JP2001298953A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JP2001298953A JP2000112576A JP2000112576A JP2001298953A JP 2001298953 A JP2001298953 A JP 2001298953A JP 2000112576 A JP2000112576 A JP 2000112576A JP 2000112576 A JP2000112576 A JP 2000112576A JP 2001298953 A JP2001298953 A JP 2001298953A
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康浩 大熊
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定平滑な直流中間部を持つことなく、電源
電圧を任意の交流出力に変換する、小形・軽量で長寿命
・高性能の絶縁形電力変換装置を実現する。 【解決手段】 自己消弧形の半導体スイッチング素子に
よる双方向スイッチと高周波変圧器とを用い、所定のタ
イミングで双方向スイッチをオンオフ制御することによ
り、一定平滑な直流中間部を持つことなく、電源電圧を
任意の交流出力に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に関
し、特に三相電源の電力制御と入出力の絶縁を行い三相
の負荷に任意の電力(電圧、電流、周波数)を供給する
絶縁形電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電力変換装置においては、三相電
源の絶縁に変圧器を用いている。例えば、図10に示さ
れているような三相絶縁変圧器が用いられる。同図にお
いては、3つの変圧器Tr1〜Tr3の1次側に3つの
入力端子R、S、Tを設け、かつ、これら変圧器Tr1
〜Tr3の2次側に3つの出力端子U、V、Wを設ける
ことによって、三相入力で三相出力の電力変換装置が実
現されている。
【0003】また、出力の電圧を調整するには、三相の
絶縁変圧器の1次側又は2次側のどちらかの巻線に複数
のタップを設け、タップの切換えを行えば良い。例え
ば、図11に示されているように、変圧器Tr1〜Tr
3の2次側にタップTP1〜TP3を設けておき、これ
らタップを切換えることで入出力を絶縁しながら段階的
な電圧調整を行うことができる。
【0004】さらに、高周波変圧器を用いた三相の絶縁
電力変換装置も考えられる。例えば、図12に示されて
いるように、所謂、三相の高力率整流回路と高周波イン
バータとを組み合わせた変換回路SC12、SC13を
変圧器Tr1の1次側、2次側の双方に接続し、三相電
源から任意の三相電力を絶縁して得ていた。この場合、
変圧器Tr1の1次側で一旦直流電圧(DC)に変換し
た後交流電圧(AC)に変換し、2次側でも一旦直流電
圧(DC)に変換した後交流電圧(AC)に変換してい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電力変
換装置のうち、図10の装置構成では、商用の絶縁変圧
器を用いているため、変圧器が大きく、重いという欠点
がある。また、電源電圧の変動に対して出力電圧を調整
できないという欠点もある。また、図11の装置構成で
は、電源電圧の変動に対して出力電圧を調整するための
タップを設けているため、変圧器が大きく重いという欠
点がある他、電源電圧変動をタップの切換で吸収するた
め、段階的な調整しかできないという欠点もある。
【0006】一方、図12の装置構成においては、変圧
器の大きさや重さ、及び電源変動に対する出力電圧の安
定化が可能である。しかしながら、変換段数がAC/D
C、DC/AC、AC/DC、DC/ACと4段とな
り、効率が低下するという欠点がある。また、1次側、
2次側の変換装置SC12、SC13には電解コンデン
サC1やC2が必要であるため、装置が大型化するとと
もに、寿命が問題となるという欠点もある。
【0007】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は自己消弧形の
半導体スイッチング素子と高周波変圧器とを用いて、一
定平滑な直流中間部を持つことなく、半導体スイッチン
グ素子のオンオフ動作により、電源電圧を任意の交流出
力に変換する、小形・軽量で長寿命・高性能の絶縁形電
力変換装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による電力変換装
置は、1次側と2次側とが絶縁された第1の変圧器と、
前記変圧器の1次側に与える三相入力についてスイッチ
ング制御を行う第1のスイッチング素子群と、前記変圧
器の2次側出力についてスイッチング制御を行う第2の
スイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前
記第1のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端
子から前記第1の変圧器への電力供給方向を制御する第
1のスイッチ回路を含み、前記第2のスイッチング素子
群は前記三相出力の各出力端子への前記第1の変圧器か
らの電力導出方向を制御する第2のスイッチ回路を含
み、前記第1及び第2のスイッチ回路を所定のタイミン
グでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。そ
して、前記第1及び第2のスイッチ回路は、ダイオード
とトランジスタとが逆並列接続された第1の逆並列回路
と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記
第1の逆並列回路と逆直列接続された第2の逆並列回路
とを含む双方向スイッチであることを特徴とする。
【0009】また、前記第1のスイッチ回路は、前記第
1の変圧器の1次巻線の一端と各入力端子との間に前記
第1の逆並列回路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接
続され、前記第2のスイッチ回路は、前記第1の変圧器
の2次巻線の一端と各出力端子との間に前記第1の逆並
列回路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続されてな
ることを特徴とする。
【0010】さらにまた、前記第1のスイッチ回路は、
前記三相入力の各入力端子それぞれに一対一に対応して
設けられており、前記第2のスイッチ回路は、前記三相
出力の各出力端子それぞれに一対一に対応して設けられ
ていることを特徴とする。1次側と2次側とが絶縁され
た第2の変圧器を更に含み、前記第1のスイッチ回路
は、前記第1及び第2の変圧器のそれぞれの1次巻線と
前記三相入力の第1及び第2の入力端子との間に設けら
れ、前記第1及び第2の変圧器の1次巻線の中点同士が
接続されて前記三相入力の第3の入力端子となっていて
も良い。また、1次側と2次側とが絶縁された第2の変
圧器を更に含み、前記第2のスイッチ回路は、前記第1
及び第2の変圧器のそれぞれの2次巻線と前記三相出力
の第1及び第2の出力端子との間に設けられ、前記第1
及び第2の変圧器の2次巻線の中点同士が接続されて前
記三相出力の第3の出力端子となっていても良い。
【0011】そして、前記第1及び第2のスイッチ回路
は、前記第1の変圧器の巻線を介して前記第1の逆並列
回路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続されてな
り、前記第1及び第2のスイッチ回路は、前記第2の変
圧器の巻線を介して前記第1の逆並列回路と前記第2の
逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とす
る。
【0012】また、前記第1のスイッチ回路は、前記第
1の変圧器の1次巻線と前記三相入力の第1及び第2の
入力端子との間に設けられ、前記第1の変圧器の1次巻
線の中点が前記三相入力の第3の入力端子となってお
り、前記第2のスイッチ回路は、前記第1の変圧器の2
次巻線と前記三相出力の第1及び第2の出力端子との間
に設けられ、前記第1の変圧器の2次巻線の中点が前記
三相出力の第3の出力端子となっていることを特徴とす
る。
【0013】さらにまた、前記第1の変圧器は、第1及
び第2の1次巻線を有し、前記第1及び第2の巻線のそ
れぞれの一端と各入力端子との間に前記第1の逆並列回
路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続されてなり、
前記第1の変圧器は、第1及び第2の2次巻線を有し、
前記第1及び第2の巻線のそれぞれの一端と各出力端子
との間に前記第1の逆並列回路と前記第2の逆並列回路
とが逆直列接続されてなることを特徴とする。
【0014】要するに、本装置では、変圧器の1次側及
び2次側に多数の双方向スイッチを設け、これらを所定
のタイミングでスイッチング動作させることにより、三
相入力から所望の三相出力を得ているのである。このス
イッチング動作させるための構成は、変圧器の1次側及
び2次側それぞれにおいて種々の構成が考えられる。こ
の各実施形態について説明する。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、以下の説明において
参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によっ
て示されている。図1は本発明による電力変換装置の第
1の実施形態の構成を示すブロック図である。同図にお
いて本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機
能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であ
り、第1のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路
と第2のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を
逆直列接続した双方向スイッチSS1と、この双方向ス
イッチSS1と同一の構成の双方向スイッチをさらに1
1組み用意し、これらを双方向スイッチSS2〜SS1
2とし、高周波変圧器Tr1を備え、双方向スイッチS
S1とSS2とを直列に接続した第1の直列回路と、双
方向スイッチSS3とSS4とを直列接続した第2の直
列回路と、双方向スイッチSS5とSS6とを直列に接
続した第3の直列回路とを並列に接続し、双方向スイッ
チSS7とSS8とを直列に接続した第4の直列回路
と、双方向スイッチSS9とSS10とを直列接続した
第5の直列回路と、双方向スイッチSS11とSS12
とを直列に接続した第6の直列回路とを並列に接続し、
第1から3の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞ
れ三相交流電源の3つの入力端子に、第1〜第3の直列
回路の並列接続点を高周波変圧器Tr1の1次側に、第
4〜第6の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞれ
三相交流出力の3つの出力端子に、第4〜第6の直列回
路の並列接続点を高周波変圧器Tr1の2次側に、それ
ぞれ接続した構成である。
【0016】つまり、変圧器Tr1の1次巻線の一端と
各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第1の逆
並列回路と第2の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧
器Tr1の2次巻線の一端と各出力端子との間に双方向
スイッチを構成する第1の逆並列回路と第2の逆並列回
路とが逆直列接続されているのである。このように、本
装置は、12組の双方向スイッチSS1〜SS12と、
高周波変圧器Tr1とを含んで構成されている。双方向
スイッチSS1〜SS6は、高周波変圧器Tr1の1次
側に設けられ、入力端子R、S、Tに与えられる入力に
ついて変圧器Tr1への供給方向を制御する。双方向ス
イッチSS7〜SS12は、高周波変圧器Tr1の2次
側に設けられ、出力端子U、V、Wから得られる出力に
ついて変圧器Tr1からの導出方向を制御する。
【0017】双方向スイッチSS1〜SS12は、24
組のダイオードとトランジスタ等のスイッチング素子と
の逆並列回路を用意し、そのうち任意の2個を抽出しダ
イオードのアノードが接続点となるように逆直列接続す
ることによって構成されている。12組の双方向スイッ
チSS1〜SS12のうち、双方向スイッチSS1及び
SS2を直列に接続した直列回路と、双方向スイッチS
S3及びSS4を直列に接続した直列回路と、双方向ス
イッチSS5及びSS6を直列に接続した直列回路とが
並列に接続され、これら直列回路のそれぞれの直列接続
点がそれぞれ三相交流電源のR、S、Tの3つの端子に
接続されている。そして、双方向スイッチSS1〜SS
6の各直列回路の並列接続点がTr1の1次側端子T1
U、T1Vに接続されている。
【0018】また、双方向スイッチSS7及びSS8を
直列に接続した直列回路と、双方向スイッチSS9及び
SS10を直列接続した直列回路と、双方向スイッチS
S11及びSS12を直列に接続した直列回路とが並列
に接続され、これら直列回路のそれぞれの直列接続点が
それぞれ三相交流出力のU、V、Wの3つの端子に接続
されている。そして、双方向スイッチSS7〜SS12
の各直列回路の並列接続点が変圧器Tr1の2次側端子
T1u、T1vに接続されている。
【0019】上記のような回路構成において、電源電圧
の位相に応じて各スイッチを所謂PWM(pulse
width modulation)制御のように任意
の組合せでオンオフ動作させることで、出力端子U、
V、Wに任意の絶縁された三相交流を出力することがで
きる。例えば、スイッチSS1とSS4及びスイッチS
S7とSS12の各スイッチをオンすることで、変圧器
Tr1を介して、電源電圧VRSを出力端子電圧VUWに変
換して出力することができる。
【0020】この様な動作を各相に対して出力電圧が三
相の正弦波となるようにPWM制御することで、三相交
流電圧から絶縁された三相電圧出力を得ることができ
る。なお、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除
去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動
フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑
制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自
明である。
【0021】図2は、図1の電力変換装置の動作例を示
す波形図である。同図には、図1中の変圧器Tr1の1
次側の入力端子SとTとの間の電圧VST、入力端子Rと
Sとの間の電圧VRS及び入力端子TとRとの間の電圧V
TRと、図1中の変圧器Tr1の1次側の各スイッチSS
1〜SS6のオンオフ状態J1と、変圧器の入出力電圧
V1と、図1中の変圧器Tr1の2次側の各スイッチS
S7〜SS12のオンオフ状態J2と、図1中の変圧器
Tr1の2次側の出力端子UとVとの間の電圧VUV、出
力端子VとWとの間の電圧VVW及び出力端子WとUとの
間の電圧VWUとが示されている。なお、図中のハッチン
グ部分のスイッチがオン状態であるものとする。
【0022】同図に示されているように、図1中の変圧
器Tr1の1次側のスイッチSS4及びSS5を同時に
オンさせれば、電圧VSTの反転波形の一部分が変圧器に
印加されることになる。次に、図1中のスイッチSS2
及びSS5を同時にオンさせれば、電圧VTRの反転波形
の一部分が変圧器に印加されることになる。同様に、図
1中の各スイッチを状態J1のようにオンオフさせれ
ば、電圧VST、VRS、V TR又はこれらの反転波形の一部
分が変圧器に印加されることになる。この変圧器に印加
されるものが図中の電圧V1である。
【0023】また、同様に、図1中の変圧器Tr1の2
次側のスイッチSS10及びSS11を同時にオンさせ
る等、状態J2のようにオンオフさせれば、電圧VUV
電圧VVW及び電圧VWUの各波形のハッチング部分を各出
力端子から得ることができる。なお、以上の動作におい
ては、変圧器の1次側及び2次側について同時にPWM
制御を行っているが、いずれか一方のみについてPWM
制御を行っても良い。すなわち、変圧器の1次側のみで
PWM制御を行う場合は、2次側のパルス幅を固定値と
する。また、変圧器の2次側のみでPWM制御を行う場
合は、1次側のパルス幅を固定値とする。
【0024】図3は、本発明による電力変換装置の第2
の実施形態の構成を示すブロック図である。同図におい
て本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能
と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であ
り、第1のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路
と第2のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を
逆直列接続した双方向スイッチSS13と、この双方向
スイッチSS13と同一の構成の双方向スイッチをさら
に7組み用意し、これらを双方向スイッチSS14〜S
S20とし、1次側及び2次側にセンタータップを備え
た高周波変圧器Tr2及びTr3を備え、双方向スイッ
チSS13とSS14とを直列に接続した第1の直列回
路の直列接続点を三相交流電源の3つの入力端子のうち
のいずれか1つに、第1の直列回路の直列接続点以外の
残る2端子を高周波変圧器Tr2の1次側のセンタータ
ップ以外の端子に、双方向スイッチSS15とSS16
とを直列接続した第2の直列回路の直列接続点を三相交
流電源の残る2つの入力端子のうちのいずれか1つに、
第2の直列回路の直列接続点以外の残る2端子を高周波
変圧器Tr3のセンタータップ以外の1次側の端子に、
高周波変圧器Tr2及びTr3の1次側センタータップ
を三相交流電源の残る端子に、双方向スイッチSS17
とSS18とを直列に接続した第3の直列回路の直列接
続点を三相出力の3つの出力端子のいずれか1つに、第
3の直列回路の残る2つの端子を第1の高周波変圧器の
センタータップ以外の2次側端子に、双方向スイッチS
S19とSS20とを直列に接続した第4の直列回路の
直列接続点を三相出力の残る2つの出力端子の1つに、
第4の直列回路の残る2つの端子を第2の高周波変圧器
のセンタータップ以外の2次側端子に、高周波変圧器T
r2及びTr3の2次側センタータップを三相出力の残
る1つの出力端子に、それぞれ接続した構成である。
【0025】同図において、図1の装置の場合との相違
点は、8組の双方向スイッチSS13〜SS20を設
け、センタータップを持つ2つの高周波変圧器Tr2及
びTr3を用い、あたかもV結線された構成となってい
る点である。この場合、ダイオードとスイッチング素子
との逆並列回路を16組用意している。そして、これら
逆並列回路を逆直列接続した8組の双方向スイッチSS
13〜SS20は、ダイオードのアノードが接続点とな
るように逆直列接続されている。
【0026】双方向スイッチSS13及びSS14を直
列に接続した直列回路の直列接続点が三相交流電源の入
力端子Rに、この直列回路の直列接続点以外の残る2つ
の端子が変圧器Tr2の1次側端子T2U、T2Vに接
続されている。双方向スイッチSS15及びSS16を
直列に接続した直列回路の直列接続点が三相交流電源の
入力端子Tに、この直列回路の直列接続点以外の残る2
つの端子が変圧器Tr3の1次側端子T3U、T3V
に、接続されている。さらに、変圧器Tr2及び変圧器
Tr3の1次側センタータップ同士が接続され、これら
が三相交流電源の入力端子Sに接続されている。
【0027】つまり、変圧器Tr2及びTr3のそれぞ
れの1次巻線と三相入力の入力端子RとTとの間に双方
向スイッチが設けられ、変圧器Tr2及びTr3の1次
巻線の中点同士が接続されて三相入力の入力端子Sとな
り、変圧器Tr2及びTr3のそれぞれの2次巻線と三
相出力の出力端子UとWとの間に双方向スイッチが設け
られ、変圧器Tr2及びTr3の2次巻線の中点同士が
接続されて三相出力の出力端子Vとなっているのであ
る。
【0028】双方向スイッチSS17及びSS18を直
列に接続した直列回路の直列接続点が三相出力の出力端
子Uに、この直列回路の直列接続点以外の残る2つの端
子が変圧器Tr2の2次側端子T2u、T2vに接続さ
れている。双方向スイッチSS19及びSS20を直列
に接続した直列回路の直列接続点が三相出力の出力端子
Wに、この直列回路の直列接続点以外の残る2つの端子
が変圧器Tr3の2次側端子T3u、T3vに、接続さ
れている。さらに、変圧器Tr2及びTr3の2次側セ
ンタータップ同士が接続され、これらが三相出力の出力
端子Vに接続されている。
【0029】上記のような回路構成において、電源電圧
の位相に応じて各スイッチを所謂PWM制御のように任
意の組合せでオンオフ動作させることで、出力端子U、
V、Wに任意の絶縁された三相交流を出力することがで
きる。例えば、スイッチSS13をオンしてスイッチS
S18をオンすると、変圧器Tr2を介して、電源電圧
RSを出力端子電圧VVUに変換して出力することができ
る。
【0030】この様な動作を、V結線された1次側はS
相を、2次側はV相を基準として、出力電圧VUVとVWV
が正弦波となるようにPWM制御することで、三相交流
電圧から絶縁された三相電圧出力を得ることができる。
なお、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去す
るためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィ
ルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制す
るための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明で
ある。
【0031】図4は本発明による電力変換装置の第3の
実施形態の構成を示すブロック図である。同図において
本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と
電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、
36個のダイオードそれぞれについて逆並列にスイッチ
ング素子が接続されることによって構成されたスイッチ
回路s01〜s36を有している。
【0032】スイッチ回路s01のダイオードのアノー
ド端子とスイッチ回路s02のダイオードのカソード端
子を接続した第1のダイオードの直列回路と、スイッチ
回路s03のダイオードのアノード端子とスイッチ回路
s04のダイオードのカソード端子を接続した第2のダ
イオードの直列回路と、スイッチ回路s05のダイオー
ドのアノード端子とスイッチ回路s06のダイオードの
カソード端子を接続した第3のダイオードの直列回路と
を並列接続した並列回路SC1と、残るスイッチ回路s
07からスイッチ回路s36のダイオードから任意の6
組で構成され、並列回路SC1と同一の構成の並列回路
SC2〜SC6と、高周波変圧器Tr1とを含んで本装
置が構成されている。
【0033】そして、並列回路SC1の3つのダイオー
ドの直列接続点の1つが三相交流電源の3つの入力端子
のうちの1つに、その並列回路SC1の残る2つのダイ
オードの直列接続点が高周波変圧器Tr1の1次側に、
並列回路SC2の3つのダイオードの直列接続点の1つ
が三相交流電源の残る2つの入力端子のうちの1つに、
並列回路SC2の残る2つのダイオードの直列接続点を
高周波変圧器Tr1の1次側に、並列回路SC3の3つ
のダイオードの直列接続点の1つが三相交流電源の3つ
の入力端子のうちの残る1つに、その並列回路SC1の
残る2つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Tr
1の1次側に、並列回路SC4の3つのダイオードの直
列接続点の1つが三相出力の3つの出力端子のうちの1
つに、その並列回路SC4の残る2つのダイオードの直
列接続点が高周波変圧器Tr1の2次側に、並列回路S
C5の3つのダイオードの直列接続点の1つが三相出力
の残る2つのっで力端子のうちの1つに、並列回路SC
1の残る2つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器
Tr1の2次側に、並列回路SC6の3つのダイオード
の直列接続点の1つが三相出力の残る1つの出力端子
に、並列回路SC6の残る2つのダイオードの直列接続
点が高周波変圧器Tr1の2次側に、それぞれ接続され
ている構成である。同図において、図1の装置の場合と
の相違点は、双方向スイッチSS1〜SS12が並列回
路SC1〜SC6に変更されている点である。このよう
に変更されている結果、ある並列回路内のスイッチ回路
と他の並列回路内のスイッチ回路とが変圧器Tr1を介
して逆直列接続されて双方向スイッチを構成することに
なる。
【0034】同図においては、スイッチング素子と、こ
のスイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードと
からなるスイッチング回路を36組用意し、任意の2組
についてダイオードのアノード端子とカソード端子とを
接続することで、ダイオードの直列回路を18組構成す
る。そして、それら18組のうちの任意の3組が並列接
続されたものを、6組の並列回路SC1〜SC6とす
る。
【0035】並列回路SC1のダイオ一ドの3つの直列
接続点のうちの1つが三相交流電源の入力端子Rに接続
されている。また、この並列回路のダイオ一ドの残る2
つの直列接続点が変圧器Tr1の1次側端子T1U、T
1Vに接続されている。並列回路SC2のダイオードの
3つの直列接続点のうちの1つが三相交流電源の入力端
子Sに接続されている。また、この並列回路のダイオー
ドの残る2つの直列接続点が変圧器Tr1の1次側端子
T1U、T1Vに接続されている。
【0036】並列回路SC3のダイオードの3つの直列
接続点のうちの1つが三相交流電源の入力端子Tに接続
されている。また、この並列回路のダイオードの残る2
つの直列接続点が変圧器Tr1の1次側端子T1U、T
1Vに接続されている。並列回路SC4のダイオードの
3つの直列接続点のうちの1つが三相出力の出力端子U
に接続されている。また、この並列回路のダイオードの
残る2つの直列接続点が変圧器Tr1の2次側端子T1
u、T1vに接続されている。
【0037】並列回路SC5のダイオードの3つの直列
接続点のうちの1つが三相出力の出力端子Vに接続され
ている。また、この並列回路のダイオードの残る2つの
直列接続点が変圧器Tr1の2次側端子T1u、T1v
に接続されている。並列回路SC6のダイオードの3つ
の直列接続点のうちの1つが三相出力の出力端子Wに接
続されている。また、この並列回路のダイオードの残る
2つの直列接続点が変圧器Tr1の2次側端子T1u、
T1vに接続されている。
【0038】つまり、変圧器Tr1の1次巻線の一端と
各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第1の逆
並列回路と第2の逆並列回路とが逆直列接続されてな
り、この変圧器Tr1の2次巻線の一端と各出力端子と
の間に双方向スイッチを構成する第1の逆並列回路と第
2の逆並列回路とが逆直列接続されてなる構成である。
そして、変圧器Tr1の巻線を介して、双方向スイッチ
を構成する第1の逆並列回路と第2の逆並列回路とが逆
直列接続されているのである。
【0039】この様な構成において、図1の場合と同様
に、各スイッチを任意のタイミングで所謂PWM制御す
ることで、三相交流電源の一部を高周波変圧器を介して
出力端子へ供給することができる。なお、入力側、出力
側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトル
やコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチの
オンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ
回路を付加しても良いことは自明である。
【0040】図5は、図4の電力変換装置の動作例を示
す波形図である。同図には、図4中の変圧器Tr1の1
次側の入力端子SとTとの間の電圧VST、入力端子Rと
Sとの間の電圧VRS及び入力端子TとRとの間の電圧V
TRと、図4中の変圧器Tr1の1次側の並列回路SC1
〜SC3を構成する各スイッチS01〜S18のオンオ
フ状態J3と、変圧器の入出力電圧V1と、図4中の変
圧器Tr1の2次側の並列回路SC4〜SC6を構成す
る各スイッチS19〜S36のオンオフ状態J4と、図
4中の変圧器Tr1の2次側の出力端子UとVとの間の
電圧VUV、出力端子VとWとの間の電圧VVW及び出力端
子WとUとの間の電圧VWUとが示されている。なお、図
中のハッチング部分のスイッチがオン状態であるものと
する。
【0041】同図に示されているように、図4中の変圧
器Tr1の1次側のスイッチS10及びS12〜S14
を同時にオンさせれば、電圧VSTの反転波形の一部分が
変圧器に印加されることになる。次に、図4中のスイッ
チS04、S05、S13及びS15を同時にオンさせ
れば、電圧VTRの反転波形の一部分が変圧器に印加され
ることになる。同様に、図4中の各スイッチを状態J3
のようにオンオフさせれば、電圧VST、VRS、VTR又は
これらの反転波形の一部分が変圧器に印加されることに
なる。この変圧器に印加されるものが図中の電圧V1で
ある。
【0042】また、同様に、図4中の変圧器Tr1の2
次側のスイッチS29〜S31及びS33を同時にオン
させる等、状態J4のようにオンオフさせれば、電圧V
UV、電圧VVW及び電圧VWUの各波形のハッチング部分を
各出力端子から得ることができる。図6は本発明による
電力変換装置の第4の実施形態の構成を示すブロック図
である。同図において本実施形態による電力変換装置
は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁
形電力変換装置であり、ダイオードの直列回路を含むで
ある4つの並列回路SC7〜SC10と、センタータッ
プを持つ2つの高周波変圧器Tr2及びTr3とを備
え、並列回路SC7の3つのダイオードの直列接続点の
1つが三相交流電源の3つの入力端子の1つに、並列回
路SC7の残る2つのダイオードの直列接続点が高周波
変圧器Tr2の1次側のセンタータップ以外の端子と、
並列回路SC8の3つのダイオードの直列接続点の1つ
が三相交流電源の残る2つの入力端子の1つに、並列回
路SC8の残る2つのダイオードの直列接続点が高周波
変圧器Tr3の1次側のセンタータップ以外の端子と、
高周波変圧器Tr2及びTr3の1次側センタータップ
が三相交流電源の残る1つの出力端子に、並列回路SC
9の3つのダイオードの直列接続点の1つが三相出力の
3つの出力端子の1つに、並列回路SC9の残る2つの
ダイオードの直列接続点が高周波変圧器Tr2の2次側
のセンタータップ以外の出力端子と、並列回路SC10
の3つのダイオードの直列接続点の1つが三相出力の残
る2つの出力端子の1つに、並列回路SC10の残る2
つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Tr3の2
次側のセンタータップ以外の端子と、高周波変圧器Tr
2及びTr3の2次側センタータップが三相出力の残る
1つの出力端子に、それぞれ接続された構成である。同
図において、図3の装置の場合との相違点は、双方向ス
イッチSS13〜SS20の代わりに、並列回路SC7
〜SC10を用いている点である。
【0043】同図においては、スイッチング素子と、こ
のスイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードと
からなるスイッチング回路を24組用意し、図4の場合
と同様に、任意の2組についてダイオードのアノード端
子とカソード端子とを接続することで、ダイオードの直
列回路を12組構成する。そして、それら12組のうち
の任意の3組が並列接続されたものを、4組の並列回路
SC7〜SC10とする。
【0044】並列回路SC7のダイオードの3つの直列
接続点のうちの1つが三相交流電源の入力端子Rに接続
されている。また、この並列回路のダイオードの残る2
つの直列接続点が変圧器Tr2の1次側端子T2U、T
2Vに接続されている。並列回路SC8のダイオードの
3つの直列接続点のうちの1つが三相交流電源の入力端
子Tに接続されている。また、この並列回路のダイオー
ドの残る2つの直列接続点が変圧器Tr3の1次側端子
T3U、T3Vに接続されている。
【0045】1次側と2次側にそれぞれセンタータップ
を持つ高周波変圧器Tr2及びTr3の1側センタータ
ップがそれぞれ三相交流電源の入力端子Sに接続されて
いる。並列回路SC9のダイオードの3つの直列接続点
のうちの1つが三相出力の出力端子Uに接続されてい
る。また、この並列回路のダイオードの残る2つの直列
接続点が変圧器Tr2の2次側端子T2u、T2vに接
続されている。
【0046】並列回路SC10のダイオードの3つの直
列接続点のうちの1つが三相出力の出力端子Wに接続さ
れている。また、この並列回路のダイオードの残る2つ
の直列接続点が変圧器Tr3の2次側端子T3u、T3
vに接続されている。1次側と2次側にそれぞれセンタ
ータップを持つ高周波変圧器Tr2及びTr3の2次側
センタータップがそれぞれ三相出力の出力端子Vに接続
されている。
【0047】つまり、変圧器Tr2及びTr3の巻線を
介して双方向スイッチを構成する第1の逆並列回路と第
2の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧器Tr2及び
Tr3のそれぞれの1次巻線と三相入力の入力端子R及
びTとの間に双方向スイッチを設けてこれら変圧器の1
次巻線の中点同士が接続されて三相入力の入力端子Sと
なり、変圧器Tr2及びTr3のそれぞれの2次巻線と
三相出力の出力端子U及びWとの間に双方向スイッチを
設けてこれら変圧器の2次巻線の中点同士が接続されて
三相出力の出力端子Vとなっているのである。
【0048】この様な構成において、並列回路SC7〜
SC10の各スイッチを、入力端子S及びVの相を基準
として、任意のタイミングで所謂PWM制御をすること
で、三相電源電圧について、高周波変圧器を介して任意
の電圧に変換して出力側へ供給することができる。ここ
で、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去する
ためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィル
タや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制する
ための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明であ
る。
【0049】図7は、本発明による電力変換装置の第5
の実施形態の構成を示すブロック図である。同図におい
て本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能
と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であ
り、並列回路SC1〜SC3と、高周波変圧器Tr1
と、ダイオードにスイッチング素子が逆並列された10
組のスイッチング回路s19〜s28のうち任意の2組
によって構成される、5つのダイオードの直列回路で構
成される並列回路SC11を備えた構成である。そし
て、高周波変圧器Tr1の1次側の構成は図4の構成と
同様であり、並列回路SC11のダイオードの直列回路
の5つの直列接続点のうち2つが高周波変圧器Tr1の
2次側に、並列回路SC1〜SC3の残る3つのダイオ
ードの直列回路の直列接続点が三相出力の3つの端子
に、それぞれ接続された構成である。同図において、図
4の装置の場合との相違点は、並列回路SC4〜SC6
の代わりに、並列回路SC11を用いている点である。
【0050】同図に示されている電力変換装置は、高周
波変圧器Tr1と、この変圧器Tr1の1次側に設けら
れ、ダイオード及びスイッチング素子で構成された並列
回路SC1、SC2、SC3とを含んで構成されてい
る。また、同図に示されている電力変換装置は、スイッ
チング素子とこのスイッチング素子と逆並列に接続され
ているダイオードとからなるスイッチング回路を10組
構成し、これら10組のスイッチング回路のうちの2組
についてダイオードのアノードとカソ一ドとが直列にな
るように直列回路を5組構成し、これらを並列に接続し
た並列回路SC11を有している。そして、変圧器Tr
1の2次側において、並列回路SC11のダイオードの
5つの直列接続点のうちの2つが変圧器Tr1の2次側
端子T1u、T1vに接続されている。また、この並列
回路SC11のダイオードの残る3つの直列接続点が出
力端子U、V、Wに、それぞれ接続されている。
【0051】つまり、変圧器Tr1の1次巻線の一端と
各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第1の逆
並列回路と第2の逆並列回路とが逆直列接続され、この
変圧器Tr1の巻線を介してそれら第1の逆並列回路と
第2の逆並列回路とが逆直列接続されていることにな
る。この様な構成において、変圧器Tr1の1次側のス
イッチング素子を図4の場合と同様にオンオフ制御し、
2次側の並列回路SC11で変圧器2次側電圧を出力端
子U、V、Wに分配するように所謂PWM制御をかけ
る。こうすることで、三相電源電圧の一部について変圧
器Tr1を介して任意の電圧として出力端子に供給する
ことができる。
【0052】ここでも、入力側、出力側に、スイッチン
グリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構
成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴
う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても
良いことは自明である。図8は、本発明よる電力変換装
置の第6の実施形態の構成を示すブロック図である。同
図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の
絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装
置であり、並列回路SC1〜SC5と、2次側にセンタ
ータップを持った高周波変圧器Tr4を備え、並列回路
SC1の3つのダイオードの直列接続点のうち1つが三
相交流電源の3つの出力端子の1つに、並列回路SC1
の残る2つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器T
r4の1次側端子に、並列回路SC2の3つのダイオー
ドの直列接続点のうち1つが三相交流電源の残る2つの
出力端子の1つに、並列回路SC2の残る2つのダイオ
ードの直列接続点が高周波変圧器Tr4の1次側端子
に、並列回路SC3の3つのダイオードの直列接続点の
うち1つが三相交流電源の残る入力端子に、並列回路S
C3の残る2つのダイオードの直列接続点が高周波変圧
器Tr4の1次側端子に、並列回路SC4の3つのダイ
オードの直列接続点のうち1つが三相出力の3つの出力
端子の1つに、並列回路SC4の残る2つのダイオード
の直列接続点が高周波変圧器Tr4のセンタータップ以
外の2次側端子に、並列回路SC5の3つのダイオード
の直列接続点のうち1つが三相出力の残る2つの出力端
子の1つに、並列回路SC5の残る2つのダイオードの
直列接続点が高周波変圧器Tr4のセンタータップ以外
の2次側端子に、高周波変圧器Tr4の2次側センター
タップを三相出力の残る出力端子に、それぞれ接続され
た構成である。同図において、図4の装置の場合との相
違点は、高周波変圧器Tr4の2次側にセンタータップ
を設け、ダイオードとスイッチング素子との逆並列回路
からなるダイオードの直並列回路を2つにした点であ
る。
【0053】同図において、本実施形態の電力変換装置
は、並列回路SC1〜SC4及びSC6と、2次側にセ
ンタータップを持つ高周波変圧器Tr4とを含んで構成
されている。そして、変圧器Tr4の1次側において
は、図4の場合と同様に、並列回路SC4のダイオード
の3つの直列接続点の1つが出力端子Uに接続されてい
る。この並列回路のダイオードの残る2つの直列接続点
が変圧器Tr4の2次側端子T4u、T4vに接続され
ている。
【0054】並列回路SC6のダイオードの3つの直列
接続点の1つが出力端子Wに接続されている。この並列
回路のダイオードの残る2つの直列接続点が変圧器Tr
4の2次側端子T4u、T4vに接続されている。そし
て、変圧器Tr4の2次側センタータップが出力端子V
に接続されている。つまり、変圧器Tr4の1次巻線の
一端と各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第
1の逆並列回路と第2の逆並列回路とが逆直列接続さ
れ、この変圧器Tr4の巻線を介して第1の逆並列回路
と第2の逆並列回路とが逆直列接続されているのであ
る。また、変圧器Tr4の2次巻線と三相出力の出力端
子UとWとの間に双方向スイッチが設けられ、この変圧
器Tr4の2次巻線の中点が三相出力の出力端子Vとな
っている。
【0055】この様な構成において、変圧器Tr4の1
次側の半導体スイッチは、図4の装置の場合と同様の動
作を行い、変圧器Tr4の2次側の半導体スイッチは、
出力端子Vを基準に出力電圧VUV、VWVを正弦波状にす
るように、変圧器Tr4の2次側電圧を所謂PWM制御
により分配する。こうすることにより、三相電源電圧の
一部について、高周波変圧器を介して任意の出力電圧に
変換して出力端子U、V、Wに供給することができる。
【0056】本実施例においても、必要に応じて入出力
にスイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコ
ンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオン
オフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路
を付加しても良いことは自明である。図9は、本発明に
よる電力変換装置の第7の実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。同図において本実施形態による電力変換装
置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶
縁形電力変換装置であり、並列回路SC1〜SC4及び
SC6と、2次側にセンタータップを持った2つの巻線
を持つ高周波変圧器Tr5とを備え、高周波変圧器Tr
5の1次側を並列回路SC1〜SC3と高周波変圧器T
r5とを用いて図4の装置と同様の構成にし、並列回路
SC4の3つのダイオードの直列接続点のうち1つが三
相出力の3つの出力端子の1つに、並列回路SC4の残
る2つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Tr5
の2次側の2つの巻線のうちの一方の巻線のセンタータ
ップ以外の端子に、並列回路SC5の3つのダイオード
の直列接続点のうち1つが三相出力の残る2つの出力端
子の1つに、並列回路SC5の残る2つのダイオードの
直列接続点が高周波変圧器Tr5の2次側の残る1つの
巻線のセンタータップ以外の端子に、高周波変圧器Tr
5の2次側の2つの巻線のそれぞれのセンタータップが
三相出力の残る端子に、それぞれ接続された構成であ
る。同図において、図8の装置の場合との相違点は、高
周波変圧器の2次側にセンタータップを設けた巻線が2
つあり、それぞれに、ダイオードとスイッチング素子と
の逆並列回路からなるダイオードの直並列回路のSC4
及びSC6が接続されている点である。
【0057】本実施形態による電力変換装置は、図8の
場合と同様の並列回路SC1〜SC4及びSC6と、2
次側にセンタータップを持つ2つの巻線を持った高周波
変圧器Tr5とを含んで構成されている。また、変圧器
Tr5の1次側は図8の場合と同様に、並列回路SC4
のダイオ一ドの3つの直列接続点のうちの1つが出力端
子Uに接続されている。この並列回路のダイオードの残
る2つの直列接続点が変圧器Tr5の2次側端子T5u
1、T5v1に接続されている。
【0058】並列回路SC6のダイオードの3つの直列
接続点のうちの1つが出力端子Wに接続されている。こ
の並列回路のダイオードの残る2つの直列接続点が変圧
器Tr5の2次側端子T5u1、T5v1に接続されて
いる。そして、変圧器Tr5の2次側センタータップT
5n1、T5n2が出力端子Vに接続されている。つま
り、変圧器Tr5の1次側のスイッチ回路は、その変圧
器Tr5の1次巻線の一端と各入力端子との間に、双方
向スイッチを構成する第1の逆並列回路と第2の逆並列
回路とが逆直列接続されているのである。また、変圧器
Tr5の2次側は、2つの2次巻線を有し、これら巻線
のそれぞれの一端と各出力端子との間に、双方向スイッ
チを構成する第1の逆並列回路と第2の逆並列回路とが
逆直列接続されているのである。なお、変圧器の1次側
と2次側の構成を逆にし、2次巻線の一端と各出力端子
との間に、双方向スイッチを構成する第1の逆並列回路
と第2の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧器Tr5
の1次側が2つの2次巻線を有し、これら巻線のそれぞ
れの一端と各入力端子との間に、双方向スイッチを構成
する第1の逆並列回路と第2の逆並列回路とが逆直列接
続されるようにしても良い。
【0059】この様な構成において、変圧器Tr5の1
次側の半導体スイッチは、図8の装置場合と同様の動作
を行い、変圧器Tr5の2次側の半導体スイッチは、出
力端子Vを基準に出力電圧VUV、VWVをそれぞれ独立に
正弦波状にするように、変圧器Tr5の2次側電圧を所
謂PWM制御により分配することにより、三相電源電圧
の一部を高周波変圧器を介して任意の出力電圧に変換し
て出力端子U、V、Wに供給することができる。
【0060】本実施例においても、必要に応じて入出力
にスイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコ
ンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオン
オフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路
を付加しても良いことは自明である。なお、以上説明し
た各実施形態において、変圧器の1次側の構成と2次側
の構成とを入換えても、電力変換装置を構成できること
は明らかである。
【0061】また、以上説明した各実施形態において用
いるスイッチング素子は、自己消弧形の半導体スイッチ
ング素子であれば、トランジスタに限定されるものでは
ない。請求項の記載に関し、本発明は更に以下の態様を
採り得る。 (1)入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶
縁形電力変換装置において、第1のダイオードとスイッ
チング素子の逆並列回路と第2のダイオードとスイッチ
ング素子の逆並列回路を逆直列接続した第1の双方向ス
イッチと、該第1の双方向スイッチと同一の構成の双方
向スイッチをさらに11組み用意し、それぞれ、第2の
双方向スイッチ、第3の双方向スイッチ、第4の双方向
スイッチ、第5の双方向スイッチ、第6の双方向スイッ
チ、第7の双方向スイッチ、第8の双方向スイッチ、第
9の双方向スイッチ、第10の双方向スイッチ、第11
の双方向スイッチ、第12の双方向スイッチとし、第1
の高周波変圧器を備え、第1と第2の双方向スイッチを
直列に接続した第1の直列回路と、第3と第4の双方向
スイッチを直列接続した第2の直列回路と、第5と第6
の双方向スイッチを直列に接続した第3の直列回路とを
並列に接続し、第7と第8の双方向スイッチを直列に接
続した第4の直列回路と、第9と第10の双方向スイッ
チを直列接続した第5の直列回路と、第11と第12の
双方向スイッチを直列に接続した第6の直列回路とを並
列に接続し、該第1から3の直列回路のそれぞれの直列
接続点をそれぞれ三相交流電源の3つの端子に、該第1
から3の直列回路の並列接続点を第1の高周波変圧器の
1次側に、該第4から6の直列回路のそれぞれの直列接
続点をそれぞれ三相交流出力の3つの端子に、該第4か
ら6の直列回路の並列接続点を第1の高周波変圧器の2
次側に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力
変換装置。
【0062】(2)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、第1のダイオ
ードとスイッチング素子の逆並列回路と第2のダイオー
ドとスイッチング素子の逆並列回路を逆直列接続した第
1の双方向スイッチと、該第1の双方向スイッチと同一
の構成の双方向スイッチをさらに7組み用意し、それぞ
れ、第2の双方向スイッチ、第3の双方向スイッチ、第
4の双方向スイッチ、第5の双方向スイッチ、第6の双
方向スイッチ、第7の双方向スイッチ、第8の双方向ス
イッチとし、1次側及び2次側にセンタータップを備え
た第1、第2の高周波変圧器を備え、第1と第2の双方
向スイッチを直列に接続した第1の直列回路の直列接続
点を三相交流電源の3つの端子のうちのいずれか1つ
に、第1の直列回路の直列接続点以外の残る2端子を第
1の高周波変圧器の1次側のセンタータップ以外の端子
に、第3と第4の双方向スイッチを直列接続した第2の
直列回路の直列接続点を三相交流電源の残る2つの端子
のうちのいずれか1つに、第2の直列回路の直列接続点
以外の残る2端子を第2の高周波変圧器のセンタータッ
プ以外の1次側の端子に、第1と第2の高周波変圧器の
1次側センタータップを三相交流電源の残る端子に、第
5と第6の双方向スイッチを直列に接続した第3の直列
回路の直列接続点を三相出力の3つの端子のいずれか1
つに、第3の直列回路の残る2つの端子を第1の高周波
変圧器のセンタータップ以外の2次側端子に、第7と第
8の双方向スイッチを直列に接続した第4の直列回路の
直列接続点を三相出力の残る端子の1つに、第4の直列
回路の残る2つの端子を第2の高周波変圧器のセンター
タップ以外の2次側端子に、第1と第2の高周波変圧器
の2次側センタータップを三相出力の残る1つの端子
に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換
装置。
【0063】(3)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、逆並列にスイ
ッチング素子が接続された第1から36のダイオード
の、第1のダイオードのアノード端子と第2のダイオー
ドのカソード端子を接続した第1のダイオードの直列回
路と、第3のダイオードのアノード端子と第4のダイオ
ードのカソード端子を接続した第2のダイオードの直列
回路と、第5のダイオードのアノード端子と第6のダイ
オードのカソード端子を接続した第3のダイオードの直
列回路とを並列接続した第1の並列回路と、残る第7か
ら36のダイオードから任意の6組で構成される第1の
並列回路と同一の構成の第2から第6の並列回路と、第
1の高周波変圧器を備え、第1の並列回路の3つのダイ
オードの直列接続点の1つを三相交流電源の3つの端子
のうちの1つに、該第1の並列回路の残る2つのダイオ
ードの直列接続点を第1の高周波変圧器の1次側に、第
2の並列回路の3つのダイオードの直列接続点の1つを
三相交流電源の残る2つの端子のうちの1つに、該第2
の並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点を第1
の高周波変圧器の1次側に、第3の並列回路の3つのダ
イオードの直列接続点の1つを三相交流電源の3つの端
子のうちの残る1つに、該第1の並列回路の残る2つの
ダイオードの直列接続点を第1の高周波変圧器の1次側
に、第4の並列回路の3つのダイオードの直列接続点の
1つを三相出力の3つの端子のうちの1つに、該第4の
並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点を第1の
高周波変圧器の2次側に、第5の並列回路の3つのダイ
オードの直列接続点の1つを三相出力の残る2つの端子
のうちの1つに、該第1の並列回路の残る2つのダイオ
ードの直列接続点を第1の高周波変圧器の2次側に、第
6の並列回路の3つのダイオードの直列接続点の1つを
三相出力の残る1つの端子に、該第6の並列回路の残る
2つのダイオードの直列接続点を第1の高周波変圧器の
2次側に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電
力変換装置。
【0064】(4)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、(3)の該ダ
イオードの直列回路の第1、第2、第3、第4の4つの
並列回路とセンタータップを持つ第1、第2の高周波変
圧器を備え、第1の並列回路の3つのダイオードの直列
接続点の1つを三相交流電源の3つの端子の1つに、該
第1の並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点を
第1の高周波変圧器の1次側のセンタータップ以外の端
子と、第2の並列回路の3つのダイオードの直列接続点
の1つを三相交流電源の残る2つの端子の1つに、該第
2の並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点を第
2の高周波変圧器の1次側のセンタータップ以外の端子
と、第1と第2の高周波変圧器の1次側センタータップ
を三相交流電源の残る1つの端子に、第3の並列回路の
3つのダイオードの直列接続点の1つを三相出力の3つ
の端子の1つに、該第3の並列回路の残る2つのダイオ
ードの直列接続点を第1の高周波変圧器の2次側のセン
タータップ以外の端子と、第4の並列回路の3つのダイ
オードの直列接続点の1つを三相出力の残る2つの端子
の1つに、該第4の並列回路の残る2つのダイオードの
直列接続点を第2の高周波変圧器の2次側のセンタータ
ップ以外の端子と、第1と第2の高周波変圧器の2次側
センタータップを三相出力の残る1つの端子に、それぞ
れ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【0065】(5)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、(3)の該第
1から第3の並列回路と第1の高周波変圧器と、ダイオ
ード‘こスイッチング素子が逆並列された10組のダイ
オードから任意の二組によって構成される、第1から第
5のダイオードの直列回路で構成される第4の並列回路
を備え、第1の高周波変圧器の1次側の構成を(3)の
構成とし、第4の並列回路のダイオードの直列回路の5
つの直列接続点のうち2つを第1の高周波変圧器の2次
側に、該第4の並列回路の残る3つのダイオードの直列
回路の直列接続点を三相出力の3つの端子に、それぞれ
接続したことを特徴とする、絶縁形電力変換装置。
【0066】(6)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、(3)の該第
1から第5の並列回路と2次側にセンタータップを持っ
た第1の高周波変圧器を備え、第1の並列回路の3つの
ダイオードの直列接続点のうち1つを三相交流電源の3
つの端子の1つに、該第1の並列回路の残る2つのダイ
オードの直列接続点を第1の 高周波変圧器の1次側端
子に、第2の並列回路の3つのダイオードの直列接続点
のうち1つを三相交流電源の残る2つの端子の1つに、
該第2の並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点
を第1の高周波変圧器の1次側端子に、第3の並列回路
の3つのダイオードの直列接続点のうち1つを三相交流
電源の残る端子に、該第3の並列回路の残る 2つのダ
イオードの直列接続点を第1の高周波変圧器の1次側端
子に、第4の並列回路の3つのダイオードの直列接続点
のうち1つを三相出力の3つの端子の1つに、該第4の
並列回路の残る2つのダイオードの直列接続点を第1の
高周波変圧器のセンタータップ以外の2次側端子に、第
5の並列回路の3つのダイオードの直列接続点のうち1
つを三相出力の残る2つの端子の1つに、該第5の並列
回路の残る2つのダイオードの直列接続点を第1の高周
波変圧器のセンタータップ以外の2次側端子に、第1の
高周波変圧器の2次側センタータップを三相出力の残る
端子に、それぞれ接続することを特徴とした、絶縁形電
力変換装置。
【0067】(7)入出力の絶縁機能と電力等の制御機
能を持った絶縁形電力変換装置において、(3)の該第
1から第5の並列回路と2次側にセンタータップを持っ
た2つの巻線を持つ第1の高周波変圧器を備え、第1の
高周波変圧器の1次側の構成を第1から第3の並列回路
と第1の高周波変圧器を用いて(3)と同様にし、第4
の並列回路の3つのダイオードの直列接続点のうち1つ
を三相出力の3つの端子の1つに、該第4の並列回路の
残る2つのダイオードの直列接続点を第1の高周波変圧
器の2次側の2つの巻線のうちの一方の巻線のセンター
タップ以外の端子に、第5の並列回路の3つのダイオー
ドの直列接続点のうち1つを三相出力の残る2つの端子
の1つに、該第5の並列回路の残る2つのダイオードの
直列接続点を第1の高周波変圧器の2次側の残る1つの
巻線のセンタータップ以外の端子に、第1の高周波変圧
器の2次側の2つの巻線のそれぞれのセンタータップを
三相出力の残る端子に、それぞれ接続することを特徴と
する絶縁形電力変換装置。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、三相電源
電圧から絶縁された三相出力を得る場合に、複数の半導
体スイッチを組み合わせた直並列回路と高周波変圧器を
用いることで、一定平滑の直流中間を持つことなく、絶
縁された三相出力が得られ、装置の小形・軽量化及び長
寿命化や高効率化等を達成することができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の電力変換装置の動作例を示す波形図であ
る。
【図3】本発明による第2の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図4】本発明による第3の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図5】図4の電力変換装置の動作例を示す波形図であ
る。
【図6】本発明による第4の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明による第5の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図8】本発明による第6の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図9】本発明による第7の実施形態による電力変換装
置の構成を示すブロック図である。
【図10】従来の電力変換装置の第1の構成例を示すブ
ロック図である。
【図11】従来の電力変換装置の第2の構成例を示すブ
ロック図である。
【図12】従来の電力変換装置の第3の構成例を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
SS1〜SS20 双方向スイッチ SC1〜SC13 並列回路 TP1〜TP3 タップ C1、C2 電解コンデンサ Tr1〜Tr5 高周波変圧器

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1次側と2次側とが絶縁された第1の変
    圧器と、前記変圧器の1次側に与える三相入力について
    スイッチング制御を行う第1のスイッチング素子群と、
    前記変圧器の2次側出力についてスイッチング制御を行
    う第2のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であ
    って、前記第1のスイッチング素子群は前記三相入力の
    各入力端子から前記第1の変圧器への電力供給方向を制
    御する第1のスイッチ回路を含み、前記第2のスイッチ
    ング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第1の
    変圧器からの電力導出方向を制御する第2のスイッチ回
    路を含み、前記第1及び第2のスイッチ回路を所定のタ
    イミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とす
    る電力変換装置。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2のスイッチ回路は、ダ
    イオードとトランジスタとが逆並列接続された第1の逆
    並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続
    され前記第1の逆並列回路と逆直列接続された第2の逆
    並列回路とを含む双方向スイッチであることを特徴とす
    る請求項1記載の電力変換装置。
  3. 【請求項3】 前記第1のスイッチ回路は、前記第1の
    変圧器の1次巻線の一端と各入力端子との間に前記第1
    の逆並列回路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続さ
    れてなることを特徴とする請求項2記載の電力変換装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第2のスイッチ回路は、前記第1の
    変圧器の2次巻線の一端と各出力端子との間に前記第1
    の逆並列回路と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続さ
    れてなることを特徴とする請求項2記載の電力変換装
    置。
  5. 【請求項5】 前記第1のスイッチ回路は、前記三相入
    力の各入力端子それぞれに一対一に対応して設けられて
    いることを特徴とする請求項3又は4記載の電力変換装
    置。
  6. 【請求項6】 前記第2のスイッチ回路は、前記三相出
    力の各出力端子それぞれに一対一に対応して設けられて
    いることを特徴とする請求項3又は4記載の電力変換装
    置。
  7. 【請求項7】 1次側と2次側とが絶縁された第2の変
    圧器を更に含み、前記第1のスイッチ回路は、前記第1
    及び第2の変圧器のそれぞれの1次巻線と前記三相入力
    の第1及び第2の入力端子との間に設けられ、前記第1
    及び第2の変圧器の1次巻線の中点同士が接続されて前
    記三相入力の第3の入力端子となっていることを特徴と
    する請求項2〜6のいずれかに記載の電力変換装置。
  8. 【請求項8】 1次側と2次側とが絶縁された第2の変
    圧器を更に含み、前記第2のスイッチ回路は、前記第1
    及び第2の変圧器のそれぞれの2次巻線と前記三相出力
    の第1及び第2の出力端子との間に設けられ、前記第1
    及び第2の変圧器の2次巻線の中点同士が接続されて前
    記三相出力の第3の出力端子となっていることを特徴と
    する請求項2〜6のいずれかに記載の電力変換装置。
  9. 【請求項9】 前記第1及び第2のスイッチ回路は、前
    記第1の変圧器の巻線を介して前記第1の逆並列回路と
    前記第2の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを
    特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の電力変換装
    置。
  10. 【請求項10】 前記第1及び第2のスイッチ回路は、
    前記第2の変圧器の巻線を介して前記第1の逆並列回路
    と前記第2の逆並列回路とが逆直列接続されてなること
    を特徴とする請求項2〜8のいずれかに記載の電力変換
    装置。
  11. 【請求項11】 前記第1のスイッチ回路は、前記第1
    の変圧器の1次巻線と前記三相入力の第1及び第2の入
    力端子との間に設けられ、前記第1の変圧器の1次巻線
    の中点が前記三相入力の第3の入力端子となっているこ
    とを特徴とする請求項2〜10のいずれかに記載の電力
    変換装置。
  12. 【請求項12】 前記第2のスイッチ回路は、前記第1
    の変圧器の2次巻線と前記三相出力の第1及び第2の出
    力端子との間に設けられ、前記第1の変圧器の2次巻線
    の中点が前記三相出力の第3の出力端子となっているこ
    とを特徴とする請求項2〜10のいずれかに記載の電力
    変換装置。
  13. 【請求項13】 前記第1の変圧器は、第1及び第2の
    1次巻線を有し、前記第1及び第2の巻線のそれぞれの
    一端と各入力端子との間に前記第1の逆並列回路と前記
    第2の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴
    とする請求項2〜12のいずれかに記載の電力変換装
    置。
  14. 【請求項14】 前記第1の変圧器は、第1及び第2の
    2次巻線を有し、前記第1及び第2の巻線のそれぞれの
    一端と各出力端子との間に前記第1の逆並列回路と前記
    第2の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴
    とする請求項2〜12のいずれかに記載の電力変換装
    置。
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