矩阵式转换器（七）：输出振幅降至输入振幅的86.6％

　　第4个优点是，能够大幅减少高次谐波电流的发生量。而且，可在不使用直流扼流圈及PWM整流器等追加部件或者电路的情况下，满足高次谐波电流的规定。之所以具有这一优点的其理由如上所述，因为在控制输出电压的同时，还可对输入电流波形进行控制。

　　第5个优点是，由于从输入端以及输出端来看，电路构成为完全相同的形状，因而可实现电力再生。当马达切换到发电模式时，可在不产生多余的电力损失的情况下，在电源输入端进行再生。

　　第6个优点是，即使在输出电力的频率较低时，电流也不会集中流向一个开关元件。通常，当马达启动时以及伺服锁定(Servo Lock)*时等输出直流电、或者较低频率的交流电时，逆变器会发生电流集中流向一个开关元件的现象。在这种情况下，由于开关元件的结(接合部位)温度急剧上升，因而必须采取限制起始扭矩、增加逆变器的输出电力容量等对策。

　　*伺服锁定=是指在伺服马达中，在执行反馈控制的情况下停止的状态。在此状态下，由于保存编码器信息等原因，必须产生静止扭矩。

　　而矩阵式转换器即使输出直流电，3相交流输入电力的相位关系也会使得对应的开关元件发生改变，因此，不会出现电流集中流向一个开关元件的现象。其结果是，在相同芯片尺寸的开关元件中，可恒定地流过大量电流。换句话说，由于无需突发性地通过较大电流，因而可采用小型芯片。由此，可实现小型化以及成本降低。

　　输出振幅降至输入振幅的86.6%

　　虽然矩阵式转换器具备许多优点，但也存在一些缺点。最大的缺点是，不具备升压功能。因此，输出电压的振幅被限制为输入电压的86.6%。这是因为着眼于交流输入电压中的2相，将其线间电压视为直流电压进行斩波，从而限制了交流输出电压的缘故。这种直流的线间电压总是在不断变化，最大值为√￣3，最小值为1.5。也就是说，交流输入电压的最大值为√￣3，交流输出电压则被限制为1.5。因此，最大只能输出交流输入电压的0.866倍(1.5/√￣3)。而逆变器如果直流输入电压的最大值为√￣3，则可得到√￣3的交流输出电压。

　　例如由主电路与二极管整流器组合而成的逆变器，当交流输入电压为200V时，输出可实质上得到约200V的交流电压。而如果是矩阵式转换器，则交流输出电压会受到最大约为173.2V的限制。不过，如果在可输出的最大电压以下的话，即使交流输入电压下降，仍可将交流输出电压控制在一定水平。另外，即使3相交流输入的电压波形出现不平衡及畸变，也可进行控制，使交流输出电压不受到影响。

　　可举出的矩阵式转换器另一个缺点是，由于未配备能量缓冲器功能，因此，发生停电及电压瞬间下降(瞬间停电)时不能保持运转。然而，由于矩阵式转换器像逆变器一样，起动时必须对大容量电解电容器进行充电，因而只要电源复位马上就能重新开始运转。所以，在像马达那样持续旋转力发挥作用的、惯性因素较大的用途方面，停电以及电压瞬间下降的影响很难体现在负荷的动作上。因此，有时随着用途的不同，问题并不会凸显出来。

　　需要充分了解优缺点

　　至此，本文向大家讲述了现有的逆变器存在的问题，介绍了颇受关注的矩阵式转换器在高效率化、小型化以及长寿命化等方面的优点。特别值得一提的是，矩阵式转换器是可在不降低转换效率的情况下解决输入电流的高次谐波问题的唯一方法。

　　另一方面矩阵式转换器还存在着输出电压有限制、没有针对停电及瞬间停电的准备等问题。因此，目前已普及的逆变器很难想像会全部改用矩阵式转换器。也就是说，重要的是在深刻理解矩阵式转换器的优缺点的基础上加以利用。

　　下一章将介绍矩阵式转换器的控制方法、保护方法、投产状况以及应用等领域的开发状况。(未完待续，特邀撰稿人：伊东 淳一，日本长冈技术科学大学)