Устройство преобразования энергии

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложено устройство преобразования энергии, которое может выполнять операцию потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии, генерируемой двигателем, и операцию усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор, без увеличения размера устройства и стоимости устройства, в конфигурации с использованием основной цепи, в которой образованы цепь выпрямителя и инвертор. Основная цепь (100) включает в себя диод (5), катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью (3) выпрямителя и инвертором (4); и переключающий элемент (6), который присоединен между анодом диода (5) и цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью (3) выпрямителя и инвертором (4). В основной цепи (100) участок между первым контактом P и вторым контактом P1, которые обеспечены в цепи положительного вывода источника питания, открыт, и реактор (13) обеспечен между вторым контактом P1 и третьим контактом PR, который обеспечен в точке соединения между диодом (5) и переключающим элементом (6), образуя таким образом цепь прерывателя усиления. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится к устройству преобразования энергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Устройство преобразования энергии для возбуждения двигателя выпрямляет переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, преобразует выпрямленный постоянный ток в переменный ток, и возбуждает двигатель, который обычно включает в себя транзистор торможения, который потребляет рекуперативную энергию, генерируемую во время замедления двигателя, посредством обеспечения возможности протекания тока к внешнему резистору. Дополнительно, необходимо, чтобы устройство преобразования энергии для возбуждения двигателя включало в себя конфигурацию, которая обеспечивает возможность его стабильного функционирования, даже в том случае, когда напряжение источника переменного тока колеблется, и напряжение падает, и чтобы оно включало в себя конфигурацию, которая обеспечивает возможность улучшения вращающего момента и мощности двигателя.

[0003] В предшествующем уровне техники, была описана конфигурация устройства для рулевого управления с электроусилением, которое возбуждает двигатель рулевого управления с электроусилением, в котором, при эксплуатации, операции могут переключаться между операциями усиления и рекуперации (например, Патентная литература 1).

УКАЗАТЕЛЬ ССЫЛОК

[0004] Патентная литература 1: выложенная заявка на патент Японии № 2004-166441.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0005] Однако, в предшествующем уровне техники, предполагается, что существует внутренняя цепь усиления или внутренняя цепь потребления рекуперативной энергии, любая из которых включает в себя переключающий элемент, который используют для переключения; таким образом, переключающий элемент для переключения является важным компонентом. Конкретно, поскольку номинальный ток должен обычно протекать через переключающий элемент, обеспеченный в цепи подачи постоянного напряжения, существует проблема, состоящая в том, что размер и стоимость устройства увеличиваются.

[0006] Данное изобретение было сделано с учетом вышеупомянутых обстоятельств. Целью изобретения является обеспечение устройства преобразования энергии, которое может исключительно или одновременно выполнять операцию потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии, генерируемой двигателем, и операцию усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор, без увеличения размера и стоимости устройства.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0007] Для решения проблемы и достижения вышеупомянутой цели, данное изобретение относится к устройству преобразования энергии, которое включает в себя основную цепь, которая включает в себя цепь выпрямителя, выпрямляющую переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, возбуждающий двигатель. Основная цепь включает в себя диод, катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором; переключающий элемент, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и анодом диода; первый контакт, который обеспечен в цепи положительного вывода источника питания; второй контакт, который обеспечен на участке цепи положительного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем первый контакт, и не соединен с первым контактом; третий контакт, который выведен от точки соединения между диодом и переключающим элементом; и реактор, который обеспечен между вторым контактом и третьим контактом. Диод, переключающий элемент и реактор образуют цепь прерывателя усиления, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] При использовании данного изобретения может быть обеспечена конфигурация, включающая в себя цепь выпрямителя и инвертора, в которой рекуперативная энергия потребляется двигателем во время операции рекуперации энергии. Это выполняется не посредством обеспечения короткого замыкания, которое шунтирует первый контакт и второй контакт, и резистора, который присоединяется между первым контактом и третьим контактом, а посредством обеспечения, в качестве альтернативы, реактора, который присоединяется между первым контактом и третьим контактом. Таким образом, может быть обеспечена конфигурация, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор, без увеличения размера и стоимости устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 1.

Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 2, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

Фиг. 4 является схемой, иллюстрирующей пример устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 1, согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 4.

Фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 5, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 7.

Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 8, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

Фиг. 10 является схемой, иллюстрирующей пример устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 7, согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 10.

Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 11, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

Фиг. 13 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 14 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 13, согласно третьему варианту осуществления.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0010] Устройства преобразования энергии, согласно вариантам осуществления данного изобретения, будут описаны ниже со ссылкой на сопутствующие чертежи. Между тем, данное изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными ниже.

[0011] ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно первому варианту осуществления. Дополнительно, фиг. 2 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, основная цепь 100 включает в себя цепь 3 выпрямителя, которая образована посредством выполнения двухполупериодного мостового соединения множества элементов выпрямителя, и на которую мощность переменного тока подают через контакты R, S, и T; инвертор 4, который образован посредством выполнения двухполупериодного мостового соединения множества переключающих элементов, и который возбуждает нагрузку; диод 5, катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4; и переключающий элемент 6, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4, и анодом диода 5. Переключающий элемент 6 может быть сконфигурирован с использованием, например, мощного транзистора, мощного MOSFET, IGBT, и т.п.

[0012] Дополнительно, основная цепь 100 включает в себя контакт P (первый контакт), который обеспечен в цепи положительного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4; контакт P1 (второй контакт), который обеспечен на участке цепи положительного вывода источника питания, более близком к цепи 3 выпрямителя, чем контакт P (первый контакт), и не соединен с контактом P (первым контактом); контакт PR (третий контакт), который выведен из точки соединения между диодом 5 и переключающим элементом 6; и контакт N, который обеспечен в цепи отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4. Между тем, основная цепь 100 также снабжена контактом, с которым соединен блок 7 управления, для управления инвертором 4 и переключающим элементом 6, но этот контакт здесь не показан. Кроме того, цепь 9 предотвращения бросков тока обеспечена между контактом P1 (вторым контактом) и цепью 3 выпрямителя в примере, показанном на фиг. 2. Цепь 9 предотвращения бросков тока будет описана ниже.

[0013] В примере, показанном на фиг. 1, источник 1 переменного тока соединен с контактами R, S, и T, и двигатель 4 присоединен в качестве нагрузки инвертора 4, в устройстве преобразования энергии, согласно первому варианту осуществления. Сглаживающий конденсатор 8, который сглаживает постоянное напряжение, подаваемое на инвертор 4, соединен с входным контактом инвертора 4. Сглаживающий конденсатор 8, фактически, присоединен между контактом P (первым контактом) и контактом N, но иллюстрация здесь упрощена для удобства описания.

[0014] В этом варианте осуществления будет описан пример, в котором внешний элемент соединен с контактом P (первым контактом), контактом P1 (вторым контактом) и контактом PR (третьим контактом), таким образом, чтобы выполнялась любая из операции потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии (рекуперативной мощности), генерируемой во время замедления двигателя 2, и операции усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор 4.

[0015] Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 2, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

[0016] При выполнении операции потребления рекуперативной энергии, контакт P (первый контакт) и контакт P1 (второй контакт) соединены друг с другом посредством короткого замыкания 200, и резистор 12 торможения присоединен между контактом P1 (вторым контактом) и контактом PR (третьим контактом), как показано на фиг. 3. Резистор 12 торможения, и диод 5, и переключающий элемент 6, которые включены в основную цепь 100, образуют цепь торможения.

[0017] Здесь, короткое замыкание 200 может быть металлическим проводником, таким как медная пластина или медный провод, и может быть реактором постоянного тока, для улучшения коэффициента мощности. Также предполагается, что присоединен реактор для подавления высокочастотных шумов, генерируемых инвертором 4. Данное изобретение не ограничено конфигурацией короткого замыкания 200.

[0018] Дополнительно, вышеупомянутая цепь 9 предотвращения бросков тока имеет функцию предотвращения передачи бросков тока к сглаживающему конденсатору 8, при включении источника 1 переменного тока. Цепь 9 предотвращения бросков тока включает в себя резистор 10 для зарядки и переключатель 11. При включении источника 1 переменного тока переключатель 11 открыт, и выполняется зарядка сглаживающего конденсатора 8 через резистор 10, который является резистором для зарядки. Затем, переключатель 11 закрывается, чтобы основная цепь функционировала нормально.

[0019] В операции потребления рекуперативной энергии, блок 7 управления контролирует, например, входное напряжение инвертора 4. Когда входное напряжение превышает предварительно заданное значение, блок 7 управления управляет переключающим элементом 6 таким образом, что он включает переключающий элемент 6 и обеспечивает возможность протекания тока к резистору 12 торможения, и, таким образом, рекуперативная энергия, генерируемая во время операции замедления двигателя 2, потребляется. Когда входное напряжение инвертора 4 равно или ниже, чем заданное значение, блок 7 управления управляет переключающим элементом 6 таким образом, что он выключает переключающий элемент 6. Таким образом, устраняют функцию защиты от перенапряжения, которую выполняют при увеличении входного напряжения постоянного тока инвертора 4. Операция потребления рекуперативной энергии, которую выполняют посредством блока 7 управления, известна в предшествующем уровне техники, и данное изобретение не ограничено этим способом управления переключающим элементом 6 во время операции потребления рекуперативной энергии.

[0020] Напротив, устройство преобразования энергии, согласно первому варианту осуществления, показанному на фиг. 1, выполнено с возможностью выполнения операции усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор 4.

[0021] Когда операция усиления подлежит выполнению, участок между контактом P (первым контактом) и контактом P1 (вторым контактом) открыт, и реактор 13 присоединен между контактом P1 (вторым контактом) и контактом PR (третьим контактом), как показано на фиг. 1. Реактор 13, и диод 5, и переключающий элемент 6, включенные в основную цепь 100, образуют цепь прерывателя усиления.

[0022] В операции усиления блок 7 управления контролирует, например, входное напряжение постоянного тока инвертора 4 так же, как в случае операции потребления рекуперативной энергии, и усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор 4, посредством выполнения управления включением-выключением переключающего элемента 6 таким образом, чтобы входное напряжение стало равным предварительно заданному значению. Между тем, операция усиления, которую выполняют посредством блока 7 управления, известна в предшествующем уровне техники, и данное изобретение не ограничено способом управления переключающим элементом 6 в операции усиления.

[0023] Когда двигатель 2 является, например, трехфазным двигателем, который включает в себя трехфазную обмотку статора, имеющую фазу U, фазу V, и фазу W, и его ротор использует постоянный магнит, магнитный поток постоянного магнита пересекается с обмоткой статора при вращении ротора, таким образом, чтобы генерировалось наведенное напряжение. Двигатель 2 выдает вращающий момент, пропорциональный току, протекающему в обмотке статора, из-за разности потенциалов между наведенным напряжением и напряжением, выдаваемым инвертором 4. Поскольку выходной вращающий момент двигателя 2 является пропорциональным значению, которое получают при умножении тока, который протекает в обмотке статора, на количество витков обмотки статора, выходной вращающий момент двигателя 2 может быть увеличен посредством увеличения каждого фазного тока, выдаваемого инвертором 4. Однако потери в обмотке двигателя 2 или диэлектрические потери на электропроводность инвертора 4 в этом случае возрастают, что мешает улучшению эффективности.

[0024] Между тем, выходной вращающий момент двигателя 2 может быть также увеличен посредством увеличения обмотки статора. Однако, в этом случае, напряжение, выдаваемое инвертором 4, необходимо увеличить для сохранения одного и того же тока, протекающего в обмотке статора.

[0025] В устройстве преобразования энергии, согласно этому варианту осуществления, можно увеличить напряжение, которое выдается инвертором 4, посредством усиления входного напряжения инвертора 4. Таким образом, можно увеличить выходной вращающий момент двигателя 2, без увеличения каждого фазного тока, который выдается инвертором 4, посредством увеличения количества витков обмотки статора двигателя 2, а именно, по существу, без увеличения потерь в обмотке двигателя 2 или диэлектрических потерь на электропроводность инвертора 4. Таким образом, это может способствовать улучшению эффективности.

[0026] Дополнительно, когда входное напряжение инвертора 4 усиливают для увеличения каждого фазного напряжения, выдаваемого инвертором 4, ток, протекающий в обмотке статора, может быть уменьшен для получения такого же выходного вращающего момента, как выходной вращающий момент конфигурации, в которой операцию усиления не выполняют. Таким образом, поскольку диаметр провода обмотки статора может быть уменьшен, это может способствовать уменьшению размера двигателя 2 и уменьшению диаметра провода в соответствии с двигателем.

[0027] Кроме того, когда входное напряжение инвертора 4 подлежит изменению, а именно коэффициент усиления подлежит изменению, согласно выходному вращающему моменту, необходимому для двигателя 2, выходное напряжение инвертора 4 может быть установлено равным значению, соответствующему выходному вращающему моменту, необходимому для двигателя 2.

[0028] Дополнительно, когда, например, напряжение, подаваемое от источника 1 переменного тока, снижается, значение выходного напряжения схемы 3 выпрямителя также уменьшается. Однако уменьшение значения выходного напряжения также можно скомпенсировать увеличением напряжения, которое может значительно перекрывать значение напряжения, подаваемое от источника 1 переменного тока.

[0029] Фиг. 4 является схемой, иллюстрирующей пример устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 1, согласно первому варианту осуществления. Дополнительно, фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 4. Кроме того, фиг. 6 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 5, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

[0030] Даже в случае конфигурации основной цепи 100а, в которой цепь 9 предотвращения бросков тока обеспечена ближе к инвертору 4, чем контакт P (первый контакт) цепи положительного вывода источника питания, как показано на фиг. 5, операция потребления рекуперативной энергии может быть выполнена с возможностью выполнения, когда контакт P (первый контакт) и контакт P1 (второй контакт) соединены друг с другом посредством короткого замыкания 200, и резистор 12 торможения присоединен между контактом P (первым контактом) и контактом PR (третьим контактом), как показано на фиг. 6, таким образом, чтобы была образована цепь торможения. Дополнительно, операция усиления может быть выполнена, когда участок между контактом P (первым контактом) и контактом P1 (вторым контактом) открыт, и реактор 13 присоединен между контактом P1 (вторым контактом) и контактом PR (третьим контактом), как показано на фиг. 4, таким образом, чтобы могла быть сконфигурирована цепь прерывателя усиления.

[0031] Как описано выше, согласно устройству преобразования энергии первого варианта осуществления, основная цепь может включать в себя цепь выпрямителя, которая выпрямляет переменный ток, подаваемый от источника переменного тока; инвертор, который возбуждает двигатель; диод, катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором; и переключающий элемент, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и анодом диода. В этой конфигурации, контакт P (первый контакт) обеспечен в цепи положительного вывода источника питания, контакт P1 (второй контакт) обеспечен на участке цепи положительного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем контакт P (первый контакт), и не соединен с контактом P (первым контактом), и контакт PR (третий контакт) выведен от точки соединения между диодом и переключающим элементом. Когда операция потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии, генерируемой двигателем, должна быть выполнена без увеличения размера устройства и стоимости устройства, можно выполнить операцию усиления, для усиления мощности постоянного тока, которая подается на инвертор, посредством обеспечения реактора, который соединяет контакт P1 (второй контакт) с контактом PR (третьим контактом), вместо обеспечения короткого замыкания, которое выполняет короткое замыкание между контактом P (первым контактом) и контактом P1 (вторым контактом), и резистора, который соединяет контакт P (первый контакт) с контактом PR (третьим контактом).

[0032] Между тем, цепь предотвращения бросков тока была обеспечена в цепи положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором в вышеупомянутом первом варианте осуществления, но, само собой разумеется, что цепь предотвращения бросков тока может быть обеспечена в цепи отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором.

[0033] ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно второму варианту осуществления. Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 7. Фиг. 9 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 8, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии. В основной схеме 100b, показанной на фиг. 7, 8, и 9, анод диода 5 соединен с цепью отрицательного вывода источника питания; и переключающий элемент 6 присоединен между цепью положительного вывода источника питания, которая образована между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4, и катодом диода 5.

[0034] Дополнительно, основная цепь 100b включает в себя контакт N (первый контакт), который обеспечен в цепи отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4; контакт N1 (второй контакт), который обеспечен на участке цепи отрицательного вывода источника питания, более близком к цепи 3 выпрямителя, чем контакт N (первый контакт), и не соединен с контактом N (первым контактом); контакт NR (третий контакт), который выведен от точки соединения между диодом 5 и переключающим элементом 6; и контакт P, который обеспечен в цепи положительного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4. Между тем, в примере, показанном на фиг. 8, контакт, к которому присоединен блок 7 управления, для управления инвертором 4 и переключающим элементом 6, не показан, так же, как в первом варианте осуществления. Кроме того, в примере, показанном на фиг. 8, цепь 9 предотвращения бросков тока обеспечена в цепи отрицательного вывода источника питания между контактом N1 (вторым контактом) и цепью 3 выпрямителя.

[0035] В качестве примера, будет описан вариант осуществления, в котором внешний элемент соединен с контактом N (первым контактом), контактом N1 (вторым контактом), и контактом NR (третьим контактом), таким образом, чтобы выполнялась любая из операции потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии (рекуперативной мощности), генерируемой во время замедления двигателя 2, и операции усиления, для усиления мощности постоянного тока, подаваемой на инвертор 4.

[0036] Когда операция потребления рекуперативной энергии подлежит выполнению, контакт N (первый контакт) и контакт N1 (второй контакт) соединены друг с другом посредством короткого замыкания 200, и резистор 12 торможения присоединен между контактом N (первым контактом) и контактом NR (третьим контактом), как показано на фиг. 9. Резистор 12 торможения, и диод 5, и переключающий элемент 6, которые включены в основную цепь 100b, образуют цепь торможения.

[0037] Такая же операция потребления рекуперативной энергии, как в конфигурации фиг. 3, описанной в первом варианте осуществления, может быть выполнена и в конфигурации, показанной на фиг. 9.

[0038] Как показано на фиг. 7, когда операция усиления подлежит выполнению, участок между контактом N (первым контактом) и контактом N1 (вторым контактом) открыт, и реактор 13 присоединен между контактом N1 (вторым контактом) и контактом NR (третьим контактом). Реактор 13, и диод 5, и переключающий элемент 6, которые включены в основную цепь 100b, образуют цепь прерывателя усиления.

[0039] Такая же операция усиления, как в конфигурации фиг. 1, описанной в первом варианте осуществления, может быть выполнена и в конфигурации, показанной на фиг. 7.

[0040] Фиг. 10 является схемой, иллюстрирующей пример устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 7, согласно второму варианту осуществления. Дополнительно, фиг. 11 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи устройства преобразования энергии, показанного на фиг. 10. Кроме того, фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации основной цепи, которая имеет конфигурацию, показанную на фиг. 11, при выполнении операции потребления рекуперативной энергии.

[0041] Даже в конфигурации основной цепи 100с, в которой цепь 9 предотвращения бросков тока обеспечена ближе к инвертору 4, чем контакт N (первый контакт) цепи отрицательного вывода источника питания, как показано на фиг. 11, операция потребления рекуперативной энергии может быть выполнена, когда контакт N (первый контакт) и контакт N1 (второй контакт) соединены друг с другом посредством короткого замыкания 200, и резистор 12 торможения присоединен между контактом N (первым контактом) и контактом NR (третьим контактом), как показано на фиг. 12, таким образом, чтобы была образована цепь торможения. Дополнительно, операция усиления может быть выполнена, когда участок между контактом N (первым контактом) и контактом N1 (вторым контактом) открыт, и реактор 13 присоединен между контактом N1 (вторым контактом) и контактом NR (третьим контактом), как показано на фиг. 10, таким образом, чтобы была образована цепь торможения.

[0042] Как описано выше, согласно устройству преобразования энергии второго варианта осуществления, основная цепь включает в себя цепь выпрямителя, которая выпрямляет переменный ток, подаваемый от источника переменного тока; инвертор, который возбуждает двигатель; диод, анод которого соединен с цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором; переключающий элемент, который присоединен между цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и катодом диода; контакт N (первый контакт), который обеспечен в цепи отрицательного вывода источника питания; контакт N1 (второй контакт), который обеспечен на участке цепи отрицательного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем контакт N (первый контакт), и не соединен с контактом N (первым контактом); и контакт NR (третий контакт), который выведен от точки соединения между диодом и переключающим элементом. Когда должна быть выполнена операция потребления рекуперативной энергии, для потребления рекуперативной энергии, генерируемой двигателем, можно выполнить операцию усиления, для усиления мощности постоянного тока, которая подается на инвертор, посредством обеспечения реактора, который соединяет контакт N1 (второй контакт) с контактом NR (третьим контактом), вместо обеспечения короткого замыкания, которое выполняет короткое замыкание между контактом N (первым контактом) и контактом N1 (вторым контактом), и резистора, который соединяет контакт N (первый контакт) с контактом NR (третьим контактом), без увеличения размера устройства и стоимости устройства.

[0043] Между тем, цепь предотвращения бросков тока была обеспечена в цепи отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором в вышеупомянутом втором варианте осуществления. Однако цепь предотвращения бросков тока может быть с достаточным основанием обеспечена в цепи положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором.

[0044] ТРЕТИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 13 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, согласно третьему варианту осуществления. В примере, показанном на фиг. 13, основная цепь 100d включает в себя первый диод 5а и второй диод 5b, катоды которых соединены с цепью положительного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4, первый переключающий элемент 6а, который присоединен между анодом первого диода 5а и цепью отрицательного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4, и второй переключающий элемент 6b, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4, и анодом второго диода 5b, вместо обеспечения диода 5 и переключающего элемента 6, которые были описаны в первом и втором вариантах осуществления.

[0045] Дополнительно, в примере, показанном на фиг. 13, контакт PR1 (третий контакт) обеспечен в точке соединения между первым диодом 5а и первым переключающим элементом 6а; и контакт PR2 (четвертый контакт) обеспечен в точке соединения между вторым диодом 5b и вторым переключающим элементом 6b.

[0046] Кроме того, цепь 9 предотвращения бросков тока была обеспечена ближе к инвертору 4, чем контакт P (первый контакт) цепи положительного вывода источника питания в примере, показанном на фиг. 13, но она может быть, с достаточным основанием, сконфигурирована таким образом, чтобы цепь 9 предотвращения бросков тока могла быть обеспечена ближе к цепи 3 выпрямителя, чем контакт P1 (второй контакт) цепи положительного вывода источника питания, как в вышеупомянутом первом варианте осуществления, и могла быть обеспечена в цепи отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4.

[0047] В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 13, участок между контактом P (первым контактом) и контактом P1 (вторым контактом) открыт, и резистор 12 торможения присоединен между контактом P (первым контактом) и контактом PR2 (четвертым контактом), таким образом, чтобы была образована цепь торможения, и реактор 13 присоединен между контактом P1 (вторым контактом) и контактом PR (третьим контактом), таким образом, чтобы была образована цепь прерывателя усиления. Таким образом, можно выполнить как операцию потребления рекуперативной энергии, так и операцию усиления.

[0048] Фиг. 14 является схемой, иллюстрирующей пример конфигурации устройства преобразования энергии, отличный от примера фиг. 13, согласно третьему варианту осуществления. В примере, показанном на фиг. 14, в основной цепи 100е, аноды первого диода 5а и второго диода 5b соединены с цепью отрицательного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4; первый переключающий элемент 6а присоединен между катодом первого диода 5а и цепью положительного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4; и второй переключающий элемент 6b присоединен между цепью положительного вывода источника питания, соединенной с инвертором 4, и катодом второго диода 5b.

[0049] Дополнительно, в примере, показанном на фиг. 14, контакт NR1 (третий контакт) обеспечен в точке соединения между первым диодом 5а и первым переключающим элементом 6а, и контакт NR2 (четвертый контакт) обеспечен в точке соединения между вторым диодом 5b и вторым переключающим элементом 6b.

[0050] Кроме того, цепь 9 предотвращения бросков тока была обеспечена ближе к инвертору 4, чем контакт N (первый контакт) цепи отрицательного вывода источника питания в примере, показанном на фиг. 14, но, само собой разумеется, что цепь 9 предотвращения бросков тока может быть обеспечена ближе к цепи 3 выпрямителя, чем контакт N1 (второй контакт) цепи отрицательного вывода источника питания, как в вышеупомянутом втором варианте осуществления, и может быть обеспечена в цепи положительного вывода источника питания, образованной между цепью 3 выпрямителя и инвертором 4.

[0051] Даже в примере, показанном на фиг. 14, участок между контактом N (первым контактом) и контактом N1 (вторым контактом) открыт, и резистор 12 торможения присоединен между контактом N (первым контактом) и контактом NR2 (четвертым контактом), таким образом, чтобы была образована цепь торможения, и реактор 13 присоединен между контактом N1 (вторым контактом) и контактом NR (третьим контактом), таким образом, чтобы была образована цепь прерывателя усиления. Таким образом, можно выполнить как операцию потребления рекуперативной энергии, так и операцию усиления, как в примере, показанном на фиг. 13.

[0052] Как описано выше, согласно устройству преобразования энергии третьего варианта осуществления, цепь прерывателя усиления и цепь торможения могут быть одновременно образованы посредством присоединения внешнего элемента к основной цепи, включающей в себя цепь выпрямителя, которая выпрямляет переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, который возбуждает двигатель. Таким образом, можно выполнить как операцию потребления рекуперативной энергии, так и операцию усиления, для двигателя, без увеличения размера устройства и стоимости устройства.

[0053] Между тем, полупроводник на основе кремния, использующий кремний (Si) в качестве материала, обычно используют в качестве диода или переключающего элемента основной цепи в вышеупомянутых вариантах осуществления, но, само собой разумеется, что широкозонный (wide band gap - WBG) полупроводник с использованием карбида кремния (silicon carbide - SiC), нитрида галлия (gallium nitride - GaN), или алмаза может быть использован в качестве материала.

[0054] Диод и переключающий элемент, которые выполнены из WBG-полупроводников, имеют устойчивость к воздействию высокого напряжения и высокую допустимую плотность тока. По этой причине, поскольку можно образовать мощные полупроводниковые модули, которые дополнительно уменьшены в размере посредством применения такого диода и такого переключающего элемента, можно уменьшить размер устройства преобразования энергии, посредством использования этих мощных полупроводниковых модулей, уменьшенных в размере.

[0055] Дополнительно, диод или переключающий элемент, которые выполнены из WBG-полупроводников, также имеют высокую нагревостойкость. По этой причине, поскольку теплоотводящие ребра радиатора устройства преобразования энергии могут быть меньшего размера, устройство преобразования энергии может быть дополнительно уменьшено в размере.

[0056] Кроме того, диод и переключающий элемент, которые выполнены из WBG-полупроводников, имеют низкие потери энергии. По этой причине, можно улучшить эффективность диода и переключающего элемента. В результате, можно улучшить эффективность мощного полупроводникового модуля и устройства преобразования энергии.

[0057] Между тем, предпочтительно, чтобы все диоды и переключающие элементы мощного полупроводникового модуля были выполнены из WBG-полупроводников. Поскольку переключающий элемент по меньшей мере цепи прерывателя усиления или цепи торможения сконфигурирован из WBG-полупроводника в вышеупомянутых вариантах осуществления, может быть выполнено быстродействующее управление переключением. Таким образом, может быть выполнено точное управление усилением или операция потребления мощности линии электропередачи. Между тем, когда другие диоды или переключающие элементы выполнены из WBG-полупроводников, могут быть получены такие же эффекты. Дополнительно, каждый переключающий элемент инвертора может быть выполнен из WBG-полупроводника. Таким образом, следует понимать, что эффективность мощного полупроводникового модуля и устройства преобразования энергии может быть дополнительно улучшена.

[0058] Дополнительно, мощный транзистор, мощный MOSFET, и IGBT описаны в качестве примеров переключающих элементов в вышеупомянутых вариантах осуществления. Однако в качестве переключающего элемента может быть использован и MOSFET (полевой МОП-транзистор), имеющий структуру супер-перехода, которая включает в себя P-слой, более глубокий, чем P-слой обычного MOSFET, и имеет способность выдерживать высокое напряжение, при наличии низкого сопротивления во включенном состоянии, вследствие широкого контакта между глубоким P-слоем и n-слоем, и который известен как высокоэффективный переключающий элемент; полупроводниковое устройство с изолированным затвором; биполярный транзистор; и т.п. В этом случае, могут быть получены такие же эффекты, и потери могут быть дополнительно уменьшены. Таким образом, можно обеспечить высокоэффективный мощный полупроводниковый модуль и высокоэффективное устройство преобразования энергии.

[0059] Между тем, само собой разумеется, что конфигурация, описанная в вышеупомянутых вариантах осуществления, является примером конфигурации данного изобретения и может быть также объединена с другими известными технологиями, и часть конфигурации может быть также исключена или модифицирована, не выходя за рамки объема данного изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0060] Как описано выше, данное изобретение является полезным в качестве технологии, которая реализует операцию потребления рекуперативной энергии и операцию усиления, для двигателя, без увеличения размера устройства и стоимости устройства, в конфигурации, образованной цепью выпрямителя и цепью инвертора, и подходит в качестве конфигурации, которая может быть применена, конкретно, когда необходимо значительно перекрывать входное напряжение, или когда необходимо учесть влияние колебаний напряжения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0061] 1 - источник переменного тока, 2 – двигатель, 3 - цепь выпрямителя, 4 – инвертор, 5 – диод, 5а – первый диод, 5b – второй диод, 6 - переключающий элемент, 7 - блок управления, 8 - сглаживающий конденсатор, 9 - цепь предотвращения бросков тока, 10 – резистор для зарядки, 11 – переключатель, 12 - резистор торможения, 13 – реактор, 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e - основная цепь, 200 - короткое замыкание.

1. Устройство преобразования энергии, содержащее:

основную цепь, которая включает в себя цепь выпрямителя, выпрямляющую переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, возбуждающий двигатель, причем

основная цепь включает в себя

диод, катод которого соединен с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором,

переключающий элемент, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и анодом диода,

первый контакт, который обеспечен в цепи положительного вывода источника питания,

второй контакт, который обеспечен на участке цепи положительного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем первый контакт, и не соединен с первым контактом,

третий контакт, который выведен от точки соединения между диодом и переключающим элементом, и

реактор, который обеспечен между вторым контактом и третьим контактом, и

диод, переключающий элемент, и реактор образуют цепь прерывателя усиления, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор.

2. Устройство преобразования энергии, содержащее:

основную цепь, которая включает в себя цепь выпрямителя, выпрямляющую переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, возбуждающий двигатель, причем

основная цепь включает в себя

первый диод и второй диод, катоды которых соединены с цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором,

первый переключающий элемент, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и анодом первого диода,

второй переключающий элемент, который присоединен между цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и анодом второго диода,

первый контакт, который обеспечен в цепи положительного вывода источника питания,

второй контакт, который обеспечен на участке цепи положительного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем первый контакт, и не соединен с первым контактом,

третий контакт, который выведен от точки соединения между первым диодом и первым переключающим элементом,

четвертый контакт, который выведен от точки соединения между вторым диодом и вторым переключающим элементом,

реактор, который обеспечен между вторым контактом и третьим контактом, и

резистор, который обеспечен между первым контактом и четвертым контактом,

первый диод, первый переключающий элемент и реактор образуют цепь прерывателя усиления, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор, и

второй диод, второй переключающий элемент и резистор образуют цепь торможения, которая потребляет рекуперативную энергию, генерируемую двигателем.

3. Устройство преобразования энергии по п. 1 или 2,

в котором основная цепь включает в себя цепь предотвращения бросков тока, которая предотвращает передачу бросков тока к сглаживающему конденсатору, сглаживающему напряжение постоянного тока, подаваемое на инвертор.

4. Устройство преобразования энергии по п. 3,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена ближе к цепи выпрямителя, чем второй контакт цепи положительного вывода источника питания.

5. Устройство преобразования энергии по п. 3,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена ближе к инвертору, чем первый контакт цепи положительного вывода источника питания.

6. Устройство преобразования энергии по п. 3,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена в цепи отрицательного вывода источника питания.

7. Устройство преобразования энергии по п. 1 или 2,

в котором по меньшей мере переключающий элемент среди диода и переключающего элемента выполнен из широкозонного полупроводника.

8. Устройство преобразования энергии по п. 7,

в котором широкозонный полупроводник является карбидом кремния, материалом на основе нитрида галлия или алмазом.

9. Устройство преобразования энергии, содержащее:

основную цепь, которая включает в себя цепь выпрямителя, выпрямляющую переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, возбуждающий двигатель, причем

основная цепь включает в себя

диод, анод которого соединен с цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором,

переключающий элемент, который присоединен между цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и катодом диода,

первый контакт, который обеспечен в цепи отрицательного вывода источника питания,

второй контакт, который обеспечен на участке цепи отрицательного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем первый контакт, и не соединен с первым контактом,

третий контакт, который выведен от точки соединения между диодом и переключающим элементом, и

реактор, который обеспечен между вторым контактом и третьим контактом, и

диод, переключающий элемент, и реактор образуют цепь прерывателя усиления, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор.

10. Устройство преобразования энергии, содержащее:

основную цепь, которая включает в себя цепь выпрямителя, выпрямляющую переменный ток, подаваемый от источника переменного тока, и инвертор, возбуждающий двигатель, причем

основная цепь включает в себя

первый диод и второй диод, аноды которых соединены с цепью отрицательного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором,

первый переключающий элемент, который присоединен между цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и катодом первого диода,

второй переключающий элемент, который присоединен между цепью положительного вывода источника питания, образованной между цепью выпрямителя и инвертором, и катодом второго диода,

первый контакт, который обеспечен в цепи отрицательного вывода источника питания,

второй контакт, который обеспечен на участке цепи отрицательного вывода источника питания, более близком к цепи выпрямителя, чем первый контакт, и не соединен с первым контактом,

третий контакт, который выведен от точки соединения между первым диодом и первым переключающим элементом,

четвертый контакт, который выведен от точки соединения между вторым диодом и вторым переключающим элементом,

реактор, который обеспечен между вторым контактом и третьим контактом, и

резистор, который обеспечен между первым контактом и четвертым контактом,

первый диод, первый переключающий элемент и реактор образуют цепь прерывателя усиления, которая усиливает мощность постоянного тока, подаваемую на инвертор, и

второй диод, второй переключающий элемент и резистор образуют цепь торможения, которая потребляет рекуперативную энергию, генерируемую двигателем.

11. Устройство преобразования энергии по п. 9 или 10,

в котором основная цепь включает в себя цепь предотвращения бросков тока, которая предотвращает передачу бросков тока к сглаживающему конденсатору, сглаживающему напряжение постоянного тока, подаваемое на инвертор.

12. Устройство преобразования энергии по п. 11,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена ближе к цепи выпрямителя, чем второй контакт цепи отрицательного вывода источника питания.

13. Устройство преобразования энергии по п. 11,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена ближе к инвертору, чем первый контакт цепи отрицательного вывода источника питания.

14. Устройство преобразования энергии по п. 11,

в котором цепь предотвращения бросков тока основной цепи обеспечена в цепи положительного вывода источника питания.

15. Устройство преобразования энергии по п. 9 или 10,

в котором среди первого диода, второго диода, первого переключающего элемента, и второго переключающего элемента по меньшей мере второй переключающий элемент выполнен из широкозонного полупроводника.

16. Устройство преобразования энергии по п. 15,

в котором широкозонный полупроводник является карбидом кремния, материалом на основе нитрида галлия или алмазом.