[发明专利]电力转换器

说明书

技术领域

本发明涉及特征在于用于从交流电源向负载供给稳定的电压的主电路结构的电力转换器。

背景技术

图6中例举了表示使用日本专利第4329692号公报(图1)记载的相关技术的串联补偿形电力转换器的电路结构的一个例子的电路图。这是对单相交流电源Vac1的电压变动提供串联补偿的电路结构。单相交流电源Vac1的输出线中的1条线经由断路器开关SW1的一对触点中的1个，与交流输出的1条线共用地连接。在本说明书中，将该线称为输入输出共用连接线。

电力转换器包括转换电路，该转换电路具有在连接点P与N之间并联连接有第一开关器件串联电路、第二开关器件串联电路、电容器串联电路的结构。第一开关器件串联电路是与二极管D1反并联连接的IGBT T1和与二极管D2反并联连接的IGBT T2的串联连接。第二开关器件串联电路是与二极管D3反并联连接的IGBT T3和与二极管D4反并联连接的IGBT T4的串联连接。电容器串联电路是电容器CP与CN的串联连接。第一开关器件串联电路内部的IGBT T1与T2的连接点经由电抗器Li与输入输出共用连接线连接，该输入输出共用连接线连接至单相交流电源Vac1的一端和负载LD1的一端。另外，第二开关器件串联电路内部的IGBT T3与T4的连接点经由电抗器Lo与负载LD1的另一端连接。另外，电容器串联电路内部的电容器CP和电容器CN的连接点M与单相交流电源Vac1的另一端连接。另外，单相交流电源Vac1和电容器Ci并联连接，负载LD1和电容器Co并联连接。

在这样的结构中，在单相交流电源Vac1健全时，通过使IGBT T1和T2交替开关，将每个电容器CP和CN充电至高于单相交流电源Vac1的峰值电压所获得的电压。此处，设电容器串联电路内部的连接点M的电位为零，设电容器CP两端的电压为+E、电容器CN两端的电压为-E。在单相交流电源Vac1的连接点M侧为正时，将IGBT T1接通，会使单相交流电源Vac1的输出电压与电容器CP两端的电压E之和的电压施加于电抗器Li，电流上升。接下来，将IGBT T1断开，会使电抗器Li的电流以单相交流电源Vac1→电容器CN→二极管D2的路径流动，存储在电抗器Li中的能量被传输，以将电容器CN充电。

另一方面，在交流输出侧，设输入输出共用连接线的电位为零，通过将IGBT T3和T4交替接通断开，在电抗器Lo上施加一电压，其中单相交流电源Vac1的电压加上电容器CP两端的电压或者从单相交流电源Vac1的电压减去电容器CP两端的电压。例如，在单相交流电源Vac1的电压为正期间，将IGBT T3接通，会使具有单相交流电源Vac1的电压加上电容器CP两端的电压(+E)的电压波形的电压施加在电抗器Lo。另一方面，将IGBT T4接通，会使具有从单相交流电源Vac1的电压减去电容器CN两端的电压所获得的电压波形的电压施加在电抗器Lo。根据单相交流电源Vac1的电压的变动，通过使IGBT T3、T4进行接通断开操作，向负载LD1供给没有电压变动的电压。

此处，电抗器Lo和电容器Co形成滤波器，起到将第二开关器件串联电路内部的IGBT T3和T4的连接点的脉冲序列状的波形整形为失真较小的正弦波形的作用。由于在单相交流电源Vac1的电压变动充分较小时，不必进行串联补偿，因此可以将单相交流电源Vac1的电压直接供给至负载(称为穿过输出)。在该以往的转换电路的电路结构的情况下，以50％的占空比使IGBT T3和T4交替接通断开切换，就可以实现这样的操作。

在单相交流电源Vac1发生了电力故障时，用断路器开关SW1将单相交流电源Vac1从转换电路切断，将电容器CP、CN作为直流电源使用，通过对IGBT T1～T4进行逆变器控制，可以使电力转换器无断电化。为了保证较长的电力故障时间，一般而言将蓄电池系统并联连接于各电容器CP、CN。

专利文献1：日本专利No.4329692(图1)

如上所述，在以往的电路结构中，因交流输入侧的转换器操作施加在电抗器Li的电压是单相交流电源Vac1的电压与电容器CP或者CN两端的电压之和。因此，为了减小输出电流的脉动，需要使用电感值较大的电抗器。这使得功率损耗较大且转换器变得大型。

另一方面，在交流输出侧，施加在电抗器Lo和电容器Co的电压的波形为对于单相交流电源Vac1的电压加上电容器CP两端的电压、或者减去CN两端的电压的波形。这使得脉动电压较大，需要使电抗器Lo和电容器Co比较大型，导致功率损耗较大。