矩陣變換器、矩陣變換器的控制裝置及矩陣變換器的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及矩陣變換器、矩陣變換器的控制裝置及矩陣變換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 矩陣變換器具有連接交流電源和負(fù)載的多個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制運(yùn)些雙向開(kāi)關(guān)直 接切換交流電源的各相電壓，從而向負(fù)載輸出任意的電壓、頻率。
[0003] 該矩陣變換器通過(guò)按照規(guī)定的順序?qū)?gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)元件獨(dú)立進(jìn)行接通、斷 開(kāi)控制，來(lái)進(jìn)行切換負(fù)載的相和交流電源的相的連接狀態(tài)的換流控制。由此，例如防止交流 電源的相間短路、輸出相的開(kāi)路等。
[0004] 作為用于換流控制的換流法，提出有W四步電壓換流法、四步電流換流法為首的 各種換流法，進(jìn)而，還提出由將多個(gè)換流法組合并根據(jù)交流電源的相電壓、負(fù)載的相電流的 狀態(tài)來(lái)切換用于換流控制的換流法的方法（例如，參考專利文獻(xiàn)1)。
[O(K)日]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2010 - 246174號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明所要解決的問(wèn)題
[0009] 然而，由于例如換流法的組合方式、換流法的切換條件的不同，電力轉(zhuǎn)換的精度存 在下降的風(fēng)險(xiǎn)。
[0010] 本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)方案就是鑒于上述問(wèn)題而做出的，其目的是提供能夠提 高電力轉(zhuǎn)換精度的矩陣變換器、矩陣變換器的控制裝置及矩陣變換器的控制方法。
[0011] 用于解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0012] 本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)方式所設(shè)及的矩陣變換器具備電力轉(zhuǎn)換部、選擇部、W 及換流控制部。所述電力轉(zhuǎn)換部具有多個(gè)雙向開(kāi)關(guān)，并在交流電源的各相和負(fù)載的各相之 間設(shè)有所述多個(gè)雙向開(kāi)關(guān)。所述選擇部基于所述交流電源的相電壓的狀態(tài)和所述負(fù)載的相 電流的狀態(tài)中的至少任一者，從多種換流模式之中選擇一個(gè)換流模式。所述換流控制部利 用由所述選擇部選擇出的換流模式控制所述雙向開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行切換所述交流電源和所述負(fù) 載的連接狀態(tài)的換流控制。基于由所述選擇部進(jìn)行的換流模式的選擇比例對(duì)所述多種換流 模式的特性值加權(quán)得到的值的合計(jì)值為成為比較對(duì)象的一個(gè)換流模式的特性值W下。 陽(yáng)〇1引發(fā)明效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的一個(gè)方式，可W提供能夠提高電力轉(zhuǎn)換的精度的矩陣變 換器、矩陣變換器的控制裝置及矩陣變換器的控制方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖I是表示實(shí)施方式所設(shè)及的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。 陽(yáng)016] 圖2是表示雙向開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0017] 圖3是表不向各輸出相輸出的輸入相電壓的切換的一例的圖。
[0018] 圖4是表示多個(gè)雙向開(kāi)關(guān)的單向開(kāi)關(guān)和口信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0019] 圖5A是表示在四步電流換流法中輸出相電流為正時(shí)的、輸出相電壓及口信號(hào)的 關(guān)系的圖。
[0020] 圖5B是表示在四步電流換流法中輸出相電流為負(fù)時(shí)的、輸出相電壓及口信號(hào)的 關(guān)系的圖。
[0021] 圖6是表示圖5A所示的四步電流換流法中的單向開(kāi)關(guān)的狀態(tài)的圖。
[0022] 圖7是表示四步電壓換流法中的輸出相電壓、n信號(hào)、W及與換流動(dòng)作的各步驟 之間的關(guān)系的圖。
[0023] 圖8是表示圖7所示的四步電壓換流法中的單向開(kāi)關(guān)的狀態(tài)的圖。
[0024] 圖9A是表示S步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0025] 圖9B是表示S步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。 陽(yáng)0%] 圖IOA是表示S步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0027] 圖IOB是表示S步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0028] 圖IlA是表示模擬S步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0029] 圖IlB是表示模擬S步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0030] 圖12A是表示S步電壓電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0031] 圖12B是表示S步電壓電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0032] 圖13A是表示二步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0033] 圖13B是表示二步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0034] 圖14是表示第一二步電壓換流法中的輸出相電壓、n信號(hào)、化及與換流動(dòng)作的各 步驟之間的關(guān)系的圖。
[0035] 圖15A是表示第二二步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0036] 圖15B是表示第二二步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0037] 圖16A是表示第S二步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0038] 圖16B是表示第S二步電壓換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0039] 圖17A是表不一步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。 W40] 圖17B是表示一步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0041] 圖18A是表不模擬一步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0042] 圖18B是表示模擬一步電流換流法中的輸出相電壓及口信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0043] 圖19是用于說(shuō)明換流換流模式的組合的一例的圖。
[0044] 圖20是表示各換流法中的、相對(duì)于輸出相電流的依賴度和相對(duì)于輸入相電壓的 依賴度的關(guān)系的圖。
[0045] 圖21是表不各換流法的換流完成時(shí)間的關(guān)系的圖。
[0046] 圖22是表示由所選擇的換流法的組合進(jìn)行換流控制時(shí)和由四步電流換流法進(jìn)行 換流控制時(shí)各自的仿真結(jié)果的圖。
[0047] 圖23是表示控制部的結(jié)構(gòu)例的圖。 引圖24是表示輸出相電流和規(guī)定范圍的關(guān)系的圖。
[0049] 圖25是表示輸入相電壓和規(guī)定范圍的關(guān)系的圖。
[0050] 圖26是表示控制部的控制處理的流程的一例的流程圖。
[(K)川附圖標(biāo)記的說(shuō)明
[0052] 1 矩陣變換器 陽(yáng)05引 2 S相交流電源
[0054] 3 負(fù)載 陽(yáng)〇5引 10電力轉(zhuǎn)換部
[0056] 11 LC 濾波器
[0057] 12輸入電壓檢測(cè)部 陽(yáng)05引 13輸出電流檢測(cè)部
[0059] 20控制部
[0060] 30電壓指令運(yùn)算部 W61] 31 PWM占空比運(yùn)算部 W62] 32換流部 W63] 33切換部 W64] 34確定部 W65] 41電壓判定部
[0066] 42電流判定部 W67] 43換流控制部 W側(cè) 44選擇部
[0069] 51第一換流控制部
[0070] 52第二換流控制部 陽(yáng)071] 53第S換流控制部
[0072] 54第四換流控制部
【具體實(shí)施方式】
[0073] W下，參考附圖對(duì)本申請(qǐng)公開(kāi)的矩陣變換器、矩陣變換器的控制裝置W及矩陣變 換器的控制方法的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，本發(fā)明不限于W下所示的實(shí)施方式。
[0074] [1.矩陣變換器的結(jié)構(gòu)]
[00巧]圖1是表示實(shí)施方式設(shè)及的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖1所示，實(shí)施方式設(shè) 及的矩陣變換器1設(shè)置于=相交流電源2( W下，僅記為交流電源2)和負(fù)載3之間。交流 電源2例如是電力系統(tǒng)。另外，負(fù)載3例如是交流電動(dòng)機(jī)或交流發(fā)電機(jī)。W下，將交流電源 2的R相、S相和T相記載為輸入相，將負(fù)載3的U相、V相和W相記載為輸出相。 W76] 矩陣變換器1具備：輸入端子Tr、Ts、Tt ;輸出端子化、Tv、tw ;電力轉(zhuǎn)換部10 ;LC 濾波器11 ;輸入電壓檢測(cè)部12 ;輸出電流檢測(cè)部13 ; W及控制部20。矩陣變換器1將從交 流電源2經(jīng)由輸入端子Tr、Ts、Tt供給的S相交流電壓轉(zhuǎn)換成任意的電壓和頻率的S相交 流電壓并從輸出端子化、Tv、tw向負(fù)載3輸出。此外，輸入電壓檢測(cè)12也可W檢測(cè)電力轉(zhuǎn) 換部10和LC濾波器11之間的電壓。
[0077] 電力轉(zhuǎn)換部10具備連接交流電源2的各相和負(fù)載3的各相的多個(gè)雙向開(kāi)關(guān)Sru、 Ssu、S1：U、Srv、Ssv、Stv、Srw、Ssw、Stw( W下，有時(shí)統(tǒng)稱作雙向開(kāi)關(guān)巧。 陽(yáng)07引雙向開(kāi)關(guān)Sru、Ssu、S化分別連接交流電源2的R相、S相、T相和負(fù)載3的U相。 雙向開(kāi)關(guān)Srv、Ssv、Stv分別連接交流電源2的R相、S相、T相和負(fù)載3的V相。雙向開(kāi)關(guān) Srw、Ssw、Stw分別連接交流電源2的R相、S相、T相和負(fù)載3的W相。 陽(yáng)079] 圖2是表示雙向開(kāi)關(guān)S的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示，雙向開(kāi)關(guān)S具有將單向開(kāi)關(guān) Sio和二極管Dio串聯(lián)連接的電路、W及將單向開(kāi)關(guān)Soi和二極管Doi串聯(lián)連接的電路，運(yùn) 些串聯(lián)連接電路反向并聯(lián)連接。
[0080] 此外，雙向開(kāi)關(guān)S只要是具有多個(gè)單向開(kāi)關(guān)而能夠控制導(dǎo)通方向的結(jié)構(gòu)即可，不 限于圖2所示的結(jié)構(gòu)。例如，在圖2所示的例子中，二極管Dio、Doi的陰極彼此連接，但雙 向開(kāi)關(guān)S也可W是二極管Dio、Doi的陰極彼此不連接的結(jié)構(gòu)。
[0081] 另夕b 單向開(kāi)關(guān) Sio、Soi 例如是 MOS陽(yáng)T (Metal - Oxide - Semiconductor Field -Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、IGBT (Insulated Gate Bipolar化ansistor:絕緣柵雙極型晶體管）等半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。另外，單向開(kāi)關(guān)Sio、Soi 例如也可W是GaN的陽(yáng)T、SiC的MOS陽(yáng)T等寬帶隙的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件。
[0082] 返回到圖1，繼續(xù)矩陣變換器1的說(shuō)明。LC濾波器11設(shè)置于交流電源2的R相、 S相及T相與電力轉(zhuǎn)換部10之間。該LC濾波器11包括S個(gè)電抗器Lr、Ls、Lt和S個(gè)電容 器化S、Cst、Ctr,去除由雙向開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)引起的高頻成分。 陽(yáng)08引輸入電壓檢測(cè)部12檢測(cè)交流電源2的R相、S相、T