CN100440711C - 电功率变换装置 - Google Patents

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Abstract

在具有多个交流电源的电功率变换装置中，当交流电源异常时，即便不能使分别与2个电容连接的负荷平衡时，也能够使2个电容的电压平衡。本发明的电功率变换装置是当第1或第2交流电源异常时，通过使第1扼流圈与第2扼流圈串联连接，电池向上述2个电容供给能量，并且通过对从第1开关装置的串联体流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述2个电容的电压差进行控制的电功率变换装置。

Description

电功率变换装置
技术领域
本发明涉及当系统电源发生停电和瞬间电压下降等异常时也能够将电功率供给负荷的无停电电源装置等的电功率变换装置，特别是涉及也具有与不平衡负荷对应的功能的装置。
背景技术
第24图表示日本专利公报第2765372号揭示的已有的交直流变换装置。在图中，100是交流电源，101是开关装置，102是扼流圈，103，104是晶体管，105，106是二极管，107，108是电容，109，110是作为直流负荷的电阻，111是电池。
在这样构成的电路中，当交流电源100正常时，开关装置101与A接点连接，晶体管103和104一面交互地接通断开，一面使流过交流电源100的电流功率成为1那样地控制扼流圈102的电流，对电容107和108进行充电。又，将充电的能量分别供给电阻109和110。
又，当在交流电源100中发生停电等的异常时，从电池111向电阻109和110供给能量。这时，当电阻109和110的电阻值相同，即消耗功率相同时，因为从电容107和108分别向电阻109和110供给的能量相同，所以电容107和108的电压总是相等的。即，由于电池111供给的能量，使电容107和108的电压值是平衡的。
可是，当电阻109和110的值不同那样的不平衡负荷时，电容107和108的电压值发生不平衡。这是因为只通过由电池111向2个电容107和108进行充电，不能控制电容107和108的相互连接点C的电位。
当即便交流电源正常而负荷不平衡时也发生不平衡，但是例如在日本专利公报第2000-278954号中揭示了通过图中未画出的控制电路改变晶体管103和104的开关的接通断开时间之比，消除不平衡的技术。
可是，当在交流电源100中发生停电等的异常，电容107和108的电压发生不平衡时，发生不能将所要的电压加到负荷109和110上那样的问题。即，例如在电阻110的值比电阻109的值小的不平衡负荷的情形中，最终电容108的电压成为零，电容107的电压成为VB。
因此，在上述专利公报揭示的已有技术中，当在交流电源100中发生停电等的异常时，通过使开关装置101切换到接点B，为了使相互连接点C的电位稳定，通过晶体管103和104的开关用图中未画出的控制电路对扼流圈102的电流进行控制，即便在不平衡负荷的情形中也总是使2个电容107和108的电压相等，实施向负荷109，110供给稳定的电功率。
可是，当交流电源为单相3线式时，如第25图所示，使与第24图相同由扼流圈，晶体管，二极管构成的变换块114和115分别与交流电源112和113连接。在图中，116，117是电容，120，121是电阻，124是电池。
当在这种单相3线式的情形中，应用上述日本专利公报第276537号中揭示的在交流电源异常时也能与不平衡负荷对应的已有技术时，我们考虑如第26图所示由开关装置125和126切换接点使电容116，117的电压值平衡那样地进行控制。但是，在如第26图那样的构成中，存在着因为在变换块114和115内的扼流圈上原封不动地加上电容116和117的电VC1和VC2，所以流过扼流圈的波纹电流很大，交直流变换效率下降，来自扼流圈的噪声变大那样的问题。
又，如第27图所示，为了通过晶体管103和104的开关，除去在扼流圈102上发生的波纹电流，连接滤波电容130。这时，如第28图所示，当检测出交流电源100的异常时(T(fault(故障)))使开关装置101从A切换到B时，因为在滤波电容130中残留着电压，所以与开关装置101的切换同时发生使滤波电容130的电压放电的陡急的电流。存在着因为这种陡急的电流也流过开关装置101，所以由于过电流使开关装置101破损那样的问题。第28图(a)是为交流电源100的电压波形，(b)是滤波电容130的电压波形，(c)使滤波电容130的电流波形。
本发明就是为了解决上述问题，本发明的第1个目的是提供在具有多个交流电源的电功率变换装置中，当至少1个交流电源异常时，即便不能使分别与2个电容连接的负荷平衡时，也能够使2个电容的电压平衡，又，通过伴随着晶体管103，104的开关能够使流过扼流圈的波纹电流减少，从而减小损失和噪声的电功率变换装置。
又，本发明的第2个目的是提供在连接滤波电容的情形中，当使开关装置接通时，能够防止由于滤波电容的电荷放电引起的陡急的电流流过开关装置使开关装置破损的电功率变换装置。
又，本发明的第3个目的是提供在连接滤波电容的情形中，当使开关装置接通时，能够抑制在滤波电容和扼流圈之间的不需要的共振，减少损失的电功率变换装置。
发明内容
本发明的第一方面的电功率变换装置的特征在于：将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；分别与上述两个电容连接的负荷；和与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有连接在第1交流电源和第1扼流圈之间，当第1和第2交流电源正常时使第1扼流圈与第1交流电源连接，当第1或第2交流电源异常时使第1扼流圈切换连接到第2扼流圈与上述第2开关单元的连接点的第1开关装置；连接在第2交流电源和第2扼流圈之间，当第1和第2交流电源正常时使第2扼流圈与第2交流电源连接，当第1或第2交流电源异常时使第2扼流圈切换连接到上述电容的相互连接点，使第1扼流圈与第2扼流圈串联连接起来的第2开关装置；和当第1和第2交流电源正常时，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，当第1或第2交流电源异常时，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
如果根据上述构成，则在具有多个交流电源的电功率变换装置中，当至少1个交流电源异常时，即便不能使分别与2个电容连接的负荷平衡时，也能够使2个电容的电压平衡，又，这时，通过伴随着第1开关装置的开关使流过扼流圈的波纹电流减少，得到能够减小损失和噪声的效果。
本发明的第二方面的电功率变换装置的特征在于：将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；分别与上述两个电容连接的负荷；和与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有连接在第1交流电源和第1扼流圈之间的第1开关装置；连接在第2交流电源和第2扼流圈之间的第2开关装置；连接在上述第1开关装置和第1扼流圈的连接点与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点之间的第3开关装置；连接在上述第2开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第4开关装置；连接在第3开关装置和第1扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的由第5开关装置和第1滤波电容构成的串联体；连接在第4开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第2滤波电容；和当第1和第2交流电源正常时，使上述第1开关装置、上述第2开关装置和第5开关装置接通，并且使第3开关装置和第4开关装置断开，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第1滤波电容吸收流过第1扼流圈的高频电流，通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第2滤波电容吸收流过第2扼流圈的高频电流，当第1或第2交流电源异常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置断开，通过上述第2开关单元的开关使第2滤波电容的电压大致为零，通过上述第1开关单元的开关使第1扼流圈的电流大致为零，通过使第3开关装置和第4开关装置接通同时使第5开关装置断开，使第1扼流圈与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点连接，使第1扼流圈和第2扼流圈串联连接起来，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
如果根据上述构成，则在具有多个交流电源的电功率变换装置中，当至少1个交流电源异常时，即便不能使分别与2个电容连接的负荷平衡时，也能够使2个电容的电压平衡，又，这时，通过伴随着第1开关装置的开关使流过扼流圈的波纹电流减少，得到能够减小损失和噪声的效果。又，当使第4开关装置接通时，能够防止由于第2滤波电容的电荷放电引起的陡急的电流流过第4开关装置使第4开关装置破损。又因为第1扼流圈的电流为零使第5开关装置接通，所以当使第5开关装置接通时，能够避免由于存储在第1扼流圈中的能量使第5开关装置破损的问题。
本发明的第三方面的电功率变换装置的特征在于：将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；分别与上述两个电容连接的负荷；和与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有连接在第1交流电源和第1扼流圈之间的第1开关装置；连接在第2交流电源和第2扼流圈之间的第2开关装置；连接在上述第1开关装置和第1扼流圈的连接点与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点之间的第3开关装置；连接在第2开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第4开关装置；连接在第3开关装置和第1扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第1滤波电容；连接在第4开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第2滤波电容；和当第1和第2交流电源正常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置接通，并且使第3开关装置和第4开关装置断开，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第1滤波电容吸收流过第1扼流圈的高频电流，通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第2滤波电容吸收流过第2扼流圈的高频电流，当第1或第2交流电源异常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置断开，通过上述第1开关单元的开关使第1滤波电容的电压大致为零，并且通过上述第2开关单元的开关使第2滤波电容的电压大致为零，使第3开关装置和第4开关装置接通，使第1扼流圈与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点连接，使第2扼流圈和第1滤波电容的并联连接体与第1扼流圈串联连接起来，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
如果根据上述构成，则在具有多个交流电源的电功率变换装置中，当至少1个交流电源异常时，即便不能使分别与2个电容连接的负荷平衡时，也能够使2个电容的电压平衡，又，这时，通过伴随着第1开关装置的开关使流过扼流圈的波纹电流减少，得到能够减小损失和噪声的效果。又，当使第4开关装置接通时，能够防止由于第2滤波电容的电荷放电引起的陡急的电流流过第4开关装置使第4开关装置破损。又进一步，当使第3开关装置接通时，抑制第1滤波电容和第2扼流圈之间的不需要的共振，从而能够减少损失。
附图说明
第1图是表示根据实施例1的电功率变换装置的电路构成的电路图，第2图是用于说明根据实施例1的电功率变换装置中交流电源发生异常时的工作的等效电路图，第3图和第4图是用于说明根据实施例1的电功率变换装置中交流电源发生异常时的工作的说明图，第5图是用于说明与实施例1有关的第2图的等效电路中的电流波形和开关装置的栅极信号波形的说明图，第6图和第7图是用于说明根据实施例1的电功率变换装置中交流电源发生异常时的其它工作的说明图，第8图是用于说明与实施例1有关的第2图的等效电路中的其它的电流波形和开关装置的栅极信号波形的说明图，第9图是用于说明使与实施例1有关的2个电容的电压平衡的控制电路的电路图，第10图是表示根据实施例1的其它的电功率变换装置的电路构成的电路图，第11图是用于说明根据实施例2的电功率变换装置的电路构成的电路图，第12图是用于说明根据实施例2的电功率变换装置中交流电源发生异常时的工作的等效电路图，第13图是用于说明与实施例2有关的第3和第4开关装置接通前的状态的等效电路图，第14图是用于说明与实施例2有关的在第13图的等效电路中控制扼流圈电流的控制电路的电路图，第15图是用于说明与实施例2有关的各开关装置的控制定时图的图，第16图是用于说明与实施例2有关的各开关装置的控制的其它定时图的图，第17图是表示与实施例2有关的各开关装置的控制的一个例子的程序操作图，第18图是表示根据实施例3的电功率变换装置的电路构成的电路图，第19图是用于说明根据实施例3的电功率变换装置中交流电源发生异常时的工作的等效电路图，第20图是用于说明流过与实施例3有关的扼流圈的电流的控制的电路图，第21图是说明与实施例3有关的各开关装置的控制的定时图的图，第22图是说明与实施例3有关的各开关装置的控制的其它定时图的图，第23图是表示与实施例3有关的各开关装置的控制的一个例子的程序操作图，第24图是表示已有的电功率变换装置的电路图，第25图是表示交流电源为单相3线式系统时的电功率变换装置的主要电路构成的电路图，第26图是当将也与第24图所示的交流电源异常时不平衡负荷对应的已有技术应用于第25图所示的交流电源为单相3线式系统的电功率变换装置时的电路图，第27图是当将滤波电容与第24图所示的已有电功率变换装置连接起来时的电路图，第28是用于说明第27图所示的电功率变换装置的工作的说明图。
具体实施方式
实施例1
下面，我根据附图说明本发明的实施例。第1图是表示根据本发明的实施例1的电功率变换装置的电路图。在该图中，112和113是第1和第2交流电源(以下也有简单地记为交流电源的情形)，116，117是电容，120，121是作为直流负荷的电阻(负荷)，124是电池，200～203是晶体管，204～207是二极管，208和209是第1和第2扼流圈(以下也有简单地记为扼流圈的情形)，210和211是例如由机械继电器等构成的第1和第2开关装置(以下也有简单地记为开关装置的情形)。又，图中未画出，但是各控制装置分别与各开关装置210和211和各晶体管200～203连接，对各开关装置210和211的连接切换和各晶体管200～203的接通断开进行控制。各晶体管200～203的接通断开的控制例如是与日本专利公报第2765372号的图1中记载的方法相同的。又，各开关装置210和211的连接切换控制是例如由来自微计算机等的信号和驱动机械继电器的驱动电路等实施的。
由晶体管和二极管200和204，201和205，202和206，203和207构成开关装置S1～S4，由晶体管和二极管200和204构成的开关装置S1与由晶体管和二极管201和205构成的开关装置S2串联连接，构成第1开关装置的串联体，由晶体管和二极管202和206构成的开关装置S3与由晶体管和二极管203和207构成的开关装置S4串联连接，构成第2开关装置的串联体。
又，第1交流电源112，第1扼流圈208和第1开关装置的串联体串联连接，构成第1交直流变换装置，第2交流电源113，第2扼流圈209和第2开关装置的串联体串联连接，构成第2交直流变换装置。
2个电容116和117串联连接，它们的相互连接点C分别与交流电源112，113的一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量。
又，作为直流负荷的电阻120和121分别与2个电容116和117连接，电池124与2个电容116和117的串联连接体连接。
第1开关装置210连接在第1交流电源112和第1扼流圈208之间，当第1和第2交流电源112和113正常时，通过与接点A连接，第1扼流圈208与第1交流电源112连接，当第1或第2交流电源112或113异常时通过与接点B连接，第1扼流圈208切换到与第2扼流圈209和第2开关装置的串联体的连接点进行连接。
第2开关装置211连接在第2交流电源113和第2扼流圈209之间，当第1和第2交流电源112和113正常时，通过与接点A连接，第2扼流圈209与第2交流电源113连接，当第1或第2交流电源112或113异常时，通过与接点B连接，第2扼流圈209切换到电容116和117的相互连接点进行连接，与第1扼流圈208和第2扼流圈209串联连接起来。
其次我们说明它们的工作。当交流电源112和113正常时，通过控制装置，开关装置210和211与接点A连接，使晶体管200和201，晶体管202和203分别交互地接通断开，使流过交流电源112和113的电流的功率成为1那样地由控制装置对流过扼流圈208和209的电流进行控制，实施交直变换，对电容116和117进行充电。又将充电的能量供给电阻120，121。
当交流电源112和113中任何一个发生停电和瞬间电压下降等的异常时，通过控制装置，开关装置210和211与接点B连接，并且从电池124将能量供给电容116和117。
当电阻120和121的电阻值相等，即消耗功率相等时，因为分别从电容116和117供给电阻120和121的能量相等，所以电阻120和121的电压总是相等的。即，通过由电池124供给的能量，电容116和117的电压值平衡。
可是，在电阻120和121的值不同那样的不平衡负荷的情形中，电容116和117的电压值发生不平衡。这是因为只用电池124向2个电容116和117进行充电，不能够控制电容116和117的相互连接点C的电位。
即便当交流电源112和113正常时在不平衡负荷的情形中电容116和117的电压值也会发生不平衡，但是例如按照日本专利公报第2000-278954号的第8图，第9图和第10图中揭示的方式通过改变晶体管200和201及202和203的开关的接通断开时间之比，能够消除不平衡。
因为当交流电源112或113发生停电和瞬间电压下降等的异常时发生不平衡的问题，所以为了解决这个问题使开关装置210和211与接点B连接。又，使晶体管202和203断开。
第2图表示这时的等效电路。扼流圈208和扼流圈209串联连接起来，通过晶体管200和201的接通断开对这些扼流圈208和209的电流进行控制。
现在我们详细说明这时的工作。在第2图中，当电阻120的值比电阻121的值大时，通过电池124对电容116和117一起进行充电，使电容117的电压下降，电容116的电压上升。为了抑制这种情况，首先通过使晶体管200接通(使晶体管201断开)，如第3图所示地流过电流，将电容116的能量存储在扼流圈208和209中。
其次，通过使晶体管200断开(使晶体管201接通)，如第4图所示地流过电流，将存储在扼流圈208和209中的能量存储在电容117中。这样，通过将电容116的能量转移到电容117，使电容116的电压和电容117的电压实现平衡。
这时的电流波形如第5图所示。第5图(a)是扼流圈208的电流波形，与扼流圈209的电流波形相同。此外，虚线表示第26图的情形。(b)是晶体管200的栅极信号波形，(c)是流过晶体管200的电流波形，(d)是流过二极管205的电流波形。流过各个扼流圈208和209的电流方向，当令第2图中从左到右流动的方向为正时，成为负的电流流动方向。
这样，通过使晶体管200接通断开，如第5图(a)那样地控制电流，使2个电容116和117的电压平衡那样地控制扼流圈208和209的电流。
又，这时，因为2个扼流圈208和209串联连接，所以如果扼流圈208和209的值相同，则加在这些扼流圈208和209上的电压分别成为电容116和117的电压VC1和VC2的一半，加在各个扼流圈208和209上的电压成为电容电压的一半。所以，如第5图(a)所示，流过扼流圈208和209的波纹电流的大小成为第26图时的一半。
又，在第2图中，电阻120的值比电阻121的值小时，通过电池124对电容116和117一起进行充电，使电容117的电压上升，电容116的电压下降。为了抑制这种情况，首先通过使晶体管201接通(使晶体管200断开)，如第6图所示地流过电流，将电容117的能量存储在扼流圈208和209中。
其次，通过使晶体管201断开(使晶体管200接通)，如第7图所示地流过电流，将存储在扼流圈208和209中的能量存储在电容116中。这样，通过将电容117的能量转移到电容116，使电容116的电压和电容117的电压实现平衡。
这时的电流波形如第8图所示。第8图(a)是扼流圈208的电流波形，与扼流圈209的电流波形相同。(b)是晶体管201的栅极信号波形，(c)是流过晶体管201的电流波形，(d)是流过二极管204的电流波形。流过各个扼流圈208和209的电流方向，因为令第2图中从左到右流动的方向为正时，所以成为正的电流流动方向。
这样，通过使晶体管201接通断开，如第8图(a)那样地控制电流，使2个电容116和117的电压平衡那样地控制扼流圈208和209的电流。
又，这时，因为2个扼流圈208和209串联连接，所以如果扼流圈208和209的值相同，则加在这些扼流圈208和209上的电压分别成为电容116和117的电压VC1和VC2的一半，加在各个扼流圈208和209上的电压成为电容电压的一半。所以流过扼流圈208和209的波纹电流的大小成为第26图时的一半。
又，在第5图中，使晶体管201保持断开，只使晶体管200进行开关工作，在第8图中，使晶体管200保持断开，只使晶体管201进行开关工作，但是在无论哪种情形中，也可以使晶体管200和201交互地接通断开。即当使晶体管200接通时使晶体管201断开，同样当使晶体管201接通时使晶体管200断开。
其次，通过控制扼流圈208的电流，控制2个电容116和117的电压差的控制电路(控制装置)的例子如第9图所示。第9图例如具有与日本专利公报第2000-278954号的第15图所示的控制电路相同的构成，在第9图中，250和251是减法器，252是电压控制器，253是电流控制器，254是比较器，255是NOT电路，256是三角波。将各个电容116和117的电压VC1和VC2输入到减法器250，将扼流圈208的电流值i208输入到减法器251。
在这样构成的电路中，首先，用减法器250检测出电容116和117的电压VC1和VC2的电压差，将它输入电压控制器252。电压控制器252根据输入的上述电位差输出对流过扼流圈208的电流i208的指令。其次，检测出的扼流圈208的电流i208按照上述电流指令，将由减法器251检测出的电流差输入电流控制器253。电流控制器253输出加在扼流圈208和209上的电压指令，由比较器254将它与作为载波信号的三角波256比较，比较器254的输出结果成为晶体管200的接通信号。又通过NOT电路255成为晶体管201的接通信号。通过上述控制电路的构成使电容116的电压与电容117的电压实现平衡。
如上面说明的那样，如果根据本发明，则当交流电源112或113异常时即便分别与2个电容116和117连接的负荷120和121不平衡时，因为能够使加到扼流圈208和209的电压成为一半，并且能够使2个电容116和117的电压实现平衡，所以能够得到稳定的交直流变换工作，并且通过使由晶体管200，201的开关(第1开关装置的开关)引起的扼流圈208，209的电流波纹减小一半，能够得到减小了损失和噪声的电功率变换装置。
此外，开关装置S1～S4具有用晶体管构成的形态，但是即便代替晶体管用MOSFET，IGBT，GTO等的半导体器件也能够得到同样的装置，这是不言而喻的。这对于以下的各实施例也是一样的。
此外，在第1图中，交流电源112，113为单相3线式，但是即便在第10图所示的3相4线式的情形中也能够同样地构成。即，300～302是交流电源，303～308是晶体管，309～314是二极管，315～317是扼流圈，318～320是开关装置，321和322是电容，323和324是作为负荷的电阻，325是电池。
当交流电源300～302正常时，开关装置318～320与接点A连接，通过晶体管303～308的开关使流过扼流圈315～317的电流功率成为1那样地由图中未画出的控制装置进行控制，对电容321和322进行充电。又将充电的能量供给电阻323，324。
当交流电源300～302中的任何一个发生停电等的异常时，由图中未画出的控制装置使开关装置318～320与接点B连接，并且从电池325将能量供给电容321和322。
当这时作为负荷的电阻323和324的值不同时，在电容321和322的电压上产生不平衡，但是通过使晶体管305～308断开，只使晶体管303和304接通断开，能够用与实施例1同样的方法消除不平衡。
又，关于加在扼流圈315～317的电压，因为这些扼流圈315～317串联连接，所以如果3个扼流圈的值相同，则加上电容321和322的电压VC1和VC2的三分之一的电压，加在各个扼流圈315，316，317上的电压成为电容电压的三分之一。
这样，当交流电源300～302中的任何一个发生异常时，即便分别与2个电容321和322连接的负荷323和324平衡时，因为能够使加在各个扼流圈315，316，317上的电压成为三分之一并且使2个电容321和322的电压平衡，所以能够得到稳定的交直流变换工作，并且通过使由晶体管303，304的开关引起的各扼流圈315，316，317的电流波纹减小到三分之一，能够得到减小了损失和噪声的电功率变换装置。
又，在第10图中表示了3相4线式的情形，但是在n相n+1线式(n≥4)的情形中也能够具有同样的构成，得到同样的效果。
实施例2
第11图是表示根据本发明的实施例2的电功率变换装置的电路图。在第11图中，401，402，403，404和405是例如由机械继电器等构成的第1，第2，第3，第4和第5开关装置(以下也有简单地记为开关装置的情形)。406和407是为了吸收由各个晶体管200和201，202和203的开关引起的波纹电流的第1和第2滤波电容(以下也有简单地记为滤波电容的情形)。又，图中未画出，但是各控制装置分别与各开关装置401～405和各晶体管200～203连接，对各开关装置401～405的开关和各晶体管200～203的接通断开进行控制。
第1和第2开关装置401和402分别连接在第1和第2交流电源112和113与第1和第2扼流圈208和209之间，第3开关装置403连接在第1开关装置401和第1扼流圈208的连接点与第2扼流圈209和第2开关装置的串联体的连接点之间。
又，第4开关装置404连接在第2开关装置402和第2扼流圈209的连接点与扼流圈116和117的相互连接点之间。
又，在第3开关装置403和第1扼流圈208的连接点与电容116和117的相互连接点之间，连接着第5开关装置405和第1滤波电容406的串联体，在第4开关装置404和第2扼流圈209的连接点与电容116和117的相互连接点之间，连接着第2滤波电容407。
其次我们说明它们的工作。当交流电源112和113正常时，通过控制装置，使开关装置401，402和405接通，并且使开关装置403和404断开，与实施例1的情形相同，使流过交流电源112和113的电流功率成为1那样地对流过扼流圈208和209的电流进行控制，实施交直变换，对电容116和117进行充电，并且滤波电容406和407分别吸收流过扼流圈208和209的高频电流。
当交流电源112和113中任何一个发生停电和瞬间电压下降等的异常时，通过控制装置，首先，使开关装置401和402断开。使开关装置405在实施后述的控制后断开，使开关装置403和404在实施后述的控制后接通。
当交流电源112或113发生异常时的最终的等效电路如第12图所示。滤波电容406被开关装置405切离，扼流圈208和209串联连接起来，与实施例1的情形相同，即便在不平衡负荷的情形中也能够抑制电容116和117的电压不平衡。
当开关装置404接通时，当在滤波电容407中存在残留电压时，陡急的电流流过开关装置404，使开关装置404破损。下面我们述说避免这种破损的方法。
第13图表示开关装置404和403接通前的状态的等效电路。为了使滤波电容407的电压V为零，在第14图所示的控制电路中进行为了使流过扼流圈209的电流i209为零那样地根据增益K的比例控制。按照作为比例控制输出的电压指令V＊对晶体管202和203的开关进行控制，使上述电压V成为V＊那样地进行工作。
在实施控制的状态中，如第14图所示，因为i209的指令值为零，所以i209的平均值为零，从而V＊也为零，V也为零。因为i209为零，所以在扼流圈209上的电压平均值也为零。从而滤波电容407两端的电压都为零，滤波电容407的电压平均值为零。
又，关于开关装置405的断开，也通过与第13图所示的控制电路相同的构成使流过扼流圈208的电流i208为零，使开关装置405断开。
第15图表示上述控制的定时图。第15图(a)是电容407的电压波形，(b)是电容406的电压波形，(c)是扼流圈208的电流波形，(d)是扼流圈209的电流波形，(e)是开关装置的工作。在图中的波形只表示平均值，略去由晶体管的开关引起的波纹电流。这里表示当交流电源112或113异常时在扼流圈208，209中残留电流的情形。通过第14图所示的控制，滤波电容407的初始电压V1为零。又，同样地，使流过扼流圈208的电流i208也为零。此后使开关装置404，403接通，开关装置405断开。从而当开关装置404接通时，不会发生由于滤波电容407的放电引起的陡急电流，能够防止开关装置404发生破损。
此外，在第15图中，在滤波电容406和407的电压中无论哪个成为零后的任意时间中，同时切换开关装置403～405，但是如第16图所示，也可以个别地切换开关装置403～405。第16图(a)是电容407的电压波形，(b)是电容406的电压波形，(c)是扼流圈208的电流波形，(d)是扼流圈209的电流波形，(e)～(g)是开关装置的工作。在图中的波形只表示平均值，略去由晶体管的开关引起的波纹电流。即，开关装置405在扼流圈208的电流成为零后，开关装置404在滤波电容407的电压成为零后，开关装置403在扼流圈208的电流和滤波电容407的电压中无论哪个成为零后也同样地进行切换。
将这时的各开关装置的控制程序操作图归纳起来成为第17图那样的图。例如，由微计算机等构成的控制装置检测出交流电源中发生异常时(步骤ST1)，使开关装置401和402断开(步骤ST2)。其次，当检测出电容407的电压通过上述控制成为零时(步骤ST3)，使开关装置404接通(步骤ST4)。又，当检测出扼流圈208的电流通过上述控制成为零时(步骤ST5)，使开关装置405断开(步骤ST6)。进一步当检测出滤波电容407的电压成为零时(步骤ST7)，使开关装置403接通(步骤ST8)。
此外，这里，我们述说当交流电源112或113异常时在扼流圈208中残留电流的情形，但是在不残留电流的情形中，也可以当交流电源112或113发生异常时同时使开关装置405断开。
如以上说明的那样，如果根据本实施例，则即便在连接着用于吸收波纹电流的滤波电容406，407的情形中，因为残留在滤波电容407中的电荷不会由于开关装置404造成短路产生陡急的电流，所以能够避免使开关装置404破损的问题。又，因为通过使扼流圈208的电流为零使开关装置405断开，所以能够避免当使开关装置405断开时，由于存储在扼流圈208中的能量使开关装置405破损的问题。
又，因为能够一面使加在扼流圈208和209上的电压减少一半，一面使2个电容116和117的电压平衡，所以能够得到稳定的交直流变换工作，同时通过使由晶体管200，201的开关引起的扼流圈208和209的电流波纹减少一半能够得到减小了损失和噪声的电功率变换装置。
此外，这里我们举出单相3线式为例，但是即便是如第10图所示的3相4线式，或n相n+1线式(n≥4)也能够具有同样的构成，得到同样的效果，这是不言而喻的。
实施例3
第18图是表示根据实施例3的电功率变换装置的电路图。在本实施例中，为了实现低成本化，省略实施例2的第5开关装置405，在第3开关装置403和第1扼流圈208的连接点与电容116和117的相互连接点之间只连接着第1滤波电容406。其它的构成与实施例2相同。
其次我们说明它们的工作。当交流电源112和113正常时，使开关装置401，402接通，并且使开关装置404，403断开，与第11图所示的实施例2的情形相同，使流过交流电源112和113的电流功率成为1那样地对扼流圈208和209的电流进行控制，实施交直变换，对电容116和117进行充电，同时滤波电容406和407分别吸收流过扼流圈208和209的高频电流。
当交流电源112和113中任何一个发生停电和瞬间电压下降等的异常时，通过控制装置，首先，使开关装置401和402断开，在实施了后述的控制后使开关装置404和403接通。
当交流电源112或113发生异常时的最终的等效电路如第19图所示。因为通过将扼流圈209和滤波电容406的并联连接体与扼流圈208串联连接起来，使阻抗与扼流圈208串联连接，所以流过扼流圈208的波纹电流与第26图比较减小了。
可是，在第18图中当开关装置404接通时，当在滤波电容407中存在残留电压时，陡急的电流流过开关装置404，使开关装置404破损。因为避免这种破损的方法与实施例2相同所以我们省略对它的说明。又，当开关装置403接通时，当在滤波电容406中存在残留电压时，在第19图中在扼流圈209和滤波电容406之间发生不需要的共振成为能量损失的原因。下面我们述说避免这种损失的方法。
在第20图中，在开关装置403接通前，通过与第14图相同的控制电路使流过扼流圈208的电流i208为零那样地对晶体管200，201进行控制。从而通过与实施例2相同的工作使滤波电容406的电压成为零。
第21图(a)～(e)表示滤波电容406，407的电压波形，电流i208，i209的波形和开关装置的工作。第21图(a)是电容407的电压波形，(b)是电容406的电压波形，(c)是扼流圈208的电流波形，(d)是扼流圈209的电流波形，(e)是开关装置的工作。在图中的波形只表示平均值，略去由晶体管的开关引起的波纹电流。通过与上述第14图相同的控制电路，各个滤波电容406，407的初始电压值V1，V2为零。通过使开关装置404，403接通得到第19图的构成，使电容116和117的电压实现平衡。
此外，在第21图中，在滤波电容406和407的电压中无论哪个成为零后的任意时间中，同时切换开关装置403和404，但是如第22图所示，也可以个别地切换开关装置403和404。即，开关装置403使滤波电容406的电压为零后，开关装置404使滤波电容407的电压为零后也进行相同的切换。第22图(a)是电容407的电压波形，(b)是电容406的电压波形，(c)是扼流圈208的电流波形，(d)是扼流圈209的电流波形，(e)是开关装置404的工作，(f)是开关装置403的工作。在图中的波形只表示平均值，略去由晶体管的开关引起的波纹电流。
将这时的各开关装置的控制程序操作图归纳起来成为第23图那样的图。例如，由微计算机等构成的控制装置检测出交流电源中发生异常时(步骤ST11)，使开关装置401和402断开(步骤ST12)。其次，当检测出电容406的电压通过上述控制成为零时(步骤ST13)，使开关装置403接通(步骤ST14)。又，当检测出电容407的电压通过上述控制成为零时(步骤ST15)，使开关装置404接通(步骤ST16)。
如以上说明的那样，如果根据本实施例，则在连接着用于吸收波纹电流的滤波电容406，407的情形中，即便为了降低成本省略实施例2的开关装置405，也因为残留在滤波电容407中的电荷不会由于开关装置404造成短路产生陡急的电流，所以能够避免使开关装置404破损的问题。又能够防止滤波电容406和扼流圈209之间发生不需要的共振，抑制伴随共振的能量损失。
又，因为通过将扼流圈209和滤波电容406的并联连接体与扼流圈208串联连接起来，使阻抗与扼流圈208串联连接，所以流过扼流圈208的电流与第26图的情形比较减小了，能够减小损失和噪声。
又，因为能够使2个电容116和117的电压实现平衡，所以能够得到稳定的交直流变换工作。
此外，这里我们举出单相3线式为例，但是即便是如第10图所示的3相4线式，或n相n+1线式(n≥4)也能够具有同样的构成，得到同样的效果，这是不言而喻的。
根据本发明的电功率变换装置能够适用于当系统电源中发生停电和瞬间电压下降等的异常时也能够向负荷供给电功率的无停电电源装置等的电功率变换装置。

Claims (3)

1.一种电功率变换装置，它的特征是在备有
将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；
将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；
相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；
分别与上述两个电容连接的负荷；和
与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有
连接在第1交流电源和第1扼流圈之间，当第1和第2交流电源正常时使第1扼流圈与第1交流电源连接，当第1或第2交流电源异常时使第1扼流圈切换连接到第2扼流圈与上述第2开关单元的连接点的第1开关装置；
连接在第2交流电源和第2扼流圈之间，当第1和第2交流电源正常时使第2扼流圈与第2交流电源连接，当第1或第2交流电源异常时使第2扼流圈切换连接到上述电容的相互连接点，使第1扼流圈与第2扼流圈串联连接起来的第2开关装置；和
当第1和第2交流电源正常时，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，
当第1或第2交流电源异常时，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
2.一种电功率变换装置，它的特征是在备有
将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；
将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；
相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；
分别与上述两个电容连接的负荷；和
与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有
连接在第1交流电源和第1扼流圈之间的第1开关装置；
连接在第2交流电源和第2扼流圈之间的第2开关装置；
连接在上述第1开关装置和第1扼流圈的连接点与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点之间的第3开关装置；
连接在上述第2开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第4开关装置；
连接在第3开关装置和第1扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的由第5开关装置和第1滤波电容构成的串联体；
连接在第4开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第2滤波电容；和
当第1和第2交流电源正常时，使上述第1开关装置、上述第2开关装置和第5开关装置接通，并且使第3开关装置和第4开关装置断开，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第1滤波电容吸收流过第1扼流圈的高频电流，通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第2滤波电容吸收流过第2扼流圈的高频电流，
当第1或第2交流电源异常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置断开，通过上述第2开关单元的开关使第2滤波电容的电压大致为零，通过上述第1开关单元的开关使第1扼流圈的电流大致为零，通过使第3开关装置和第4开关装置接通同时使第5开关装置断开，使第1扼流圈与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点连接，使第1扼流圈和第2扼流圈串联连接起来，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
3.一种电功率变换装置，它的特征是在备有
将第1交流电源、第1扼流圈和第1开关单元串联连接起来的第1交直流变换装置；
将第2交流电源、第2扼流圈和第2开关单元串联连接起来的第2交直流变换装置；
相互连接点分别与上述两个交流电源各自的任意一端连接，由在第1和第2交直流变换装置中得到的直流电压供给能量的两个串联连接的电容；
分别与上述两个电容连接的负荷；和
与上述两个串联连接的电容连接的电池的电功率变换装置中，备有
连接在第1交流电源和第1扼流圈之间的第1开关装置；
连接在第2交流电源和第2扼流圈之间的第2开关装置；
连接在上述第1开关装置和第1扼流圈的连接点与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点之间的第3开关装置；
连接在第2开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第4开关装置；
连接在第3开关装置和第1扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第1滤波电容；
连接在第4开关装置和第2扼流圈的连接点与上述电容的相互连接点之间的第2滤波电容；和
当第1和第2交流电源正常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置接通，并且使第3开关装置和第4开关装置断开，通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第1滤波电容吸收流过第1扼流圈的高频电流，通过对从上述第2开关单元流到第2扼流圈的电流进行控制实施交直流变换，并且第2滤波电容吸收流过第2扼流圈的高频电流，当第1或第2交流电源异常时，使上述第1开关装置和上述第2开关装置断开，通过上述第1开关单元的开关使第1滤波电容的电压大致为零，并且通过上述第2开关单元的开关使第2滤波电容的电压大致为零，使第3开关装置和第4开关装置接通，使第1扼流圈与第2扼流圈和上述第2开关单元的连接点连接，使第2扼流圈和第1滤波电容的并联连接体与第1扼流圈串联连接起来，上述电池向上述两个电容供给能量，并且通过对从上述第1开关单元流到第1扼流圈的电流进行控制，对上述两个电容的电压差进行控制的控制装置。
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