC3b)に接続された交流ラインフィルター(102b)を含む、請求項30記載の電力変換デバイス。 - さらに、第一マトリックス変換器(104a)の直流電圧ライン(DC1a,DC2a
)間の第一スイッチング援助ネットワーク(スナバー)および第二マトリックス変換器(104b)の直流電圧ライン(DC1b,DC2b)間の第二スイッチング援助ネットワーク(スナバー)を含む、請求項30または請求項31記載の電力変換デバイス。 - 第一および第二スイッチング援助ネットワーク(スナバー)がキャパシター抵抗器タイ
プである、請求項32記載の電力変換デバイス。 - 第一マトリックス変換器(104a)の直流電圧ライン(DC1a,DC2a)および
第二マトリックス変換器(104b)の直流電圧ライン(DC1b,DC2b)が、2つの共通の直流電圧ライン(DC1c,DC2c)に接続され、さらに、共通の直流電圧ライン(DC1c,DC2c)間に接続された直流リンクフィルター(116)を含む、請求項30〜33のいずれかに記載の電力変換デバイス。 - さらに、第一および第二マトリックス変換器(104a,104b)を互いから選択的
に隔離するための手段を含む、請求項30〜34のいずれかに記載の電力変換デバイス。 - さらに、インバーターを含む、請求項30〜35のいずれかに記載の電力変換デバイス
。 - インバーターが電流源インバーターである、請求項36記載の電力変換デバイス。
- インバーターが電圧源インバーターである、請求項36記載の電力変換デバイス。
- 3つの交流電圧ライン(AC1,AC2,AC3)と2つの直流電圧ライン(DC1,DC2)とを有すマトリックス変換器(4)を用いた電力変換方法において、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第一ライン(AC1)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第一スイッチ(10a)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第二ライン(AC2)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第二スイッチ(10c)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第三ライン(AC3)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第一ライン(DC1)との間に接続された第三スイッチ(10e)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第一ライン(AC1)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第四スイッチ(10b)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第二ライン(AC2)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第五スイッチ(10d)と、
3つの前記交流電圧ラインのうちの第三ライン(AC3)と2つの前記直流電圧ラインのうちの第二ライン(DC2)との間に接続された第六スイッチ(10f)と
を備え、そして、
前記スイッチのいずれかを閉じることで3つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)の各々が2つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)の一つに接続し、
更に、2つの前記直流電圧ライン間に逆ブロッキングデバイスを含むフリーホイールパス(22)を備え、
電源ネットワークから三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)へ三相交流入力電圧を給電し、そして、二つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)に直流出力電圧を給電するために前記マトリックス変換器で整流し、モーターアプリケーションとして使用できる前記マトリックス変換器(4)であり、
更に、
直流入力電圧を二つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)に通電し、そして、三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)に交流出力電圧として通電するために前記直流入力電圧を前記マトリックス変換器で変換し、発生アプリケーションとして使用できる前記マトリックス変換器(4)であり、
また更に、
前記マトリックス変換器(4)の前記第一スイッチ乃至第六スイッチ(10a〜10f)が前記給電及び前記通電の双方向性を有しており、
其の上、
パルス幅変調を用いて前記第一乃至第六スイッチ(10a〜10f)を制御して各々の前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)のいずれかに接続するか、若しくは前記モーターアプリケーションの時に前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を各々極性の異なる状態として各々の前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を前記交流電圧ラインのいずれともと接続させない状態にする工程、及び、
パルス幅変調を用いて前記第一乃至第六スイッチ(10a〜10f)を制御して三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)を前記直流電圧ライン(DC1、DC2)のいずれかに接続するか、若しくは前記発生アプリケーションの時に前記直流電圧ライン(DC1、DC2)を各々前記極性の状態として三つの前記交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)を前記直流電圧ライン(DC1、DC2)のいずれとも接続させない状態にする工程を用いて、
一方向直流電圧を保持している間に、双方向電力潮流を調整するために適応されるマトリックス変換器を用いることを特徴とする電力変換方法。 - 前記三つの交流電圧ライン(AC1、AC2、AC3)の各々が二つの前記直流電圧ライン(DC1、DC2)の一つに接続される時に、逆ブロッキングデバイス(24)が逆方向バイアスされる請求項39記載の方法。
- 前記マトリックス変換器の前記第一乃至第六スイッチ(10a〜10f)を開く工程をさらに含むことで直流電流が前記フリーホイールパス(22)を通過し、前記逆ブロッキングデバイス(24)が順方向バイアスされる請求項39記載の方法。
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