專利名稱：功率轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率轉換裝置，特別涉及包括PWM(Pulse WidthModulation 脈寬調 制)整流器和PWM逆變器的功率轉換裝置。
背景技術：
一直以來，以下功率轉換裝置已實用化，該功率轉換裝置利用PWM整流器將來自 三相交流電源的三相交流電轉換為直流電壓，利用PWM逆變器將該直流電壓轉換為三相交 流電壓，來提供給負載電路。在該功率轉換裝置中，為了防止因PWM整流器的晶體管的開關 而產生的載波頻率的電壓流入三相交流電源，在三相交流電源和PWM整流器之間設有交流 輸入濾波器。交流輸入濾波器包含三個電抗器和三個電容器。另外，為了防止因PWM逆變器的晶體管的開關而產生的載波頻率的電壓流入負載 電路，在PWM逆變器和負載電路之間設有交流輸出濾波器。交流輸出濾波器包括三個電抗 器和三個電容器(例如，參照日本專利特開平9494381號公報(專利文獻1))。專利文獻1日本專利特開平9494381號公報

發明內容
然而，在三相交流電流之和成為零的情況下，由于基于三相交流電流的磁通之和 也成為零，因此，可以用包括三個主柱的三柱鐵心三相電抗器構成各交流輸入濾波器及交 流輸出濾波器的三個電抗器。然而，在三相交流電流之和不成為零、產生基于三相交流電流 之和的電流(稱為零相電流)的磁通的情況下，三柱鐵心三相電抗器的主柱內的磁通產生 飽和(參照圖3)。為了防止因基于零相電流的磁通而引起的主柱內的磁通產生飽和，可以使用包括 三個主柱和一個回路柱的四柱鐵心三相電抗器(參照圖4)。然而，若使用兩臺四柱鐵心三 相電抗器，則導致裝置尺寸成為大型化。因此，本發明的主要目的在于提供小型的功率轉換裝置。本發明的功率轉換裝置包括PWM整流器，該PWM整流器將第1三相交流電壓轉換 為直流電壓；PWM逆變器，該PWM逆變器將直流電壓轉換為第2三相交流電壓；交流輸入濾 波器，該交流輸入濾波器傳輸第1三相交流電壓，切斷由PWM整流器產生的載波頻率的電 壓；以及交流輸出濾波器，該交流輸出濾波器傳輸第2三相交流電壓，切斷由PWM逆變器產 生的載波頻率的電壓。交流輸入濾波器包含第1 第3電抗器，該第1 第3電抗器的一 側端子接收第1三相交流電壓，另一側端子與PWM整流器相連接；以及第1 第3電容器， 該第1 第3電容器的一側電極分別與第1 第3電抗器的一側端子相連接。交流輸出濾 波器包含第4 第6電抗器，該第4 第6電抗器的一側端子接收第2三相交流電壓，另 一側端子與負載電路相連接；以及第4 第6電容器，該第4 第6電容器的一側電極分 別與第4 第6電抗器的另一側端子相連接。第1 第6電容器的另一側電極是公共連接 的。第1 第6電抗器是由六柱鐵心六相電抗器或七柱鐵心六相電抗器構成的。
在本發明的功率轉換裝置中，交流輸入濾波器的第1 第3電抗器和交流輸出濾 波器的第4 第6電抗器是由六柱鐵心六相電抗器或七柱鐵心六相電抗器構成的。因而， 與使用兩臺四柱鐵心三相電抗器的情況相比，能夠力圖實現裝置的小型化。


圖1是表示本發明的一實施方式的功率轉換裝置的結構的電路框圖。圖2是表示圖1所示的功率轉換裝置中所使用的六柱鐵心六相電抗器的結構的 圖。圖3是用于說明實施方式的效果的圖。圖4是用于說明實施方式的效果的其他圖。圖5是表示圖2所示的六柱鐵心六相電抗器的動作的圖。圖6是表示實施方式的變更例的電路框圖。圖7是表示圖6所示的七柱鐵心六相電抗器的動作的圖。圖8是表示實施方式的其他變更例的電路框圖。圖9是表示實施方式的另一其他變更例的電路框圖。標號說明1交流輸入濾波器2 4，11，19 21，62，63 電容器5 7，16 18電抗器8PWM 整流器9，14 二極管10，13 晶體管12PWM 逆變器15交流輸出濾波器22三相交流電源23負載電路30六柱鐵心六相電抗器31 36，51 53 主柱37，38 軛鐵41 46 線圈50三柱鐵心三相電抗器54四柱鐵心三相電抗器55，61 回路柱60七柱鐵心六相電抗器65直流電源al, bl, cl, all, bll, cll 一側端子a2，b2，c2，a22，b22，c22 另一側端子Tl T3輸入端子iM T6輸出端子
具體實施例方式圖1是表示本發明的一實施方式的功率轉換裝置的結構的電路框圖。在圖1中， 該功率轉換裝置包括輸入端子Tl T3、交流輸入濾波器1、PWM整流器8、電容器11、PWM逆 變器12、交流輸出濾波器15、及輸出端子T4 T6。輸入端子Tl T3接收來自三相交流電 源22的三相交流電壓。交流輸入濾波器1包含電容器2 4及電抗器5 7。電容器2 4的一側電極 分別與輸入端子Tl T3相連接，它們的另一側電極相互連接。電抗器5 7的一側端子 al cl與PWM整流器8的三個輸入端子相連接，它們的另一個端子a2 c2分別與輸入端 子Tl T3相連接。交流輸入濾波器1是使三相交流電壓的頻率(例如，60Hz)的信號通過、切斷由 PWM整流器8產生的載波頻率(例如，IOkHz)的信號的低通濾波器。因而，三相交流電壓從 三相交流電源22通過交流輸入濾波器1傳輸至PWM整流器8，由PWM整流器8產生的載波 頻率的電壓由交流輸入濾波器1切斷。由此，能夠防止三相交流電源22受到由PWM整流器 8產生的載波頻率的電壓的影響。眾所周知，PWM整流器8包含多組二極管9及晶體管10，將從三相交流電源22通 過交流輸入濾波器1提供的三相交流電壓轉換為直流電壓。對PWM整流器8的多個晶體管 10的各個晶體管以載波頻率進行PWM控制，將輸入電流維持在正弦波，將輸入功率因素維 持在1，并將直流輸出電壓維持一定。上述載波頻率的電壓伴隨著多個晶體管10的開關而 產生于PWM整流器8的三個輸入端子。電容器11連接在PWM整流器8的一對輸出端子間， 利用PWM整流器8而由一定的直流電壓進行充電。眾所周知，PWM逆變器12包含多組晶體管13及二極管14，將由PWM整流器8生成 的直流電壓轉換為三相交流電壓。對PWM逆變器12的多個晶體管13的各個晶體管以比三 相交流電壓的頻率(例如，60Hz)要高的載波頻率(例如，IOkHz)進行PWM控制，將輸出電 壓維持為一定的正弦波電壓。此外，對于PWM逆變器12，伴隨著多個晶體管13的開關，載波 頻率的電壓也產生于PWM逆變器12的三個輸出端子。交流輸入濾波器15包含電抗器16 18及電容器19 21。電抗器16 18的 一側端子all cll與PWM逆變器12的三個輸出端子相連接，它們的另一側端子a22 c22分別與輸出端子T4 T6相連接。輸出端子T4 T6與負載電路(例如，三相交流電動 機)23相連接。電容器19 21的一側電極分別與輸出端子T4 T6相連接，它們的另一 側電極相互連接，還與電容器2 4的另一側電極相連接。交流輸出濾波器15是使三相交流電壓的頻率的信號通過、切斷由PWM逆變器12 產生的載波頻率的信號的低通濾波器。因而，三相交流電壓從PWM逆變器12通過交流輸出 濾波器15傳輸至負載電路23，由PWM逆變器12產生的載波頻率的電壓由交流輸出濾波器 15切斷。由此，能夠防止負載電路23受到由PWM逆變器12產生的載波頻率的電壓的影響。在該功率轉換裝置中，其特征在于，由一臺六柱鐵心六相電抗器構成交流輸入濾 波器1的電抗器5 7和交流輸出濾波器15的電抗器16 18。六柱鐵心六相電抗器30 如圖2所示，包含六個主柱31 36、兩個軛鐵37、38、及六個線圈41 46。主柱31 36以預定的間隔平行配置。主柱31 36的上端部利用軛鐵37而進行磁耦合，它們的下端部利用軛鐵38而進行磁耦合。線圈41 46分別在主柱31 36的 周圍沿相同方向卷繞。電抗器5 7、16 18的一側端子al、bl、Cl、all、bll、Cll與各線 圈41 46的卷繞起點側的端子相連接。另外，電抗器5 7、16 18的另一側端子a2、 b2、c2、a22、b22, c22與各線圈41 46的卷繞結束側的端子相連接。理想的是，在圖1所示的結構的功率轉換裝置的各輸入側及輸出側，三相電流的 矢量之和成為零。然而，實際上不成為零，在由交流輸入濾波器1、交流輸出濾波器15、PWM 逆變器12、及PWM整流器8構成的環路中流過循環電流(零相電流)。若如圖3所示，在以三柱鐵心三相電抗器50構成電抗器5 7的情況下，若三相 電流m、IS、IT流過電抗器5 7，則在三根主柱51 53中分別產生三相磁通祌、(pS、φΤ， 并在主柱51 53中分別產生由零相電流引起的磁通φ0。因此，主柱51 53的磁通之和不 成為零，在主柱51 53內磁通產生飽和。若磁通產生飽和，則電抗器5 7的特性劣化， 交流輸入濾波器1的特性劣化。在以三柱鐵心三相電抗器構成電抗器16 18的情況下也 發生相同的問題。如圖4所示，在以四柱鐵心三相電抗器M構成電抗器5 7的情況下，即使因零 相電流產生磁通φ0，但由于利用主柱51 53和回路柱55而能夠形成使磁通φ0通過的環 路，因此，在主柱51 53內磁通不產生飽和。然而，在以兩臺四柱鐵心三相電抗器M構成 電抗器5 7、16 18的情況下，存在所謂裝置尺寸變大的問題。對此，在本發明中，以六柱鐵心六相電抗器30構成電抗器5 7、16 18。因而， 如圖5(a)所示，三相電流^、IS、IT流過電抗器5 7，在三根主柱31 33中分別產生三 相磁通(pR、cpS、φΤ，并在主柱31 33中因0相電流而產生磁通φ0的情況下，也由于能夠 利用主柱31 33和主柱34 36形成使磁通φ0通過的環路，因此，在主柱31 33內的磁 通不產生飽和。另外，如圖5(b)所示，三相電流IU、IV、IW流過電抗器16 18，在三根主 柱；34 36中分別產生三相磁通(pU、(pV、cpW，并在主柱；34 36中因0相電流而產生磁通 φΟ的情況下，也由于能夠利用主柱34 36和主柱31 33形成使磁通φ0通過的環路，因 此，在主柱51 53內的磁通不產生飽和。另外，如圖5 (c)所示，在三相電流頂、IS、IT流過電抗器5 7且三相電流IU、IV、 IW流過電抗器16 18、流過圖1所示的循環電流的情況下，因循環電流而在主柱31 33 中產生磁通φ0，并在主柱34 36中產生磁通φ0。在這種情況下，由于主柱31 33中產生 的磁通Φ0和主柱34 36中產生的磁通Φ0都是起因于循環電流的磁通，因此大小相同 而方向相反，相互抵消。因而，在主柱31 36內的磁通不產生飽和。另外，由于不需要回 路柱，因此相比使用兩個圖4所示的四柱鐵心三相電抗器Μ，裝置尺寸減小。圖6是表示本實施方式的變更例的圖，是與圖2對比的圖。在圖6中，在該變更例 中，由一臺七柱鐵心六相電抗器60構成電抗器5 7、16 18。七柱鐵心六相電抗器60是 向圖2所示的六柱鐵心六相電抗器30追加回路柱61而形成的。回路柱61的上端部利用 軛鐵37而與主柱31 36的上端部進行磁耦合，回路柱61的下端部利用軛鐵38而與主柱 31 36的下端部進行磁耦合。在圖7中，回路柱61配置在主柱31 33和主柱34 36 之間，但也可以配置在其他位置。在本變更例中，即使在流過六個電抗器5 7、16 18的電流之和Il不成為零的 情況下，也如圖7所示，由于由該電流Il引起的磁通φ 1通過回路柱61，從而能夠形成磁通φ 的環路，能夠防止因磁通φ 1而引起主柱31 36內的磁通產生飽和。另外，由于可使回路 柱61為一根，因此相比使用兩個圖4所示的四柱鐵心三相電抗器Μ，可使裝置尺寸減小。圖8是表示本實施方式的變更例的電路框圖，是與圖1對比的圖。在圖8中，該變 更例與圖1的功率轉換裝置的不同點在于，以電容器62、63置換電容器11。電容器62、63 串聯連接在PWM整流器8的一對輸出端子間，由直流電壓進行充電。電容器62、63之間的 節點與電容器2 4、19 21的另一側電極相連接。電抗器5 7、16 18由七柱鐵心六 相電抗器60構成。該變形例也能獲得與實施方式相同的效果。圖9是表示本實施方式的另一其他變更例的電路框圖。在圖9中，本變更例是并聯 連接多臺(圖中為兩臺)圖1的功率轉換裝置的功率轉換系統。在圖9中，以一個直流電 源65表示并聯連接的多臺功率轉換裝置的輸入端子Tl Τ3、交流輸入濾波器1、PWM整流 器8、及電容器11。在上述功率轉換系統中，不限于多臺的功率轉換裝置的輸出電流一致， 如圖9所示，從某功率轉換裝置向其他的功率轉換裝置流過被稱為橫流的電流。該橫流也 流過各功率轉換裝置的電抗器5 7、16 18。在本功率轉換系統中，各功率轉換裝置的電抗器5 7、16 18由七柱鐵心六相 電抗器60構成。如圖7所示，由橫流引起的磁通φ 1通過回路柱61，從而能夠形成磁通φ 的 環路，能夠防止因磁通φ 1而引起主柱31 36內的磁通產生飽和。應該認為這里所揭示的實施方式在各個方面是舉例表示，而不是限制性的。可認 為本發明的范圍并不是由上述說明表示，而是由權利要求的范圍表示，包含與權利要求的 范圍同等的意義及范圍內的所有變更。
權利要求
1.一種功率轉換裝置，其特征在于，包括PWM整流器(8)，該PWM整流器(8)將第1三相交流電壓轉換為直流電壓； PWM逆變器(1 ，該PWM逆變器(1 將所述直流電壓轉換為第2三相交流電壓； 交流輸入濾波器(1)，該交流輸入濾波器(1)傳輸所述第1三相交流電壓，切斷由所述 PWM整流器⑶產生的載波頻率的電壓；以及交流輸出濾波器(15)，該交流輸出濾波器(1 傳輸所述第2三相交流電壓，切斷由所 述PWM逆變器(1 產生的載波頻率的電壓， 所述交流輸入濾波器(1)包含第1 第3電抗器(5 7)，該第1 第3電抗器(5 7)的一側端子接收所述第1三 相交流電壓，另一側端子與所述PWM整流器(8)相連接；以及第1 第3電容器O 4)，該第1 第3電容器O 4)的一側電極分別與所述第 1 第3電抗器(5 7)的一側端子相連接， 所述交流輸出濾波器(1 包含第4 第6電抗器(16 18)，該第4 第6電抗器(16 18)的一側端子接收所述第 2三相交流電壓，另一側端子與負載電路相連接；以及第4 第6電容器(19 21)，該第4 第6電容器(19 21)的一側電極分別與所述 第4 第6電抗器(16 18)的另一側端子相連接，所述第1 第6電容器O 4、19 21)的另一側電極是公共連接的， 所述第1 第6電抗器(5 7、16 18)是由六柱鐵心六相電抗器(30)或七柱鐵心 六相電抗器(60)構成的。
2.如權利要求1所述的功率轉換裝置，其特征在于，還包括第7電容器(11)，該第7電容器(11)連接在所述PWM整流器(8)的一對輸出端 子之間，由所述直流電壓進行充電。
3.如權利要求1所述的功率轉換裝置，其特征在于，還包括第7及第8電容器(62、63)，該第7及第8電容器(62、63)串聯連接在所述PWM 整流器(8)的一對輸出端子之間，由所述直流電壓進行充電，所述第1 第6電容器O 4、19 21)的另一側電極與所述第7及第8電容器(62、 63)之間的節點相連接。
全文摘要
本發明的目的在于提供一種功率轉換裝置，該功率轉換裝置以一臺六柱鐵心六相電抗器(30)構成吸收PWM整流器(8)的載波頻率的電壓的交流輸入濾波器(1)的電抗器(5～7)、和吸收PWM逆變器(12)的載波頻率的電壓的交流輸出濾波器(15)的電抗器(16～18)。因而，與以兩臺四柱鐵心六相電抗器(54)構成電抗器(5～7、16～18)的情況相比，能夠力圖實現裝置的小型化。
文檔編號H02M7/12GK102106072SQ20088013065
公開日2011年6月22日 申請日期2008年7月30日 優先權日2008年7月30日
發明者佐藤愛德華多和秀, 安保達明, 山本融真, 木下雅博, 藪西康弘 申請人:東芝三菱電機產業系統株式會社, 神戶電機產業有限公司