[发明专利]功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及将交流功率转换成交流功率的功率转换装置，例如涉及应用于可变速地驱动电动机的装置的功率转换装置。

背景技术

图17表示现有的第一功率转换装置的电路结构的一个示例。图17的功率转换装置以向与输出端子相连接的电动机输出高压的输出电压为目的，具有各交流端子串联连接的多台单相转换器。以向上述多台单相转换器供电为目的，利用具有多个线圈的变压器和多台二极管整流器生成相互绝缘的多个直流电源，并分别与上述单相转换器的直流部相连接。此外，以抑制输入侧的高次谐波电流为目的，上述变压器成为具有彼此相位产生偏移的多个绕阻3～11的变压器(移相变压器)(例如参照专利文献1)。

另一方面，图18表示现有的第二功率转换装置的电路结构的一个示例。图18的功率转换装置使用具有共用的直流电压的多台三相转换器和三相变压器并进行多路复用，具有将变压器的二次绕阻作为开式绕组而串联连接的电路结构(例如参照专利文献2)。

并且，图19表示现有的第三功率转换装置的电路结构的一个示例。图19的功率转换装置中，单相变压器的一次侧与其它的单相变压器多路串联连接，其端末与输入端子相连接，上述单相变压器的二次侧绕组分别与图20所示的具有单相全桥的整流器/逆变器的转换器单元相连接，该单相全桥的整流器/逆变器由能输出双电平的电压的支路构成。逆变器的交流端子与其它逆变器的交流端子多路串联连接(例如参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5,625,545号公报(图1)

专利文献2：日本专利第3019655号公报(图1)

专利文献3：日本专利特开2009-106081号公报(图1、图2)

发明内容

发明所要解决的技术问题

图17的第一功率转换装置中，为了抑制输入侧的高次谐波电流，需要具备相位相互偏移的多个绕组的变压器(移相变压器)。这种变压器结构复杂，因此存在大型、高成本的问题。此外，还具有以下缺点：即、因二极管整流器而导致功率流被限制在一个方向。

在图18的第二功率转换装置中，由于在输出侧使用变压器，因此设想当输出侧与电动机等需要电压变化的负载相连接时，由于担心变压器的磁饱和而运行会受到限制。具体而言，认为功率转换装置无法输出低频率的电压。此外，为了生成共用的直流电源，探讨使用二极管整流器、开关元件的自换流式整流器(self-commutated converter)等结构，但在由高压电源生成直流电源时，设想会具有如下问题：需要追加变压器，特别是为了降低高次谐波而需要移相变压器。

并且，在图19的第三功率转换装置中，使用自换流式的整流器，因此能具有双向的功率流，但由于使用单相变压器，因此变压器的台数增多。此外，直接串联连接单相变压器，因此在整流器不输出电压的情况下，无法对变压器的一次侧电压进行适当分压。专利文献3中也具有使用5脚铁心的三相变压器来取代单相变压器的记载。

但是，即使使用5脚铁心，由于没有实施绕组的第四只脚及第五只脚的铁心截面积是有限的，因此若不考虑磁饱和来进行控制，则可能会产生磁饱和。防止磁饱和，并同时控制输入电流、输出电压、各转换器单元的直流母线电压的方法并非是已知的，因此担心其可靠性。并且，使用能向转换器单元输出双电平电压的支路，因此具有每一个单元的输出电压较小，转换器单元的台数、变压器的台数增多的缺点。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种功率转换装置，该功率转换装置无需结构复杂的移相变压器，能抑制变压器台数的增加并能进行再生动作，且其可靠性较高、小型、轻量、低成本。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的功率转换装置是在多相交流的输入端子与多相交流的输出端子之间进行功率转换的功率转换装置，包括：变压装置，该变压装置包括一次绕组和二次绕组，其中，该一次绕组与所述输入端子相连接，该二次绕组由相互绝缘的多个单相开式绕组构成；多个转换器单元，该多个转换器单元包括开关元件，其输入端与各所述单相开式绕组相连接，输出端相互串联并与各相的所述输出端子相连接，以进行单相交流/单相交流的转换；以及控制电路，该控制电路对所述开关元件的导通/断开进行控制。然后，各所述转换器单元包括：电容器串联体；将来自所述输入端的单相交流电压转换成三电平以上的直流电压并输出至所述电容器串联体的整流器；以及将来自所述电容器串联体的直流电压转换成单相交流电压并输出至所述输出端的逆变器。

发明效果