CN1067499C - 电力变换装置及其控制方法以及采用它的不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的电力变换装置及其控制方法包括：具有两组上下桥臂开关单元的变换单元120和逆变单元130，以及具有一组上下桥臂开关单元的共用单元110，输入交流的一相R与输出交流的一相U共同连接，该共用相与共用单元上、下桥臂开关单元的中间点1RU连接，输入三相交流中另两相S、T与变换单元两组上、下桥臂开关单元各自的中间点连接，输出三相交流中另两相V、W与逆变单元两组上、下桥臂开关单元各自的中间点连接，由共用单元和变换单元将输入交流变换为直流，共用单元和逆变单元将直流变换为交流输出。

Description

电力变换装置及其控制方法以及采用它的不间断电源装置
本发明涉及生成与输入相同频率的输出的电力变换装置及其控制方法以及采用该电力变换装置的不间断电源装置，具体来说，涉及包括PWM控制的变换单元和逆变单元的电力变换装置及其控制方法以及采用该电力变换装置的不间断电源装置。
就一例采用这种电力变换装置的不间断电源装置，用图39～图50说明输入三相交流，输出与输入相同频率的三相交流的不间断电源装置。图39是示意采用三相输入三相输出的电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图，图40是详示开关SWJ7的内部构成图，图41是详示电抗器8的内部构成图，图42是详示滤波器11的内部构成图，图43是详示开关SWH12的内部构成图，图44是详示开关SWI14的内部构成图，图45是详示变换单元20的内部构成图，图46是详示逆变单元30的内部构成图，图47是示意三相输入三相输出的不间断电源装置的控制电路构成框图，图48是示意逆变器U相电压调制指令生成电路50具体构成的框图，图49是示意变换器电流指令生成电路43具体构成的框图，图50是示意变换器R相电压调制指令生成电路44具体构成的框图。
图中，相同标号表示相同或相应部分。70是电力变换装置，80是不间断电源装置，7是由开关SWJ1、SWJ2、SWJ3构成的三相开关SWJ，8是由电抗器L11、L12、L13构成的三相电抗器，9是使后面述及的变换单元20输出的直流平滑的平滑电容器，10是三相交流输入电源(未图示)因停电等发生异常时使开关SW闭合以提供直流电力的蓄电装置，11是由电抗器L21、L22、L23和C1、C2、C3构成的三相滤波器，12是由开关SWH1、SWH2、SWH3构成的三相开关SWH，13是三相绝缘变压器，14是由开关SW11、SW12、SWl3构成的三相开关SWI，20是将所输入的三相交流变换为直流的变换单元，30是将变换单元20输出的直流变换为三相交流的逆变单元。
1R、1S、1T分别是提供三相交流输入电源R相、S相、T相电力的端子，2R、2S、2T分别是开关SWJ7与电抗器8之间的三相端子，3R、3S、3T分别是电抗器8与变换单元20之间的三相端子，4U、4V、4W分别是逆变单元30与滤波器11之间的三相端子，5U、5V、5W分别是滤波器11与开关SWH12之间的三相端子，6U、6V、6W分别是输出至所驱动的负载(未图示)的三相交流输出端子，7R、7S、7T是绝缘变压器13与开关SWI14之间的三相端子，P是变换单元20输出直流的正极端子，N是变换单元20输出直流的负极端子。并且，令NC为三相交流输入电源的中性点(未图示)，令NI为逆变单元30输出的中性点(图42所示的电容器C1、C2、C3的交点)。
21、22、23分别是T相、S相、R相的上下桥臂开关单元，21a是T相上下桥臂开关单元21的上桥臂开关单元，21b是T相上下桥臂开关单元21的下桥臂开关单元，22a是S相上下桥臂开关单元22的上桥臂开关单元，22b是S相上下桥臂开关单元22的下桥臂开关单元，23a是R相上下桥臂开关单元23的上桥臂开关单元，23b是R相上下桥臂开关单元23的下桥臂开关单元。这里，各个上或下桥臂开关单元21a、21b、22a、22b、23a、23b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管所构成。
31、32、33分别是W相、V相、U相的上下桥臂开关单元，31a是W相上下桥臂开关单元31的上桥臂开关单元，31b是W相上下桥臂开关单元31的下桥臂开关单元，32a是V相上下桥臂开关单元32的上桥臂开关单元，32b是V相上下桥臂开关单元32的下桥臂开关单元，33a是U相上下桥臂开关单元33的上桥臂开关单元，33b是U相上下桥臂开关单元33的下桥臂开关单元。这里，各个上或下桥臂开关单元31a、31b、32a、32b、33a、33b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管所构成。
40是输入三相交流输入之一的线间电压V(RS)并生成基准信号的PLL电路，41是对PLL电路40的输出信号生成具有规定相位差的两个不同相位信号的相位变换电路，42是与相位变换电路41输出的两个不同相位信号相对应生成正弦波信号的三角函数发生电路，43是输入平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)与直流电压指令信号V(DC)*、三角函数发生电路42输出的两个正弦波信号sinθ(R)与sinθ(S)，输出变换单元20R相电流指令信号I(R)*与S相电流指令信号I(S)*的变换器电流指令生成电路。
44是输入三相交流输入R相电流测定值信号I(R)与变换器电流指令生成电路43输出的R相电流指令信号I(R)*，输出变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*的变换器R相电压调制指令生成电路，45是输入三相交流输入S相电流测定值信号I(S)与变换器电流指令生成电路43输出的S相电流指令信号I(S)*，输出变换器S相电压调制指令信号V(SNC)*的变换器S相电压调制指令生成电路，46是输入变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*与变换器S相电压调制指令信号V(SNC)*，输出变换器T相电压调制指令信号V(TNC)*(=-V(RNC)*-V(SNC)*)的变换器T相电压调制指令生成电路，47是输入变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*、变换器S相电压调制指令信号V(SNC)*、变换器T相电压调制指令信号V(TNC)*，输出对变换单元20R相、S相、T相上下桥臂开关单元23、22、21进行PWM控制的信号的变换单元驱动电路。
48是输入逆变器相电压指令信号V(AC)*与三角函数发生电路42输出的两个正弦波信号sinθ(R)、sinθ(S)，输出逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)、V(AC)*·sinθ(S)的逆变器相电压指令生成电路，49是测定三相交流输出端子6U、6V、6W线间电压V(UW)和V(VW)，按下式输出输出端子6U、6V同图42所示的电容器C1、C2、C3的中性点NI之间的电压信号V(UNI)、V(VNI)的电压变换电路。
V(UNI)=(V(UV)-V(WU))/3
V(VNI)=(V(VW)-V(UV))/3
V(UV)=-V(VW)-V(WU)
50是输入逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)、电压变换电路49输出的电压信号V(UNI)、三相交流输出U相电流测定值信号I(U)，输出逆变器U相电压调制指令信号V(UNI)*和U-W相电压运算信号V(UNI)w的逆变器U相电压调制指令生成电路，51是输入逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(S)、电压变换电路49输出的电压信号V(VNI)、三相交流输出V相电流测定值信号I(V)，输出逆变器V相电压调制指令信号V(VNI)和V-W相电压运算信号V(VNI)W的逆变器V相电压调制指令生成电路。
52是输入三相交流输出U相电流测定值信号I(U)和V相电流测定值信号I(V)，求出W相电流信号I(W)(=-I(U)-I(V))的W相电流生成电路，53是输入W相电流信号I(W)、U-W相电压运算信号V(UNI)W、V-W相电压运算信号V(VNI)W，输出逆变器W相电压调制指令信号V(WNI)*的逆变器W相电压调制指令生成电路，54是输入逆变器U相电压调制指令信号V(UNI)*、逆变器V相电压调制指令信号V(VNI)*、逆变器W相电压调制指令信号V(WNI)*，输出对逆变单元30的U相、V相、W相上下桥臂开关单元33、32、31进行PWM控制的信号的逆变单元驱动电路。
501是由逆变器相电压指令生成电路48输出的逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)减去电压变换电路49输出的电压信号V(UNI)的减法器，502是对减法器501的输出信号进行PID(比例+积分+微分)控制，生成U-W相电压运算信号V(UNI)W的PID电路，503是对U相电流测定值信号I(U)微分求出电抗器23产生的压降的电抗器压降生成电路，504是在U-W相电压运算信号V(UNI)W上加电抗器压降生成电路503的输出信号，生成逆变器U相电压调制指令信号V(UNI)*的加法器。
431是由直流电压指令信号V(DC)*减去平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)的减法器，432是通过PI(比例+积分)控制使减法器431的输出信号放大的PI电路，433是使三角函数发生电路42输出的正弦波信号sinθ(R)与PI电路432的输出信号相乘，生成R相电流指令信号I(R)*的乘法器，434是使三角函数发生电路42输出的正弦波信号sinθ(S)与PI电路432的输出信号相乘，生成S相电流指令I(S)*的乘法器。
441是由变换器电流指令生成电路43输出的R相电流指令信号I(R)*减去R相电流测定值信号I(R)的减法器，442是通过P(比例)控制使减法器441的输出信号放大，生成变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*的P电路。
接下来说明该不间断电源装置的动作。首先，假定开关SWJ7和开关SWH闭合，开关SWI14打开。从端子1R、1S、1T输入的三相交流电力由变换单元20和电抗器8变换为直流。这时，使三相交流电源R相、S相、T相各相输入电流波形为正弦波，并且由变换单元驱动电路47对R相、S相、T相上下桥臂开关单元23、22、21进行PWM控制，使得这些各相电流的相位分别与R相、S相、T相各相电压相位一致，并控制使得输入功率因数几乎为1，而且平滑电容器9两端电压等于直流电压指令信号V(DC)*。
就此时的控制方法而言，首先将三相交流电源R相和S相间的线间电压V(RS)输入PLL电路40，并以此为基准信号。接着由相位变换电路41对线间电压V(RS)生成具有规定相位差(考虑线间与相之间关系的相位差)的两个相位。例如，令线间电压V(RS)对某一基准具有θ相位的话，则θ(R)=θ-π/6、θ(S)=θ-5π/6。接着，由三角函数发生电路42，生成与这些相位对应的正弦波信号。这些信号为sinθ(R)(=sin(θ-π/6))、sinθ(S)(=sin(θ-5π/6))。
接下来，由变换器电流指令生成电路43求得平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)与直流电压指令信号V(DC)*之差的误差信号，对此进行PI控制，使之放大，分别运算该放大后的误差信号与正弦波信号sinθ(R)、sinθ(S)的积，作成R相电流指令信号I(R)*、S相电流指令信号I(S)*。进而，检出三相交流输入中R相和S相两相电流I(R)、I(S)。接下来，变换器R相电压调制指令生成电路44通过比例控制放大检出电流I(R)与R相电流指令信号I(R)*之差，生成变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*。同样，变换器S相电压调制指令生成电路45由检出电流I(S)与R相电流指令信号I(S)*生成变换器S相电压调制指令信号V(SNC)*。
接下来，由变换器T相电压调制指令生成电路46由这些变换器R相电压调制指令信号V(RNC)*和变换器S相电压调制指令信号V(SNC)*作成另一相的变换器T相电压调制指令信号V(TNC)*，便得到三个相的变换器相电压调制指令信号。这三个相的变换器相电压调制指令信号输入至变换单元驱动电路47，对变换单元20三组上下桥臂开关单元21、22、23进行PWM控制，结果控制使得输入功率因数几乎为1，而且将平滑电容器9两端电压控制为规定直流电压。这种采用PWM控制的变换器高功率因数控制例如特开昭59-194697所揭示，为公知技术。
另一方面，直流正极端子P与负极端子N之间的直流电压由逆变单元30和滤波器11进行PWM控制，使得U相、V相、W相各相交流输出电压为规定电压值V(AC)*，并且为具有与三相交流输入相同频率的正弦波电压波形。于是，输出端子6U、6V、6W上便获得具有规定电压、且频率与三相交流输入相同的三相交流输出。
具体来说，逆变器相电压指令生成电路48生成具有规定电压值V(AC)*的两个逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)、V(AC)*·sinθ(S)。接着，逆变器U相电压调制指令生成电路50对逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)与电压变换电路49输出的电压信号V(UNI)的差即误差信号进行PID控制，生成U-W相电压运算信号V(UNI)W。接下来，由电抗器压降生成电路503对检出的电流I(U)微分，运算电抗器L23的压降量，将它与U-W相电压运算信号V(UNI)W相加(补偿电抗器L23的压降)，生成逆变器U相电压调制指令信号V(UNI)*。
同样，逆变器V相电压调制指令生成电路51由逆变器相电压指令信号V(AC)*·sinθ(S)和电压变换电路49输出的电压信号V(VNI)生成V-W相电压运算信号V(VNI)W和逆变器V相电压调制指令信号V(VNI)*。接着，逆变器W相电压调制指令生成电路53使U-W相电压运算信号V(UNI)W与V-W相电压运算信号V(VNI)W相加得出的值符号反相，加上W相电流生成电路52的输出电流I(W)因电抗器L21产生的压降量，生成逆变器W相电压调制指令信号V(WNI)*。接下来，这三个相的逆变器相电压调制指令信号输入至逆变单元驱动电路54，对逆变单元30三组上下桥臂开关单元31、32、33进行PWM控制，便获得具有规定电压、且频率与三相交流输入相同的三相交流输出。
另一方面，蓄电装置10是正常时由充电电路(未图示)或平滑电容器9直接充电，三相交流电源异常，即发生停电或瞬时电压偏低时，起到逆变单元30输入电源作用的装置。
而且，变换单元20或逆变单元30发生某种异常时，打开开关SWJ7、开关SWH12的同时，使开关SWI14闭合。因而，至输出端子6U、6V、6W的三相交流输出便通过绝缘变压器13和开关SWI14输出。发生这种异常时，需要不间断切换送至输出端子6U、6V、6W的三相交流输出，因此需要使开关SWJ7和开关SWH12同开关SWI14同时闭合的期间。
因而，通过绝缘变压器13的分流电路，其输出电压与逆变单元30输出电压必须在相位上同步，并且为相同电位。但是，变换单元20将电抗器8输入端电位通过开关动作切换为P和N电位，而输出端子6U、6V、6W的电位按逆变单元30的基准输出正弦波电压，所以交流输入端的基准电位与逆变单元30输出端基准电位不同。因而，没有绝缘变压器13的话，为了切换至分流电路而使开关SWJ7和开关SWH12同开关SWI14同时闭合的时候，就要连接不同的基准电位，产生短路电流通过开关元件这种问题。
现有电力变换装置，需要与交流输入电源相数对应的电抗器L11、L12、L13和与相数对应的变换单元20的上下桥臂开关单元21、22、23，还需要与该装置交流输出相数对应的逆变单元30的上下桥臂开关单元31、32、33，和滤波器11的电抗器L21、L22、L23与电容器C1、C2、C3。而且，变换单元驱动电路47和逆变单元驱动电路54当中所含的变换单元和逆变单元控制各开关单元的指令和驱动各开关单元的电路，需要与开关单元个数相对应，因而有主电路和控制电路元件数多，重量大，装置尺寸大这类问题。
与交流输入电源的相所对应的变换器相电压调制指令为每一相所需，而与交流输出的相所对应的逆变器相电压调制指令也为每一相所需，因而，需要交流输入相数加交流输出相数的变换单元、逆变单元相电压调制指令生成电路44、45、46、50、51、53。此外，变换单元、逆变单元也用到与相电压对应的调制指令，因而需要将检出的交流输出的线间电压变换为相电压的电压变换电路49。
采用该电力变换装置的不间断电源装置中，构成各个开关SWJ7、开关SWH12、开关SWI14的开关个数需要与相数对应的个数，而且，分流电路需要在对三相交流输入电源和逆变单元30的输出作不间断切换时吸收电位差用的绝缘变压器13等，具有元件数多、重量大、装置大这类问题。
本发明正是为了解决上述各种问题，故其目的在于提供一种在电力变换装置及其控制方法中由变换单元和逆变单元共用上下桥臂开关单元的一部分进行控制，可以使主电路和控制电路的元件数和重量下降的电力变换装置及其控制方法。
此外，目的还在于提供一种在采用该电力变换装置的不间断电源装置中可使主电路和控制电路的元件数和重量下降，并且不需要在将三相交流输入电源旁路至输出端的分流电路中设置绝缘变压器的采用电力变换装置的不间断电源装置。
本发明涉及的电力变换装置包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过该共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将直流变成交流输出的逆变器控制单元。
而且，变换单元、逆变单元和共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所输入的交流一相与所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输入的交流另一相与变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
而且，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
而且，变换单元包括两组上下桥臂开关单元，逆变单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的单相交流中的一相与逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
而且，变换单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所输入的单相交流中的一相与变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
电力变换装置的控制方法，包括下列步骤；
(a)对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流；
(b)对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流；
(c)对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流；
(d)通过所述步骤(c)和所述步骤(a)组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流；
(e)通过所述步骤(c)和所述步骤(b)组合进行PWM控制，将直流变换为交流输出；
(f)以所述输入的交流至少一相为基准信号；
(g)根据所述基准信号，生成用于在所述步骤(c)中进行PWM控制的共用单元电压调制信号；
(h)生成与所述共用单元电压调制信号具有规定相位差的变换单元电压调制信号和逆变单元电压调制信号；
(i)以所述变换单元电压调制信号和所述共用单元电压调制信号为所述步骤(d)的PWM调制信号；以及
(j)以所述逆变单元电压调制信号和所述共用单元电压调制信号为所述步骤(e)的PWM调制信号。
该电力变换装置控制方法，还包括下列步骤：
(1a)所述交流输入的一相与所述交流输出的一相共同连接；
(1b)将共同连接的相与所述步骤(c)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；
(1c)将所述交流输入的另一相与所述步骤(a)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；
(1d)将所述交流输出的另一相与所述步骤(b)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；以及
(1e)由所述共同连接的所述交流输入的相与所述交流输入的另一相之间的线间电压生成所述基准信号。
该电力变换装置控制方法，还包括下列步骤：
(2a)将三相交流输入中的两相与所述步骤(a)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2b)将三相交流输出中的两相与所述步骤(b)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2c)由所述基准信号生成共用单元电压调制信号使之具有线间与相的相位关系；以及
(2d)由所述共用单元电压调制信号以及根据与所述交流输入的一相共同连接的交流输出的一相和交流输出的另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号，生成所述逆变单元电压调制信号。
该电力变换装置控制方法，还包括下列步骤：
(2a)将三相交流输入中的两相与所述步骤(a)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2b)将三相交流输出中的两相与所述步骤(b)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2c)由所述基准信号生成共用单元电压调制信号使之具有线间与相的相位关系；以及
(3d)由所述共用单元电压调制信号以及根据与所述交流输入的一相共同连接的交流输出的一相和交流输入的另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号，生成所述逆变单元电压调制信号。
该电力变换装置控制方法，生成在所述步骤(c)中进行PWM控制的共用单元电压调制信号的函数信号，为正弦波信号、梯形波信号或三角波信号。
采用该电力变换装置的不间断电源装置包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过该共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将直流变成交流输出的逆变器控制单元；对所输入的交流和逆变单元输出的交流对应相的交流选择输出的开关单元。
而且，变换单元、逆变单元和共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所输入的交流一相与所述所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输入的交流另一相与变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
而且，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
而且，变换单元包括两组上下桥臂开关单元，逆变单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的单相交流中的一相与逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
而且，变换单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所输入的单相交流中的一相与变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
图1是示意本发明实施例1三相输入三相输出不间断电源装置的主电路构成框图。
图2是详示本发明实施例1开关SWJ107的内部构成图。
图3是详示本发明实施例1电抗器108的内部构成图。
图4是详示本发明实施例1滤波器111的内部构成图。
图5是详示本发明实施例1开关SWH112的内部构成图。
图6是详示本发明实施例1开关SWI114的内部构成图。
图7是详示本发明实施例1变换单元120的内部构成图。
图8是详示本发明实施例1变换单元130的内部构成图。
图9是详示本发明实施例1共用单元110的内部构成图。
图10是示意本发明实施例1三相输入三相输出不间断电源装置的控制电路构成框图。
图11是示意本发明实施例1逆变器VU间电压调制指令生成电路150的具体构成框图。
图12是示意本发明实施例1变换器电流指令生成电路143的具体构成框图。
图13是示意本发明实施例1变换器SR间电压调制指令生成电路144的具体构成图。
图14是示意本发明实施例1变换器和逆变器各种电压调制指令信号关系的波形图。
图15是示意本发明实施例1含有3次谐波相的电压调制指令信号和基于它的线间电压之间关系的波形图。
图16是示意本发明实施例2采用三相输入单相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图。
图17是详示本发明实施例2滤波器211的内部构成图。
图18是详示本发明实施例2开关SWH212的内部构成图。
图19是详示本发明实施例2开关SWI214的内部构成图。
图20是详示本发明实施例2逆变单元230的内部构成图。
图21是示意本发明实施例2采用三相输入单相输出电力变换装置的不间断电源装置的控制电路构成框图。
图22是示意本发明实施例2采用单相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图。
图23是详示本发明实施例2开关SWJ207的内部构成图。
图24是详示本发明实施例2电抗器208的内部构成图。
图25是详示本发明实施例2变换单元220的内部构成图。
图26是示意本发明实施例2采用单相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的控制电路构成框图。
图27是示意本发明实施例3采用n相输入n相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图。
图28是详示本发明实施例3开关SWJ307的内部构成图。
图29是详示本发明实施例3电抗器308的内部构成图。
图30是详示本发明实施例3滤波器311的内部构成图。
图31是详示本发明实施例3开关SWH312的内部构成图。
图32是详示本发明实施例3开关SWI314的内部构成图。
图33是详示本发明实施例3变换单元320的内部构成图。
图34是详示本发明实施例3逆变单元330的内部构成图。
图35是详示本发明实施例3共用单元310的内部构成图。
图36是示意本发明实施例4m相输入n相输出电力变换装置的主电路构成图。
图37是详示本发明实施例4电抗器408的内部构成图。
图38是详示本发明实施例4变换单元420的内部构成图。
图39是示意现有采用三相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图。
图40是详示现有开关SWJ7的内部构成图。
图41是详示现有电抗器8的内部构成图。
图42是详示现有滤波器11的内部构成图。
图43是详示现有开关SWH12的内部构成图。
图44是详示现有开关SWI14的内部构成图。
图45是详示现有变换单元20的内部构成图。
图46是详示现有逆变单元30的内部构成图。
图47是示意现有采用三相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的控制电路构成框图。
图48是示意现有逆变器U相电压调制指令生成电路50的具体构成框图。
图49是示意现有变换器电流指令生成电路43的具体构成框图。
图50是示意现有变换器R相电压调制指令生成电路44的具体构成框图。
实施例1
根据图1～图15就本发明第一实施例说明采用输入三相交流、输出与输入相同频率的三相交流的电力变换装置的不间断电源装置。图1是示意三相输入三相输出不间断电源装置的主电路构成框图，图2是详示开关SWJ107的内部构成图，图3是详示电抗器108的内部构成图，图4是详示滤波器111的内部构成图，图5是详示开关SWH112的内部构成图，图6是详示开关SWI114的内部构成图，图7是详示变换单元120的内部构成图，图8是详示变换单元130的内部构成图，图9是详示共用单元110的内部构成图，图10是示意三相输入三相输出不间断电源装置的控制电路构成框图，图11是示意逆变器VU间电压调制指令生成电路150的具体构成框图，图12是示意变换器电流指令生成电路143的具体构成框图，图13是示意变换器SR间电压调制指令生成电路144的具体构成图，图14是示意变换器和逆变器各种电压调制指令信号关系的波形图，图15是示意含有3次谐波相的电压调制指令信号和基于它的线间电压之间关系的波形图。
图中，与现有例相同标号表示相同或相应部分，71是电力变换装置，81是不间断电源装置，107是两相开关SWJ1、SWJ2构成的开关SWJ，108是两相电抗器L11、L12构成的电抗器，9是对后面述及的变换单元120和共用单元110输出的直流进行平滑的平滑电容器，111是两相电抗器L21、L22和C1、C2构成的滤波器，112是两相开关SWH1、SWH2构成的开关SWH，114是两相开关SWI1、SWI2构成的开关SWI，120是将输入的两相交流变换为直流的变换单元，130是与后面述及的共用单元110协同将直流变换为三相交流的逆变单元，110是共用单元，兼具变换单元120和逆变单元130两者功能的R相或U相上下桥臂开关单元。
121、122分别是T相、S相上下桥臂开关单元，121a是T相上下桥臂开关单元121的上桥臂开关单元，121b是T相上下桥臂开关单元121的下桥臂开关单元，122a是S相上下桥臂开关单元122的上桥臂开关单元，122b是T相上下桥臂开关单元122的下桥臂开关单元。这里，各个上或下桥臂开关单元121a、121b、122a、122b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管所构成。
131、132分别是W相、V相上下桥臂开关单元，131a是W相上下桥臂开关单元131的上桥臂开关单元，131b是W相上下桥臂开关单元131的下桥臂开关单元，132a是V相上下桥臂开关单元132的下桥臂开关单元，132b是V相上下桥臂开关单元132的下桥臂开关单元。这里，各个上或下桥臂开关单元131a、131b、132a、132b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管所构成。
110a是R相或U相共用单元110的上下桥臂开关单元的上桥臂开关单元，110b是R相或U相共用单元110的上下桥臂开关单元的下桥臂开关单元。
1R、1S、1T分别是提供三相交流输入电源R相、S相、T相电力的端子，6U、6V、6W分别是向所驱动的负载(未图示)输出的三相交流输出端子，1R端子与6U端子直接连接。而且，端子1T和端子2T、端子1S和端子2S分别通过开关SWJ107的SWJ1、SWJ2连接，端子2T和端子3T、端子2S和端子3S分别通过电抗器108的L11、L12连接，端子3T、3S分别与T相上桥臂开关单元121a同下桥臂开关单元121b的接点，S相上桥臂开关单元122a同下桥臂开关单元122b的接点连接。
1RU是与共用单元110的上桥臂开关单元110a同下桥臂开关单元110b的接点连接的端子。P1、N1分别是共用单元110与逆变单元130之间的直流正极端子、直流负极端子，分别为与直流正极端子P、直流负极端子N相同电位。
端子4W、4V与逆变器130各自的W相上桥臂开关单元131a同下桥臂开关单元131b的接点，V相上桥臂开关单元132a同下桥臂开关单元132b的接点连接。而且，端子4W和端子5W、端子4V和端子5V分别通过滤波器111的电抗器L21、L22连接，此外，2RU是与滤波器111的电容器C1、C2的公共接点连接的端子。端子5W和端子6W、端子5V和端子6V分别通过开关SWH112的SWH1、SWH2连接，端子1T和端子6W、端子1S和端子6V分别通过开关SWI114的SWI1、SWI2连接。
接下来在图10所示的控制电路中，141A是相对于输入三相交流输入之一的线间电压V(SR)而生成基准信号的PLL电路40的输出信号，生成具有规定相位差且相位互不相同的两个相异相位信号θ(SR)、θ(TR)的相位变换电路A，141B是相对于PLL电路40的输出信号进一步生成具有不同的规定相位差的相位信号θ(R)的相位变换电路B，142A是生成与相位变换电路A141A输出的两个相异相位信号θ(SR)、θ(TR)对应的正弦波信号的三角函数发生电路A，142B是生成与相位变换电路B141B输出的相位信号θ(R)对应的正弦波信号的三角函数发生电路B。
143是输入平滑电容器9两端测定电压V(DC)和直流电压指令信号V(DC)*，以及三角函数发生电路A142A输出的两个正弦波信号sinθ(SR)、sinθ(TR)，输出变换单元120变换器S相电流指令信号I(S)*和变换器T相电流指令信号I(T)*的变换器电流指令生成电路。
这里，变换器电流指令生成电路143如图12所示构成，1431是运算直流电压指令信号V(DC)*和平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)之差的减法器，1432是通过PI(比例+积分)控制使减法器1431的输出信号放大的PI电路，1433是使三角函数发生电路A142A输出的正弦波信号sinθ(TR)和PI电路1432的输出信号相乘生成T相电流指令信号I(T)*的乘法器，1434是使三角函数发生电路A142A输出的正弦波信号sinθ(SR)和PI电路1432的输出信号相乘生成S相电流指令信号I(S)*的乘法器。
144是输入三相交流输入S相电流测定值信号I(S)和变换器电流指令生成电路143输出的S相电流指令信号I(S)*，输出变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*的变换器SR间电压调制指令生成电路，145是输入三相交流输入T相电流测定值信号I(T)和变换器电流指令生成电路143输出的T相电流指令信号I(T)*，输出变换器TR间电压调制指令信号V(TR)*的变换器TR间电压调制指令生成电路。
这里，变换器SR间电压调制指令生成电路144如图13所示构成，1441是运算变换器电流指令生成电路143输出的S相电流指令信号I(S)*和S相电流测定值信号I(S)之差的减法器，1442是通过P(比例)控制使减法器1441的输出信号放大，生成变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*的P电路。变换器TR间电压调制指令生成电路145也与变换器SR间电压调制指令生成电路144同样构成。
146是输入三角函数发生电路B142B输出的正弦波信号sinθ(R)和平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)，生成共用单元电压即U相电压的U相电压调制指令信号V(UN)*的共用单元电压调制指令生成电路，161是使变换器TR间电压调制指令生成电路145输出的变换器TR间电压调制指令信号V(TR)*和共用单元电压调制指令生成电路146输出的U相电压调制指令信号V(UN)*相加，生成变换器T相电压调制指令信号V(TN)*的加法器，162是使变换器SR间电压调制指令生成电路144输出的变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*和共用单元电压调制指令生成电路146输出的U相电压调制指令信号V(UN)*相加，生成变换器S相电压调制指令信号V(SN)*的加法器。
接着，147是输入加法器161输出的变换器T相电压调制指令信号V(TN)*和加法器162输出的变换器S相电压调制指令信号V(SN)*，对变换单元120分别对应的T相、S相上以及下桥臂开关单元121a、121b、122a、122b进行PWM控制的变换单元驱动电路，149是输入共用单元电压调制指令生成电路146输出的U相电压调制指令信号V(UN)*，对U相对应的共用单元110上以及下桥臂开关单元110a、110b进行PWM控制的共用单元驱动电路。
而148是输入逆变器电压振幅指令信号V(AC)*和三角函数发生电路A142A输出的两个正弦波信号sinθ(SR)和sinθ(TR)，生成两种逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)和V(AC)*·sinθ(TR)的逆变器电压指令生成电路，150是输入逆变器电压指令生成电路148输出的逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)和V相电流检出值I(V)以及V相U相间的线间电压检出值V(VU)，生成逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*的逆变器VU间电压调制指令生成电路，151是输入逆变器电压指令生成电路148输出的逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(TR)和W相电流检出值I(W)以及W相U相间的线间电压检出值V(WU)，生成逆变器WU间电压调制指令信号V(WU)*的逆变器WU间电压调制指令生成电路。
这里，逆变器VU间电压调制指令生成电路150如图11所示构成，1501是运算逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(R)和V相U相间的线间电压检出值V(VU)之差的减法器，1502是通过PID控制减法器1501输出的差信号使误差放大的PID电路，1503是输入V相电流检出值I(V)，对它微分生成电抗器L22产生的压降的电抗器压降生成电路，1504是使电抗器压降生成电路1503输出的信号和PID电路1502输出的信号相加，生成逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*的加法器。逆变器WU间电压调制指令信号生成电路151也与逆变器VU间电压调制指令生成电路150相同构成。
163是使逆变器WU间电压调制指令生成电路151输出的逆变器WU间电压调制指令信号V(WU)*和共用单元电压调制指令生成电路146输出的U相电压调制指令信号V(UN)*相加，生成逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*的加法器，164是使逆变器VU间电压调制指令生成电路150输出的逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*和共用单元电压调制指令生成电路146输出的U相电压调制指令信号V(UN)*相加，生成逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*的加法器。
152是输入加法器163输出的逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*和加法器164输出的逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*，对逆变单元130分别对应的W相、V相上以及下桥臂开关单元131a、131b、132a、132b进行PWM控制的逆变单元驱动电路。
接下来说明本实施例不间断电源装置的动作。首先，看一看开关SWJ107和开关SWH112闭合、开关SWI114打开的场合，就基本控制动作而言，是在变换单元120、共用单元110、电抗器108将三相交流电源的三相交流输入变换为直流的同时，按规定指令对构成变换单元120、共用单元110的开关单元进行PWM控制，使该三相交流电源R相、S相、T相各相输入电流波形为正弦波，并使得R相、S相、T相各相电压同各相电流保持相位一致，从而控制为输入功率因数基本为1，平滑电容器9两端电压为规定直流电压值。
而逆变单元130、共用单元110、滤波器111通过按规定指令对构成逆变单元130、共用单元110的开关单元进行PWM控制，使得U相、V相、W相各相输出电压为正弦波并具有一定电压值和规定频率的交流输出波形，从而可以由输出端子6W、6V、6U按规定频率获得规定电压的三相交流输出。
这里，蓄电装置10正常时由未图示的充电电路或平滑电容器9充电，而三相交流电源异常时，即发生停电或瞬间电压下降时，通过使所充电能放电，便可经逆变单元130、共用单元110、滤波器111输出给输出端子6W、6V、6U。
变换单元120、逆变单元130或共用单元110发生任意异常时，通过使开关SWJ107和开关SWH112打开，开关SWI114闭合，便可使三相交流电源的交流输出直接通过开关SWI114输出给输出端子6W、6V、6U。发生这种异常时，对逆变单元130产生的交流输出与将逆变单元130旁路后直接从交流电源获得的交流输出无间断地切换变得重要。因此，需要有使开关SWH112和开关SWI114同时闭合的期间。
这种场合，如后面详述，本实施例的主电路构成，是使输入端的一个端子1R和输出端的一个端子6U共同连接的，因而变换单元120和逆变单元130具有相同基准，由于两者之间没有电位差发生，因而不需要现有例所示的绝缘变压器13。而且，变换单元120和逆变单元130是通过共用单元110受到PWM控制的，因而，即便是为了与分流电路进行切换而使开关SWJ107、开关SWH112、开关SWI114同时闭合的场合，也使分流电路的交流输出和逆变单元130的交流输出保持同步和相同电位，不至于发生输出短路等问题。
本实施例的主电路构成中，使输入端和输出端中的一路共用，因而三相电路状态为非对称，难以控制相电压。因而，为了对变换单元120和逆变单元130进行PWM控制，在生成线间电压调制指令信号之后，需要将它变换为以直流负极端子N为基准的各相电压指令信号。
例如，令S相和R相的线间电压为V(SR)，T相和R相的线间电压为V(TR)，W相和U相的线间电压为V(WV)，U相和N点之间的电压为V(UN)(这里，U相和R相设定为相同电位)，V相和N点之间的电压为V(VN)，W相和N点之间的电压为V(WN)，S相和N点之间的电压为V(SN)，T相和N点之间的电压为V(TN)的话，可获得如下所示的关系式，为：
V(RN)=V(UN)
V(SN)=V(SR)+V(RN)
V(TN)=V(TR)+V(RN)
V(VN)=V(VU)+V(UN)
V(WN)=V(WU)+V(UN)
因此，图10中，分别由共用单元电压调制指令生成电路146生成U相电压调制指令信号V(UN)*，由变换器SR间电压调制指令生成电路144生成变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*，由变换器TR间电压调制指令生成电路145生成变换器TR间电压调制指令信号V(TR)*，由逆变器VU间电压调制指令生成电路150生成逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*，由逆变器WU间电压调制指令生成电路151生成逆变器WU间电压调制指令信号V(WU)*的话，用上述关系式，可由加法器162、161、164、163分别生成变换器S相电压调制指令信号V(SN)*、变换器T相电压调制指令信号V(TN)*、逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*和逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*。
由于变换单元120的功率因数必须为1，因而需要对变换器电流进行控制。以下说明将变换单元120的功率因数控制为1的动作。首先，检出输入端子1S、1R间的线间电压V(SR)并输入PLL电路40，以该线间电压信号V(SR)为基准信号。将该线间电压信号V(SR)输入至相位变换电路A141A，接着由三角函数发生电路A142A生成与该线间电压信号V(SR)相同周期、相同振幅，并且具有互相不同相位差的两种正弦波信号。其中之一是与线间电压信号V(SR)同步(具有相同相位)的正弦波信号sinθ(SR)，另一是与线间电压V(TR)具有相同相位关系的正弦波信号sinθ(TR)。这里，正弦波信号sinθ(TR)相位例如比正弦波信号sinθ(SR)要滞后π/3。
现令线间电压的振幅为141v，则这些正弦波信号可表示如下：
V(SR)=sinθ(SR)=141·sin(θ)
V(TR)=sinθ(TR)=141·sin(θ-π/3)
这些正弦波信号，在图14中(d)表示V(SR)，(e)表示V(TR)。
接下来，变换器电流指令生成电路143求得平滑电容器9两端测定电压信号V(DC)与直流电压指令信号V(DC)*之差，对它进行PI控制，使误差放大，运算该误差与sinθ(SR)以及与sinθ(TR)的积，生成变换器S相电流指令信号I(S)*和变换器T相电流指令信号I(T)*。
而相位变换电路B141B和三角函数发生电路B142B生成的是比输入的线间电压信号V(SR)相位超前5π/6的正弦波信号sinθ(R)。该正弦波信号成为相位与以直流负极端子N为基准的共用单元电压指令同步的信号。接着，共用单元电压调制指令生成电路146输入三角函数发生电路B142B输出的正弦波信号sinθ(R)和平滑电容器9两端的测定电压信号V(DC)，生成共用单元电压即U相(或R相)电压的U相电压调制指令信号V(UN)*。这里，U相电压调制指令信号V(UN)*由下式表述。
V(UN)*=(V(DC)/2)·(1+sin(θ+5π/6))
而变换器SR间电压调制指令生成电路144通过比例控制等使变换器电流指令生成电路143输出的S相电流指令信号I(S)*与S相电流测定值信号I(S)之差放大，生成变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*。变换器TR间电压调制指令生成电路145也与变换器SR间电压调制指令生成电路144同样，通过比例控制等使变换器电流指令生成电路143输出的T相电流指令信号I(T)*与T相电流测定值信号I(T)之差放大，生成变换器TR间电压调制指令信号V(TR)*。
接下来，加法器162、161通过在这些变换器线间电压调制指令信号V(SR)*以及V(TR)*上加U相电压调制指令信号V(UN)*，生成变换器S相电压调制指令信号V(SN)*以及变换器T相电压调制指令信号V(TN)*。接着，将这些信号输入对变换单元120分别对应的S相、T相上以及下桥臂开关单元122a、122b、121a、121b进行PWM控制的变换单元驱动电路149。
另一方面，就控制变换单元R相电压的部分而言，变成共用单元110作为主电路，输入至共用单元驱动电路149的U相电压调制指令信号V(UN)*作为变换器R相电压调制指令信号V(RN)*承担其功能，变成变换单元120同变换器S相电压调制指令信号V(SN)*以及变换器T相电压调制指令信号V(TN)*结合，以功率因数1对变换器进行PWM控制。
图14中，(a)表示与变换器R相电压调制指令信号V(RN)*相当的U相电压调制指令信号V(UN)*，(b)表示变换器S相电压调制指令信号V(SN)*，(c)表示变换器T相电压调制指令信号V(TN)*，由此可以理解各个信号的振幅和相位关系。这里，对于这些信号的振幅来说，为了与(d)所示的V(SR)、(e)所示的V(TR)对照，设定V(DC)值如下：
(V(DC)/2)×31/2=141v
即，V(DC)=163v。
以下说明逆变器控制。逆变器电压指令生成电路148输入逆变器电压振幅指令信号V(AC)*以及三角函数发生电路A142A输出的两个正弦波信号sinθ(SR)和sinθ(TR)，生成两种逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)和V(AC)*·sinθ(TR)。接着，逆变器VU间电压调制指令生成电路150运算逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)与V相U相间的线间电压检出值信号V(VU)之差，通过PID控制使该误差信号放大，在该信号上加对V相电流检出值信号I(V)微分、生成电抗器L22所产生压降的电抗器压降生成电路1503输出的信号，生成逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*。
同样，逆变器WU间电压调制指令生成电路151也运算逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(TR)与W相U相间的线间电压检出值信号V(WU)之差，通过PID控制使该误差信号放大，在该信号上加对W相电流检出值信号I(W)微分、与电抗器L21所产生压降有关的信号，生成逆变器WU间电压调制指令信号V(WU)*。
接下来，加法器164、163通过在这些逆变器线间电压调制指令信号V(VU)*以及V(WU)*上加U相电压调制指令信号V(UN)*，生成逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*以及逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*。接着，将这些信号输入对逆变单元130分别对应的V相、W相上以及下桥臂开关单元132a、132b、131a、131b进行PWM控制的逆变单元驱动电路152。
另一方面，就控制逆变单元U相电压的部分而言，变成共用单元110作为主电路，输入至共用单元驱动电路149的U相电压调制指令信号V(UN)*作为逆变器U相电压调制指令信号V(UN)*承担其功能，变成逆变单元130同逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*以及逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*结合，对逆变器进行PWM控制，以输出同输入电源的交流电压与频率、相位、振幅相关并且同步的交流电压。
图14中，(a)表示逆变器U相电压调制指令信号V(UN)*，(b)表示逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*，(c)表示逆变器W相电压调制指令信号V(WN)*，(d)表示逆变器VU间电压调制指令信号V(VN)*，(e)表示逆变器WU间电压调制指令信号V(WU)*，由此可以理解各个信号的振幅和相位关系。
这里，按上述方法控制的话，由图14可知，变换器各线间电压调制指令V(SR)*(与V(SU)*相同)、V(TR)*和逆变器各线间电压调制指令V(VU)*、V(WU)*的峰值比变换器各相电压调制指令信号V(RN)*(与V(UN)*相同)、V(SN)*、V(TN)*和逆变器各相电压调制指令信号V(UN)*、V(VN)*、V(WN)*的峰间电压值要小。
这是因为变换器和逆变器产生各相电压峰的位置与产生各线间电压峰的位置在相位上偏差30°，因而线间电压峰值不等于相电压的峰间电压(这时为V(DC))，峰间电压会小于(31/2/2)倍数值(这时为(V(DC)/2)×31/2)。因而，无法使线间电压峰值等于平滑电容器9两端电压V(DC)值，平滑电容器9两端电压V(DC)的利用率会变差。
这里，为了提高电压V(DC)利用率，如图15所示，例如在逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*和逆变器U相电压调制指令信号V(UN)*上迭加适当振幅的3次谐波，以减小各相电压调制指令信号的峰值。这样，对于平滑电容器9两端的电压V(DC)，逆变器VU间线间电压也可以得到以电压V(DC)为峰值的线间电压。不用说，这时即便在各相电压上迭加3次谐波，对线间电压没有影响。
图15中，(a)表示以电压V(DC)为峰值的逆变器VU间线间电压，将它表示为V(VU)的话，则为
V(VU)=V(DC)·sinθ
而(b)为包含适当振幅的3次谐波的逆变器U相电压调制指令信号V(UN)3*，则
V(UN)3*=(V(DC)/2)·(1+sin(θ+5π/6))
          +α·sin(3θ+5π/6)
又(c)同样为包含适当振幅的3次谐波的逆变器V相电压调制指令信号V(VN)3*，则
V(VN)3*=(V(DC)/2)·(1+sin(θ+π/6))
          +α·sin(3θ+π/6)
接着，逆变器U相电压调制指令信号V(UN)3*与逆变器V相电压调制指令信号V(VN)3*合成后，便获得以电压V(DC)为峰值的逆变器VU间线间电压V(VU)。
上述说明中，输入至共用单元电压调制指令生成电路146以生成共用单元电压即U相(或R相)电压的U相电压调制指令信号V(UN)*的函数信号，为三角函数发生电路B142B输出的正弦波信号sinθ(R)，但作为该函数信号的波形而言，即便为梯形波、三角波也可获得相同控制动作。
综上所述，按照本实施例，通过由变换单元120和共用单元110构成作为变换单元，由逆变单元130和共用单元110构成作为逆变单元，变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，根据各相具有规定振幅与相位关系的电压调制指令信号，对变换单元120、共用单元110、逆变单元130的各开关单元进行PWM控制，因而，可以减少一组构成主电路的上下桥臂开关单元，从而可随之减少构成控制电路的元件数。而且在装置轻量化和小型化方面都有效。此外，由于减少作为损耗和发热根源的开关单元，因而可谋求装置的高效和冷却方法的简化。
对逆变单元130发生的交流输出和逆变单元130旁路后从三相交流电源直接得到的交流输出无间断地切换时，将三相交流输入中的一相例如R相与三相交流输出中的一相例如U相共同连接，因而通过对变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，结合以同一共用基准控制两者，即便为了与分流电路切换，开关SWJ107、开关SWH112、开关SWI114同时闭合的时候，也使得分流电路的交流输出与逆变单元130的交流输出同步并且相同电位，不至发生输出短路等问题。而且，两者之间没有电位差发生，因而具有也不需要如现有例所示的绝缘变压器13这种效果。
此外，提供给变换单元驱动电路147、共用单元驱动电路149、逆变单元驱动电路152的各相电压调制指令信号，是通过在共用单元电压调制指令生成电路146生成的U相电压调制指令信号V(UN)*上加各线间电压调制指令信号后生成的，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要如现有例那样将电压变换电路49用来生成各种电压调制指令信号和特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成部分少、可靠性高的控制电路这种效果。
实施例2
就本发明第二实施例，说明采用的是交流输出与交流输入具有相同频率，但输入与输出相数不同，尤其是单相与三相情形的电力变换装置的不间断电源装置。图16～图21是输入三相输出单相的情形，图22～图26是输入单相输出三相的情形。首先，根据图16～图21说明采用输入三相输出单相情形的电力变换装置的不间断电源装置。
图16是示意采用三相输入单相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图，图17是详示滤波器211的内部构成图，图18是详示开关SWH212的内部构成图，图19是详示开关SWI214的内部构成图，图20是详示逆变单元230的内部构成图，图21是示意采用三相输入单相输出电力变换装置的不间断电源装置的控制电路构成框图。
图中，与现有例和第一实施例相同标号表示相同或相应部分，72是电力变换装置，82是不间断电源装置，211是一相电抗器L22和C2构成的滤波器，212是一相开关SWH2构成的开关SWH，214是一相开关SWI2构成的开关SWI，230是与共用单元110协同将直流变换为单相交流的逆变单元，230a是V相上下桥臂开关单元230的上桥臂开关单元，230b是V相上下桥臂开关单元230的下桥臂开关单元。
以下说明本实施例的控制动作。对于变换单元120和共用单元110的控制动作来说，与第一实施例相同，这里说明逆变单元230与共用单元110协同进行的逆变器动作。248是逆变器电压指令生成电路，仅输入三角函数发生电路A142A生成的两个正弦波信号中与线间电压信号V(SR)同步(具有相同相位)的正弦波信号sinθ(SR)。
接着，由同时输入的逆变器电压振幅指令信号V(AC)*生成逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)。接下来，逆变器VU间电压调制指令生成电路150运算逆变器电压指令信号V(AC)*·sinθ(SR)与V相U相间的线间电压检出值信号V(VU)之差，通过PID控制放大该误差信号，在该信号上加对V相电流检出值信号I(V)微分生成电抗器所产生压降的电抗器压降生成电路1503输出的信号，生成逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*。
加法器164通过在该逆变器VU间电压调制指令信号V(VU)*上加上U相电压调制指令信号V(UN)*，生成逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*。而且，252是对逆变单元230的V相上以及下桥臂开关单元230a、230b进行PWM控制的逆变单元驱动电路，输入该逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*，对逆变单元230进行PWM控制。
另一方面，就控制逆变单元U相电压的部分而言，变成共用单元110作为主电路，输入至共用单元驱动电路149的U相电压调制指令信号V(UN)*作为逆变器U相电压调制指令信号V(UN)*承担其功能，变成逆变单元230同逆变器V相电压调制指令信号V(VN)*结合，对逆变器进行PWM控制，以输出同输入电源S相R相间的交流电压与频率、相位、振幅相关并且同步的V相U相间的单相交流电压。
以下根据图22～图26说明采用输入为单相、输出为三相的电力变换装置的不间断电源装置。图22是示意采用单相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图，图23是详示开关SWJ207的内部构成图，图24是详示电抗器208的内部构成图，图25是详示变换单元220的内部构成图，图26是示意采用单相输入三相输出电力变换装置的不间断电源装置的控制电路构成框图。
图中，与现有例和第一实施例相同标号表示相同或相应部分，73是电力变换装置，83是不间断电源装置，207是一相开关SWJ2构成的开关SWJ，208是一相电抗器L12构成的电抗器，220是与共用单元110协同将单相交流变换为直流的变换单元，220a是S相上下桥臂开关单元220的上桥臂开关单元，220b是V相上下桥臂开关单元230的下桥臂开关单元。
以下说明本实施例的控制动作。对于逆变单元130和共用单元110的控制动作来说，与第一实施例相同，因而，这里说明变换单元220与共用单元110协同进行的变换器动作。243是变换器电流指令生成电路，只输入三角函数发生电路A142A生成的两个正弦波信号中与线间电压信号V(SR)同步(具有相同相位)的正弦波信号sinθ(SR)。
接着，求同时输入的平滑电容器9两端的测定电压信号V(DC)与直流电压指令信号V(DC)*之差，对它进行PI控制，放大误差，运算该误差与sinθ(SR)的积，生成变换器S相电流指令信号I(S)*。接下来，变换器SR间电压调制指令生成电路144通过比例控制等使变换器电流指令生成电路243输出的S相电流指令信号I(S)*与S相电流测定值信号I(S)之差放大，生成变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*。
加法器162通过在该变换器SR间电压调制指令信号V(SR)*上加上U相电压调制指令信号V(UN)*，生成变换器S相电压调制指令信号V(SN)*。而且，247是对变换单元220的S相上以及下桥臂开关单元220a、220b进行PWM控制的变换单元驱动电路，输入该变换器S相电压调制指令信号V(SN)*，对变换单元220进行PWM控制。
另一方面，就控制变换单元R相电压的部分而言，变成共用单元110作为主电路，输入至共用单元驱动电路149的U相电压调制指令信号V(UN)*作为变换器R相电压调制指令信号V(RN)*承担其功能。而且，同变换单元120以及变换器S相电压调制指令信号V(SN)*结合，将三相交流电源中两相的单相电压变换为直流，并使来自该三相交流电源的输入电流为正弦波，按规定指令进行PWM控制，使输入电压与电流的相位一致，工作时输入功率因数基本为1，且平滑电容器9两端电压为规定的直流电压值。
综上所述，按照本实施例，通过分别由变换单元120和共用单元110或变换单元220和共用单元110构成作为变换单元，由逆变单元230和共用单元110或逆变单元130和共用单元110构成作为逆变单元，变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，根据各相具有规定振幅与相位关系的电压调制指令信号，对变换单元120、共用单元110、逆变单元230组成或变换单元220、共用单元110、逆变单元130组成的各开关单元进行PWM控制，因而，可以减少一组构成主电路的上下桥臂开关单元，从而可随之减少构成控制电路的元件数。而且在装置轻量化和小型化方面也有成效。此外，由于减少作为损耗和发热根源的开关单元，因而可谋求装置的高效和冷却方法的简化。
对逆变单元230或130发生的交流输出和逆变单元230或130旁路后从交流电源直接得到的交流输出无间断地切换时，将三相交流输入中的一相例如R相与单相交流输出或三相交流输出中的一相(例如U相)共同连接，因而通过对变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，结合以同一共用基准控制两者，即便为了与分流电路切换，开关SWJ107、开关SWH212、开关SWI214同时闭合的时候，或开关SWJ207、开关SWH112、开关SWI114同时闭合的时候，也使得分流电路的交流输出与逆变单元230或逆变单元130的交流输出同步并且相同电位，不至发生输出短路等问题。而且，两者之间没有电位差发生，因而具有也不需要如现有例所示的绝缘变压器13这种效果。
此外，提供给变换单元驱动电路147或247、共用单元驱动电路149、逆变单元驱动电路252或152的各相电压调制指令信号，是通过在共用单元电压调制指令生成电路146生成的U相电压调制指令信号V(UN)*上加各线间电压调制指令信号后生成的，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要如现有例那样将电压变换电路49用来生成各种电压调制指令信号和特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成部分少、可靠性高的控制电路这种效果。
实施例3
就本发明第三实施例，根据图27～图35说明采用输入n相交流输出与输入相同频率的n相交流的电力变换装置的不间断电源装置。图27是示意采用n相输入n相输出电力变换装置的不间断电源装置的主电路构成框图，图28是详示开关SWJ307的内部构成图，图29是详示电抗器308的内部构成图，图30是详示滤波器311的内部构成图，图31是详示开关SWH312的内部构成图，图32是详示开关SWl314的内部构成图，图33是详示变换单元320的内部构成图，图34是详示逆变单元330的内部构成图，图35是详示共用单元310的内部构成图。
图中，与现有例和第一、第二实施例相同标号表示相同或相应部分，74是电力变换装置，84是不间断电源装置，307是由(n-1)相开关SWJ(1)～SWJ(n-1)构成的开关SWJ，308是(n-1)相电抗器L1(1)～L1(n-1)构成的电抗器，311是(n-1)相电抗器L2(1)～L2(n-1)和电容器C(1)～C(n-1)构成的滤波器，312是(n-1)相开关SWH(1)～SWH(n-1)构成的开关SWH，314是(n-1)相开关SWI(1)～SWI(n-1)构成的开关SWI，320是将所输入的(n-1)相交流变换为直流的变换单元，330是与后面述及的共用单元310协同将直流变换为n相交流的逆变单元，310是具有变换单元320和逆变单元330两者功能的第n相上下桥臂开关单元即共用单元。
320(1)～320(n-1)分别是第1相～第(n-1)相上下桥臂开关单元，320(1)a～320(n-1)a分别是第1相～第(n-1)相上桥臂开关单元，320(1)b～320(n-1)b分别是第1相～第(n-1)相下桥臂开关单元，这里，各个上或下桥臂开关单元320(1)a～320(n-1)a，以及320(1)b～320(n-1)b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管构成。
330(1)～330(n-1)分别是第1相～第(n-1)相上下桥臂开关单元，330(1)a～330(n-1)a分别是第1相～第(n-1)相上桥臂开关单元，330(1)b～330(n-1)b分别是第1相～第(n-1)相下桥臂开关单元，这里，各个上或下桥臂开关单元330(1)a～330(n-1)a，以及330(1)b～330(n-1)b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管构成。
310a是第n相上下桥臂开关单元310的上桥臂开关单元，310b是第n相上下桥臂开关单元310的下桥臂开关单元。
1IN(1)～1IN(n)是分别提供交流输入电源第1相～第n相电力的端子，6OUT(1)～6OUT(n)是输出给所驱动负载(未图示)的n相交流的输出端子，端子1IN(n)和端子6OUT(n)直接连接。而且，端子1IN(1)～1IN(n-1)与端子2IN(1)～2IN(n-1)分别通过开关SWJ307的SWJ(1)～SWJ(n-1)连接，端子2IN(1)～2IN(n-1)与端子3IN(1)～3IN(n-1)分别通过电抗器308的L1(1)～L1(n-1)连接，端子3IN(1)～3IN(n-1)分别连接在第1相上桥臂开关单元320(1)a与下桥臂开关单元320(1)b的连接点～第(n-1)相上桥臂开关单元320(n-1)a与下桥臂开关单元320(n-1)b的连接点上。
1INOUT(n)是与共用单元310的上桥臂开关单元310a和下桥臂开关单元310b的连接点连接的端子。P1、P2分别是共用单元310与逆变单元330之间的直流正极端子、直流负极端子，分别与直流正极端子P、直流负极端子N相同电位。
端子4OUT(1)～4OUT(n-1)分别连接在逆变单元330第1相上桥臂开关单元330(1)a与下桥臂开关单元330(1)b的连接点～第(n-1)相上桥臂开关单元330(n-1)a与下桥臂开关单元330(n-1)b的连接点上。而且，端子4OUT(1)～4OUT(n-1)分别通过滤波器311的电抗器L2(1)～L2(n-1)与端子5OUT(1)～5OUT(n-1)连接，此外，2INOUT(n)是与滤波器311的电容器C(1)～C(n-1)的公共连接点连接的端子。
端子5OUT(1)～5OUT(n-1)分别通过开关SWH312的SWH(1)～SWH(n-1)与端子6OUT(1)～6OUT(n-1)连接，端子1IN(1)～1IN(n-1)与端子6OUT(1)～6OUT(n-1)分别通过开关SWI314的SWI(1)～SWI(n-1)连接。
以下说明本实施例采用输入n相交流、输出与输入相同频率的n相交流的电力变换装置的不间断电源装置的动作。变换单元工作当中，由变换单元320、共用单元310和电抗器308将n相交流电源的n相电压变换为直流，而且使来自该n相交流电源的输入电流为正弦波，通过按规定指令对变换单元320和共用单元310上以及下桥臂开关单元进行PWM控制，使得输入电压与电流相位一致，工作时输入功率因数基本为1，平滑电容器9两端电压为规定直流电压值。具体的控制动作，n=3时与第一实施例相同，但不同之处在于各相间的相位差并非π/3而是控制为π/n。
逆变单元工作当中，由逆变单元330、共用单元310以及滤波器311按规定指令对逆变单元330和共用单元310的上以及下桥臂开关单元进行PWM控制，以便按与输入电源n相交流电压相同的电压值、频率和相位关系获得正弦波波形的n相输出电压。具体控制动作，n=3时与第一实施例相同，但不同之处在于各相间的相位差并非π/3而是控制为π/n。
综上所述，按照本实施例，不仅是单相、三相场合，还是四相以上多相场合，凡是输入与输出相数相等场合，通过由变换单元320和共用单元310构成作为变换单元，由逆变单元330和共用单元310构成作为逆变单元，变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，根据各相具有规定振幅与相位关系这种电压调制指令信号，对变换单元320、共用单元310、逆变单元330的各开关单元进行PWM控制，因而，可以减少一组构成主电路的上下桥臂开关单元，从而可随之减少构成控制电路的元件数。而且在装置轻量化和小型化方面也有成效。此外，由于减少作为损耗和发热根源的开关单元，因而可谋求装置的高效和冷却方法的简化。
对逆变单元330发生的交流输出和逆变单元330旁路后从三相交流电源直接得到的交流输出无间断地切换时，将n相交流输入中的一相(例如第n相)与n相交流输出中的一相(例如第n相)共同连接，因而通过对变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，结合以同一共用标准控制两者，即便为了与分流电路切换，开关SWJ307、开关SWH312、开关SWI314同时闭合的时候，也使得分流电路的交流输出与逆变单元230或逆变单元130的交流输出同步并且相同电位，不至发生输出短路等问题。而且，两者之间没有电位差发生，因而具有也不需要如现有例所示的绝缘变压器13这种效果。
此外，对于提供给变换单元驱动电路、共用单元驱动电路、逆变单元驱动电路的各相电压调制指令信号，都是按与第一实施例相同的方法生成的，通过在共用单元电压调制指令生成电路生成的第n相电压调制指令信号上加各线间电压调制指令信号后生成，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要如现有例那样将电压变换电路49用来生成各种电压调制指令信号和特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成部分少、可靠性高的控制电路这种效果。
实施例4
就本发明第三实施例，根据图36～图38说明输入m相交流输出与输入相同频率的n相交流的电力变换装置。图36是示意m相输入n相输出电力变换装置的主电路构成框图，图37是详示电抗器408的内部构成图，图38是详示变换单元420的内部构成图。
图中，与现有例和第一、第二、第三实施例相同标号表示相同或相应部分，75是电力变换装置、408是由(m-1)相电抗器L1(1)～L1(m-1)构成的电抗器，420是将所输入的(m-1)相交流变换为直流的变换单元。
420(1)～420(m-1)分别是第1相～第(m-1)相上下桥臂开关单元，420(1)a～420(m-1)a分别是第1相～第(m-1)相上桥臂开关单元，420(1)b～420(m-1)b分别是第1相～第(m-1)相下桥臂开关单元，这里，各个上或下桥臂开关单元420(1)a～420(m-1)a，以及420(1)b～420(m-1)b由晶体三极管、FET、IGBT等开关元件和与之反向并接的二极管构成。
1IN(1)～1IN(m)是分别提供交流输入电源第1相～第n相电力的端子，端子1IN(1)～1IN(m-1)与端子3IN(1)～3IN(n-1)分别通过电抗器408的L1(1)～L1(m-1)连接，端子3IN(1)～3IN(n-1)分别连接在第1相上桥臂开关单元420(1)a与下桥臂开关单元420(1)b的连接点～第(m-1)相上桥臂开关单元420(m-1)a与下桥臂开关单元420(m-1)b的连接点上。
1INOUT(mn)是与共用单元310的上桥臂开关单元310a和下桥臂开关单元310b的连接点连接的端子。2INOUT(mn)是与滤波器311的电容器C(1)～C(n-1)的公共连接点连接的端子。
以下说明本实施例输入m相交流、输出与输入相同频率的n相交流的电力变换装置的动作。变换单元工作当中，由变换单元420、共用单元310和电抗器408将m相交流电源的m相电压变换为直流，而且使来自该m相交流电源的输入电流为正弦波，通过按规定指令对变换单元420和共用单元310上以及下桥臂开关单元进行PWM控制，使得输入电压与电流相位一致，工作时输入功率因数基本为1，平滑电容器9两端电压为规定直流电压值。具体的控制动作，m=3时与第一实施例相同，但不同之处在于各相间的相位差并非π/3而是控制为π/m。
逆变单元工作当中，由逆变单元330、共用单元310以及滤波器311按规定指令对逆变单元330和共用单元310的上以及下桥臂开关单元进行PWM控制，以便按与输入电源n相交流电压相同的电压值、频率和相位关系获得正弦波波形的n相输出电压。具体控制动作，n=3时与第一实施例相同，但不同之处在于各相间的相位差并非π/3而是控制为π/n。
综上所述，按照本实施例，在具有任意相数的输入电源，输出与该输入电源相数不同的任意相数的时候，均通过由变换单元420和共用单元310构成作为变换单元，由逆变单元330和共用单元310构成作为逆变单元，变换单元和逆变单元两者设置共用的开关单元，根据各相具有规定振幅与相位关系这种电压调制指令信号，对变换单元420、共用单元310、逆变单元330的各开关单元进行PWM控制，因而，可以减少一组构成主电路的上下桥臂开关单元，从而可随之减少构成控制电路的元件数。而且在装置轻量化和小型化方面也有成效。此外，由于减少作为损耗和发热根源的开关单元，因而可谋求装置的高效和冷却方法的简化。
此外，对于提供给变换单元驱动电路、共用单元驱动电路和逆变单元驱动电路的各相电压调制指令信号，都是按与第一实施例相同的方法生成的，通过在共用单元电压调制指令生成电路生成的第m相或第n相电压调制指令信号上加各线间电压调制指令信号后生成，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要如现有例那样将电压变换电路49用来生成各种电压调制指令信号和特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成部分少、可靠性高的控制电路这种效果。
本发明如上所述构成，具有记载如下的效果。
本发明电力变换装置包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过该共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将直流变成交流输出的逆变器控制单元。因而具有以下效果，将共用单元共用于变换单元和逆变单元便实现变换单元和逆变单元各自功能，可以减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，使装置减轻、小型化。此外，减少作为损耗和发热根源的开关单元，具有可使装置高效和冷却方法简化的效果。
又，变换单元、逆变单元和共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所输入的交流一相与所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输入的交流另一相与变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。因而具有以下效果，可以以相同的共同标准对变换单元和逆变单元进行PWM控制，减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，并且使所输入的交流与逆变单元输出的交流同步且相同电位。
又，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。因而具有以下效果，在输入交流为三相、输出交流为三相的时候，可以以相同的共同标准对变换单元和逆变单元进行PWM控制，减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，并且使所输入的交流与逆变单元输出的交流同步且相同电位。
又，变换单元包括两组上下桥臂开关单元，逆变单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的单相交流中的一相与逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。因而具有以下效果，在输入交流为三相、输出交流为单相的时候，可以以相同的共同标准对变换单元和逆变单元进行PWM控制，减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，并且使所输入的交流与逆变单元输出的交流同步且相同电位。
又，变换单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所输入的单相交流中的一相与变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。因而具有以下效果，在输入交流为单相、输出交流为三相的时候，可以以相同的共同标准对变换单元和逆变单元进行PWM控制，减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，并且使所输入的交流与逆变单元输出的交流同步且相同电位。
本发明电力变换装置控制方法包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过该共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将直流变成交流输出的逆变器控制单元；以所输入的交流至少一相为基准信号，根据该基准信号生成对共用单元进行PWM控制的共用单元电压调制信号，生成与该共用单元电压调制信号具有规定相位差的变换单元电压调制信号和逆变单元电压调制信号，以该变换单元电压调制信号和共用单元电压调制信号为变换器控制单元的PWM调制信号，以逆变单元电压调制信号和共用单元电压调制信号为逆变器控制单元的PWM调制信号。因而具有以下效果，将共用单元共用于变换单元和逆变单元便实现变换单元和逆变单元各自功能，可以减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，使装置减轻、小型化。此外，减少作为损耗和发热根源的开关单元，具有可使装置高效和冷却方法简化的效果。
又，变换单元、逆变单元和共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所输入的交流一相与所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输入的交流另一相与变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，基准信号由所输入的交流中共同连接的相与另一相的线间电压生成。因而具有以下效果，可以以相同的共同标准对变换单元和逆变单元进行PWM控制，减少主电路部件及其相关联的控制电路部件，并且使所输入的交流与逆变单元输出的交流同步且相同电位。
又，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，共用单元电压调制信号由基准信号生成具有线间与相的相位关系，逆变单元电压调制信号由根据与所输入的交流一相共同连接的所输出的交流一相和所输出的交流另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号和共用单元电压调制信号生成。因而，在输入交流为三相、输出交流为三相的时候，提供给变换单元、逆变单元的各相电压调制指令信号，是通过在共用单元电压调制指令信号上加各线间电压调制指令信号生成的，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成少、可靠性高的控制电路这种效果。
又，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，共用单元电压调制信号由基准信号生成具有线间与相的相位关系，变换单元电压调制信号由根据与所输入的交流一相共同连接的所输出的交流一相和所输出的交流另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号和共用单元电压调制信号生成。因而，在输入交流为三相、输出交流为三相的时候，提供给变换单元、逆变单元的各相电压调制指令信号，是通过在共用单元电压调制指令信号上加各线间电压调制指令信号生成的，因而只要按原样用可容易测定的线间电压检出值生成各线间电压调制指令信号就行，不需要特意将线间电压检出值变换为相电压，具有可以构成电路组成少、可靠性高的控制电路这种效果。
又，生成对共用单元进行PWM控制的共用单元电压调制信号的函数信号，为正弦波信号、梯形波信号或三角波信号。因而，具有以下效果，可正确确定各信号频率、振幅和相位关系，可以高效正确地生成提供变换单元和逆变单元的各相电压调制指令信号。
本发明采用电力变换装置的不间断电源装置包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将直流变成交流输出的逆变器控制单元；对所输入的交流，和逆变单元输出、与所输入的交流对应相的交流进行选择输出的开关单元。因而，具有以下效果，使得所输入的交流与逆变单元输出的交流同步和具有相同电位，即便在无间断地对所输入的交流与逆变单元输出的交流进行切换的时候，也不至发生输出短路等问题，不需要用来吸收无间断切换时所产生电位差的绝缘变压器等专用装置。
又，变换单元、逆变单元和共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所输入的交流一相与所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输入的交流另一相与变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。因而，具有以下效果，使得所输入的交流与逆变单元输出的交流同步和具有相同电位，即便在无间断地对所输入的交流与逆变单元输出的交流进行切换的时候，也不至发生输出短路等问题，不需要用来吸收无间断切换时所产生电位差的绝缘变压器等专用装置。
又，变换单元和逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。因而，具有以下效果，在输入交流为三相、输出交流为三相的时候，使得所输入的交流与逆变单元输出的交流同步和具有相同电位，即便在无间断地对所输入的交流与逆变单元输出的交流进行切换的时候，也不至发生输出短路等问题，不需要用来吸收无间断切换时所产生电位差的绝缘变压器等专用装置。
又，变换单元包括两组上下桥臂开关单元，逆变单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所输入的三相交流中的两相与变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所输出的单相交流中的一相与逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。因而，具有以下效果，在输入交流为三相、输出交流为单相的时候，使得所输入的交流与逆变单元输出的交流同步和具有相同电位，即便在无间断地对所输入的交流与逆变单元输出的交流进行切换的时候，也不至发生输出短路等问题，不需要用来吸收无间断切换时所产生电位差的绝缘变压器等专用装置。
又，变换单元和共用单元包括一组上下桥臂开关单元，逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所输入的单相交流中的一相与变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的三相交流中的两相与逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。因而，具有以下效果，在输入交流为单相、输出交流为三相的时候，使得所输入的交流与逆变单元输出的交流同步和具有相同电位，即便在无间断地对所输入的交流与逆变单元输出的交流进行切换的时候，也不至发生输出短路等问题，不需要用来吸收无间断切换时所产生电位差的绝缘变压器等专用装置。

Claims (15)

1．一种电力变换装置，其特征在于包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过该共用单元与逆变单元组合进行PWM控制，将所述直流变成交流输出的逆变器控制单元。
2．如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述变换单元、所述逆变单元和所述共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的交流一相与所述所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与所述共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所述所输入的交流另一相与所述变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与所述逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
3．如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，所述变换单元和所述逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的三相交流中的两相与所述变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所述所输出的三相交流中的两相与所述逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
4．如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，所述变换单元包括两组上下桥臂开关单元，所述逆变单元和所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的三相交流中的两相与所述变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所述所输出的单相交流中的一相与所述逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
5．如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，所述变换单元和所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所述所输入的单相交流中的一相与所述变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所述所输出的三相交流中的两相与所述逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
6．一种电力变换装置控制方法，其特征在于，包括下列步骤：
(a)对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流；
(b)对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流；
(c)对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流；
(d)通过所述步骤(c)和所述步骤(a)组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流；
(e)通过所述步骤(c)和所述步骤(b)组合进行PWM控制，将直流变换为交流输出；
(f)以所述输入的交流至少一相为基准信号；
(g)根据所述基准信号，生成用于在所述步骤(c)中进行PWM控制的共用单元电压调制信号；
(h)生成与所述共用单元电压调制信号具有规定相位差的变换单元电压调制信号和逆变单元电压调制信号；
(i)以所述变换单元电压调制信号和所述共用单元电压调制信号为所述步骤(d)的PWM调制信号；以及
(j)以所述逆变单元电压调制信号和所述共用单元电压调制信号为所述步骤(e)的PWM调制信号。
7．如权利要求6所述的电力变换装置控制方法，其特征在于，还包括下列步骤：
(1a)所述交流输入的一相与所述交流输出的一相共同连接；
(1b)将共同连接的相与所述步骤(c)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；
(1c)将所述交流输入的另一相与所述步骤(a)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；
(1d)将所述交流输出的另一相与所述步骤(b)中用的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接；以及
(1e)由所述共同连接的所述交流输入的相与所述交流输入的另一相之间的线间电压生成所述基准信号。
8．如权利要求7所述的电力变换装置控制方法，其特征在于，还包括下列步骤：
(2a)将三相交流输入中的两相与所述步骤(a)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2b)将三相交流输出中的两相与所述步骤(b)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2c)由所述基准信号生成共用单元电压调制信号使之具有线间与相的相位关系；以及
(2d)由所述共用单元电压调制信号以及根据与所述交流输入的一相共同连接的交流输出的一相和交流输出的另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号，生成所述逆变单元电压调制信号。
9．如权利要求7所述的电力变换装置控制方法，其特征在于，还包括下列步骤：
(2a)将三相交流输入中的两相与所述步骤(a)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2b)将三相交流输出中的两相与所述步骤(b)中用的两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接；
(2c)由所述基准信号生成共用单元电压调制信号使之具有线间与相的相位关系；以及
(3d)由所述共用单元电压调制信号以及根据与所述交流输入的一相共同连接的交流输出的一相和交流输入的另两相之间线间电压所生成的线间电压调制信号，生成所述逆变单元电压调制信号。
10．如权利要求6～9中任一项所述的电力变换装置控制方法，其特征在于，生成在所述步骤(c)中进行PWM控制的共用单元电压调制信号的函数信号，为正弦波信号、梯形波信号或三角波信号。
11．一种采用电力变换装置的不间断电源装置，其特征在于包括：对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流的变换单元；对多个开关单元进行PWM控制，将直流变换为交流的逆变单元；对多个开关单元进行PWM控制，将交流变换为直流或将直流变换为交流的共用单元；通过该共用单元与所述变换单元组合进行PWM控制，将输入的交流变换为直流的变换器控制单元；通过所述共用单元与所述逆变单元组合进行PWM控制，将所述直流变成交流输出的逆变器控制单元；对所述所输入的交流，和所述逆变单元输出、与所述所输入的交流对应相的交流进行选择输出的开关单元。
12．如权利要求11所述的采用电力变换装置的不间断电源装置，其特征在于，所述变换单元、所述逆变单元和所述共用单元分别至少包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的交流一相与所述所输出的交流一相共同连接，该共同连接的相与所述共用单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所述所输入的交流另一相与所述变换单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所输出的交流另一相与所述逆变单元的上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
13．如权利要求11所述的采用电力变换装置的不间断电源装置，其特征在于，所述变换单元和所述逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的三相交流中的两相与所述变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所述所输出的三相交流中的两相与所述逆变单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
14．如权利要求11所述的采用电力变换装置的不间断电源装置，其特征在于，所述变换单元包括两组上下桥臂开关单元，所述逆变单元和所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述所输入的三相交流中的两相与所述变换单元两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接，所述所输出的单相交流中的一相与所述逆变器一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接。
15．如权利要求11所述的采用电力变换装置的不间断电源装置，其特征在于，所述变换单元和所述共用单元包括一组上下桥臂开关单元，所述逆变单元包括两组上下桥臂开关单元，所述所输入的单相交流中的一相与所述变换单元一组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元的中间点连接，所述所输出的三相交流中的两相与所述逆变器两组上桥臂开关单元和下桥臂开关单元各自的中间点连接。
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