矩阵式转换器（四）：平滑电容器的使用寿命变短

　　PWM整流器的缺点还可说出两个。一个是置于直流元件内的滤波大容量电解电容器中流通的纹波电流，比采用二极管整流器及直流扼流圈时增大了2倍。通常，电解电容器的使用寿命较短，并且具有工作温度越高则使用寿命越短的倾向。随着纹波电流的增大，发热量增加，因而电解电容器的性能会迅速下降。因此，需要以更高的频度进行维修。

　　另一个缺点是，为了防止起动时流入大容量电解电容器的冲击电流，必须备有由电阻及继电器(或者是半导体开关)组成的初始充电电路。这条电路不仅使逆变器的启动程序变得复杂，还会妨碍逆变器的小型化。

　　如果导入了逆变器，不仅可获得较高的节能效果，还可根据负荷的工作状态将马达控制在最佳状态。然而，要想进一步扩展逆变器的普及范围，解决本文开头提到的外形尺寸、成本以及高次谐波电流这3个问题的技术性突破也许不可或缺。

　　产业用马达中逆变器的采用率，目前只有大约20%。换句话说，80%的马达是在没有实行优化控制的情况下工作的。在没有采用逆变器的这80%的马达中，有50%是在一定负荷、一定转速下保持运转，因而不需要通过逆变器进行控制。然而，其余的30%的马达如果采用逆变器，就能获得相当大的节能效果。也就是说，有望降低CO2的排放量。假如剩余的30%的马达全都采用逆变器，那么逆变器的市场规模将扩大到目前的约2.5倍。

　　将开关元件按格子状配置

　　逆变器既有许多优点，也存在许多缺点。作为一种可解决这些缺点的电源技术，目前矩阵式转换器受到了巨大关注。矩阵式转换器是一种直接将交流电转换成振幅及频率不同的交流电的电源电路。虽然一概而论地称之为矩阵式转换器，但按照电路构造的差异，可分为多个种类。

  

　　图6　矩阵式转换器的电路构成

　　(a)为最常见的矩阵式转换器的电路构成。采用3相输入3输出转换方式时，以格子状配置9个开关元件。作为开关元件，采用具有逆耐压的RB-IGBT、或者是逆向直接连接IGBT与续流二极管(FWD)组合的元件。(b)为3相输入单相输出电路与单相输入3相输出电路组合而成的矩阵式转换器电路构成。连接两条电路的接线部位采用直流电。这种电路构成称为间接矩阵式转换器。其优点是，虽然与(a)的电路构成相比，其转换效率稍逊一筹，但由于可利用现有逆变器中采用的开关元件及驱动用高耐压IC，因而可以较低的成本进行制造。

　　最常见的电路构造如图6(a)所示。这是一种支持输入为3相交流电、输出为3相交流电(3相输入3相交流)的电路。以格子状配置了9个开关元件，通过对开关元件的“开”“关”时间进行控制，从而将交流电转换成振幅及频率不同的交流电。由于开关元件以格子状进行配置，因而被冠以“矩阵”的名称。(未完待续，特邀撰稿人：伊东 淳一，日本长冈技术科学大学)