WO2007094161A1

WO2007094161A1 - マトリクスコンバータ装置

Info

Publication number: WO2007094161A1
Application number: PCT/JP2007/051358
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Koga; Toshihiro Mori; Eiji Yamamoto; Hidenori Hara
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2007-08-23
Also published as: TW200746603A

Abstract

　マトリクスコンバータ主回路の三相交流電源側に設けられた入力用三相交流リアクトルと前記マトリクスコンバータ主回路との接続点に並列接続された入力用コンデンサからなる受動フィルタを有するマトリクスコンバータ装置において、（１）三相交流電源ひずみによる入力ＬＣフィルタの共振電圧を抑制し、マトリクスコンバータ主回路入力波形の改善を図る、（２）装置の小型化や低価格化を図る、（３）共振電圧抑制対策を容易にする、ことができるマトリクスコンバータ装置を提供する。　前記入力用三相交流リアクトルと前記入力用コンデンサとの接続点を外部接続口として引き出した、前記マトリクスコンバータ装置外部に共振抑制部を接続できる接続端子を備える。

Description

明細書

マトリクスコンバータ装置

技術分野

[0001] 本発明は、フィルタの共振抑制部を備えたマトリクスコンバータ装置に関する。

背景技術

[0002] 従来のマトリクスコンバータ装置は、フィルタ回路の共振電圧を抑制するために、 A Cリアタトルと並列に抵抗を備えダンピングさせている。（例えば、特許文献 1参照。 ) ダンピング抵抗は、その一端を三相交流電源へ、他端を三相交流キャパシタ（以下、 Cとする。）へ接続され、三相交流リアタトル (以下、 Lとする。）と並列接続される。と Cとで LCローパスフィルタを構成し、ダンピング抵抗は入力電流高調波成分をロスとして消費させるちのである。

このように、従来のマトリクスコンバータ装置は、装置内部にダンピング抵抗を備え、抵抗の熱損失によるロスが発生するものの、共振電圧または共振電流を抑制するのである。

特許文献 1：特開 2003 - 244960号公報 (第 2頁、図 6)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] マトリクスコンバータ装置は、交流-交流直接変換の電力変換装置であるが、近年、設置環境に関する規制等により、外部にノイズを発しないようにフィルタ装置に対する必要性が高くなつており、マトリクスコンバータ装置の回路構成の特徴を生力したフィルタ装置を提供することが必要になって、る。従来のマトリクスコンバータ装置は、その多くは電源歪が少なく共振電圧または共振電流が発生しない環境下で使用するため、マトリクスコンバータ装置内部に共振抑制部は備えていない。しかしながら、マトリクスコンバータ装置の前段の三相交流電源に並列に接続されるインバータ装置などが多く接続される工場や電源事情の悪い環境下で使用する場合は、マトリクスコンバータ装置内部に共振抑制部を備える必要がある。例えば、従来のマトリクスコンバータ装置のようにダンピング抵抗による共振抑制部とした場合は、抵抗ロスによる発熱が大きくなり発熱対策に伴う装置の大形化、高価格ィ匕などの問題があった。本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、 (1)三相交流電源ひずみによる入力 LCフィルタの共振電圧を抑制し、マトリクスコンバータ主回路入力波形の改善を図る、（2)装置の小型化や低価格ィ匕を図る、（3)外部に LCフィルタの引き込み口端子を設置することにより共振電圧抑制対策を容易にする、ことができるマトリクスコンバータ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項 1に記載の発明は、交流-交流直接変換装置としてのマトリクスコンバータ装置

であって、マトリクスコンバータ主回路の三相交流電源側に設けられた入力用三相交流リアタトルと前記マトリクスコンバータ主回路との接続点に並列接続された入力用コンデンサカもなる受動フィルタを有するマトリクスコンバータ装置にぉ、て、前記マトリタスコンバータ装置に共振抑制部を接続できる接続端子を備えるものである。

また、請求項 2に記載の発明は、請求項 1における前記接続端子は、前記入力用三相交流リアタトルと前記入力用コンデンサとの接続点を引き出したものである。また、請求項 3に記載の発明は、請求項 1における前記共振部は、その一端を前記接続端子に接続し、他端を前記三相交流電源側に接続する抵抗であるものである。また、請求項 4に記載の発明は、請求項 1における前記共振部は、リアタトルと抵抗とコンデンサのいずれ力 2つ以上を直列に接続したフィルタ回路であり、その一端を前記接続端子に接続するものである。

また、請求項 5に記載の発明は、請求項 1における前記入力用三相交流リアタトルの代わりに、入力用単相リアタトルを三相交流電源の各相に備えるものである。また、請求項 6に記載の発明は、請求項 1における前記マトリクスコンバータ装置が、前記受動フィルタ出力の共振状態を検出する共振検出部を備え、

共振検出部の出力信号に基づいて、前記接続部に前記共振抑制部を接続するように、表示部への表示または出力信号を出力するものである。

発明の効果 [0005] 請求項 1に記載の発明によると、マトリクスコンバータ主回路を含めたマトリクスコンバータ装置にもともと必要な、入力段での受動フィルタ回路で構成する LCフィルタの 2次側を外部引き出し口に設けることで電源事情が悪くても外部より容易に共振抑制対策を実施することができる。また、共振抑制対策用の受動素子はマトリクスコンパ一タ装置内部へ収納する必要がないため、小型化や低価格なマトリクスコンバータ装置を構成することができる。また、電源側に接続する電気品のシステム構成により電源電圧の歪み量が変化した場合もマトリクスコンバータ装置自体は変更せずに、マトリクスコンバータ装置外に取付ける共振抑制部を変更するだけで共振電圧または共振電流抑制対策を容易に図ることができる。また、マトリクスコンバータ装置自体は変更せずに共振抑制対策ができるため、マトリクスコンバータ装置本体の汎用性を高めることができる。

また、請求項 2に記載の発明によると、三相交流電源ひずみによる入力 LCフィルタの共振電圧または共振電流を抑制し、マトリクスコンバータ主回路入力波形の改善を図ることができる。また、端子台やコネクタ等の接続口を使用できるので、共振抑制部の装着性が良ぐ誤動作等の不具合を防止できる。

また、請求項 3または 4に記載の発明によると、様々な共振抑制対策用の受動素子を接続することができ、様々な共振電圧または共振電流の種類に対し、抑制することができる。

また、請求項 5に記載の発明によると、マトリクスコンバータ主回路入力波形の改善における受動フィルタの汎用性を高めることができる。

また、請求項 6に記載の発明によると、常に共振抑制部を備える必要がなぐマトリタスコンバータ装置自体の小型化や低価格化、汎用性を高めることができ、共振状態が発生した場合にのみ、共振抑制部を備えることを作業者に容易にかつ明確に促がすことができる。

図面の簡単な説明

[0006] [図 1]本発明の第 1実施例を示すマトリクスコンバータ装置の概略ブロック図である。

[図 2]本発明の第 2実施例を示すマトリクスコンバータ装置の概略ブロック図である。

[図 3]本発明の第 3実施例を示すマトリクスコンバータ装置の概略ブロック図である。符号の説明

1 三相交流電源

2 入力用三相交流リアタトル

3 入力用コンデンサ

4 マトリクスコンバータ主回路

5 負荷

6 受動素子

7 外部接続口

8 R (抵抗）

9 LCR (リアクトノレ、コンデンサ、抵抗；)

10 マトリクスコンバータ装置

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る概略ブロック図である。図において、 1は三相交流電源、 2は入力用三相交流リアタトル (L)、 3は入力用コンデンサ（C)、 4はマトリタスコンバータ主回路、 5は負荷、 6は受動素子、 7は外部接続口であり、 10は L2 、 C3、マトリクスコンバータ主回路 4、外部接続口 7を備えるマトリクスコンバータ装置である。三相交流電源 1とマトリクスコンバータ主回路 4の間に L2が直列に接続され、 L2とマトリクスコンバータ主回路 4との接続点に並列に C3を接続し、入力受動 LCフィルタを構成している。

本発明が特許文献 1と異なる部分は、マトリクスコンバータ装置 10の外部に受動素子 6を容易に接続できる外部接続口 7を備えた部分である。

[0009] マトリクスコンバータ装置 10の外部に受動素子 6を容易に接続できる外部接続口 7 を備え、 L2とマトリクスコンバータ主回路 4との接続点に並列に外部接続口 7を接続し、三相交流電源 1と入力用三相交流リアタトル 2との接続点に並列に受動素子 6を接続し、入力受動 LCフィルタの共振抑制部を構成している。また、マトリクスコンバータ主回路 4の出力側に負荷 5を接続している。マトリクスコンバータ主回路 4は、三相交流電源を直接任意の電圧'周波数に変換する交流交流直接変換装置であるが、その原理上、入力にはパルス状の電流が流れる。これを C3と L2からなる LCフィルタによりフィルタリングすることにより、入力電流を正弦波に制御することができる。

[0010] これら LCフィルタ回路の動作は次のようになる。入力側の L2と C3で構成される LC フィルタ回路によって、マトリクスコンバータ装置 10の入力側に表れる三相交流電源側のひずみ電圧を抑制し、マトリクスコンバータの出力側に表れる PWMの急峻なパルス電圧の dv/dtを抑制し、負荷側で発生するスパイク状のサージ電圧を抑制する。

[0011] しかしながら、一般的に、 LCフィルタ回路に電流が流れると L2と C3が共振現象を起こしてしまい入力部に共振電流が流れる。この共振電流のために入力電流の歪み率が悪ィ匕してしまう。特に、マトリクスコンバータ装置 10の前段の三相交流電源 1に並列に接続されるインバータ装置などが多く接続される工場や電源事情の悪い環境下で使用する場合、共振電圧または共振電流が発生するため、受動素子 6を接続する共振抑制回路が必要となる。このような場合、本発明のマトリクスコンバータ装置 10は、外部に受動素子 6を容易に接続できる外部接続口 7を備えてヽるので、共振電圧または共振電流を抑制する対応が容易にでき、また通常、マトリクスコンバータ装置 10 内に受動素子 6を備えていないので、マトリクスコンバータ装置 10の小型化、低コストィ匕を図ることができる。

[0012] なお、 L2は入力用三相交流リアタトルとした力単相リアタトルであってもよい。また、外部接続口 7は端子台やコネクタ等の接続端子である。また、マトリクスコンバータ装置 10の入力する 3相交流電源 1事情や LCフィルタ回路の共振電圧または共振電流を検出部により検知して、外部接続口 7に受動素子 6を接続するように、表示部や外部出力信号を介して作業者に知らせるようにしてもよ！、。

[0013] 図 2は本発明の第 2の実施形態に係る概略ブロック図である。図において、図 1と同符号の構成要素は、第 1の実施形態と同じ作用効果を奏するため、説明は省略する。 8は抵抗 (R)であり外部接続口 7に R8を接続し、マトリクスコンバータ主回路 4の入力側に挿入する L2と並列に、 L2の相ごとに抵抗 7からなる共振抑制部を設けている。この共振抑制部は、図 1における受動素子 6に R8を適用した場合であり、マトリクスコンバータ主回路 4の入力側で構成されている LCフィルタ回路による LC共振のトリガーとなる場合に、この共振を抑制しマトリクスコンバータ主回路 4の入力電圧を正弦波にするのである。

[0014] 図 3は本発明の第 3の実施形態に係る概略ブロック図である。図において、図 1と同符号の構成要素は、第 1の実施形態と同じ作用効果を奏するため、説明は省略する。 9はリアタトルとコンデンサと抵抗 (LCR)であり外部接続口 7に LCR9を接続し、マトリクスコンバータ主回路 4の入力側に挿入する L2に、リアタトルと抵抗とコンデンサのいずれか 2つ以上を組み合わせたフィルタ回路による共振抑制部を設け、 L2の相ごとにリアタトルと抵抗とコンデンサのいずれか 2つ以上を組み合わせたフィルタ回路からなる共振抑制部を設けている。この共振抑制部は、マトリクスコンバータ主回路 4の入力側で構成されている LC回路による LC共振のトリガーとなる場合に、この共振を抑制しマトリクスコンバータ主回路 4の入力電圧を正弦波にするのである。

[0015] 以上述べたように、本発明を用いることで、マトリクスコンバータに付加する入力フィルタ装置を合理的に構成することができる。具体的効果としては（1)三相交流電源のひずみによる入力 LCフィルタの共振電圧を抑制し、マトリクスコンバータ主回路入力波形の改善を図ることにより共振電圧を抑制し、出力電圧の dvZdtを低減することにより、モータ端子間のサージ電圧を低減することができる。（2)本発明により受動素子はマトリクスコンバータ装置内部へ収納しないため小型化や低価格な装置を構成することができる。（3)外部に LCフィルタの 2次側の引き込み口端子を設置することにより電気品のシステム構成により受動素子の大きさが変わっても可変できるため装置の共振電圧抑制対策を容易にすることができる。

産業上の利用の可能性

[0016] 本発明である、フィルタの共振抑制部を備えたマトリクスコンバータ装置の適用は、本マトリクスコンバータ装置で ₃相交流電動機（同期電動機または誘導電動機)を駆動する用途、すなわち一般産業機械、工作機械、ロボット等の用途にも適用できる。また、 3相交流電動機の駆動を要する、電気品のシステム構成の小型化または低価格ィ匕が要求される前記用途以外の用途にも適用できる。また、ここでの 3相交流電動機は、回転形または直動形であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 交流-交流直接変換装置としてのマトリクスコンバータ装置であって、マトリクスコンバータ主回路の三相交流電源側に設けられた入力用三相交流リアタトルと前記マトリタスコンバータ主回路との接続点に並列接続された入力用コンデンサ力なる受動フィルタを有するマトリクスコンバータ装置にぉ、て、

前記マトリクスコンバータ装置に共振抑制部を接続できる接続端子を備えることを特徴とするマトリクスコンバータ装置。

[2] 前記接続端子は、前記入力用三相交流リアタトルと前記入力用コンデンサとの接続点を引き出したものであることを特徴とする請求項 1記載のマトリクスコンバータ装置。

[3] 前記共振部は、その一端を前記接続端子に接続し、他端を前記三相交流電源側に接続する抵抗であることを特徴とする請求項 1記載のマトリクスコンバータ装置。

[4] 前記共振部は、リアタトルと抵抗とコンデンサのいずれか 2つ以上を直列に接続したフィルタ回路であり、その一端を前記接続端子に接続することを特徴とする請求項 1 記載のマトリクスコンバータ装置。

[5] 前記入力用三相交流リアタトルの代わりに、入力用単相リアタトルを三相交流電源の各相に備えることを特徴とする請求項 1記載のマトリクスコンバータ装置。

[6] 前記マトリクスコンバータ装置が、前記受動フィルタ出力の共振状態を検出する共振検出部を備え、

共振検出部の出力信号に基づいて、前記接続端子に前記共振抑制部の接続を促すように、表示部への表示または出力信号を出力することを特徴とする請求項 1記載のマトリクスコンバータ装置。