TWI274467B - Power conversion device - Google Patents

Description

1274467 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於採用具有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等半導體開關元件的三相電力變換機能之電力 變換裝置。 【先前技術】

過去的升降機系統，係利用大型直流電動機作爲升降 機驅動用（具體而言，使用於升降機等的驅動上）；現在多 採用三相交流誘導電動機或永磁電動機，而不是採用新型 直流電動機。但另一方面，仍有多數升降機系統延續過去 使用直流電動機的情形存在，其中不乏已經運轉2 0年以 上的老舊化系統。 雖然已經陸續汰換更新這些老舊化的升降機系統，但 是有礙於預算、工期、拆裝空間等因素，因此仍然保留直 流電動機，僅實施更換控制裝置之控制更新工法。 一般現在使用的控制裝置，以利用交流電動機的轉換 裝置-換流裝置進行PWM控制爲主流；而控制更新工 法，係由相當於該換流裝置且採用具有三相電力變換機能 的直流截波（chopper)電路之電力變換裝置所組成，用以驅 動直流電動機。 第1圖係傳統電力變換裝置之構造圖。 該圖中，5 1爲直流電源，係包含三相交流電源及轉 換裝置，用以發生必要直流電壓，而該直流電源5 1發生 -4- (2) 1274467 的直流電壓施加於P側母線52p、N側母線52η間。53爲 電樞用截波（chopper)裝置，接續於相同之Ρ側母線52ρ和 Ν側母線52η間，係由具有二相電力變換機能的複數開關 元件 53pl、53nl、53ρ2、53η2所組成；54爲平滑電容 器，用以抑制轉換裝置（無圖示）等、及電樞用截波 (chopper)裝置53等開關元件動作時發生的突波電壓。

5 5爲直流電動機，接續於電樞用截波（c h 〇 p p e r)裝置 53導出的動力線56a、56b間。57爲直流電動機55的勵 磁線圏；5 8爲勵磁控制單元，係通電於勵磁線圈5 7，用 以控制勵磁磁通；5 9爲電樞電流用電流感測器。 接著說明上述裝置的相關動作。 由轉換裝置等直流電源5 1施加必要直流電壓於P側 母線52p-N側母線52η間。甚至，伴隨無圖示的控制部所 輸出的閘控制訊號，對構成電樞用截波（chopper)裝置53 的開關元件53pl〜53n2進行閥控制，並經由對P側母線 5 2 p - N側母線5 2 η間的施加直流電壓進行截波（c h 〇 p p e r)動 作，用以控制直流電動機5 5電樞間的施加電壓，進而驅 動直流電動機5 5。另外，由於直流電動機5 5須有勵磁磁 通方可驅動之故，因此將勵磁電流自其他元件之勵磁控制 單元5 8流向勵磁線圈5 7，產生勵磁磁通用以驅動直流電 動機5 5。 此外，第2圖係爲過去悉知建議的另一種傳統電力變 換裝置之構造圖。此種電力變換裝置，係由三相反流器裝 置中具有二相電力變換機能的開關元件5 3 p 1〜5 3 η2組成 (3) 1274467 電樞截波（chopper)裝置53a;其餘一相開關元件53p3、 5 3 n3組成勵磁用截波（chopper)裝置53b，同時將直流電動 機5 5的勵磁線圏5 7接續於組成勵磁用截波（c h 〇 p p e r)裝置 53b的開關元件53p3、53n3之共同接續部導出的動力線 5 6d、和電力變換裝置本體N側母線52η側的輸出動力線 5 6c，則無須第1圖所示勵磁控制單元58。如日本公開特 許公報之特開平08-25 6497號所示技術。

然而，上列電力變換裝置尙有其次問題點存在。 首先，前項電力變換裝置雖設有勵磁控制單元5 8， 但是此元件5 8係屬於外部另設元件，需要新設置空間。 也就是說，當升降機等更新物件時，既已受限於機械室的 大小，須配合該大小設置必要設備，故可能發生無法確保 設置空間的情形。 尙且，勵磁控制單元5 8屬於外部另設元件之場合， 可能因控制勵磁控制單元5 8之閘控制訊號的信號線（無圖 不）較長、以及噪音等因素，導致誤動作的情形發生。雖 然可收納於其他盤內，但仍需要考量盤內改造、噪音對策 等必要因素。 甚至在電力變換裝置方面，雖然通常使用三相轉換裝 置或二相換流裝置，但因其中的電樞用截波（ch〇pper)裝置 53僅使用二相電力變換機能之故，於是造成一相電力完 全殘留的問題。 另一方面’後項電力變換裝置雖不需勵磁控制單元， 但伴隨著直流電動機5 5的高速化、大容量化趨勢，該電 -6- 1274467 (4) 動機5 5的誘導電壓越來越高，且直流電壓亦逐漸增大， 於是勵磁線圈5 7的額定電壓低於直流電源電壓，導致勵 磁線圈5 7電壓負載過大，引起線圏5 7絕緣劣化而有破損 的可能。

本發明有鑒於上述事項進而開發完成，其目的在於提 供：即使沒有勵磁控制單元，且直流電動機的勵磁線圈額 定電壓低於PN母線間電壓之場合，亦可抑制降低勵磁線 圈的施加電壓、避免線圈破損之電力變換裝置。 另外，本發明的另一目的並不是在勵磁線圈方面，而 是在於提供：接續電力變換裝置內部的輸出線及再生用電 阻，用以抑制再生時PN流排間電壓上升情形之電力變換 裝置。 【發明內容】 (1)爲達成上述目的，本發明構造如下，即 一種三相電力變換裝置，係指於施加必要直流電壓的 PN母線間，各自串聯接續具有三相電力變換機能的複數 半導體開關元件、以及用來抑制此複數半導體開關元件動 作時發生的突波電壓之複數平滑電容器，用以驅動附有勵 磁線圈的直流電動機，其設置構造爲： 上述具有三相電力變換機能的複數半導體開關元件 中，於具有其中二相電力變換機能的複數半導體開關元件 之輸出側，接續上述直流電動機的電樞，伴隨外部提供第 1閘控制訊號進行截波（chopper)動作之電樞用截波 -7- 1274467

(chopper)裝置；以及上述具有三相電力變換機能的複數半 導體開關元件中，由其餘一相具有電力變換機能的複數半 導體開關元件所組成，伴隨外部供給第2閘控制訊號進行 截波（chopper)動作之勵磁用截波（chopper)裝置；以及構 成勵磁用截波（chopper)裝置的複數半導體開關元件之接續 部和上述複數平滑電容器的中點之間，一倂接續勵磁線圈 及回授用電路元件，經由勵磁用截波（chopper)裝置對前述 平滑電容器的中點電壓進行截波（chopper)動作，使其通過 上述勵磁線圏，且將積蓄在上述勵磁線圈的電力能源送回 上述平滑電容器中點之勵磁電壓降壓電路。 本發明採用上述構造，將外部控制部的第2閘控制訊 號傳送到勵磁用截波（chopper)裝置，用以進行截波 (chopper)動作，此時，即使直流電動機勵磁線圈的額定電 壓低於PN母線間電壓之場合，也可以藉由勵磁用截波 (chopper)裝置進行截波（chopper)動作，使得平滑電容器 的中點電壓通過勵磁線圈，且將積蓄於勵磁線圈的能源通 過回授用電路元件送回平滑電容器中點，結果可抑制勵磁 線圈的負載電壓，進一步防止勵磁線圈破損於未然，無須 設置勵磁控制單元即可確實控制直流電動機。 另外，在上述（1)構造的電力變換裝置中，串聯接續 三個以上的平滑電容器之場合，則在構成勵磁用截波 (chopper)裝置的複數半導體開關元件接續部、和上述三個 以上平滑電容器中最靠近N側母線的相鄰平滑電容器的 接續點之間，一倂接續上述勵磁線圈及回授用電路元件’ -8- 1274467

構成上述勵磁電壓降壓電路，此時，即使直流電動機勵磁 線圏的額定電壓低於PN母線間電壓的一半，亦可對最靠 近N側母線的相鄰平滑電容器接續點的發生電壓進行截 波（chopper)動作使其通過勵磁線圈，且將積蓄於勵磁線圏 的能源經由回授用電路元件送回平滑電容器的前述接續 點，因此可以減少勵磁線圏的負載電壓，避免因絕緣劣化 等原因而導致破損的情形。

(2)其次，本發明爲一種三相電力變換裝置，係指於 施加必要直流電壓的PN母線間，各自串聯接續具有三相 電力變換機能的複數半導體開關元件、以及用來抑制此複 數半導體開關元件動作時發生的突波電壓之複數平滑電容 器，驅動具有可控制勵磁控制單元流入勵磁電流的勵磁線 圈之直流電動機。其設置構造爲： 上述具有三相電力變換機能的複數半導體開關元件 中，具有其中二相電力變換機能的複數半導體開關元件之 輸出側，接續上述直流電動機的電樞，伴隨外部提供第1 閘控制訊號進行截波（c h 〇 p p e r)動作之電樞用截波（c h 〇 p p e r ) 裝置；以及上述具有三相電力變換機能的複數半導體開關 元件中，由其餘一相具有電力變換機能的複數半導體開關 元件所組成，伴隨外部提供開關控制信號進行開關動作之 電阻接續裝置；以及接續於構成電阻接續裝置的複數半導 體開關元件接續點和上述N側母線之間，在前述直流電 動機再生模式時，經由前述電阻接續裝置進行開關動作， 減少前述PN母線間的發生電壓，用以消耗再生電流之再 -9- (7) 1274467 生電流消耗電阻。

本發明如同上述構造，於直流電動機再生模式時，雖 然使得PN母線間電壓增大帶給勵磁線圈不良影響，但因 其餘一相具有電力變換機能的複數半導體開關元件組成電 阻接續系統，且在這些複數半導體開關元件接續點和N 側母線間接續再生電流消耗電阻，利用構成電阻接續裝置 的開關元件動作，降低上述PN母線間增大的電壓，使得 再生電通過再生電流消耗電阻而被消耗，可以防範勵磁線 圈破損於未然。 而不論是哪一種電力變換裝置，於升降機更新時，除 活用附有勵磁線圈的直流電動機的同時，現實面上，現今 一般採用具備三相電力變換機能者。 (3)甚至，本發明之上述（1)、（2)電力變換裝置中，欲 採用交流電動機取代直流電動機之場合，係將前述具有三 相電力變換機能的複數半導體開關元件之三相轉換裝置、 及構成該換流裝置的各相複數半導體開關元件接續點導出 接續於上述直流電動機電樞及勵磁線圈或再生電流消耗電 阻之輸出線，原封不動地接續於前述交流電動機的話，該 電力變換裝置亦可直接適用交流電動機。 本發明提供一種電力變換裝置，於具有三相電力變換 機能的複數半導體開關元件中，除了具有二相電力變換機 能的電樞用截波（chopper)裝置以外，尙有效利用剩餘一相 的電力變換機能，經由控制降低勵磁線圈上的施加電壓， 用以省略勵磁控制單元的同時，亦可降低勵磁線圈上的電 -10- (8) (8)

1274467 壓負載，避免其破損。 另外，本發明提供一種電力變換裝置， 餘一相的電力變換機能，經由接續再生用電 再生時PN母線間的電壓上升。 【實施方法】 以下佐以圖面說明本發明的一實施例。 (實施例1) 第3圖係顯示本發明相關電力變換裝置 構造圖。 該圖中，1是電力變換裝置，爲本發明 將三相交流電源2輸出的交流電力變換爲直 必要直流電壓給直流電動機3的電樞3 a、 該直流電動機3。4爲直流電動機3的勵磁 樞電流用電流感測器，可以檢測出從電力變 接續直流電動機3電樞3 a、3 b間之動力線 的電樞電流。7是控制部，係對於構成電力 具有三相電力變換機能等的半導體開關元件 控制訊號。 具體而言，此電力變換裝置1，係由： 部送出的閘控制訊號，進行閥控制的IGBT 開關元件1 la.··，發生截波（chopper)動作， 源2輸出的交流電力變換成必要直流電 可有效利用剩 阻，用以抑制 的一實施例之 主要部份，係 流電力，提供 3 b，用以驅動 :線圈；5爲電 換裝置1導出 6a、6b中流動 變換裝置1且 ，控制送出閘 伴隨外部控制 等複數轉換用 將三相交流電 壓之轉換裝置 -11 - (9) 1274467 1 1 ;以及接續於P側母線12p、N側母線12η之間，伴隨 外部控制部7送出的閘控制訊號進行閥控制的IGBT等複 數開關元件13pl-13nl、13ρ2-13η2，發生截波（chopper)動

作，使得該轉換裝置1 1轉換的直流電壓通過動力線6a、 6b，用以供給直流電動機3的電樞3 a、3 b之電樞用截波 (chopper)裝置13a;通常三相電力變換機能中的其中二相 開關元件13pl〜13n2作爲電樞用截波（chopper)裝置13a 使用，不過，爲了取得施加於前述勵磁線圈上的殘留一相 電壓，故在P側母線12p和N側母線12n間，串聯接續 上述同樣具有伴隨外部控制部7送出的閘控制訊號進行閥 控制的IGBT等勵磁截波用開關元件13p3、13n3，用以構 成勵磁用截波（chopper)裝置13b;以及作爲勵磁電壓降壓 電路之勵磁中點電壓取得電路1 4 ;以及勵磁電流用電流 感測器1 5所構成。 再將電樞電流用電流感測器5測出的電樞檢出電流' 或勵磁電流用電流感測器1 5測出的勵磁檢出電流導入控 制部7中。 此勵磁中點電壓取得電路1 4，係設置有：串聯接續 在P側母線12p及N側母線12n之的間複數平滑電容器 14al及14a2 ;以及同樣地串聯接續於P側母線12p及N 側母線12η之間，用以均等分配平滑電容器14a 1及14a2 的施加電壓且分別與其並聯接續之平衡電阻14b 1、 14b2;設置於構成勵磁用截波（chopper)裝置13b之開關元 件13p3和13n3的接續點、和前述平滑電容器14al和 -12- (10) 1274467 14a2的中點14c之間，開關元件13n3開啓時，平滑電容 器14al、14a2的中點電壓通過勵磁線圈4-動力線6c-開 關元件13π3-Ν側流排12η的路徑，且勵磁電流流入，當 開關元件1 3 η3關閉時，積蓄在勵磁線圏4的電力能源回 歸平滑電容器14a 1、14a2的中點14c，用以降低勵磁線 圈4間電壓的回授用半導體元件I4d。

然後，將平滑電容器14al、14a2中點14c導出的動 力線6d，接續於勵磁線圈4的一端；再將構成勵磁用截 波（chopper)裝置13b之開關元件13p3和13n3接續點導出 的動力線6c通過勵磁電流用電流檢測器，並接續於勵磁 線圈4的另一端。 接著，佐以第4圖面說明上述電力變換裝置的動作情 形。 首先，控制部7對轉換裝置1 1送出閘控制訊號，進 而控制構成該轉換裝置1 1的複數開關元件1 1 a...之開 關，將交流電源2輸出的三相交流電力變換成必要電力的 直流電壓（ST1)。其後，控制部7依據電流感測器15等的 測出電流判斷是否建立勵磁磁通（ST2);若判定無建立之 場合，則對勵磁用截波（c h 〇 p p e r)裝置1 3 b的開關元件 13n3送出閘控制訊號，並經由開關元件13n3對平滑電容 器14al、14a2的分壓中點14c之中點電壓進行截波 (c h 〇 p p e r)動作，通電於勵磁線圈（S T 3 )。 此時，當勵磁用開關元件1 3 n3處於開啓狀態時，平 滑電容器14al、14a2的接續點中點14c5之發生電壓，通 -13- (11) 1274467 過中點1 4 c -勵磁線圈4 -勵磁電流用電流感測器1 5 -開關元 件1 3 n3 -N側流排12n的路徑，電流流入N側流排1 2n， 此時的電流也就是勵磁電流，可經由勵磁電流用電流感測 器1 5測出，並送至控制部7(ST4)。另一方面，當勵磁用 開關元件1 3 n3處於關閉狀態時，積蓄在勵磁線圈4的電 力能源則通過回授用半導體元件1 4 d，送回平滑電容器 1 4a 1、14 a2的中點14c，用以降低勵磁線圈4間的電壓。

在控制部7方面，則比較勵磁電流用電流感測器J 5 的檢出電流和預設電流，當檢出電流未達到預設電流之場 合’送出閘控制訊號。於是勵磁用截波（c h 〇 p p e r)裝置1 3 b 的開關素子13P3、13n3依循該閘控制訊號進行截波 (chopper)動作，使得必要勵磁電流通過，用以確立勵磁磁 通（ST5)。 在實施上述一連串的處理動作後，回到步驟S T2，當 判定建立勵磁磁通之場合，控制部7接著判斷直流電動機 3是否開始動作（ST6)。此時，確認直流電動機接收到開 始動作指令之場合，控制部7即對電樞用截波（chopper)裝 置13a的截波（chopper)開關元件13pl〜13n2送出閘控制 訊號。電樞用截波（chopper)裝置13a依照該閘控制訊號， 進行截波（chopper)動作，施加必要驅動電壓於直流電動機 3的電樞3 a、3 b之間，使直流電動機運轉（S T 7)。在直流 電動機3運轉期間，經由電樞電流用電流感測器5，檢測 直流電動機3的電樞3a、3b的流入電流，並對控制部7 發送信號（S T 8 )。該控制部7會持續比較電樞電流用電流 -14- (12) 1274467 檢測器5的檢測電流及預設電流，並對電樞用截波 (chopper)裝置13a的截波用開關元件13pl〜13n2送出閘 控制訊號。該電樞用截波（chopper)裝置13a依據該控制部 7送出的閘控制訊號，對PN母線1 2ρ · 1 2n間的電壓進行 截波（c h 〇 p p e r)動作，使得電樞電流通過電樞 3 a、3 b，用 以控制直流電動機3的運轉情形（ST9)。

甚至，每固定週期判斷有無直流電動機3運轉時的電 動機停止指令（ST 10)，若判定無停止指令之場合，則回歸 步驟S T7，反覆實施相同處理程序。 依據以上實施例可知，本構造係爲··將轉換裝置等轉 換必要直流電源，施加於N . P母線12 ρ · 12 η間，並串 聯接續平滑電容器14a 1、14a2於其間，且同樣接續具有 複數勵磁截波用開關元件13P3、13n3的勵磁截波 (chopper)裝置13b，然後在這些勵磁截波用開關元件 13p3、13n3的共同接續點及平滑電容器I4al、14a2的中 點14c之間，接續回授用半導體元件14d，一邊進行電容 器中點電壓截波（chopper)動作，一邊將其施加於直流電動 機3的勵磁線圈4之構造。因此，即使直流電動機3的勵 磁線圈4的額定電壓低於N · P母線12ρ · 12n間的施加 電壓，勵磁截波（chopper)裝置13b如前面所述，一邊對電 容器中點電壓進行截波（chopper)動作，一邊將其施加於勵 磁線圈4的同時，可藉由關閉該開關元件1 3 n3，使得積 蓄在勵磁線圈4的能源通過回授用半導體元件1 4 d，送回 平滑電容器1 4 a 1、1 4 a2的中點1 4 c，結果，不但可以降 -15- (13) 1274467 低勵磁線圈4的負載電壓，減少勵磁線圈4的絕緣劣化、 避免其破損，尙且不需設置勵磁控制單元即可控制直流電 動機3。 (實施例2)

第5圖係本發明相關電力變換裝置的另一實施例之構 造圖。該圖中與第三圖相同或同等部份的相同符號，請參 照第3圖詳細說明，以下針對與第3圖相異部分進行說 明。 一種電力變換裝置，除勵磁磁通生成電路，也就是勵 磁截波（chopper)裝置13b及勵磁電壓降壓電路之外，其他 構造與第3圖構造相同。 上述勵磁截波（chopper)裝置13b，與第3圖相同地在 P側母線1 2p和N側母線1 2n之間，接續其正極側開關元 件13p3及負極側開關元件13n3組成的串聯電路。 前述勵磁電壓降壓電路，係指於P側母線12p及N 側母線12n之間，串聯接續3個以上的平滑電容器 14al、14a2、…、14an，並接續用以平衡各個平滑電容器 的施加電壓之平衡電阻14bl、14b2、…、14bn。甚至在 正極側開關元件1 3p3及負極側開關元件1 3n3的共通接續 點、以及前述複數平滑電容器14al、14a2、…、I4an中 最靠近N側母線12η的相鄰平滑電容器14a ( n-l )(無 圖示）和1 4 an間的共通接續點1 4 e之間，接續回授用半 導體元件14d ° -16- (14)1274467 然後將該共通接續點1 4e導出動力線6d，接續於勵 磁線圈4，另外從正極側開關元件1 3p3和負極側開關元 件13n3的共通接續點導出的動力線6c，通過勵磁電流用 電流感測器後，接續於勵磁線圈4的另一端。 本實施例，係指於P側母線12p及N側母線12n之 間，串聯接續3個以上的平滑電容器14al、14a2、...、

1 4an，並接續用以平衡各個平滑電容器的施加電壓之平衡 電阻14bl、14b2、...、14bn之場合，其動作與第3圖相 同，故在此省略。

依據本實施例可知，即使直流電動機3的勵磁線圏4 的額定電壓低於P側母線12p-N側母線12η間電壓的一半 之場合，亦可經由勵磁截波（chopper)器裝置13b，對串聯 接續於P · N側母線12ρ · 1 2n間，最靠近N側母線的平 滑電容器14an的分壓電壓，進行截波（chopper)動作，使 得該開關元件1 3π3處於開啓狀態時，積蓄在勵磁線圈4 的能源通過回授用半導體元件1 4d，送回最靠近Ν側母線 1 lb側的平滑電容器14a ( n-Ι )(無圖示）、14an的共通 接續點1 4e，因此可以降低勵磁線圈4的負載電壓，避免 勵磁線圈4破損，即使沒有設置勵磁控制單元，仍可以控 制直流電動機3。 (實施例3) 第6圖係顯示本發明相關電力變換裝置的其他實施例 之構造圖。 -17- (15) 1274467

該圖中，1是電力變換裝置，爲本發明主要部份，係 將三相交流電源2輸出的交流電力變換爲直流電力，提供 必要直流電壓給直流電動機3的電樞3 a、3 b ’用以驅動 該直流電動機3。4爲直流電動機3的勵磁線圈；5爲電 樞電流用電流感測器，可以檢測出從電力變換裝置1導出 接續直流電動機3電樞3a、3b間之動力線6a、6b中流動 的電樞電流。8是勵磁控制單元，藉由控制流入勵磁線圏 4的電流，用以控制勵磁磁通。 此電力變換裝置1，係由：將三相交流電源2輸出的 交流電力整流爲必要直流電壓之二極體整流裝置2 1 ;以 及抑制開關元件動作時發生的突波電壓之平滑電容器 2 2 ;以及接續於施加前述二極體整流裝置轉換直流電源之 P側母線1 2 p -N側母線1 2 η間’藉由伴隨外部控制部7輸 出閘控制訊號進行閥控制之IGBT等複數開關元件13pl-13nl、13ρ2-13η2，對施加於母線12ρ-12η的直流電壓進 行截波（chopper)動作，並提供給直流電動機3的電樞 3a、3b之電樞用截波（chopper)裝置13a;通常三相電力變 換機能中的二相部分作爲電樞用截波（chopper)裝置1 3a使 用，不過爲了將殘留的一相部分作爲再生電流消耗用，故 在P側母線12p和N側母線12n間，串聯接續上述同樣 伴隨外部控制部7輸出的閘控制訊號進行閥控制的再生用 開關元件13p4、13n4構成之再生電流消耗裝置13c;接 續在構成再生電流消耗裝置1 3 c的再生用開關元件1 3 p4 和1 3 η 4的共通接續點和N側母線1 2 η之間，用以消耗再 -18- (16) 1274467 生電流之再生電流消耗電阻23 ;以及檢測施加於母線 12ρ-12η間的直流電壓之檢壓器24所構成。 其次，佐以第7圖面說明上述電力變換裝置的動作情 形。

經由二極體整流裝置2 1對三相交流電源2輸出的三 相交流電力進行整流，取出必要電力之直流電壓，施加於 Ρ側母線12ρ-Ν側母線12η之間（ST21 )。此時，控制部 7判斷勵磁線圈4是否建立勵磁磁通（ST22)，若判定沒有 建立勵磁磁通之場合，則自勵磁控制單元8送出勵磁電流 通過勵磁線圈 4 ( ST23 )，以確定建立勵磁磁通 (ST22)。 步驟S Τ22判定建立勵磁磁通之場合，控制部7則判 斷驅動直流電動機3是否開始動作（ST24)。此時，直流電 動機接收到開始動作指令之場合’即對電樞用截波 (chopper)裝置13a的截波（chopper)開關元件13pl送出閛 控制訊號。電樞用截波（chopper)裝置13a依照該閘控制訊 號進行截波（c h 〇 p p e r)動作，並將獲得的必要驅動電壓施加 於直流電動機3的電樞3a、3b間，使直流電動機運轉 (ST25)。 控制部7於直流電動機3運轉期間，擷取經由電樞電 流用電流感測器流入直流電動機3的電樞3 a、3 b的電樞 電流（ST26 )，或是擷取經由檢壓器24施加於母線12p-12η之間的直流電壓（ST30 )，並實施下列處理。 也就是說，控制部7擷取電樞電流用電流感測器5檢 -19- (17) 1274467

出的電樞電流，並持續比較該電樞電流及預設電流，對電 樞用截波（chopper)裝置13a的截波用開關元件13pl〜 13n2送出閘控制訊號。電樞用截波（chopper)裝置13a依 照控制部7送出的閘控制訊號，對P · N母線12ρ · 12n 間的電壓進行截波（chopper)動作，使得電樞電流通過電樞 3a、3b，用以控制直流電動機3的運轉（ST27)。甚至，每 固定週期判斷有無直流電動機3運轉時的電動機停止指令 (ST2 8)，若判定無停止指令之場合，則回到步驟ST26， 反覆實施相同處理程序。 另外，控制部7在擷取檢壓器24檢測出的母線12p-12η間電壓後（ST30)，比較該母線間電壓及預設電壓，判 斷直流電動機3是否處於再生模式（ST31)。通常，直流電 動機3處於再生模式場合，母線12ρ-12η間的電壓會上 升，因此檢壓器24檢出的母線間電壓高於預設電壓時， 則判定爲再生模式。在此，判定爲再生模式之場合，則對 再生電流消耗裝置13c的再生用開關元件13ρ4、13η4送 出閘控制訊號（ST32)，並將再生用開關元件13ρ4處於開 啓狀態，接續母線12ρ-12η間的再生電流消耗電阻 2 3(ST3 3)。也就是說，藉由再生開關元件13ρ4的開啓動 作，使得Ρ側母線和再生電流消耗電阻接續，藉由電流通 過該再生電流消耗電阻23方式，降低母線12ρ-12η間電 壓。 其後’控制邰7會比較檢壓器24檢測出的母線間檢 出電壓和預設電壓，當母線間檢出電壓低於預設電壓時 -20- (18) 1274467 (ST34)，則停止對再生電壓流消耗裝置13c送出閘控制訊 號（ST35)。

因此，依據以上實施例可知，即使不具有變流器等的 電力再生機能，或是具有三相電力變換機能的開關元件組 成的三相電力變換裝置適用於直流電動機3之場合，亦 可經由殘留一相的開關元件構成再生電流消耗裝置1 3 c， 並接續於構成再生電流消耗裝置1 3 c的再生用開關元件 13P4、13n4的接續點和N側流排12η之間，當處於再生 模式時，對開關元件13ρ4、13η4進行開啓·關閉控制， 使得再生電流消耗電阻23持續消耗母線12ρ . 12η間增加 的電壓，確實地抑制母線間電壓的上升情形，並且有效地 降低勵磁線圈的電壓負載，避免勵磁線圈破損於未然。 (實施例4) 第8圖係顯示本發明相關電力變換裝置的其他實施例 之構造圖。 本實施例有鑒於升降機更新時的既設升降機設備狀 態、使用者的需求，故將直流電動機3變更爲三相誘導電 動機、三相永磁同等電動機等的三相交流電動機之例。 該圖中，2 1爲二極體整流裝置，係將三相交流電源2 輸出的交流電力整流爲必要電力的直流電壓；1 3 d爲截波 (chopper)裝置，接續於施加上述二極體整流裝置轉換直流 電源之P側母線12p-N側母線12η間，由伴隨控制部 7(無圖示）送出的閘控制訊號進行閥控制且具有三相變流 -21 - (19) 1274467 機能的IGBT等複數截波用開關元件1301-13111、13口2-13n2、13p5-13n5所構成；22爲平滑電容器，用以抑制開 關元件 Upl-Uiil、13ρ2-13η2、13ρ5·13η5 動作時發生的 突波電壓。另外自截波（chopper)裝置13d導出動力線6a 〜6 c，用以接續直流電動機3及勵磁線圈4或再生電流消 耗電阻2 3。

假設現今電動機的設備形態，譬如有電動機設備 3 1、3 2、3 3這3種存在的話，使用者如欲利用直流電動 機3之場合，應採用電動機設備3 1或3 2。而該電動機設 備3 1、3 2的相關說明如前述實施例。 不過，也有依據使用者的需求，將既設的直流電動機 3更換爲三相交流電動機的情形存在。此時可將具有三相 電力變換機能的半導體開關元件素子作爲具有三相變流機 能的截波（c h 〇 p p e r)裝置1 3 d使用，即可適用電動機設備 3 3。此電動機設備3 3具有如同三相誘導電動機或三相永 磁同等電動機之三相交流電動機3 4的構造。 升降機更新時，採用電動機設備3 1之場合，其構造 爲：將外部動力線6a及6b接續於直流電動機3的電樞 3 a、3 b側，再將外部動力線6c接續於勵磁線圈4 一端， 同時從該勵磁線圈4的另一端導向平滑電容器22，例如 接續在複數平滑電容器中點1 4 c (參考第3圖）。 升降機更新時，採用電動機設備32之場合，其構造 爲：同樣地將外部動力線6 a及6 b接續於直流電動機3的 電樞3 a、3 b側，並將外部動力線6 c接續於再生電流消耗 -22- (20) 1274467 電阻23 ’且該再生電流消耗電阻23與電力變換裝置的n 側母線1 1 b側接續。

甚至當升降機更新時，不使用直流電動機3，改採用 具有三相交流電動機3 4的電動機設備3 3之場合，其構造 爲··將外部動力線6 a〜6 c接續於三相交流電動機3 4中無 圖示的各相動力端子台，截波（chopper)裝置13d受無圖示 的控制部指示，作爲換流裝置進行動作，用以控制三相交 流電動機3 4運轉。 依據本實施例可知，當升降機更新時、故障時，不但 可以對應各種電動機設備進行處理，即使將負載的既設直 流電動機更換爲三相交流電動機之場合，也不需要更換電 力變換裝置本體，僅需施以改造就可以控制運轉交流電動 機。 此外，本發明不受限於上述實施例，只要在不脫離上 述要旨的範圍內，皆可實施各種推演轉換。如第8圖構 造，雖然在將交流電源2輸出的交流電力變換爲必要電力 直流電壓時，使用二極體整流裝置，但也可以採用第3圖 所示的轉換裝置1 1構造。 另外，儘可能地將各實施例相互組合實施，亦有相得 益彰之成效。甚至包含上述各實施例中的各種高階、低階 發明，將其指示的數項構成要素適當地組合，則可取得各 項發明。譬如說，自解決問題手段所記載的全部構成要素 中，省略幾項構成要素而取得發明之場合，則在實施該發 明時，採用熟知慣用的技術適當地補足該省略部分。 -23- (21) 1274467 產業上之利用可能性

本發明提供一種電力變換裝置，於具有三相電力變換 機能的複數半導體開關元件中，除了具有二相電力變換機 能的電樞用截波（c h 〇 p p e r )裝置以外，尙有效利用剩餘一相 的電力變換機能，經由控制降低勵磁線圈上的施加電壓’ 用以省略勵磁控制單元的同時，亦可降低勵磁線圈上的電 壓負載，避免其破損。 另外，本發明提供一種電力變換裝置，可有效利用剩 餘一相的電力變換機能，經由接續再生用電阻，用以抑制 再生時PN母線間的電壓上升。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示傳統電力變換裝置之構造圖。 第2圖係顯示其他傳統電力變換裝置之構造圖。 第3圖係顯示本發明相關電力變換裝置的一實施例之 構造圖。 第4圖係說明第3圖所示電力變換裝置動作之動作流 程圖。 第5圖係部分改良第3圖所示電力變換裝置之構造 圖。 第6圖係顯示本發明相關電力變換裝置的另一實施例 之構造圖。 第7圖係說明第6圖所示電力變換裝置動作之動作流 -24- (22) 1274467 程圖。 第8圖係顯示本發明相關電力變換裝置的其他實施例 之構造圖。

【主要元件符號】 1 2 3 3a、3b 4 5 6a、6b、6c、6 d 7 8 11 11a 1 2 n 1 2 p 13a 13b 13c 13d 13nl 、 13n2 、 13n3 13pl 、 13p2 、 13p3 電力變換裝置 三相交流電源 直流電動機 電樞 勵磁線圈 電樞電流用電流感測器 動力線 控制部 勵磁控制單元 轉換裝置 轉換用開關元件 N側母線 P側母線 電樞用截波裝置 勵磁用截波裝置 再生電流消耗裝置 截波（chopper) 截波用開關元件 截波用開關元件 -25- (23)1274467 1 3n4 、1 3p4 再生 1 3n5 、1 3p5 截波 14 勵磁 1 4al 、1 4a2 、. ..、平滑 1 4 an 1 4b 1 、1 4b2 、. ..、平衡 14bn 14c 平滑 點 1 4d 回授 回授 1 4 e 平滑 之共 15 勵磁 2 1 二極 22 平滑 23 再生 24 檢壓 3 1、 32、3 3 電動 34 三相 5 1 直流 52n N側 52p P側 53 ^ 53a 電樞

用開關元件 用開關元件 中點電壓取得電路 電容 電阻 電容器 14al 、 14a2的 用電路元件 用半導體元件 電容 14a(n-l)和 14 同接續點 電流用電流感測器 體整流裝置 電容 電流消耗電阻 器 機設備 交流電動機 電源 母線 母線 用截波裝置 -26- (24)1274467

53b 53nl 、 53n2 、 53n3 5 3 p1、53p2、5 3 p 3 54 55 56a 、 56b 、 56c 、 56d 57 58 59 勵磁用截波裝置 開關元件 開關元件 平滑電容 直流電動機 動力線 勵磁線圈 勵磁控制單元 電樞電流用電流感測器

-27-

Claims (1)

1. (1) 1274467 十、申請專利範圍 1. 一種電力變換裝置’係於施加必要直流電壓的PN 母線間，將持有三相的電力變換機能之複數個半導體開關 元件、及抑制於此些複數個半導體開關元件動作時所產生 的突波電壓來之複數個平滑電容，來加以各自串聯接續’ 用以驅動具有勵磁線圈的直流電動機；其特徵爲備有：

   前述持有三相的電力變換機能之複數個半導體開關元 件之中，於持有其中二相電力變換機能的複數個半導體開 關元件之輸出側，將前述直流電動機的電樞加以接續，於 供給來自外部之第1閘控制訊號之範圍下，進行截波動作 之電樞用截波裝置；和 前述持有三相的電力變換機能之複數個半導體開關元 件之中，以持有其餘一相電力變換機能的複數個半導體開 關元件來加以構成，於供給來自外部之第2閘控制訊號之 範圍下，進行截波動作之勵磁用截波裝置；和 於構成此勵磁用截波裝置的複數個半導體開關元件之 接續部與前述複數個平滑電容的中點之間，接續前述勵磁 線圈及回授用電路元件，將前述平滑電容的中點電壓，藉 由該勵磁用截波裝置的截波動作，通電於前述勵線圈，且 將積蓄於前述勵磁線圏的電力能源送回前述平滑電容的中 點之勵磁電壓降壓電路。 2 ·如申請專利範圍第1項中所記載之電力變換裝 置，其中：於串聯接續3個以上之前述複數平滑電容之場 合，前述勵磁電壓降壓電路，係在構成前述勵磁用截波裝 -28- (2) 1274467 置的複數半導體開關元件之接續部與前述三個以上平滑電 容中最鄰接靠近前述N側母線的平滑電容之接續點之 間’將則述勵磁線圈及回授用電路元件來加以接續。

   3 · —種電力變換裝置，係於施加必要直流電壓的pn 母線間，將持有三相電力變換機能之複數個半導體開關元 件、及可將於此些複數個半導體開關元件動作時所產生的 突波電壓來加以抑制之複數個平滑電容，來加以各自串聯 接續，用以驅動具有控制來自勵磁控制單元的勵磁電流的 流入之勵磁線圈之直流電動機；其特徵爲備有： 前述持有三相的電力變換機能之複數數半導體開關元 件之中，於持有其中二相電力變換機能的複數個半導體開 關元件之輸出側，將前述直流電動機的電樞加以接續，於 供給來自外部之第1閘控制訊號之範圍下，進行截波動作 之電樞用截波裝置；和 前述持有三相的電力變換機能之複數個半導體開關元 件之中，以持有其餘一相電力變換機能的複數個半導體開 關元件來加以構成，於供給來自外部之第2閘控制訊號之 範圍下，進行開關動作之再生電流消耗裝置；和 接續於構成此再生電流消耗裝置的複數個半導體開關 元件的接續點與前述N側母線之間，於前述直流電動機 的再生模式時，藉由前述再生電流消耗裝置的開關動作’ 減低產生於前述PN母線間的電壓，用以消耗再生電流之 再生電流消耗電阻。 4 .如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所記載之 -29- (3) (3)1274467

   m λ # ί奥裝置，其中：將代換做爲負載之直流電動機、適 μ交流電動機之場合，以持有前述三相的電力變換機能 之複數個半導體開關元件，做爲三相換流裝置的同時，由 構成該換流裝置各個相的複數個半導體開關元件的接續 點，接續於上述直流電動機電樞及勵磁線圈或再生電流消 耗電阻之輸出線，直接接續於前述交流電動機。 -30-