JP5438004B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
単相交流電源の電源位相を検出し、検出された電源位相情報を出力する電源位相検出部と、
複数の双方向スイッチングデバイスを有し、前記単相交流電源の電源線と多相交流負荷への出力線とを前記双方向スイッチングデバイスにより接続して構成された波形生成部と、
前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するとともに、予め設定された指令信号に基づいて前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御して、前記波形生成部から所定の周波数を有する多相交流を出力させる波形生成制御部と、を具備し、
前記電源位相検出部は、前記単相交流電源の電圧位相及び電流位相を検出するよう構成されており、前記波形生成制御部は検出された電圧位相情報及び電流位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するよう構成され、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電圧位相情報及び電流位相情報に基づき、電源電圧波形と電源電流波形において正負の領域が同じ期間において前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御する。このように構成された本発明の電力変換装置においては、整流手段を設けることなく、簡単な構成で単相交流入力−多相交流出力のダイレクトマトリクスコンバータが構成することができる。このように構成された本発明の電力変換装置においては、ダイオードモードの切り換え動作の判定を、電源の電圧位相情報及び電流位相情報に基づき行うことにより、回生エネルギー処理回路の制御が容易となり、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。また、このように構成された本発明の電力変換装置においては、双方向スイッチングデバイスに対するPWM制御を、電源の電圧位相情報及び電流位相情報に基づき行うことにより、所定の多相交流電力を確実に生成することができ、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
本発明に係る第2の観点の電力変換装置は、
単相交流電源の電源位相を検出し、検出された電源位相情報を出力する電源位相検出部と、
複数の双方向スイッチングデバイスを有し、前記単相交流電源の電源線と多相交流負荷への出力線とを前記双方向スイッチングデバイスにより接続して構成された波形生成部と、
前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するとともに、予め設定された指令信号に基づいて前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御して、前記波形生成部から所定の周波数を有する多相交流を出力させる波形生成制御部と、を具備し、
前記電源位相検出部は、前記単相交流電源の電圧位相及び電流位相を検出するよう構成されており、前記波形生成制御部は検出された電圧位相情報及び電流位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するよう構成され、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電圧位相情報及び電流位相情報に基づき、電源電圧波形と電源電流波形において正負の領域が異なる期間において多相交流負荷からの電流を当該多相交流負荷に環流するモードに前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御する。このように構成された本発明の電力変換装置においては、整流手段を設けることなく、簡単な構成で単相交流入力−多相交流出力のダイレクトマトリクスコンバータが構成することができる。このように構成された本発明の電力変換装置においては、ダイオードモードの切り換え動作の判定を、電源の電圧位相情報及び電流位相情報に基づき行うことにより、回生エネルギー処理回路の制御が容易となり、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。また、このように構成された本発明の電力変換装置においては、双方向スイッチングデバイスに対する駆動制御を、電源の電圧位相情報及び電流位相情報に基づき行うことにより、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
前記波形生成制御部が、前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスのスイッチングモードとダイオードモードとを選択的に切り換えるように構成してもよい。このように構成された本発明の電力変換装置においては、波形生成部の双方向スイッチングデバイスに対する駆動制御を行うだけで所望の多相交流を生成することができ、他の回路に対する特別の対応制御が不要となり、回路構成の簡略化、小型化を図ることができる。また、本発明の電力変換装置では、波形生成部の双方向スイッチングデバイスに対して回生エネルギーの処理を目的とする特別の保護回路を設けることが不要となり、更なる回路構成の単純化、小型化を図ることができる。さらに、本発明の電力変換装置においては、ダイオードモードの切り換え動作の判定を、電源状態、又は電源位相情報に基づき行うことにより、回生エネルギー処理回路の制御が容易となり、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
前記波形生成制御部が、前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づき、電源波形における正領域と負領域のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点において前記2つの制御端子に入力される互いの制御信号を切り換えるように構成してもよい。このように構成された本発明の電力変換装置においては、検出された電源位相情報に基づき、波形生成部の双方向スイッチングデバイスを選択的に駆動制御することにより、容易に所定の多相交流電力を出力することができる。
図1は、本発明に係る実施の形態1の電力変換装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、実施の形態1の電力変換装置は、単相交流電源100の単相交流から直接的に所定の周波数を有する三相交流を形成して負荷101に対して三相電力を供給するものである。
なお、実施の形態1においては、双方向スイッチングデバイス(Q1〜Q6)として図2に示したGaN横型双方向スイッチトランジスタを用いた例で説明したが、同様の機能を有する他のデバイスでも対応することが可能である。
図9は、本発明に係る実施の形態2の電力変換装置の構成を示すブロック図である。実施の形態2の電力変換装置は、前述の実施の形態1の電力変換装置における電源位相検出部103の具体的な構成の一例を示したものである。実施の形態2の電力変換装置においては、電源位相検出部103が単相交流電源100の電圧位相を検出する電圧位相検出部105として構成されている。なお、実施の形態2の電力変換装置において、前述の実施の形態1の電力変換装置における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、当該構成要素に関する詳細な説明は実施の形態1における説明を適用する。
実施の形態2の電力変換装置において、単相交流電源100の単相交流から所定の周波数を有する三相交流を形成して、負荷101に三相電力を供給するために、単相交流電源100の電源電圧の位相を電圧位相検出部105において検出して、波形生成部102の各双方向スイッチングデバイス102a〜102fをPWM制御し、擬似三相交流を生成している。生成された疑似三相交流が負荷101に供給され、負荷101が指定された負荷状態、例えば所定の回転数で駆動される。
図10は、本発明に係る実施の形態3の電力変換装置の構成を示すブロック図である。実施の形態3において、前述の実施の形態1及び実施の形態2における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、当該構成要素に関する詳細な説明はそれぞれの実施の形態における説明を適用する。
図11は、本発明に係る実施の形態4の電力変換装置の構成を示すブロック図である。実施の形態4において、前述の実施の形態1から実施の形態3における構成要素と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、当該構成要素に関する詳細な説明はそれぞれの実施の形態における説明を適用する。
21 位相検出信号処理部
22 PWM制御部
100 単相交流電源
101 負荷
102 波形生成部
103 電源位相検出部
104 波形生成制御部
105 回転数検出部
106 電圧位相検出部
107 電流位相検出部
108 電圧・電流位相検出部
Claims (6)
- 単相交流電源の電源位相を検出し、検出された電源位相情報を出力する電源位相検出部と、
複数の双方向スイッチングデバイスを有し、前記単相交流電源の電源線と多相交流負荷への出力線とを前記双方向スイッチングデバイスにより接続して構成された波形生成部と、
前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するとともに、予め設定された指令信号に基づいて前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御して、前記波形生成部から所定の周波数を有する多相交流を出力させる波形生成制御部と、
を具備し、
前記電源位相検出部は、前記単相交流電源の電圧位相及び電流位相を検出するよう構成されており、前記波形生成制御部は検出された電圧位相情報及び電流位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するよう構成され、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電圧位相情報及び電流位相情報に基づき、電源電圧波形と電源電流波形において正負の領域が同じ期間において前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御する電力変換装置。 - 単相交流電源の電源位相を検出し、検出された電源位相情報を出力する電源位相検出部と、
複数の双方向スイッチングデバイスを有し、前記単相交流電源の電源線と多相交流負荷への出力線とを前記双方向スイッチングデバイスにより接続して構成された波形生成部と、
前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するとともに、予め設定された指令信号に基づいて前記双方向スイッチングデバイスをPWM制御して、前記波形生成部から所定の周波数を有する多相交流を出力させる波形生成制御部と、
を具備し、
前記電源位相検出部は、前記単相交流電源の電圧位相及び電流位相を検出するよう構成されており、前記波形生成制御部は検出された電圧位相情報及び電流位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御するよう構成され、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電圧位相情報及び電流位相情報に基づき、電源電圧波形と電源電流波形において正負の領域が異なる期間において多相交流負荷からの電流を当該多相交流負荷に環流するモードに前記双方向スイッチングデバイスを駆動制御する電力変換装置。 - 前記双方向スイッチングデバイスの動作モードは、遮断状態と双方向通電状態を切り換えるスイッチングモードと、2方向の単方向通電状態となるダイオードモードとを有し、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づいて前記双方向スイッチングデバイスのスイッチングモードとダイオードモードとを選択的に切り換える請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記双方向スイッチングデバイスは、少なくとも2つの制御端子を有し、
前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づき、電源波形における正領域と負領域のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点において前記2つの制御端子に入力される互いの制御信号を切り換える請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記波形生成制御部は、前記電源位相検出部からの電源位相情報に基づき、電源波形における正領域と負領域のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点において、前記双方向スイッチングデバイスのダイオードモードの通電方向を切り換える請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記双方向スイッチングデバイスは、SiC横型双方向スイッチトランジスタ又はGaN横型双方向スイッチトランジスタ、若しくはRB−IGBT(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor)を逆方向に並列接続して構成された請求項1または2に記載の電力変換装置。
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