[发明专利]矩阵转换器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矩阵转换器装置，用于通过将多相交流电流电源作为输入来输出任意多相交流电流或直流电压，尤其是具有输出电压的升降压功能的矩阵转换器装置。

背景技术

电力转换装置通常表示一种装置，其将构成固定电压/固定频率的交流电流电源电压转化为具有任意量值的电压/频率。当前最常使用的电力转换器装置是电压源型PWM逆变器。PWM逆变器通过使用IGBT高速半导体开关元件，对通过转换交流电源电压得到的直流电压进行PWM变换，从而执行被转换到任意电压/频率的交流电压转换输出。

然而，作为PWM转换器的基本特性，指出这样的缺点：不能将电源恢复到交流电压源的一侧，并且输入交流谐波是相当可观的。作为这一缺点的对策，有一种方式是通过在输入侧转换器部分也提供与PWM逆变器的变换部分相同的电路(PWM转换器+PWM逆变器)。然而，在这种情况下，产生如下问题，即IGBT元件等元件数目倍增，而且，还需要PWM转换器部分的控制装置。

因此，近年来受到关注的作为解决这些问题的电力转换装置是矩阵转换器装置。该矩阵转换器装置是一种AC-AC直流电力转换装置，其能够将三相交流电源直接转换到任意电压/频率。作为其主要特性，所列出的优点是：能够执行电机驱动/恢复两种操作，能够抑制电源谐波，没有转换到直流电压的转换部分，因此能够实现整个装置的小型化构造/低价格化的构造。特别是，根据这些特征，在节能/低噪声等使用环境很严格的领域中，矩阵转换器装置是近年来受到关注的一种新驱动装置。

同时，矩阵转换器装置通常由如下结构构成，其中由于对交流电源电压进行直接的高速变换，所以在输入部分提供用于平滑输入电流的LC滤波器。根据这样的矩阵转换器装置，通过任意选择交流电源相位、并对该相位进行PWM控制，以及控制其导电率，使得能够输出比该相位的输入电压值(准确的讲，是滤波器部分电容器C的端子电压)更小的任意电压输出。因此，由于原理上是以降压操作作为前提，所以输出电压无法被升压。然而，虽然必需根据用途而将高于输入电源电压的输出电压提供给负载端，但是常规矩阵转换器装置不能够应对这样的升压用途。

然而，也存在一种矩阵转换器装置，其在采用解决这种问题的矩阵转换器装置的构成的同时，实现了升压操作(参照，例如，专利文献1)。图9具体示出了作为背景技术的该装置。

在图9中，通过例如使开关S101和S104为ON，将磁能存储到具有变压器构造的电抗器102，接着，通过使开关S104为OFF来释放所述磁能，并且将所释放的磁能充载到电容器106，从而实现输出电压的升压，同时实现了到电机109的三相交流电压输出。这样，一个这样的装置被用作升压型DC/DC转换器装置和逆变器装置。

专利文献1：JP-A-2000-69754(图1)

发明内容

本发明解决的技术问题

当为了升压而释放存储在电抗器中的磁能时，还必需在释放时确保在该电抗器中流动的电流的导通路径。如果没有确保导通路径，在电抗器中流动的电流受到阻断时，阻断时将产生巨大的浪涌电压，并且可能会破坏构成双向开关的半导体开关元件。

根据图9中所示的背景技术，使用变压器结构的电抗器102来作为对策，例如，通过开关101和电容器106，来确保在线圈N1中流动的电流的导通路径，并且将在线圈N2中流动的电流阻断到零，然而，通过使用变压器构造，相应量的磁通量被瞬时移动到线圈N1，从而避免发生上述问题。

然而，必需在电抗器中采用特殊的变压器构造产品，而且在接受瞬时移动的磁通量的线圈侧的双向开关处，电流瞬时倍增，因此必需提高半导体开关元件的电流容量，对于从交流电源侧提供的电流，还产生这样的问题，即电流中的变化非常剧烈。此外，由于在各电抗器线圈中流动的电流相互干扰的结构，还存在这样的问题，即不能够分别和独立地控制在各电抗器线圈中流动的电流。

此外，还存在这样的问题，即通过对交流电源相位进行PWM控制并控制其导电率，所述降压操作通过这种结构，无法实现比该相位输入电压值更小的任意电压输出。

考虑到这个问题而实现本发明，并且其一个目的是提供一种矩阵转换器装置，能够通过使用标准电抗器来实现升压输出电压、抑制在双向开关中流动的电流中的急遽变化、单独地控制在各电抗器中流动的电流、以及还同时实现降压操作。

解决技术问题的方法