專利名稱：三相交流直流變換裝置以及使用了三相交流直流變換裝置的空氣調(diào)節(jié)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將三相交流電源變換為直流的三相交流直流變換裝置，并且涉及使用了該交流直流變換裝置的空氣調(diào)節(jié)機(jī)。
背景技術(shù)：
一般，規(guī)模比家庭用大的商用空氣調(diào)節(jié)機(jī)使用三相交流電源，并且，在驅(qū)動空氣調(diào)節(jié)機(jī)中具備的馬達(dá)等負(fù)載時，一般通過逆變器(inverter)進(jìn)行驅(qū)動。此處，由于向逆變器的輸入必須是直流電壓，所以需要將三相交流電源變換為直流電源。作為將該三相交流電源變換為直流電源的裝置，以往提出了各種裝置。例如，在專利文獻(xiàn)I中，公開了一種升壓型三相全波整流裝置，具備:斷路器，能夠切斷三相交流電力；電流檢測器，檢測流過相線路(phase line)的每一個的相電流；升壓用電感器，設(shè)置于各相線路；三相全波整流電路，將開關(guān)半導(dǎo)體元件連接為三相橋結(jié)構(gòu)而成；平滑用電容器；以及控制電路，按照預(yù)定的序列使所述開關(guān)半導(dǎo)體元件進(jìn)行高頻開關(guān)，其中，連接了二極管，以構(gòu)成將所述斷路器與各所述升壓用電感器之間的所述相線路作為輸入、將所述三相全波整流電路的正、負(fù)的共用線路作為輸出的三相橋電路。專利文獻(xiàn)1:日本特開平7 - 308069號公報(bào)(
段落、圖1)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題但是，在以往的三相交流直流變換裝置中，由于根據(jù)使用電流傳感器檢測的各相的電流值來決定開關(guān)元件的接通/斷開，所以針對電壓變化的追蹤性惡化，并且易于受到頻率響應(yīng)、溫度漂移等傳感器特性的影響，所以存在產(chǎn)生高次諧波的泄漏電流、噪聲這樣的課題。另外，作為電流傳感器，使用貫通型的電流傳感器的情況較多，在該情況下，需要使測定對象的電流路徑在電流傳感器內(nèi)貫通，安裝成本、傳感器自身的成本也變高。特別是，上述課題在將三相交流直流變換裝置應(yīng)用于空氣調(diào)節(jié)機(jī)等具有逆變器負(fù)載的設(shè)備的情況下變得顯著。圖10是對三相交流直流變換裝置連接了負(fù)載的電路結(jié)構(gòu)圖。特別示出了作為負(fù)載連接了逆變器負(fù)載101并驅(qū)動空氣調(diào)節(jié)機(jī)中搭載的壓縮機(jī)的馬達(dá)102的電路結(jié)構(gòu)圖。通常，由于壓縮機(jī)安裝于空調(diào)室外機(jī)的金屬框體，所以壓縮機(jī)的框體與地連接。另外，構(gòu)成壓縮機(jī)的馬達(dá)102的線圈處于為了冷卻而循環(huán)的制冷劑內(nèi)，所以在馬達(dá)的線圈與框體(對地)之間，形成大的寄生電容Cm。因此，在逆變器的直流部的對地間電壓的變動大的情況下，經(jīng)由寄生電容Cm，而電流流入對地，所以泄漏電流以及噪聲端子電壓變得顯著。本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于得到一種能夠抑制高次諧波的泄漏電流、噪聲的三相交流直流變換裝置、以及使用了該三相交流直流變換裝置的空氣調(diào)節(jié)機(jī)。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案本發(fā)明提供一種三相交流直流變換裝置，具備:三相交流電源；三相整流橋電路，與三相交流電源連接，并且在兩根直流母線之間將整流元件進(jìn)行橋連接而構(gòu)成；三相全橋電路，在三相整流橋電路的輸出側(cè)的直流母線之間，兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件被三相連接，并且包括與開關(guān)元件各自并聯(lián)連接的反向阻斷二極管；電抗器，連接構(gòu)成各相的兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件的開關(guān)元件彼此的連接點(diǎn)和三相交流電源的對應(yīng)的相；平滑用電容器，連接于三相全橋電路的輸出側(cè)的直流母線之間；直流電壓檢測單元，檢測直流母線之間的輸出電壓；電源相位檢測單元，檢測三相交流電源的電源相位；以及脈沖寬度調(diào)制單元，輸出控制開關(guān)元件的PWM信號，脈沖寬度調(diào)制單元根據(jù)電源相位和輸出電壓，輸出PWM信號。技術(shù)效果根據(jù)本發(fā)明，能夠得到能夠抑制高次諧波的泄漏電流、噪聲的三相交流直流變換裝置、以及使用了該三相交流直流變換裝置的空氣調(diào)節(jié)機(jī)。


圖1是實(shí)施方式I的三相交流直流變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是實(shí)施方式I的電源相位檢測·單元的I相的電路結(jié)構(gòu)圖。圖3是示出實(shí)施方式I的三相交流電壓和電源相位檢測單元輸出的波形圖。圖4是示出實(shí)施方式I的各相的電源電壓與被PWM控制的FET以及通電的電抗器的關(guān)系的圖。圖5是示出實(shí)施方式I的直流母線電壓的波形圖。圖6是提取了實(shí)施方式I的R相和S相的通電路徑的電路結(jié)構(gòu)圖。圖7是示出實(shí)施方式I的各相的基準(zhǔn)信號與三角波以及根據(jù)它們生成的PWM信號的波形圖。 圖8是實(shí)施方式2的三相交流直流變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖9是示出實(shí)施方式2的基準(zhǔn)信號與三角波以及根據(jù)它們生成的PWM信號的波形圖。圖10是對三相交流直流變換裝置連接了負(fù)載的電路結(jié)構(gòu)圖。(符號說明)1:三相交流電源；2:三相整流橋電路；2a 2f:二極管；3:三相全橋電路；3a 3f:FET ;4a 4f:反向阻斷二極管；5:電抗器；6:平滑用電容器；7:負(fù)載；8:電源相位檢測單元；9:直流電壓檢測單元；10:脈沖寬度調(diào)制單元；11:輸入側(cè)電阻；12:發(fā)光二極管；13:二極管；14:恒壓電源；15:輸出側(cè)電阻；16:光電晶體管；17:三相交流電源的電壓波形；18:光電晶體管的發(fā)射極電位波形；19:上側(cè)的直流母線電壓的波形；20:下側(cè)的直流母線電壓的波形；21:基準(zhǔn)信號；22:三角波；23:PWM信號；101:逆變器負(fù)載；102:馬達(dá)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式1.
圖1是實(shí)施方式I的三相交流直流變換裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，三相交流電源I等價(jià)于I相的交流電源IR、1S、1T被Y字連接、且它的中性點(diǎn)被接地的結(jié)構(gòu)。從這些交流電源IR IT輸出的電壓的相位相互各錯開120度，從各個交流電源輸出R相電壓、S相電壓、T相電壓。三相整流橋電路2是對作為整流元件的6個二極管2a 2f進(jìn)行橋連接而構(gòu)成的。二極管2a和2b、2c和2d、2e和2f分別串聯(lián)地連接，另外，二極管2a、2c、2e的陰極側(cè)與上側(cè)的直流母線連接，二極管2b、2d、2f的陽極側(cè)與下側(cè)的直流母線連接。另外，上側(cè)的直流母線是指，直流母線中的輸出高電壓的一側(cè)的直流母線，下側(cè)的直流母線是指，直流母線中的輸出低電壓的一側(cè)的直流母線。另外，對二極管2a的陽極側(cè)(即，二極管2b的陰極側(cè))，連接了來自交流電源IR的輸出。同樣地，對二極管2c的陽極側(cè)(S卩，二極管2d的陰極側(cè))，連接了來自交流電源IS的輸出，對二極管2e的陽極側(cè)(即，二極管2f的陰極側(cè))，連接了來自交流電源IT的輸出。三相全橋電路3中，橋連接有作為開關(guān)元件的6個FET3a 3f，并且包括與各個FET并聯(lián)地連接的反向阻斷二極管4a 4f。FET3a和3b、3c和3d、3e和3f分別串聯(lián)地連接。另外，F(xiàn)ET3a.3c.3e的漏極側(cè)與上側(cè)的直流母線連接，F(xiàn)ET3b、3d、3f的源極側(cè)與下側(cè)的直流母線連接。(以下，將與上側(cè)的直流母線連接的FET稱為上支路側(cè)FET，將與下側(cè)的直流母線連接的FET稱為下支路側(cè)FET)另外，在FET3a 3f以及反向阻斷二極管4a 4f中，F(xiàn)ET的源極側(cè)和反向阻斷二極管的陽極側(cè)連接，F(xiàn)ET的漏極側(cè)和反向阻斷二極管的陰極側(cè)連接。另外，作為開關(guān)元件FET3a 3f，圖示了 FET (場效應(yīng)晶體管)，但對開關(guān)元件也可以使用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。進(jìn)而，對FET3a的源極側(cè)(SP，F(xiàn)ET3b的漏極側(cè))，連接了電抗器5a的一端，電抗器5a的另一端與二極管2a的陽極側(cè)、即交流電源IR連接。同樣地，對FET3c的源極側(cè)(即，F(xiàn)ET3d的漏極側(cè))，連接了電抗器5b的一端，電抗器5b的另一端與二極管2c的陽極側(cè)、即交流電源IS連接。對FET3e的源極側(cè)(S卩，F(xiàn)ET3f的漏極側(cè))，連接了電抗器5c的一端，電抗器5c的另一端與二極管2e的陽極側(cè)、即交流電源IT連接。另外，雖然未詳細(xì)圖示，F(xiàn)ET3a 3f的柵極端子與后述脈沖寬度調(diào)制單元10連接。FET3a和3b控制R相的電流，F(xiàn)ET3c和3d控制S相的電流，F(xiàn)ET3e和3f控制T相的電流。對三相全橋電路3的輸出側(cè)連接了平滑用電容器6，對平滑用電容器6的輸出側(cè)連接了負(fù)載7。另外，作為負(fù)載7，一般連接經(jīng)由逆變器的交流負(fù)載，但詳細(xì)的圖示省略。作為負(fù)載7，例如在空氣調(diào)節(jié)機(jī)中，連接驅(qū)動壓縮機(jī)、送風(fēng)機(jī)等的馬達(dá)。電源相位檢測單元8與交流電源IR、1S、1T的輸出側(cè)連接，檢測R相電壓、S相電壓、T相電壓的各相的相位。另外，直流電壓檢測單元9與平滑用電容器6的兩端連接，檢測對平滑用電容器6施加的電壓。脈沖寬度調(diào)制單元10通過根據(jù)電源相位檢測單元8和直流電壓檢測單元9的檢測結(jié)果，對FET3a 3f送出控制信號，而驅(qū)動FET3a 3f。圖2是實(shí)施方式I的電源相位檢測單元8的I相的電路結(jié)構(gòu)圖。在圖2中，交流電源IR的輸出與輸入側(cè)電阻11的一端連接，輸入側(cè)電阻11的另一端與發(fā)光二極管12的陽極側(cè)連接。發(fā)光二極管12的陰極側(cè)被接地。另外，對發(fā)光二極管12并聯(lián)地連接了二極管13，構(gòu)成為相互相逆的極性彼此連接。另外，恒壓電源14經(jīng)由輸出側(cè)電阻15，而與光電晶體管16的發(fā)射極側(cè)連接。另夕卜，光電晶體管16的集電極側(cè)接地，且被配置成對基極側(cè)輸入來自輸入發(fā)光二極管12的光。于是，光電晶體管16的發(fā)射極側(cè)的電位被輸出到脈沖寬度調(diào)制單元10。即，光電晶體管16在輸入了來自發(fā)光二極管12的光時導(dǎo)通，而對脈沖寬度調(diào)制單元10輸出0V、并且在沒有輸入來自發(fā)光二極管12的光時，對脈沖寬度調(diào)制單元10輸出恒壓電源14的電壓。另外，在圖2中對R相進(jìn)行記載，但對于S相、T相，也是同樣的電路結(jié)構(gòu)。另外，在圖1中，用I條線連接了電源相位檢測單元8與脈沖寬度調(diào)制單元10之間，但實(shí)際上在本實(shí)施方式中輸出了三相的信號。另外，三相交流電源的相位相互偏移120度，所以也可以通過脈沖寬度調(diào)制單元10進(jìn)行根據(jù)I相的輸出計(jì)算其它相的相位的處理，也可以另行設(shè)置專用的裝置。另外，也可以構(gòu)成為在電源相位檢測單元8內(nèi)，使用微型計(jì)算機(jī)、數(shù)字電路等公知的單元，對各相的相位信息進(jìn)行復(fù)用而輸出到脈沖寬度調(diào)制單元10。接下來，說明動作。 (I)電源相位檢測單元8的動作首先，根據(jù)圖2以及圖3，說明電源相位檢測單元8的動作。在圖2中，在交流電源IR的電壓為正時，發(fā)光二極管12成為導(dǎo)通狀態(tài)而發(fā)光。此時，光電晶體管16也成為導(dǎo)通狀態(tài)，發(fā)射極側(cè)的電位成為OV (以后，記為L狀態(tài))。另一方面，在交流電源IR的電壓為負(fù)時，二極管13成為導(dǎo)通狀態(tài)，而發(fā)光二極管12成為非導(dǎo)通而不發(fā)光。此時，光電晶體管16也成為非導(dǎo)通狀態(tài)，在發(fā)射極側(cè)的電位出現(xiàn)恒壓電源的電位(以后，記為H狀態(tài))。由此,進(jìn)行如下動作:在各個交流電源為正時，發(fā)射極電位成為L狀態(tài)，相反地，在各個交流電源為負(fù)時，發(fā)射極電位成為H狀態(tài)。圖3是示出實(shí)施方式I的三相交流電壓和電源相位檢測單元輸出的波形圖，是示出三相交流電源I的各相的電壓17R、17S、17T (即交流電源IR IT的電壓)與光電晶體管16的發(fā)射極側(cè)的電位18R、18S、18T (即向脈沖寬度調(diào)制單元10的各相的輸出)的關(guān)系的波形圖。另外，在圖3中，橫軸表示相位，縱軸表示電壓。在R相電壓17R為正時，R相發(fā)射極電位18R成為L狀態(tài)，在R相電壓17R為負(fù)時，R相發(fā)射極電位18R成為H狀態(tài)。在其它相中也同樣，但如前所述，交流電源IR、1S、1T的相位分別各錯開120度(即，S相電壓比R相電壓滯后120度，T相電壓比S相電壓滯后120度)，所以發(fā)射極電位也各錯開120度。另外，脈沖寬度調(diào)制單元10能夠通過著眼于各相的發(fā)射極電位的狀態(tài)變化，判別三相交流電源I的相位是每60度劃分的區(qū)間中的哪一個區(qū)間。例如，在R相發(fā)射極電位從H狀態(tài)變化為L狀態(tài)(下降)時，相位成為O度，可知相位進(jìn)入了 O度 60度的區(qū)間。另外，在T相發(fā)射極電位從L狀態(tài)變化為H狀態(tài)(上升)時，相位成為60度，可知相位進(jìn)入了 60度 120度的區(qū)間。以后，能夠同樣地進(jìn)行判別，如果將其整理為表，則如表I所示。[表 I]
權(quán)利要求
1.一種三相交流直流變換裝置，具備: 三相交流電源； 三相整流橋電路，與所述三相交流電源連接，并且在兩根直流母線之間將整流元件進(jìn)行橋連接而構(gòu)成； 三相全橋電路，在所述三相整流橋電路的輸出側(cè)的所述直流母線之間，兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件被三相連接，并且包括與所述開關(guān)元件各自并聯(lián)連接的反向阻斷二極管； 電抗器，連接構(gòu)成各相的所述兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件的所述開關(guān)元件彼此的連接點(diǎn)和所述三相交流電源的對應(yīng)的相； 平滑用電容器，連接于所述三相全橋電路的輸出側(cè)的直流母線之間； 直流電壓檢測單元，檢測所述直流母線之間的輸出電壓； 電源相位檢測單元，檢測所述三相交流電源的電源相位；以及 脈沖寬度調(diào)制單元，輸出控制所述開關(guān)元件的PWM信號， 所述脈沖寬度調(diào)制單元根據(jù)所述電源相位和所述輸出電壓，輸出所述PWM信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述電源相位檢測單元具備: 發(fā)光二極管，與所述三相交流電源連接；以及 光電晶體管，經(jīng)由電阻與恒壓源連接，并且根據(jù)從所述發(fā)光二極管發(fā)出的光進(jìn)行開關(guān)動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述脈沖寬度調(diào)制單元在所述三相交流電源的僅I相為正電壓時，對作為控制其它2相的所述開關(guān)元件的上支路側(cè)的所述開關(guān)元件輸出所述PWM信號，在所述三相交流電源的僅I相為負(fù)電壓時，對作為控制其它2相的所述開關(guān)元件的下支路側(cè)的所述開關(guān)元件輸出所述PWM信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述脈沖寬度調(diào)制單元生成與僅以所述電源相位為變量的式子成比例的基準(zhǔn)信號，并且根據(jù)所述基準(zhǔn)信號與三角波的比較輸出所述PWM信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 在將所述電源相位的I周期分成每60度的區(qū)間，并將該區(qū)間中的所述電源相位表示為Θ時， 在對成為控制對象的相的所述電抗器施加成為所述控制對象的相和與成為所述控制對象的相相比滯后的相之間的相間電壓的情況下，所述基準(zhǔn)信號與sin0/sin ( θ+30° )成比例， 在對成為控制對象的相的所述電抗器施加成為所述控制對象的相和與成為所述控制對象的相相比超前的相之間的相間電壓的情況下，所述基準(zhǔn)信號與sin (120° +Θ )/sin(90。+Θ)成比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述三相全橋電路構(gòu)成為在所述直流母線之間并聯(lián)連接多組所述兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件而構(gòu)成I相，并且 構(gòu)成各相的所述兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件的所述開關(guān)元件彼此的連接點(diǎn)和所述三相交流電源的對應(yīng)的相分別通過電抗器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述脈沖寬度調(diào)制單元使用作為相互逆相位的所述三角波來生成兩個所述PWM信號，并且 一方的所述PWM信號控制I相的所述兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件的半數(shù)， 另一方的所述PWM信號控制其余的I相的所述兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述開關(guān)元件由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三相交流直流變換裝置，其特征在于， 所述寬帶隙半導(dǎo)體是氮化硅、氮化鎵系材料、或者金剛石。
10.一種空氣調(diào)節(jié)機(jī)，其特征 在于，作為權(quán)利要求1至9中的任意一項(xiàng)所述的三相交流直流變換裝置的負(fù)載連接了壓縮機(jī)的馬達(dá)。
全文摘要
目的在于得到一種能夠抑制高次諧波的泄漏電流、噪聲的三相交流直流變換裝置、以及使用了該三相交流直流變換裝置的空氣調(diào)節(jié)機(jī)。具備三相交流電源；三相整流橋電路，與三相交流電源連接而對整流元件進(jìn)行了橋連接；三相全橋電路，在三相整流橋電路的輸出側(cè)兩個串聯(lián)連接的開關(guān)元件被三相連接，并且包括與開關(guān)元件的各個并聯(lián)連接的反向阻斷二極管；電抗器，連接三相全橋電路和三相交流電源；平滑用電容器，與三相全橋電路的輸出側(cè)連接；直流電壓檢測單元，檢測輸出電壓；電源相位檢測單元，檢測三相交流電源的電源相位；以及脈沖寬度調(diào)制單元，輸出控制開關(guān)元件的PWM信號，脈沖寬度調(diào)制單元根據(jù)電源相位和輸出電壓，輸出PWM信號。
文檔編號H02M7/06GK103155393SQ201080069568
公開日2013年6月12日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者高田雅樹, 高田茂生 申請人:三菱電機(jī)株式會社