矩阵式转换器（六）：电力损失大幅减少

　　上接本站报道：

　　矩阵式转换器(五)：2个相的线间电压视为直流

　　矩阵式转换器(四)：平滑电容器的使用寿命变短

　　矩阵式转换器(三)：导入PWM整流器的优缺点

　　矩阵式转换器(二)：提高效率与抑制高次谐波电流难以兼顾

　　矩阵式转换器(一)：电力转换技术的“救世主”，有望大幅实现小型及高效率化

　　由于在任何情况下都必须在最佳时间对电流的流向进行控制，所以，平均每1个交流开关元件都需要2个半导体芯片。因此，所使用的半导体芯片的个数总共达到18个。这大大超过了PWM整流器与主电路组合而成的逆变器所需的12个半导体芯片的数量。然而，如果将续流二极管(Free Wheel Diode：FWD)*的个数也考虑在内，则PWM整流器与主电路组合而成的逆变器中半导体芯片数达到了24个。与此不同，由于矩阵式转换器不使用续流二极管，因而只需要18个半导体芯片即可。因此，有望实现开关元件模块的小型化及低成本化。

　　*续流二极管=是指与开关元件并联连接的二极管。感应性负荷停止时产生的感应电动势所产生的电流通过该二极管流走，由此可防止开关元件破损。

　　有望实现逆变器的大幅小型化

 

表1　以往的逆变器与矩阵式转换器的对比

　　以往的逆变器设想是一个在普通主电路上组装了PWM整流器的装置。

　　矩阵式转换器与PWM整流器和主电路组合而成的逆变器进行对比时的优点汇总在表1之中。

　　优点大体可分为6个方面。第1个是，与逆变器相比可实现大幅度的小型化。其理由有几方面。作为最大的理由可举出的是，由于可在不转换为直流电的情况下将交流电转换为振幅及频率不同的交流电，因此，不再需要电解电容器等大型能量缓冲器(Energy Buffer)。电解电容器的体积非常大，随着逆变器的用途及输出电力容量的不同，会占整个装置20～40%的体积。

　　另外，PWM整流器与主电路组合而成的逆变器必须外置升压用扼流圈、滤波器用扼流圈以及滤波器用电容器，与此不同，矩阵式转换器虽然必须外置滤波器用扼流圈及滤波器用电容器，但由于无需外置升压用扼流圈，因而有助于实现小型化。而且，由于矩阵式转换器本身内置滤波器用电容器的产品较多，因此，绝大多数情况下仅外置滤波器用扼流圈即可。

　　这样一来其结果是，可以大幅减少采用矩阵式转换器的马达控制盘(装置)的部件个数以及布线数。例如，设想有一个输出电力容量为22kW的马达控制盘，与采用逆变器的以往产品相比，盘的体积可减小到1/2左右。

　　第2个优点是，上述矩阵式转换器无需大容量的电解电容器，因此，转换器本身的使用寿命有望延长，几乎可不进行维修而正常运转。还可在高温环境下运转。另外，由于启动时不需要对电解电容器充电的初始充电电路，因此，启动程序有望得到简化。

　　电力损失将大幅减少

　　第3个优点是，与PWM整流器和主电路组合而成的逆变器相比，可提高转换效率。最大的理由是，由于电力转换的次数只需1次，因此，从电源输入直到向负荷输出为止，所要通过的开关元件数减少。提高转换效率的效果要取决于输出电力容量的大小，假如有一个22kW的逆变器，如果将其换成矩阵式转换器，则可将电力损失大幅降低1/2。(未完待续，特邀撰稿人：伊东 淳一，日本长冈技术科学大学)