CN110710093A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

第一～第三相转换器(2R、2S、2T)将第一～第三相的交流电压分别转换为直流电压。第一～第三直流正母线(PL1、PL2、PL3)以及第一～第三直流负母线(NL1、NL2、NL3)电连接于第一～第三相转换器(2R、2S、2T)。第四相～第六相逆变器(3U、3V、3W)将直流电压转换为第四相～第六相的交流电压。第一～第三相转换器(2R、2S、2T)包含二极管整流器。第一～第三熔断器(FR、FS、FT)分别连接于交流电源与第一～第三相转换器(2R、2S、2T)之间。第四～第六熔断器(FP1、FP2、FP3)分别插装于第一～第三直流正母线(PL1、PL2、PL3)。第七～第九熔断器(FN1、FN2、FN3)分别插装于第一～第三直流负母线(NL1、NL2、NL3)。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
应用于不间断电源装置等的电力转换装置一般具备将来自商用交流电源的交流电力转换为直流电力的转换器、以及将该直流电力转换为期望的频率及电压的交流电力的逆变器。
例如，在国际公开第2010/095241号(专利文献1)中，公开了由具备三电平转换器及三电平逆变器的电力转换装置构成的不间断电源装置。在该电力转换装置中，三电平转换器及三电平逆变器分别包含多个半导体开关元件。
在上述的电力转换装置中，在多个半导体开关元件的某个破损而成为短路状态的情况下，存在产生过电流或过电压的可能性。在专利文献1中，在各半导体开关元件的一方端子与直流母线(直流正母线、直流负母线或直流中性点母线)之间连接有熔断器。这样，在某个半导体开关元件成为短路状态的情况下，熔断器被熔断而电流流动的路径被切断，因此能够防止过电流或过电压的产生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/095241号
发明内容
发明将要解决的课题
然而，在专利文献1所记载的电力转换装置中，在半导体开关元件与直流母线之间的电流路径中设有熔断器，因此熔断器的数量较多。具体而言，在专利文献1中，对于三电平转换器以及三电平逆变器使用各9个、合计18个熔断器，因此担心导致装置的大型化以及高成本化。
而且，在专利文献1中，由于熔断器的数量多，因此在电力转换装置动作时，全部的熔断器所产生的电力损失的合计变大，结果可能会导致电力转换装置的效率降低。
因此，本发明的目的在于提供一种能够以简易的构成实现过电流以及过电压的防止的电力转换装置。
用于解决课题的手段
本发明的某一方面的电力转换装置构成为用于将从交流电源供给的第一～第三相的交流电压转换为第四～第六相的交流电压而向负载供给。电力转换装置具备第一～第三相转换器、第一～第三直流正母线、第一～第三直流负母线、以及第四～第六相逆变器。第一～第三相转换器将第一～第三相的交流电压分别转换为直流电压。第一～第三直流正母线以及第一～第三直流负母线电连接于第一～第三相转换器。第四相逆变器连接于第一直流正母线以及第一直流负母线之间，将直流电压转换为第四相的交流电压。第五相逆变器连接于第二直流正母线以及第二直流负母线之间，将直流电压转换为第五相的交流电压。第六相逆变器连接于第三直流正母线以及第三直流负母线之间，将直流电压转换为第六相的交流电压。第一～第三相转换器包含二极管整流器。电力转换装置还具备第一～第九熔断器。第一熔断器分别连接于交流电源与第一相转换器之间。第二熔断器分别连接于交流电源与第二相转换器之间。第三熔断器分别连接于交流电源与第三相转换器之间。第四～第六熔断器分别插装于第一～第三直流正母线。第七～第九熔断器分别插装于第一～第三直流负母线。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够以简易的构成实现过电流以及过电压的防止的电力转换装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的电力转换装置的主电路构成的概略框图。
图2是对图1所示的单相转换器以及单相逆变器的构成进行详细说明的电路图。
图3是用于说明图2所示的单相转换器的IGBT元件的接通/断开的定时的波形图。
图4是表示图2所示的单相转换器的动作的电路图。
图5是表示图2所示的AC熔断器的动作的电路图。
图6是用于说明图2所示的单相逆变器的IGBT元件的接通/断开的定时的波形图。
图7是表示图2所示的DC熔断器的动作的电路图。
图8是表示图2所示的DC熔断器的动作的电路图。
图9是表示图2所示的DC熔断器的动作的电路图。
图10是说明比较例的电力转换装置的构成的电路图。
图11是说明本发明的实施方式1的第一变形例的电力转换装置的构成的电路图。
图12是表示本发明的实施方式1的第二变形例的电力转换装置的主电路构成的概略框图。
图13是详细说明图12所示的单相转换器以及单相逆变器的构成的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对以下图中的相同或相当部分赋予相同的附图标记，原则上不再重复该说明。
[实施方式1]
图1是表示本发明的实施方式1的电力转换装置100的主电路构成的概略框图。本发明的实施方式1的电力转换装置100例如应用于不间断电源装置。交流电源1将商用频率的三相交流电力供给至电力转换装置100。负载4通过从电力转换装置100供给的商用频率的三相交流电力而被驱动。
参照图1，电力转换装置100具备在交流电源1与负载4之间并联连接的3台转换器单元U1～U3。电力转换装置100还具备布线WP1、WP2、WN1、WN2、WC1、WC2及控制电路7。另外，电力转换装置100通过与直流正母线PL4、直流负母线NL4、直流中性点母线CL4、双向斩波器5、及直流电源6连接来构成不间断电源装置。
第一转换器单元U1包括R相转换器2R、U相逆变器3U、直流正母线PL1、直流负母线NL1、直流中性点母线CL1及电容器C1R、C2R、C1U、C2U。
在R相转换器2R中，从交流电源1经由R相线RL被供给R相电压VR。R相转换器2R将R相电压VR转换为直流电压，并经由直流母线PL1、CL1、NL1将该直流电压供给至U相逆变器3U。U相逆变器3U将来自R相转换器2R的直流电压转换为U相电压VU。由U相逆变器3U生成的U相电压VU经由U相线UL被供给至负载4。电容器C1R、C1U在直流正母线PL1及直流中性点母线CL1之间并联地连接。电容器C2R、C2U在直流中性点母线CL1及直流负母线NL1之间并联地连接。
第二转换器单元U2包括S相转换器2S、V相逆变器3V、直流正母线PL2、直流负母线NL2、直流中性点母线CL2及电容器C1S、C2S、C1V、C2V。
在S相转换器2S中，从交流电源1经由S相线SL被供给S相电压VS。S相转换器2S将S相电压VS转换为直流电压，并经由直流母线PL2、CL2、NL2将该直流电压供给至V相逆变器3V。V相逆变器3V将来自S相转换器2S的直流电压转换为V相电压VV。由V相逆变器3V生成的V相电压VV经由V相线VL被供给至负载4。电容器C1S、C1V在直流正母线PL2及直流中性点母线CL2之间并联地连接。电容器C2S、C2V在直流中性点母线CL2及直流负母线NL2之间并联地连接。
第三转换器单元U3包括T相转换器2T、W相逆变器3W、直流正母线PL3、直流负母线NL3、直流中性点母线CL3及电容器C1T、C2T、C1W、C2W。
在T相转换器2T中，从交流电源1经由T相线TL被供给T相电压VT。T相转换器2T将T相电压VT转换为直流电压，并经由直流母线PL3、CL3、NL3将该直流电压供给至W相逆变器3W。W相逆变器3W将来自T相转换器2T的直流电压转换为W相电压VW。由W相逆变器3W生成的W相电压VW经由W相线WL被供给至负载4。电容器C1T、C1W在直流正母线PL3及直流中性点母线CL3之间并联地连接。电容器C2T、C2W在直流中性点母线CL3及直流负母线NL3之间并联地连接。
这样，转换器单元U1～U3分别构成为，包括1台单相转换器、1台单相逆变器、3根直流母线(直流正母线、直流负母线、直流中性点母线)及4个电容器。
布线WP1、WN1、WC1设于第一转换器单元U1及第二转换器单元U2之间。具体而言，布线WP1连接于直流正母线PL1及PL2之间。布线WN1连接于直流负母线NL1及NL2之间。布线WC1连接于直流中性点母线CL1及CL2之间。
布线WP2、WN2、WC2设于第二转换器单元U2及第三转换器单元U3之间。具体而言，布线WP2连接于直流正母线PL2及PL3之间。布线WN2连接于直流负母线NL2及NL3之间。布线WC2连接于直流中性点母线CL2及CL3之间。
直流正母线PL4、直流负母线NL4、直流中性点母线CL4设于第三转换器单元U3及双向斩波器5之间。具体而言，分别为，直流正母线PL4连接于直流正母线PL3与双向斩波器5之间，直流负母线NL4连接于直流负母线NL3与双向斩波器5之间，直流中性点母线CL4连接于直流中性点母线CL3与双向斩波器5之间。
双向斩波器5连接于直流正母线PL4、直流负母线NL4及直流中性点母线CL4与直流电源6之间。双向斩波器5构成为，在直流母线PL4、NL4、CL4与直流电源6之间双向地进行直流电压转换。
直流正母线PL1、PL2、PL3经由布线WP1、WP2而相互连接。由此，能够使直流正母线PL1、PL2、PL3的电压一致。
另外，直流负母线NL1、NL2、NL3经由布线WN1、WN2而相互连接。由此，能够使直流负母线NL1、NL2、NL3的电压一致。
而且，直流中性点母线CL1、CL2、CL3经由布线WC1、WC2而相互连接。由此，能够使直流中性点母线CL1、CL2、CL3的电压一致。
通过成为这种构成，能够使转换器单元U1～U3的单相逆变器3U、3V、3W的输入电压一致。因此，能够使从单相逆变器3U、3V、3W输出的相电压的振幅一致。
接下来，对本实施方式1的电力转换装置100的动作进行说明。
来自交流电源1的三相交流电力经由R相线RL、S相线SL及T相线TL分别被供给至R相转换器2R、S相转换器2S及T相转换器2T。R相转换器2R、S相转换器2S及T相转换器2T构成三相转换器。三相转换器将从交流电源1供给的三相交流电力转换为直流电力，并经由直流正母线、直流负母线及直流中性点母线分别供给至U相逆变器3U、V相逆变器3V及W相逆变器3W。U相逆变器3U、V相逆变器3V及W相逆变器3W构成三相逆变器。三相逆变器将经由直流正母线、直流负母线及直流中性点母线而供给的直流电力转换为三相交流电力。由三相逆变器生成的三相交流电力经由U相线UL、V相线VL及W相线WL被供给至负载4。
双向斩波器5在被从交流电源1供给三相交流电力的通常时，将直流母线PL4、CL4间的直流电压及直流母线CL4、NL4间的直流电压分别降压后供给至直流电源6，从而对直流电源6进行充电。双向斩波器5在来自交流电源1的三相交流电压的供给被切断了的停电时，将直流电源6的端子间电压升压后分别供给至直流母线PL4、CL4间及直流母线CL4、NL4间，从而使直流电源6放电。
控制电路7基于从交流电源1供给的三相交流电压、直流母线PL4、NL4、CL4各自的直流电压、直流电源6的端子间电压、从三相逆变器(单相逆变器3U、3V、3W)输出的三相交流电压及负载4中流动的三相交流电流(负载电流)等，对三相转换器(单相转换器2R、2S、2T)、三相逆变器(单相逆变器3U、3V、3W)及双向斩波器5的动作进行控制。
电力转换装置100还具备熔断器FR、FS、FT、FP1、FP2、FP3、FN1、FN2、FN3、FC1、FC2、FC3。
熔断器FR插装于R相线RL，在R相线RL中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FS插装于S相线SL，在S相线SL中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FT插装于T相线TL，在T相线TL中流动过电流的情况下被熔断。
熔断器FP1插装于直流正母线PL1，在直流正母线PL1中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FN1插装于直流负母线NL1，在直流负母线NL1中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FC1插装于直流中性点母线CL1，在直流中性点母线CL1中流动过电流的情况下被熔断。
熔断器FP2插装于直流正母线PL2，在直流正母线PL2中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FN2插装于直流负母线NL2，在直流负母线NL2中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FC2插装于直流中性点母线CL2，在直流中性点母线CL2中流动过电流的情况下被熔断。
熔断器FP3插装于直流正母线PL3，在直流正母线PL3中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FN3插装于直流负母线NL3，在直流负母线NL3中流动过电流的情况下被熔断。熔断器FC3插装于直流中性点母线CL3，在直流中性点母线CL3中流动过电流的情况下被熔断。
另外，本说明书中，也将分别插装于向单相转换器2R、2S、2T供给交流电力的各相线RL、SL、TL的熔断器FR、FS、FT称为“AC熔断器”。另外，也将分别插装于直流母线PL1、NL1、CL1、PL2、NL2、CL2、PL3、NL3、CL3的熔断器FP1、FP2、FP3、FN1、FN2、FN3、FC1、FC2、FC3称为“DC熔断器”。
图2是详细说明图1所示的单相转换器2R、2S、2T以及单相逆变器3U、3V、3W的构成的电路图。
参照图2，R相转换器2R包含IGBT元件Q1R以及二极管D1R～D6R。S相转换器2S包含IGBT元件Q1S以及二极管D1S～D6S。T相转换器2T包含IGBT元件Q1T以及二极管D1T～D6T。U相逆变器3U包含IGBT元件Q1U～Q4U以及二极管D1U～D4U。V相逆变器3V包含IGBT元件Q1V～Q4V以及二极管D1V～D4V。W相逆变器3W包含IGBT元件Q1W～Q4W以及二极管D1W～D4W。另外，在图2中，作为开关元件使用了IGBT元件，但并不限定于此，例如也可以使用MOS－FET等其他开关元件。
这里，为了总括性地说明单相转换器2R、2S、2T的构成，将附图标记R、S、T一并表示为附图标记“x”。为了总括性地说明单相逆变器3U、3V、3W的构成，将附图标记U、V、W一并表示为附图标记“y”。将直流正母线PL1、PL2、PL3一并表示为“PLi”，将直流负母线NL1、NL2、NL3一并表示为“NLi”，将直流中性点母线CL1、CL2、CL3一并表示为“CLi”。
单相转换器2R、2S、2T由被称作“Vienna Rectifier”的具有中性点的二极管整流器构成。单相转换器2x包含由二极管D3x～D6x构成的电桥电路、二极管D1X、D2x、以及IGBT元件Q1x。二极管D1x的阴极连接于直流正母线PLi，阳极连接于x相线xL。二极管D2x的阴极连接于x相线xL，阳极连接于直流负母线NLi。在二极管电桥中，二极管D3x的阳极以及二极管D4x的阴极连接于x相线xL，二极管D5x的阳极以及二极管D6x的阴极连接于直流中性点母线CLi。IGBT元件Q1x的发射极连接于二极管D3x的阴极以及二极管D5x的阴极，集电极连接于二极管D4x的阳极以及二极管D6x的阳极。
在单相逆变器3U、3V、3W中，IGBT元件Q1y的发射极连接于y相线yL，其集电极连接于直流正母线PLi。IGBT元件Q2y的集电极连接于y相线yL，其发射极连接于直流负母线NLi。IGBT元件Q3y的发射极连接于y相线yL，其集电极连接于IGBT元件Q4y的集电极。IGBT元件Q4y的发射极连接于直流中性点母线CLi。二极管D1y、D2y作为回流二极管发挥功能，二极管D3y、D4y作为钳位二极管发挥功能。IGBT元件Q3y、Q4y以及二极管D3y、D4y构成交流开关。
接下来，使用图3以及图4对单相转换器2R、2S、2T的动作进行说明。图3是表示R相电压VR与IGBT元件Q1R的接通/断开的关系的波形图。图4是表示图2所示的单相转换器的动作的电路图。
参照图3，对R相电压VR与参照信号φ1R、φ2R的高低进行比较，并基于其比较结果来决定IGBT元件Q1R的接通/断开的组合。
参照信号φ1R、φ2R是具有R相电压VR的5倍的频率、且与R相电压VR同步的三角波信号。参照信号φ2R是与参照信号φ1R同相的三角波信号。
如图3所示，在R相电压VR的电平为参照信号φ1R、φ2R的电平之间的期间(t1、t3、t5、t6、t8、t10、t11、t13、t15)，IGBT元件Q1R接通。在该情况下，在R相电压VR为正电压的期间(t1、t3、t5、t11、t13、t15)，如图4的(B)所示，从R相线RL经由二极管D3R、IGBT元件Q1R以及二极管D6R向直流中性点母线CL1流过电流。在将R相线RL与R相转换器2R的连接点的电压设为VIR、将直流中性点母线CL1的电位设为Vc时，电压VIR成为Vc(参照图2)。另一方面，在R相电压VR为负电压的期间(t6、t8、t10)，如图4的(D)所示，从直流中性点母线CL1经由二极管D5R、IGBT元件Q1R以及二极管D4R向R相线RL流过电流。电压VIR成为Vc(参照图2)。
在R相电压VR为正、R相电压VR的电平比参照信号φ1R、φ2R的电平高的期间(t2、t4、t12、t14)，IGBT元件Q1R断开。此时，如图4的(A)所示，从R相线RL经由二极管D1R直流正母线PL1流过电流。电压VIR在将直流正母线PL1的电位设为Vp时成为Vp(参照图2)。
在R相电压VR的电平比参照信号φ1R、φ2R的电平低的期间(t7、t9)，IGBT元件Q1R断开。此时，如图4的(C)所示，从直流负母线NL1经由二极管D2R向R相线RL流过电流。电压VIR在将直流负母线NL1的电位设为Vn时成为Vn(参照图2)。
如此，R相转换器2R将R相电压转换为直流电压。即，R相转换器2R构成具有中性点的二极管整流器。另外，S相、T相的电路也与R相的电路相同地动作。
接下来，对设于电力转换装置100的单相转换器2R、2S、2T侧的熔断器FR、FS、FT的动作进行说明。
图5是表示在5IGBT元件Q1S接通的期间、IGBT元件Q1R故障而成为短路状态的情况下的图。在该情况下，如图中实线箭头所示，在从R相线RL经由二极管D3R、IGBT元件Q1R、布线WC2、二极管D5S、IGBT元件Q1S至S相线SL的路径中流过短路电流，熔断器FR、FS被熔断。另外，在图5中，以R相以及V相为例进行了说明，但在W相中也相同。
接下来，对单相逆变器3U、3V、3W的动作进行说明。
图6是表示U相电压VU与IGBT元件Q1U～Q4U的接通/断开的关系的波形图。U相电压VU是在控制电路7中基于从交流电源1向电力转换装置100输入的电力而计算的、从U相线输出的电压的目标电压。比较U相电压VU与参照信号φ1U、φ2U的高低，基于其比较结果决定IGBT元件Q1U～Q4U的接通/断开的组合。其结果，若将U相线UL与U相逆变器3U的连接点的电压设为VOU、将直流母线PL1、NL1、CL1的各个电位设为Vp、Vc、Vn(参照图2)，则电压VOU被决定为电压Vp、Vc、Vn中的某一个。
参照信号φ1U、φ2U是具有U相电压VU的5倍的频率并与U相电压VU同步的三角波信号。参照信号φ2U是与参照信号φ1U同相的三角波信号。
如图6所示，在U相电压VU的电平处于参照信号φ1U、φ2U的电平之间的期间(t1、t3、t5、t7、t9、t11、t13)，IGBT元件Q3U、Q4U接通，IGBT元件Q1U、Q2U断开。由此，从电容器C1U、C2U经由IGBT元件Q3U、Q4U向U相线UL输出直流中性点母线CL1的电位。即，成为VOU＝Vc。
在U相电压VU的电平比参照信号φ1U、φ2U的电平高的期间(t2、t4、t10、t12)，IGBT元件Q1U、Q3U接通，IGBT元件Q2U、Q4U断开。由此，从电容器C1U经由IGBT元件Q1U向U相线UL输出直流正母线PL1的电位。即，成为VOU＝Vp。
在U相电压VU的电平比参照信号φ1U、φ2U的电平低的期间(t6、t8)，IGBT元件Q2U、Q4U接通，IGBT元件Q1U、Q3U断开。由此，从电容器C2U经由IGBT元件Q2U向U相线UL输出直流负母线NL1的电位。即，成为VOU＝Vn。
另外，这里说明了U相逆变器3U的动作，但V相以及W相逆变器3V以及3W也与U相逆变器3U相同地动作。
接下来，对设于电力转换装置100的单相逆变器3U、3V、3W侧的熔断器FP1、FP2、FP3、FN1、FN2、FN3、FC1、FC2、FC3的动作进行说明。
图7是表示在IGBT元件Q1U、Q3V接通的期间、IGBT元件Q4U故障而成为短路状态的情况下的图。在该情况下，如图中虚线箭头71所示，在从U相线UL经由二极管D3U、IGBT元件Q4U、布线WC1、二极管D4V、IGBT元件Q3V至V相线VL的路径中流过短路电流，熔断器FC1、FC2被熔断。另外，如图中实线箭头72所示，在从电容器C1V的正侧电极经由布线WP1、IGBT元件Q1U、二极管D3U、IGBT元件Q4U、布线WC1至电容器C1V的负侧电极的路径中流过短路电流，熔断器FP2、FP1、FC1、FC2被熔断。
图8是表示在IGBT元件Q2U、Q4V接通的期间、IGBT元件Q3U故障而成为短路状态的情况下的图。在该情况下，如图中虚线箭头81所示，在从V相线VL经由二极管D3V、IGBT元件Q4V、布线WC1、二极管D4U以及IGBT元件Q3U至U相线UL的路径中流过短路电流，熔断器FC2、FC1被熔断。另外，如实线箭头82所示，在从电容器C2V的正侧电极经由布线WC1、二极管D4U、IGBT元件Q3U、IGBT元件Q2U、布线WN1至电容器C2V的负侧电极的路径中流过短路电流，熔断器FC2、FC1、FN1、FN2被熔断。
图9是表示IGBT元件Q3U、Q4U故障而成为短路状态的情况下的图。如图7以及如图8所示，由于熔断器FP1、FC1、FN1、FP2、FC2、FN2被熔断，因此U相与V相完全被切离。由此，可防止流动过电流或产生过电压。另外，在图7至图9中，以U相以及V相为例进行了说明，但在W相中也相同。
[本实施方式1的作用效果]
接下来，一边与比较例的电力转换装置进行对比，一边对本实施方式1的电力转换装置的作用效果进行说明。
图10是说明比较例的电力转换装置1000的构成的电路图。比较例的电力转换装置1000相当于上述专利文献1所示的电力转换装置。比较例的电力转换装置1000与图1所示的本实施方式1电力转换装置100、转换器以及逆变器所构成的基本构造相同，但转换器的主电路构成以及转换器单元的构成不同。
参照图10，比较例的电力转换装置1000具备连接于交流电源1以及负载4(都未图示)之间的1台转换器单元Ua。转换器单元U包含三相转换器2、三相逆变器3、直流正母线PL、直流负母线NL以及直流中性点母线CL。
三相转换器2通过在直流正母线PL以及直流负母线NL之间将R相转换器2Ra、S相转换器2Sa以及T相转换器2Ta以并联的方式连接而构成。单相转换器2Ra、2Sa、2Ta的构成与实施方式1电力转换装置100的单相逆变器3U、3V、3W之间输入输出关系颠倒。以下详细进行说明。
参照图10，R相转换器2Ra包含IGBT元件Q1R～Q4R以及二极管D1R～D4R。S相转换器2Sa包含IGBT元件Q1S～Q4S以及二极管D1S～D4S。T相转换器2Ta包含IGBT元件Q1T～Q4T以及二极管D1T～D4T。
这里，为了总括性地说明单相转换器2Ra、2Sa、2Ta的构成，将附图标记R、S、T一并表示为附图标记“xa”。另外，将直流正母线PL1、PL2、PL3一并表示为“PLi”，将直流负母线NL1、NL2、NL3一并表示为“NLi”，将直流中性点母线CL1、CL2、CL3一并表示为“CLi”。
IGBT元件Q1xa的发射极连接于xa相线xaL，其集电极连接于直流正母线PLi。IGBT元件Q2xa的集电极连接于xa相线xaL，其发射极连接于直流负母线NLi。IGBT元件Q3xa的发射极连接于xa相线xaL，其集电极连接于IGBT元件Q4xa的集电极。IGBT元件Q4xa的发射极连接于直流中性点母线CLi。二极管D1xa、D2xa作为回流二极管发挥功能，二极管D3xa、D4xa作为钳位二极管发挥功能。IGBT元件Q3xa、Q4xa以及二极管D3xa、D4xa构成交流开关。在该构成中，各相转换器的直流中性点母线共同连接于直流中性点母线CL。
三相逆变器3通过在直流正母线PL以及直流负母线NL之间将图1以及图2所示的U相逆变器3U、V相逆变器3V以及W相逆变器3W以并联的方式连接而构成。在该构成中，各相逆变器的直流中性点母线共同连接于直流中性点母线CL。
另外，三相逆变器3的动作与在图6中说明的单相逆变器3U、3V、3W的动作实质上相同。三相转换器2a的动作与单相逆变器3U、3V、3W的动作之间输入输出关系颠倒。
比较例的电力转换装置1000还具备熔断器F1R～F3R、F1S～F3S、F1T～F3T、F1U～F3U、F1V～F3V、F1W～F3W。电力转换装置1000的熔断器F1R～F3R、F1S～F3S、F1T～F3T相对于单相转换器2Ra、2Sa、2Ta的配置实质上与电力转换装置100的FP1～FN1、FP2～FN2、FP3～FN3相对于单相逆变器3U、3V、3W的配置相同。另外，电力转换装置1000的熔断器F1U～F3U、F1V～F3V、F1W～F3W相对于单相逆变器3U、3V、3W的配置实质上与电力转换装置100的FP1～FN1、FP2～FN2、FP3～FN3相对于单相逆变器3U、3V、3W的配置相同。以下，为了总括性地说明这些熔断器的构成，将附图标记R、S、T、U、V、W一并表示为附图标记“z”。
熔断器F1z连接于IGBT元件Q1z的集电极与直流正母线PL之间。熔断器F2z连接于IGBT元件Q2z的发射极与直流负母线NL之间。熔断器F3z连接于IGBT元件Q4z的发射极与直流中性点母线CLz之间。
在比较例的电力转换装置1000中，例如在IGBT元件Q1R、Q3S接通的期间，在IGBT元件Q4R故障而成为短路状态的情况下，在从R相线RL经由二极管D3R、IGBT元件Q4R、熔断器F3R、F3S、二极管D4S以及IGBT元件Q3S至S相线SL的路径中流过短路电流，熔断器F3R、F3S被熔断。另外，在从电容器C1S的正侧电极经由熔断器F1S、F1R、IGBT元件Q1R、二极管D3R、IGBT元件Q4R以及熔断器F3R、F3S至电容器C1S的负侧电极的路径中流过短路电流，熔断器F1S、F1R、F3R、F3S被熔断。
如此，在电力转换装置1000中也是，在IGBT元件故障而成为短路状态的情况下，熔断器被熔断，从而将发生故障的相与正常的相切离，防止流动过电流或产生过电压。
另一方面，电力转换装置1000那样的DC熔断器的配置存在所需的熔断器的数量变多这一课题。具体而言，在电力转换装置1000中，对于三电平逆变器以及三电平转换器分别使用了9个、合计18个熔断器。因此，担心成为电力转换装置的大型化以及高成本化的原因。另外，若熔断器的数量变多，则在电力转换装置的动作时，也担心全部的熔断器中的电力损失的合计变大，电力转换装置的效率降低。
对于该课题，在本实施方式1的电力转换装置100中，通过作为单相转换器采用具有中性点的二极管整流器即Vienna Rectifier来对应。这里，IGBT元件与二极管相比，容易由于错误的开关动作等引起短路。即，通过使用Vienna Rectifier那样的二极管整流器，不易引起短路。更详细地说，Vienna Rectifier虽然是三电平转换器，但由于将与二极管相比容易短路的IGBT元件的数量减少到一个，因此不易引起短路。由此，通过将ViennaRectifier那样的二极管整流器用作转换器，原本配置在各IGBT元件的一方端子与直流母线之间的DC熔断器不再被需要，能够替换为AC熔断器。因而，如图1～图2所示，能够将熔断器相对于三电平转换器的配置以及数量简化为3个AC熔断器。其结果，在实施方式1的电力转换装置100中，能够用针对三电平转换器的3个熔断器、针对三电平逆变器的9个熔断器、合计12个熔断器来应对电力转换装置的全部的开关元件的短路，来防止过电流或者过电压的产生。由此，根据本实施方式1的电力转换装置100，能够在抑制过电流或者过电压的产生的同时实现电力转换装置的小型化以及低成本化。即，能够提供能够以简易的构成实现过电流以及过电压的防止的电力转换装置。
[第一变形例]
图11是说明本发明的实施方式1的第一变形例的电力转换装置101的构成的电路图。第一变形例的电力转换装置101基本上与图1以及图2所示的本实施方式1的电力转换装置100、转换器以及逆变器的主电路构造、以及转换器及逆变器所构成的基本构造相同，但转换器单元的构成不同。
参照图11，第一变形例的电力转换装置101具备连接于交流电源1以及负载4(都未图示)之间的1台转换器单元Ub。转换器单元Ub包含三相转换器2b、三相逆变器3、直流正母线PL、直流负母线NL以及直流中性点母线CL。
三相转换器2b通过在直流正母线PL以及直流负母线NL之间将图1以及图2所示的R相转换器2R、S相转换器2S以及T相转换器2T以并联的方式连接而构成。在该构成中，各相转换器的直流中性点母线共同连接于直流中性点母线CL。
三相逆变器3通过在直流正母线PL以及直流负母线NL之间将图1以及图2所示的U相逆变器3U、V相逆变器3V以及W相逆变器3W以并联的方式连接而构成。在该构成中，各相逆变器的直流中性点母线共同连接于直流中性点母线CL。另外，三相转换器2b以及三相逆变器3的动作与在图3以及图6中分别说明的单相转换器2R、2S、2T以及单相逆变器3U、3V、3W的动作实质上相同。
在第一变形例的电力转换装置101中，熔断器FR、FS、FT、FP1、FP2、FP3、FN1、FN2、FN3、FC1、FC2、FC3的总数、插装位置以及其动作与实施方式1的电力转换装置100相同。
即，在本变形例中也是，在单相转换器以及单相逆变器中的某一个中IGBT元件故障而成为短路状态的情况下，12个熔断器中的几个被熔断，因此能够防止过电流或者过电压的产生。由此，在本变形例中，也可获得与实施方式1相同的效果。关于其他构成，与实施方式1相同，所以不重复说明。
[第二变形例]
在上述实施方式1以及其第一变形例中，使单相转换器2R、2S、2T为三电平转换器，并且使单相逆变器3U、3V、3W为三电平逆变器，但也可以使单相转换器为二电平转换器，并且使单相逆变器为二电平逆变器。
图12是说明实施方式1的第二变形例的电力转换装置102的构成的电路图。如图12所示，各转换器单元包含1台二电平转换器、1台二电平逆变器、2条直流母线(直流正母线以及直流负母线)以及在该2条直流母线之间以并联的方式连接的2个电容器而构成。
图13是表示本发明的实施方式1的第二变形例的电力转换装置102的主电路构成的概略框图。参照图13，R、S、T相转换器是所谓的二极管整流器。U、V、W相逆变器是将图2所示的三电平逆变器变更为二电平而成。具体而言，R相转换器2Rc包含二极管D1R～D2R。S相转换器2Sc包含二极管D1S～D2S。T相转换器2Tc包含二极管D1T～D2T。U相逆变器3Uc包含IGBT元件Q1U～Q2U以及二极管D1U～D2U。V相逆变器3Vc包含IGBT元件Q1V～Q2V以及二极管D1V～D2V。W相逆变器3Wc包含IGBT元件Q1W～Q2W以及二极管D1W～D2W。
在本变形例中，单相转换器仅由二极管构成，不包含比二极管容易短路的IGBT元件，因此不易引起短路。即，与实施方式1相同，能够将熔断器的配置以及数量简化到3个AC熔断器。其结果，在单相转换器以及单相逆变器中的某一个中IGBT元件或者二极管而故障成为短路状态的情况下，9个熔断器中的几个被熔断，因此能够防止过电流或者过电压的产生。由此，在本变形例中也可获得与实施方式1相同的效果。关于其他构成，由于与实施方式1相同，因此不重复说明。
另外，在上述的实施方式以及其变形例中，转换器单元U1～U3分别对应于本发明中的“第一～第三电力转换器”。R相转换器、S相转换器、T相转换器与本发明中的“第一相转换器”、“第二相转换器”、“第三相转换器”分别对应，U相逆变器、V相逆变器、W相逆变器与本发明中的“第四相逆变器”、“第五相逆变器”、“第六相逆变器”分别对应。直流正母线PL1～PL4与本发明中的“第一～第四直流正母线”分别对应，直流负母线NL1～NL4与本发明中的“第一～第四直流负母线”分别对应，直流中性点母线CL1～CL4与本发明中的“第一～第四直流中性点母线”分别对应。
应认为本次所公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的。本发明的范围并非由上述的说明来示出，而是由权利要求的范围来示出，并旨在包括与权利要求的范围等同的含义及范围内的全部变更。
附图标记说明
1交流电源，2、2a、2b三相转换器，2R、2Ra、2Rc、2S、2Sa、2Sc、2T、2Ta、2Tc单相转换器，3三相逆变器，3U、3Uc、3V、3Vc、3W，3Wc单相逆变器，4负载，5双向斩波器，6直流电源，7控制电路，100、101、102、1000电力转换装置，C1R、C1S、C1T、C1U、C1V、C1W，C2R、C2S、C2T、C2U、C2V、C2W电容器，PL1～PL4直流正母线，NL1～NL4直流负母线，CL1～CL4直流中性点母线，D1R～D6R、D1S～D6S、D1T～D6T、D1U～D6U、D1V～D6V、D1W～D6W二极管，FR、FS、FT、FP1～FP3、FC1～FC3、FN1～FN3、F1R～F3R、F1S～F3S、F1T～F3T、F1U～F3U、F1V～F3V、F1W～F3W熔断器，Q1R～Q4R、Q1S～Q4S、Q1T～Q4T、Q1U～Q4U、Q1V～Q4V、Q1W～Q4W IGBT元件，RL、SL、TL、UL、VL、WL各相线，Ua、Ub转换器单元，U1～U3第一～第三转换器单元，WC1、WC2、WN1、WN2、WP1、WP2布线。

Claims (5)

1.一种电力转换装置，用于将从交流电源供给的第一～第三相的交流电压转换为第四～第六相的交流电压而向负载供给，其中，所述电力转换装置具备：
将所述第一～第三相的交流电压分别转换为直流电压的第一～第三相转换器；
与所述第一～第三相转换器电连接的第一～第三直流正母线以及第一～第三直流负母线；
连接于所述第一直流正母线以及所述第一直流负母线之间且将所述直流电压转换为所述第四相的交流电压的第四相逆变器；
连接于所述第二直流正母线以及所述第二直流负母线之间且将所述直流电压转换为所述第五相的交流电压的第五相逆变器；以及
连接于所述第三直流正母线以及所述第三直流负母线之间且将所述直流电压转换为所述第六相的交流电压的第六相逆变器，
所述第一～第三相转换器包含二极管整流器，
所述电力转换装置还具备：
分别连接于所述交流电源与所述第一相转换器之间的第一熔断器；
分别连接于所述交流电源与所述第二相转换器之间的第二熔断器；
分别连接于所述交流电源与所述第三相转换器之间的第三熔断器；
分别插装于所述第一～第三直流正母线的第四～第六熔断器；以及
分别插装于所述第一～第三直流负母线的第七～第九熔断器。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述第一相转换器、所述第一直流正母线、所述第一直流负母线以及所述第四相逆变器构成第一电力转换器，
所述第二相转换器、所述第二直流正母线、所述第二直流负母线以及所述第五相逆变器构成第二电力转换器，
所述第三相转换器、所述第三直流正母线、所述第三直流负母线以及所述第六相逆变器构成第三电力转换器，
所述第一～第三电力转换器以并联的方式连接于所述交流电源与所述负载之间。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述电力转换装置还具备：
所述第一～第三直流正母线所共同连接的第四直流正母线；以及
所述第一～第三直流负母线所共同连接的第四直流负母线，
所述第一～第三相转换器以并联的方式连接于所述第四直流正母线与所述第四直流负母线之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其中，
所述第一～第三相转换器的各个是二电平转换器，
所述第四～第六相逆变器的各个是二电平逆变器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电力转换装置，其中，
所述第一～第三相转换器的各个是三电平转换器，
所述第四～第六相逆变器的各个是三电平逆变器，
所述电力转换装置还具备：
连接于所述第一相转换器与所述第四相逆变器之间的第一直流中性点母线；
连接于所述第二相转换器与所述第五相逆变器之间的第二直流中性点母线；
连接于所述第三相转换器与所述第六相逆变器之间的第三直流中性点母线；以及
分别插装于所述第一～第三直流中性点母线的第十～第十二熔断器，
所述第一～第三相转换器的各个具有所述二极管整流器和电连接于所述交流电源以及各所述第一～第三直流中性点母线之间的开关元件。
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