CN100505505C - 电力变换设备 - Google Patents
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Abstract
一种电力变换设备，其通过在连接点(7、14、21)和交流负载(29)之间串联连接单位换流辅助部件(8、15、22)而形成。该单位换流辅助部件包括反向阻断型自换流器件(9、10、16、17、23、24)和电容器(11、18、25)。通过控制反向阻断型自换流器件(9、10、16、17、23、24)的切换，在电容器(11、18、25)上产生电压，并且该电压还用于电源换流操作或者负载换流操作。通过该结构，电力变换设备可以容易地提供大容量(高电压、大电流)，并且可以在功率因数方面得到改善。此外，该结构可以减少所需的基本元件数量，因此可以以低成本容易地生产该电力变换设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于把直流(DC)电源从直流电变换成交流(AC)电、或者把交流电源从交流电变换成直流电的电力变换设备，尤其涉及一种能够容易地提供大容量(capacity)(高电压、大电流)的电力变换设备。
背景技术
把直流变换成交流或者把交流变换成直流的电力变换设备大致分为电压型电力变换设备和电流型电力变换设备(例如，见下面所述的非专利文献1)。
电压型电力变换设备的代表是电压型逆变器(inverter)，其使用自换流器件(self-commutated device)接通和断开直流电压及直流电流，从而把直流电源的直流电变换成交流电、或者把交流电源的交流电变换成直流电。
当自换流器件处于关断状态时，电流突然从例如约1000A/μs降到0，并且电压突然升高，从而由电路的感应(inductance)产生浪涌电压(surge voltage)。特别地，为了实现大容量(高电压、大电流)，因为高电压的缘故，必须使电路较长，从而增大感应和电流。因此，难以实现大容量。
电流型电力变换设备的代表是用于把交流电源的交流电变换成直流电的晶闸管换流器(thyristor converter)。与交流电源电压的周期同步地控制晶闸管的导通定时，由此通过利用交流电源电压进行电源换流(commutation)使晶闸管的电流为0，从而关断晶闸管。
在这种情况下，尽管仅当晶闸管处于导通状态时才能对其进行控制，但是它结构简单，而且可以容易地实现高电压和大电流。此外，在晶闸管换流器中，当设备处于接通和断开状态时的电流变化率为约10A/μs，如果设备被用作电力变换设备，则它可以相对容易地提供大容量(高电压、大电流)。
负载换流型逆变器(也称作LCI，load commut ation typeinverter)是用于把直流电变换成交流电的电流型电力变换设备的另一个典型例子。这种逆变器在基本结构上与晶闸管换流器相似。然而，在这种情况下，同步电动机作为交流负载与逆变器连接，并通过基于同步电动机的感应电压的负载换流使流过晶闸管的电流为0，即，关断晶闸管。
负载换流型逆变器与同步电动机的组合被称为晶闸管电动机或者晶闸管无整流子电动机(thyristor commutatorless motor)，其可以相对容易地象晶闸管换流器一样提供大容量(高电压和大电流)。
另外，目前已经做出了在电流型电力变换设备中将自换流器件用作半导体功率器件的发明(例如，见下面的专利文献1～6)。
非专利文献1：＂Power Electronics Circuits＂，p.137 andp.155，Compiled by the Institute of Electrical Engineers，theSemiconductor Power Conversion System ResearchCommittee，and Published November 30，2000 by OhmCorporation
专利文献1：日本特开平5-115178号公报；图1
专利文献2：日本特开平5-122936号公报；图1
专利文献3：日本特开平5-236759号公报；图1和图6
专利文献4：日本特开平5-236760号公报；图1
专利文献5：日本特开平6-30568号公报；图1
专利文献6：日本特开平7-222462号公报；图1和图3
发明内容
提供电压型电力变换设备的大容量(高电压、大电流)非常困难。相比之下，提供电流型电力变换设备的大容量相对容易一些。然而，由于电流型电力变换设备利用电源换流或者负载换流，因此其在交流侧的功率因数(power factor)低。此外，已经做出了在电流型电力变换设备中使用自换流器件来改善功率因数的发明。然而，这些发明包含许多基本结构元件，也就是说，其结构复杂。
本发明用来解决上述问题，并且旨在提供一种成本效益高(cost-effective)的电力变换设备，该设备能够容易地提供大容量(高电压、大电流)、改善功率因数、并且减少基本结构元件的数量以便于其生产。
根据本发明的第一方面，提供一种电力变换设备，其包括：至少三条并联连接在直流正端子和直流负端子之间的桥臂、串联连接到每一桥臂的第一半导体功率器件和第二半导体功率器件、以及交流端子，每一桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述电力变换设备可以把交流变换成直流，或者把直流变换成交流，并且可以把变换后的电流提供给连接在所述直流正端子和所述直流负端子之间、或者连接到所述交流端子的负载，其特征在于，在每一桥臂的所述第一和第二半导体功率器件的串联连接点和所述交流端子之间串联连接至少一个单位换流辅助部件，由此将多个单位换流辅助部件连接到所述桥臂，所述多个单位换流辅助部件中的每一个都包括可充电/放电的充电元件以及第一自换流器件和第二自换流器件，其中，所述第一自换流器件和所述第二自换流器件相互反向并联，然后并联在所述充电元件的两端。
根据本发明的第二方面，提供一种电力变换设备，其包括：交流电源；包括半导体功率器件且连接到该交流电源的整流器装置；至少三条并联连接在直流正端子和直流负端子之间的桥臂，每一桥臂包括上桥臂和下桥臂；串联连接到每一桥臂的第一半导体功率器件和第二半导体功率器件；以及交流端子，允许所述电力变换设备把交流变换成直流，或者把直流变换成交流，并将变换后的电流提供给连接到所述交流端子的同步装置，其特征在于，还包括：至少一个串联连接在每一桥臂的所述第一和第二半导体功率器件的串联连接点和所述交流端子之间的单位换流辅助部件，由此多个单位换流辅助部件连接到所述桥臂，所述多个单位换流辅助部件中的每一个都包括可充电/放电的充电元件以及第一自换流器件和第二自换流器件，其中，所述第一自换流器件和所述第二自换流器件相互反向并联，然后并联在所述充电元件的两端；以及控制部件，用于把所述同步装置连接到所述交流端子，使所述同步装置和所述交流电源具有基本为1的功率因数，在换流操作期间，使即将开始换流操作前正在工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为充电状态，以及在换流操作期间，使在换流操作期间新工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为放电状态。
通过串联连接在第一和第二半导体功率器件的串联连接点和交流端子之间的单位换流辅助部件(unit commutation-assisting means)，本发明提供一种成本效益高的电力变换设备，该设备能够容易地提供大容量(高电压、大电流)、改善功率因数、并且减少基本结构元件的数量以便于其生产。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的电力变换设备的电路图；
图2是示出图1的电力变换设备的工作的电路图；
图3是示出图1的电力变换设备的另一工作的另一电路图；
图4是示出图1的电力变换设备的又一工作的又一电路图；
图5是示出图1的电力变换设备的又一工作的又一电路图；
图6是用于解释图1的电力变换设备的工作的时序图；
图7是示出根据本发明第二实施例的电力变换设备的电路图；
图8是示出根据本发明第三实施例的电力变换设备的电路图；
图9是示出根据本发明第四实施例的电力变换设备的电路图；
图10是示出根据本发明第五实施例的电力变换设备的电路图；以及
图11是示出根据本发明第六实施例的电力变换设备的电路图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明第一实施例的电力变换设备的电路图，其用作将直流电源1的直流电变换成交流电的逆变器，该逆变器与用作交流负载的作为无整流子电动机的例子的同步电动机29连接。
在直流电源1的直流正端子3和直流负端子4之间连接逆变器。该逆变器包括：至少三条桥臂(leg)，每一桥臂包括上桥臂(upperarm)和下桥臂(lower arm)；第一和第二半导体功率器件的串联电路，例如与各桥臂连接的晶闸管5和6、12和13、19和20；与各晶闸管串联连接的连接点7、14和21；分别与连接点7、14和21连接的交流端子26、27和28。逆变器可使用栅控电路(gate controlcircuit)(未示出)来控制晶闸管5、6、12、13、19和20的导通/不导通，从而把直流电源1的直流电变换成交流电。将同步机器例如三相同步电动机29连接到逆变器的交流端子26～28。此外，直流电抗器(reactor)2与直流电源1的直流正端子与晶闸管5的连接点连接。用作电力变换设备的该逆变器还包括换流辅助部件，该换流辅助部件包括以下单位换流辅助部件8、15和22。
也就是说，单位换流辅助部件8连接在晶闸管5和6的连接点7与交流端子26之间。类似地，单位换流辅助部件15连接在晶闸管12和13的连接点14与交流端子27之间。而且，单位换流辅助部件22连接在晶闸管19和20的连接点21与交流端子28之间。如果排除单位换流辅助部件8、15和22，则整个结构与传统无整流子电动机(晶闸管电动机)的结构类似。
单位换流辅助部件8包括：可充电/放电的充电元件，例如，电容器11；以及第一和第二自换流器件，例如，以背对背(back-to-back)的连接方式连接到电容器11的反向阻断型(reverse-blocking-type)自换流器件9和10。类似地，单位换流辅助部件15包括：可充电/放电的充电元件，例如，电容器18；以及第一和第二自换流器件，例如，以背对背的连接方式连接到电容器18的反向阻断型自换流器件16和17。单位换流辅助部件22包括：可充电/放电的充电元件，例如，电容器25；以及第一和第二自换流器件，例如，以背对背的连接方式连接到电容器25的反向阻断型自换流器件23和24。逆变器还包括控制部件100，该控制部件100用来在预设的时间控制单位换流辅助部件8、15和22的自换流器件9和10、16和17、23和24的导通/不导通。更具体地，控制部件100根据来自晶闸管5、6、12、13、19和20的导通信号，在图6所示的时刻，把各导通信号提供给自换流器件9和10、16和17、以及23和24。
在图6所示的换流操作期间，控制部件100使例如在即将开始换流操作前处于工作状态的单位换流辅助部件8的电容器11处于充电状态，控制部件100还使例如在换流操作期间表现为工作状态的单位换流辅助部件22的电容器25处于放电状态。为此，控制部件100获得表示晶闸管5、6、12、13、19和20的状态例如导通状态的信号，作为输入信号。
现在参考图2～6，对如上构造的第一实施例的功能和效果进行说明。此处假定如图2所示，电流从直流电源1通过直流电抗器2、直流正端子3、晶闸管5、反向阻断型自换流器件9、交流端子26、同步电动机29的U相和W相、交流端子28、反向阻断型自换流器件24、晶闸管20和直流负端子4流入直流电源1。此外假定将电容器18的交流端设为+。
此时，从晶闸管5到同步电动机29的U相的电流变为从晶闸管12到电动机29的V相的电流。为此，晶闸管12和反向阻断型自换流器件16导通，反向阻断型自换流器件9关断。如图3所示，当反向阻断型自换流器件9关断时，电流流过电容器11，并且串联连接点7被充电为+。
此外，由于晶闸管12导通，因此电流通过电容器18流入同步电动机29的V相。因为对反向阻断型自换流器件16施加了反向电压，所以没有电流流入反向阻断型自换流器件16。
在现有技术中，由同步电动机29的U相和V相之间的感应电压差进行从U相电流到V相电流的换流。相比之下，在本发明的第一实施例中，通过施加到电容器11和18的电压、以及同步电动机29的U相和V相之间的感应电压差进行换流。当电容器18的放电完成时，正向电压施加到反向阻断型自换流器件16，电流流入反向阻断型自换流器件16，而不流入电容器18。
如上所述，如图4所示，U相电流变为0，晶闸管5关断，所有来自直流正端子的电流流过晶闸管12和V相，电容器11的串联连接点7侧充电为+，电容器18放电且其电压降为0伏，从而该换流操作结束。在换流操作期间，尽管电容器18放电，但是电容器11充电且其电压从0伏增大。也就是说，在换流操作期间，施加基本恒定的电压。
之后，从同步电动机29的W相经由晶闸管20到直流负端子4的电流变为从电动机29的U相经由晶闸管6流到端子4的电流。为此，晶闸管6和自换流器件10导通，自换流器件24关断。作为之前换流操作的结果在电容器11中积累的电荷强化了从同步电动机29流出的电流的换流作用。因此，通过与上述U相到V相的换流相同的操作，关断晶闸管20。此外，如图5所示，电流经由U相、自换流器件10和晶闸管6流入直流负端子，电容器25的交流端子28侧充电为+，电容器11放电且其电压降为0伏，从而该换流操作结束。
之后，从晶闸管12到同步电动机29的V相的电流变为从晶闸管19到电动机29的W相的电流。在之前的换流操作中，电容器25的交流端子28侧充电为+，并且当前电路状态与当U相、V相和W相分别用V相、W相和U相代替时所获得的电路状态等同。因此，晶闸管19和反向阻断型自换流器件23导通，反向阻断型自换流器件16关断，从而关断晶闸管12，并且使电流从直流正端子流过晶闸管19。
在从晶闸管5到晶闸管12、从晶闸管20到晶闸管6、以及从晶闸管12到晶闸管19的换流操作之后，顺序进行从晶闸管6到晶闸管13、从晶闸管19到晶闸管5、以及从晶闸管13到晶闸管20的换流操作。一系列操作视作一个周期，并且重复这一系列操作，从而使矩形波交流电流流入作为交流负载的同步电动机29。
图6是用来解释上述操作的图。在图6中，U+例如表示从直流正端子3到同步电动机29的U相的电流的正方向，U-例如表示从同步电动机29的U相到直流负端子4的电流的负方向。此外，与电容器11、18和25的电压波形相关的“+”表示各电容器的交流端子侧充电为+。当电动机29的U相的正向电流流入电动机29的V相，因此关断晶闸管5时，电容器11充电为-。当晶闸管6导通时，电容器11上的电压放电，并被用来使W相的负向电流流入U相。此外，当U相的负向电流流入V相时，电容器11充电为+，且当W相的正向电流流入U相时，使用电容器11上的电压。
为了解释该基本操作，例如，在进行从晶闸管5到晶闸管12的换流操作的时刻A(图6中)，晶闸管12和反向阻断型自换流器件16导通，同时，反向阻断型自换流器件9关断。然而，不必总是同时导通和关断这些元件。如果比晶闸管12的导通更快地关断反向阻断型自换流器件9，则较早开始电容器11的充电，从而提高了充电电压。相比之下，如果反向阻断型自换流器件9关断较慢，则会降低该充电电压。可以通过根据电流量、交流电压的位相、同步电动机的感应等控制各反向阻断型自换流器件的关断时刻来控制换流。
此外，在图6中的时刻B，电流开始流入反向阻断型自换流器件16，如果在即将开始前导通该元件即可。可以根据例如降低门电路损耗等的目的、和/或根据反向阻断型自换流器件16的特性，任意决定元件16的导通时间。
而且，如果所有的反向阻断型自换流器件都保持导通状态，则换流辅助部件不工作，该实施例的设备可以以与传统晶闸管设备相同的方式工作。
如上所述，由于通过在传统电流型晶闸管电力变换设备的交流端子和作为交流负载的同步电动机29之间插入均由反向阻断型自换流器件和电容器形成的单位换流辅助部件8、15和22而获得了本发明的第一实施例，因此在电容器11、18和25上产生的电压可被加到用于负载换流的电动机29的感应电压上。
结果，第一实施例能够提供高效的电力变换设备，该电力变换设备可以容易地实现大容量(高电压、大电流)，并且改善功率因数和切换损耗。该电力变换设备成本效率更高，并且需要较少数量的结构元件，因此，其可以比上述为了同样目的发明的任何其它类型的电力变换设备更容易生产。此外，如果代替传统的电力变换设备使用第一实施例的电力变换设备，则该第一实施例的电力变换设备可用于各种用途，并且可以实现大容量、高功率因数和高效率。特别地，如果组合应用本发明的换流器、逆变器设备和同步电动机，则形成可以以基本为1的交流电源功率因数和基本为1的同步电动机功率因数工作的无整流子电动机。因此，本发明的应用范围广泛，所以本发明可能提供重大的连锁效果(rippleeffect)。
为了使包含在传统的晶闸管电动机中的同步电动机的功率因数为1，需要使换流超前角(commutation advancing angle)(一般由β表示)为0°。在这种情况下，要进行换流的两相上的感应电压的差变为0，因此负载换流功能不工作，这意味着换流操作失败，不能继续进行正常操作。此外，在启动设备或低转速时，同步电动机的感应电压低，因此不能利用换流功能，在直流电源侧需要一些方法，例如用于断续停止电流供应的断续操作。即使在如上没有可利用的负载换流功能的这种情况下，单位换流辅助部件8、15和22也使得能够进行换流、能够实现功率因数为1、且能够实现启动和低速运行，而不需要任何特别的方法。
通过把同步电动机29的功率因数设为1，可以使转矩的波动最小化，也可以消除在启动或低速运行时由电流供应的断续停止造成的转矩脉动(torque ripple)。
而且，如果使单位换流辅助部件8、15和22的电容器11、18和25具有小电容以增大在其上产生的电压，则可以使用滞后功率因数的感应电动机作为负载。因此，该实施例的电力变换设备可用于各种用途。
尽管反向阻断型自换流器件9、10、16、17、23和24强行切断电流，但是并联连接的电容器11、18和25实现被称作零电压切换(zero voltage switching，ZVS)的模式，该模式基本上防止了浪涌电压的出现，因此使电压在切换期间保持基本为零，从而几乎没有切换损耗。此外，当电压反向，电容器电压基本为零时，电流开始流动。同样由于此原因，几乎不出现切换损耗。
图7示出了本发明的第二实施例，其中产生了较高的电压。在该实施例的晶闸管电力变换设备中，为了产生高电压，每一对晶闸管5和5、6和6、12和12、13和13、19和19、以及20和20串联连接。由于反向阻断型自换流器件的切换速度高，因此如果它们串联连接，则在切换期间难以达到电压平衡，因此有必要增加线路长度。结果，很可能出现浪涌电压。
在第二实施例中，配备两个单位换流辅助部件8和8、两个单位换流辅助部件15和15、两个单位换流辅助部件22和22，并且每对单位换流辅助部件串联连接。也就是说，如图所示，两个单位换流辅助部件8和8串联连接，其中每一单位换流辅助部件8由反向阻断型自换流器件9和10以背对背的连接方式连接到电容器11而形成。类似地，两个单位换流辅助部件15和15串联连接，其中每一单位换流辅助部件15由反向阻断型自换流器件16和17以背对背的连接方式连接到电容器18而形成。此外，两个单位换流辅助部件22和22串联连接，其中每一单位换流辅助部件22由反向阻断型自换流器件23和24以背对背的连接方式连接到电容器25而形成。在这种情况下，流过单位换流辅助部件8和8之间、部件15和15之间、以及部件22和22之间的线路的电流变化率小，因此即使加长线路，也不会出现浪涌电压。
图8示出了根据本发明第三实施例的换流器。尽管该换流器看起来和图1的结构不同，但是二者彼此非常相似。前者与后者的不同之处仅在于：前者使用三相交流电源30代替同步电动机29，使用直流负载31代替直流电源1，而且在前者中，直流正端子3和直流负端子4相对于晶闸管5、6、12、13、19和20的位置，以与后者中的相应元件相反的方向放置。在传统的晶闸管换流器中，各晶闸管的点弧角(firing angle)(一般由α表示)被控制在0°到180°的范围内，从而控制直流负载31上的电压。在这种情况下，流入交流电源30的电流振幅与负载电流相等，而且电流基波的相位滞后点弧角α。因此，总是有滞后的无功电流(reactivecurrent)。相比之下，在第三实施例中，点弧角α可被设为负值，从而产生超前的无功电流。如果直流负载31由直流电抗器形成，则几乎只有超前的无功电流可以流入三相交流电源30，因此电源30可以用作无功功率补偿设备(reactive power compensationapparatus)(SVC)。
图9和图10示出本发明的第四和第五实施例。如这些图所示，将本发明的基本结构32并联或者串联连接到传统的晶闸管换流器34，由此相互抵消无功电流，以实现功率因数基本为1的换流器。应当指出，在三相交流电源30和基本结构32之间插入变压器33。
图11示出本发明的第六实施例。使用多线圈同步电动机通过组合具有基本为1的功率因数的晶闸管换流器34和图1的整流子电动机，获得第六实施例。因此，第六实施例的无整流子电动机可以以基本为1的同步电动机和交流电源的功率因数工作。通过这样的组合，可将产生的转矩中的波动降到可以忽略不计的范围。
变形例
上述实施例采用反向阻断型自换流器件作为单位换流辅助部件8、15和22的自换流器件(self-extinction element)。然而，代替反向阻断型自换流器件，可以使用标准逆导型(reverse-conductive-type)自换流器件，或者标准逆导型自换流器件和二极管或者晶闸管的组合，其中每一组合的组件串联连接。
尽管在上述实施例中，使用晶闸管作为在每一桥臂中串联连接的第一和第二半导体功率器件(球状器件(bulb device)或者功率半导体器件)，但是除晶闸管之外的器件也可被用作半导体功率器件。
此外，尽管在这些实施例中，同步电动机或者感应电动机被用作交流负载，但是同步发电机或者感应发电机也可被用作交流负载。
当然，图2～5以及图7～11中所示的控制部件100具有与图1的控制部件100相同的功能。此外，控制部件100可与第一实施例中所述的、控制晶闸管5、6、12、13、19和20的导通/不导通的栅控电路一体形成。
工业应用性
本发明可被用作晶闸管电动机等半导体电动机、晶闸管无整流子电动机等无整流子电动机、或者无功功率补偿设备。
Claims (9)
1.一种电力变换设备，其包括：至少三条并联连接在直流正端子和直流负端子之间的桥臂、串联连接到每一桥臂的第一半导体功率器件和第二半导体功率器件、以及交流端子，每一桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述电力变换设备可以把交流变换成直流，或者把直流变换成交流，并且可以把变换后的电流提供给连接在所述直流正端子和所述直流负端子之间、或者连接到所述交流端子的负载，
其特征在于，在每一桥臂的所述第一和第二半导体功率器件的串联连接点和所述交流端子之间串联连接至少一个单位换流辅助部件，由此将多个单位换流辅助部件连接到所述桥臂，所述多个单位换流辅助部件中的每一个都包括可充电/放电的充电元件以及第一自换流器件和第二自换流器件，其中，所述第一自换流器件和所述第二自换流器件相互反向并联，然后并联在所述充电元件的两端。
2.根据权利要求1所述的电力变换设备，其特征在于，还包括控制部件，该控制部件用于：在换流操作期间，使在即将开始换流操作前正在工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为充电状态；以及在换流操作期间，使在换流操作期间新工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为放电状态。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于，直流电源或者直流负载通过直流电抗器连接在所述直流正端子和所述直流负端子之间，交流电源或者交流负载连接到所述交流端子。
4.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于，同步电动机连接到所述交流端子，所述同步电动机以基本为1的功率因数工作。
5.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于，所述负载是感应电动机。
6.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于，交流电源连接到该交流端子，直流电抗器连接在所述直流正端子和所述直流负端子之间，从而使超前的无功电流从所述交流电源流出。
7.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于：
在包括连接到交流电源的半导体功率器件的直流输出整流器设备中包含的正端子和负端子分别串联连接到所述直流正端子和所述直流负端子；
所述交流端子连接到所述交流电源；以及
设置所述交流电源的功率因数基本为1。
8.根据权利要求1或2所述的电力变换设备，其特征在于：
在包括连接到交流电源的半导体功率器件的直流输出整流器设备中包含的正端子和负端子通过直流电抗器分别串联连接到所述直流正端子和所述直流负端子；以及
设置所述交流电源的功率因数基本为1。
9.一种电力变换设备，其包括：交流电源；包括半导体功率器件且连接到该交流电源的整流器装置；至少三条并联连接在直流正端子和直流负端子之间的桥臂，每一桥臂包括上桥臂和下桥臂；串联连接到每一桥臂的第一半导体功率器件和第二半导体功率器件；以及交流端子，允许所述电力变换设备把交流变换成直流，或者把直流变换成交流，并将变换后的电流提供给连接到所述交流端子的同步装置，
其特征在于，还包括：
至少一个串联连接在每一桥臂的所述第一和第二半导体功率器件的串联连接点和所述交流端子之间的单位换流辅助部件，由此多个单位换流辅助部件连接到所述桥臂，所述多个单位换流辅助部件中的每一个都包括可充电/放电的充电元件以及第一自换流器件和第二自换流器件，其中，所述第一自换流器件和所述第二自换流器件相互反向并联，然后并联在所述充电元件的两端；以及
控制部件，用于把所述同步装置连接到所述交流端子，使所述同步装置和所述交流电源具有基本为1的功率因数，在换流操作期间，使即将开始换流操作前正在工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为充电状态，以及在换流操作期间，使在换流操作期间新工作的所述多个单位换流辅助部件中的一个的所述充电元件表现为放电状态。
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