(57)【要約】【課題】マトリクスコンバータにおいて、半導体スイッチと制御回路とを１系統の直流電源で駆動することにより、回路全体を小型化する。【解決手段】交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、交流電源と三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、一方の方向の通電を制御する第１のスイッチと、その逆方向の通電を制御する第２のスイッチとを有するスイッチ群と、直流電源の直流電圧を用いて第１および第２のスイッチをそれぞれ駆動する第１および第２の駆動回路と、直流電源の正極と交流電源との間に設けられ、直流電源から交流電源への電流により充電され第１のスイッチを駆動する第１の駆動電源と、直流電源の正極と三相交流負荷との間に設けられ、直流電源から三相交流負荷への電流により充電され第２のスイッチを駆動する第２の駆動電源とを備える。【選択図】図１
2008054488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相または三相の交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータにおいて、前記交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、前記交流電源と前記三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、前記三相交流負荷から前記交流電源への通電を制御する第１のスイッチと、前記交流電源から前記三相交流負荷への通電を制御する第２のスイッチとを有するスイッチ群と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第１のスイッチを駆動する第１の駆動回路と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第２のスイッチを駆動する第２の駆動回路と、前記直流電源から前記交流電源への電流により充電され、前記第１の駆動回路のための電源を提供する第１の駆動電源と、前記直流電源から前記三相交流負荷への電流により充電され、前記第２の駆動回路のための電源を提供する第２の駆動電源とを備えたマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記直流電源の正極に接続され、前記交流電源からの電流を阻止する整流ダイオードと、前記直流電源の正極に接続され、前記三相交流負荷からの電流を阻止する整流ダイオードとを備えた請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項３】
前記直流電源からの電圧を受け、前記第１および第２の駆動回路を制御する制御回路を備えた請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項４】
前記制御回路は、前記三相交流負荷の運転に先立って、最低電圧である前記交流電源の相に対応する第１のスイッチをオンして、前記第２の駆動電源を充電する請求項３に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記交流電源と前記直流電源の負極との間の電圧を分圧した電圧を前記制御回路に提供する請求項３に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を受け、所定の直流電圧を発生する直流電源回路とを備えた請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記直流電源は、三相を有する前記交流電源の中性点と、前記三相のいずれか１つの相とが１次側に接続されるトランスと、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記トランスの２次側に接続され前記整流回路の負極を基準として動作する直流電源回路と備えた請求項１記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を半波整流する整流回路と、三相を有する前記交流電源の中性点に接続され前記整流回路の出力電位を基準として動作する直流電源回路とを備えた請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項９】
前記直流電源は、前記整流回路に流れる電流が所定値以下にならないように制御する電流制御回路を備えた請求項６〜８のいずれか１項に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項１０】
三相交流負荷と、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマトリクスコンバータとを備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から交流電動機を可変速駆動するための電力変換回路に関するものであり、特に、交流電源の電力を直流電力に変換することなく交流電動機用の交流電力に変換する直接型電力変換器、いわゆるマトリクスコンバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電源から供給される交流電力を用いて交流電動機を可変速駆動するためには、図８に示すような回路が一般的に採用されてきた。すなわち、三相交流電源１に対して、力率改善リアクタ４０１と三相ブリッジ回路４０２からなる高力率整流回路を構成し、平滑コンデンサ４０３を用いて直流電力に変換する。その後、もうひとつの三相ブリッジ回路４０４を設けることで、三相交流電源１とは異なる電圧と周波数とを有する擬似交流電源へと変換し、三相交流電動機２を駆動するというものである。
【０００３】
この方法の場合、変換原理が比較的単純ではあるものの、力率改善リアクタ４０１および平滑コンデンサ４０３が形状的に大型となってしまう。また、平滑コンデンサ４０３に電解コンデンサが用いられた場合、リップル電圧の影響により、寿命が短くなるなどの課題を有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、図９に示すように、三相交流電源１と三相交流電動機２との配線をトポロジ面でマトリクス状に配置し、その交点ごとにスイッチ素子５０１〜５０９を設け、各スイッチ素子５０１〜５０９を独立してオン／オフすることにより、三相交流電源１とは異なる電圧と周波数とを有する擬似交流電源を三相交流電動機２に供給する、いわゆるマトリクスコンバータというものも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
このマトリクスコンバータは、出力側である三相交流電動機２の制御のみでなく、入力側である三相交流電源１の電流制御も同時に実現できるうえ、図８に示した力率改善リアクタ４０１や、三相ブリッジ回路４０２、４０４間に設けた平滑コンデンサ４０３を必要としないため、回路を小型にすることができる。
【０００６】
つぎに、実際のマトリクスコンバータでは、スイッチ素子に半導体素子を用いることになるが、半導体素子は、一方向に電流を流すか、または遮断するかのいずれかの機能しか有さないため、図１０に示されるように、ＳＷURやＳＷRUなどのように正逆２組の半導体スイッチを組み合わせて双方向のスイッチ素子を配することとなる。
【０００７】
図１０では、半導体素子としてＩＧＢＴを用いた例を示している。ＩＧＢＴと直列に挿入したダイオードは、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間に逆電圧が印加されたときにＩＧＢＴが破壊されることを防止するためのものである。なお、双方向のスイッチ素子の実現方法は図１０で示したＩＧＢＴを並列に配置するもの以外に、エミッタを共通にして互いに逆方向のＩＧＢＴを直列に配置する方法もある。
【０００８】
また、実際に図１０に記載の回路を駆動するためには、図１１に示すように、全ての半導体スイッチを駆動するための電源が必要である。具体的には、入力側の電位を基準とする、すなわち、負極が三相交流電源１の３つの相と接続されている３つの電源と、出力側の電位を基準とする、すなわち、負極が三相交流電動機２の３つの相と接続されている３つの電源の合計６通りの電源が必要である。
【０００９】
図１１において、トランス７０１の電源出力はそれぞれ絶縁分離され、整流ダイオード
（７１１〜７１６）と平滑コンデンサ（７２２、７３２など）を備えた別々の直流電源として動作する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−４２５７９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８２９４０号公報
【非特許文献１】電気学会技術報告第９９８号（２００５年２月）、３頁〜４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、双方向のスイッチ素子を駆動するための６つの直流電源は相互に絶縁されており、その結果、回路規模が大きくなってしまうという課題を有していた。
【００１１】
さらに、図１２に示されるように、一般的に、半導体スイッチ（図中、ＳＷRU、ＳＷUR）をオン／オフ制御する指令情報はマイクロコンピュータ２００を用いて実現される。この場合、半導体スイッチをオン／オフ制御する回路が、それぞれ絶縁された電源を用いて構成されるため、フォトカプラ８２１などの絶縁手段を介してマイクロコンピュータ２００からの指令をスイッチ素子に伝達する必要がある。
【００１２】
このような理由からも、回路規模が大きくなるという課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、マトリクスコンバータを構成する各半導体スイッチのための電源と制御用マイクロコンピュータのための電源を、１系統の直流電源で実現するマトリクスコンバータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明のマトリクスコンバータは、単相または三相の交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータにおいて、前記交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、前記交流電源と前記三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、前記三相交流負荷から前記交流電源への通電を制御する第１のスイッチと、前記交流電源から前記三相交流負荷への通電を制御する第２のスイッチとを有するスイッチ群と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第１のスイッチを駆動する第１の駆動回路と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第２のスイッチを駆動する第２の駆動回路と、前記直流電源から前記交流電源への電流により充電され、前記第１の駆動回路のための電源を提供する第１の駆動電源と、前記直流電源から前記三相交流負荷への電流により充電され、前記第２の駆動回路のための電源を提供する第２の駆動電源とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマトリクスコンバータは、三相交流電源の相が最低電位になったときに、その三相交流電源の相に対応する第１のスイッチに対応する第２のスイッチを駆動するコンデンサに電流を供給することにより、１系統の駆動電源を用いて、三相交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、単相または三相の交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータにおいて、前記交流電源の最低電位に基づき直流電圧を提供する直流電源と、前記交流電源と前記三相交流負荷との間の双方向通電を制御するスイッチ群であって、前記三相交流負荷から前記交流電源への通電を制御する第１のスイッチと、前記交流電源から前記三相交流負荷への通電を制御する第２のスイッチとを有するスイッチ群と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第１のスイッチを駆動する第１の駆動回路と、前記直流電源からの直流電圧を用いて前記第２のスイッチを
駆動する第２の駆動回路と、前記直流電源から前記交流電源への電流により充電され、前記第１の駆動回路のための電源を提供する第１の駆動電源と、前記直流電源から前記三相交流負荷への電流により充電され、前記第２の駆動回路のための電源を提供する第２の駆動電源とを備えたものである。
【００１６】
これにより、各スイッチを駆動するコンデンサに、対応する三相交流電源の相が最も低い電位になったときに電流を供給することができ、その結果、１系統の駆動電源を用いて、三相交流電源からの交流電力を変換し、所望の交流電力を三相交流負荷に提供するマトリクスコンバータを実現することができる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、前記直流電源の正極に接続され、前記交流電源からの電流を阻止する整流ダイオードと、前記直流電源の正極に接続され、前記三相交流負荷からの電流を阻止する整流ダイオードとを備えたものである。これにより、直流電源へ逆方向の電流が流れることを阻止することができる。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明において、前記直流電源からの電圧を受け、前記第１および第２の駆動回路を制御する制御回路を備えたものである。これにより、制御回路の駆動電源を、第１および第２の駆動回路のための駆動電源と共通にすることができるため、制御回路の小型化・簡素化を図ることができる。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明において、前記制御回路は、前記三相交流負荷の運転に先だち、最低電圧である前記交流電源の相に対応する第１のスイッチをオンして、前記第２の駆動電源を充電するものである。これにより、第１および第２の駆動電源に、三相交流負荷の運転に必要な電荷を蓄えることができる。
【００２０】
第５の発明は、第３の発明において、前記交流電源と前記直流電源の負極との間の電圧を分圧した電圧を前記制御回路に提供するものである。これにより、制御回路が、現在の最低電位の相を把握することができ、また、最低電位の相に対するそれ以外の相の相対電位を把握することができる。
【００２１】
第６の発明は、第１の発明において、前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を受け、所定の直流電圧を発生する直流電源回路とを備えたものである。これにより、前記交流電源の最低電位が整流回路の負極に現れ、その電位を基準として直流電源が動作することができる。
【００２２】
第７の発明は、第１の発明において、前記直流電源は、三相を有する前記交流電源の中性点と、前記三相のいずれか１つの相とが１次側に接続されるトランスと、前記交流電源からの交流電圧を全波整流する整流回路と、前記トランスの２次側に接続され前記整流回路の負極を基準として動作する直流電源回路と備えたものである。
【００２３】
これにより、直流電源の電圧が線間電圧よりも低い相電圧となるため、回路部品の耐電圧を下げることができ、直流電源回路の小型化・簡素化を図ることができる。
【００２４】
第８の発明は、第１の発明において、前記直流電源は、前記交流電源からの交流電圧を半波整流する整流回路と、三相を有する前記交流電源の中性点に接続され前記整流回路の出力電位を基準として動作する直流電源回路とを備えたものである。
【００２５】
これにより、直流電源の電圧が線間電圧よりも低い相電圧となるため、回路部品の耐電圧を下げることができ、直流電源回路の小型化・簡素化を図ることができる。
【００２６】
第９の発明は、第７または第８の発明において、前記直流電源は、前記整流回路に流れる電流が所定値以下にならないように制御する電流制御回路を備えたものである。これにより、直流電源の負荷電力を小さくでき、直流電源回路の小型化がさらに図れる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるマトリクスコンバータを示す構成図である。図１に示されるように、双方向の半導体スイッチをマトリクス状に配置して、三相交流電源１および三相交流負荷である三相交流電動機２の各相をそれぞれ接続している。
【００２９】
この半導体スイッチ群を構成する各半導体スイッチのうち、三相交流電動機２から三相交流電源１へと電流を流すものには、第１の半導体スイッチとしてＳＷYX、三相交流電源１から三相交流電動機２へと電流を流すものには第２の半導体スイッチとしてＳＷXY（ＸはＲ、ＳまたはＴ、ＹはＵ、ＶまたはＷ）の符号が付されている。
【００３０】
以下、特定の半導体スイッチを意図しない場合、第１の半導体スイッチはＳＷYX、第２の半導体スイッチはＳＷXYとして説明する。
【００３１】
最初に、例えば、三相交流電源１のＲ相と三相交流電動機２のＵ相とは、半導体スイッチＳＷURとＳＷRUとを介して接続され、三相交流電源１のＲ相から三相交流電動機２のＵ相に電流が流れる時には、ＳＷRUを通って電流が流れ、逆に、三相交流電動機２のＵ相から三相交流電源１のＲ相に電流が流れるときにはＳＷURを通って電流が流れる。
【００３２】
ＳＷXY、ＳＷYXは、一例としてＩＧＢＴを用いており（例えば、ＳＷRU、ＳＷURでは、それぞれＩＧＢＴ１０、１２）、それぞれに対して、逆電圧防止用のダイオードが直列に挿入されている（例えば、ＳＷRU、ＳＷURに対しては、それぞれダイオード１１、１３）。
【００３３】
ＳＷURには、ＳＷURを駆動する駆動回路１３１と駆動回路１３１用に電圧を供給する第１の駆動電源であるコンデンサ１３２が接続されている。ＳＷRUには、ＳＷRUを駆動する駆動回路１２１と駆動回路１２１に電圧を供給する第２の駆動電源であるコンデンサ１２２が接続されている。
【００３４】
駆動回路１２１や１３１へは、整流ダイオード１１４や１１１を介して直流電源回路１０１から電流が供給される。
【００３５】
一方、三相交流電源１の出力である交流電力を三相全波整流回路１００にて全波整流し、そのマイナス側を基準として、直流電源回路１０１が動作する。この直流電源回路１０１の出力電圧は、ＩＧＢＴ（例えば、ＳＷRU、ＳＷURでは、それぞれＩＧＢＴ１０、１２）のゲートを駆動するのに適切な電圧となるように設定される。
【００３６】
直流電源回路１０１の正側出力端子は、整流ダイオード１１１、１１２、１１３を経由して、半導体スイッチＳＷYX用の３つの駆動電源の正極にそれぞれ接続されている。また、整流ダイオード１１４，１１５、１１６を経由して半導体スイッチＳＷXY用の３つの駆動電源の正極にそれぞれ接続されている。
【００３７】
なお、三相全波整流回路１００の出力側に軽負荷である抵抗１００３を設けているのは、三相全波整流回路１００のいずれかの相が常に導通しているようにするものであり、直
流電源である直流電源回路１０１への入力電力により代用することも可能である。
【００３８】
本実施の形態では、三相全波整流回路１００と直流電源回路１０１と抵抗１００３とで、三相交流電源１の出力交流電圧から直流電圧を生成する直流電源を構成している。
【００３９】
上記のように構成されたマトリクスコンバータについて、その動作を説明する。まず、三相全波整流回路１００の負側出力は、三相交流電源１の最低電位の相と同じ電位である。例えば、Ｒ相の電位が最も低い場合には、三相全波整流回路１００の直流出力はＲ相の電位と同じであり、直流電源回路１０１の正側出力は、Ｒ相電位よりも直流電源回路１０１の出力電圧だけ高い電位になる。
【００４０】
このため、直流電源回路１０１から整流ダイオード１１１とコンデンサ１３２を経由して、三相交流電源１のＲ相に電流が流れることにより、コンデンサ１３２を充電することができる。このコンデンサ１３２に蓄えられた電荷により、半導体スイッチＳＷURを駆動することができる。同様に、他の相についても、半導体スイッチＳＷYXの駆動電源を供給することができる。
【００４１】
次に、図２を用いて、半導体スイッチＳＷXYへの電力供給を説明する。図２は三相交流電源の出力波形である。これらの波形の各区間における最低電位の相が、図中の表に示されている。例えば、最初の区間ではＳ相が最低電位である。
【００４２】
このときに、半導体スイッチＳＷUSをオンすると、Ｕ相の電位はＳ相の電位と等しくなり、その結果、ダイオード１１４を経由して、半導体ＳＷSU、ＳＷRU、ＳＷTUとを駆動するための電荷を各コンデンサに蓄えることができる。同様に、半導体スイッチＳＷVSとＳＷWSとをそれぞれオンすると、残りの半導体スイッチＳＷXYを駆動するためのコンデンサを充電することができる。この動作を三相交流電動機２の運転に先立って行うことにより、全ての半導体スイッチＳＷXYの準備を完了することができる。
【００４３】
また、三相交流電動機２の動作中は、三相交流電源１の最低電位の相と三相交流電動機２の最低電位の相との間にある半導体スイッチＳＷXYを、その期間中オンし、２つの最低電位を等しくする。これにより、その最低電位を基準として直流電源回路１０１から電流が流れ、半導体スイッチＳＷXYに対応するコンデンサにそれぞれ充電される。三相交流電動機２のその他の相についても、その相が最低電位になるタイミングで、同様にして対応する半導体スイッチＳＷXYに対応するコンデンサに充電が行われる。
【００４４】
上記の構成および制御方法により、マトリクスコンバータの駆動電源を１系統の直流電源で実現することができる。
【００４５】
図３は、各半導体スイッチＳＷXYにオン／オフの制御信号が伝達される動作を説明するための、より詳細な回路図である。シーケンス制御、すなわち、各半導体スイッチのオン／オフ動作の制御は、マイクロコンピュータ２００を用いて行われ、その制御信号は駆動回路１２１へと送られる。
【００４６】
駆動回路１２１は、いわゆるハイサイドスイッチ駆動回路とよばれるものであり、駆動制御用のオン／オフ信号を一旦パルス化して、高耐圧のＭＯＳスイッチで高い電圧側に情報を送り、フィルタなどで誤動作防止を行った後、フリップフロップでもとのオン／オフ信号に復元するものである。
【００４７】
マイクロコンピュータ２００用の電源として、図３に示されるように、マトリクスコンバータの各半導体スイッチ用の直流電源を用いるため、マイクロコンピュータ２００は、
マトリクスコンバータにおける最低電位を基準として動作する。
【００４８】
このため、マイクロコンピュータ２００を基準と考えると、他の電位は全てそれ以上の電圧になり、よく知られたハイサイドスイッチ駆動回路を用いて半導体スイッチＳＷRUを駆動することが可能になる。この方法により、フォトカプラなどの空間的な絶縁を有する部品を使用する必要が無くなり、回路を小型にすることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図４は、図３の回路に、マイクロコンピュータ２００が三相交流電源１の電圧を検出できるようにするための回路を追加したものである。図４に示されるように、抵抗９０１と９０２とを用いて、三相交流電源１からの電圧が分圧され、分圧された電圧がマイクロコンピュータ２００に入力される。
【００５０】
これにより、マイクロコンピュータ２００は、どの相が最低電位であるかを知ることができ、それ以外の相については最低電位の相に対する相対電位を知ることができる。これにより、以下のことが可能になる。
【００５１】
１）マイクロコンピュータ２００が、各相電圧を算出することができ、高力率なシーケンス制御を実現するための情報として使用することができる。
【００５２】
２）マイクロコンピュ−タ２００が、各相が順次最低電圧になる周期を計測することにより、三相交流電源１の周波数を把握することができる。
【００５３】
３）マイクロコンピュータ２００が、各相が順番に最低電圧にならない場合は、断線などの異常事態が発生していると判断することができ、その情報を上位の管理システムに発信することができる。
【００５４】
４）マイクロコンピュータ２００が、各相が最低電圧になる順序を把握することで、三相交流電源１の相順を知ることができ、接続が逆になっているなどの情報を上位の管理システムに送信することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
図５は、マトリクスコンバータの制御用電源を、比較的低い電圧である中性点ＮとＲ，Ｓ，Ｔいずれかの相との間から供給する場合である。制御用の安定化電源については、供給源を三相交流電源１の線間電圧とするよりも相電圧とするほうが、入力として印加される電圧が５７．７％（相電圧／線間電圧の百分率）と低い電圧で済むため、安定化電源において高耐圧の部品を用いる必要がなくなる。
【００５６】
図５に示されるように、中性点ＮとＴ相との間の電圧を、絶縁トランス１００２を経由して安定化電源１００１に供給し、マトリクスコンバータ駆動用の直流電源とする。この安定化電源１００１のマイナス側出力は、三相全波整流回路１００のマイナス側と接続される。
【００５７】
なお、三相全波整流回路１００のマイナス側電位が三相交流電源１の最低電位の相と同じ電位であるためには、三相全波整流回路１００に電流が流れることが必要である。そのためには、抵抗１００３を挿入するなど、何らかの軽微な負荷を接続しておけばいい。
【００５８】
（実施の形態４）
図６は、図１における軽微な負荷（抵抗１００３）での消費電力をさらに軽減させるための回路を具備した実施例である。
【００５９】
図６に示されるように、三相全波整流回路１００と直流電源回路１０１との間に、電流制御回路１１０１、トランジスタ１１０２、電流検出抵抗１１０３が接続される。トランジスタ１１０２がオンされると、負荷抵抗１１１３に電流が流がれ、その結果、電流検出抵抗１１０３に流れる電流が所定値以下にならないようにする。
【００６０】
すなわち、電流検出抵抗１１０３の電流が所定値以下になったときには、トランジスタ１１０２を導通させ、負荷抵抗１１１３に電流を流せば、全波整流回路１００から出力される電流を増加させることができる。
【００６１】
ここの場合のしきい値は、ゼロに近い値に設定しておき、通常は制御回路などの負荷のみの電流が流れているようにしておく。このため全波整流回路１００を経由する電力は小さい値になる。
【００６２】
何らかの負荷変動で全波整流回路１００からの電流がゼロになり、全波整流回路１００がオフ状態となって、直流電源の負極の電位と三相交流電源の最低電位の相との電位が異なってしまうおそれがある場合にのみ、直流電源の負荷が増大して、直流電源の負極の電位と三相交流電源の最低電位の相との電位を常に同じに保つことができる。
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、電流制御用の電源に、直流電源回路１０１を用いるため、新たな電源回路は不必要である。なお、本実施の形態では、電流検出手段として抵抗１１０３を用いたが、その他の電流検出用センサを適用することができることは明白である。これによって、三相全波整流回路１００の負荷がつねに最小に保たれるため、制御用の電源回路の小型化が図れる。
【００６４】
（実施の形態５）
図７は、三相交流電源の中性点を用いて、制御回路をさらに小型化にするための実施の形態を示す回路図である。図７に示されるように、ダイオード１２００Ｒ、１２００Ｓ、１２００Ｔが、三相交流電源１の各相にそれぞれ接続されている。
【００６５】
三相交流電源１から出力される三相交流電圧のうちの最低電位の相は、中性点の電位よりも低い電位であるため、これらのダイオードは、その最低電圧の相にのみ電流が流れる半波整流回路を構成している。
【００６６】
すなわち、Ｒ相が最低電圧の場合は、中性点Ｎから負荷抵抗１２１３、トランジスタ１２０２、電流検出抵抗１２０３、ダイオード１２００Ｒを経由して電流が流れる。他の相が最低電位になったときは、同様に、対応するダイオードを経由して電流が流れる。三相回路の相電圧は線間電圧の５７．７％であるため、直流電源回路１２１１においてより耐圧の低い部品を用いることができ、回路の小型化・簡素化がさらに図れる。
【００６７】
以上のように、本発明のマトリクスコンバータによれば、半導体スイッチとシーケンス制御用の制御回路とを、基準電位を共有させながら、１系統の直流電源で駆動することができ、回路全体を小型化することが可能となる。その結果、産業用機器に留まらず、三相交流電源を用いた家庭用エアコンなどにも適用することが可能となる。
【００６８】
なお、本実施の形態では三相の交流電源を用いたが、本発明は、対応する半導体スイッチを減らすことにより、単相の交流電源にも適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、本実施の形態では三相の交流電動機を用いたが、本発明は、対応する半導体スイ
ッチを減らすことにより、単相の交流電動機にも適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、本発明の実施の形態においては、半導体スイッチとして、ＩＧＢＴとダイオードとを直列接続したものを用いたが、近年、ＩＧＢＴのエミッタ−コレクタ間に逆電圧を印加できるものが開発されてきており、このような半導体素子を用いれば、直列に挿入した逆電圧防止用のダイオードを削除することができる。このような構成とすれば、逆電圧防止用のダイオードにて消費していた回路損失の発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、単相もしくは三相の交流電源を用いて、単相もしくは三相の交流負荷を制御する場合に有用であり、例えば、エアコンや冷蔵庫、洗濯機など電動機を負荷とする機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマトリクスコンバータの回路構成図
【図２】本発明の動作を説明するための三相交流電圧の波形図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマトリクスコンバータのより詳細な回路構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるマトリクスコンバータの回路構成図
【図５】本発明の実施の形態３におけるマトリクスコンバータの回路構成図
【図６】本発明の実施の形態４におけるマトリクスコンバータの回路構成図
【図７】本発明の実施の形態５におけるマトリクスコンバータの回路構成図
【図８】従来例における回路構成図
【図９】マトリクスコンバータの基本概念を示す図
【図１０】双方向半導体スイッチを用いてマトリクスコンバータが構成されることを示す図
【図１１】従来のマトリクスコンバータの回路構成図
【図１２】従来のマトリクスコンバータのより詳細な回路構成図
【符号の説明】
【００７３】
１、１０００  三相交流電源
２  三相交流電動機（三相交流負荷）
１００  三相全波整流回路
１０１  直流電源回路
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６  整流ダイオード
１２１、１３１  駆動回路
１２２  コンデンサ（第２の駆動電源）
１３２  コンデンサ（第１の駆動電源）
２００  マイクロコンピュータ
１００３  抵抗
１１０１、１２０１  電流制御回路
１１０３、１２０３  電流検出抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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