功率轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及即使交流電源發(fā)生電壓變動并且交流電源發(fā)生停電也能向負載提供 穩(wěn)定的電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖17是用于說明專利文獻1所公開的常時逆變器供電方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。 該功率轉(zhuǎn)換裝置將交流電源的電壓暫時轉(zhuǎn)換成直流電壓，并再次將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電 壓來提供給負載。 圖中，1為單相交流電源，2為電容器，3為整流器電路，4為逆變器電路，5為濾波電路， 6為負載。電容器2連接在交流電源1的兩端。
[0003] 整流器電路3的交流輸入端子與交流電源1的一端相連接。在整流器電路3內(nèi)， 電抗器L的一端與交流輸入端子相連接。電抗器L的另一端連接至由開關(guān)元件Qp、Qn串 聯(lián)連接而構(gòu)成的開關(guān)元件串聯(lián)電路的連接中點。開關(guān)元件串聯(lián)電路的兩端連接有由電容器 Cp、Cn串聯(lián)連接而構(gòu)成的電容器串聯(lián)電路。電容器串聯(lián)電路的連接中點與交流電源1的另 一端相連接。整流器電路3通過使開關(guān)元件Qp、Qn導(dǎo)通或斷開來對交流電源1的電壓進行 整流，并將電容器Cp、Cn充電至規(guī)定電壓。分別被充電至規(guī)定電壓的電容器Cp、Cn形成直 流電源。
[0004] 逆變器電路4由串聯(lián)連接的開關(guān)元件Ql、Q2構(gòu)成。逆變器電路4與整流器電路3 的直流輸出端子相連接。逆變器電路4通過使開關(guān)元件Q1、Q2導(dǎo)通或斷開，將由電容器Cp、 Cn構(gòu)成的直流電源的電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。
[0005] 濾波電路5由電抗器Lf 1與電容器Cf 1串聯(lián)連接來構(gòu)成。濾波電路5的一端連接 至開關(guān)元件Ql、Q2的連接中點。濾波電路5的另一端連接至電容器串聯(lián)電路的連接中點。 濾波電路5從逆變器電路4輸出的交流電壓中去除高頻分量。 負載6的一端連接至電抗器Lfl與電容器Cfl的連接點。負載6的另一端與交流電源 1的另一端相連接。從逆變器電路4輸出的交流電壓經(jīng)由濾波電路5提供給負載6。
[0006] 圖18是用于說明專利文獻2所公開的不間斷工業(yè)供電方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。 圖中，在交流電源1與負載之間串聯(lián)連接有開關(guān)7和變壓器8的二次繞組。整流器電 路3、逆變器電路4、濾波電路5以及電容器2各自之間的連接關(guān)系都與圖17的實施方式相 同。并且，整流器電路3的交流輸入端子與變壓器8的一次繞組的一端相連接。電容器串 聯(lián)電路的連接中點與交流電源1的另一端相連接，并且與變壓器8的一次繞組的另一端相 連接。此外，電抗器Lf 1與電容器Cf 1的連接點與負載6的一端相連接。
[0007] 該功率轉(zhuǎn)換裝置在交流電源1正常時將交流電源1的電壓提供給負載。而且，當(dāng) 交流電源1的電壓下降時，整流器電路3使開關(guān)元件Qp、Qn導(dǎo)通或斷開。通過這樣的動作， 使得在變壓器8的一次側(cè)產(chǎn)生用于補償交流電源1的電壓下降量的補償電壓。該補償電壓 經(jīng)由變壓器8而疊加于交流電源1的電壓。然后，將在交流電源1的電壓上疊加了補償電 壓后的電壓提供給負載6。在該情況下，電容器串聯(lián)電路的充電由逆變器電路4來進行。 另外，當(dāng)交流電源1發(fā)生停電時，開關(guān)7被斷開。然后，逆變器電路4使開關(guān)元件Ql、 Q2導(dǎo)通或斷開，將電容器串聯(lián)電路的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并提供給負載6。 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本專利特開平7-337036號公報 專利文獻2 :日本專利特開平11-178216號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009] 然而，圖17所示的功率轉(zhuǎn)換裝置在每次向負載6提供交流電壓時，都需要整流器 電路3和逆變器電路4。并且，流過負載的電流至少要通過整流器電路3和逆變器電路4各 自的開關(guān)元件各一次。因此，整流器電路3和逆變器電路4中均會產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。另外，當(dāng) 整流器電路3和逆變器電路4的開關(guān)元件進行導(dǎo)通或斷開動作時，要向各個開關(guān)元件施加 由電容器Cp和Cn構(gòu)成的直流電源的電壓。因此，在各個開關(guān)元件上會產(chǎn)生與直流電源的 電壓值相對應(yīng)的開關(guān)損耗。 因而，專利文獻1所公開的技術(shù)中，由開關(guān)元件的導(dǎo)通損耗及開關(guān)損耗構(gòu)成的功耗會 變大。如果開關(guān)元件的功耗較大，則會導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率降低的問題。
[0010] 而在圖18所示的功率轉(zhuǎn)換裝置中，為了補償交流電源1的電壓下降，需要設(shè)置變 壓器8。變壓器8需要在工業(yè)用頻率下進行動作，因此尺寸較大。而且，圖18所示的功率轉(zhuǎn) 換裝置在交流電源1發(fā)生停電時，通過對整流器電路3和逆變器電路4的動作進行切換，來 向負載6提供規(guī)定的交流電壓。 因而，專利文獻2所公開的技術(shù)中，需要使用大型的工頻變壓器，從而具有導(dǎo)致功率轉(zhuǎn) 換裝置的尺寸變大的問題。此外，伴隨著整流器電路3與逆變器電路4的動作切換，存在對 交流輸出電壓產(chǎn)生干擾的問題。
[0011] 本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而完成的。即，本發(fā)明的目的在于提 供一種在交流電源的電壓下降時、以及交流電源停電時也能在不產(chǎn)生干擾的情況下輸出交 流電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠降低功耗的功率轉(zhuǎn)換裝置。本 發(fā)明的目的還在于提供一種在進行電壓補償動作時不需要使用用于疊加電壓的工頻變壓 器的功率轉(zhuǎn)換裝置。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明應(yīng)用于具有由開關(guān)元件串聯(lián)電路和第一及第二雙向開 關(guān)構(gòu)成的逆變器電路的功率轉(zhuǎn)換裝置。逆變器電路的輸入電源是如下所述的直流電源串聯(lián) 電路：即，將交流電源和第一及第二直流電源串聯(lián)連接，且該串聯(lián)連接點即中性點端子連接 至交流電源的一端。逆變器電路的第一輸出端子是開關(guān)元件串聯(lián)電路的串聯(lián)連接點，第二 輸出端子是中性點端子。
[0013] 開關(guān)元件串聯(lián)電路由正側(cè)開關(guān)元件和負側(cè)開關(guān)元件串聯(lián)連接而成。開關(guān)元件串聯(lián) 電路連接在直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)端子和負側(cè)端子之間。第一雙向開關(guān)由第一開關(guān)元件 和第二開關(guān)元件反向并聯(lián)連接或者反向串聯(lián)連接而成。第一雙向開關(guān)連接在交流電源的另 一端與第一輸出端子之間。第二雙向開關(guān)由第三開關(guān)元件和第四開關(guān)元件反向并聯(lián)連接或 者反向串聯(lián)連接而成。第二雙向開關(guān)連接在第一輸出端子與第二輸出端子之間。
[0014] 該功率轉(zhuǎn)換裝置具有控制電路?？刂齐娐飞捎糜谑拐齻?cè)和負側(cè)的開關(guān)元件及第 一至第四的開關(guān)元件進行導(dǎo)通截止動作的控制信號。該控制電路在每次生成各個元件的控 制信號時，將電壓指令的周期分割成多個控制期間。控制電路在各個控制期間，從正側(cè)和負 側(cè)的開關(guān)元件以及第一至第四的開關(guān)元件中選出第一元件和第二元件。各個控制期間中對 于第一元件和第二元件的選擇是基于交流電源的電壓和電壓指令的大小關(guān)系來進行的。第 一元件和第二元件的控制信號是在各個控制期間中進行了脈沖寬度調(diào)制、且隔著停止期間 互補地進行導(dǎo)通截止的信號?？刂齐娐吩诟鱾€控制期間，對于除了被選為第一元件和第二 元件的元件以外的各個元件，生成用于使它們分別導(dǎo)通或者截止的控制信號。
[0015] 功率轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)由此生成的控制信號，以第一控制模式進行動作。若功率轉(zhuǎn)換 裝置以第一控制模式進行動作，則在第一輸出端子和第二輸出端子之間輸出與電壓指令相 對應(yīng)的電壓。該輸出電壓是在各個控制期間，對交流電源的電壓、直流電源串聯(lián)電路的正電 壓和負電壓、以及中性點端子的零電壓這4種電平的電壓之中的2種電平的電壓進行組合 而得到的電壓。各個控制期間中的輸出電壓的平均值等于電壓指令。
[0016] 在功率轉(zhuǎn)換裝置以第一控制模式進行動作時，功率轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)規(guī)定的條件將各 個控制期間區(qū)分為區(qū)域1?區(qū)域7中的任一個。 電壓指令在零電壓以上且交流電源的電壓在零電壓以下的控制期間屬于區(qū)域1。在該 區(qū)域中，控制電路生成將正側(cè)開關(guān)元件作為第一元件、且將第四開關(guān)元件作為第二元件的 控制信號。控制電路還生成使負側(cè)開關(guān)元件和第一開關(guān)元件及第二開關(guān)元件截止的控制信 號、以及使第三開關(guān)元件導(dǎo)通的控制信號。在該區(qū)域中，輸出直流電源串聯(lián)電路的正電壓和 零電壓。
[0017] 電壓指令在零電壓以上、交流電源的電壓大于零電壓且電壓指令大于交流電源的 電壓的控制期間屬于區(qū)域