專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor隔離柵極雙極型晶體管)等在內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件、具有三相電力變換功能的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有電梯系統(tǒng)中，雖然電梯驅(qū)動(具體為電梯轎箱驅(qū)動)方面采用的是大型的直流電動機(jī)，但當(dāng)前未使用新式直流電動機(jī)，大多使用三相交流感應(yīng)電動機(jī)或永磁電動機(jī)。但另一方面，還大量存在未作改進(jìn)仍使用老式直流電動機(jī)的電梯系統(tǒng)，其中有的已運(yùn)行20年甚至更長，正日趨老化。
因此，逐步對如上所述日趨老化的電梯系統(tǒng)實(shí)施更新改造，但考慮到預(yù)算、施工時間、所拆除空間等方面，最終所采取的是原樣保留直流電動機(jī)、只更換控制裝置這種針對控制的更新改造方法。
然而，當(dāng)前通常所用的控制裝置以基于交流電動機(jī)的變換器裝置-逆變器裝置的PWM控制為主，但針對控制的更新改造方法中，與該逆變器裝置相當(dāng)?shù)牟糠钟镁哂腥嚯娏ψ儞Q功能的直流斬波電路構(gòu)成電力變換裝置，用于直流電動機(jī)的驅(qū)動。
圖1圖示的為現(xiàn)有電力變換裝置的構(gòu)成。
圖1中，51為包括三相交流電源和變換器裝置在內(nèi)、產(chǎn)生所需直流電壓的直流電源，該直流電源51產(chǎn)生的直流電壓加于P側(cè)母線52p、N側(cè)母線52n之間。53為同樣連接于P側(cè)母線52p和N側(cè)母線52n之間、由具有二相電力變換功能的多個開關(guān)元件53p1、53n1、53p2、53n2所構(gòu)成的電樞用斬波裝置，54為抑制變換器裝置等(未圖示)和電樞用斬波裝置53等在開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的平滑電容器。
55為直流電動機(jī)，與電樞用斬波裝置53輸出的動力線56a、56b連接。57為直流電動機(jī)55的勵磁線圈，58為對勵磁線圈57供電、控制勵磁磁通的勵磁控制單元。59為電樞電流用電流傳感器。
下面說明如上所述裝置的動作。
來自變換器裝置等直流電源51的所需的直流電壓加于P側(cè)母線52p-N側(cè)母線52n之間。接著，通過根據(jù)未圖示的控制部輸出的柵極控制信號對構(gòu)成電樞用斬波裝置53的開關(guān)元件53p1～53n2進(jìn)行柵極控制，對加于P側(cè)母線52p-N側(cè)母線52n間的直流電壓進(jìn)行斬波動作，以控制加于直流電動機(jī)55電樞間的電壓，驅(qū)動直流電動機(jī)55。而且，直流電動機(jī)55一旦沒有勵磁磁通就不驅(qū)動，因而從另外的單元即勵磁控制單元58有勵磁電流流過勵磁線圈57形成勵磁磁通，便能夠驅(qū)動直流電動機(jī)55。
另外，作為現(xiàn)有另一種電力變換裝置，提出了如圖2所示構(gòu)成的方案。該電力變換裝置為例如日本公開專利公報特開平08-256497號這種技術(shù)，三相逆變器裝置當(dāng)中具有兩相電力變換功能的開關(guān)元件53p1～53n2構(gòu)成電樞斬波裝置53a，剩余的一相開關(guān)元件53p3、53n3則構(gòu)成勵磁用斬波裝置53b，而且構(gòu)成勵磁用斬波裝置53b的開關(guān)元件53p3、53n3的共同連接部所引出的動力線56d和電力變換裝置本身的N側(cè)母線52n一側(cè)所輸出的動力線56c均連接有直流電動機(jī)55的勵磁線圈57，不需要圖1所示的勵磁控制單元58。
然而上述電力變換裝置存在如下問題。
首先是，前者的電力變換裝置中設(shè)置有勵磁控制單元58，但該單元58為另外的單元，所以需要新的設(shè)置空間。附帶說明一下，電梯等的更新改造對象，由于機(jī)械室的大小已經(jīng)確定，根據(jù)其大小來設(shè)置所需要的設(shè)備，所以有可能無法預(yù)先確保設(shè)置空間。
另外，勵磁控制單元58是另外的單元這種情況下，控制勵磁控制單元58的柵極控制信號的信號線(未圖示)變長，有可能因噪聲等干擾而發(fā)生誤動作。雖然也可考慮存放于其他盤柜等當(dāng)中，但需要對盤柜內(nèi)部進(jìn)行改造、采取抗噪聲措施。
再有，電力變換裝置通常使用三相變換器裝置或三相逆變器裝置，但其中電樞用斬波裝置53只用兩相電力變換功能，因而存在的問題是余下的一相會完全多余。
其次，后者不需要勵磁控制單元的電力變換裝置，隨著直流電動機(jī)55的高速化、大容量化，該電動機(jī)55的感應(yīng)電壓升高，直流電源電壓變大，所以與直流電源電壓相比勵磁線圈57的額定電壓會變小，有較大的電壓負(fù)載加于勵磁線圈57，有可能引起勵磁線圈57絕緣變差而損壞。
本發(fā)明正是鑒于上述情況，其目的在于提供一種不需要勵磁控制單元，即便是直流電動機(jī)勵磁線圈的額定電壓低于PN母線間電壓的情況下仍能抑制加到勵磁線圈上的電壓以避免線圈損壞的電力變換裝置。
另外，本發(fā)明其他目的在于，提供一種不連接勵磁線圈，而是連接電力變換裝置內(nèi)部的輸出線和再生用電阻，在再生時抑制PN母線間電壓上升的電力變換裝置。

發(fā)明內(nèi)容
(1)為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明具有以下構(gòu)成。具體來說
三相電力變換裝置，在加上所需直流電壓的PN母線間分別串聯(lián)連接有具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和抑制上述多個半導(dǎo)體開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的多個平滑電容器，驅(qū)動具有勵磁線圈的直流電動機(jī)，其中，所設(shè)置的構(gòu)成包括電樞用斬波裝置，具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有兩相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出側(cè)連接有所述直流電動機(jī)的電樞，并根據(jù)外部供給的第1柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；勵磁用斬波裝置，由具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有余下一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成，并根據(jù)外部供給的第2柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；以及勵磁電壓降壓電路，構(gòu)成該勵磁用斬波裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接部和所述多個平滑電容器的中點(diǎn)之間與所述勵磁線圈一起連接有反饋用電路元件，通過該勵磁用斬波裝置的斬波動作以所述平滑電容器的中點(diǎn)電壓對所述勵磁線圈供電，而且使所述勵磁線圈所蓄積的電能返回至所述平滑電容器的中點(diǎn)。
本發(fā)明通過形成為如上所述構(gòu)成，通過從外部的控制部對勵磁用斬波裝置提供第2柵極控制信號，并在此進(jìn)行斬波動作，即便是直流電動機(jī)的勵磁線圈的額定電壓低于PN母線間電壓的情況下，也可通過由勵磁用斬波裝置進(jìn)行斬波動作以平滑電容器的中點(diǎn)電壓對勵磁線圈供電，而且使勵磁線圈所蓄積的電能通過反饋用電路元件反饋至平滑電容器的中點(diǎn)，從而抑制勵磁線圈的負(fù)載電壓，進(jìn)而可以對勵磁線圈的損壞防患于未然，能夠在不設(shè)勵磁控制單元的情況下可靠控制直流電動機(jī)。
另外，上述(1)構(gòu)成的電力變換裝置中，在多個平滑電容器串聯(lián)連接3個或以上的情況下，所述勵磁電壓降壓電路使反饋用電路元件與所述勵磁線圈一起連接于構(gòu)成所述勵磁用斬波裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接部和所述3個或以上平滑電容器中最靠近所述N側(cè)母線的相鄰平滑電容器的連接點(diǎn)之間，從而即便是直流電動機(jī)的勵磁線圈的額定電壓低于PN母線間電壓的一半的情況下，也由于對最靠近N側(cè)母線的相鄰平滑電容器的連接點(diǎn)所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行斬波動作對勵磁線圈供電，而且使勵磁線圈蓄積的能量通過反饋用電路元件返回至平滑電容器的所述連接點(diǎn)，所以勵磁線圈所加上的負(fù)載電壓變小，可以避免絕緣變差等造成的損壞。
(2)另外，本發(fā)明的三相電力變換裝置，在加上所需直流電壓的PN母線間分別串聯(lián)連接有具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和抑制上述多個半導(dǎo)體開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的多個平滑電容器，而且驅(qū)動具有勵磁線圈的直流電動機(jī)，該勵磁線圈由勵磁控制單元進(jìn)行勵磁電流的流入控制，其中，所設(shè)置的構(gòu)成包括電樞用斬波裝置，具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有兩相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出側(cè)連接有所述直流電動機(jī)的電樞，并根據(jù)外部供給的第1柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；電阻連接裝置，由具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有余下一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成，并根據(jù)外部供給的開關(guān)控制信號進(jìn)行開關(guān)動作；以及再生電流消耗電阻，連接于構(gòu)成該電阻連接裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點(diǎn)和所述N側(cè)母線之間，并在所述直流電動機(jī)的再生方式時通過所述電阻連接裝置的開關(guān)動作來消耗再生電流使得所述PN母線間出現(xiàn)的電壓降低。
本發(fā)明通過形成為如上所述構(gòu)成，在直流電動機(jī)的再生方式時，雖然使PN母線間電壓增大對勵磁線圈一側(cè)帶來不良影響，但以具有其余一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成電阻連接裝置，而且從該多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點(diǎn)開始使再生電流消耗電阻與N側(cè)母線連接，并通過構(gòu)成電阻連接裝置的開關(guān)元件的動作，使再生電流流過再生電流消耗電阻而消耗，使得所述PN母線間增大的電壓降低，所以能夠?qū)畲啪€圈的損壞防患于未然。
而且，不論何種電力變換裝置，在電梯更新改造時，能夠使具有勵磁線圈的直流電動機(jī)得以利用，并能利用當(dāng)前通常使用的具有三相電力變換功能的裝置來實(shí)現(xiàn)。
(3)此外，本發(fā)明是所述(1)或(2)的電力變換裝置中，在欲應(yīng)用于交流電動機(jī)以替代直流電動機(jī)的情況下，以具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件形成為三相逆變器裝置，并且從構(gòu)成該逆變器裝置的各相的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點(diǎn)開始使與所述直流電動機(jī)的電樞和勵磁線圈或再生電流消耗電阻連接的輸出線按原樣與所述交流電動機(jī)連接的話，便可將這種電力變換裝置原樣應(yīng)用于交流電動機(jī)。
本發(fā)明可提供這樣一種電力變換裝置，該電力變換裝置通過有效利用具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中、特別是除了具有兩相電力變換功能的電樞用斬波裝置以外的余下一相的電力變換功能，并進(jìn)行控制使得勵磁線圈所加上的電壓抑制為較低，從而一方面不需要勵磁控制單元，另一方面又能降低勵磁線圈所加上的電壓負(fù)載來避免其損壞。
另外，本發(fā)明還可提供這樣一種電力變換裝置，該電力變換裝置通過有效利用余下一相的電力變換功能，并與再生用電阻連接，從而能抑制再生時PN母線間電壓上升。


圖1為示出現(xiàn)有電力變換裝置的構(gòu)成圖。
圖2為示出現(xiàn)有其他電力變換裝置的構(gòu)成圖。
圖3為示出本發(fā)明電力變換裝置一實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖4為說明圖3所示的電力變換裝置動作的動作流程圖。
圖5為對圖3所示的電力變換裝置其中一部分改進(jìn)的構(gòu)成圖。
圖6為示出本發(fā)明電力變換裝置其他實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖7為說明圖6所示的電力變換裝置動作的動作流程圖。
圖8為示出本發(fā)明電力變換裝置其他實(shí)施例的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明一實(shí)施例。
(第1實(shí)施例)圖3為示出本發(fā)明電力變換裝置一實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖3中，1為本發(fā)明的主要部分即電力變換裝置，將例如三相交流電源2輸出的交流電變換為直流電，將所需的直流電壓供給直流電動機(jī)3的電樞3a、3b，驅(qū)動該直流電動機(jī)3。4為直流電動機(jī)3的勵磁線圈，5為電樞電流用電流傳感器，檢測電力變換裝置1與直流電動機(jī)3的電樞3a、3b連接的動力線6a、6b所流的電樞電流。7為控制部，對構(gòu)成電力變換裝置1的、具有三相電力變換功能等的半導(dǎo)體開關(guān)元件提供柵極控制信號進(jìn)行控制。
該電力變換裝置1具體來說包括下列構(gòu)成變換器裝置11，由根據(jù)外部的控制部7所輸出的柵極控制信號受到柵極控制的IGBT等多個變換器用開關(guān)元件11a、...對三相交流電源2所輸出的交流電進(jìn)行斬波動作以變換為所需電力的直流電壓；電樞用斬波裝置13a，連接于P側(cè)母線12p、N側(cè)母線12n間，由根據(jù)外部的控制部7所輸出的柵極控制信號受到柵極控制的IGBT等多個開關(guān)元件13p1-13n1、13p2-13n2對該變換器裝置11所變換的直流電壓進(jìn)行斬波動作以通過動力線6a、6b供給直流電動機(jī)3的電樞3a、3b；勵磁用斬波裝置13b，通常三相電力變換功能當(dāng)中雖其中兩相開關(guān)元件13p1～13n2用作電樞用斬波裝置13a，但為了就其中余下的一相取得所述勵磁線圈4所加上的電壓，該勵磁用斬波裝置13b串聯(lián)連接于P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n之間，并由與前述同樣根據(jù)外部的控制部7輸出的柵極控制信號受到柵極控制的IGBT等勵磁斬波用的開關(guān)元件13p3、13n3所組成；作為勵磁電壓降壓電路的勵磁中點(diǎn)電壓取得電路14；以及勵磁電流用電流傳感器15。
另外，電樞電流用電流傳感器5檢測出的電樞檢測電流、勵磁電流用電流傳感器15檢測出的勵磁檢測電流可引入控制部7。
該勵磁中點(diǎn)電壓取得電路14包括下列配置串聯(lián)連接于P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n之間的多個平滑電容器14a1和14a2；同樣串聯(lián)連接于P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n之間，而且分別與上述平滑電容器14a1、14a2并聯(lián)連接使得其所加上的電壓均勻分配的均壓電阻14b1、14b2；以及設(shè)置于構(gòu)成勵磁用斬波裝置13b的開關(guān)元件13p3和13n3兩者間的連接點(diǎn)和所述平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)c之間，并在開關(guān)元件13n3導(dǎo)通時平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)電壓在勵磁線圈4-動力線6c-開關(guān)元件13n3-N側(cè)母線12n的路徑有勵磁電流流過，而開關(guān)元件13n3截止時，使勵磁線圈4所蓄積的電能返回至平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)14c使勵磁線圈4間電壓降低的反饋用半導(dǎo)體元件14d。
而且，從平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)14c引出的動力線6d連接有勵磁線圈4其中一端，而從構(gòu)成勵磁用斬波裝置13b的開關(guān)元件13p3和13n3兩者間的連接點(diǎn)引出的動力線6c通過勵磁電流用電流傳感器15連接有勵磁線圈4其中另一端。
下面參照圖4說明如上所述電力變換裝置的動作。
首先，由控制部7對變換器裝置11發(fā)出柵極控制信號，對構(gòu)成該變換器裝置11的多個開關(guān)元件11a、...進(jìn)行開關(guān)控制，將交流電源2所輸出的三相交流電變換為所需電力的直流電壓(ST1)。此后，控制部7根據(jù)電流傳感器15等的檢測電流判斷是否有勵磁磁通確立(ST2)，在未確立的情況下對勵磁用斬波裝置13b的開關(guān)元件13n3發(fā)出柵極控制信號，由開關(guān)元件13n3對由平滑電容器14a1、14a2所分壓的中點(diǎn)14c的中點(diǎn)電壓進(jìn)行斬波動作，對勵磁線圈4供電(ST3)。
此時，為勵磁用開關(guān)元件13n3導(dǎo)通狀態(tài)時，根據(jù)平滑電容器14a1、14a2的連接點(diǎn)即中點(diǎn)14c所出現(xiàn)的電壓，電流通過中點(diǎn)14c-勵磁線圈4-勵磁電流用電流傳感器15-開關(guān)元件13n3-N側(cè)母線12n的路徑流入N側(cè)母線12n，但由勵磁電流用電流傳感器15檢測這時的電流即勵磁電流，并送至控制部7(ST4)。另一方面為勵磁用開關(guān)元件13n3截止?fàn)顟B(tài)時，勵磁線圈4蓄積的能量通過反饋用半導(dǎo)體元件14d反饋至平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)14c，使勵磁線圈4間的電壓降低。
控制部7對勵磁電流用電流傳感器15的檢測電流和預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電流進(jìn)行比較，檢測電流未達(dá)到設(shè)定電流的情況下，發(fā)出柵極控制信號。勵磁用斬波裝置13b的開關(guān)元件13p3、13n3依據(jù)柵極控制信號進(jìn)行斬波動作，供給所需的勵磁電流，確立勵磁磁通(ST5)。
然后，執(zhí)行如上所述一系列處理動作后，返回步驟ST2判斷已確立勵磁磁通的情況下，控制部7接著判斷是否起動直流電動機(jī)3(ST6)。這時，發(fā)出直流電動機(jī)3的起動指令的情況下，控制部7對電樞用斬波裝置13a的斬波用開關(guān)元件13p1～13n2發(fā)送柵極控制信號。電樞用斬波裝置13a依據(jù)柵極控制信號進(jìn)行斬波動作，將所需的驅(qū)動電壓加于直流電動機(jī)3的電樞3a、3b間，使直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)(ST7)。該直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)期間通過電樞電流用電流傳感器5檢測流入直流電動機(jī)3的電樞3a、3b的電流，并送至控制部7(ST8)。該控制部7對電樞電流用電流傳感器5的檢測電流和預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電流進(jìn)行比較，并將柵極控制信號送至電樞用斬波裝置13a的斬波用開關(guān)元件13p1～13n2。該電樞用斬波裝置13a依據(jù)控制部7輸出的柵極控制信號對P側(cè)和N側(cè)母線12p和12n間的電壓進(jìn)行斬波動作，使電樞電流流過電樞3a、3b，對直流電動機(jī)3進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制(ST9)。
接下來，直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)過程中每隔規(guī)定周期便判斷是否輸入電動機(jī)停止指令(ST10)，未輸入停止指令的情況下返回步驟ST7，重復(fù)執(zhí)行同樣的處理。
按照如上所述實(shí)施例，形成為這樣一種構(gòu)成，即加上經(jīng)過變換器裝置等變換的所需的直流電壓的P側(cè)和N側(cè)母線12p和12n兩者間串聯(lián)連接平滑電容器14a1、14a2，同樣連接具有多個勵磁斬波用開關(guān)元件13p3、13n3的勵磁斬波裝置13b，上述勵磁斬波用開關(guān)元件13p3、13n3的公同連接點(diǎn)和平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)14c之間連接反饋用半導(dǎo)體元件14d，對電容器的中點(diǎn)電壓進(jìn)行斬波動作的同時加到直流電動機(jī)3的勵磁線圈4上，所以即便是直流電動機(jī)3的勵磁線圈4的額定電壓低于P側(cè)和N側(cè)母線12p和12n兩者間所加上的電壓的情況下，也可通過由勵磁斬波裝置13b對上述中點(diǎn)電壓進(jìn)行斬波動作同時加到勵磁線圈4上，另一方面為該開關(guān)元件13n3截止?fàn)顟B(tài)時使勵磁線圈4所蓄積的能量通過反饋用半導(dǎo)體元件14d反饋至平滑電容器14a1、14a2的中點(diǎn)14c，從而使勵磁線圈4所加上的負(fù)載電壓降低，進(jìn)而不會發(fā)生勵磁線圈4絕緣變差而可以對其損壞防患于未然，能夠在不設(shè)勵磁控制單元的情況下控制直流電動機(jī)3。
(第2實(shí)施例)圖5為示出本發(fā)明電力變換裝置其他實(shí)施例的構(gòu)成圖。另外，圖5中與圖3相同或等效的部分標(biāo)注同一標(biāo)號，其詳細(xì)內(nèi)容參照圖3之說明，下面說明與圖3相比較不同的部分。
該電力變換裝置，除了生成勵磁磁通用的電路即勵磁斬波裝置13b和勵磁電壓降壓電路以外，其他構(gòu)成均為與圖3相同的構(gòu)成。
上述勵磁斬波裝置13b與圖3同樣，P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n兩者間連接有正側(cè)開關(guān)元件13p3和負(fù)側(cè)開關(guān)元件13n3的串聯(lián)電路。
作為上述勵磁電壓降壓電路來說，P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n兩者間串聯(lián)連接有3個或以上的平滑電容器14a1、14a2、...、14an，上述各平滑電容器分別連接有均壓電阻14b1、14b2、...、14bn使得其加上均等的電壓。再有，正側(cè)開關(guān)元件13p3和負(fù)側(cè)開關(guān)元件13n3的共同連接點(diǎn)、和所述多個平滑電容器14a1、14a2、...、14an當(dāng)中最靠近N側(cè)母線12n一側(cè)的平滑電容器14a(n-1)(未圖示)和14an的共同連接點(diǎn)兩者之間連接有反饋用半導(dǎo)體元件14d。
而且，從該共同連接點(diǎn)14e引出的動力線6d連接有勵磁線圈4其中一端，而從正側(cè)開關(guān)元件13p3和負(fù)側(cè)開關(guān)元件13n3的共同連接點(diǎn)引出的動力線6c通過勵磁電流用電流傳感器15連接有勵磁線圈4其中另一端。
該實(shí)施例中，是一例P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n兩者之間連接了3個或以上的平滑電容器14a1、14a2、...、14an的情況，其動作與圖3同樣，因而這里從略。
按照該實(shí)施例，即便是直流電動機(jī)3的勵磁線圈4的額定電壓低于P側(cè)母線12p-N側(cè)母線12n間電壓的一半的情況下，也可通過由勵磁斬波裝置13b對串聯(lián)連接于P側(cè)和N側(cè)母線12p和12n間的最靠近N側(cè)母線12n的平滑電容器14an所分壓的電壓進(jìn)行斬波動作，并通過為該開關(guān)元件13n3截止?fàn)顟B(tài)時使勵磁線圈4所蓄積的能量經(jīng)由反饋用半導(dǎo)體元件14d反饋至靠近N側(cè)母線11b一側(cè)的平滑電容器14a(n-1)(未圖示)和14an的共同連接點(diǎn)14e，從而減小勵磁線圈4所加上的負(fù)載電壓，進(jìn)而能對勵磁線圈4的損壞防患于未然，能夠在不設(shè)勵磁控制單元的情況下控制直流電動機(jī)3。
(第3實(shí)施例)圖6為示出本發(fā)明電力變換裝置其他實(shí)施例的構(gòu)成圖。
圖6中，1為本發(fā)明的主要部分即電力變換裝置，將例如三相交流電源2輸出的交流電變換為直流電，將所需的直流電壓供給直流電動機(jī)3的電樞3a、3b，驅(qū)動該直流電動機(jī)3。4為直流電動機(jī)3的勵磁線圈，5為電樞電流用電流傳感器，檢測電力變換裝置1與直流電動機(jī)3的電樞3a、3b連接的動力線6a、6b所流的電樞電流，8為通過控制流入勵磁線圈4的電流來控制勵磁磁通的勵磁控制單元。
該電力變換裝置1包括下列構(gòu)成將三相交流電源2輸出的交流電整流成為所需的直流電壓的二極管整流裝置21；抑制開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的平滑電容器22；電樞用斬波裝置13a，連接于加上所述二極管整流裝置21變換得到的直流電源的P側(cè)母線12p-N側(cè)母線12n之間，并由根據(jù)外部的控制部7所輸出的柵極控制信號進(jìn)行柵極控制的IGBT等多個電樞斬波用開關(guān)元件13p1～13n2對加于母線12p-12n間的直流電壓進(jìn)行斬波動作，供給直流電動機(jī)3的電樞3a、3b；再生電流消耗裝置13c，通常三相電力變換功能當(dāng)中，其中兩相用作電樞用斬波裝置13a，另一方面其中余下的一相為了用于消耗再生電流，串聯(lián)連接于P側(cè)母線12p和N側(cè)母線12n之間，與前述同樣由根據(jù)外部的控制部7所輸出的柵極控制信號受到柵極控制的再生用開關(guān)元件13p4和13n4組成；再生電流消耗電阻23，連接于該再生電流消耗裝置13c的再生用開關(guān)元件13p4和13n4的共同連接點(diǎn)和N側(cè)母線12n之間，消耗再生電流；以及檢測加于母線12p-12n間的直流電壓的電壓檢測器24。
下面參照圖7說明如上所述電力變換裝置的動作。
由二極管整流器21對三相交流電源2所輸出的三相交流電整流，取出所需電力的直流電壓，加于P側(cè)母線12p-N側(cè)母線12n間(ST21)。此時，控制部7判斷有無由勵磁線圈4確立的勵磁磁通(ST22)，在勵磁磁通未確立的情況下，使勵磁電流從勵磁控制單元8流至勵磁線圈4(ST23)，確立勵磁磁通(ST23)。
步驟ST22中，在判斷已確立勵磁磁通的情況下，控制部7判斷是否使直流電動機(jī)3起動(ST24)。這時，發(fā)出直流電動機(jī)3的起動指令的情況下，對電樞用斬波裝置13a的斬波用開關(guān)元件13p1發(fā)送柵極控制信號。電樞用斬波裝置13a依據(jù)柵極控制信號進(jìn)行斬波動作，將所得到的驅(qū)動電壓加于電樞3a、3b間，使直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)(ST25)。
控制部7在直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)時從電樞電流用電流傳感器5取得流入直流電動機(jī)3的電樞3a、3b的電樞電流(ST26)，而且從電壓檢測器24取得母線12p-12n間所加上的直流電壓(ST30)，執(zhí)行下面所述處理。
具體來說，控制部7取得由電樞電流用電流傳感器5檢測出的電樞電流，對該電樞電流和預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電流進(jìn)行比較，并且對電樞用斬波裝置13a的斬波用開關(guān)元件13p1～13n2發(fā)送柵極控制信號。電樞用斬波裝置13a依據(jù)來自控制部7的柵極控制信號，對P側(cè)和N側(cè)母線12p和12n間的電壓進(jìn)行斬波動作，使電樞電流流至電樞3a、3b，對直流電動機(jī)3進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制(ST27)。接下來，直流電動機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)過程中每隔規(guī)定周期便判斷是否輸入電動機(jī)停止指令(ST28)，未輸入停止指令的情況下返回步驟ST26，重復(fù)執(zhí)行同樣的處理。
而且，控制部7取得由電壓檢測器24檢測出的母線12p-12n間電壓后(ST30)，對該母線間電壓和預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電流進(jìn)行比較，判斷直流電動機(jī)3是否處于再生方式(ST31)。通常直流電動機(jī)3處于再生方式的情況下，母線12p-12n間的電壓上升，所以由電壓檢測器24檢測出的母線間電壓超過設(shè)定電壓時，判斷為再生方式。這里判斷為再生方式的情況下，通過對再生電流消耗裝置13c的再生用開關(guān)元件13p4、13n4發(fā)送柵極控制信號(ST32)，使再生用開關(guān)元件13p4導(dǎo)通動作，來使再生電流消耗電阻23連接于母線12p-12n之間(ST33)。也就是說，通過使再生用開關(guān)元件13p4導(dǎo)通動作，連接P側(cè)母線12p和再生電流消耗電阻23，并通過使電流流過該再生電流消耗電阻23，從而使母線12p-12n間的電壓降低。
此后，控制部7對電壓檢測器24檢測出的母線間檢測電壓和預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓進(jìn)行比較，母線間檢測電壓低至設(shè)定電壓的情況下(ST34)，停止送至再生電流消耗裝置13c的柵極控制信號(ST35)。
因而，按照如上所述實(shí)施例，即便是將不具有變換器等電力再生功能、而具有三相電力變換功能的開關(guān)元件的三相電力變換裝置應(yīng)用于直流電動機(jī)3的情況下，也可通過將余下一相的開關(guān)元件構(gòu)成為再生電流消耗裝置13c，而且將再生電流消耗電阻23連接于構(gòu)成再生電流消耗裝置13c的再生用開關(guān)元件13p4、13n4的連接點(diǎn)和N側(cè)母線12n之間，從而在再生方式時對開關(guān)元件13p4、13n4進(jìn)行開·關(guān)控制，由再生電流消耗電阻23消耗母線12p-12n間不斷增加的電壓，所以可確實(shí)抑制母線間電壓的上升，進(jìn)而能有助于降低相對于勵磁線圈4的負(fù)載電壓，對勵磁線圈4的損壞防患于未然。
(第4實(shí)施例)圖8為示出本發(fā)明電力變換裝置其他實(shí)施例的構(gòu)成圖。
該實(shí)施例是一例電梯更新改造時，鑒于現(xiàn)存的電梯設(shè)備狀態(tài)、用戶要求，欲從直流電動機(jī)3更新為三相感應(yīng)電動機(jī)、三相永磁同步電動機(jī)等三相交流電動機(jī)的情形。
圖8中，21為將三相交流電源2輸出的交流電整流成為所需電力的直流電壓的二極管整流裝置；13d為斬波裝置，連接于加上二極管整流裝置21整流得到的直流電壓的P側(cè)母線12p-N側(cè)母線12n之間，并由根據(jù)控制部7(未圖示)輸出的柵極控制信號受到柵極控制的、具有三相變換功能的IGBT等多個斬波用開關(guān)元件13p1-13n1、13p2-13n2、13p5-13n5組成；22為抑制開關(guān)元件13p1-13n1、13p2-13n2、13p5-13n5動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的平滑電容器。從斬波裝置13d引出與直流電動機(jī)3和勵磁線圈4或再生電流消耗電阻23連接的動力線6a～6c。
現(xiàn)假定作為電動機(jī)的設(shè)備形態(tài)存在例如3種電動機(jī)設(shè)備31、32、33的話，用戶欲有效利用直流電動機(jī)3的情況下，便采用電動機(jī)設(shè)備31或32。對于該類電動機(jī)設(shè)備31、32來說，如同前述實(shí)施例中所說明的那樣。
但存在應(yīng)用戶等要求還要將已設(shè)置的直流電動機(jī)3更改為三相交流電動機(jī)的情形。這樣要求時可以通過將具有三相電力變換功能的半導(dǎo)體開關(guān)元件用作具有三相變換功能的斬波裝置13d來應(yīng)用于電動機(jī)設(shè)備33。該電動機(jī)設(shè)備33為具有三相感應(yīng)電動機(jī)、三相永磁同步電動機(jī)這種三相交流電動機(jī)34的構(gòu)成。
電梯更新時，在采用電動機(jī)設(shè)備31的情況下，為這樣一種構(gòu)成直流電動機(jī)3的電樞3a、3b與外部動力線6a和6b連接，另外勵磁線圈4其中一端與外部動力線6c連接，而該勵磁線圈4其中另一端則引至平滑電容器22、與例如多個平滑電容器的中點(diǎn)14b(參照圖1)連接。
電梯更新時，在采用電動機(jī)設(shè)備32的情況下，則成為這樣一種構(gòu)成同樣直流電動機(jī)3的電樞3a、3b與外部動力線6a和6b連接，另外再生電流消耗電阻23與外部動力線6c連接，而且該再生電流消耗電阻23還與電力變換裝置的N側(cè)母線11b一側(cè)連接。
此外，電梯更新時欲采用具有三相交流電動機(jī)34而非直流電動機(jī)3的電動機(jī)設(shè)備33的情況下，可通過外部動力線6a～6c與三相交流電動機(jī)34中未圖示的各相動力端子板相連接，由未圖示的控制部使斬波裝置13d作為逆變器裝置動作，來對三相交流電動機(jī)34進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制。
按照本實(shí)施例，電梯更新改造時或故障時，不僅可以適應(yīng)任何電動機(jī)設(shè)備，而且將例如負(fù)載即已設(shè)置的直流電動機(jī)調(diào)換為三相交流電動機(jī)的情況下，也可以在不調(diào)換電力變換裝置本身的情況下稍加改造來對交流電動機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制。
除此以外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，可以在不背離其實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形來實(shí)施。例如圖8構(gòu)成中，將交流電源2所輸出的交流電變換為所需電力的直流電壓時，用的是二極管整流裝置21，但也可以用圖3所示的變換器裝置11來構(gòu)成。
另外，各實(shí)施例還可以通過所有可能的組合加以實(shí)施，這種情況下可獲得組合產(chǎn)生的效果。再有，上述各實(shí)施例中還包括各種上位概念、下位概念的發(fā)明，可通過對所披露的多個構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)組合來得到各種各樣的發(fā)明。舉例來說，通過從就解決問題點(diǎn)所用的手段記載的全部構(gòu)成要件當(dāng)中省略若干構(gòu)成要件來導(dǎo)出發(fā)明的情況下，在實(shí)施該導(dǎo)出的發(fā)明時省略的部分可用公知的慣用技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置通過有效利用具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中特別是除了具有兩相電力變換功能的電樞用斬波裝置以外余下一相的電力變換功能，控制使得勵磁線圈所加上的電壓抑制為較低，可以一方面不需要勵磁控制單元，另一方面降低勵磁線圈所加上的電壓負(fù)載來避免損壞。
另外，本發(fā)明還提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置可以通過有效利用余下一相的電力變換功能，并與再生用電阻相連接，來抑制再生時PN母線間的電壓上升。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，在加上所需直流電壓的PN母線間分別串聯(lián)連接有具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和抑制上述多個半導(dǎo)體開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的多個平滑電容器，驅(qū)動具有勵磁線圈的直流電動機(jī)，其中，其特征在于，所述電力變換裝置包括電樞用斬波裝置，具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有兩相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出側(cè)連接有所述直流電動機(jī)的電樞，并根據(jù)外部供給的第1柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；勵磁用斬波裝置，由具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有余下一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成，并根據(jù)外部供給的第2柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；以及勵磁電壓降壓電路，在構(gòu)成該勵磁用斬波裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接部和所述多個平滑電容器的中點(diǎn)之間與所述勵磁線圈一起連接有反饋用電路元件，通過該勵磁用斬波裝置的斬波動作以所述平滑電容器的中點(diǎn)電壓對所述勵磁線圈供電，而且使所述勵磁線圈所蓄積的電能返回至所述平滑電容器的中點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，在所述多個平滑電容器串聯(lián)連接3個或以上的情況下，所述勵磁電壓降壓電路使反饋用電路元件與所述勵磁線圈一起連接于構(gòu)成所述勵磁用斬波裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接部和所述3個或以上平滑電容器中最靠近所述N側(cè)母線的相鄰平滑電容器的連接點(diǎn)之間。
3.一種電力變換裝置，在加上所需直流電壓的PN母線間分別串聯(lián)連接有具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和抑制上述多個半導(dǎo)體開關(guān)元件動作時所產(chǎn)生的浪涌電壓的多個平滑電容器，而且驅(qū)動具有勵磁線圈的直流電動機(jī)，所述勵磁線圈由勵磁控制單元進(jìn)行勵磁電流的流入控制，其特征在于，所述電力變換裝置包括電樞用斬波裝置，具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有兩相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出側(cè)連接有所述直流電動機(jī)的電樞，并根據(jù)外部供給的第1柵極控制信號進(jìn)行斬波動作；再生電流消耗裝置，由具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件當(dāng)中具有余下一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成，并根據(jù)外部供給的開關(guān)控制信號進(jìn)行開關(guān)動作；以及再生電流消耗電阻，連接于構(gòu)成該再生電流消耗裝置的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點(diǎn)和所述N側(cè)母線之間，并在所述直流電動機(jī)的再生方式時通過所述再生電流消耗裝置的開關(guān)動作來消耗再生電流使得所述PN母線間出現(xiàn)的電壓降低。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于，在欲應(yīng)用于交流電動機(jī)以替代作為負(fù)載的所述直流電動機(jī)的情況下，以具有所述三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件形成為三相逆變器裝置，并且從構(gòu)成該逆變器裝置的各相的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的連接點(diǎn)開始使與所述直流電動機(jī)的電樞和勵磁線圈或再生電流消耗電阻連接的輸出線按原樣與所述交流電動機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明的三相電力變換裝置，在加上直流電壓的PN母線間分別串聯(lián)連接有具有三相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件和多個平滑電容器(14a1)、(14a2)，驅(qū)動具有勵磁線圈(4)的直流電動機(jī)(3)，其中構(gòu)成為通過由具有兩相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成的電樞用斬波裝置(13a)的斬波動作運(yùn)轉(zhuǎn)直流電動機(jī)，具有余下一相電力變換功能的多個半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成的勵磁用斬波裝置(13b)和所述平滑電容器的中點(diǎn)(14c)之間與勵磁線圈一起連接有反饋用電路元件(14d)，由勵磁用斬波裝置進(jìn)行斬波動作以所述中點(diǎn)電壓對勵磁線圈供電，而且由反饋用電路元件使勵磁線圈所蓄積的能量返回至中點(diǎn)。
文檔編號B66B1/30GK1910812SQ20058000232
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者小林大祐 申請人:東芝電梯株式會社