JP4209196B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、系統電源に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置などの電力変換装置に関するものであり、特に不平衡負荷にも対応する機能を有する装置に関するものである。
背景技術
第２４図に特許公報第２７６５３７２号に開示された従来の交流直流変換装置を示す。図において、１００は交流電源、１０１はスイッチ手段、１０２はリアクトル、１０３、１０４はトランジスタ、１０５、１０６はダイオード、１０７、１０８はコンデンサ、１０９、１１０は直流負荷としての抵抗、１１１はバッテリである。
このように構成されたものにおいて、交流電源１００が正常である場合は、スイッチ手段１０１をＡの接点に接続し、トランジスタ１０３及び１０４を交互にオンオフしながら、交流電源１００に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル１０２の電流を制御して、コンデンサ１０７及び１０８を充電する。また、充電されたエネルギはそれぞれ抵抗１０９及び１１０に供給される。
また、交流電源１００に停電などの異常が発生した場合は、バッテリ１１１から抵抗１０９及び１１０にエネルギを供給する。このとき、抵抗１０９と１１０の抵抗値が同じ、すなわち消費パワーが同じ場合は、コンデンサ１０７及び１０８から抵抗１０９及び１１０にそれぞれ供給するエネルギが同じとなるため、コンデンサ１０７及び１０８の電圧は常に等しくなる。すなわち、バッテリ１１１で供給するエネルギによりコンデンサ１０７及び１０８の電圧値はバランスしている。
ところが、抵抗１０７と１０８の値が異なるような不平衡負荷の場合には、コンデンサ１０７と１０８の電圧値にアンバランスが生じる。これは２つのコンデンサ１０７及び１０８への充電がバッテリ１１１のみで行われることにより、コンデンサ１０７とコンデンサ１０８との相互接続点Ｃの電位が制御できないことによる。
交流電源が正常なときでも不平衡負荷の場合はアンバランスが発生するが、図示しない制御回路によりトランジスタ１０３と１０４のスイッチングのオンオフ時間の比を変えることにより、アンバランスを解消する技術が例えば特開２０００−２７８９５４号公報に開示されている。
ところで、交流電源１００に停電などの異常が発生して、コンデンサ１０７と１０８の電圧にアンバランスが発生すると、所望の電圧が負荷１０９及び１１０に印加されなくなるという問題が発生する。すなわち、例えば抵抗１１０の値が抵抗１０９の値よりも小さい不平衡負荷の場合、最終的にはコンデンサ１０８の電圧がゼロ、コンデンサ１０７の電圧がＶＢとなる。
そこで、上記公報に開示された従来の技術では、交流電源１００に停電などの異常が発生した場合には、スイッチ手段１０１を接点Ｂに切り換え、相互接続点Ｃの電位を安定させるために、トランジスタ１０３及び１０４のスイッチングによりリアクトル電流１０２を図示しない制御回路によって制御することにより、不平衡負荷の場合においても常に２つのコンデンサ１０７と１０８の電圧が等しくなるようにして、負荷１０９、１１０に安定した電力供給を行っている。
ところで、交流電源が単相３線式である場合は、第２５図に示すように交流電源１１２及び１１３に、それぞれ第２４図と同様にリアクトル、トランジスタ、ダイオードからなる変換ブロック１１４及び１１５を接続する。図において、１１６、１１７はコンデンサ、１２０、１２１は抵抗、１２４はバッテリである。
このような単相３線式の場合において、上記特許公報第２７６５３７２号に開示された交流電源異常時に不平衡負荷にも対応できる従来技術を適用しようとすると、第２６図のようにスイッチ手段１２５及び１２６により接点を切り換えてコンデンサ１１６及び１１７の電圧値がバランスするように制御することが考えられる。しかし、第２６図のような構成では、変換ブロック１１４及び１１５内のリアクトルに、コンデンサ１１６及び１１７の電圧ＶＣ１及びＶＣ２がそのまま印加されるため、リアクトルに流れるリプル電流が大きく、交流直流変換の効率が低下したりリアクトルからの騒音が大きくなったりするという問題点があった。
また、第２７図に示すように、トランジスタ１０３及び１０４のスイッチングにより、リアクトル１０２に発生するリプル電流を取り除くために、フィルタコンデンサ１３０を接続する場合がある。この場合には、第２８図に示すように、交流電源１００の異常検出時（Ｔ（ｆａｕｌｔ））にスイッチ手段１０１をＡからＢに切り替えるとき、フィルタコンデンサ１３０には電圧が残留しているため、スイッチ手段１０１の切替と同時にフィルタコンデンサ１３０の電圧を放電する急峻な電流が発生する。この急峻な電流はスイッチ手段１０１にも流れることになるため、スイッチ手段１０１が過電流により破損してしまうことがあるという問題点があった。第２８図（ａ）は交流電源１００の電圧波形、（ｂ）はフィルタコンデンサ１３０の電圧波形、（ｃ）はフィルタコンデンサ１３０の電流波形である。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていないときでも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、トランジスタ１０３、１０４のスイッチングに伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる電力変換装置を提供することを第１の目的とするものである。
また、フィルタコンデンサが接続される場合には、スイッチ手段をオンするときに、スイッチ手段にフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れてこれを破損するのを防止することができる電力変換装置を提供することを第２の目的とするものである。
また、フィルタコンデンサが接続される場合には、スイッチ手段をオンするときに、フィルタコンデンサとリアクトルとの間での不要な共振を抑制し損失を低減することができる電力変換装置を提供することを第３の目的とするものである。
発明の開示
本発明に係る第１の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第１のリアクトルを第１の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第１のリアクトルを第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に接続切り換えする第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第２のリアクトルを第２の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第２のリアクトルを上記コンデンサの相互接続点に接続切り換えして、第１のリアクトルと第２のリアクトルとを直列に接続する第２のスイッチ手段と、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うとともに、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行い、第１または第２の交流電源が異常である場合には、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていない場合でも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。
本発明に係る第２の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された、第５のスイッチ手段と第１のフィルタコンデンサとの直列体と、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段、第２のスイッチ手段及び第５のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフし、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のリアクトルの電流を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンするとともに第５のスイッチ手段をオフし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトル及び第２のリアクトルを直列に接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていない場合でも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。また、第４のスイッチ手段をオンするときに、第４のスイッチ手段に第２のフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れて第４のスイッチ手段を破損するのを防止することができる。また第１のリアクトルの電流をゼロとして第５のスイッチ手段をオフとするため、第５のスイッチ手段をオフとするときに、第１のリアクトルに蓄積されたエネルギにより第５のスイッチ手段を破損する問題が回避できる。
本発明に係る第３の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第１のフィルタコンデンサと、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとすると共に、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトルと直列に第２のリアクトルと第１のフィルタコンデンサとの並列接続体を接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていないときでも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。また、第４のスイッチ手段をオンするときに、第４のスイッチ手段に第２のフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れて第４のスイッチ手段を破損するのを防止することができる。またさらに、第３のスイッチ手段をオンするときに、第１のフィルタコンデンサと第２のリアクトルとの間での不要な共振を抑制し損失を低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
実施例１．
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図は本発明の実施例１による電力変換装置を示す回路図である。図において、１１２及び１１３は第１及び第２の交流電源（以下、単に交流電源と記載する場合もある。）、１１６、１１７はコンデンサ、１２０、１２１は直流負荷としての抵抗（負荷）、１２４はバッテリ、２００〜２０３はトランジスタ、２０４〜２０７はダイオード、２０８及び２０９は第１及び第２のリアクトル（以下、単にリアクトルと記載する場合もある。）、２１０及び２１１は例えばメカニカルリレーなどからなる第１及び第２のスイッチ手段（以下、単にスイッチ手段と記載する場合もある。）である。また、図示していないが、各スイッチ手段２１０と２１１および各トランジスタ２００〜２０３には、それぞれ制御装置が接続されており、各スイッチ手段２１０と２１１の接続切り換え及び各トランジスタ２００〜２０３のオンオフが制御されている。各トランジスタ２００〜２０３のオンオフの制御は例えば特許公報第２７６５３７２号の図１に記載された方法と同様である。また、各スイッチ手段２１０と２１１の接続切り換え制御は例えばマイクロコンピュータなどからの信号、及びメカニカルリレーを駆動する駆動回路などによる。
トランジスタとダイオード２００と２０４、２０１と２０５、２０２と２０６、２０３と２０７でスイッチング手段Ｓ１〜Ｓ４が構成されており、トランジスタとダイオード２００と２０４からなるスイッチング手段Ｓ１と、トランジスタとダイオード２０１と２０５からなるスイッチング手段Ｓ２とを直列に接続して第１のスイッチング手段の直列体が構成され、トランジスタとダイオード２０２と２０６からなるスイッチング手段Ｓ３と、トランジスタとダイオード２０３と２０７からなるスイッチング手段Ｓ４とを直列に接続して第２のスイッチング手段の直列体が構成されている。
また、第１の交流電源１１２、第１のリアクトル２０８、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続して第１の交流直流変換手段を構成し、第２の交流電源１１３、第２のリアクトル２０９、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続して第２の交流直流変換手段を構成している。
２つのコンデンサ１１６と１１７は直列接続されており、それらの相互接続点Ｃが２つの交流電源１１２、１１３の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される。
また、２つのコンデンサ１１６と１１７には直流負荷としての抵抗１２０と１２１がそれぞれ接続され、２つのコンデンサ１１６と１１７の直列接続体には、バッテリ１２４が接続されている。
第１のスイッチ手段２１０は、第１の交流電源１１２と第１のリアクトル２０８との間に接続され、第１及び第２の交流電源１１２及び１１３が正常である場合には接点Ａに接続されて第１のリアクトル２０８を第１の交流電源１１２に接続し、第１または第２の交流電源１１２または１１３が異常である場合には接点Ｂに接続されて第１のリアクトル２０８を第２のリアクトル２０９と第２のスイッチング手段の直列体との接続点に接続切り換えする。
第２のスイッチ手段２１１は、第２の交流電源１１３と第２のリアクトル２０９との間に接続され、第１及び第２の交流電源１１２及び１１３が正常である場合には接点Ａに接続されて第２のリアクトル２０９を第２の交流電源１１３に接続し、第１または第２の交流電源１１２または１１３が異常である場合には接点Ｂに接続されて第２のリアクトル２０９をコンデンサ１１６と１１７の相互接続点に接続切り換えし、第１のリアクトル２０８と第２のリアクトル２０９とを直列に接続する。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合は、制御装置により、スイッチ手段２１０及び２１１は、接点Ａに接続され、トランジスタ２００と２０１、及びトランジスタ２０２と２０３をそれぞれ交互にオンオフしながら、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９に流れる電流を制御装置により制御して、交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電する。また充電されたエネルギは抵抗１２０、１２１に供給される。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、スイッチ手段２１０及び２１１は、接点Ｂに接続されるとともに、バッテリ１２４からコンデンサ１１６及び１１７にエネルギを供給する。
抵抗１２０と１２１の抵抗値が同じ、すなわち消費パワーが同じである場合は、コンデンサ１１６及び１１７から抵抗１２０及び１２１にそれぞれ供給するエネルギが同じとなるため、コンデンサ１２０及び１２１の電圧は常に等しくなる。すなわちバッテリ１２４で供給するエネルギによりコンデンサ１１６及び１１７の電圧値はバランスしている。
ところが、抵抗１２０と１２１の値が異なるような不平衡負荷の場合には、コンデンサ１１６と１１７の電圧値にアンバランスが生じる。これは２つのコンデンサ１１６と１１７への充電がバッテリ１２４のみで行われることにより、コンデンサ１１６とコンデンサ１１７との相互接続点Ｃの電位が制御できないことによる。
交流電源１１２及び１１３が正常なときでも不平衡負荷の場合ではコンデンサ１１６と１１７の電圧値にアンバランスが発生しようとするが、例えば特開２０００−２７８９５４号公報の第８図、第９図及び第１０図に開示された方式に従ってトランジスタ２００と２０１及び２０２と２０３のスイッチングのオンオフ時間の比を変えることにより、アンバランスは解消される。
交流電源１１２または１１３に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生しているときにはアンバランスの問題が生じるため、これを解決するためにスイッチ手段２１０及び２１１を接点Ｂに接続する。またトランジスタ２０２及び２０３はオフとする。
第２図にこのときの等価回路を示す。リアクトル２０８とリアクトル２０９とが直列に接続され、これらリアクトル２０８と２０９の電流の制御はトランジスタ２００と２０１のオンオフにより行う。
このときの動作につき詳細に説明する。第２図において、抵抗１２０の値が抵抗１２１の値より大きいとき、バッテリ１２４がコンデンサ１１６及び１１７を一括で充電することにより、コンデンサ１１７の電圧が下がりコンデンサ１１６の電圧が上がろうとする。これを抑制するため、まずトランジスタ２００をオン（トランジスタ２０１はオフ）することにより、第３図に示すように電流を流し、コンデンサ１１６のエネルギをリアクトル２０８及び２０９に蓄積する。
次に、トランジスタ２００をオフ（トランジスタ２０１はオフ）することにより、第４図に示すように電流を流し、リアクトル２０８及び２０９に蓄積されたエネルギをコンデンサ１１７に蓄積する。このようにして、コンデンサ１１６のエネルギをコンデンサ１１７に移すことにより、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧がバランスする。
このときの電流波形を第５図に示す。第５図（ａ）はリアクトル２０８の電流波形であり、リアクトル２０９の電流波形と同一である。なお、波線は第２６図の場合を示している。（ｂ）はトランジスタ２００のゲート信号波形、（ｃ）はトランジスタ２００に流れる電流波形、（ｄ）はダイオード２０５に流れる電流波形である。それぞれのリアクトル２０８及び２０９に流れる電流の向きは、第２図において左から右に流れる方向を正とした場合、負の電流が流れることになる。
このように、トランジスタ２００をオンオフすることにより、第５図（ａ）のように電流を制御し、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧がバランスするようにリアクトル２０８及び２０９の電流が制御される。
また、このとき、２つのリアクトル２０８と２０９は直列に接続されているため、これらのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧は、リアクトル２０８と２０９の値が同じであれば、それぞれコンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２の半分の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧がコンデンサ電圧の半分となる。従って、第５図（ａ）に示すように、リアクトル２０８と２０９に流れるリプル電流の大きさは、第２６図の場合に比して半分となる。
また、第２図において、抵抗１２０の値が抵抗１２１の値より小さいとき、バッテリ１２４がコンデンサ１１６及び１１７を一括で充電することにより、コンデンサ１１７の電圧が上がりコンデンサ１１６の電圧が下がろうとする。これを抑制するため、まずトランジスタ２０１をオン（トランジスタ２００はオフ）することにより、第６図に示すように電流を流し、コンデンサ１１７のエネルギをリアクトル２０８及び２０９に蓄積する。
次に、トランジスタ２０１をオフ（トランジスタ２００はオフ）することにより、第７図に示すように電流を流し、リアクトル２０８及び２０９に蓄積されたエネルギをコンデンサ１１６に蓄積する。このようにして、コンデンサ１１７のエネルギをコンデンサ１１６に移すことにより、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧がバランスする。
このときの電流波形を第８図に示す。第８図（ａ）はリアクトル２０８の電流波形であり、リアクトル２０９の電流波形と同一である。（ｂ）はトランジスタ２０１のゲート信号波形、（ｃ）はトランジスタ２０１に流れる電流波形、（ｄ）はダイオード２０４に流れる電流波形である。各々のリアクトル２０８及び２０９に流れる電流の向きは第２図において左から右に流れる方向を正としているので正の電流が流れる。
このように、トランジスタ２０１をオンオフすることにより第８図（ａ）のように電流を制御し、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧がバランスするようにリアクトル２０８及び２０９の電流が制御される。
またこのとき、２つののリアクトル２０８と２０９は直列に接続されているため、これらのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧は、リアクトル２０８と２０９の値が同じであれば、それぞれコンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１及びＶＣ２の半分の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧がコンデンサ電圧の半分となる。従ってリアクトル２０８と２０９に流れるリプル電流の大きさは、第２６図の場合に比べて半分となる。
また、第５図では、トランジスタ２０１はオフのままでトランジスタ２００のみをスイッチングさせ、第８図では、トランジスタ２００はオフのままでトランジスタ２０１のみをスイッチングさせるようにしたが、いずれの場合においても、トランジスタ２００及び２０１を交互にオンオフさせてもよい。すなわち、トランジスタ２００をオンするときはトランジスタ２０１をオフし、トランジスタ２０１をオンするときはトランジスタ２００をオフしても同様である。
次に、リアクトル２０８の電流を制御して２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧差を制御する制御回路（制御装置）の例を第９図に示す。第９図は例えば特開２０００−２７８９５４号公報の第１５図に示された制御回路と同様の構成であり、図において、２５０及び２５１は減算器、２５２は電圧制御器、２５３は電流制御器、２５４は比較器、２５５はＮＯＴ回路、２５６は三角波である。減算器２５０には各コンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２が入力され、減算器２５１にはリアクトル２０８の電流値ｉ２０８が入力される。
このように構成された回路において、まず、コンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２の電圧差が減算器２５０により検出され、これが電圧制御器２５２に入力される。電圧制御器２５２は入力された上記電位差に基づきリアクトル２０８に流す電流ｉ２０８の指令を出力する。次に、検出されたリアクトル２０８の電流値ｉ２０８が上記電流指令に追従するように、減算器２５１で検出された電流差が電流制御器２５３に入力される。電流制御器２５３はリアクトル２０８及び２０９に印加する電圧指令を出力し、比較器２５４によりキャリア信号としての三角波２５６と比較され、比較器２５４の出力結果がトランジスタ２００のオン信号となり、またＮＯＴ回路２５５を介してトランジスタ２０１のオン信号となる。上記制御回路の構成によりコンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧をバランスさせる。
以上説明したように、本実施例によれば、交流電源１１２または１１３が異常である場合２つのコンデンサ１１６と１１７にそれぞれ接続されている負荷１２０と１２１がバランスしていないときでも、リアクトル２０８及び２０９にかかる電圧を半分とさせながら２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ２００、２０１のスイッチング（第１のスイッチング手段の開閉）に起因するリアクトル２０８、２０９の電流のリプルを半減させて損失や騒音を低減した電力変換装置が得られる。
なお、スイッチング手段Ｓ１〜Ｓ４はトランジスタを用いて構成した形態としたが、トランジスタの代わりにＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯなどの半導体を適用しても同様の装置が得られることは言うまでもない。これは以下の各実施例においても同様である。
なお、第１図において、交流電源１１２、１１３は単相３線式であるが、第１０図に示すように３相４線式の場合においても同様に構成できる。すなわち、３００〜３０２は交流電源、３０３〜３０８はトランジスタ、３０９〜３１４はダイオード、３１５〜３１７はリアクトル、３１８〜３２０はスイッチ手段、３２１及び３２２はコンデンサ、３２３及び３２４は負荷としての抵抗、３２５はバッテリである。
交流電源３００〜３０２が正常である場合には、スイッチ手段３１８〜３２０は接点Ａに接続され、トランジスタ３０３〜３０８のスイッチングによりリアクトル３１５〜３１７の電流の力率が１となるように図示しない制御装置で制御して、コンデンサ３２１及び３２２を充電する。また充電されたエネルギは抵抗３２３、３２４に供給される。
交流電源３００〜３０２のいずれかに停電などの異常が発生したときには、図示しない制御装置により、スイッチ手段３１８〜３２０は、接点Ｂに接続されるとともに、バッテリ３２５からコンデンサ３２１及び３２２にエネルギを供給する。
このとき負荷としての抵抗３２３及び３２４の値が異なると、コンデンサ３２１及び３２２の電圧にアンバランスが生じようとするが、トランジスタ３０５〜３０８はオフとし、トランジスタ３０３及び３０４のみがオンオフして、実施例１と同様な方法によりアンバランスを解消する。
またリアクトル３１５〜３１７に印加される電圧について、これらのリアクトル３１５〜３１７は直列に接続されているため、３つのリアクトルの値が同じであれば、コンデンサ３２１及び３２２の電圧ＶＣ１及びＶＣ２の３分の１の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル３１５、３１６、３１７にかかる電圧がコンデンサ電圧の３分の１となる。
このように、交流電源３００〜３０２のいずれかが異常である場合２つのコンデンサ３２１と３２２にそれぞれ接続されている負荷３２３と３２４がバランスしていないときでも、それぞれのリアクトル３１５、３１６、３１７にかかる電圧を３分の１とさせながら２つのコンデンサ３２１と３２２の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ３０３、３０４のスイッチングに起因する各リアクトル３１５、３１６、３１７の電流のリプルを３分の１に低減させて損失や騒音を低減した装置が得られる。
また、第１０図では３相４線式の場合について示したが、ｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られる。
実施例２．
第１１図は本発明の実施例２による電力変換装置を示す回路図である。図において、４０１、４０２、４０３、４０４及び４０５は例えばメカニカルリレーなどからなる第１、第２、第３、第４及び第５のスイッチ手段（以下、単にスイッチ手段と記載する場合もある。）、４０６及び４０７はそれぞれトランジスタ２００と２０１及び２０２と２０３のスイッチングによるリプル電流を吸収するための第１及び第２のフィルタコンデンサ（以下、単にフィルタコンデンサと記載する場合もある。）である。また、図示していないが、各スイッチ手段４０１〜４０５および各トランジスタ２００〜２０３には、それぞれ制御装置が接続されており、各スイッチ手段４０１〜４０５の開閉及び各トランジスタ２００〜２０３のオンオフが制御されている。
第１及び第２のスイッチ手段４０１及び４０２は第１及び第２の交流電源１１２及び１１３と第１及び第２のリアクトル２０８及び２０９との間にそれぞれ接続されており、第３のスイッチ手段４０３は第１のスイッチ手段４０１と第１のリアクトル２０８との接続点と、第２のリアクトル２０９と第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続されている。
また、第４のスイッチ手段４０４は第２のスイッチ手段４０２と第２のリアクトル２０９との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間に接続されている。
また、第３のスイッチ手段４０３と第１のリアクトル２０８との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には、第５のスイッチ手段４０５と第１のフィルタコンデンサ４０６との直列体が接続されており、第４のスイッチ手段４０４と第２のリアクトル２０９との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には第２のフィルタコンデンサ４０７が接続されている。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合には、制御装置により、スイッチ手段４０１、４０２及び４０５をオンすると共に、スイッチ手段４０３及び４０４をオフし、実施例１の場合と同様に、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９の電流を制御して交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電すると共に、フィルタコンデンサ４０６及び４０７がそれぞれリアクトル２０８及び２０９に流れる高周波電流を吸収する。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、先ず、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする。スイッチ手段４０５は後述する制御を実施したのちオフとし、スイッチ手段４０３及び４０４は後述する制御を実施したのちオンとする。
交流電源１１２または１１３が異常となったときの最終的な等価回路は第１２図に示すようになる。フィルタコンデンサ４０６はスイッチ手段４０５により切り離され、リアクトル２０８及び２０９は直列に接続され、実施例１の場合と同様に、不平衡負荷の場合においてもコンデンサ１１６及び１１７の電圧のアンバランスを抑制する。
スイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７に残留電圧があると、スイッチ手段４０４に急峻な電流が流れ、スイッチ手段４０４を破損する。これを回避する手段について以下に述べる。
第１３図はスイッチ手段４０４及び４０３がオンする前の状態の等価回路を示す。フィルタコンデンサ４０７の電圧Ｖをゼロにするために、第１４図に示す制御回路において、リアクトル２０９に流れる電流ｉ２０９をゼロにするためにゲインＫによる比例制御を働かせる。比例制御の出力である電圧指令Ｖ＊に従うようにトランジスタ２０２及び２０３のスイッチングを制御して、上記電圧ＶがＶ＊となるように動く。
制御が働いた状態では、第１４図に示すように、ｉ２０９の指令値がゼロであることから、ｉ２０９の平均値がゼロになり、従ってＶ＊もゼロとなり、Ｖもゼロとなる。ｉ２０９がゼロであるため、リアクトル２０９における電圧の平均値もゼロとなる。従ってフィルタコンデンサ４０７の両端の電圧は共にゼロとなり、フィルタコンデンサ４０７の電圧の平均値がゼロとなる。
また、スイッチ手段４０５のオフについても、第１３図に示す制御回路と同様の構成によりリアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８をゼロとして、スイッチ手段４０５をオフする。
第１５図に上記制御のタイムチャートを示す。第１５図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。ここでは交流電源１１２または１１３が異常となったときにリアクトル２０８、２０９に電流が残留している場合につき示している。第１４図に示した制御により、フィルタコンデンサ４０７の初期電圧Ｖ１がゼロとなる。また、同様に、リアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８もゼロとなる。その後スイッチ手段４０４、４０３をオンし、スイッチ手段４０５をオフする。従ってスイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７が放電することによる急峻な電流が発生することはなく、スイッチ手段４０４が破損するのを防止することができる。
なお、第１５図ではフィルタコンデンサ４０６及び４０７の電圧がいずれもゼロになった後の任意の時間にて、スイッチ手段４０３〜４０５を同時に切り換えているが、第１６図に示すように、スイッチ手段４０３〜４０５を個別に切り換えてもよい。第１６図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）〜（ｇ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。すなわち、スイッチ手段４０５はリアクトル２０８の電流がゼロになった後に、スイッチ手段４０４はフィルタコンデンサ４０７の電圧がゼロになった後に、スイッチ手段４０３はリアクトル２０８の電流及びフィルタコンデンサ４０７の電圧がいずれもゼロになった後に切り換えても同様である。
このときの各スイッチ手段の制御のフローチャートをまとめると第１７図のようになる。例えばマイクロコンピュータなどからなる制御装置が、交流電源に異常が発生したことを検出する（ステップＳＴ１）と、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする（ステップＳＴ２）。次に、コンデンサ４０７の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ３）と、スイッチ手段４０４をオンする（ステップＳＴ４）。また、リアクトル２０８の電流が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ５）と、スイッチ手段４０５をオフし（ステップＳＴ６）、更にコンデンサ４０７の電圧がゼロになったことを検出する（ステップＳＴ７）と、スイッチ手段４０３をオンする（ステップＳＴ８）。
なお、ここでは、交流電源１１２または１１３が異常となったときにリアクトル２０８に電流が残留している場合について述べたが、電流が残留していない場合には、交流電源１１２または１１３の異常発生と同時にスイッチ手段４０５をオフしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、リプル電流吸収のためのフィルタコンデンサ４０６、４０７を接続する場合においても、フィルタコンデンサ４０７に残留した電荷をスイッチ手段４０４で短絡することによる急峻な電流が発生することがないため、スイッチ手段４０４を破損する問題が回避できる。またリアクトル２０８の電流をゼロとしてスイッチ手段４０５をオフとするため、スイッチ手段４０５をオフとするときに、リアクトル２０８に蓄積されたエネルギによりスイッチ手段４０５を破損する問題が回避できる。
また、リアクトル２０８及び２０９にかかる電圧を半分とさせながら２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ２００、２０１のスイッチングに起因するリアクトル２０８、２０９の電流のリプルを半減させて損失や騒音を低減した電力変換装置が得られる。
なお、ここでは単相３線式を例に挙げたが、第１０図に示したような３相４線式、あるいはｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
実施例３．
第１８図は本発明の実施例３による電力変換装置を示す回路図である。本実施例では、低コスト化を実現するため、実施例２の第５のスイッチ手段４０５を省略しており、第３のスイッチ手段４０３と第１のリアクトル２０８との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には、第１のフィルタコンデンサ４０６のみが接続されている。他の構成は実施例２と同様である。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合には、スイッチ手段４０１、４０２をオンすると共に、スイッチ手段４０４、４０３をオフし、第１１図で示した実施例２の場合と同様に、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９の電流を制御して交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電すると共に、フィルタコンデンサ４０６及び４０７がそれぞれリアクトル２０８及び２０９に流れる高周波電流を吸収する。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、先ず、スイッチ手段４０１及び４０２をオフし、スイッチ手段４０４及び４０３は、後述する制御を実施した後、オンする。
交流電源１１２または１１３が異常となったときの最終的な等価回路は第１９図に示すようになる。リアクトル２０８と直列に、リアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６の並列接続体が接続されることにより、リアクトル２０８に直列にインピーダンスが接続されることになるため、リアクトル２０８に流れるリプル電流は第２６図の場合に比べて低減される。
ところで、第１８図においてスイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７に残留電圧があると、スイッチ手段４０４に急峻な電流が流れ、スイッチ手段４０４を破損する。これを回避する手段は実施例２と同様であるので説明を省略する。また、スイッチ手段４０３のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０６に残留電圧があると、第１９図においてリアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６との間で不要な共振が発生しエネルギ損失の原因となる。これを回避する手段について以下に述べる。
第２０図において、スイッチ手段４０３をオンする前に、第１４図と同様な制御回路によりリアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８がゼロとなるようにトランジスタ２００、２０１を制御する。従って実施例２と同様な動作によりフィルタコンデンサ４０６の電圧がゼロとなる。
第２１図（ａ）〜（ｅ）にフィルタコンデンサ４０６、４０７の電圧とｉ２０８，ｉ２０９の波形、及びスイッチ手段の動作を示す。第２１図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。上述した第１４図と同様な制御回路により、各々のコンデンサ４０６、４０７の初期値Ｖ１，Ｖ２がゼロとなり、スイッチ手段４０４、４０３をオンすることにより第１９図の構成を得、コンデンサ１１６及び１１７の電圧をバランスする。
なお、第２１図ではフィルタコンデンサ４０６及び４０７の電圧がいずれもゼロになった後の任意の時間にて、スイッチ手段４０３及び４０４を同時に切り換えているが、第２２図に示すように、スイッチ手段４０３及び４０４を個別に切り換えてもよい。すなわち、スイッチ手段４０３はフィルタコンデンサ４０６の電圧がゼロになった後に、スイッチ手段４０４はフィルタコンデンサ４０７の電圧がゼロになった後に切り換えても同様である。第２２図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段４０４の動作、（ｆ）はスイッチ手段４０３の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。
このときの各スイッチ手段の制御のフローチャートをまとめると第２３図のようになる。例えばマイクロコンピュータなどからなる制御装置が、交流電源に異常が発生したことを検出する（ステップＳＴ１１）と、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする（ステップＳＴ１２）。次に、コンデンサ４０６の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ１３）と、スイッチ手段４０３をオンする（ステップＳＴ１４）。また、コンデンサ４０７の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ１５）と、スイッチ手段４０４をオンする（ステップＳＴ１６）。
以上説明したように、本実施例によれば、リプル電流吸収のためのフィルタコンデンサ４０６、４０７を接続する場合において、低コスト化のために実施例２のスイッチ手段４０５を省略してもフィルタコンデンサ４０７に残留した電荷をスイッチ手段４０４で短絡することによる急峻な電流が発生することがないため、スイッチ手段４０４を破損する問題を回避することができる。またフィルタコンデンサ４０６とリアクトル２０９との間で不要な共振が発生することを防止し共振に伴うエネルギ損失を抑制することができる。
また、リアクトル２０８と直列に、リアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６の並列接続体が接続されることにより、リアクトル２０８に直列にインピーダンスが接続されることになるため、リアクトル２０８に流れるリプル電流が第２６図の場合に比べて低減され、損失や騒音を低減することができる。
また、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作が得られる。
なお、ここでは単相３線式を例に挙げたが、第１０図に示したような３相４線式、あるいはｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
産業上の利用可能性
本発明による電力変換装置は、系統電源に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置などの電力変換装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は実施例１による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第２図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第３図及び第４図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための説明図、第５図は実施例１に係わり第２図の等価回路における電流波形とスイッチ手段のゲート信号波形を説明するための説明図、第６図及び第７図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの別の動作を説明するための説明図、第８図は実施例１に係わり第２図の等価回路における別の電流波形とスイッチ手段のゲート信号波形を説明するための説明図、第９図は実施例１に係わり２つのコンデンサの電圧をバランスさせる制御回路を説明するための回路図、第１０図は実施例１による別の電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１１図は実施例２による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１２図は実施例２による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第１３図は実施例２に係わり第３及び第４のスイッチ手段がオンする前の状態を説明する等価回路図、第１４図は実施例２に係わり第１３図における等価回路にてリアクトル電流を制御する制御回路を説明するための回路図、第１５図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御のタイムチャートを説明する図、第１６図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御の別のタイムチャートを説明する図、第１７図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御の一例を示すフローチャート、第１８図は実施例３による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１９図は実施例３による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第２０図は実施例３に係わりリアクトルに流れる電流の制御を説明するための回路図、第２１図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御のタイムチャートを説明する図、第２２図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御の別のタイムチャートを説明する図、第２３図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御の一例を示すフローチャート、第２４図は従来の電力変換装置を示す回路図、第２５図は交流電源が単相３線式の系統の場合における電力変換装置の主要な回路構成を示す回路図、第２６図は第２５図で示した交流電源が単相３線式の系統の電力変換装置に第２４図で示した交流電源異常時に不平衡負荷にも対応できる従来技術を適用する場合の回路図、第２７図は第２４図で示した従来の電力変換装置にフィルタコンデンサを接続した場合の回路図、第２８図は第２７図で示した電力変換装置の動作を説明するための説明図である。
この発明は、系統電源に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置などの電力変換装置に関するものであり、特に不平衡負荷にも対応する機能を有する装置に関するものである。
背景技術
第２４図に特許公報第２７６５３７２号に開示された従来の交流直流変換装置を示す。図において、１００は交流電源、１０１はスイッチ手段、１０２はリアクトル、１０３、１０４はトランジスタ、１０５、１０６はダイオード、１０７、１０８はコンデンサ、１０９、１１０は直流負荷としての抵抗、１１１はバッテリである。
このように構成されたものにおいて、交流電源１００が正常である場合は、スイッチ手段１０１をＡの接点に接続し、トランジスタ１０３及び１０４を交互にオンオフしながら、交流電源１００に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル１０２の電流を制御して、コンデンサ１０７及び１０８を充電する。また、充電されたエネルギはそれぞれ抵抗１０９及び１１０に供給される。
また、交流電源１００に停電などの異常が発生した場合は、バッテリ１１１から抵抗１０９及び１１０にエネルギを供給する。このとき、抵抗１０９と１１０の抵抗値が同じ、すなわち消費パワーが同じ場合は、コンデンサ１０７及び１０８から抵抗１０９及び１１０にそれぞれ供給するエネルギが同じとなるため、コンデンサ１０７及び１０８の電圧は常に等しくなる。すなわち、バッテリ１１１で供給するエネルギによりコンデンサ１０７及び１０８の電圧値はバランスしている。
ところが、抵抗１０７と１０８の値が異なるような不平衡負荷の場合には、コンデンサ１０７と１０８の電圧値にアンバランスが生じる。これは２つのコンデンサ１０７及び１０８への充電がバッテリ１１１のみで行われることにより、コンデンサ１０７とコンデンサ１０８との相互接続点Ｃの電位が制御できないことによる。
交流電源が正常なときでも不平衡負荷の場合はアンバランスが発生するが、図示しない制御回路によりトランジスタ１０３と１０４のスイッチングのオンオフ時間の比を変えることにより、アンバランスを解消する技術が例えば特開２０００−２７８９５４号公報に開示されている。
ところで、交流電源１００に停電などの異常が発生して、コンデンサ１０７と１０８の電圧にアンバランスが発生すると、所望の電圧が負荷１０９及び１１０に印加されなくなるという問題が発生する。すなわち、例えば抵抗１１０の値が抵抗１０９の値よりも小さい不平衡負荷の場合、最終的にはコンデンサ１０８の電圧がゼロ、コンデンサ１０７の電圧がＶＢとなる。
そこで、上記公報に開示された従来の技術では、交流電源１００に停電などの異常が発生した場合には、スイッチ手段１０１を接点Ｂに切り換え、相互接続点Ｃの電位を安定させるために、トランジスタ１０３及び１０４のスイッチングによりリアクトル電流１０２を図示しない制御回路によって制御することにより、不平衡負荷の場合においても常に２つのコンデンサ１０７と１０８の電圧が等しくなるようにして、負荷１０９、１１０に安定した電力供給を行っている。
ところで、交流電源が単相３線式である場合は、第２５図に示すように交流電源１１２及び１１３に、それぞれ第２４図と同様にリアクトル、トランジスタ、ダイオードからなる変換ブロック１１４及び１１５を接続する。図において、１１６、１１７はコンデンサ、１２０、１２１は抵抗、１２４はバッテリである。
このような単相３線式の場合において、上記特許公報第２７６５３７２号に開示された交流電源異常時に不平衡負荷にも対応できる従来技術を適用しようとすると、第２６図のようにスイッチ手段１２５及び１２６により接点を切り換えてコンデンサ１１６及び１１７の電圧値がバランスするように制御することが考えられる。しかし、第２６図のような構成では、変換ブロック１１４及び１１５内のリアクトルに、コンデンサ１１６及び１１７の電圧ＶＣ１及びＶＣ２がそのまま印加されるため、リアクトルに流れるリプル電流が大きく、交流直流変換の効率が低下したりリアクトルからの騒音が大きくなったりするという問題点があった。
また、第２７図に示すように、トランジスタ１０３及び１０４のスイッチングにより、リアクトル１０２に発生するリプル電流を取り除くために、フィルタコンデンサ１３０を接続する場合がある。この場合には、第２８図に示すように、交流電源１００の異常検出時（Ｔ（ｆａｕｌｔ））にスイッチ手段１０１をＡからＢに切り替えるとき、フィルタコンデンサ１３０には電圧が残留しているため、スイッチ手段１０１の切替と同時にフィルタコンデンサ１３０の電圧を放電する急峻な電流が発生する。この急峻な電流はスイッチ手段１０１にも流れることになるため、スイッチ手段１０１が過電流により破損してしまうことがあるという問題点があった。第２８図（ａ）は交流電源１００の電圧波形、（ｂ）はフィルタコンデンサ１３０の電圧波形、（ｃ）はフィルタコンデンサ１３０の電流波形である。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていないときでも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、トランジスタ１０３、１０４のスイッチングに伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる電力変換装置を提供することを第１の目的とするものである。
また、フィルタコンデンサが接続される場合には、スイッチ手段をオンするときに、スイッチ手段にフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れてこれを破損するのを防止することができる電力変換装置を提供することを第２の目的とするものである。
また、フィルタコンデンサが接続される場合には、スイッチ手段をオンするときに、フィルタコンデンサとリアクトルとの間での不要な共振を抑制し損失を低減することができる電力変換装置を提供することを第３の目的とするものである。
発明の開示
本発明に係る第１の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第１のリアクトルを第１の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第１のリアクトルを第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に接続切り換えする第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第２のリアクトルを第２の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第２のリアクトルを上記コンデンサの相互接続点に接続切り換えして、第１のリアクトルと第２のリアクトルとを直列に接続する第２のスイッチ手段と、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うとともに、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行い、第１または第２の交流電源が異常である場合には、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていない場合でも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。
本発明に係る第２の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された、第５のスイッチ手段と第１のフィルタコンデンサとの直列体と、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段、第２のスイッチ手段及び第５のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフし、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のリアクトルの電流を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンするとともに第５のスイッチ手段をオフし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトル及び第２のリアクトルを直列に接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていない場合でも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。また、第４のスイッチ手段をオンするときに、第４のスイッチ手段に第２のフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れて第４のスイッチ手段を破損するのを防止することができる。また第１のリアクトルの電流をゼロとして第５のスイッチ手段をオフとするため、第５のスイッチ手段をオフとするときに、第１のリアクトルに蓄積されたエネルギにより第５のスイッチ手段を破損する問題が回避できる。
本発明に係る第３の電力変換装置は、第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリとを備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第１のフィルタコンデンサと、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとすると共に、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトルと直列に第２のリアクトルと第１のフィルタコンデンサとの並列接続体を接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたものである。
これによれば、複数の交流電源を有する電力変換装置において、少なくとも１つの交流電源が異常のとき、２つのコンデンサにそれぞれ接続されている負荷がバランスしていないときでも、２つのコンデンサの電圧をバランスさせることができ、また、そのとき、第１のスイッチング手段の開閉に伴ってリアクトルに流れるリプル電流を減少させることにより損失や騒音を低減することができる効果が得られる。また、第４のスイッチ手段をオンするときに、第４のスイッチ手段に第２のフィルタコンデンサの電荷が放電することによる急峻な電流が流れて第４のスイッチ手段を破損するのを防止することができる。またさらに、第３のスイッチ手段をオンするときに、第１のフィルタコンデンサと第２のリアクトルとの間での不要な共振を抑制し損失を低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
実施例１．
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１図は本発明の実施例１による電力変換装置を示す回路図である。図において、１１２及び１１３は第１及び第２の交流電源（以下、単に交流電源と記載する場合もある。）、１１６、１１７はコンデンサ、１２０、１２１は直流負荷としての抵抗（負荷）、１２４はバッテリ、２００〜２０３はトランジスタ、２０４〜２０７はダイオード、２０８及び２０９は第１及び第２のリアクトル（以下、単にリアクトルと記載する場合もある。）、２１０及び２１１は例えばメカニカルリレーなどからなる第１及び第２のスイッチ手段（以下、単にスイッチ手段と記載する場合もある。）である。また、図示していないが、各スイッチ手段２１０と２１１および各トランジスタ２００〜２０３には、それぞれ制御装置が接続されており、各スイッチ手段２１０と２１１の接続切り換え及び各トランジスタ２００〜２０３のオンオフが制御されている。各トランジスタ２００〜２０３のオンオフの制御は例えば特許公報第２７６５３７２号の図１に記載された方法と同様である。また、各スイッチ手段２１０と２１１の接続切り換え制御は例えばマイクロコンピュータなどからの信号、及びメカニカルリレーを駆動する駆動回路などによる。
トランジスタとダイオード２００と２０４、２０１と２０５、２０２と２０６、２０３と２０７でスイッチング手段Ｓ１〜Ｓ４が構成されており、トランジスタとダイオード２００と２０４からなるスイッチング手段Ｓ１と、トランジスタとダイオード２０１と２０５からなるスイッチング手段Ｓ２とを直列に接続して第１のスイッチング手段の直列体が構成され、トランジスタとダイオード２０２と２０６からなるスイッチング手段Ｓ３と、トランジスタとダイオード２０３と２０７からなるスイッチング手段Ｓ４とを直列に接続して第２のスイッチング手段の直列体が構成されている。
また、第１の交流電源１１２、第１のリアクトル２０８、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続して第１の交流直流変換手段を構成し、第２の交流電源１１３、第２のリアクトル２０９、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続して第２の交流直流変換手段を構成している。
２つのコンデンサ１１６と１１７は直列接続されており、それらの相互接続点Ｃが２つの交流電源１１２、１１３の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される。
また、２つのコンデンサ１１６と１１７には直流負荷としての抵抗１２０と１２１がそれぞれ接続され、２つのコンデンサ１１６と１１７の直列接続体には、バッテリ１２４が接続されている。
第１のスイッチ手段２１０は、第１の交流電源１１２と第１のリアクトル２０８との間に接続され、第１及び第２の交流電源１１２及び１１３が正常である場合には接点Ａに接続されて第１のリアクトル２０８を第１の交流電源１１２に接続し、第１または第２の交流電源１１２または１１３が異常である場合には接点Ｂに接続されて第１のリアクトル２０８を第２のリアクトル２０９と第２のスイッチング手段の直列体との接続点に接続切り換えする。
第２のスイッチ手段２１１は、第２の交流電源１１３と第２のリアクトル２０９との間に接続され、第１及び第２の交流電源１１２及び１１３が正常である場合には接点Ａに接続されて第２のリアクトル２０９を第２の交流電源１１３に接続し、第１または第２の交流電源１１２または１１３が異常である場合には接点Ｂに接続されて第２のリアクトル２０９をコンデンサ１１６と１１７の相互接続点に接続切り換えし、第１のリアクトル２０８と第２のリアクトル２０９とを直列に接続する。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合は、制御装置により、スイッチ手段２１０及び２１１は、接点Ａに接続され、トランジスタ２００と２０１、及びトランジスタ２０２と２０３をそれぞれ交互にオンオフしながら、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９に流れる電流を制御装置により制御して、交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電する。また充電されたエネルギは抵抗１２０、１２１に供給される。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、スイッチ手段２１０及び２１１は、接点Ｂに接続されるとともに、バッテリ１２４からコンデンサ１１６及び１１７にエネルギを供給する。
抵抗１２０と１２１の抵抗値が同じ、すなわち消費パワーが同じである場合は、コンデンサ１１６及び１１７から抵抗１２０及び１２１にそれぞれ供給するエネルギが同じとなるため、コンデンサ１２０及び１２１の電圧は常に等しくなる。すなわちバッテリ１２４で供給するエネルギによりコンデンサ１１６及び１１７の電圧値はバランスしている。
ところが、抵抗１２０と１２１の値が異なるような不平衡負荷の場合には、コンデンサ１１６と１１７の電圧値にアンバランスが生じる。これは２つのコンデンサ１１６と１１７への充電がバッテリ１２４のみで行われることにより、コンデンサ１１６とコンデンサ１１７との相互接続点Ｃの電位が制御できないことによる。
交流電源１１２及び１１３が正常なときでも不平衡負荷の場合ではコンデンサ１１６と１１７の電圧値にアンバランスが発生しようとするが、例えば特開２０００−２７８９５４号公報の第８図、第９図及び第１０図に開示された方式に従ってトランジスタ２００と２０１及び２０２と２０３のスイッチングのオンオフ時間の比を変えることにより、アンバランスは解消される。
交流電源１１２または１１３に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生しているときにはアンバランスの問題が生じるため、これを解決するためにスイッチ手段２１０及び２１１を接点Ｂに接続する。またトランジスタ２０２及び２０３はオフとする。
第２図にこのときの等価回路を示す。リアクトル２０８とリアクトル２０９とが直列に接続され、これらリアクトル２０８と２０９の電流の制御はトランジスタ２００と２０１のオンオフにより行う。
このときの動作につき詳細に説明する。第２図において、抵抗１２０の値が抵抗１２１の値より大きいとき、バッテリ１２４がコンデンサ１１６及び１１７を一括で充電することにより、コンデンサ１１７の電圧が下がりコンデンサ１１６の電圧が上がろうとする。これを抑制するため、まずトランジスタ２００をオン（トランジスタ２０１はオフ）することにより、第３図に示すように電流を流し、コンデンサ１１６のエネルギをリアクトル２０８及び２０９に蓄積する。
次に、トランジスタ２００をオフ（トランジスタ２０１はオフ）することにより、第４図に示すように電流を流し、リアクトル２０８及び２０９に蓄積されたエネルギをコンデンサ１１７に蓄積する。このようにして、コンデンサ１１６のエネルギをコンデンサ１１７に移すことにより、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧がバランスする。
このときの電流波形を第５図に示す。第５図（ａ）はリアクトル２０８の電流波形であり、リアクトル２０９の電流波形と同一である。なお、波線は第２６図の場合を示している。（ｂ）はトランジスタ２００のゲート信号波形、（ｃ）はトランジスタ２００に流れる電流波形、（ｄ）はダイオード２０５に流れる電流波形である。それぞれのリアクトル２０８及び２０９に流れる電流の向きは、第２図において左から右に流れる方向を正とした場合、負の電流が流れることになる。
このように、トランジスタ２００をオンオフすることにより、第５図（ａ）のように電流を制御し、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧がバランスするようにリアクトル２０８及び２０９の電流が制御される。
また、このとき、２つのリアクトル２０８と２０９は直列に接続されているため、これらのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧は、リアクトル２０８と２０９の値が同じであれば、それぞれコンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２の半分の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧がコンデンサ電圧の半分となる。従って、第５図（ａ）に示すように、リアクトル２０８と２０９に流れるリプル電流の大きさは、第２６図の場合に比して半分となる。
また、第２図において、抵抗１２０の値が抵抗１２１の値より小さいとき、バッテリ１２４がコンデンサ１１６及び１１７を一括で充電することにより、コンデンサ１１７の電圧が上がりコンデンサ１１６の電圧が下がろうとする。これを抑制するため、まずトランジスタ２０１をオン（トランジスタ２００はオフ）することにより、第６図に示すように電流を流し、コンデンサ１１７のエネルギをリアクトル２０８及び２０９に蓄積する。
次に、トランジスタ２０１をオフ（トランジスタ２００はオフ）することにより、第７図に示すように電流を流し、リアクトル２０８及び２０９に蓄積されたエネルギをコンデンサ１１６に蓄積する。このようにして、コンデンサ１１７のエネルギをコンデンサ１１６に移すことにより、コンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧がバランスする。
このときの電流波形を第８図に示す。第８図（ａ）はリアクトル２０８の電流波形であり、リアクトル２０９の電流波形と同一である。（ｂ）はトランジスタ２０１のゲート信号波形、（ｃ）はトランジスタ２０１に流れる電流波形、（ｄ）はダイオード２０４に流れる電流波形である。各々のリアクトル２０８及び２０９に流れる電流の向きは第２図において左から右に流れる方向を正としているので正の電流が流れる。
このように、トランジスタ２０１をオンオフすることにより第８図（ａ）のように電流を制御し、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧がバランスするようにリアクトル２０８及び２０９の電流が制御される。
またこのとき、２つののリアクトル２０８と２０９は直列に接続されているため、これらのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧は、リアクトル２０８と２０９の値が同じであれば、それぞれコンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１及びＶＣ２の半分の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル２０８と２０９にかかる電圧がコンデンサ電圧の半分となる。従ってリアクトル２０８と２０９に流れるリプル電流の大きさは、第２６図の場合に比べて半分となる。
また、第５図では、トランジスタ２０１はオフのままでトランジスタ２００のみをスイッチングさせ、第８図では、トランジスタ２００はオフのままでトランジスタ２０１のみをスイッチングさせるようにしたが、いずれの場合においても、トランジスタ２００及び２０１を交互にオンオフさせてもよい。すなわち、トランジスタ２００をオンするときはトランジスタ２０１をオフし、トランジスタ２０１をオンするときはトランジスタ２００をオフしても同様である。
次に、リアクトル２０８の電流を制御して２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧差を制御する制御回路（制御装置）の例を第９図に示す。第９図は例えば特開２０００−２７８９５４号公報の第１５図に示された制御回路と同様の構成であり、図において、２５０及び２５１は減算器、２５２は電圧制御器、２５３は電流制御器、２５４は比較器、２５５はＮＯＴ回路、２５６は三角波である。減算器２５０には各コンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２が入力され、減算器２５１にはリアクトル２０８の電流値ｉ２０８が入力される。
このように構成された回路において、まず、コンデンサ１１６と１１７の電圧ＶＣ１とＶＣ２の電圧差が減算器２５０により検出され、これが電圧制御器２５２に入力される。電圧制御器２５２は入力された上記電位差に基づきリアクトル２０８に流す電流ｉ２０８の指令を出力する。次に、検出されたリアクトル２０８の電流値ｉ２０８が上記電流指令に追従するように、減算器２５１で検出された電流差が電流制御器２５３に入力される。電流制御器２５３はリアクトル２０８及び２０９に印加する電圧指令を出力し、比較器２５４によりキャリア信号としての三角波２５６と比較され、比較器２５４の出力結果がトランジスタ２００のオン信号となり、またＮＯＴ回路２５５を介してトランジスタ２０１のオン信号となる。上記制御回路の構成によりコンデンサ１１６の電圧とコンデンサ１１７の電圧をバランスさせる。
以上説明したように、本実施例によれば、交流電源１１２または１１３が異常である場合２つのコンデンサ１１６と１１７にそれぞれ接続されている負荷１２０と１２１がバランスしていないときでも、リアクトル２０８及び２０９にかかる電圧を半分とさせながら２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ２００、２０１のスイッチング（第１のスイッチング手段の開閉）に起因するリアクトル２０８、２０９の電流のリプルを半減させて損失や騒音を低減した電力変換装置が得られる。
なお、スイッチング手段Ｓ１〜Ｓ４はトランジスタを用いて構成した形態としたが、トランジスタの代わりにＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯなどの半導体を適用しても同様の装置が得られることは言うまでもない。これは以下の各実施例においても同様である。
なお、第１図において、交流電源１１２、１１３は単相３線式であるが、第１０図に示すように３相４線式の場合においても同様に構成できる。すなわち、３００〜３０２は交流電源、３０３〜３０８はトランジスタ、３０９〜３１４はダイオード、３１５〜３１７はリアクトル、３１８〜３２０はスイッチ手段、３２１及び３２２はコンデンサ、３２３及び３２４は負荷としての抵抗、３２５はバッテリである。
交流電源３００〜３０２が正常である場合には、スイッチ手段３１８〜３２０は接点Ａに接続され、トランジスタ３０３〜３０８のスイッチングによりリアクトル３１５〜３１７の電流の力率が１となるように図示しない制御装置で制御して、コンデンサ３２１及び３２２を充電する。また充電されたエネルギは抵抗３２３、３２４に供給される。
交流電源３００〜３０２のいずれかに停電などの異常が発生したときには、図示しない制御装置により、スイッチ手段３１８〜３２０は、接点Ｂに接続されるとともに、バッテリ３２５からコンデンサ３２１及び３２２にエネルギを供給する。
このとき負荷としての抵抗３２３及び３２４の値が異なると、コンデンサ３２１及び３２２の電圧にアンバランスが生じようとするが、トランジスタ３０５〜３０８はオフとし、トランジスタ３０３及び３０４のみがオンオフして、実施例１と同様な方法によりアンバランスを解消する。
またリアクトル３１５〜３１７に印加される電圧について、これらのリアクトル３１５〜３１７は直列に接続されているため、３つのリアクトルの値が同じであれば、コンデンサ３２１及び３２２の電圧ＶＣ１及びＶＣ２の３分の１の電圧が印加されることになり、それぞれのリアクトル３１５、３１６、３１７にかかる電圧がコンデンサ電圧の３分の１となる。
このように、交流電源３００〜３０２のいずれかが異常である場合２つのコンデンサ３２１と３２２にそれぞれ接続されている負荷３２３と３２４がバランスしていないときでも、それぞれのリアクトル３１５、３１６、３１７にかかる電圧を３分の１とさせながら２つのコンデンサ３２１と３２２の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ３０３、３０４のスイッチングに起因する各リアクトル３１５、３１６、３１７の電流のリプルを３分の１に低減させて損失や騒音を低減した装置が得られる。
また、第１０図では３相４線式の場合について示したが、ｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られる。
実施例２．
第１１図は本発明の実施例２による電力変換装置を示す回路図である。図において、４０１、４０２、４０３、４０４及び４０５は例えばメカニカルリレーなどからなる第１、第２、第３、第４及び第５のスイッチ手段（以下、単にスイッチ手段と記載する場合もある。）、４０６及び４０７はそれぞれトランジスタ２００と２０１及び２０２と２０３のスイッチングによるリプル電流を吸収するための第１及び第２のフィルタコンデンサ（以下、単にフィルタコンデンサと記載する場合もある。）である。また、図示していないが、各スイッチ手段４０１〜４０５および各トランジスタ２００〜２０３には、それぞれ制御装置が接続されており、各スイッチ手段４０１〜４０５の開閉及び各トランジスタ２００〜２０３のオンオフが制御されている。
第１及び第２のスイッチ手段４０１及び４０２は第１及び第２の交流電源１１２及び１１３と第１及び第２のリアクトル２０８及び２０９との間にそれぞれ接続されており、第３のスイッチ手段４０３は第１のスイッチ手段４０１と第１のリアクトル２０８との接続点と、第２のリアクトル２０９と第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続されている。
また、第４のスイッチ手段４０４は第２のスイッチ手段４０２と第２のリアクトル２０９との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間に接続されている。
また、第３のスイッチ手段４０３と第１のリアクトル２０８との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には、第５のスイッチ手段４０５と第１のフィルタコンデンサ４０６との直列体が接続されており、第４のスイッチ手段４０４と第２のリアクトル２０９との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には第２のフィルタコンデンサ４０７が接続されている。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合には、制御装置により、スイッチ手段４０１、４０２及び４０５をオンすると共に、スイッチ手段４０３及び４０４をオフし、実施例１の場合と同様に、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９の電流を制御して交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電すると共に、フィルタコンデンサ４０６及び４０７がそれぞれリアクトル２０８及び２０９に流れる高周波電流を吸収する。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、先ず、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする。スイッチ手段４０５は後述する制御を実施したのちオフとし、スイッチ手段４０３及び４０４は後述する制御を実施したのちオンとする。
交流電源１１２または１１３が異常となったときの最終的な等価回路は第１２図に示すようになる。フィルタコンデンサ４０６はスイッチ手段４０５により切り離され、リアクトル２０８及び２０９は直列に接続され、実施例１の場合と同様に、不平衡負荷の場合においてもコンデンサ１１６及び１１７の電圧のアンバランスを抑制する。
スイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７に残留電圧があると、スイッチ手段４０４に急峻な電流が流れ、スイッチ手段４０４を破損する。これを回避する手段について以下に述べる。
第１３図はスイッチ手段４０４及び４０３がオンする前の状態の等価回路を示す。フィルタコンデンサ４０７の電圧Ｖをゼロにするために、第１４図に示す制御回路において、リアクトル２０９に流れる電流ｉ２０９をゼロにするためにゲインＫによる比例制御を働かせる。比例制御の出力である電圧指令Ｖ＊に従うようにトランジスタ２０２及び２０３のスイッチングを制御して、上記電圧ＶがＶ＊となるように動く。
制御が働いた状態では、第１４図に示すように、ｉ２０９の指令値がゼロであることから、ｉ２０９の平均値がゼロになり、従ってＶ＊もゼロとなり、Ｖもゼロとなる。ｉ２０９がゼロであるため、リアクトル２０９における電圧の平均値もゼロとなる。従ってフィルタコンデンサ４０７の両端の電圧は共にゼロとなり、フィルタコンデンサ４０７の電圧の平均値がゼロとなる。
また、スイッチ手段４０５のオフについても、第１３図に示す制御回路と同様の構成によりリアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８をゼロとして、スイッチ手段４０５をオフする。
第１５図に上記制御のタイムチャートを示す。第１５図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。ここでは交流電源１１２または１１３が異常となったときにリアクトル２０８、２０９に電流が残留している場合につき示している。第１４図に示した制御により、フィルタコンデンサ４０７の初期電圧Ｖ１がゼロとなる。また、同様に、リアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８もゼロとなる。その後スイッチ手段４０４、４０３をオンし、スイッチ手段４０５をオフする。従ってスイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７が放電することによる急峻な電流が発生することはなく、スイッチ手段４０４が破損するのを防止することができる。
なお、第１５図ではフィルタコンデンサ４０６及び４０７の電圧がいずれもゼロになった後の任意の時間にて、スイッチ手段４０３〜４０５を同時に切り換えているが、第１６図に示すように、スイッチ手段４０３〜４０５を個別に切り換えてもよい。第１６図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）〜（ｇ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。すなわち、スイッチ手段４０５はリアクトル２０８の電流がゼロになった後に、スイッチ手段４０４はフィルタコンデンサ４０７の電圧がゼロになった後に、スイッチ手段４０３はリアクトル２０８の電流及びフィルタコンデンサ４０７の電圧がいずれもゼロになった後に切り換えても同様である。
このときの各スイッチ手段の制御のフローチャートをまとめると第１７図のようになる。例えばマイクロコンピュータなどからなる制御装置が、交流電源に異常が発生したことを検出する（ステップＳＴ１）と、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする（ステップＳＴ２）。次に、コンデンサ４０７の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ３）と、スイッチ手段４０４をオンする（ステップＳＴ４）。また、リアクトル２０８の電流が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ５）と、スイッチ手段４０５をオフし（ステップＳＴ６）、更にコンデンサ４０７の電圧がゼロになったことを検出する（ステップＳＴ７）と、スイッチ手段４０３をオンする（ステップＳＴ８）。
なお、ここでは、交流電源１１２または１１３が異常となったときにリアクトル２０８に電流が残留している場合について述べたが、電流が残留していない場合には、交流電源１１２または１１３の異常発生と同時にスイッチ手段４０５をオフしてもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、リプル電流吸収のためのフィルタコンデンサ４０６、４０７を接続する場合においても、フィルタコンデンサ４０７に残留した電荷をスイッチ手段４０４で短絡することによる急峻な電流が発生することがないため、スイッチ手段４０４を破損する問題が回避できる。またリアクトル２０８の電流をゼロとしてスイッチ手段４０５をオフとするため、スイッチ手段４０５をオフとするときに、リアクトル２０８に蓄積されたエネルギによりスイッチ手段４０５を破損する問題が回避できる。
また、リアクトル２０８及び２０９にかかる電圧を半分とさせながら２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作を得られると共に、トランジスタ２００、２０１のスイッチングに起因するリアクトル２０８、２０９の電流のリプルを半減させて損失や騒音を低減した電力変換装置が得られる。
なお、ここでは単相３線式を例に挙げたが、第１０図に示したような３相４線式、あるいはｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
実施例３．
第１８図は本発明の実施例３による電力変換装置を示す回路図である。本実施例では、低コスト化を実現するため、実施例２の第５のスイッチ手段４０５を省略しており、第３のスイッチ手段４０３と第１のリアクトル２０８との接続点と、コンデンサ１１６と１１７の相互接続点との間には、第１のフィルタコンデンサ４０６のみが接続されている。他の構成は実施例２と同様である。
次に動作について説明する。交流電源１１２及び１１３が正常である場合には、スイッチ手段４０１、４０２をオンすると共に、スイッチ手段４０４、４０３をオフし、第１１図で示した実施例２の場合と同様に、交流電源１１２及び１１３に流れる電流の力率が１になるようにリアクトル２０８及び２０９の電流を制御して交流直流変換を行い、コンデンサ１１６及び１１７を充電すると共に、フィルタコンデンサ４０６及び４０７がそれぞれリアクトル２０８及び２０９に流れる高周波電流を吸収する。
交流電源１１２及び１１３のいずれかに停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときには、制御装置により、先ず、スイッチ手段４０１及び４０２をオフし、スイッチ手段４０４及び４０３は、後述する制御を実施した後、オンする。
交流電源１１２または１１３が異常となったときの最終的な等価回路は第１９図に示すようになる。リアクトル２０８と直列に、リアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６の並列接続体が接続されることにより、リアクトル２０８に直列にインピーダンスが接続されることになるため、リアクトル２０８に流れるリプル電流は第２６図の場合に比べて低減される。
ところで、第１８図においてスイッチ手段４０４のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０７に残留電圧があると、スイッチ手段４０４に急峻な電流が流れ、スイッチ手段４０４を破損する。これを回避する手段は実施例２と同様であるので説明を省略する。また、スイッチ手段４０３のオンにあたり、フィルタコンデンサ４０６に残留電圧があると、第１９図においてリアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６との間で不要な共振が発生しエネルギ損失の原因となる。これを回避する手段について以下に述べる。
第２０図において、スイッチ手段４０３をオンする前に、第１４図と同様な制御回路によりリアクトル２０８に流れる電流ｉ２０８がゼロとなるようにトランジスタ２００、２０１を制御する。従って実施例２と同様な動作によりフィルタコンデンサ４０６の電圧がゼロとなる。
第２１図（ａ）〜（ｅ）にフィルタコンデンサ４０６、４０７の電圧とｉ２０８，ｉ２０９の波形、及びスイッチ手段の動作を示す。第２１図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。上述した第１４図と同様な制御回路により、各々のコンデンサ４０６、４０７の初期値Ｖ１，Ｖ２がゼロとなり、スイッチ手段４０４、４０３をオンすることにより第１９図の構成を得、コンデンサ１１６及び１１７の電圧をバランスする。
なお、第２１図ではフィルタコンデンサ４０６及び４０７の電圧がいずれもゼロになった後の任意の時間にて、スイッチ手段４０３及び４０４を同時に切り換えているが、第２２図に示すように、スイッチ手段４０３及び４０４を個別に切り換えてもよい。すなわち、スイッチ手段４０３はフィルタコンデンサ４０６の電圧がゼロになった後に、スイッチ手段４０４はフィルタコンデンサ４０７の電圧がゼロになった後に切り換えても同様である。第２２図（ａ）はコンデンサ４０７の電圧波形、（ｂ）はコンデンサ４０６の電圧波形、（ｃ）はリアクトル２０８の電流波形、（ｄ）はリアクトル２０９の電流波形、（ｅ）はスイッチ手段４０４の動作、（ｆ）はスイッチ手段４０３の動作である。図における波形は平均値のみを示し、トランジスタのスイッチングによるリプル電流は省略している。
このときの各スイッチ手段の制御のフローチャートをまとめると第２３図のようになる。例えばマイクロコンピュータなどからなる制御装置が、交流電源に異常が発生したことを検出する（ステップＳＴ１１）と、スイッチ手段４０１及び４０２をオフする（ステップＳＴ１２）。次に、コンデンサ４０６の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ１３）と、スイッチ手段４０３をオンする（ステップＳＴ１４）。また、コンデンサ４０７の電圧が前述する制御によりゼロになったことを検出する（ステップＳＴ１５）と、スイッチ手段４０４をオンする（ステップＳＴ１６）。
以上説明したように、本実施例によれば、リプル電流吸収のためのフィルタコンデンサ４０６、４０７を接続する場合において、低コスト化のために実施例２のスイッチ手段４０５を省略してもフィルタコンデンサ４０７に残留した電荷をスイッチ手段４０４で短絡することによる急峻な電流が発生することがないため、スイッチ手段４０４を破損する問題を回避することができる。またフィルタコンデンサ４０６とリアクトル２０９との間で不要な共振が発生することを防止し共振に伴うエネルギ損失を抑制することができる。
また、リアクトル２０８と直列に、リアクトル２０９とフィルタコンデンサ４０６の並列接続体が接続されることにより、リアクトル２０８に直列にインピーダンスが接続されることになるため、リアクトル２０８に流れるリプル電流が第２６図の場合に比べて低減され、損失や騒音を低減することができる。
また、２つのコンデンサ１１６と１１７の電圧をバランスさせることができるため、安定な交流直流変換動作が得られる。
なお、ここでは単相３線式を例に挙げたが、第１０図に示したような３相４線式、あるいはｎ相ｎ＋１線式（ｎ≧４）であっても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られるのは言うまでもない。
産業上の利用可能性
本発明による電力変換装置は、系統電源に停電や瞬時電圧低下などの異常が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置などの電力変換装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は実施例１による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第２図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第３図及び第４図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための説明図、第５図は実施例１に係わり第２図の等価回路における電流波形とスイッチ手段のゲート信号波形を説明するための説明図、第６図及び第７図は実施例１による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの別の動作を説明するための説明図、第８図は実施例１に係わり第２図の等価回路における別の電流波形とスイッチ手段のゲート信号波形を説明するための説明図、第９図は実施例１に係わり２つのコンデンサの電圧をバランスさせる制御回路を説明するための回路図、第１０図は実施例１による別の電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１１図は実施例２による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１２図は実施例２による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第１３図は実施例２に係わり第３及び第４のスイッチ手段がオンする前の状態を説明する等価回路図、第１４図は実施例２に係わり第１３図における等価回路にてリアクトル電流を制御する制御回路を説明するための回路図、第１５図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御のタイムチャートを説明する図、第１６図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御の別のタイムチャートを説明する図、第１７図は実施例２に係わり各スイッチ手段の制御の一例を示すフローチャート、第１８図は実施例３による電力変換装置の回路構成を示す回路図、第１９図は実施例３による電力変換装置において交流電源に異常が発生しているときの動作を説明するための等価回路図、第２０図は実施例３に係わりリアクトルに流れる電流の制御を説明するための回路図、第２１図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御のタイムチャートを説明する図、第２２図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御の別のタイムチャートを説明する図、第２３図は実施例３に係わり各スイッチ手段の制御の一例を示すフローチャート、第２４図は従来の電力変換装置を示す回路図、第２５図は交流電源が単相３線式の系統の場合における電力変換装置の主要な回路構成を示す回路図、第２６図は第２５図で示した交流電源が単相３線式の系統の電力変換装置に第２４図で示した交流電源異常時に不平衡負荷にも対応できる従来技術を適用する場合の回路図、第２７図は第２４図で示した従来の電力変換装置にフィルタコンデンサを接続した場合の回路図、第２８図は第２７図で示した電力変換装置の動作を説明するための説明図である。
Claims (3)
- 第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、
第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、
相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、
上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、
上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリと
を備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第１のリアクトルを第１の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第１のリアクトルを第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に接続切り換えする第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続され、第１及び第２の交流電源が正常である場合には第２のリアクトルを第２の交流電源に接続し、第１または第２の交流電源が異常である場合には第２のリアクトルを上記コンデンサの相互接続点に接続切り換えして、第１のリアクトルと第２のリアクトルとを直列に接続する第２のスイッチ手段と、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うとともに、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行い、
第１または第２の交流電源が異常である場合には、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、
第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、
相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、
上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、
上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリと
を備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された、第５のスイッチ手段と第１のフィルタコンデンサとの直列体と、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段、第２のスイッチ手段及び第５のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、
第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフし、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のリアクトルの電流を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンするとともに第５のスイッチ手段をオフし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトル及び第２のリアクトルを直列に接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 第１の交流電源、第１のリアクトル、及び第１のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第１の交流直流変換手段と、
第２の交流電源、第２のリアクトル、及び第２のスイッチング手段の直列体を直列に接続してなる第２の交流直流変換手段と、
相互接続点が上記２つの交流電源の一端にそれぞれ接続され、エネルギが第１及び第２の交流直流変換手段で得られた直流電圧により供給される２つの直列接続されたコンデンサと、
上記２つのコンデンサにそれぞれ接続された負荷と、
上記２つの直列接続されたコンデンサに接続されたバッテリと
を備える電力変換装置において、
第１の交流電源と第１のリアクトルとの間に接続された第１のスイッチ手段と、
第２の交流電源と第２のリアクトルとの間に接続された第２のスイッチ手段と、
第１のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点との間に接続された第３のスイッチ手段と、
第２のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第４のスイッチ手段と、
第３のスイッチ手段と第１のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第１のフィルタコンデンサと、
第４のスイッチ手段と第２のリアクトルとの接続点と、上記コンデンサの相互接続点との間に接続された第２のフィルタコンデンサと、
第１及び第２の交流電源が正常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオンすると共に、第３のスイッチ手段及び第４のスイッチ手段をオフし、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第１のフィルタコンデンサが第１のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、第２のスイッチング手段の直列体により第２のリアクトルに流れる電流を制御して交流直流変換を行うと共に第２のフィルタコンデンサが第２のリアクトルに流れる高周波電流を吸収し、
第１または第２の交流電源が異常である場合には、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段をオフして、第１のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第１のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとすると共に、第２のスイッチング手段の直列体のスイッチングにより第２のフィルタコンデンサの電圧を概ねゼロとし、第３のスイッチ手段および第４のスイッチ手段をオンし、第２のリアクトルと第２のスイッチング手段の直列体との接続点に第１のリアクトルを接続して、第１のリアクトルと直列に第２のリアクトルと第１のフィルタコンデンサとの並列接続体を接続し、上記バッテリが上記２つのコンデンサにエネルギを供給するとともに、第１のスイッチング手段の直列体により第１のリアクトルに流れる電流を制御して、上記２つのコンデンサの電圧差を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
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