CN1034043C - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

一种小型、价廉且高效的电力变换装置，其中设置与自消弧型半导体元件1a并联且包括第1电容器4和第3二极管3的缓冲电路、串接于该电路与输出端子A之间的第2电容器7和第4二极管6、按上述半导体元件1a、1b开关动作而将第2电容器所存电能回馈到直流源9的电力再生电路8。回收电容器7单极性充电，且电压低于直流电源电压。减少缓冲电路元件，无损于将上述半导体元件所承受的电压、电流的骤然上升抑制在要求值的功能。

Description

电力变换装置

本发明涉及用自消弧型半导体元件构成的电力变换装置，其中包括电力从直流变为交流的逆变器装置，电力从交流变为直流的变流器装置或三电平逆变器装置等，本发明尤其涉及实现小型、价廉、高效，而且可靠性提高的电力变换装置。

图27为采用无电阻损耗缓冲电路的逆变器所组成的已有电力变换装置的电路组成图。

这种电力变换装置的例子已记载在J.C.本德恩(J.C.BENDIEN)等人1985年发表于IEEE PESC学报第165页-170页的“高开关频率电源电子技术应用中的缓冲器电能再生电路“(Recovery Circuit for Snubber Energy in Power ElectronicsApplications with High Switching Frequencies)一文中。

图27中，1a、1b的例子为IGBT、GTO可关断晶体闸流管等组成的自消弧型半导体元件，这里以GTO晶体闸流管(后文简称为GTO)的情况为例进行说明。2a、2b为分别与GTO1a、1b反并联的续流二极管，A为设于GTO1a和GTO1b连接点上的输出端子。3为与GTO1a并联的缓冲二极管，4为与缓冲二极管3串联的缓冲电容器，缓冲二极管3和缓冲电容器4组成GTO1a的缓冲电路。5为与GTO1a串联的电抗器。

6为接于缓冲二极管3与缓冲电容器4的连接点上的极性二极管；7为与该二极管串联后，另一端连接GTO1b的回收电容器，并做成通过极性二极管6回收电抗器储存的能量。

缓冲电容器4、极性二极管6和回收电容器7组成GTO1b的缓冲电路。

8为接于极性二极管6与回收电容器7的连接点上的电力再生电路，9为接于电抗器5和GTO1a、1b所组成串联电路两端以及电力再生电路8两端的直流电源，P、N为直流电源9的正、负母线。

作为一个例子，电力再生电路8由降压斩波器组成，该斩波器包括串接于直流电源9两端的电抗器10和二极管11，以及接于电抗器10与二极管11的连接点和极性二极管6与回收电容器7的连接点之间的开关元件12。

回收电容器7利用GTO1b的开关动作，回收电抗器5和缓冲电容器4中所存电能，该电容器7存满后，过剩的电能由电力再生电路8回馈到直流电源9中。

图28为另一例由逆变器组成的已有电力变换装置的电路组成图。

这种电力变换装置的例子已记载于特公昭62-15023号公报的“缓冲电路”中。图28中，1a、1b、2a、2b、A、7、9、P、N等与上文所述相同。

3a和4a为并接在GTO1a上的缓冲二极管和缓冲电容器，并构成GTO1a的缓冲电路。3b和4b为并接在GTO1b上的缓冲二极管和缓冲电容器，构成GTO1b的缓冲电路。5a和5b为串接在GTO1a与GTO1b之间的电抗器，这种情况下，输出端子A设于电抗器5a与5b的连接点上。

回收电容器7接成利用GTO1a和1b的开关动作，回收电抗器5a、5b和缓冲电容器4a、4b所存电能。

13为接于回收电容器7两端和直流电源9两端的电力处理装置，省略其具体电路的叙述，但它由采用无电阻损耗缓冲电路的逆变器组成。

下面说明电力变换装置为三电平逆变器装置的已有结构。

已有的三电平逆变器装置，其基本结构的例子示于特开昭55-43996号公报。这时，在组成该逆变器装置的自消弧半导体元件采用对电压上升率和电流上升率均有规定的元件(例如GTO)的情况下，需要缓冲电路。

图29的电路组成图示出采用无电阻损耗缓冲电路的三电平逆变器来组成的已有电力变换装置。

这种装置的例子记载于特开平1-198280号公报“三点逆变器”中。

图29中，1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b均与上文所述相同，X、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b分别对应于输出端子A、极性二极管6、回收电容器7、电力再生电路8和直流电源9。

1c、1d为分别与GTO1a、1b串联的GTO，2c、2d为分别与GTO1c、1d并联的续流二极管。回收电容7a、7b接成通过极性二极管6a、6b，分别回收阳极电抗器5a、5b所存电能。

由这种三电平逆变器组成电力变换装置时，具有分别对应于由中间电位点C分隔开的串联直流电源9a、9b结构相同的对称电路。也即，GTO1a、1c构成连接正母线P的正臂，GTO1d、1b构成连接负母线的负臂，缓冲电路3a、4a、6a、7a和电力再生电路8a与正臂的GTO1a和负臂的GTO1d发生关系，缓冲电路3b、4b、6b、7b和电力再生电路8b与负臂的GTO1b和正臂的GTO1c发生关系。

这时，输出端子X设于GTO1c与GTO1d的连接点，即正、负臂的连接点。

14a、14b为插入在缓冲电容器4a、4b与回收电容器7a、7b之间的箝位二极管，分别接于GTO1a和1c的连接点、GTO1d和1b的连接点与中间电位点C之间。

缓冲二极管3a和缓冲电容器4a组成GTO1a的缓冲电路，缓冲二极管3b和缓冲电容器4b组成GTO1b的缓冲电路。缓冲电容器4a、极性二极管6a和回收电容器7a组成GTO1d的缓冲电路，缓冲电容器4b、极性二极管6b和回收电容器7b组成GTO1c的缓冲电路。

回收电容器7a接成利用GTO1a、1d的开关动作，回收电抗器5a和缓冲电容器4a所存电能；回收电容器7b接成利用GTO1c、1b的开关动作，回收电抗器5b和缓冲电容器4b所存电能。存入电容器7a、7b后，过剩的电能由电力再生电路8a、8b回馈到直流电源9a、9b中。

图30和图31的电路组成图示出具有将缓冲电路所存电能回馈到直流电源的装置的三电平逆变器所构成的已有电力变换装置。这种装置记载于上述特开平1-198280号公报中。

该图中，1a-1d、2a-2d、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b、14a、14b均与图29中相同。

近年还开发了将GTO1a-1d和续流二极管2a-2d做成一体的反向导通GTO，采用这种GTO时续流二极管2a-2d可省略。

缓冲二极管3c和缓冲电容器4c组成与GTO1c并联的缓冲电路，缓冲二极管3d和缓冲电容器4d组成与GTO1d并联的缓冲电路。

15为接于母线P、N之间的变量器，16为与变量器15串联的二极管，17为变量器15的复位电阻。

18为代替变量器15、二极管16和复位电阻17的放电电阻，接于缓冲电路3c、4c和3d、4d二连接点之间。

对应于图30中接于直流电源9a、9b的正负母线P、N之间的电能再生电路(变量器15、二极管16和复位电阻17)，图31中部分画出一放电电阻18。如图31所表明的那样，缓冲电容器4c、4d所存电能消耗在放电电阻18上。

下文参照图27-图31，说明已有电力变换装置的动作。

例如，图27所示电力变换装置(逆变器装置)中，要求回收电容器7的耐压指标高于直流电源9的电压。GTO1a、1b用作逆变器的自消弧型半导体元件时，直流电源9的电压为几千伏。

因此，组成这种逆变器时，回收电容器7上流过1000A以上的缓冲器放电电流或使GTO1a、1b截止的负载电流，在电容器中产生相当大的热损耗。

抑制此热损耗的方法可以考虑在回收电容器7上设冷却装置或采用大型电容器来加大该电容器7的热容量，但两种方法都会使逆变器装置体积变大。

回收电容器7的充电电压大于直流电源9的电压，所以又要求电力再生电路8的组成元件耐压指标都大于直流电源9的电压。结果导致开关元件12高频开关动作困难，电抗器10不能小型化，电力再生电路8体积变大，进而逆变器装置体积变大。

图28所示逆变器装置的情况虽然做成可实现回收电容器7低电压化，但缓冲电容器4a、4b和回收电容器7等三只电容器串联，所以在直流电源9刚接通的初始状态(GTO1a、1d截止状态)下，将回收电容器7不带“点”(参阅图28)的电极作为正极进行充电。

反之，通常运转时要求将该电容器带“点”的电极作为正极进行充电。因此，必须使电力处理装置13对正负两种极性都耐压，结果造成该处理装置13结构复杂。

虽然对GTO1a、1b配备缓冲电容器4a、4b，但根据这两个电容器布局和所选电容量的情况，它们没有必要设置(参阅图27中的缓冲电容器4)。因此，可以设想通过改进电路结构能减少图28中逆变器装置的组成元件。

在直流电源9的电压为几千伏的逆变器装置中，要求缓冲电容器4a、4b的耐压大于直流电源9的电压，而且为了降低作为GTO1a、1b损坏原因之一的电流截止时所出现的峰值电压，还要求缓冲电容器4a、4b的电感小。因此，缓冲电容器4a、4b随直流电源9电压的加大而体积变大、成本升高，进而逆变器装置也变大，变贵。

输出端子A的两侧安排有电抗器(阳极电抗器)5a、5b，必须把这两个电抗器的值加在一起，因而需要设置抑制GTO1a、1b电流截止时电压上升率的缓冲电容器4a、4b。

做成上述结构的原因在于，电流截止时的状态为电抗器5a或5b中必然流过负载电流，所以在GTO1a、1b进行开关，负载电流有变化的情况下，要防止在电抗器5a或电抗器5b中感应出电压，并将电压峰值加到电流截止过程中的GTO1a、1b上。因此，逆变器装置的组成元件增多，进而体积加大，成本提高。

图29所示三电平逆变器装置的情况也与图27的逆变器装置相同，要求回收电容器7a、7b的耐压指标高于直流电源9a、9b的电压，电力再生电路8a、8b体积大。

图30所示三电平逆变器装置中，GTO1a-1d的电压上升率(dv/dt)，例如对GTO1a来说，利用缓冲二极管3a和缓冲电容器4a组成的缓冲电路抑制，而其他GTO1b-1d也同样用各自的缓冲电路抑制。

至于电流上升率(di/dt)，用阳极电抗器5a抑制GTO1a、1d的电流上升率，用阳极电抗器5b抑制GTO1b，1c的电流上升率。

图30所示三电平逆变器装置中，缓冲电容器4a和阳极电抗器5a所存电能通过极性二极管6a回收到回收电容器7a，缓冲电容器4b和阳极电抗器5b所存电能通过极性二极管6b回收到回收电容器7b。

这里，回收电容器7a、7b最好分别充电到比直流电源9a、9b的电压值高。为了将阳极电抗器5a、5b所存电能高速回收到回收电容器9A、9B，回收电容器7a、7b需要有过充电电压。

回收电容器7a所回收的剩余电能通过将开关12a、二极管11a和电抗器10a组成的公知降压斩波器用作电能再生电路，回馈到直流电源9a中。同样，回收电容器7b中的剩余电能回馈至直流电源9b。

图31中，缓冲电容器4c、4d所存电能则消耗于放电电阻18。

如上所述，已有的电力变换装置，例如在图27所示逆变器的情况下，要求回收电容器7的耐压大于直流电源9的电压，该电容器中流入1000A以上的缓冲器放电电流或GTO截止时的负载电流，因而产生相当大的热损耗。这是一个问题。

要解决上述问题，若回收电容器7上设冷却装置或提高该电容器的热容量，则装置总体变大。这又是个问题。

回收电容器7的充电电压大于直流电源9的电压，要求电力再生电路8的组成元件耐压都大于直流电源9的电压，因而电抗器10不能小型化，电力再生电路8体积大，进而整个装置体积变大。这也是个问题。

在图28所示逆变器装置的情况下，虽然谋求回收电容器7电压低，但缓冲电容器4a、4b和回收电容器7串联在一起，回收电容器7在直流电源接通的初始状态下，将该电容器不带“点”的电极作为正极充电，而通常运转时则将带“点”的电极作为正极充电。因此，电力处理装置13必须对正负两种极性都耐压，该装置的结构复杂。这又是个问题。

也在图28所示逆变器装置中，其直流电源9的高压为几千伏时，要求缓冲电容器4a、4b耐压高于该直流电源9的电压，而且为了减小GTO电流截止时出现的峰值电压，又要求上述电容器电感小，所以随着直流电源9电压加大，该电容器体积增大，成本高，进而整个装置变大，变贵。这又是个问题。

需要把输出端子A两侧的电抗器5a、5b的电感量加在一起，因而必须设置缓冲电容器4a、4b，以抑制GTO1a、1b电流截止时的电源上升率，结果造成整个装置的组成元件多，装置体积大，成本高。这也是个问题。

同样，在图29或图30所示三电平逆变器装置的情况下，也存在要求回收电容器7a、7b耐压高于直流电源9a、9b的电压，因而电力再生电路8a、8b体积大，整个装置也体积大的问题。

在如图30那样通过变量器15和二极管16将缓冲电容器4c、4d所存电能回馈到正负电母线P、N上时，又存在复位电压仅为缓冲二极管3c、3d和复位电阻17上的压降，因而变量器15的复位时间长的问题。用该变量器作电能回馈装置，构成多相逆变器装置时，还存在需要对各相设置变量器15，因而装置体积大，成本高的问题。

此外，如图31那样用放电电阻18消耗缓冲电容器4c、4d所存电能时，还存在效率降低的问题。

本发明就是为解决上述问题而作的，其目的在于获得一种电力变换装置，该装置通过使回收缓冲电路和电抗器所存电能用的回收容器电压降低且单极性充电，减少其自消弧型半导体元件缓冲电路的组成元件。

本发明另一目的在于获得一种使回收缓冲电容器和阳极电抗器所存能量的回收电容器耐压要求降低的电力变换装置。

本发明的再一目的是获得一种通过将放电电阻所耗电能回收到回收电容器，可不用变量器而将回收电能回馈到直流电源的电力变换装置。

本发明的又一目的是获得一种通过多相共用回收电容器和电力再生电路，实现总体结构小型化且低成本的电力变换装置。

本发明的再一目的是获得一种通过减小为存储放电电阻所耗电能而并接在箝位二极管上的缓冲电容器的静电电容，降低电能消耗，提高效率的电力变换装置。

本发明第1种电力变换装置配备串接于直流电源正、负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与该二半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在该二半导体元件之间的电抗器、设于第2自消弧型半导体元件与电抗器的连接点上的输出端子、与第1自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第3二极管组成的缓冲电路、串接在第1电容器与第3二极管的连接点和输出端子之间的第2电容器及第4二极管，以及按第1和第2自消弧型半导体元件的开关动作，将第2电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路。

本发明第2种电力变换装置配备串接在直流电源正负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与该二半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在该二半导体元件之间的电抗器、设于第1自消弧型半导体元件与电抗器的连接点上的输出端子、与第2自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第3二极管组成的缓冲电路、串接在第1电容器与第3二极管的连接点和输出端子之间的第二电容器及第4二极管，以及按第1和第二自消弧型半导体元件的开关动作，将第2电容器蓄积的电能回馈到直流电源的电力再生电路。

本发明第3种电力变换装置配备串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1、第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3、第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的连接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2自消弧型半导体元件与第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与第一自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，串接在第1电抗器与第2自消弧型半导体元件的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第3电容器和第9二极管，串接在第2电抗器与第3自消弧型半导体元件的接点和第2电容器与第8二极管的接点之间的第4电容器和第10二极管，以及通过上述四个自消弧型半导体元件的开关动作，将第3和第4电容器所存电能回馈到直流电源的第1和第2电力再生电路。

本发明第4种电力变换装置配备串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1、第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3、第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2自消弧型半导体元件与第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与第1自消弧型半导体元件并联且由第一电容器和第7二极管组成的第一缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，与第5二极管并联且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路；与第6二极管并联且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，串接在第3电容器与第9二极管的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第5电容器和第11二极管，串接在第2电容器与第8二极管的接点和第4电容器与第10二极管的接点之间的第6电容器和第12二极管，以及按第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件的开关动作，将第5和第6电容器所存电能再生到直流电源的第1和第2电力再生电路。

本发明第5种电力变换装置配备串接于中间电位点的直流电源正负母线之间第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1和第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3和第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2与第3自消弧型半导体元件的连接点的输出端子，与第1自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，与第5二极管并联且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路，与第6二极管并联且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，连接在第3电容器与第9二极管的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第1电阻，以及连接在第2电容器与第8二极管的接点和第4电容器与第10二极管的接点之间的第2电阻。

本发明第6种电力变换装置，在第1或第2种电力变换装置中设置由串接于正负母线之间的电容器和二极管，以及该二极管上并联的电阻等组成的电压箝位电路。

本发明第7种电力变换装置，在第3、第4或第5种电力变换装置中设置多个由分别串接于正负母线与中间电位点之间的电容器和二极管，以及与二极管并联的电阻等组成的电压箝位电路。

本发明第8种电力变换装置，在第1或第2种电力变换装置中设置由串接于正负母线之间的电容器和二极管组成的电压箝位器，同时也设置将电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路。

本发明第9种电力变换装置，在第3、第4或第5种电力变换装置中设置多个由分别串接在正负母线与中间电位点之间的电容器和二极管组成的电压箝位器，同时也设置将电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路。

本发明第10种电力变换装置，在第1或第2种电力变换装置中，使其电力再生电路将第2电容器所存过剩电能回馈到直流电源，同时将第2电容器的充电电压控制到小于直流电源电压。

本发明第11种电力变换装置，在第3种电力变换装置中，使其第1和第2电力再生电路将第3和第4电容器所存过剩电能回馈到直流电源，同时将第3和第4电容器的充电电压控制到小于直流电源电压。

本发明第12种电力变换装置，在第4种电力变换装置中，使其第1和第2电力再生电路将第5和第6电容器所存过剩电能回馈到直流电源，同时将上述二电容器的充电电压控制到小于直流电源电压。

本发明第13种电力变换装置在包含串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂和负臂的连接点上的输出端子等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在第4自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点与中间电位点之间的第1放电电阻、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第2放电电阻、分别取出第1和第2回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点为界的直流电源正端和负端的第1和第2电能再生电路。

本发明第14种电力变换装置，在包含串接于中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂和负臂的连接点上的输出端子等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位之间的第1放电电阻、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第2放电电阻、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间第3放电电阻、连接在第4自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和负母线之间的第4放电电阻。

本发明第15种电力变换装置，在包含串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件，串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂与负臂的连接点上的输出端等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在第4自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的串联接点和负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第3二极管、第1电抗器和第3回收电容器、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第4二极管、第2电抗器和第4回收电容器、取出第1和第2回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点分界的直流电源正端和负端的第1和第2电力再生电路、取出第3和第4回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点为界的直流电源正端和负端的第3和第4电力再生电路。

本发明第16种电力变换装置，在第15种电力变换装置中分别将第1、第2、第3和第4回收电容器与第1、第2、第3和第4电力再生电路作多相共接。

本发明第17种电力变换装置，在第15种电力变换装置中设置分别与第1、第2、第3和第4回收电容器并联的第5、第6、第7和第8回收电容器，而且分别将第5、第6、第7和第8回收电容器与第1、第2、第3和第4电力再生电路作多相共接。

本发明第18种电力变换装置，在第13、14、15、16或17种电力变换装置中，使第3和第4缓冲电路的缓冲电容器具有比第1和第2缓冲电路缓冲电容器低的静电电容，减少组成第3和第4缓冲电路的缓冲电容器中所存电能。

在本发明中，减少缓冲电路的组成元件，不降低将自消弧型半导体元件所加电压、电流的急剧上升抑制在希望值的功能，而且通过用于回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器的低压化，使整个装置结构简化。

本发明中，采用将回收电容器中的过剩电能回馈到直流电源，将该电容器充电电压固定控制为低电压的电力再生电路，从而提高效率。

本发明中，将回收电容器接到直流电源正负母线上，因而可减小该电容器的充电电压，降低耐压要求。

本发明中，将电能再生电路换为放电电阻，减少组成元件。

本发明中，用回收电容器回收放电电阻所消耗的全部电能，还用电力再生电路将回收电能回馈到直流电源，不必用变量器。

本发明中，回收电容器和电能再生电路可多相共用。

本发明中，利用箝位二极管所接缓冲电容器，减少储存电能，减少放电电阻耗电。

图1画出本发明实施例1的逆变器装置的电路组成。

图2列出图1中自消弧型半导体元件开关状态与输出端电压的关系，以说明本发明实施例1的动作。

图3列出图1电路的电流路径，以说明本发明实施例1的动作。

图4画出本发明实施例2的逆变器装置的电路组成。

图5画出本发明实施例3的三电平逆变器装置的电路组成。

图6列出图5中自消弧型半导体元件开关状态与输出端电压的关系，以说明本发明实施例3的动作。

图7列出图5电路的电流路径，以说明本发明实施例3的动作。

图8画出本发明实施例4的三电平逆变器装置的电路组成。

图9画出本发明实施例1-实施例4中电力再生电路具体例的电路组成。

图10画出本发明实施例6的三电平逆变器装置的电路组成。

图11画出本发明实施例7的三电平逆变器装置的电路组成。

图12画出本发明实施例7的三电平逆变器装置的电路组成。

图13画出本发明实施例8的三电平逆变器装置的电路组成。

图14画出本发明实施例8的三电平逆变器装置的电路组成。

图15画出本发明实施例13的三电平逆变器装置的电路组成。

图16为说明本发明实施例13动作的图15中自消弧型半导体元件的开关动作定时图。

图17列出图15电路的电流路径，以说明本发明实施例13的动作。

图18画出本发明实施例14的三电平逆变器装置的电路组成。

图19画出本发明实施例15的三电平逆变器装置的电路组成。

图20画出本发明实施例16的三电平逆变器装置的电路组成。

图21画出本发明实施例17的三电平逆变器装置放电电阻连接部分的电路组成。

图22画出本发明实施例18的三电平逆变器装置的电路组成。

图23画出本发明实施例19的三电平逆变器装置的电路组成。

图24画出本发明实施例20的三电平逆变器装置的电路组成。

图25画出本发明实施例21的三电平逆变器装置的电路组成。

图26画出本发明实施例21的三电平逆变器装置关键部分的电路组成图。

图27为已有逆变器电力变换装置的电路组成图。

图28为另一例已有逆变器电力变换装置的电路组成图。

图29为已有三电平逆变器电力变换装置的电路组成图。

图30为另一例已有三电平逆变器电力变换装置的电路组成图。

图31为又一例已有三电平逆变器电力变换装置的电路组成图。

实施例1

下面按图说明本发明实施例1。

图1画出以逆变器装置为例的情况下，本发明实施例1的电路组成，图中1a、1b、2a、2a、2b、3、4-9、A、P、N与上文所述(参阅图27)相同。因而，在此设自消弧型半导体元件采用可关断晶体闸流管(GTO)。

但本例中各元件连接关系与上文所述不同，输出端子A设于电抗器5与GTO1b的连接点处。箭号(甲)、(乙)分别表示负载电流I_o的方向。

组成GTO1a的缓冲电路的缓冲二极管3接于GTO1a的阴极端，缓冲电容器4则接正母线p。

组成GTO1b的缓冲电路的回收电容器7插在电力再生电路8的两个输出端子之间，决定回收电容器7充电方向的极性二极管6接于GTO1b的阳极端。改变极性二极管6和回收电容器7的位置不会影响任何电路动作。关于电力再生电路8的具体电路组成例将在下文实施例5中详述。

电力再生电路8取出回收电容器7的过剩电能，回馈至直流电源9，而且以图中带“点”的电极为正极，控制回收电容器7的充电电压大致固定为低于直流电源9的电压E的电压e。此外e为电压E的几分之一。

图2列表说明GTO1a、1b开关状态与输出端子A的电压的关系，图3说明负载电流I_o的路径。下面参阅图2和图3，同时说明图1所示本发明实施例1的动作。

首先说明负载电流I_o方向为(甲)时两种开关状态(参阅图2)的电路动作。

在状态1的初始状态时，负载电流I_o按路径1(参阅图3)流动，输出端子A的电压为0，缓冲电容器4充电至电压(E+e)。考虑在这种状态下先使GTO1b关断，经过一段防短路时间Td后使GTO1a再导通的情况。本例中，即使GTO1b关断，对电路的状态也无影响。

使GTO1a导通，则直流电源9的电压加到电抗器5上，因而一方面由该电抗器抑制GTO1a的电流上升率(di/dt)，一方面负载电流I_o开始沿路径2流动。电流上升率di/dt可由下列(1)式求出，式中L_s为电抗器5的电感。

di/dt＝E/Ls                                     (1)

缓冲电容器4通过路径3放电到电压为0。这时，由路径3将电容器4的电能回收到回收电容器7，因而电抗器5中的电流大于负载电流I_o。

因此，在缓冲电容器4放电后，紧接着在电抗器5中电能存储过剩，但缓冲二极管3导通，所以通过路径4将过剩电能回收到回收电容器7。其结果是电抗器5的电流收敛为负载电流I_o的值。经上述过程后，负载电流沿路径2流动，输出端子A的电压变为E。

在状态2的初始状态时，负载电流I_o沿路径2流动，输出端子A的电压为E，缓冲电容器4的电压为0。考虑在这种状态下使GTO1a先关断，经过一段防短路时间Td后使GTO1b再导通的情况。

使GTO1a关断，则负载电流I_o切断，并旁路到路径5。这时，缓冲电容器4由负载电流I_o充电，可由缓冲电容器4抑制GTO1a电压上升率(dv/dt)。此电压上升率可由下列(2)式求出。式中，C_s为缓冲电容器4的静电电容。

dv/dt＝I_o/C_s                                  (2)

缓冲电容器4充电到电压为(E+e)后，续流二极管2b导通，负载电流I_o沿路径1流动。紧接着电抗器5所存电能过剩，但由路径4将该电能回收到回收电器7，因而电抗器5的电流收敛为0。

此处，即使经过一段防短路时间Td之后，使GTO1b导通，电路状态也无变化。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径1流动，输出端子A的电压为0。

其次，说明负载电流I_o的方向为箭号(乙)时两种开关状态的电路动作。

在状态1的初始状态时，负载电流I_o沿路径6流动，输出端子A的电压为0，缓冲电容器4的电压为(E+e)。考虑在这种状态下使GTO1b关断，经过一段防短路时间Td后再使GTO1a导通的情形。

使GTO1b关断，则负载电流I_o不通，并旁路到路径7。这时，缓冲电容器4通过负载电流I_o放电，因而可由缓冲电容器4抑制GTO1b的电压上升率(dv/dt)。

路径7中，缓冲电容器4和回收电容器7安排成串联，所以GTO1b的电压上升率(dv/dt)可由(3)式求出。式中，C_o为回收电容器7的静电电容。

dv/dt＝I_o/{C_sC_o/(C_s+C_o)}                          (3)

这里，若选择回收电容器7的静电电容C_o，使之满足(4)式的关系，即充分大于电容器7的静电电容C_s，则(3)式的电压上升率等于(2)式的电压上升率。

C_o＞＞C_s                                        (4)

缓冲电容器4放电到电压为0，其所存电能回收到回收电容器7。使续流二极管导通的负载电流I_o也开始沿路径8流动。此处，经过一段防短路时间Td后使GTO1a导通，电路状态无变化。

经过上述过程后，负载电流I_o沿路径8流动，输出端子A的电压为E。路径7中无电抗器等，也即无对GTO1b正向施加峰值电压的组成元件，所以GTO1b电流截止时加的电压由0上升，该电压上升率dv/dt可象上述(3)式那样进行抑制。

在状态2的初始状态时，负载电流I_o沿路径8流动，输出端子A的电压为E，缓冲电容器4的电压为0。考虑在这种状态下先使GTO1a关断，经过一段防短路时间Td后，再使GTO1b导通的情况。此外，GTO1a关断，电路状态无变化。

使GTO1b导通，则直流电源9的电压E加到电抗器5上，一面由电抗器5抑制GTO1b的电流上升率di/dt，一面使负载电流I_o沿路径6流动。这里的电流上升率可由上述(1)式求出。

缓冲电容器4经路径9充电到电压为(E+e)，所以，电抗器5的电流方向与初始状态的电流方向相反。因此，在缓冲电容器4充电之后，紧接着电抗器5所存电能过剩，但极性二极管6导通，所以经路径4将该电能回收到回收电容器7。因此，电抗器5的电流收敛为0。经过上述过程后，负载电流沿路径6流动，输出端子A的电压为0。

如上所述，根据图1所示由逆变器装置组成的本发明实施例1，GTO1a、1b开关动作中的电压上升率(dv/dt)和电流上升率(di/dt)可抑制，而且缓冲电容器4和电抗器5所存电能可全回收到回收电容器7。

在图27所示已有逆变器装置中，将电抗器5所存电能回收到回收电容器7的路径，以及缓冲电容器4的放电路径中，都包含直流电源9，所以难以使回收电容器7的充电电压降低。然后，本发明的实施例1中，放电路径构成不含直流电源9，因而能降低图1中回收电容器7的充电电压。

在图28所示已有逆变器装置中，2个缓冲电容器4a、4b和回收电容器7串联，回收电容器上加有两种极性的电压，所以也难以使回收电容器7的充电电压降低。在本发明的实施例1中，则做成可借助极性二极管6避免回收电容器7上施加两种极性的电压，因而该电容器充电电压可降低。

也就是说，以上电路动作的详细说明显然表明，选择回收电容器7的静电电容大于缓冲电容器4的静电电容，又做成从电抗器5与GTO1b的连接点引出输出端子A，因而用极性二极管6、回收电容器7和缓冲电容器4组成的串联电路可充分完成GTO1b的缓冲电路的功能。

电力再生电路本身虽然不是本发明的主要特征，但后文所述实施例5中将说明用其具体电路可实现本发明实施例1的情况。

实施例2

如图1所述，上述实施例1中GTO1a对应的缓冲电路3与4串接，但GTO1b对应的缓冲电路也可串接。

图4画出以逆变器装置为例时，本发明实施例2的电路组成，图中1a、1b、2a、2b、3-9、A、P和N均与上文所述相同。这时，GTO1b对应的缓冲电路3与4串接，电路动作与图1的情况下完全对称，所以说明省略。

实施例3

上述实施例1示出了电力变换装置为逆变器装置的情况，但图29那样的三电平逆变器装置，本发明当然也能用。

图5画出以三电平逆变器为例时，本发明实施例3的电路组成，图中1a-1d、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b、14a、14b、A、C、P、N均与上文所述相同(参阅图29)。

这种情况下，通常可用平滑滤波器替换的直流电源9a、9b的电压分别为E/2。

图6列表说明GTO1a、1b、1c、1d的开关状态1-4与输出端子X的电压的关系，图7列表说明负载电流I_o的路径1-17。

与上文所述相同，电力再生电路8a、8b也取出回收电容器7a、7b的过剩电能，回馈到直流电原9a、9b，而且具有将回收电容器7a、7b的电压控制为直流电源电压E(＝E/2)的几分之一的固定电压e的功能。但回收电容器7a、7b将带“点”的电极作为正极进行充电。

下面参照图6和图7，说明图5所示本发明实施例3的动作。

首先，说明负载电流I_o的方向为箭号(甲)时4种开关状态下的电路动作。

在状态1的初始状态时，负载电流I_o按路径1流动，输出端子X的电压为0，缓冲电容器4a充电至电压为(E+e)，缓冲电容器4b的电压为0。考虑在这种状态下先使GTO1b关断，经过一段防短路时间后再使GTO1c导通的情况。此处，使GTO1b关断，电路状态无变化。

使GTO1c导通，则直流电源9b的电压E加到阳极电抗器5b上，因而一面由阳极电抗器5b抑制GTO1b的电流上升率di/dt，一面负载电流I_o沿路径2开始流动。这时的电流上升率可由下列(5)式求出，式中L_s为阳极电抗器5a和5b的电感。

di/dt＝E/L_s                                      (5)

然后，GTO1b中的电流大于负载电流I_o，但其过剩电流沿路径3流动，因而缓冲电容器4b充电到电压(E+e)。在缓冲电容器4b充电之后，紧接着阳极电抗器5b所存电能过剩，但通过路径4将过剩电能回收到回收电容器7b。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径2流动，输出端子X的电压为E/2。

在状态2的初始状态时，负载电流I_o按路径2流动，输出端子X的电压为E/2，缓冲电容器4a、4b充电到电压为(E+e)。考虑在这种状态下使GTO1d关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1a导通的情况。此处，使GTO1d关断，电路状态无变化。

使GTO1a导通，则直流电源9a的电压E加到阳极电抗器5a上，因而一面由该电抗器5a抑制GTO1a的电流上升率di/dt，一面负载电流I_o沿路径5开始流动。这时的电流上升率di/dt可由上述(5)式求出。

这时，箝位二极管14上加反向电压，处于关断状态，而且缓冲电容器4a经路径6放电到电压为0。通过路径6，将缓冲电容器4的电能回收到回收电容器7a。在缓冲电容器4放电之后，紧接阳极电抗器5a所存电能过剩，但通过路径7将过剩电能回收到回收电容器7a。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径5流动，输出端子X的电压为E。

在状态3的初始状态时，负载电流I_o沿路径5流动，输出端子X的电压为E，缓冲电容器4a的电压为0，缓冲电容器4b充电到电压为(E+e)。考虑在这种状态下先使GTO1a关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1d导通的情形。

使GTO1a关断，则负载电流I_o不通，并旁路到路径8。这时，缓冲电容器4a由负载电流I_o充电，因而由该电容器抑制GTO1a的电压上升率。这时的电压上升率dv/dt可由下列(b)式求出。式中，C_s为缓冲电容器4a、4b的静电电容。

dv/dt＝I_o/C_s                                    (6)

缓冲电容器4a充电到电压为(E+e)，箝位二极管14a导通，所以负载电流I_o开始沿路径2流动。该电容器刚充电，紧接着阳极电抗器5a所存电能过剩，但路径7将过剩电能回收到回收电容器7a。此外，经一段防短路时间Td后GTO1d导通，电路状态无变化。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径2流动，输出端子X的电压为E/2。

在状态4的初始状态时，负载电流I_o按路径2流动，输出端子X的电压为E/2，缓冲电容器4a、4b的电压为(E+e)。考虑在这种状态下先使GTO1c关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1b导通的情况。

使GTO1c关断，则负载电流I_o不通，并由路径9提供该电流I_o。这里，缓冲电容器4b用负载电流I_o放电，因而可抑制GTO1c的电压上升率。路径9上串接有缓冲电容器4b和回收电容器7b，所以上述电压上升率dv/dt可由下列(7)式求出。式中，C_o为回收电容器7a、7b的静电电容。

dv/dt＝I_o/{C₅C_o/(C_s+C_o)}                             (7)

这里，若选择回收电容器7a、7b的C_o，使之满足(8)式的关系，即充分大于缓冲电容器4a、4b的C_s，则等效地使(7)式的电压上升率与(6)式的电压上升率同值。

C_o＞＞C_s                                          (8)

缓冲电容器4b放电到0，该电容器所存电能回收到回收电容器7b。又因续流二极管2d导通，所以负载电流开始沿路径1流动。此处，经一段防短路时间Td后使GTO1b导通，电路状态无变化。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径1流动，输出端子X的电压为0。

其次，关于负载电流I_o的方向为箭号(2)时4种开关状态(图6)的电路动作，因为与上述负载电流I_o的方向为箭头(甲)时的电路动作完全对称，所以说明省略。

如上所述，图5所示逆变器装置可抑制GTO1a、1b、1c、1d开关动作中的电压上升率dv/dt和电流上升率di/dt，而且缓冲电容器4a、4b和阳极电抗器5a、5b所存电能可全部回收到回收电容器7a、7b。

电力再生电路8a、8b本身虽然不是本发明的主要部分，但将在后文所述实施例5中说明用其具体电路可实现本实施例的情况。

实施例4

图8画出以三电平逆变器装置为例时，本发明实施例4的电路组成，图中以同一符号表示的部分和上文所述(参阅图5)相同。

在图8中，仅就与图5(实施例3)的不同点作说明，3c、4c为与箝位二极管14a并联的缓冲电容器和缓冲二极管，它们组成对应于箝位二极管14a的缓冲电路。

在缓冲电容器4c与缓冲二极管3c的接点和缓冲电容器4a与缓冲二极管3a的接点之间，连接由极性二极管6a和回收电容器7a组成的串联电路。

箝位二极管14b也具有同样的电路组成，3d、4d为与箝位二极管14b并联的缓冲电容器和缓冲二极管，它们组成对应于箝位二极管14b的缓冲电路。

其他电路组成如图5所示。

下面在参阅图6和图7的同时，说明图8所示本发明实施例4中负载电流I_o的方向为箭号(甲)时4种开关动作状态下的电路动作。

在状态1的初始状态下，负载电流I_o按路径1流动，输出端子X的电压为0，缓冲电容器4a、4d充电到电压为(E+e)，缓冲电容器4b、4c的电压为0。考虑在这种状态下先使GTO1b关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1c导通的情况。此外，使GTO1b关断，电路状态无变化。

使GTO1c导通，则直流电源9b的电压E(＝E/2)加到阳极电抗器5b上，因而一边由该电抗器抑制GTO1c的电流上升率di/dt，一边负载电流I_o沿路径2开始流动。这时的电流上升率di/dt可由下列(9)式求出。式中，L_s为阳极电抗器5a、5b的电感。

di/dt＝E/L_s                                        (9)

然后，GTO1b中的电流大于负载电流I_o，但过剩电流沿路径3流动，从而缓冲电容器4b充电到电压为(E+e)。缓冲电容器4d经路径10放电到电压为0，通过该路径将缓冲电容器4d的电能回收到回收电容器7b。

这时，缓冲电容器4d刚放电，紧接着阳极电抗器5b所存电能过剩，但路径11将过剩电能回收到回收电容器7b。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径2流动，输出端子X的电压为E/2。

在状态2的初始状态时，负载电流I_o按路径2流动，输出端子X的电压为E/2，缓冲电容器4a、4b充电到电压为(E+e)，缓冲电容器4c、4d的电压为0。考虑在这种状态下使GTO1d关断，经一段防短路时间后再使GTO1a导通的情况。本例中，使GTO1d关断，电路状态无变化。

使GTO1a导通，则直流电源9a的电压E加到阳极电抗器5a上，因而一面由该电抗器抑制GTO1a的电流上升率di/dt，一面负载电流I_o开始沿路径5流动。这时的电流上升率di/dt可由上述(9)式求出。

此后，GTO1c中的电流大于负载电流I_o，但其过剩电流沿路径12流动，因而缓冲电容器4c充电到电压为(E+e)后，箝位二极管14a变成关断状态。缓冲电容器4a仅沿路径13放电到电压为0。

通过此路径13，上述电容器4a的电能回收到回收电容器7a。这时，电容器4a刚放电，紧接着存到阳极电抗器5a的电能过剩，但路径14将过剩电能回收到回收电容器7a。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径5流动，输出端子X的电压为E。

在状态3的初始状态时，负载电流I_o沿路径5流动，输出端子X的电压为E，缓冲电容器4a、4d的电压为0，缓冲电容器4b、4c充电到电压为(E+e)。考虑在这种状态下使GTO1a关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1d导通的情况。

使GTO1a关断，则负载电流I_o不通，并旁路到路径8。缓冲电容器4c沿路径15放电。即相当于负载电流I_o通过路径8和路径15提供，因而可抑制GTO1a的电压上升率dv/dt。

路径15中又串接有缓冲电容器4c和回收电容器7a。因此，GTO1a的电压上升率dv/dt可由下列(10)式求出。式中，C_s和C_o分别为缓冲电容器4a、4b、4c、4d和回收电容器7a、7b的静电电容。

dv/dt＝I_o{C_s+C_oC_s/(C_s+C_o)}                   (10)

这里，若选定回收电容器7a、7b的C_o，使之满足下列(11)式的关系，则等效地使(10)式的电压上升率与下列(12)式的电压上升率数值大致相同。

C_o＞＞C_s                                           (11)

dv/dt＝I_o/2C_s                                      (12)

然后，缓冲电容器4a充电到电压为(E+e)，缓冲电容器4c经路径15放电到电压为0，从而电容器4c的电能回收到回收电容器7a。这又导致箝位二极管14a导通，使负载电流I_o沿路径2开始流动。

这里，缓冲电容器4c刚放电，紧接着存到阳极电抗器5a的电能过剩，但路径14将过剩电能回收到回收电容器7a。本例中，经一段防短路时间Td后使GTO1d导通，电路状态无变化。经过上述过程后，负载电流I_o沿路经2流动，输出端子X的电压为E/2。

在状态4的初始状态时，负载电流I_o沿路径2流动，输出端子X的电压为E/2，缓冲电容器4a、4b的电压为(E+e)，缓冲电容器4c、4d的电压为0。考虑在这种状态下使GTO1c关断，经一段防短路时间后再使GTO1b导通的情形。

使GTO1c关断，则负载电流I_o不通，并旁路到路径1b，缓冲电容器4b也经路径17放电。即相当于通过路径16和路径17提供负载电流I_o，因而可抑制GTO1c的电压上升率dv/dt。

路径17中串接有缓冲电容器4b和回收电容器7b，GTO1c的电压上升率dv/dt可由上述(10)式求出。若回收电容器7a、7b的静电电容C_o满足上述(11)式，则GTO1c的电压上升率dv/dt为上述(12)式。

然后，缓冲电容器4d充电到电压为(E+e)，缓冲电容器4b经路径17放电到电压为0，因而电容器4b的电能回收到回收电容器7b。这又导致续流二极管2b导通，使负载电流I_o开始沿路径1流动。本例中，经一段防短路时间后使GTO1b导通，电流状态无变化。

经过上述过程后，负载电流I_o沿路径1流动，输出端子X的电压为0。

负载电流I_o的方向为箭号(乙)时4种开关状态(参阅图6)的电路动作，因为与上文所述I_o方向为箭头(甲)时完全对称，所以说明省略。

如上所述，图8所示三电平逆变器装置可抑制GTO1a、1b、1c、1d开关动作中的电压上升率dv/dt和电流上升率dv/dt，而且可将缓冲电容器4a、4b、4c、4d和电抗器5a、5b所存电能完全回收到回收电容器7a、7b。

至于电力再生电路8a、8b，其电路本身虽非本发明的主要部分，但将在下文的实施例5中说明用其具体电路可实现本发明电路的情况。

实施例5

图9画出上述实施例1-4中电力再生电路8a、8b具体例的电路组成，图中6、7和9与上文所述相同。这里画出用于图4电力再生电路8的情况，但其他实施例的电力再生电路当然也可用。

图9中，20a、20b、20c和20d为并接在回收电容器7上且比较耐压的2对相似自消弧型半导体元件(以下简称为开关)，开关20a-20d上又分别并接二极管。

21为初级端连接上逑各对开关的接点的变量器，其初级与次级线圈匝数的比设定为(13)式。

初级∶次级＝1∶N_K                             (13)

22a、22b、22c和22d为2对二极管，接在直流电源9的两端，其各对的接点又连接变量器21的次级。

若将回收电容器7控制为低电压，则线圈匝数比N_K最好设定成(14)式。

N_K＝E/e                                        (14)

开关20a-20d组成电桥，2对开关中，每对的一个开关与另一对的一个开关组成开关组合20a、20d和20c、20b，此二组合交替进行开关动作，各组合内的2个开关则同时进行开关。

首先，使开关20a、20d导通，则回收电容器7的电压以该电容器带“点”的一端为正端，加到变量器21的初级，并在该变量器次级以带“点”的一端为正端，感应出上述电压的N_K倍的电压。

若变量器21次级感应电压大于直流电源9的电压E，则组成电桥的二极管22a-22d中，二极管22a和22d导通，回收电容器7放电，并流经变量器21的初级，此放电电流的1/N也出现在变量器的次级。因此，回收电容器7的电能可回馈到直流电源9。

若使开关20a、20d关断，则回收电容器7放电停止，变量器21所存电能通过与开关20a、20d分别反向并联的二极管再回收到回收电容器7。

其次，使开关20b、20c导通，则利用上述工作原理，将回收电容器7的过剩电能回馈到直流电源9。

通过提高上述开关动作的频率，可将回收电容器7的电压控制为大致固定的电压e。变量器21也可小型化。这些都因回收电容器7电压低才能实现。

图9的电力再生电路8的优点是变量器21施加两种极性的电压，可防止变量器21磁场偏移。又利用极性二极管6，使回收电容器7充电电流单向流动，也可防止反向电流造成变量器21磁场偏移等。

通过以上说明，显然用电力再生电路8、8a、8b的具体电路，上文所述实施例1-实施例4全部能实现。

实施例6

图10画出以三电平逆变器装置为例时，本发明实施例6的电路组成，图中相同符号与图8(实施例4)所示的部分相同。

在图10中，仅说明与图8不同处，18a、18b为放电电阻，且插入在缓冲二极管3a、3b与缓冲电容器4a、4b的各接点和缓冲二极管3c、3d和缓冲电容器4c、4d的各接点之间。

放电电阻18a对应于图8中极性二极管6a、回收电容器7a和电力再生电路8a，放电电阻18b对应于图8中极性二极管6b、回收电容器7b和电力再生电路8b。其工作原理与实施例4的相同，说明省略。

图10的组成与图8(实施例4)的相比，三电平逆变器装置的组成元件非常少。这种电路组成在缓冲电容器4a-4d和阳极电抗器5a、5b所存电能比较少时有效。

实施例7

图11、图12画出以逆变器装置和三电平逆变器装置为例时，本发明实施例7的电路组成，图中相同符号与上文所述相同。各图中，23、24为包含GTO、缓冲电路和电抗器的开关电路，对这些部分的具体组成，这里没专门选择实施例。

25a、25b、25c为连接电源9、9a、9b与开关电路23、24的布线中所形成的布线电感，26、26a、26b为二极管，27、27a、27b为与上述各二极管分别串接的电容器。

二极管26和电容器27组成的串联电路插在正母线P和负母线N之间，二极管26a和电容器27a组成的串联电路插在正母线P和中间电位点之间，二极管26b和电容器27b组成的串联电路插在中间电位点C和负母线N之间。

二极管26的两端之间并接放电电阻18，二极管26a和26b的两端之间也分别并接放电电阻18a和18b。

二级管26、26a、26b、电容器27、27a、27b和放电电阻18、18a、18b分别组成各相的电压箝位电路。

通常在组成大容量逆变器装置或三电平逆变器装置时，电流电源9、9a、9b与组成逆变器装置或三电平逆变器装置各相的半桥电路之间的布线电感25a、25b、25c，其值往往不能忽略。

这种情况下，布线电感25a、25b、25c积存的电能使开关电路23、24中的缓冲电容器过充电，从而可成为使自消弧型半导体元件(如GTO)过电压的原因。

本例中，如图11、图12那样，将二极管26、26a、26b、电容器27、27a、27b和放电电阻18、18a、18b组成的电压箝位电路分别与各相连接，因而将布线电感25a、25b、25c的电能吸收到电容器27、27a、27b中。

这里，电容器27、27a、27b的静电电容最好选为缓冲电容器电容的几倍。这样，GTO上不会有过电压，而且放电电阻18、18a、18b可共用。

实施例8

图13、图14画出以逆变器装置和三电平逆变器装置为例时，本发明实施例8的电路组成，图中相同符号与上文所述相同。

图13、图14中与图11、图12(实施例7)的不同点是将图11、图12中的放电电阻18、18a、18b换成由电抗器10、10a、10b、二极管11、11a、11b和自消弧型半导体元件12、12a、12b组成的斩波电路(电力再生电路8、8a、8b)。

这时，二极管26相当于极性二极管，电容器27相当于回收电容器。

图13、图14所示实施例8中，吸收布线电感25a、25b、25c的电能的电容器27、27a、27b，其电压比直流电源9、9a、9b的电压高若干。

电容器27、27a、27b的电能利用自消弧型半导体元件12、12a、12b的导通分别转移到电抗器10、10a、10b。然后，利用上述各半导体元件的关断，上述各电抗器的电能分别通过二极管11、11a、11b回馈到电源9、9a、9b。

因此，逆变器装置或三电平逆变器装置可实现高效率化，当然也能抑制组成这些装置的自消弧型半导体元件(如GTO)的过电压，而且斩波电路8、8a、8b可各相共用。

实施例9

上述实施例8中，做成由电力再生电路8、8a、8b将从回收电容器27、27a、27b取出的电能回馈到逆变器装置或三电平逆变器装置的直流电源9、9a、9b，但例如也可固定接到自消弧型半导体元件12、12a、12b的门极驱动电路(未画出)中的直流电源。

实施例10

上述各实施例中，还可对自消弧型半导体元件(如GTO)所接输出端A、X进一步增添连接由电阻、电容组成的缓冲电路。这种情况下，所增添缓冲电路的电容器可以静电电容不大。这种电路组成在需要强化对象自消弧型半导体元件的电压上升率抑制效果时有效。

实施例11

上述各实施例中，将电抗器5或阳极电抗器5a作为电路组成元件设置，但作为电路组成元件，不必一定要用这种电抗器，例如利用布线电感25a、25b、25c(参阅图11-图14)，也可保持该功能。

实施例12

上述各实施例以逆变器装置或三电平逆变器装置为例进行说明，但用于变流器等场合，当然也同样工作，取得各种功能和效果。

实施例13

上述实施例3(图5)和实施例4(图8)中，将三电平逆变器装置的回收电容器7a、7b分别接在电力再生电路8a、8b的两个输入端子上，但也可将电容器7a、7b两端分别接正负母线P和N。

下面按图说明回收电容器7a、7b接正负母线P和N情况下的本发明实施例13。

图15为表示本发明实施例13的电路组成图，图中以相同符号表示的部分与上文所述的相同。因此，自消弧型半导体元件采用GTO1a-GTO1d，而且GTO1a、GTO1c和GTO1b、GTO1d分别作为正、负臂连接在有中间电位点C的直流电源9a、9b的正负母线P和N之间。

GTO1a-GTO1d上分别并联续流二极管2a-2d，在GTO1a与GTO1c的串联接点和中间电位点之间连接箝位二极管14a，在GTO1d与GTO1b的串联接点和中间电位点C之间连接箝位二极管14b，在正臂与负臂的连接点上设输出端子X。

对通过阳极电抗5a连接正母线P的GTO1a并联由缓冲电容器4a和缓冲二极管3a串联而成的缓冲电路，对通过阳极电抗器5b连接负母线N的GTO1b并联由缓冲电容器4b和缓冲二极管3b串联而成的缓冲电路。

同样，也对箝位二极管14a、14b并联缓冲电路4c、3c和4d、3d。在缓冲二极管3c、3d的两端还分别并联放电电阻18a、18b。

这种情况下，回收电容器7a、7b连接正负母线P和N，通过二极管6a、6b回收缓冲电容器4a、4b和阳极电抗器5a、5b所存电能。

由开关12a、12b、二极管11a、11b和电抗器10a、10b组成的电力再生电路8a、8b从回收电容器7a、7b取出电能，回馈到直流电源9a。

这种情况下，直流电源9a、9b的电压均为E，回收电容器7a、7b以带“点”的一端为正端进行充电到电压为e，而输出端子X连接图中未画出的感性负载，使负载电流I_o的矢量在各GTO1a-GTO1d开关动作中不变。

下面参照表示各GTO1a-GTO1d动作的定时图(图16)和列出图15电路中电流路径的说明表(图17)，说明图15所示本发明实施例13的动作。首先，说明GTO1a关断，使输出端子X的电压从2E变为E时的电路动作。

现在设正臂GTO1a、1c导通，负臂的GTO1d、1b关断，负载电流I_o通过路径41(见图17)，输出端子X出发，按图中箭号(甲)的方向流动。这时，缓冲电容器4a、4d的电压均为0，缓冲电容器4c、4b充电到电压为直流电源9a、9b的电压E与回收电容器7a、7b的电压e之和。考虑在这种状态下使GTO1a关断，负载电流I_o不通，经一段防短路时间Td后再使GTO1d导通的情况。

使GTO1a关断，则受阻的负载电流I_o旁路到路径42，缓冲电容器4a充电到电压为直流电源9a的电压E与回收电容7a的电压e之和。这时，缓冲电容器4a抑制GTO1a的电压上升率。

随后，阳极电抗器5a所存电能过剩，但通过路径43将过剩电能全回收到回收电容器7a。和已有装置(参阅图31)的不同点是路径43不包含直流电源9a。因此，回收电容器7a的充电电压可减小。

从GTO1a关断开始，经过一段防短路时间Td后，使GTO1d导通，则缓冲电容器4c通过路径44放电到电压为0。这里，缓冲电容器4c放电电流引起的GTO1d的电流上升率di/dt可由放电电阻18a抑制，但电容器4c所存电能消耗在电阻18a上。

缓冲电容器4a的充电电压大于电压E，则箝位二极管14a导通。经过上述过程后，负载电流I_o沿路径45流动，因而GTO1a关断，结束使输出端子X的电压从2E变为E情况下的电路动作。

其次，说明GTO1C关断，使输出端子X的电压从E变为0情况下的电路动作。

现设正臂的GTO1a关断，GTO1c导通，负臂的GTO1d导通，GTO1b关断，负载电流I_o通过路径45，按图示箭号(甲)的方向流到输出端子X。

这时，缓冲电容器4c、4d的电压都为0，缓冲电容器4a、4b充电到电压为直流电源9a、9b的电压E与回收电容器7a、7b的电压e之和。考虑在这种状态下先使GTO1c关断，负载电流I_o不通，经一段防短路时间Td后再使GTO1b导通的情形。

使GTO1c关断，则受阻的负载电流I_o旁路到路径46，缓冲电容器4d充电到电压为直流电源9b的电压E与回收电容器7b的电压e之和。这时缓冲电容器4d抑制GTO1c的电压上升率dv/dt。

从GTO1c关断开始，经一段防短路时间Td后，使GTO1b导通，则缓冲电容器4b通过路径47放电到电压为0，并通过该路径将其所存电能回收到回收电容器7b。

随后，阳极电抗器5b所存电能过剩，但通过路径48将过剩电能全回收到回收电容器7b。与已有装置(图31)的不同点是路径47、48中不包含直流电源9b。因此，回收电容器7b的充电电压可减小。

缓冲电容器4c的充电电压为E，则续流二极管2d、2b导通，经过上述过程后，负载电流I_o沿路径49流动，因而GTO1c关断，使输出端子X的电压从E变为0情况下的电路动作结束。

再说明GTO1b关断，使输出端子X的电压从0变到E的情况下的电路动作。

现设正臂的GTO1a、1c关断，负臂的GTO1d、1b导通，负载电流I_o通过路径49，从输出端子X出发的按图中所示箭头(甲)的方向流动。

这时，缓冲电容器4c、4b的电压均为0，缓冲电容器4a、4d充电到电压为直流电源9a、9b的电压E与回收电容器7a、7b的电压e之和。考虑在这种状态在使GTO1b关断，经一段防短路时后再使GTO1c导通的情况。

本例中，即使GTO1b关断，负载电流I_o也通过路径49，从输出端子X出发，按图中箭号(甲)的方向流动，所以电路状态无变化。

使GTO1c导通，则阳极电抗器5b上施加分开的直流电源9b的电压E，一面由该电抗器5b抑制GTO1c的电流上升率di/dt，一面沿路径45开始提供负载电流I_o。

缓冲电容器4d通过路径50放电到电压为0，然后，GTO1c中的电流大于负载电流I_o，但过剩的电流成为路径51中的缓冲电容器4b的充电电流，将该电容器充电到电压为直流电源9b的电压与回收电容器7b的电压e之和。

随后，阳极电抗器5b所存电能过剩，但通过路径48将过剩电能全回收到回收电容器7b。与已有装置(图31)的不同点是路径48中没有直流电源9b。因此，回收电容器7b的充电电压可减小。

经过上述过程后，负载电流I_o沿路径45流动，因而GTO1c关断，输出端子X的电压从0变为E情况下的电路动作结束。

下面说明GTO1d关断，使输出端子X的电压从E变为2E情况下的电路动作。

现设正臂的GTO1a和负臂的GTO1b关断，正臂的GTO1c和负臂的GTO1d导通，负载电流I_o通过路径45，从输出端子X出发，按图示箭号(甲)的方向流动。

这时，缓冲电容器4c、4d的电压均为0，缓冲电容器4a、4b充电到电压分别为直流电源9a、9b的电压E和回收电容器7a、7b的电压e之和。考虑在这种状态下，先使GTO1d关断，经一段防短路时间后再使GTO1a导通的情况。

本例中，即使GTO1d关断，负载电流I_o也通过路径45，从输出端X出发，按图示箭号(甲)的方向流动，可以电路状态无变化。

使GTO1a导通，则阳极电抗器5a加上分开的直流电源9a的电压E，一面由该电抗器抑制GTO1a的电流上升率di/dt，一面通过路径41开始供给负载电流I_o。

然后，GTO1a中的电流变成大于负载电流I_o，其过剩部分成为路径52中的缓冲电容器4c的充电电流，将电容器充电到电压为直流电源9a的电压E与回收电容器7a的电压e之和。

缓冲电容器4a通过路径53放电到电压为0，将其所存电能通过该路径回收到回收电容器7a。

随后，阳极电抗器5a所存电能过剩，但通过路径43将过剩电能全回收到回收电容器7a。与已有装置(图31)的不同点是路径43、53中没有直流电源9a。因此，回收电容器7a的充电电压可减小。

经过上述过程后，负载电流I_o沿路径41流动，因而GTO1d关断，使输出端子X的电压从E变为2E情况下的电路动作结束。

至于负载电流I_o按图中箭号(乙)流动时各GTO1a-GTO1d的开关动作，因为与负载电流I_o沿图中箭号(甲)方向流动时的开关动作完全对称，说明省略。

下面说明电力再生电路8a、8b的工作。该电路本身虽非本发明的主要部分，但表明利用适当的公知具体电路可实现本发明的实施例13。首先说明连接回收电容器7a的电力再生电路8a。

由开关12a、二极管11a和电抗器10a组成的电力再生电路8a，其功能可满足从将图中带“点”端定为充电极性正端的回收电容器7a取出电能，回馈到分隔开的直流电源9a，并将电容器7a的充电电压控制为固定值e。

先使开关12a导通，并通过路径54将回收电容器7a所存电能放电到电抗器10a。

再使开关12a关断，切断放电电流，则利用电抗器10a所存电能，电流在路径55中流动，并回馈到直流电源9a。这时，开关12a的通断时间或开关周期可由回收电容器7a的电压控制，使该电容器充电电压保持固定值。

电力再生电路8b和回收电容器7b与上文所述相同，说明省略。除图15所示电路外，显然采用公知的DC/DC电力变换装置也能取得同样的效果。

电力再生电路8a、8b用相同结构，利用以零电流或零电压控制开关12a通断的“谐振运转”，显然也能取得同样的效果。

实施例14

上述实施例13中，回收电容器7a、7b各有一端分别连接正负母线P和N，但也可以象已有装置(图31)那样，回收电容器7a、7b的一端相互连接。

图18画出回收电容器7a、7b一端相互连接情况下的本发明实施例14的电路组成，图中用相同符号表示的组成部分与上文所述相同。

然而，这种情况下，回收电容器7a、7b设在与已有装置(图31)相同的位置上，该电容器的充电电压大于直流电源9a、9b的电压E。因此，实用上若考虑装置小型化，则实施例13(图15)的三电平逆变器装置较有利。

实施例15

上述实施例14设置电力再生电路8a、8b，但也可省略该电路，并代之以另外的放电电阻。

图19画出省略电力再生电路8a、8b时的本发明实施例15的电路组成，图中以相同符号表示的部分与上文所述相同。

图19中与上述实施例13(图15)的不同点是在缓冲电容器4a、4b的放电电路中插入放电电阻18a、18b，而且图15中的回收电容器7a、7b和电力再生电路8a、8b换成连接正负母线P和N的放电电阻18c、18d。

下面参照图17的电流路径说明表说明图19所示本发明实施例15的电路动作。此处假设负载电流I_o沿图19中箭号(甲)的方向流动。

为了使输出端子X的电压从2E变为E，先使GTO1a关断，则受阻的负载电流I_o旁路到路径42，将缓冲电容器4a充电到电压为直流电源9a的电压E。随后，电抗器5a所存电能过剩。这里，图15中，回收电容器7a所回收的电能通过路径56由放电电阻18c消耗。

为了使输出端子X的电压从E变为0，先使GTO1c关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1b导通，则缓冲电容器4b通过路径57放电到电压为0。这时，图15中回收电容器7b所回收的电能由放电电阻18d消耗。虽然部分电能转移到阳极电抗器5b，但这部分电能通过路径58，也由放电电阻18d消耗。

再说明为了使输出端子X的电压从0变到E，先使GTO1c关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1c导通的情况。

由于GTO1c导通，GTO1c中的电流大于负载电流I_o，此过剩电流沿路径51流动，使阳极电抗器5b所存电能过剩。这里，图15中回收到回收电容器7b的过剩电能，经路径59完全由电阻18d消耗。

再说明为了使输出端子X的电压从2E变为E，先使GTO1c关断，经一段防短路时间Td后再使GTO1a导通的情况。由于GTO1a导通，GTO1a中的电流大于负载电流I_o，此过剩电流沿路径52使阳极电抗器5a所存电能过剩。这里，图15中回收电容器7a所回收的电能，经路径5b完全由放电电阻18c消耗。

至于负载电流I_o沿图19中箭号(乙)的方向流动的情况，因与负载电流I_o沿箭号(甲)的方向流动时各GTO1a-GTO1d的开关动作完全对称，说明省略。

实施例16

上述实施例15(图19)中，没有用回收电容器，但也可象已有装置(图31)那样，设置回收电容器7a、7b。

图20画出设置回收电容器7a、7b时的本发明实施例16的电路组成，图中以相同符号表示的部分与上文所述相同。

这里，回收电容器7a、7b设置在和已有装置(图31)相同的位置，而且插入与正负母线P和N连接的放电电阻18c、18d来代替电力再生电路8a、8b。

然而，根据图20的组成，回收电容器7a、7b的充电电压大于直流电源9a、9b的电压E，而且组成元件增多，若考虑实用上装置小型化，则图19的三电平逆变器装置较好。

实施例17

上述实施例13-实施例16中，放电电阻18a、18b分别并接在缓冲二极管3c、3d的两端，但也可以在缓冲二极管3c和3d的串联电路上并联放电电阻。

图21画出在缓冲二极管3c与3d的串联电路上并联放电电阻18时的本发明实施例17的部分电路组成，图中以相同符号表示的部分和上文所述相同。

这时，分别在箝位二极管14a、14b上并联缓冲电路，其缓冲电容器4c、4d与缓冲二极管3c、3d的相应连接点之间只接一只放电电阻18。

上述实施例13-实施例16(图15、图18-图20)中，虽然放电电阻18a、18b分开接，但如图21那样连接一只放电电阻18，其电路动作也与上文所述完全相同。因此，实用上若相对于一只放电电阻18功耗处理责任的减轻而言，更重视组成元件的减少(小型化)，则图21所示电路组成较有利。

实施例18

上述实施例13中，设置两个用来分别再生回收电容器7a、7b所存电能的电力再生电路，但也可以增添别的回收电容器及其相关电力再生电路。

图22画出增添电力再生电路时的本发明实施例18的电路组成，图中以相同符号表示的部分与上文所述相同。

对图22仅说明与图15的不同点，6c、6d为分别连接箝位二极管14a、14b所接缓冲电路4c、3c和4d、3d各接点的极性二极管，30a、30b为连接极性二极管6c、6d的辅助电抗器，7c、7d为插在辅助电抗器30a、30b与中间电位点c之间的回收电容器，8c、8d为接在辅助电抗器30a、30b与各回收电容器7c、7d的接点之间的电力再生电路。

也即，缓冲二极管3c与缓冲电容器3c的连接点，通过极性二极管6c、辅助电抗器30a和回收电容器7c连接中间电位点C。缓冲二极管3d与缓冲电容器4d的连接点，通过二极管6d、辅助电抗器30b和回收电容器7d连接中间电位点C。

接于回收电容器7c的电力再生电路8c由开关12c、二极管11c和电抗器10c组成，接于回收电容器7d的电力再生电路8d由开关12d、二极管11d和电抗器10d组成。

下面参照图17的电流路径说明表说明图22所示本发明实施例18的电路动作。

这种情况下，缓冲电容器4c、4d所存电能分别回收到回收电容器7c、7d。这点和上文所述(图15)不同，仅就此作说明。

在利用GTO1c导通，将缓冲电容器4d所存电能回收到回收电容器7d时，由于缓冲电容器4d充电到电压为直流电源9b的电压E与回收电容器7d充电电压e之和，所以使GTO1c导通。

于是，缓冲电容器4d的放电通路为经过回收电容器7d的路径59，因而该电容器4d的一部分电能回收到电容器7d。这时，由辅助电抗器30b控制GTO1c、GTO1d的电流上升率di/dt。

然后，即使缓冲电容器4d放电到电压为0，辅助电抗器30b也存储电能，但该存储电能通过路径60回收到回收电容器7d。因此，缓冲电容器4d所存电能全部回收到回收电容器7d。

在利用GTO1d导通，将缓冲电容器4c所存电能回收到回收电容器7c时，由于缓冲电容器4c充电到电压直流电源9a的电压E与回收电容器7c充电电压e之和，所以使GTO1d导通。

于是，缓冲电容器4c的放电通路为经过回收电容器7c的路径61，因而该电容器4c的一部分电能回收到电容器7c。这时，由辅助电抗器30a控制GTO1c、GTO1d的电流上升率di/dt。

然后，即使缓冲电容器4c放电到电压为0，辅助电抗器30a也存储电能，但该存储电能通过路径62全部回收到回收电容器7c。

与回收电容器7c、7d相连的电力再生电路8c、8d，其动作与上文所述(图15)完全相同，说明省略。

实施例19

上述实施例18示出回收电容器7a、7b连接正负母线P和N的情况，但也可以同已有装置(图31)那样接在中间电位点C上。

图23画出回收电容器7a、7b接在中间电位点C上时的本发明实施例19的电路组成，图中以相同符号表示的部分和上文所述相同。

这时，回收电容器7a、7b设置在和已有装置(图31)相同的位置上。

然而，根据图23的电路组成，回收电容器7a、7b的充电电压大于直流电源9a、9b的电压e，所以若考虑实用上的小型化，还是实施例18(图22)较有利。

实施例20

上述实施例18(图22)以单相三电平逆变器装置的情况为例进行说明，但当然也可用多相三电平逆变器装置。而且多相时，各相共同连接回收电容器7a-7d和电力再生电路8a-8d，电路结构可简化。

图24画出采用多相三电平逆变器装置时的本发明实施例20的电路组成，图中用同样符号表示的部分与上文所述相同。

这种情况下，电路组成相同的多个(2相)三电平逆变器装置对称连接在直流电源9a、9b的左右两边，回收电容器7a-7d和电力再力电路8a-8d则各相共接。

实施例20(图24)的基本电路动作与上述实施例13-实施例19完全相同，说明省略。

虽然没有专门画图说明，但图15-图23所示实施例也象图24这样组成多相化时，显然可实现电力再生电路8a、8b或8a-8d共用的电路结构。

实施例21

上述实施例20没有考虑布线电感的影响，但可以在各回收电容器7a-7d上并接另外的回收电容器，以抑制布线电感的影响。

图25画出各回收电容器7a-7d分别再并接回收电容器时的本发明实施例21的电路组成，图中以相同符号表示的部分和上文所述相同。

图25中，7e-7h为各回收电容器7a-7d上并接的回收电容器，40a-40d为分别插在各回收电容器7a-7d的一端与各回收电容器7e-7h的一端之间的补偿电路。补偿电路40a-40d由二极管或电阻组成，或者由二极管和电阻的串联电路组成，用来抑制布线电感的影响。

三电平逆变器装置象图25那样组成多相电路时，各相分别连接回收电容器7a-7d，而各相都连接共同的回收电容器7e-7h。即电容器7e-7h及其所接电力再生电路8a-8d为各相共接。电路基本动作与上文所述各实施例完全相同，说明省略。

各相分接回收电容器7a-7d与各相共接回收电容器7e-7h之间插入补偿电路40a-40d，因而能使这两种电容器之间的布线电感所造成的振荡电流衰减，并得到抑制，从而补偿本变换装置的稳定运行。

虽然没有专门画图说明，但在实施例13(图15)-实施例19(图23)中，显然也可实现象实施例21那样将电力再生电路8a、8b或8a-8d做成多相共用的电路结构。

实施例22

上述实施例13-实施例17中，将缓冲电容器4d、4b的静电电容优选为低于缓冲电容器4a、4c的静电电容，从而减小放电电阻18a、18b或18中的能耗，但这两组电容器之间的静电电容大小关系也可以不是这种特定关系。

然而，若着眼于三电平逆变器装置的高效率化，上述关系仍重要。

在上述实施例18-实施例21中，如果对缓冲电容器4a-4d也采用了上述静电电容大小关系，则回收电容器7c、7d或7g、7h的静电电容可减小，进而电力再生电路8c、8d的额定值可降低。

缓冲电容器4a、4d的总静电电容，其设定值最好使单个GTO元件在负载电流I_o阻断时的电压上升率dv/dt小于该GTO元件的额定值。

其原因是电路做成GTO1a、1d在负载电流I_o阻断时的电压上升率dv/dt由缓冲电容器4a、4c的总静电电容抑制，GTO1c、1b在负载电流I_o阻断时的电压上升率dv/dt由缓冲电容器4d、4b的总静电电容抑制。

本发明实施例的三电平逆变器装置中，通过在箝位二极管14a、14b上并接缓冲电路4c、3c和4d、3d，在上述性能方面有利。

实施例23

近年已开发将GTO1a-1d和续流二极管2a-2d做成一体的反向导通GTO，采用这种元件时可省略续流二极管2a-2d。

上述各实施例中，自消弧型半导体元件采用GTO，但如果用能经受导通时电流上升率di/dt急剧升高的其他自消弧型半导体元件，如IGBT等，则可省略阳极电抗器5a-5b和辅助电抗器30a-30b。

采用对导通时急剧变化的电流上升率di/dt规定临界值的自消弧型半导体元件(如GTO)时，在利用布线电感完成阳极电抗器5a、5b和辅助电抗器30a、30b的功能的情况下，作为电路组成元件，这些电抗器也可省略。

实施例24

上述实施例中，箝位二极管14a、14b与自消弧型半导体元件1c、1d的连接布线距离不得不加大时，会有该布线的寄生布线电感所存电能造成峰值电压变大的情况。这时，连接可吸收布线电感所存电能的电容器是有效的。

图26画出设置吸收布线电感所存电能的电容器时的本发明实施例24的部分电路组成，图中1c、1d、2c、2d、3c、3d、18和X与上文所述相同，4e、4f为各缓冲二极管3c3d上串接的电容器，用来吸收布线电感所存电能。

实施例25

上述各实施例均就将直流变换为交流电的三电平逆变器装置进行说明，当然也可用于将交流电变为直流电的三电平变流器装置，并取得同等效果。

如上所述，根据本发明第1种电力变换装置，设置串接于直流电源正、负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与该二半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在该二半导体元件之间的电抗器、设于第2自消弧型半导体元件与电抗器的连接点上的输出端子、与第1自消弧型半导体元件并联，且由第一电容器和第3二极管组成的缓冲电路、串接在第1电容器与第3二极管的连接点和输出端子之间第2电容器及第4二极管，以及通过第2和第2自消弧型半导体元件的开关动作，将第2电容器所存电能再生到直流电源的电力再生电路，并控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时使其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，而无损于抑制该半导体元件所加电压、电流的骤然上升于所希望值的功能，因而具有可获得体积小、成本低且效率高的电力变换装置的效果。

根据本发明的第2种电力变换装置，设置串接在直流电源正负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与该二半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在该二半导体元件之间的电抗器、设于第1自消弧型半导体元件与电抗器的连接点上的输出端子、与第2自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第3二极管组成的缓冲电路、串接在第1电容器与第3二极管的连接点和输出端子之间的第二电容器及第4二极管，以及通过第1和第2自消弧型半导体元件的开关动作，将第2电容器电能再生到直流电源的电力再生电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时使其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，又无损于抑制该半导体元件所加电压、电流的骤然上升于所希望值的功能。因此，具有可获得体积小、成本低且效率高的电力变换装置的效果。

根据本发明第3种电力变换装置，设置串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1、第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3、第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2自消弧型半导体元件与第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与第一自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，串接在第1电抗器与第2自消弧型半导体元件的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第3电容器和第9二极管，串接在第2电抗器与第3自消弧型半导体元件的接点和第2电容器与第8二极管的接点之间的第4电容器和第10二极管，以及通过上述四个自消弧型半导体元件的开关动作，将第3和第4电容器所存电能回馈到直流电源的第1和第2电力再生电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制于所希望值的功能，又有选择缓冲电容容量的自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

用于三电平变流器装置，作为变流器—逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，还具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第4种电力变换装置，设置串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1、第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3、第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2自消弧型半导体元件与第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与第1自消弧型半导体元件并联且由第一电容器和第7二极管组成的第一缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，与第5二极管并联且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路，与第6二极管并联且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，串接在第3电容器与第9二极管的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第5电容器和第11二极管，串接在第2电容器与第8二极管的接点和第4电容器与第10二极管的接点之间的第6电容器和第12二极管，以及按第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件的开关动作，将第5和第6电容器所存电能回馈到直流电源的第1和第2电力再生电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电抗器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路的组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又有选择缓冲电容容量的自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

用于三电平变流器装置，作为变流器—逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，还具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第5种电力变换装置，设置串接于中间电位点的直流电源正负母线之间第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述四个半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，连接在第1和第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在第3和第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在第2自消弧型半导体元件与第1电抗器的接点和中间电位点之间的第5二极管，连接在第3自消弧型半导体元件与第2电抗器的接点和中间电位点之间的第6二极管，设于第2与第3自消弧型半导体元件的连接点的输出端子，与第1自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与第4自消弧型半导体元件并联，且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路，与第5二极管并联且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路，与第6二极管并联且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，连接在第3电容器与第9二极管的接点和第1电容器与第7二极管的接点之间的第1电阻，以及连接在第2电容器与第8二极管的接点和第4电容器与第10二极管的接点之间的第2电阻。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路的组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又有选择缓冲电容容量的自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的可能性。

用于三电平变流器装置，作为变流器一逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，还具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第6种电力变换装置，在第1或第2种装置中设置由串接于正负母线之间的电容器和二极管，以及该二极管上并联的电阻等组成的电压箝位电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路的组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能。因此，具有可获得小型、价廉且高效的电力变换装置的效果。

根据本发明第7种电力变换装置，在第3、4或5种电力变换装置中设置多个由分别串接于正负母线与中间电位点之间的电容器、二极管和与该二极管并联的电阻组成的电压箝位电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件的电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又有缓冲电容器容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第8种电力变换装置，在第1或第2种电力变换装置中设置由串接于正负母线之间的电容器和二极管组成的电压箝位电路，以及将电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体的电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能。因此，具有可获得小型、价廉且高效的电力变换装置的效果。

根据本发明第9种电力变换装置，在第3、4或5种装置中设置多个用分别串接在正负母线与中间电位点之间的电容器和二极管组成的电压箝位电路，以及将电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路的组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，缓冲电容器又有容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第10电力变换装置，在第1或第2种装置中，使电力再生电路将第2电容器所存过剩电能回馈到直流电源，并将第2电容器充电电压控制到小于直流电源电压。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能。因此，具有可获得小型、价廉且高效的电力变换装置的效果。

根据本发明第11种电力变换装置，在第3种装置中，使第1和第2电力再生电路将第3和第4电容器所存过剩电能回馈到直流电压，并将第3和第4电容器充电电压控制到小于直流电源电压。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又使缓冲电容器有容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第12种电力变换装置，在第4种装置中，使第1和第2电力再生电路将5和第6电容器所存过剩电能回馈到直流电源，并将上述二电容器充电电压控制到小于直流电源电压。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，又无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又做成缓冲电容器有容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第13种电力变换装置，在包含串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串接接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂和负臂的连接点上的输出端子等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在第4自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点与中间电位点之间的第1放电电阻、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第2放电电阻、取出第1和第2回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点为界的直流电源正端和负端的第1和第2电力再生电路，并将回收电容器接在直流电源的P端和N端，以降低该电容的耐压要求，将箝位二极管接上缓冲电路，以提高自消弧型半导体元件抗截流能力。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又做成缓冲电容器有容量选择自由度。因此，可获得小型、价廉且可靠性高的电力变换装置。

用于三电平变流器装置，作为变流器—逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第14种电力变换装置，在包含串接于中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂和负臂的连接点上的输出端子等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位之间的第1放电电阻、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第2放电电阻、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间的第3放电电阻、连接在第2自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和负母线之间的第4放电电阻，并将回收电容器连接直流电源的P端和N端，以降低回收电容器的耐压要求，将箝位二极管接上缓冲电路，以提高自消弧型半导体元件的抗截流能力。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收二极管，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又做成缓冲电容器有容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

用于三电平变流器装置，作为变流器—逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第15种电力变换装置，在包含串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于该母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与这些半导体元件反向并联的续流二极管、连接在第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和中间电位点之间的第2箝位二极管、设于正臂与负臂的连接点上的输出端等6部分的三电平逆变器装置中，配备分别与正负臂串联的阳极电抗器、由分别与第1和第4自消弧型半导体元件及第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在第1自消弧型半导体元件所对应第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在第4自消弧型半导体元件所对应第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的串联接点和负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在第1箝位二极管所对应第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第3二极管、第1电抗器和第3回收电容器、连接在第2箝位二极管所对应第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和中间电位点之间的第4二极管、第2电抗器和第4回收电容器、取出第1和第2回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点分界的直流电源正端和负端的第1和第2电力再生电路、取出第3和第4回收电容器所存电能并分别回馈到以中间电位点为界的直流电源正端和负端的第3和第4电力再生电路，并将回收电容器连接直流电源的P端和N端，以降低回收电容器的耐压要求，将箝位二极管接上缓冲电路，以提高自消弧型半导体元件的抗截流能力。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收二极管，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能，又做成缓冲电容器有容量选择自由度。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

用于三电平变流器装置，作为变流器—逆变器系统驱动各种电动机时，或用于电力调相设备时，具有减少运转费用，全系统节能的效果。

根据本发明第16种电力变换装置，在第15种装置中分别将第1、第2、第3和第4回收电容器与第1、第2、第3和第4电力再生电路作多相共接，将回收电容器接在直流电源的P端和N端，以降低回收电容器的耐压要求，将箝位二极管接上缓冲电路，以提高自消弧型半导体元件的抗截流能力。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，实现低压化，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能。再加上做成缓冲电容器有容量选择自由度，自消弧型半导体元件或箝位二极管所接缓冲电路组成元件的缓冲电容器和阳极电抗器所存电能可全部回收到4只回收电容器中，并通过各回收电容器所连接的电力再生电路，再生到以中间电位点为界的直流电源正端或负端。因此，回收电容器和电力再生电路可多相共用，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第17种电力变换装置，在第15种装置中设置分别与第1、第2、第3和第4回收电容器并联的第5、第6、第7和第8回收电容器后，分别将第5、第6、第7和第8回收电容器和第1、第2、第3和第4电力再生电路作多相共接，增加回收电容器总电容量，强化电压箝位作用，并将回收电容器连接直流电源P端和N端，以降低其耐压要求，将箝位二极管接上缓冲电路，以提高自消弧型半导体元件的抗截流能力。此外，控制用来回收缓冲电路和电抗器所存电能的回收电容器，使其电压低于直流电源电压，同时其充电总为单极性，而且减少自消弧型半导体元件缓冲电路组成元件，无损于将该半导体元件所加电压、电流的骤然上升抑制在所希望值的功能。再加上做成缓冲电容器有容量选择自由度，自消弧型半导体元件或箝位二极管所接缓冲电路组成元件的缓冲电容器和阳极电抗器所存电能可全部回收到4只回收电容器，并通过各回收电容器所接的电力再生电路，回馈到以中间电位点为界的直流电源正端或负端。因此，回收电容器和电力再生电路可多相共用，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

根据本发明第18种电力变换装置，在第13、14、15、16或18种装置中，使第3和第4缓冲电路缓冲电容器具有比第1和第2缓冲电路缓冲电容器低的静电电容，减少组成第3和第4缓冲电路的缓冲电容器所存电能，使该缓冲电容器体积减小，而且放电电阻耗能降低。因此，具有可获得小型、价廉、高效且可靠性高的电力变换装置的效果。

Claims (18)

1.一种电力变换装置，包括：串接于直流电源正、负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与上述第1和第2自消弧型半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在上述第1和第2自消弧型半导体元件之间的电抗器、与上述第1自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第3二极管组成的缓冲电路；其特征在于，该电力变换装置还包括：设于上述第2自消弧型半导体元件与上述电抗器的连接点上的输出端子、串接在上述第1电容器与上述第3二极管的连接点和上述输出端子之间的第2电容器及第4二极管，以及通过上述第1和第2自消弧型半导体元件的开关动作，将上述第2电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路；

上述第3二极管，其阳极连接于上述第1及第2电容器各一端，其阴极连接于上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述电抗器的一端；上述第4二极管，其阴极连接于上述第2电容器的另一端，其阳极连接于上述第2自消弧型半导体元件的阳极及上述电抗器的另一端。

2.一种电力变换装置，包括：串接在直流电源正负母线之间的第1和第2自消弧型半导体元件、分别与上述第1和第2自消弧型半导体元件反向并联的第1和第2二极管、串接在上述第1和第2自消弧型半导体元件之间的电抗器、与上述第2自消弧型半导体元件并联且由第1电容器和第3二极管组成的缓冲电路；其特征在于，该电力变换装置还包括：设于上述第1自消弧型半导体元件与上述电抗器的连接点上的输出端子、串接在上述第1电容器与上述第3二极管的连接点和输出端子之间的第二电容器及第4二极管，以及按上述第1和第2自消弧型半导体元件的开关动作，将上述第2电容器所存电能回馈到直流电源的电力再生电路；

上述第3二极管，其阴极连接于上述第1及第2电容器的各一端，其阳极连接于上述第2自消弧型半导体元件的阳极及上述电抗器的一端；上述第4二极管，其阳极连接于上述第2电容器的另一端，其阴极连接于上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述电抗器的另一端。

3.一种电力变换装置，包括：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，设于上述第2自消弧型半导体元件与上述第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与上述第1自消弧型半导体元件并联、且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与上述第4自消弧型半导体元件并联、且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路；其特征在于，该电力变换装置还包括：连接在上述第1和第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在上述第3和第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在上述第2自消弧型半导体元件与上述第1电抗器的接点和上述中间电位点之间的第5二极管，连接在上述第3自消弧型半导体元件与上述第2电抗器的接点和上述中间电位点之间的第6二极管，串接在上述第1电抗器与上述第2自消弧型半导体元件的接点和上述第1电容器与上述第7二极管的接点之间的第3电容器和第9二极管，串接在上述第2电抗器与上述第3自消弧型半导体元件的接点和上述第2电容器与上述第8二极管的接点之间的第4电容器和第10二极管，以及通过上述第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件的开关动作，将上述第3和第4电容器所存电能回馈到上述直流电源的第1和第2电力再生电路；

上述第5二极管，其阳极连接于上述中间电位点，其阴极连接于上述第3电容器的一端；上述第6二极管，其阴极连接于上述中间电位点，其阳极连接于上述第4电容器的一端；上述第7二极管，其阳极连接于上述第1电容器的一端，其阴极连接于上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第1电抗器的一端；上述第9二极管，其阳极连接于上述第3电容器的另一端，其阴极连接于上述第1电容器的一端；上述第8二极管，其阴极连接于上述第2电容器的一端，其阳极连接于上述第4自消弧型半导体元件的阳极及上述第2电抗器的一端；上述第10二极管，其阴极连接于上述第4电容器的另一端，其阳极连接于上述第2电容器的一端。

4.一种电力变换装置，包括：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间的第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，设于上述第2自消弧型半导体元件与上述第3自消弧型半导体元件的连接点上的输出端子，与上述第1自消弧型半导体元件并联、且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与上述第4自消弧型半导体元件并联、且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路；其特征在于，该电力变换装置还包括：连接在上述第1和第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在上述第3和第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在上述第2自消弧型半导体元件与上述第1电抗器的接点和上述中间电位点之间的第5二极管，连接在上述第3自消弧型半导体元件与上述第2电抗器的接点和上述中间电位点之间的第6二极管，与上述第5二极管并联、且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路，与上述第6二极管并联、且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，串接在上述第3电容器与上述第9二极管的接点和上述第1电容器与上述第7二极管的接点之间的第5电容器和第11二极管，串接在上述第2电容器与上述第8二极管的接点和上述第4电容器与上述第10二极管的接点之间的第6电容器和第12二极管，通过上述第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件的开关动作，将上述第5和上述第6电容器所存电能回馈到上述直流电源的第1和第2电力再生电路；

上述第5二极管，其阳极连接于上述中间电位点，其阴极连接于上述第9二极管的阳极、上述第2自消弧型半导体元件的阳极及上述第1电抗器的一端；上述第6二极管，其阴极连接于上述中间电位点，其阳极连接于上述第10二极管的阴极、上述第3自消弧型半导体元件的阴极及上述第2电抗器的一端；上述第7二极管，其阳极连接于上述第1及第5电容器的各一端，其阴极连接于上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第1电抗器的另一端；上述第8二极管，其阴极连接于上述第2及第6电容器的各一端，其阳极连接于上述第4自消弧型半导体元件的阳极及上述第2电抗器的另一端；上述第9二极管的阴极连接于上述第3电容器的一端；上述第10二极管的阳极连接于上述第4电容器的一端；上述第11二极管，其阴极连接于上述第5电容器的另一端，其阳极连接于上述第3电容器的一端；上述第12二极管，其阳极连接于上述第6电容器的另一端，其阴极连接于上述第4电容器的一端。

5.一种电力变换装置，包括：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件，分别与上述第1、第2、第3和第4自消弧型半导体元件反向并联的第1、第2、第3和第4二极管，设于上述第2与第3自消弧型半导体元件的连接点的输出端子，与上述第1自消弧型半导体元件并联、且由第1电容器和第7二极管组成的第1缓冲电路，与上述第4自消弧型半导体元件并联、且由第2电容器和第8二极管组成的第2缓冲电路；其特征在于，该电力变换装置还包括：连接在上述第1和第2自消弧型半导体元件之间的第1电抗器，连接在上述第3和第4自消弧型半导体元件之间的第2电抗器，连接在上述第2自消弧型半导体元件与上述第1电抗器的接点和上述中间电位点之间的第5二极管，连接在上述第3自消弧型半导体元件与上述第2电抗器的接点和上述中间电位点之间的第6二极管，与上述第5二极管并联、且由第3电容器和第9二极管组成的第3缓冲电路，与上述第6二极管并联、且由第4电容器和第10二极管组成的第4缓冲电路，连接在上述第3电容器与上述第9二极管的接点和上述第1电容器与上述第7二极管的接点之间的第1电阻，以及连接在上述第2电容器与上述第8二极管的接点和上述第4电容器与上述第10二极管的接点之间的第2电阻；

上述第5二极管，其阳极连接于上述中间电位点，其阴极连接于上述第9二极管的阳极、上述第2自消弧型半导体元件的阳极及上述第1电抗器的一端；上述第6二极管，其阴极连接于上述中间电位点，其阳极连接于上述第10二极管的阴极、上述第3自消弧型半导体元件的阴极及上述第2电抗器的一端；上述第7二极管，其阳极连接于上述电容器的一端，其阴极连接于上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第1电抗器的另一端；上述第8二极管，其阴极连接于上述第2电容器的一端，其阳极连接于上述第4自消弧型半导体元件的阳极及上述第2电抗器的另一端；上述第9二极管的阴极连接于上述第3电容器的一端；上述第10二极管的阳极连接于上述第4电容器的一端。

6.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，设置由串接于上述正负母线之间的电容器和二极管，以及上述二极管上并联的电阻组成的电压箝位电路；上述二极管其阳极连接于正母线侧。

7.如权利要求3、4或5所述的电力变换装置，其特征在于，设置多个由分别串接于上述正负母线与上述中间电位点之间的电容器和二极管，以及与上述二极管并联的电阻组成的电压箝位电路；

正母线侧的电压箝位电路的二极管，其阳极连接于正母线侧，其阴极连接于上述中间电位点侧；负母线侧的电压箝位电路的二极管，其阴极连接于负母线侧，其阳极连接于上述中间电位点侧。

8.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，设置由串接于上述正负母线之间的电容器和二极管组成的电压箝位器，同时也设置将上述电容器所存电能回馈到上述直流电源的电力再生电路；上述二极管，其阳极连接于正母线，其阴极连接于上述电容器及上述电力再生电路。

9.如权利要求3、4或5所述的电力变换装置，其特征在于，设置多个由分别串接在上述正负母线与上述中间电位点之间的电容器和二极管组成的电压箝位器，同时也设置将上述电容器所存电能回馈到上述直流电源的电力再生电路；

正母线侧的电压箝位器的二极管，其阳极连接至正母线，其阴极连接至电容器的一端及上述正母线侧的电力再生电路；负母线侧的电压箝位器的二极管，其阴极连接至负母线，其阳极连接至电容器的一端及上述负母线侧的电力再生电路；上述各电容器的另一端连接至上述中间电位点。

10.如权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，上述电力再生电路备有：将上述第2电容器所存过剩电能回馈到上述直流电源的电路元件，和将上述第2电容器的充电电压控制到小于上述直流电源电压的电路元件。

11.如权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，上述第1和第2电力再生电路备有：将上述第3和第4电容器所存过剩电能回馈到上述直流电源的电路元件，将上述第3和第4电容器的充电电压控制到小于上述直流电源电压的电路元件。

12.如权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于，上述第1和第2电力再生电路备有：将上述第5和第6电容器所存过剩电能回馈到上述直流电源的电路元件，和将上述第5和第6电容器的充电电压控制到小于上述直流电源电压的电路元件。

13.一种电力变换装置，包括三电平逆变器装置，该逆变器装置包含：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于上述正负母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与上述各自消弧型半导体元件反向并联的续流二极管、连接在上述第1与第2自消弧型半导体元件的串接接点和上述中间电位点之间的第1箝位二极管连接在上述第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和上述中间电位点之间的第2箝位二极管、设于上述正臂和负臂的连接点上的输出端子；其特征在于，该电力变换装置还包括：分别与上述正负臂串联的阳极电抗器、由分别与上述第1和第4自消弧型半导体元件及上述第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在上述第1自消弧型半导体元件所对应的上述第1缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在上述第4自消弧型半导体元件所对应的上述第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在上述第1箝位二极管所对应上述第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点与上述中间电位点之间的第1放电电阻、连接在上述第2箝位二极管所对应上述第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述中间电位点之间的第2放电电阻、取出上述第1和第2回收电容器所存电能并分别回馈到以上述中间电位点为界的上述直流电源正端和负端的第1和第2电力再生电路；

上述第1箝拉二极管，其阴极连接至上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第2自消弧型半导体元件的阳极，其阳极连接至上述中间电位点；上述第2箝位二极管，其阳极连接至上述第3自消弧型半导体元件的阴极及上述第4自消弧型半导体元件的阳极，其阴极连接至上述中间电位点；上述第1二极管，其阴极连接至上述第1回收电容器的一端及上述第1电力再生电路，其阳极连接至上述第1缓冲电路内的缓冲二极管的阴极；上述第2二极管，其阳极连接至上述第2回收电容器的一端及上述第2电力再生电路，其阴极连接至上述第2缓冲电路内的缓冲二极管的阳极；上述第1回收电容器的另一端连接至上述正母线，上述第2回收电容器的另一端连接至上述负母线；上述第3缓冲电路内的缓冲二极管，其阳极连接至缓冲电容器及上述第1放电电阻的各一端，其阴极连接至上述中间电位点；上述第4缓冲电路内的缓冲二极管，其阴极连接至缓冲电容器及上述第2放电电阻的各一端，其阳极连接至上述中间电位点。

14.一种电力变换装置，包括三电平逆变器装置，该逆变器装置包含：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于上述正负母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与上述自消弧型半导体元件反向并联的续流二极管、连接在上述第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和上述中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在上述第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和上述中间电位点之间的第2箝位二极管、设于上述正臂和上述负臂的连接点上的输出端子；其特征在于，该电力变换装置还包括：分别与上述正负臂串联的阳极电抗器、由分别与上述第1和第4自消弧型半导体元件及上述第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在上述第1箝位二极管所对应上述第3缓冲电路的缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述中间电位点之间的第1放电电阻、连接在上述第2箝位二极管所对应上述第4缓冲电路的缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述中间电位点之间的第2放电电阻、连接在上述第1自消弧型半导体元件所对应上述第1缓冲电路的缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述正母线之间的第3放电电阻、连接在上述第4自消弧型半导体元件所对应上述第2缓冲电路的缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述负母线之间的第4放电电阻；

上述第1箝位二极管，其阴极连接至上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第2自消弧型半导体元件的阳极，其阳极连接至上述中间电位点；上述第2箝位二极管，其阳极连接至上述第3自消弧型半导体元件的阴极及上述第4自消弧型半导体元件的阳极，其阴极连接至上述中间电位点；上述第1缓冲电路内的缓冲二极管，其阴极连接至缓冲电容器及上述第3放电电阻的各一端，其阳极连接至上述第1自消弧型半导体元件的阳极；上述第2缓冲电路内的缓冲二极管，其阳极连接至缓冲电容器及上述第4放电电阻的各一端，其阴极连接至上述第4自消弧型半导体元件的阴极；上述第3缓冲电路内的缓冲二极管，其阳极连接至缓冲电容器及上述第1放电电阻的各一端，其阴极连接至上述中间电位点；上述第4缓冲电路内的缓冲二极管，其阴极连接至缓冲电容器及上述第2放电电阻的各一端，其阳极连接至上述中间电位点；上述第1及第2放电电阻的各另一端连接至上述中间电位点，上述第3放电电阻的另一端连接至上述正母线，上述第4放电电阻的另一端连接至上述负母线。

15.一种电力变换装置，包括三电平逆变器装置，该逆变器装置包含：串接于有中间电位点的直流电源正负母线之间作为正臂的第1和第2自消弧型半导体元件、串接于上述正负母线之间作为负臂的第3和第4自消弧型半导体元件、分别与上述自消弧型半导体元件反向并联的续流二极管、连接在上述第1与第2自消弧型半导体元件的串联接点和上述中间电位点之间的第1箝位二极管、连接在上述第3与第4自消弧型半导体元件的串联接点和上述中间电位点之间的第2箝位二极管、设于上述正臂与上述负臂的连接点上的输出端；其特征在于，该电力变换装置还包括：分别与上述正负臂串联的阳极电抗器、由分别与上述第1和第4自消弧型半导体元件及上述第1和第2箝位二极管并联的缓冲二极管和缓冲电容器组成的第1、第2、第3和第4缓冲电路、连接在上述第1自消弧型半导体元件所对应上述第1缓冲电路的缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述正母线之间的第1二极管和第1回收电容器、连接在上述第4自消弧型半导体元件所对应上述第2缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述负母线之间的第2二极管和第2回收电容器、连接在上述第1箝位二极管所对应上述第3缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述中间电位点之间的第3二极管，第1电抗器和第3回收电容器、连接在上述第2箝位二极管所对应上述第4缓冲电路缓冲二极管与缓冲电容器的接点和上述中间电位点之间的第4二极管，第2电抗器和第4回收电容器、取出上述第1和上述第2回收电容器所存电能并分别回馈到以上述中间电位点分界的上述直流电源正端和负端的第1和第2电力再生电路、取出上述第3和上述第4回收电容器所存电能并分别回馈到以上述中间电位点为界的上述直流电源正端和负端的第3和第4电力再生电路；

上述第1箝位二极管，其阴极连接至上述第1自消弧型半导体元件的阴极及上述第2自消弧型半导体元件的阳极，其阳极连接至上述中间电位点；上述第2箝位二极管，其阳极连接至上述第3自消弧型半导体元件的阴极及上述第4自消弧型半导体元件的阳极，其阴极连接至上述中间电位点；上述第1二极管，其阴极连接至上述第1回收电容器的一端及上述第1电力再生电路，其阳极连接至上述第1缓冲电路内的缓冲二极管的阴极；上述第2二极管，其阳极连接至上述第2回收电容器的一端及上述第2电力再生电路，其阴极连接至上述第二缓冲电路内的缓冲二极管的阳极；与上述第1电抗器串联的第3二极管，其阳极侧连接至上述第3回收电容器的一端及上述第3电力再生电路，其阴极侧连接至上述第3缓冲电路内的缓冲二极管的阳极；与上述第2电抗器串联的第4二极管，其阴极侧连接至上述第4回收电容器的一端及上述第4电力再生电路，其阳极侧连接至上述第4缓冲电路内的缓冲二极管的阴极；上述第1回收电容器的另一端连接至上述正母线，上述第2回收电容器的另一端连接至上述负母线。

16.如权利要求15所述的电力变换装置，其特征在于，与多相相对应并联设置多个上述三电平逆变器装置；上述第1、第2、第3及第4回收电容器分别与上述第1、第2、第3及第4电力再生电路并联，以便相对于上述多相被共用。

17.如权利要求15所述的电力变换装置，其特征在于，与多相相对应并联设置多个三电平逆变器装置；设置分别与上述第1、第2、第3和第4回收电容器并联的第5、第6、第7和第8回收电容器；上述第5、第6、第7和第8回收电容器分别与上述第1、第2、第3和第4电力再生电路并联，以使可相对于上述多相被共用。

18.如权利要求13、14、15、16或17所述的电力变换装置，其特征在于，上述第3和第4缓冲电路缓冲电容器具有比上述第1和第2缓冲电路缓冲电容器低的静电电容，以减少组成上述第3和第4缓冲电路的缓冲电容器中所存电能。

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