JP5915753B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、交流電源の電圧変動または交流電源の停電が発生しても、安定した電圧を負荷に供給することができる電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device capable of supplying a stable voltage to a load even when a voltage fluctuation of an AC power supply or a power failure of the AC power supply occurs.

図10は、特許文献1に開示されている常時インバータ給電方式の電力変換装置を説明するための図である。この電力変換装置は、交流電源の電圧を一旦直流電圧に変換し、直流電圧を再度交流電圧に変換して負荷に供給する。
図において、1は単相の交流電源、2はコンデンサ、3はコンバータ回路、41はインバータ回路、5はフィルタ回路、6は負荷である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a power converter of a constant inverter feeding method disclosed in Patent Document 1. In FIG. This power converter once converts the voltage of the AC power source into a DC voltage, converts the DC voltage into an AC voltage again, and supplies it to the load.
In the figure, 1 is a single-phase AC power source, 2 is a capacitor, 3 is a converter circuit, 41 is an inverter circuit, 5 is a filter circuit, and 6 is a load.

コンバータ回路3は、スイッチング素子Qp,Qnの直列回路、この直列回路に並列に接続されるコンデンサCp,Cnの直列回路およびリアクトルLで構成されている。リアクトルLは、スイッチング素子Qp,Qnの接続点と交流電源1の一端との間に接続されている。   Converter circuit 3 includes a series circuit of switching elements Qp and Qn, a series circuit of capacitors Cp and Cn connected in parallel to the series circuit, and a reactor L. Reactor L is connected between the connection point of switching elements Qp and Qn and one end of AC power supply 1.

インバータ回路41は、スイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチで構成されている。スイッチング素子直列回路は、スイッチング素子Q1,Q2を直列接続してなる回路である。第1の双方向スイッチは、スイッチ素子S1,S2を逆並列接続してなる回路である。スイッチング素子直列回路は、コンバータ回路3の直流出力端子間に接続されている。双方向スイッチは、交流電源1の一端とスイッチング素子Q1,Q2の直列接続点との間に接続されている。   The inverter circuit 41 includes a switching element series circuit and a first bidirectional switch. The switching element series circuit is a circuit formed by connecting switching elements Q1 and Q2 in series. The first bidirectional switch is a circuit formed by connecting switch elements S1 and S2 in antiparallel. The switching element series circuit is connected between the DC output terminals of the converter circuit 3. The bidirectional switch is connected between one end of the AC power source 1 and the series connection point of the switching elements Q1, Q2.

フィルタ回路5は、リアクトルLf1とコンデンサCf1とを直列接続して構成されている。リアクトルLf1の一端は、スイッチング素子Q1,Q2の接続中点に接続されている。コンデンサCf1の一端は、コンデンサ直列回路の接続中点に接続されている。
負荷6は、リアクトルLf1とコンデンサCf1との接続点と交流電源1の他端との間に接続されている。
The filter circuit 5 is configured by connecting a reactor Lf1 and a capacitor Cf1 in series. One end of reactor Lf1 is connected to the midpoint of connection of switching elements Q1, Q2. One end of the capacitor Cf1 is connected to a connection midpoint of the capacitor series circuit.
The load 6 is connected between a connection point between the reactor Lf1 and the capacitor Cf1 and the other end of the AC power supply 1.

上記構成において、コンバータ回路3は、スイッチング素子Qp,Qnをオンオフさせて交流電源1の電圧を整流する。コンデンサCp,Cnは、この整流された電圧によって、所定電圧に充電される。所定電圧に充電されたコンデンサCp,Cnは、それぞれ直流電源を形成している。
インバータ回路41は、スイッチング素子Q1,Q2をオンオフさせて、コンデンサCp,Cnからなる直流電源の電圧を交流電圧Vuに変換する。また、インバータ回路41は、スイッチ素子S1,S2をオンオフさせて、交流電源1の電圧を交流電圧Vuに変換する。インバータ回路41から出力される交流電圧Vuには、高周波数成分が含まれている。
フィルタ回路5は、交流出力電圧に含まれる高周波数成分を除去して、出力電圧Vuの基本波成分である電圧Vloadを出力する。負荷6には、交流電圧Vloadが供給される。
In the above configuration, the converter circuit 3 rectifies the voltage of the AC power supply 1 by turning on and off the switching elements Qp and Qn. The capacitors Cp and Cn are charged to a predetermined voltage by the rectified voltage. Capacitors Cp and Cn charged to a predetermined voltage each form a DC power source.
The inverter circuit 41 turns on and off the switching elements Q1 and Q2, and converts the voltage of the DC power source composed of the capacitors Cp and Cn into the AC voltage Vu. Further, the inverter circuit 41 turns on and off the switch elements S1 and S2 to convert the voltage of the AC power supply 1 into the AC voltage Vu. The AC voltage Vu output from the inverter circuit 41 includes a high frequency component.
The filter circuit 5 removes a high frequency component included in the AC output voltage and outputs a voltage Vload that is a fundamental wave component of the output voltage Vu. An AC voltage Vload is supplied to the load 6.

次に、図11は、図10に示した電力変換装置のインバータ回路41にさらに第2の双方向スイッチを付加した電力変換装置である。第2の双方向スイッチは、スイッチ素子S3,S4を逆並列接続してなる回路である。この回路は、スイッチング素子Q1,Q2の接続点とコンデンサCp,Cnの接続点との間に接続されている。   Next, FIG. 11 shows a power conversion device in which a second bidirectional switch is further added to the inverter circuit 41 of the power conversion device shown in FIG. The second bidirectional switch is a circuit formed by connecting switch elements S3 and S4 in antiparallel. This circuit is connected between the connection point of switching elements Q1, Q2 and the connection point of capacitors Cp, Cn.

この電力変換装置は、図10に示した電力変換装置の動作に加えて、スイッチ素子S3またはS4をオンオフさせることにより、ゼロ電圧を出力することができる。ゼロ電圧は、コンデンサCp,Cnの接続点の電位である。この動作により、この電力変換装置は、交流電源1の電圧が変動したときまたは停電したときも、負荷に所定の交流電圧を供給することができる。
例えば、上記構成からなる電力変換装置は、交流電源1の電圧Vrが低下したとき、昇圧動作を行うことにより、所定の交流電圧を出力する。図12は、交流電源1の電圧Vrが低下したとき、電力変換装置から出力される電圧Vuと負荷6に印加される電圧Vloadを示す図である。
In addition to the operation of the power conversion device shown in FIG. 10, this power conversion device can output a zero voltage by turning on or off the switch element S3 or S4. The zero voltage is the potential at the connection point of the capacitors Cp and Cn. With this operation, the power conversion device can supply a predetermined AC voltage to the load even when the voltage of the AC power supply 1 fluctuates or a power failure occurs.
For example, the power conversion device having the above configuration outputs a predetermined AC voltage by performing a boosting operation when the voltage Vr of the AC power supply 1 decreases. FIG. 12 is a diagram illustrating the voltage Vu output from the power conversion device and the voltage Vload applied to the load 6 when the voltage Vr of the AC power supply 1 decreases.

昇圧動作において交流電圧Vuの正側半波を出力するとき、この電力変換装置は、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S1を交互にオンオフする。この動作により、交流電源1の電圧にコンデンサCpの電圧Vpが加算された電圧が出力される。また、交流電圧Vuの負側半波を出力するとき、この電力変換装置は、スイッチング素子Q2とスイッチ素子S2を交互にオンオフする。この動作により、交流電源1の電圧にコンデンサCnの電圧Vnが加算された電圧が出力される。   When the positive half wave of the AC voltage Vu is output in the step-up operation, the power conversion device alternately turns on and off the switching element Q1 and the switching element S1. By this operation, a voltage obtained by adding the voltage Vp of the capacitor Cp to the voltage of the AC power supply 1 is output. Further, when outputting the negative half wave of the AC voltage Vu, the power conversion device alternately turns on and off the switching element Q2 and the switching element S2. By this operation, a voltage obtained by adding the voltage Vn of the capacitor Cn to the voltage of the AC power supply 1 is output.

また、この電力変換装置は、交流電源1の電圧Vrが上昇したとき、降圧動作を行うことにより、所定の交流電圧を出力する。降圧動作において、交流電圧Vuの正側半波を出力するとき、スイッチ素子S1、S3を交互にオンオフする。また、交流電圧Vuの負側半波を出力するとき、この電力変換装置は、スイッチ素子S2,S4を交互にオンオフする。   In addition, when the voltage Vr of the AC power supply 1 rises, this power conversion device outputs a predetermined AC voltage by performing a step-down operation. In the step-down operation, when the positive half wave of the AC voltage Vu is output, the switch elements S1 and S3 are alternately turned on and off. Further, when outputting the negative half wave of the AC voltage Vu, the power conversion device alternately turns on and off the switch elements S2 and S4.

また、交流電源1が停電したとき、この電力換装置は、バックアップ動作を行うことにより、所定の交流電圧を出力する。バックアップ動作において交流電圧Vuの正側半波を出力するとき、この電力変換装置は、スイッチング素子Q1,Q2を交互にオンオフする。また、この電力変換装置は、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S3とを交互にオンオフすることによっても、交流電圧Vuの正側半波を出力することができる。また、交流電圧Vuの負側半波を出力するとき、この電力変換装置は、スイッチング素子Q1,Q2を交互にオンオフする。また、この電力変換装置は、スイッチング素子Q2とスイッチ素子S4とを交互にオンオフすることによっても、交流電圧Vuの負側半波を出力することができる。図13は、このバックアップ動作時に、この電力変換装置から出力される電圧Vuと負荷6に印加される電圧Vloadの一例を示す図である。   Further, when the AC power supply 1 fails, this power conversion device outputs a predetermined AC voltage by performing a backup operation. When the positive half wave of AC voltage Vu is output in the backup operation, this power converter turns on and off switching elements Q1 and Q2 alternately. The power converter can also output the positive half wave of the AC voltage Vu by alternately turning on and off the switching element Q1 and the switching element S3. Moreover, when outputting the negative half wave of AC voltage Vu, this power converter turns on and off switching elements Q1 and Q2 alternately. The power converter can also output the negative half wave of the AC voltage Vu by alternately turning on and off the switching element Q2 and the switching element S4. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the voltage Vu output from the power converter and the voltage Vload applied to the load 6 during the backup operation.

また、この電力変換装置は、直送動作を行うとき、スイッチ素子S1,S2をオンして、交流電源1の電圧を出力する。   Further, when performing this direct transmission operation, the power conversion device turns on the switch elements S1 and S2 and outputs the voltage of the AC power supply 1.

出力電圧Vuに含まれる高調波成分は、フィルタ回路5で除去される。したがって、フィルタ回路5からは、出力電圧Vuの基本波成分である電圧Vloadが出力される。   The harmonic component contained in the output voltage Vu is removed by the filter circuit 5. Therefore, the filter circuit 5 outputs a voltage Vload that is a fundamental wave component of the output voltage Vu.

特開平10−075581号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-075581 国際公開WO2012/067167A1International Publication WO2012 / 067167A1

上記の電力変換装置は、出力電流の最大値を、スイッチング素子およびスイッチ素子が制御できる電流の範囲内に制限しなければならない。この出力電流は、基本波電流にリプル電流を加えた電流である。   The above power converter must limit the maximum value of the output current within a range of current that can be controlled by the switching element and the switching element. This output current is a current obtained by adding a ripple current to the fundamental wave current.

一方、この電力変換装置は、昇圧動作及びバックアップ動作において、スイッチング素子Q1,Q2を同じ周波数でオンオフ動作させる。リアクトルLf1に印加される電圧の変化幅は、バックアップ動作のように直流電源の電圧のみを用いて交流電圧を出力するときに最大となる。したがって、バックアップ動作時に、リアクトルLf1に流れるリプル電流が最大になる。すなわち、スイッチング素子Q1,Q2が制御する電流は、バックアップ動作時に最大となる。そのため、バックアップ動作時の条件でリプル電流が所定値になるように、リアクトルLf1のインダクタンス値が決定されるのが一般的である。   On the other hand, this power conversion device turns on and off switching elements Q1 and Q2 at the same frequency in the step-up operation and the backup operation. The change width of the voltage applied to the reactor Lf1 is maximized when the AC voltage is output using only the voltage of the DC power source as in the backup operation. Therefore, the ripple current flowing through reactor Lf1 is maximized during the backup operation. That is, the current controlled by switching elements Q1 and Q2 is maximized during the backup operation. Therefore, the inductance value of reactor Lf1 is generally determined so that the ripple current becomes a predetermined value under the conditions during the backup operation.

しかしながら、このようにして決めたリアクトルLf1のインダクタンス値は、昇圧動作時に必要とされるインダクタンス値に比べて、大きな値となる。リアクトルLf1のインダクタンス値を大きくするためには、コイルの巻数を増やす必要がある。コイルの巻数を増やすと、コイルの導体抵抗が増加し、リアクトルLf1の銅損が増加する。その結果、電力変換装置の効率が低下するという問題が生じる。また、リアクトルLf1が大きくなることにともない、電力変換装置が大型化するという問題がある。   However, the inductance value of reactor Lf1 determined in this way is a larger value than the inductance value required during the boosting operation. In order to increase the inductance value of the reactor Lf1, it is necessary to increase the number of turns of the coil. When the number of turns of the coil is increased, the conductor resistance of the coil is increased and the copper loss of the reactor Lf1 is increased. As a result, there arises a problem that the efficiency of the power converter decreases. Moreover, there exists a problem that a power converter device enlarges with the reactor Lf1 becoming large.

本発明は、このような従来技術が有している問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、リアクトルLf1のインダクタンス値を増加させることなく、直流電源の電圧のみを用いて交流電圧を出力する動作モード時のインバータ出力電流の最大値を、昇圧動作および降圧動作時のインバータ出力電流の最大値と略同じになるように、またはこれらの最大値より小さくなるようにすることができる電力変換装置を提供することである。   The present invention has been made to solve such problems of the prior art. That is, the object of the present invention is to increase the maximum value of the inverter output current in the operation mode in which the AC voltage is output using only the voltage of the DC power supply without increasing the inductance value of the reactor Lf1, during the step-up operation and the step-down operation. It is an object of the present invention to provide a power converter that can be made substantially the same as or smaller than the maximum value of the inverter output current.

上記目的を達成するため、本発明は、第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備える電力変換装置に適用される。   In order to achieve the above object, the present invention has one end connected to the voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and the connection point of the first and second DC power supplies. It is applied to a power converter provided with an inverter that outputs a predetermined AC voltage using a voltage of an AC power source.

このインバータは、スイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチとリアクトルとを有している。スイッチング素子直列回路は、第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、直流電源直列回路の両端に接続される。第1の双方向スイッチは、一端が第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が交流電源の他端と接続される。リアクトルは、第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続される。   This inverter has a switching element series circuit, a first bidirectional switch, and a reactor. The switching element series circuit is formed by connecting first and second switching elements in series, and is connected to both ends of the DC power supply series circuit. One end of the first bidirectional switch is connected to a connection point between the first and second switching elements, and the other end is connected to the other end of the AC power supply. The reactor is connected between the connection point of the first and second switching elements and the load.

そして、この電力変換装置は、第1の制御モードと第2の制御モードと第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで、インバータを動作させることを特徴とする。第1の制御モードは、交流電源の電圧と直流電源直列回路の電圧とを用いて交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する制御モードである。第2の制御モードは、交流電源の電圧と直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも交流電源の電圧を用いることによって交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する制御モードである。第3の制御モードは、直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する制御モードである。   And this electric power converter is at least 1st control mode, 2nd control mode, and 3rd control mode among 1st control mode, 2nd control mode, and 3rd control mode. The inverter is operated in two or more control modes including. The first control mode is a control mode in which a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply is generated using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit. The second control mode is a control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply among the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit. The third control mode is a control mode in which a predetermined AC voltage is generated using the voltage of the DC power supply series circuit.

さらに、この電力変換装置は、第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させる周波数を、第1の制御モードのとき第1の周波数とし、第2の制御モードのとき第2の周波数とする。そして、この電力変換装置は、第3の制御モードのとき、第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させる周波数を、第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とすることを特徴としている。   Further, in this power conversion device, the frequency at which the first and second switching elements are turned on / off is the first frequency in the first control mode and the second frequency in the second control mode. In the power converter, in the third control mode, the frequency for turning on and off the first and second switching elements is set to a third frequency higher than the first and second frequencies. It is said.

この電力変換装置のインバータは、さらに、第1と第2のスイッチング素子の接続点と第1と第2の直流電源の接続点との間に接続される第2の双方向スイッチを備える構成を採ることもできる。   The inverter of the power converter further includes a second bidirectional switch connected between the connection point of the first and second switching elements and the connection point of the first and second DC power supplies. It can also be taken.

そして、この電力変換装置は、第1と第2の直流電源の電圧を、交流電源の電圧を用いて作られる電圧であって、かつ交流電源の電圧の振幅値よりも大きい電圧とすることができる。   In this power converter, the voltages of the first and second DC power supplies are voltages generated using the voltage of the AC power supply and are larger than the amplitude value of the voltage of the AC power supply. it can.

また、本発明に係る電力変換装置は、インバータが第1または第2の制御モードのいずれかの制御モードと第3の制御モードとを有して動作するとき、第3の周波数を次のように定めることができる。   The power conversion device according to the present invention, when the inverter operates in either the first control mode or the second control mode and the third control mode, sets the third frequency as follows: Can be determined.

まず、この電力変換装置は、第3の制御モード時のインバータ出力電流の最大値が、第1または第2の制御モードにおいてインバータが出力する電流の最大値と略同じになるように、またはこの最大値より小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。   First, the power converter is configured such that the maximum value of the inverter output current in the third control mode is substantially the same as the maximum value of the current output by the inverter in the first or second control mode, or The third frequency can be determined to be smaller than the maximum value.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流が、その位相の近傍において第1または第2の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流と略同じ大きさになるように、またはこのリプル電流より小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, in the power conversion device, the ripple current included in the inverter output current in the third control mode near the phase where the fundamental wave of the inverter output current becomes maximum is the first or second near the phase. The third frequency can be determined so as to be substantially the same as the ripple current included in the inverter output current in the control mode or smaller than the ripple current.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時にリアクトルに印加される電圧変化幅を、その位相の近傍において第1または第2の制御モード時にリアクトルに印加される電圧変化幅で除して得られる係数を、第1の周波数に乗じて得られる周波数と略同じになるように、またはこの周波数より大きくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, the power conversion device can change the voltage change width applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current becomes maximum, and the first or second control in the vicinity of the phase. The third frequency so that the coefficient obtained by dividing the voltage change applied to the reactor in the mode is substantially the same as the frequency obtained by multiplying the first frequency, or is larger than this frequency. Can be determined.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時にリアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差が、その位相の近傍において第1または第2の制御モード時にリアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差と略同じになるように、またはこの電圧時間積の差より小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, in the power converter, in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum, the difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the third control mode is The first and second control modes in the vicinity are substantially equal to or smaller than the difference between the voltage and time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the first or second control mode. Three frequencies can be defined.

また、本発明に係る電力変換装置は、インバータが第1と第2と第3の制御モードを有して動作するとき、第3の周波数を次のように定めることができる。
まず、この電力変換装置は、第3の制御モード時のインバータ出力電流の最大値が、第1と第2の制御モード時のインバータ出力電流のいずれかの最大値と略同じ大きさとなるように、またはこの最大値よりも小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。
Moreover, the power converter device which concerns on this invention can determine a 3rd frequency as follows, when an inverter operate | moves having a 1st, 2nd and 3rd control mode.
First, in the power converter, the maximum value of the inverter output current in the third control mode is approximately the same as the maximum value of any one of the inverter output currents in the first and second control modes. Alternatively, the third frequency can be determined to be smaller than this maximum value.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流が、その位相の近傍において第1と第2の制御モード時のインバータ出力電流のいずれかに含まれるリプル電流と略同じ大きさとなるように、またはこのリプル電流よりも小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, in the power conversion device, the ripple current included in the inverter output current in the third control mode near the phase where the fundamental wave of the inverter output current becomes maximum is the first and second in the vicinity of the phase. The third frequency can be determined so as to be substantially the same as the ripple current included in any of the inverter output currents in the control mode, or to be smaller than the ripple current.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時にリアクトルに印加される電圧変化幅を、その位相の近傍において第1と第2の制御モード時にリアクトルに印加される電圧変化幅のいずれかで除して得られる係数を、第1の周波数に乗じて得られる周波数と略同じになるように、またはこの周波数より大きくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, the power conversion device can provide a voltage change width applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum, and the first and second controls in the vicinity of the phase. The coefficient obtained by dividing by one of the voltage change widths applied to the reactor in the mode is substantially the same as the frequency obtained by multiplying the first frequency, or is larger than this frequency. Three frequencies can be defined.

あるいは、この電力変換装置は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において第3の制御モード時にリアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差が、その位相の近傍において第1と第2の制御モード時にリアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差のいずれかと略同じとなるように、またはこの電圧時間積の差より小さくなるように、第3の周波数を定めることができる。   Alternatively, in the power converter, in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum, the difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the third control mode is To be substantially the same as or smaller than the difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the vicinity in the first and second control modes. The third frequency can be determined.

本発明によれば、リアクトルのインダクタンス値を増加させることなく、直流電源の電圧のみを用いて交流電圧を出力する動作モード時のインバータ出力電流の最大値を、昇圧動作および降圧動作時のインバータ出力電流の最大値と略同じになるように、またはこれらの最大値より小さくなるようにすることができる。   According to the present invention, the maximum value of the inverter output current in the operation mode in which the AC voltage is output using only the voltage of the DC power supply without increasing the inductance value of the reactor is set as the inverter output during the boosting operation and the bucking operation. It can be made to be substantially the same as the maximum value of the current or smaller than these maximum values.

本発明を適用した第1の実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circuit structure of the power converter device which concerns on 1st Embodiment to which this invention is applied. インバータ回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of an inverter circuit. 昇圧モードの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a pressure | voltage rise mode. バックアップモードの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of backup mode. キャリア信号の切り替わりを説明するための図である。It is a figure for demonstrating switching of a carrier signal. 本発明を適用した第2の実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the circuit structure of the power converter device which concerns on 2nd Embodiment to which this invention is applied. インバータ回路の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of an inverter circuit. 昇圧モードの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of a pressure | voltage rise mode. バックアップモードの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of backup mode. 従来技術に係る電力変換装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the power converter device which concerns on a prior art. 従来技術に係る電力変換装置の他の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other structure of the power converter device which concerns on a prior art. 従来技術に係る電力変換装置の昇圧モードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pressure | voltage rise mode of the power converter device which concerns on a prior art. 従来技術に係る電力変換装置のバックアップモードを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the backup mode of the power converter device which concerns on a prior art.

本発明を適用した電力変換装置の第1の実施形態を、図1〜図5を用いて説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明するための図である。図において、1は交流電源、2はコンデンサ、30は直流電源直列回路、41はインバータ回路、5はフィルタ回路、6は負荷、100は制御回路である。
1st Embodiment of the power converter device to which this invention is applied is described using FIGS.
FIG. 1 is a diagram for explaining a circuit configuration of the power conversion device according to the first embodiment. In the figure, 1 is an AC power supply, 2 is a capacitor, 30 is a DC power supply series circuit, 41 is an inverter circuit, 5 is a filter circuit, 6 is a load, and 100 is a control circuit.

交流電源1は、端子Rと端子Sとを有する単相交流電源である。交流電源1の端子Rと端子Sとの間に、コンデンサ2が接続される。   The AC power source 1 is a single-phase AC power source having a terminal R and a terminal S. A capacitor 2 is connected between the terminal R and the terminal S of the AC power supply 1.

直流電源直列回路30は、正側の直流電源Psp(第1の直流電源)と負側の直流電源Psn(第2の直流電源)とを直列接続してなる直流電源である。直流電源Pspと直流電源Psnの接続点は、中性点端子Oである。中性点端子Oは、直流電源直列回路30の中間電位を出力する端子である。交流電源1の電源端子Sは、この中性点端子Oに接続されている。
直流電源直列回路30は、例えば、図10に示したコンバータ回路3で構成することができる。また、交流電源1の電圧を用いて中間電位を含む3レベルの電位を出力することができれば、直流電源直列回路30は、他の方式によって構成された回路であってもよい。
The DC power supply series circuit 30 is a DC power supply formed by connecting a positive DC power supply Psp (first DC power supply) and a negative DC power supply Psn (second DC power supply) in series. A connection point between the DC power supply Psp and the DC power supply Psn is a neutral point terminal O. The neutral point terminal O is a terminal that outputs an intermediate potential of the DC power supply series circuit 30. The power supply terminal S of the AC power supply 1 is connected to the neutral point terminal O.
The DC power supply series circuit 30 can be configured by, for example, the converter circuit 3 shown in FIG. In addition, the DC power supply series circuit 30 may be a circuit configured by another method as long as a three-level potential including an intermediate potential can be output using the voltage of the AC power supply 1.

インバータ回路41は、スイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチとで構成されている。
スイッチング素子直列回路は、スイッチング素子Q1,Q2を直列接続した回路である。このスイッチング素子直列回路は、直流電源直列回路30の正側端子Pと負側端子Nの間に接続される。スイッチング素子Q1,Q2の直列接続点は、交流出力端子U(第1の交流出力端子)に接続されている。交流出力端子V(第2の交流出力端子)は、中性点端子Oに接続されている。
第1の双方向スイッチは、スイッチ素子S1,S2を逆並列接続した回路である。この第1の双方向スイッチは、交流出力端子Uと電源端子Rとの間に接続されている。具体的には、スイッチ素子S1のコレクタ端子側が電源端子Rに接続される。また、スイッチ素子S1のエミッタ端子側が交流出力端子Uに接続される。
The inverter circuit 41 includes a switching element series circuit and a first bidirectional switch.
The switching element series circuit is a circuit in which switching elements Q1 and Q2 are connected in series. This switching element series circuit is connected between the positive terminal P and the negative terminal N of the DC power supply series circuit 30. A series connection point of the switching elements Q1, Q2 is connected to an AC output terminal U (first AC output terminal). The AC output terminal V (second AC output terminal) is connected to the neutral point terminal O.
The first bidirectional switch is a circuit in which switch elements S1 and S2 are connected in antiparallel. The first bidirectional switch is connected between the AC output terminal U and the power supply terminal R. Specifically, the collector terminal side of the switch element S1 is connected to the power supply terminal R. The emitter terminal side of the switch element S1 is connected to the AC output terminal U.

交流出力端子U,Vは、フィルタ回路5を介して負荷6に接続される。フィルタ回路5は、リアクトルLf1とコンデンサCf1の直列回路で構成されている。負荷6は、コンデンサCf1の両端に接続される。   The AC output terminals U and V are connected to the load 6 through the filter circuit 5. The filter circuit 5 is constituted by a series circuit of a reactor Lf1 and a capacitor Cf1. The load 6 is connected to both ends of the capacitor Cf1.

ここで、スイッチング素子Q1,Q2は、ダイオードが逆並列に接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。しかし、スイッチング素子Q1,Q2は、このように構成された素子に限られない。スイッチング素子Q1,Q2は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)など、交流電源1の周波数に対して数10倍以上の高い周波数でオンオフ動作ができる他の半導体素子を用いて構成しても良い。   Here, the switching elements Q1 and Q2 are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) in which diodes are connected in antiparallel. However, the switching elements Q1 and Q2 are not limited to the elements configured as described above. The switching elements Q1 and Q2 may be configured using other semiconductor elements such as MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) that can be turned on and off at a frequency several tens of times higher than the frequency of the AC power supply 1. .

双方向スイッチは、一方のスイッチ素子をオンすることによって一方向に電流を流すことができる。また、双方向スイッチは、他方のスイッチ素子をオンすることによって他方向に電流を流すことができる。なお、双方向スイッチは、このような機能を発揮することができれば、他の構成によるものであっても良い。   The bidirectional switch can pass a current in one direction by turning on one of the switch elements. In addition, the bidirectional switch can flow current in the other direction by turning on the other switch element. Note that the bidirectional switch may have another configuration as long as such a function can be exhibited.

上記電力変換装置において、直流電源直列回路30の正側端子Pは、直流電源Pspの正電位(以下、正電圧Vpという。)を出力する。直流電源直列回路30の負側端子Nは、直流電源Psnの負電位(以下、負電圧Vnという。)を出力する。交流電源1の電源端子Rは、交流電源1の電圧Vrを出力する。   In the power converter, the positive terminal P of the DC power supply series circuit 30 outputs the positive potential of the DC power supply Psp (hereinafter referred to as the positive voltage Vp). The negative terminal N of the DC power supply series circuit 30 outputs a negative potential (hereinafter referred to as a negative voltage Vn) of the DC power supply Psn. The power supply terminal R of the AC power supply 1 outputs the voltage Vr of the AC power supply 1.

インバータ回路41は、スイッチング素子Q1に電流を流すことで、交流出力端子U−V間以下、交流出力端子U−V間という。)に、正電圧Vpを出力する。また、インバータ回路41は、スイッチング素子Q2に電流を流すことで、交流出力端子U−V間に、負電圧Vnを出力する。また、インバータ回路41は、スイッチ素子S1,S2のいずれかに電流を流すことで、交流出力端子U−V間に、交流電源の電圧Vrを出力する。そして、インバータ回路41は、スイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1,S2のオンオフ動作を制御することによって、交流出力端子U−V間に、単相の交流電圧Vuを出力する。   The inverter circuit 41 is referred to as “between the AC output terminals U and V” or “between the AC output terminals U and V” by passing a current through the switching element Q1. ) To output a positive voltage Vp. Further, the inverter circuit 41 outputs a negative voltage Vn between the AC output terminals U-V by causing a current to flow through the switching element Q2. Further, the inverter circuit 41 outputs the voltage Vr of the AC power supply between the AC output terminals U-V by causing a current to flow through one of the switch elements S1 and S2. The inverter circuit 41 outputs a single-phase AC voltage Vu between the AC output terminals U-V by controlling the on / off operation of the switching elements Q1, Q2 and the switch elements S1, S2.

ここで、本実施形態に係る電力変換装置は、少なくとも第1と第2と第3の制御モードを備えている。
第1の制御モードは、交流電源1の電圧Vrと直流電源直列回路30の電圧Vp,Vnを用いて、交流電圧Vrよりも高い所定の交流電圧Vuを出力するモードである。この第1の制御モードは、一般に、昇圧モードといわれる。昇圧モードでは、交流電源1の電圧が所定値以下に低下したとき、交流電源の電圧Vrに直流電源直列回路30の電圧Vp,Vnを重畳して、出力電圧Vuが所定電圧に維持される。
Here, the power converter according to the present embodiment includes at least first, second, and third control modes.
The first control mode is a mode in which a predetermined AC voltage Vu higher than the AC voltage Vr is output using the voltage Vr of the AC power supply 1 and the voltages Vp and Vn of the DC power supply series circuit 30. This first control mode is generally referred to as a boost mode. In the boost mode, when the voltage of the AC power supply 1 drops below a predetermined value, the voltages Vp and Vn of the DC power supply series circuit 30 are superimposed on the voltage Vr of the AC power supply, and the output voltage Vu is maintained at the predetermined voltage.

第2の制御モードは、交流電源1の電圧Vrと直流電源直列回路30の電圧Vp,Vnのうち少なくとも交流電圧Vrを用いて、交流電圧Vrよりも低い所定の交流電圧Vuを出力するモードである。この第2の制御モードは、一般に、降圧モードといわれる。
すなわち、第1と第2の制御モードは、交流電源1の電圧Vrが変動したとき、出力を所定電圧Vuに維持するための電圧補償モードである。
The second control mode is a mode for outputting a predetermined AC voltage Vu lower than the AC voltage Vr by using at least the AC voltage Vr among the voltage Vr of the AC power source 1 and the voltages Vp and Vn of the DC power source series circuit 30. is there. This second control mode is generally referred to as a step-down mode.
That is, the first and second control modes are voltage compensation modes for maintaining the output at the predetermined voltage Vu when the voltage Vr of the AC power supply 1 fluctuates.

第3の制御モードは、直流電源直列回路30の電圧Vp,Vnを用いて、所定の交流電圧Vuを出力するモードである。交流電源1が停電したとき、電力変換装置は、第3の制御モードの1つであるバックアップモードで動作する。なお、第3の制御モードには、交流電源1が健全な状態で、直流電源直列回路30の電圧Vp,Vnを用いて所定の交流電圧Vuを出力するモードも含まれる。   The third control mode is a mode in which a predetermined AC voltage Vu is output using the voltages Vp and Vn of the DC power supply series circuit 30. When the AC power supply 1 fails, the power converter operates in a backup mode that is one of the third control modes. Note that the third control mode includes a mode in which a predetermined AC voltage Vu is output using the voltages Vp and Vn of the DC power supply series circuit 30 while the AC power supply 1 is in a healthy state.

また、本実施形態に係る電力変換装置は、交流電源1の電圧Vrをそのまま出力する直送モードも備えている。しかし、このモードは本発明に関係しないので、その説明を省略する。   The power converter according to the present embodiment also includes a direct transmission mode that outputs the voltage Vr of the AC power supply 1 as it is. However, since this mode is not related to the present invention, its description is omitted.

本実施形態では、各制御モードにおいてスイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2をオンオフさせる動作は、制御期間ごとに行われる。この制御期間は、各素子をオンオフ動作させる周波数に対応した期間である。   In the present embodiment, the operation of turning on / off the switching elements Q1, Q2 and the switching elements S1, S2 in each control mode is performed for each control period. This control period is a period corresponding to the frequency at which each element is turned on and off.

また、この実施形態に係る電力変換装置は、各制御期間において、第1と第2の素子を定める。第1と第2の素子は、各制御モードとその動作条件に基づいて、スイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1,S2の中から予め選択された素子である。第1と第2の素子は、各制御期間において、交互にオンオフする。第1の素子がオンすると、交流出力端子U−V間に第1の電圧が出力される。また、第2の素子がオンすると、交流出力端子U−V間に第2の電圧が出力される。各制御期間において、この2レベルの電圧からなる電圧Vuは、交流電圧指令Vuに対応する電圧である。Moreover, the power converter device which concerns on this embodiment defines the 1st and 2nd element in each control period. The first and second elements are elements previously selected from the switching elements Q1 and Q2 and the switch elements S1 and S2 based on each control mode and its operating conditions. The first and second elements are alternately turned on and off in each control period. When the first element is turned on, the first voltage is output between the AC output terminals U-V. Further, when the second element is turned on, a second voltage is output between the AC output terminals U-V. In each control period, the voltage Vu composed of the two-level voltage is a voltage corresponding to the AC voltage command Vu * .

インバータ回路41は、第1の制御モードのとき、第1の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。第1の周波数は、スイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1,S2が制御できる最大電流ImとリアクトルLf1のインダクタンス値に基づいて定められている。以下では、これらの素子が制御できる最大電流を、可制御電流Imとする。   The inverter circuit 41 alternately turns on and off the first and second elements at the first frequency in the first control mode. The first frequency is determined based on the maximum current Im that can be controlled by the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 and S2 and the inductance value of the reactor Lf1. Hereinafter, the maximum current that can be controlled by these elements is referred to as a controllable current Im.

インバータ回路41は、第2の制御モードのとき、第2の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。第2の周波数は、可制御電流ImとリアクトルLf1のインダクタンス値に基づいて定められている。
出力電流Iuの最大値が可制御電流Imより小さければ、第1と第2の周波数は、同じ周波数であっても良く、また異なる周波数であってもよい。
The inverter circuit 41 alternately turns on and off the first and second elements at the second frequency in the second control mode. The second frequency is determined based on the controllable current Im and the inductance value of the reactor Lf1.
If the maximum value of the output current Iu is smaller than the controllable current Im, the first and second frequencies may be the same frequency or different frequencies.

インバータ回路41は、第3の制御モードのとき、第3の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。各制御期間において、第1と第2の電圧の変化幅は、第3の制御モードのときに最大になる。したがって、第3の周波数を第1と第2周波数のうち高い方の周波数と同じにすると、出力電流Iuのリプル電流は、第3の制御モードのときに最大になる。
そこで、第3の周波数を、第1と第2周波数のうち高い方の周波数よりも所定倍高い周波数に設定する。このようにすることにより、第3の制御モード時の出力電流Iuの最大値を、第1と第2の制御モード時の出力電流Iuの最大値と略同じかまたはこれらの最大値よりも小さくすることができる。
In the third control mode, the inverter circuit 41 turns on and off the first and second elements alternately at the third frequency. In each control period, the change width of the first and second voltages is maximized in the third control mode. Therefore, when the third frequency is made the same as the higher one of the first and second frequencies, the ripple current of the output current Iu is maximized in the third control mode.
Therefore, the third frequency is set to a frequency that is a predetermined multiple higher than the higher one of the first and second frequencies. In this way, the maximum value of the output current Iu in the third control mode is substantially the same as or smaller than the maximum value of the output current Iu in the first and second control modes. can do.

以下では、昇圧モード(第1の制御モード)時とバックアップモード(第3の制御モード)時の電力変換装置の動作を用いて、本発明の説明をする。なお、降圧モード(第2の制御モード)時と第3の制御モード時の電力変換装置の動作の関係も、同様に考えることができる。   Hereinafter, the present invention will be described using operations of the power conversion device in the boost mode (first control mode) and the backup mode (third control mode). The relationship between the operations of the power conversion device in the step-down mode (second control mode) and in the third control mode can be considered in the same way.

まず、図2、図3を用いて、昇圧モード時のインバータ回路41の動作を説明する。
図2は、インバータ回路41が昇圧モードで動作するときのスイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1,S2の制御信号を説明するための図である。制御回路100は、昇圧モードに属する各制御期間において、交流電圧指令Vuと交流電源1の電圧Vrの関係から、各素子の制御信号を生成する。
First, the operation of the inverter circuit 41 in the boost mode will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram for explaining control signals of switching elements Q1, Q2 and switching elements S1, S2 when inverter circuit 41 operates in the boost mode. The control circuit 100 generates a control signal for each element from the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr of the AC power supply 1 in each control period belonging to the boost mode.

図において、「VrとVuの関係」欄は、「δ(領域)」欄に示す領域を判定するための条件を示している。「δ(領域)」欄は、「VrとVuの関係」欄の条件で判定した領域を示している。「α(パルス幅指令)」欄は、後述する第1の素子のパルス幅指令αを算出するための式を示している。「制御信号」欄は、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2の制御信号G1,G2およびGs1,Gs2の状態を示している。In the figure, the “Relationship between Vr and Vu * ” column shows conditions for determining the region shown in the “δ (region)” column. The “δ (region)” column indicates a region determined under the condition of the “Relationship between Vr and Vu * ” column. The column “α (pulse width command)” shows an equation for calculating a pulse width command α of the first element described later. The “control signal” column shows the states of the control signals G1, G2 and Gs1, Gs2 of the switching elements Q1, Q2 and the switching elements S1, S2.

電力変換装置は、次のように領域を判定するとともに、各素子の制御信号G1,G2およびGs1,Gs2の状態を定める。
交流電圧指令Vuと電圧Vrの関係が、Vu>Vrのとき、当該制御期間を領域11とする。領域11は、インバータ回路41が電圧Vuの正側半波を出力するための領域である。
また、交流電圧指令Vuと電圧Vrの関係が、Vu≦Vrのとき、当該制御期間を領域12とする。領域12は、インバータ回路41が電圧Vuの負側半波を出力するための領域である。
The power conversion device determines a region as follows and determines the states of the control signals G1, G2 and Gs1, Gs2 of each element.
When the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr is Vu * > Vr, the control period is set as the region 11. The region 11 is a region for the inverter circuit 41 to output the positive half wave of the voltage Vu.
Further, when the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr is Vu * ≦ Vr, the control period is set as the region 12. The region 12 is a region for the inverter circuit 41 to output the negative half wave of the voltage Vu.

領域11および領域12におけるパルス幅指令αは次式(1),(2)を用いて算出される。   The pulse width command α in the regions 11 and 12 is calculated using the following equations (1) and (2).

なお、領域11,12のそれぞれにおいて、第1の素子として選択される素子と第2の素子として選択される素子は、予め定められている。また、オンアーム素子またはオフアーム素子となる素子も、予め定められている。   In each of the regions 11 and 12, the element selected as the first element and the element selected as the second element are determined in advance. In addition, elements to be on-arm elements or off-arm elements are also determined in advance.

図2において、「Hon」は、第1の素子に選択された素子の制御信号を示す。「Lon」は、第2の素子に選択された素子の制御信号を示す。制御信号「Lon」は、制御信号「Hon」のハイレベルとローレベルを反転した信号である。「H」は、オンアーム素子に選択された素子の制御信号を示す。「L」は、オフアーム素子に選択された素子の制御信号を示す。各信号がハイレベルのとき、対応する素子がオンする。また、各信号がローレベルのとき、対応する素子がオフする。   In FIG. 2, “Hon” indicates a control signal of the element selected as the first element. “Lon” indicates a control signal of the element selected as the second element. The control signal “Lon” is a signal obtained by inverting the high level and the low level of the control signal “Hon”. “H” indicates a control signal of the element selected as the on-arm element. “L” indicates a control signal of the element selected as the off-arm element. When each signal is at a high level, the corresponding element is turned on. When each signal is at a low level, the corresponding element is turned off.

当該制御期間が領域11のとき、スイッチング素子Q1が第1の素子に選択され、スイッチ素子S2が第2の素子に選択される。また、スイッチ素子S1がオンアーム素子に選択され、スイッチング素子Q2がオフアーム素子に選択される。したがって、領域11における制御信号G1が「Hon」、制御信号Gs2が「Lon」となる。また、制御信号Gs1が「H」、制御信号G2が「L」となる。   When the control period is the region 11, the switching element Q1 is selected as the first element, and the switch element S2 is selected as the second element. Further, the switch element S1 is selected as an on-arm element, and the switching element Q2 is selected as an off-arm element. Therefore, the control signal G1 in the region 11 is “Hon”, and the control signal Gs2 is “Lon”. Further, the control signal Gs1 becomes “H” and the control signal G2 becomes “L”.

また、当該制御期間が領域12のとき、スイッチング素子Q2が第1の素子に選択され、スイッチ素子S1が第2の素子に選択される。また、スイッチ素子S2がオンアーム素子に選択され、スイッチング素子Q1がオフアーム素子に選択される。したがって、領域12における制御信号G2が「Hon」、制御信号Gs1が「Lon」となる。また、制御信号Gs2が「H」、制御信号G1が「L」となる。   When the control period is the region 12, the switching element Q2 is selected as the first element, and the switch element S1 is selected as the second element. Further, the switch element S2 is selected as an on-arm element, and the switching element Q1 is selected as an off-arm element. Therefore, the control signal G2 in the region 12 is “Hon”, and the control signal Gs1 is “Lon”. Further, the control signal Gs2 becomes “H” and the control signal G1 becomes “L”.

次に、図3を用いて、領域11において、インバータ回路41が電圧Vuの正側半波を出力するときの動作を説明する。なお、領域12においてインバータ回路41が電圧Vuの負側半波を出力するときの動作は、領域11における動作と同様に考えることができるので、その説明を省略する。   Next, the operation when the inverter circuit 41 outputs the positive half wave of the voltage Vu in the region 11 will be described with reference to FIG. Note that the operation when the inverter circuit 41 outputs the negative half wave of the voltage Vu in the region 12 can be considered in the same manner as the operation in the region 11, and the description thereof is omitted.

領域11では、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2が交互にオンオフ動作をする。スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2がオンオフする周波数を周波数f1A(第1の周波数)とする。また、周波数f1Aの周期をT1Aとする。   In the region 11, the switching element Q1 and the switching element S2 are alternately turned on / off. A frequency at which the switching element Q1 and the switching element S2 are turned on and off is a frequency f1A (first frequency). Further, the period of the frequency f1A is T1A.

図3(a)は、当該制御期間が領域11のときの第1の素子の制御信号「Hon」を示している。制御信号「Hon」は、当該制御期間T1Aにおいて、時間T1AHの間オンし、その後、時間T1ALの間オフする信号である。時間T1AHは、上記式(1)によって算出されるパルス幅指令αに対応する時間である。例えば、時間T1AHは、当該制御期間の周期T1Aにパルス幅指令αを乗じて得ることができる。
図3(b)〜(e)は、それぞれ、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2のオンオフ状態を示している。図3(b)と図3(d)において斜線を施した部分は、当該素子において電流Iuが流れている期間を示している。なお、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2が交互にオンオフするとき、両方の素子が同時にオフする休止期間が存在する。しかし、説明を簡単にするため、図3では、休止期間を省略して記載している。
FIG. 3A shows the control signal “Hon” of the first element when the control period is the region 11. The control signal “Hon” is a signal that is turned on for a time T1AH and then turned off for a time T1AL in the control period T1A. The time T1AH is a time corresponding to the pulse width command α calculated by the above equation (1). For example, the time T1AH can be obtained by multiplying the cycle T1A of the control period by the pulse width command α.
3B to 3E show the on / off states of the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 and S2, respectively. The hatched portions in FIG. 3B and FIG. 3D indicate the period during which the current Iu flows in the element. When the switching element Q1 and the switching element S2 are alternately turned on / off, there is a rest period in which both elements are turned off at the same time. However, in order to simplify the explanation, the rest period is omitted in FIG.

当該制御期間において、交流出力端子U−V間には、図3(f)に示す電圧Vuが出力される。電圧Vuは、当該制御期間T1Aの始点から時間T1AHの間正電圧Vpとなり、その後、時間T1ALの間交流電源1の電圧Vrになる。当該制御期間において、交流出力端子U−V間に出力される電圧Vuの平均値は、交流電圧指令Vuに等しい。During the control period, the voltage Vu shown in FIG. 3F is output between the AC output terminals U-V. The voltage Vu becomes a positive voltage Vp during the time T1AH from the start point of the control period T1A, and then becomes the voltage Vr of the AC power supply 1 during the time T1AL. During the control period, the average value of the voltage Vu output between the AC output terminals U-V is equal to the AC voltage command Vu * .

また、インバータ回路41から、図3(g)に示す電流Iuが出力される。電流Iuは、時間T1AHの間、直流電源直列回路30の正側端子P→スイッチング素子Q1→フィルタ回路5および負荷6→直流電源直列回路30の中性点端子Oの経路R1AHを流れる。このとき、電流Iuは漸増する。電流Iuは、時間T1ALの間、フィルタ回路5および負荷6→交流電源1→スイッチ素子S1→フィルタ回路5および負荷6の経路R1ALを流れる。このとき、電流Iuは漸減する。   In addition, the inverter circuit 41 outputs a current Iu shown in FIG. The current Iu flows through the path R1AH of the neutral point terminal O of the positive side terminal P of the DC power supply series circuit 30 → the switching element Q1 → the filter circuit 5 and the load 6 → DC power supply series circuit 30 for the time T1AH. At this time, the current Iu gradually increases. Current Iu flows through path R1AL of filter circuit 5 and load 6 → AC power supply 1 → switch element S1 → filter circuit 5 and load 6 for time T1AL. At this time, the current Iu gradually decreases.

以上の動作を各制御期間で行うことにより、電力変換装置は、交流電圧指令Vuに対応する交流電圧Vuを出力し、負荷に電力を供給することができる。By performing the above operation in each control period, the power converter can output the AC voltage Vu corresponding to the AC voltage command Vu * and supply power to the load.

ここで、電流Iuは、上述のとおり、リアクトルLf1を流れる。そして、電流Iuの最大値と最小値との差が、リプル電流Ir1Aである。このリプル電流Ir1Aの最大値は、電流Iuが可制御電流Imより小さくなるように定められている。
このリプル電流Ir1Aは、リアクトルLf1のインダクタンス値およびリアクトルLf1に印加される電圧Vp,Vrとそれぞれの印加時間T1AH,T1ALによって定まる。また、リアクトルLf1に印加される電圧の印加時間は、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2がオンオフする周波数f1Aに対応する。
Here, the current Iu flows through the reactor Lf1 as described above. The difference between the maximum value and the minimum value of the current Iu is the ripple current Ir1A. The maximum value of the ripple current Ir1A is determined such that the current Iu is smaller than the controllable current Im.
The ripple current Ir1A is determined by the inductance value of the reactor Lf1, the voltages Vp and Vr applied to the reactor Lf1, and the respective application times T1AH and T1AL. The application time of the voltage applied to the reactor Lf1 corresponds to the frequency f1A at which the switching element Q1 and the switching element S2 are turned on / off.

次に、図4を用いて、バックアップモード時に電圧Vuの正側半波を出力するときのインバータ回路41の動作を説明する。なお、インバータ回路41が電圧Vuの負側半波を出力するときの動作は、正側半波を出力する動作と同様に考えることができるので、その説明を省略する。
バックアップモードでは、スイッチング素子Q1,Q2が交互にオンオフ動作をする。スイッチング素子Q1,Q2がオンオフする周波数を周波数f1B(第3の周波数)とする。また、周波数f1Bの周期をT1Bとする。
Next, the operation of the inverter circuit 41 when the positive half wave of the voltage Vu is output in the backup mode will be described with reference to FIG. Note that the operation when the inverter circuit 41 outputs the negative half wave of the voltage Vu can be considered in the same manner as the operation of outputting the positive half wave, and the description thereof is omitted.
In the backup mode, the switching elements Q1, Q2 are alternately turned on / off. A frequency at which the switching elements Q1, Q2 are turned on / off is a frequency f1B (third frequency). The period of the frequency f1B is assumed to be T1B.

図4(a)は、電圧Vuの正側半波を出力する制御期間における第1の素子の制御信号「Hon」を示している。制御信号「Hon」は、当該制御期間T1Bにおいて、時間T1BHの間オンし、その後、時間T1BLの間オフする信号である。時間T1BHは、後述の式(3)によって算出されるパルス幅指令αに対応する時間である。例えば、時間T1BHは、当該制御期間の周期T1Bにパルス幅指令αを乗じて得ることができる。   FIG. 4A shows the control signal “Hon” of the first element in the control period in which the positive half wave of the voltage Vu is output. The control signal “Hon” is a signal that is turned on for a time T1BH and then turned off for a time T1BL in the control period T1B. The time T1BH is a time corresponding to a pulse width command α calculated by equation (3) described later. For example, the time T1BH can be obtained by multiplying the cycle T1B of the control period by the pulse width command α.

図4(b)〜(e)は、それぞれ、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2のオンオフ状態を示している。スイッチング素子Q1は、当該制御期間T1Bにおいて、制御信号Honに同期して、オンオフ動作を行う。スイッチング素子Q2およびスイッチ素子S1,S2はオフのままである。
図4(b)と図4(d)において斜線を施した部分は、当該素子において電流Iuが流れている期間を示している。
FIGS. 4B to 4E show the on / off states of the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 and S2, respectively. The switching element Q1 performs an on / off operation in synchronization with the control signal Hon in the control period T1B. The switching element Q2 and the switch elements S1 and S2 remain off.
In FIG. 4B and FIG. 4D, the hatched portion indicates a period during which the current Iu flows in the element.

バックアップモードにおいて、電圧Vuの正側半波と負側半波を出力するときのパルス幅指令αは次式(3),(4)を用いて算出される。   In the backup mode, the pulse width command α when the positive half wave and the negative half wave of the voltage Vu are output is calculated using the following equations (3) and (4).

当該制御期間において、交流出力端子U−V間には、図4(f)に示す電圧Vuが出力される。電圧Vuは、当該制御期間の始点から時間T1BHの間正電圧Vpとなり、その後、時間T1BLの間負電圧Vnになる。当該制御期間において、交流出力端子U−V間に出力される電圧Vuの平均値は、交流電圧指令Vuに等しい。During the control period, the voltage Vu shown in FIG. 4F is output between the AC output terminals U-V. The voltage Vu becomes a positive voltage Vp during the time T1BH from the start point of the control period, and then becomes a negative voltage Vn during the time T1BL. During the control period, the average value of the voltage Vu output between the AC output terminals U-V is equal to the AC voltage command Vu * .

また、インバータ回路41から、図4(g)に示す電流Iuが出力される。電流Iuは、時間T1BHの間、直流電源直列回路30の正側端子P→スイッチング素子Q1→フィルタ回路5および負荷6→直流電源直列回路30の中性点端子Oの経路R1BHを流れる。このとき、電流Iuは漸増する。電流Iuは、時間T1BLの間、フィルタ回路5および負荷6→直流電源Psn→スイッチング素子Q2のダイオード→フィルタ回路5および負荷6の経路R1BLを流れる。このとき、電流Iuは漸減する。この電流Iuの最大値と最小値との差が、リプル電流Ir1Bである。   Further, the inverter circuit 41 outputs a current Iu shown in FIG. The current Iu flows through the path R1BH of the neutral point terminal O of the positive side terminal P of the DC power supply series circuit 30 → the switching element Q1 → the filter circuit 5 and the load 6 → DC power supply series circuit 30 for the time T1BH. At this time, the current Iu gradually increases. Current Iu flows through path R1BL of filter circuit 5 and load 6 → DC power supply Psn → diode of switching element Q2 → filter circuit 5 and load 6 during time T1BL. At this time, the current Iu gradually decreases. The difference between the maximum value and the minimum value of the current Iu is the ripple current Ir1B.

以上の動作を各制御期間で行うことにより、電力変換装置は、交流電源1が停電しても、交流電圧指令Vuに対応する交流電圧Vuを出力することができる。By performing the above operation in each control period, the power conversion device can output the AC voltage Vu corresponding to the AC voltage command Vu * even if the AC power supply 1 fails.

ここで、電流Iuの基本波が最大となる位相の近傍に生じるリプル電流Ir1Bの増加を抑制する。そして、リプル電流Ir1Bが、昇圧モード時に同位相の近傍に生じるリプル電流Ir1Aと略同じになるようにする。そうすれば、バックアップモード時の電流Iuの最大値を、昇圧モード時の電流Iuの最大値と略同じにすることができる。
そのために、周波数f1Bを周波数f1Aよりも高い周波数に設定する。
例えば、バックアップモード時と昇圧モード時の当該制御期間における電圧変化幅の比に応じて、周波数f1Bを設定する。この場合、周波数f1Bを次式(5)で算出する。
Here, an increase in the ripple current Ir1B that occurs near the phase where the fundamental wave of the current Iu is maximum is suppressed. The ripple current Ir1B is set to be substantially the same as the ripple current Ir1A generated in the vicinity of the same phase in the boost mode. Then, the maximum value of current Iu in the backup mode can be made substantially the same as the maximum value of current Iu in the boost mode.
Therefore, the frequency f1B is set to a frequency higher than the frequency f1A.
For example, the frequency f1B is set according to the ratio of the voltage change width in the control period in the backup mode and the boost mode. In this case, the frequency f1B is calculated by the following equation (5).

このように周波数f1Bを設定すれば、時間T1BHが周波数f1Bに逆比例して短くなるため、リプル電流Ir1Bの増加を抑制することができる。したがって、リプル電流Ir1Bがリプル電流Ir1Aと略同じになるように、周波数f1Bを設定すればよい。   If the frequency f1B is set in this way, the time T1BH is shortened in inverse proportion to the frequency f1B, so that an increase in the ripple current Ir1B can be suppressed. Therefore, the frequency f1B may be set so that the ripple current Ir1B is substantially the same as the ripple current Ir1A.

また、電流Iuの基本波が最大となる位相の近傍において、バックアップモード時の時間T1BH,T1BLそれぞれでリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差と、昇圧モード時の時間T1AH,T1ALそれぞれでリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差とが、略同じになるようにしても良い。例えば、次式(6)を満たすように周波数f1Bを設定する。   Further, in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the current Iu becomes maximum, the difference between the voltage time product applied to the reactor Lf1 at each of the times T1BH and T1BL in the backup mode and the reactor at each of the times T1AH and T1AL in the boost mode. The difference between the voltage time products applied to Lf1 may be substantially the same. For example, the frequency f1B is set so as to satisfy the following expression (6).

式(6)を満たすように周波数f1Bを設定すれば、バックアップモード時にリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差が、昇圧モード時に印加される電圧時間積の差と略同じになる。それゆえ、リプル電流Ir1Bの増加が抑制されて、リプル電流Ir1Bがリプル電流Ir1Aと略同じになる。
また、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2とリアクトルLf1の温度上昇が許容されるのであれば、周波数f1Bを上記の周波数よりも高い周波数とすることもできる。この場合、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、リプル電流Ir1Bをリプル電流Ir1Aより小さい電流にすることができる。
また、バックアップモードにおけるスイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1,S2とリアクトルLf1で発生する損失の合計が最小となるように、周波数f1Bを設定しても良い。
If the frequency f1B is set so as to satisfy Expression (6), the difference between the voltage and time products applied to the reactor Lf1 in the backup mode becomes substantially the same as the difference between the voltage and time products applied in the boost mode. Therefore, an increase in the ripple current Ir1B is suppressed, and the ripple current Ir1B becomes substantially the same as the ripple current Ir1A.
Further, if the temperature rise of switching elements Q1, Q2 and switching elements S1, S2 and reactor Lf1 is allowed, frequency f1B can be set to a frequency higher than the above frequency. In this case, the ripple current Ir1B can be made smaller than the ripple current Ir1A without increasing the inductance value of the reactor Lf1.
Further, the frequency f1B may be set so that the total loss generated in the switching elements Q1, Q2 and switching elements S1, S2 and the reactor Lf1 in the backup mode is minimized.

以上のようにすれば、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、バックアップモード時の電流Iuの最大値を、昇圧モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。また、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の大型化を抑制することができる。さらに、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の銅損の増加を抑制することができる。   In this way, the maximum value of the current Iu in the backup mode can be made substantially equal to or smaller than the maximum value of the current Iu in the boost mode without increasing the inductance value of the reactor Lf1. it can. Moreover, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of reactor Lf1, the enlargement of reactor Lf1 can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of the reactor Lf1, it is possible to suppress an increase in the copper loss of the reactor Lf1.

図5は、交流電源1が瞬時停電したときに、キャリア信号Scを切り替える動作を説明するための図である。ここでは、キャリア信号Scを三角波で示している。
インバータ回路41が第1の制御モードで動作しているとき、キャリア信号Scの周波数は、周波数f1Aである。交流電源1が停電すると、インバータ回路41の動作はバックアップモード(第3の制御モード)に切り替わる。このとき、キャリア信号Scの周波数は、周波数f1Bに切り替わる。その後、交流電源1が復電すると、インバータ回路41の動作は第1の制御モードに戻る。このとき、キャリア信号Scの周波数は、再度、周波数f1Aとなる。
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation of switching the carrier signal Sc when the AC power supply 1 is momentarily interrupted. Here, the carrier signal Sc is indicated by a triangular wave.
When the inverter circuit 41 is operating in the first control mode, the frequency of the carrier signal Sc is the frequency f1A. When the AC power supply 1 fails, the operation of the inverter circuit 41 is switched to the backup mode (third control mode). At this time, the frequency of the carrier signal Sc is switched to the frequency f1B. Thereafter, when the AC power source 1 recovers, the operation of the inverter circuit 41 returns to the first control mode. At this time, the frequency of the carrier signal Sc becomes the frequency f1A again.

キャリア信号Scの切り替えは、キャリア信号の谷の点で行われる。これにより、キャリア信号Scの連続性と対称性が維持される。
通常、交流電源1の停電は短時間で回復する。したがって、この間、インバータ回路41が周波数f1Bで動作しても、発生損失の増加による温度上昇は問題とならない。
Switching of the carrier signal Sc is performed at a valley point of the carrier signal. Thereby, the continuity and symmetry of the carrier signal Sc are maintained.
Usually, the power failure of the AC power supply 1 recovers in a short time. Therefore, even if the inverter circuit 41 operates at the frequency f1B during this time, the temperature rise due to the increase in generated loss does not cause a problem.

なお、電力変換装置が第2の制御モードで電圧Vuの正側半波を出力するとき、スイッチ素子S1が第1の素子に選択され、スイッチ素子S2が第2の素子に選択される。また、電力変換装置が第2の制御モードで電圧Vuの負側半波を出力するとき、スイッチ素子S2が第1の素子に選択され、スイッチ素子S1が第2の素子に選択される。そして、いずれの場合も、スイッチング素子Q1,Q2は、オフしている。   When the power converter outputs the positive half wave of the voltage Vu in the second control mode, the switch element S1 is selected as the first element and the switch element S2 is selected as the second element. Further, when the power conversion device outputs the negative half wave of the voltage Vu in the second control mode, the switch element S2 is selected as the first element, and the switch element S1 is selected as the second element. In either case, the switching elements Q1, Q2 are off.

電力変換装置がこの第2の制御モードと第3の制御モードで動作するときの第3の周波数の設定は、上述した第1の制御モードと第3の制御モードで動作する場合と同様に考えることができる。この第3の周波数の設定により、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、第3の制御モード時の電流Iuの最大値を、第2の制御モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。   The setting of the third frequency when the power conversion device operates in the second control mode and the third control mode is considered in the same manner as in the case of operating in the first control mode and the third control mode described above. be able to. By setting the third frequency, the maximum value of the current Iu in the third control mode is substantially the same as the maximum value of the current Iu in the second control mode without increasing the inductance value of the reactor Lf1, or A smaller current can be obtained.

また、電力変換装置が、第1と第2と第3の制御モードで動作するとき、上記と同様の考え方で、第3の周波数を設定する。この第3の周波数の設定により、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、第3の制御モード時の電流Iuの最大値を、第1および第2の制御モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。   Further, when the power conversion device operates in the first, second, and third control modes, the third frequency is set in the same way as described above. By setting the third frequency, the maximum value of the current Iu in the third control mode is substantially equal to the maximum value of the current Iu in the first and second control modes without increasing the inductance value of the reactor Lf1. The current can be the same or less.

また、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の大型化を抑制することができる。さらに、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の銅損の増加を抑制することができる。   Moreover, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of reactor Lf1, the enlargement of reactor Lf1 can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of the reactor Lf1, it is possible to suppress an increase in the copper loss of the reactor Lf1.

次に、本発明を適用した電力変換装置の第2の実施形態を、図6〜図9を用いて説明する。
図6は、第2の実施形態に係る電力変換装置の回路構成を説明するための図である。図において、1は交流電源、2はコンデンサ、30は直流電源直列回路、42はインバータ回路、5はフィルタ回路、6は負荷、101は制御回路である。図1に示した第1の実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付している。同一の符号を付した構成要素については、その説明を省略する。
Next, 2nd Embodiment of the power converter device to which this invention is applied is described using FIGS.
FIG. 6 is a diagram for explaining a circuit configuration of the power conversion device according to the second embodiment. In the figure, 1 is an AC power supply, 2 is a capacitor, 30 is a DC power supply series circuit, 42 is an inverter circuit, 5 is a filter circuit, 6 is a load, and 101 is a control circuit. The same components as those in the first embodiment shown in FIG. The description of the components having the same reference numerals is omitted.

本実施形態の特徴は、インバータ回路42が、インバータ回路41の構成に加えて、第2の双方向スイッチを備えていることである。第2の双方向スイッチは、スイッチ素子S3とスイッチ素子S4を逆並列に接続してなる回路である。
第2の双方向スイッチは、スイッチ素子S3のコレクタ側が、中性点端子Oに接続されている。また、スイッチ素子S3のエミッタ側が、交流出力端子Uに接続されている。したがって、スイッチ素子S3,S4のいずれかに電流が流れると、交流出力端子Uに中性点端子Oの電圧(ゼロ電圧Vz)が出力される。
The feature of this embodiment is that the inverter circuit 42 includes a second bidirectional switch in addition to the configuration of the inverter circuit 41. The second bidirectional switch is a circuit formed by connecting the switch element S3 and the switch element S4 in antiparallel.
In the second bidirectional switch, the collector side of the switch element S3 is connected to the neutral point terminal O. The emitter side of the switch element S3 is connected to the AC output terminal U. Therefore, when a current flows through one of the switch elements S3 and S4, the voltage at the neutral point terminal O (zero voltage Vz) is output to the AC output terminal U.

インバータ回路42は、正電圧Vp,負電圧Vn,交流電圧Vrおよびゼロ電圧Vzの4レベルの電圧を用いて、交流出力端子U−V間に、単相の交流電圧Vuを出力する。交流電圧Vuは、交流電圧指令Vuに対応する電圧である。
ここで、本実施形態に係る電力変換装置は、第1の実施形態に係る電力変換装置と同様、少なくとも第1と第2と第3の制御モードとを備えている。第1と第2と第3の制御モードの機能は、第1の実施形態で説明した機能と同様である。したがって、これらのモードの機能の説明は省略する。
The inverter circuit 42 outputs a single-phase AC voltage Vu between the AC output terminals U-V, using four levels of voltages, that is, a positive voltage Vp, a negative voltage Vn, an AC voltage Vr, and a zero voltage Vz. The AC voltage Vu is a voltage corresponding to the AC voltage command Vu * .
Here, the power conversion device according to the present embodiment includes at least first, second, and third control modes, similarly to the power conversion device according to the first embodiment. The functions of the first, second, and third control modes are the same as the functions described in the first embodiment. Therefore, description of the functions of these modes is omitted.

本実施形態では、各制御モードにおいてスイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4をオンオフさせる動作は、制御期間ごとに行われる。この制御期間は、各素子をオンオフ動作させる周波数に対応した期間である。
また、この実施形態に係る電力変換装置は、各制御期間において、第1と第2の素子を定める。第1と第2の素子は、各制御モードとその動作条件に基づいて、スイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1〜S4の中から予め選択された素子である。第1と第2の素子は、各制御期間において、交互にオンオフする。第1の素子がオンすると、交流出力端子U−V間に第1の電圧が出力される。また、第2の素子がオンすると、交流出力端子U−V間に第2の電圧が出力される。各制御期間において、この2レベルの電圧からなる電圧Vuは、交流電圧指令Vuに対応する電圧である。
In the present embodiment, the operation of turning on and off the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 to S4 in each control mode is performed for each control period. This control period is a period corresponding to the frequency at which each element is turned on and off.
Moreover, the power converter device which concerns on this embodiment defines the 1st and 2nd element in each control period. The first and second elements are elements previously selected from the switching elements Q1 and Q2 and the switch elements S1 to S4 based on each control mode and its operating conditions. The first and second elements are alternately turned on and off in each control period. When the first element is turned on, the first voltage is output between the AC output terminals U-V. Further, when the second element is turned on, a second voltage is output between the AC output terminals U-V. In each control period, the voltage Vu composed of the two-level voltage is a voltage corresponding to the AC voltage command Vu * .

インバータ回路42は、第1の制御モードのとき、第1の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。第1の周波数は、スイッチング素子Q1,Q2とスイッチ素子S1〜S4が制御できる可制御電流ImとリアクトルLf1のインダクタンス値に基づいて定められている。
インバータ回路42は、第2の制御モードのとき、第2の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。第2の周波数は、可制御電流ImとリアクトルLf1のインダクタンス値に基づいて定められている。
出力電流Iuの最大値が可制御電流Imより小さければ、第1と第2の周波数は、同じ周波数であっても良く、また異なる周波数であってもよい。
The inverter circuit 42 alternately turns on and off the first and second elements at the first frequency in the first control mode. The first frequency is determined based on the controllable current Im that can be controlled by the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 to S4 and the inductance value of the reactor Lf1.
In the second control mode, the inverter circuit 42 alternately turns on and off the first and second elements at the second frequency. The second frequency is determined based on the controllable current Im and the inductance value of the reactor Lf1.
If the maximum value of the output current Iu is smaller than the controllable current Im, the first and second frequencies may be the same frequency or different frequencies.

インバータ回路42は、第3の制御モードのとき、第3の周波数で、第1と第2の素子を交互にオンオフさせる。各制御期間において、第1と第2の電圧の変化幅は、第3の制御モードのときに最大になる。したがって、第3の周波数を第1と第2周波数のうち高い方の周波数と同じにすると、出力電流Iuのリプル電流は、第3の制御モードのときに最大になる。
そこで、第3の周波数を、第1と第2周波数のうち高い方の周波数よりも所定倍高い周波数に設定する。このようにすることにより、第3の制御モード時の出力電流Iuの最大値を、第1と第2の制御モード時の出力電流Iuの最大値と略同じかまたはこれらの最大値よりも小さくすることができる。
The inverter circuit 42 alternately turns on and off the first and second elements at the third frequency in the third control mode. In each control period, the change width of the first and second voltages is maximized in the third control mode. Therefore, when the third frequency is made the same as the higher one of the first and second frequencies, the ripple current of the output current Iu is maximized in the third control mode.
Therefore, the third frequency is set to a frequency that is a predetermined multiple higher than the higher one of the first and second frequencies. In this way, the maximum value of the output current Iu in the third control mode is substantially the same as or smaller than the maximum value of the output current Iu in the first and second control modes. can do.

以下では、昇圧モード(第1の制御モード)時とバックアップモード(第3の制御モード)時の電力変換装置の動作を用いて、本発明の説明をする。なお、降圧モード(第2の制御モード)時と第3の制御モード時の電力変換装置の動作の関係も、同様に考えることができる。   Hereinafter, the present invention will be described using operations of the power conversion device in the boost mode (first control mode) and the backup mode (third control mode). The relationship between the operations of the power conversion device in the step-down mode (second control mode) and in the third control mode can be considered in the same way.

まず、図7、図8を用いて、昇圧モード時のインバータ回路42の動作を説明する。
図7は、インバータ回路42が昇圧モードで動作するときのスイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4の制御信号を説明するための図である。制御回路101は、昇圧モードに属する各制御期間において、交流電圧指令Vuと交流電源1の電圧Vrの関係から、各素子の制御信号を生成する。
図において、各欄に記載されている記号の意味は、第1の実施形態に係る図2の場合と同様である。ただし、この図の「制御信号」欄には、スイッチ素子S3,S4の制御信号Gs3,Gs4の状態が追加されている。
First, the operation of the inverter circuit 42 in the boost mode will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a diagram for explaining control signals of switching elements Q1 and Q2 and switching elements S1 to S4 when inverter circuit 42 operates in the boost mode. The control circuit 101 generates a control signal for each element from the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr of the AC power supply 1 in each control period belonging to the boost mode.
In the figure, the meanings of symbols described in each column are the same as those in FIG. 2 according to the first embodiment. However, the states of the control signals Gs3 and Gs4 of the switch elements S3 and S4 are added to the “control signal” column in this figure.

電力変換装置は、次のように領域を判定するとともに、各素子の制御信号G1,G2およびGs1〜Gs4の状態を定める。
交流電圧指令Vuと電圧Vrの関係が、Vu>Vrのとき、当該制御期間を領域21とする。領域21は、インバータ回路42が電圧Vuの正側半波を出力するための領域である。
また、交流電圧指令Vuと電圧Vrの関係が、Vu≦Vrのとき、当該制御期間を領域22とする。領域22は、インバータ回路42が電圧Vuの負側半波を出力するための領域である。
領域21および領域22におけるパルス幅指令αは、次式(7),(8)を用いて算出される。
The power conversion device determines a region as follows and determines the states of the control signals G1, G2 and Gs1 to Gs4 of each element.
When the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr is Vu * > Vr, the control period is set as the region 21. The region 21 is a region for the inverter circuit 42 to output the positive half wave of the voltage Vu.
Further, when the relationship between the AC voltage command Vu * and the voltage Vr is Vu * ≦ Vr, the control period is set as the region 22. The region 22 is a region for the inverter circuit 42 to output the negative half wave of the voltage Vu.
The pulse width command α in the region 21 and the region 22 is calculated using the following equations (7) and (8).

なお、領域21,22のそれぞれにおいて、第1の素子として選択される素子と第2の素子として選択される素子は、予め定められている。また、オンアーム素子またはオフアーム素子となる素子も、予め定められている。   Note that, in each of the regions 21 and 22, the element selected as the first element and the element selected as the second element are determined in advance. In addition, elements to be on-arm elements or off-arm elements are also determined in advance.

図7において、「Hon」は、第1の素子に選択された素子の制御信号を示す。「Lon」は、第2の素子に選択された素子の制御信号を示す。制御信号「Lon」は、制御信号「Hon」のハイレベルとローレベルを反転した信号である。「H」は、オンアーム素子に選択された素子の制御信号を示す。「L」は、オフアーム素子に選択された素子の制御信号を示す。各信号がハイレベルのとき、対応する素子がオンする。また、各信号がローレベルのとき対応する素子がオフする。   In FIG. 7, “Hon” indicates a control signal of the element selected as the first element. “Lon” indicates a control signal of the element selected as the second element. The control signal “Lon” is a signal obtained by inverting the high level and the low level of the control signal “Hon”. “H” indicates a control signal of the element selected as the on-arm element. “L” indicates a control signal of the element selected as the off-arm element. When each signal is at a high level, the corresponding element is turned on. When each signal is at a low level, the corresponding element is turned off.

当該制御期間が領域21のとき、インバータ回路42は、領域11におけるインバータ回路41と同様の動作をする。また、当該制御期間が領域22のとき、インバータ回路42は、領域12におけるインバータ回路41と同様の動作をする。
すなわち、領域21では、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2が交互にオンオフ動作をする。また、領域22では、スイッチング素子Q2とスイッチ素子S1が交互にオンオフ動作をする。ただし、領域21,22において、スイッチ素子S3,S4は、常にオフ状態ある。
When the control period is the region 21, the inverter circuit 42 performs the same operation as the inverter circuit 41 in the region 11. When the control period is the region 22, the inverter circuit 42 operates in the same manner as the inverter circuit 41 in the region 12.
In other words, in the region 21, the switching element Q1 and the switching element S2 are alternately turned on / off. In the region 22, the switching element Q2 and the switching element S1 are alternately turned on / off. However, in the regions 21 and 22, the switch elements S3 and S4 are always in the off state.

次に、図8を用いて、領域21において、インバータ回路42が電圧Vuの正側半波を出力するときの動作を説明する。なお、領域22においてインバータ回路42が電圧Vuの負側半波を出力するときの動作は、領域21における動作と同様に考えることができるので、その説明を省略する。
領域21において、スイッチング素子Q1、Q2がオンオフする周波数を周波数f2A(第1の周波数)とする。また、周波数f2Aの周期をT2Aとする。
Next, the operation when the inverter circuit 42 outputs the positive half wave of the voltage Vu in the region 21 will be described with reference to FIG. Note that the operation when the inverter circuit 42 outputs the negative half wave of the voltage Vu in the region 22 can be considered in the same manner as the operation in the region 21, and thus the description thereof is omitted.
In the region 21, a frequency at which the switching elements Q1, Q2 are turned on / off is a frequency f2A (first frequency). The period of the frequency f2A is T2A.

図8(a)は、当該制御期間が領域21のときの第1の素子の制御信号「Hon」を示している。制御信号「Hon」は、当該制御期間T2Aにおいて、時間T2AHの間オンし、その後、時間T2ALの間オフする信号である。時間T2AHは、上記式(7)により算出されるパルス幅指令αに対応する時間である。例えば、時間T2AHは、当該制御期間の周期T2Aにパルス幅指令αを乗じて得ることができる。
図8(b)〜(g)は、それぞれ、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4のオンオフ状態を示している。図8(b)と図8(d)において斜線を施した部分は、当該素子において電流Iuが流れている期間を示している。なお、本図においても、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2とが同時にオフする休止期間は省略している。
FIG. 8A shows the control signal “Hon” of the first element when the control period is the region 21. The control signal “Hon” is a signal that is turned on for a time T2AH and then turned off for a time T2AL in the control period T2A. Time T2AH is a time corresponding to the pulse width command α calculated by the above equation (7). For example, the time T2AH can be obtained by multiplying the cycle T2A of the control period by the pulse width command α.
8B to 8G show the on / off states of the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 to S4, respectively. In FIG. 8B and FIG. 8D, the hatched portion indicates a period during which the current Iu flows in the element. Also in this figure, the idle period in which the switching element Q1 and the switching element S2 are simultaneously turned off is omitted.

当該制御期間において、交流出力端子U−V間には、図8(h)に示す電圧Vuが出力される。電圧Vuは、当該制御期間T2Aの始点から時間T2AHの間正電圧Vpとなり、その後、時間T2ALの間交流電源1の電圧Vrになる。当該制御期間において、交流出力端子U−V間に出力される電圧Vuの平均値は、交流電圧指令Vuに等しい。During the control period, the voltage Vu shown in FIG. 8H is output between the AC output terminals U-V. The voltage Vu becomes the positive voltage Vp for the time T2AH from the start point of the control period T2A, and then becomes the voltage Vr of the AC power supply 1 for the time T2AL. During the control period, the average value of the voltage Vu output between the AC output terminals U-V is equal to the AC voltage command Vu * .

また、インバータ回路42から、図8(i)に示す電流Iuが出力される。電流Iuは、時間T2AHの間、直流電源直列回路30の正側端子P→スイッチング素子Q1→フィルタ回路5および負荷6→直流電源直列回路30の中性点端子Oの経路R2AHを流れる。このとき、電流Iuは漸増する。電流Iuは、時間T2ALの間、フィルタ回路5および負荷6→交流電源1→スイッチ素子S1→フィルタ回路5および負荷6の経路R2ALを流れる。このとき、電流Iuは漸減する。   Further, the inverter circuit 42 outputs a current Iu shown in FIG. The current Iu flows through the path R2AH of the neutral point terminal O of the positive side terminal P of the DC power supply series circuit 30 → the switching element Q1 → the filter circuit 5 and the load 6 → DC power supply series circuit 30 for the time T2AH. At this time, the current Iu gradually increases. Current Iu flows through path R2AL of filter circuit 5 and load 6 → AC power supply 1 → switch element S1 → filter circuit 5 and load 6 for time T2AL. At this time, the current Iu gradually decreases.

以上の動作を各制御期間で行うことにより、電力変換装置は、交流電圧指令Vuに対応する交流電圧Vuを出力し、負荷に電力を供給することができる。
ここで、電流Iuは、上述のとおり、リアクトルLf1を流れる。そして、電流Iuの最大値と最小値との差が、リプル電流Ir2Aである。このリプル電流Ir2Aの最大値は、電流Iuが可制御電流Imより小さくなるように定められている。
このリプル電流Ir2Aは、リアクトルLf1のインダクタンス値およびリアクトルLf1に印加される電圧Vp,Vrとそれぞれの印加時間T2AH,T2ALによって定まる。また、リアクトルLf1に印加される電圧の印加時間は、スイッチング素子Q1とスイッチ素子S2がオンオフする周波数f2Aに対応する。
By performing the above operation in each control period, the power converter can output the AC voltage Vu corresponding to the AC voltage command Vu * and supply power to the load.
Here, the current Iu flows through the reactor Lf1 as described above. The difference between the maximum value and the minimum value of the current Iu is the ripple current Ir2A. The maximum value of the ripple current Ir2A is determined such that the current Iu is smaller than the controllable current Im.
The ripple current Ir2A is determined by the inductance value of the reactor Lf1, the voltages Vp and Vr applied to the reactor Lf1, and the respective application times T2AH and T2AL. Moreover, the application time of the voltage applied to reactor Lf1 corresponds to frequency f2A at which switching element Q1 and switching element S2 are turned on / off.

次に、図9を用いて、バックアップモード時に電圧Vuの正側半波を出力するときのインバータ回路42の動作を説明する。なお、インバータ回路42が電圧Vuの負側半波を出力するときの動作は、正側半波を出力する動作と同様に考えることができるので、その説明を省略する。
バックアップモードでは、スイッチング素子Q1,Q2が交互にオンオフ動作をする。スイッチング素子Q1,Q2がオンオフする周波数を周波数f2B(第3の周波数)とする。また、周波数f2Bの周期をT2Bとする。
Next, the operation of the inverter circuit 42 when the positive half wave of the voltage Vu is output in the backup mode will be described with reference to FIG. Note that the operation when the inverter circuit 42 outputs the negative half wave of the voltage Vu can be considered in the same way as the operation of outputting the positive half wave, and thus the description thereof is omitted.
In the backup mode, the switching elements Q1, Q2 are alternately turned on / off. The frequency at which the switching elements Q1, Q2 are turned on / off is defined as a frequency f2B (third frequency). The period of the frequency f2B is T2B.

図9(a)は、電圧Vuの正側半波を出力する制御期間における第1の素子の制御信号「Hon」を示している。制御信号「Hon」は、当該制御期間T2Bにおいて、時間T2BHの間オンし、その後、時間T2BLの間オフする信号である。時間T2BHは、後述の式(9)によって算出されるパルス幅指令αに対応する時間である。例えば、時間T2BHは、当該制御期間の周期T2Bにパルス幅指令αを乗じて得ることができる。   FIG. 9A shows the control signal “Hon” of the first element in the control period in which the positive half wave of the voltage Vu is output. The control signal “Hon” is a signal that is turned on for a time T2BH and then turned off for a time T2BL in the control period T2B. The time T2BH is a time corresponding to a pulse width command α calculated by equation (9) described later. For example, the time T2BH can be obtained by multiplying the period T2B of the control period by the pulse width command α.

図9(b)〜(g)は、それぞれ、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4のオンオフ状態を示している。スイッチング素子Q1は、当該制御期間T2Bにおいて、制御信号Honに同期して、オンオフ動作を行う。スイッチ素子S4は、制御信号Honのハイレベルとローレベルを反転した信号に同期して、オンオフ動作をする。当該制御期間T2Bにおいて、スイッチ素子S3はオンし、スイッチング素子Q2およびスイッチ素子S1,S2はオフのままである。
図9(b)と図9(f)において斜線を施した部分は、当該素子において電流Iuが流れている期間を示している。
FIGS. 9B to 9G show the on / off states of the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 to S4, respectively. The switching element Q1 performs an on / off operation in synchronization with the control signal Hon in the control period T2B. The switch element S4 performs an on / off operation in synchronization with a signal obtained by inverting the high level and the low level of the control signal Hon. In the control period T2B, the switch element S3 is turned on, and the switching element Q2 and the switch elements S1 and S2 remain off.
In FIG. 9B and FIG. 9F, the hatched portion indicates a period during which the current Iu flows in the element.

バックアップモードにおいて、電圧Vuの正側半波と負側半波を出力するときのパルス幅指令αは次式(9),(10)を用いて算出される。   In the backup mode, the pulse width command α when the positive half wave and the negative half wave of the voltage Vu are output is calculated using the following equations (9) and (10).

当該制御信号において、交流出力端子U−V間には、図9(h)に示す電圧Vuが出力される。電圧Vuは、当該制御期間の始点から時間T2BHの間正電圧Vpとなり、その後、時間T2BLの間ゼロ電圧Vzになる。当該制御期間において、交流出力端子U−V間に出力される電圧Vuの平均値は、交流電圧指令Vuに等しい。In the control signal, the voltage Vu shown in FIG. 9H is output between the AC output terminals U and V. The voltage Vu becomes a positive voltage Vp for a time T2BH from the start point of the control period, and then becomes a zero voltage Vz for a time T2BL. During the control period, the average value of the voltage Vu output between the AC output terminals U-V is equal to the AC voltage command Vu * .

また、インバータ回路42から、図9(i)に示す電流Iuが出力される。電流Iuは、時間T2BHの間、直流電源直列回路30の正側端子P→スイッチング素子Q1→フィルタ回路5および負荷6→直流電源直列回路30の中性点端子Oの経路R2BHを流れる。このとき、電流Iuは漸増する。電流Iuは、時間T2BLの間、フィルタ回路5および負荷6→中性点端子O→スイッチ素子S3→フィルタ回路5および負荷6の経路R2BLを流れる。このとき、電流Iuは漸減する。この電流Iuの最大値と最小値との差が、リプル電流Ir2Bである。   Further, the inverter circuit 42 outputs a current Iu shown in FIG. The current Iu flows through the path R2BH of the neutral point terminal O of the positive side terminal P of the DC power supply series circuit 30 → the switching element Q1 → the filter circuit 5 and the load 6 → DC power supply series circuit 30 for the time T2BH. At this time, the current Iu gradually increases. Current Iu flows through path R2BL of filter circuit 5 and load 6 → neutral point terminal O → switch element S3 → filter circuit 5 and load 6 during time T2BL. At this time, the current Iu gradually decreases. The difference between the maximum value and the minimum value of the current Iu is the ripple current Ir2B.

以上の動作を各制御期間で行うことにより、電力変換装置は、交流電源1が停電しても、交流電圧指令Vuに対応する交流電圧Vuを出力することができる。By performing the above operation in each control period, the power conversion device can output the AC voltage Vu corresponding to the AC voltage command Vu * even if the AC power supply 1 fails.

ここで、電流Iuの基本波が最大となる位相の近傍に生じるリプル電流Ir2Bの増加を抑制する。そして、リプル電流Ir2Bが、昇圧モード時に同位相の近傍に生じるリプル電流Ir2Aと略同じになるようにする。そうすれば、バックアップモード時の電流Iuの最大値を、昇圧モード時の電流Iuの最大値と略同じにすることができる。
そのために、周波数f2Bを周波数f2Aよりも高い周波数に設定する。
Here, an increase in the ripple current Ir2B generated in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the current Iu is maximum is suppressed. The ripple current Ir2B is set to be substantially the same as the ripple current Ir2A generated in the vicinity of the same phase in the boost mode. Then, the maximum value of current Iu in the backup mode can be made substantially the same as the maximum value of current Iu in the boost mode.
Therefore, the frequency f2B is set to a frequency higher than the frequency f2A.

例えば、バックアップモード時と昇圧モード時の当該制御期間における電圧変化幅の比に応じて、周波数f2Bを設定する。この場合、周波数f2Bを次式(11)で算出する。   For example, the frequency f2B is set according to the ratio of the voltage change width during the control period in the backup mode and the boost mode. In this case, the frequency f2B is calculated by the following equation (11).

なお、直流電源Pspの電圧Vpと直流電源Psnの電圧Vnの絶対値は同じである。したがって、周波数f2Bは、直流電源Psnの電圧Vnを用いて算出することもできる。
このように周波数f2Bを設定すれば、時間T2BHが周波数f2Bに逆比例して短くなるため、リプル電流Ir2Bの増加を抑制することができる。したがって、リプル電流Ir2Bがリプル電流Ir2Aと略同じになるように、周波数f2Bを設定すればよい。
The absolute value of the voltage Vp of the DC power supply Psp and the voltage Vn of the DC power supply Psn are the same. Therefore, the frequency f2B can also be calculated using the voltage Vn of the DC power supply Psn.
If the frequency f2B is set in this way, the time T2BH is shortened in inverse proportion to the frequency f2B, so that an increase in the ripple current Ir2B can be suppressed. Therefore, the frequency f2B may be set so that the ripple current Ir2B is substantially the same as the ripple current Ir2A.

また、電流Iuの基本波が最大となる位相の近傍において、バックアップモード時の時間T2BH,T2BLそれぞれでリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差と、昇圧モード時の時間T2AH,T2ALそれぞれでリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差とが、略同じになるようにしても良い。例えば、次式(12)を満たすように周波数f2Bを設定する。   Further, in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the current Iu is maximum, the difference between the voltage time product applied to the reactor Lf1 at the times T2BH and T2BL in the backup mode and the reactor at the times T2AH and T2AL in the boost mode The difference between the voltage time products applied to Lf1 may be substantially the same. For example, the frequency f2B is set so as to satisfy the following expression (12).

式(12)を満たすように周波数f2Bを設定すれば、バックアップモード時にリアクトルLf1に印加される電圧時間積の差が、昇圧モード時に印加される電圧時間積の差と略同じになる。それゆえ、リプル電流Ir2Bの増加が抑制されて、リプル電流Ir2Bがリプル電流Ir2Aと略同じになる。   If the frequency f2B is set so as to satisfy Expression (12), the difference between the voltage time products applied to the reactor Lf1 in the backup mode becomes substantially the same as the difference between the voltage time products applied in the boost mode. Therefore, an increase in the ripple current Ir2B is suppressed, and the ripple current Ir2B becomes substantially the same as the ripple current Ir2A.

また、スイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4とリアクトルLf1の温度上昇が許容されるのであれば、周波数f2Bを上記の周波数よりも高い周波数とすることもできる。この場合、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、リプル電流Ir2Bをリプル電流Ir2Aより小さい電流にすることができる。   Moreover, if the temperature rise of switching element Q1, Q2, switching element S1-S4, and reactor Lf1 is accept | permitted, frequency f2B can also be made into a frequency higher than said frequency. In this case, the ripple current Ir2B can be made smaller than the ripple current Ir2A without increasing the inductance value of the reactor Lf1.

また、バックアップモードにおけるスイッチング素子Q1,Q2およびスイッチ素子S1〜S4とリアクトルLf1で発生する損失の合計が最小となるように、周波数f2Bを設定しても良い。   Further, the frequency f2B may be set so that the total loss generated in the switching elements Q1 and Q2 and the switching elements S1 to S4 and the reactor Lf1 in the backup mode is minimized.

以上のようにすれば、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、バックアップモード時の電流Iuの最大値を、昇圧モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。また、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の大型化を抑制することができる。さらに、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の銅損の増加を抑制することができる。   In this way, the maximum value of the current Iu in the backup mode can be made substantially equal to or smaller than the maximum value of the current Iu in the boost mode without increasing the inductance value of the reactor Lf1. it can. Moreover, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of reactor Lf1, the enlargement of reactor Lf1 can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of the reactor Lf1, it is possible to suppress an increase in the copper loss of the reactor Lf1.

なお、第1の実施形態で示した図5と同様に、キャリア信号Scは、谷の点で切り替えることができる。これにより、キャリア信号Scの連続性と対称性が維持される。
また、通常、交流電源1の停電は短時間で復電するため、この間、インバータ回路42が周波数f2Bで動作しても、発生損失の増加による温度上昇は問題とならない。
As in FIG. 5 shown in the first embodiment, the carrier signal Sc can be switched at a valley point. Thereby, the continuity and symmetry of the carrier signal Sc are maintained.
Further, since the power failure of the AC power supply 1 is normally restored in a short time, even if the inverter circuit 42 operates at the frequency f2B during this time, the temperature rise due to the increase in generated loss does not become a problem.

なお、電力変換装置が第2の制御モードで電圧Vuの正側半波を出力するとき、スイッチ素子S1が第1の素子に選択され、スイッチ素子S3が第2の素子に選択される。また、電力変換装置が第2の制御モードで電圧Vuの負側半波を出力するとき、スイッチ素子S2が第1の素子に選択され、スイッチ素子S4が第2の素子に選択される。そして、いずれの場合も、他の素子はオフしている。ただし、これは一例であり、交流電源1の電圧を降圧することができれば、他の組合せで第1と第2の素子を選択しても良い。   When the power converter outputs the positive half wave of the voltage Vu in the second control mode, the switch element S1 is selected as the first element and the switch element S3 is selected as the second element. When the power conversion device outputs the negative half wave of the voltage Vu in the second control mode, the switch element S2 is selected as the first element, and the switch element S4 is selected as the second element. In either case, the other elements are off. However, this is only an example, and the first and second elements may be selected in other combinations as long as the voltage of the AC power supply 1 can be stepped down.

電力変換装置がこの第2の制御モードと第3の制御モードで動作するときの第3の周波数の設定は、上述した第1の制御モードと第3の制御モードで動作する場合と同様に考えることができる。この第3の周波数の設定により、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、第3の制御モード時の電流Iuの最大値を、第2の制御モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。   The setting of the third frequency when the power conversion device operates in the second control mode and the third control mode is considered in the same manner as in the case of operating in the first control mode and the third control mode described above. be able to. By setting the third frequency, the maximum value of the current Iu in the third control mode is substantially the same as the maximum value of the current Iu in the second control mode without increasing the inductance value of the reactor Lf1, or A smaller current can be obtained.

また、電力変換装置が、第1と第2と第3の制御モードで動作するとき、上記と同様の考え方で、第3の周波数を設定する。この第3の周波数の設定により、リアクトルLf1のインダクタンス値を増やすことなく、第3の制御モード時の電流Iuの最大値を、第1および第2の制御モード時の電流Iuの最大値と略同じ、またはこれより小さい電流にすることができる。   Further, when the power conversion device operates in the first, second, and third control modes, the third frequency is set in the same way as described above. By setting the third frequency, the maximum value of the current Iu in the third control mode is substantially equal to the maximum value of the current Iu in the first and second control modes without increasing the inductance value of the reactor Lf1. The current can be the same or less.

また、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の大型化を抑制することができる。さらに、リアクトルLf1のコイルの巻数を増やす必要がないので、リアクトルLf1の銅損の増加を抑制することができる。   Moreover, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of reactor Lf1, the enlargement of reactor Lf1 can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to increase the number of turns of the coil of the reactor Lf1, it is possible to suppress an increase in the copper loss of the reactor Lf1.

本発明を適用した電力変換装置は、瞬時電圧低下補償装置または無停電電源装置など、交流電源の電圧変動および交流電源の停電が発生しても、負荷に安定な電圧を供給するための装置に適用することができる。   The power conversion device to which the present invention is applied is an apparatus for supplying a stable voltage to a load even when a voltage fluctuation of the AC power supply and a power failure of the AC power supply occur, such as an instantaneous voltage drop compensation device or an uninterruptible power supply device. Can be applied.

1 交流電源
2 コンデンサ
3 コンバータ回路
30 直流電源直列回路
41,42 インバータ回路
5 フィルタ回路
6 負荷
100,101 制御回路
1 AC power supply 2 Capacitor 3 Converter circuit 30 DC power supply series circuit 41, 42 Inverter circuit 5 Filter circuit 6 Load 100, 101 Control circuit

Claims (7)

第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが、前記第1または第2の制御モードのいずれかの制御モードと前記第3の制御モードとを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流が、前記位相の近傍において前記第1または第2の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流と略同じ大きさになるようにまたはこのリプル電流より小さくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with a control mode of either the first or second control mode and the third control mode;
The third frequency is such that the ripple current included in the inverter output current in the third control mode near the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum is the first or second near the phase. substantially the same so that the size or the ripple current to that power conversion apparatus characterized by being defined as from smaller the ripple current included in the inverter output current during the control mode.
第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが、前記第1または第2の制御モードのいずれかの制御モードと前記第3の制御モードとを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時に前記リアクトルに印加される電圧変化幅を、前記位相の近傍において前記第1または第2の制御モード時に前記リアクトルに印加される電圧変化幅で除して得られる係数を、前記第1の周波数に乗じて得られる周波数と略同じになるようにまたはこの周波数より大きくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with a control mode of either the first or second control mode and the third control mode;
The third frequency is a voltage change width applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum, and the first or second frequency in the vicinity of the phase. The coefficient obtained by dividing by the voltage change width applied to the reactor in the control mode is set to be substantially the same as or higher than the frequency obtained by multiplying the first frequency. it characterized by that power converter.
第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが、前記第1または第2の制御モードのいずれかの制御モードと前記第3の制御モードとを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時に前記リアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差が、前記位相の近傍において前記第1または第2の制御モード時に前記リアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差と略同じになるようにまたはこの電圧時間積の差より小さくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with a control mode of either the first or second control mode and the third control mode;
The difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum is the third frequency. So that the difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the first or second control mode is substantially the same as or smaller than the difference between the voltage time products. it characterized in that stipulated power converter.
第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが前記第1と第2と第3の制御モードを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時のインバータ出力電流に含まれるリプル電流が、前記位相の近傍において前記第1と第2の制御モード時のインバータ出力電流のいずれかに含まれるリプル電流と略同じ大きさとなるようにまたはこのリプル電流よりも小さくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with the first, second and third control modes;
The third frequency is such that the ripple current included in the inverter output current in the third control mode near the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum is the first and second frequencies near the phase. substantially the same size as the composed manner or to that power converter characterized in that it is determined to be smaller than the ripple current and the ripple current included in any of the control mode of the inverter output current.
第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが前記第1と第2と第3の制御モードを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時に前記リアクトルに印加される電圧変化幅を、前記位相の近傍において前記第1と第2の制御モード時に前記リアクトルに印加される電圧変化幅のいずれかで除して得られる係数を、前記第1の周波数に乗じて得られる周波数と略同じになるようにまたはこの周波数より大きくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with the first, second and third control modes;
The third frequency is a voltage change width applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum, and the first and second frequencies in the vicinity of the phase. The coefficient obtained by dividing by one of the voltage change widths applied to the reactor in the control mode is substantially the same as or higher than the frequency obtained by multiplying the first frequency. be that power converter characterized in that it is specified in.
第1と第2の直流電源を直列接続してなる直流電源直列回路の電圧と、第1と第2の直流電源の接続点にその一端が接続される交流電源の電圧とを用いて所定の交流電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1と第2のスイッチング素子を直列接続してなり、前記直流電源直列回路の両端に接続されるスイッチング素子直列回路と、
一端が前記第1と第2のスイッチング素子の接続点に接続され、他端が前記交流電源の他端と接続される第1の双方向スイッチと、
前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と負荷との間に接続されるリアクトルと、を有して、
前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧とを用いて前記交流電源の電圧よりも高い所定の交流電圧を生成する第1の制御モードと、前記交流電源の電圧と前記直流電源直列回路の電圧のうち少なくとも前記交流電源の電圧を用いることによって前記交流電源の電圧よりも低い所定の交流電圧を生成する第2の制御モードと、前記直流電源直列回路の電圧を用いて所定の交流電圧を生成する第3の制御モードのうち、少なくとも第1の制御モードと第2の制御モードのいずれかと第3の制御モードとを含む2以上の制御モードで動作し、
前記第1の制御モードで第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第1の周波数とし、
前記第2の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を第2の周波数とし、
前記第3の制御モードで前記第1と第2のスイッチング素子をオンオフ動作させるとき、そのオンオフ動作させる周波数を、前記第1と第2の周波数よりも高い第3の周波数とし、
前記インバータが前記第1と第2と第3の制御モードを有して動作するとき、
前記第3の周波数は、インバータ出力電流の基本波が最大となる位相の近傍において前記第3の制御モード時に前記リアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差が、前記位相の近傍において前記第1と第2の制御モード時に前記リアクトルに印加される2つのレベルの電圧それぞれの電圧時間積の差のいずれかと略同じとなるようにまたはこの電圧時間積の差より小さくなるように定められていることを特徴とする電力変換装置。
Using a voltage of a DC power supply series circuit formed by connecting the first and second DC power supplies in series and a voltage of an AC power supply having one end connected to a connection point of the first and second DC power supplies It has an inverter that outputs AC voltage,
The inverter is
A switching element series circuit formed by connecting first and second switching elements in series, and connected to both ends of the DC power supply series circuit;
A first bidirectional switch having one end connected to a connection point of the first and second switching elements and the other end connected to the other end of the AC power supply;
A reactor connected between a connection point of the first and second switching elements and a load,
A first control mode for generating a predetermined AC voltage higher than the voltage of the AC power supply using the voltage of the AC power supply and the voltage of the DC power supply series circuit, the voltage of the AC power supply, and the DC power supply series circuit A second control mode for generating a predetermined AC voltage lower than the voltage of the AC power supply by using at least the voltage of the AC power supply, and a predetermined AC voltage using the voltage of the DC power supply series circuit. Operating in two or more control modes including at least one of the first control mode and the second control mode and the third control mode among the third control modes for generating
When the first and second switching elements are turned on and off in the first control mode, the frequency to turn on and off is the first frequency,
When the first and second switching elements are turned on / off in the second control mode, the frequency for the on / off operation is the second frequency,
When turning on and off the first and second switching elements in the third control mode, the frequency to turn on and off is a third frequency higher than the first and second frequencies,
When the inverter operates with the first, second and third control modes;
The difference between the voltage time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the third control mode in the vicinity of the phase where the fundamental wave of the inverter output current is maximum is the third frequency. Near the difference between the voltage-time products of the two levels of voltages applied to the reactor in the first and second control modes, or smaller than the difference between the voltage-time products. power converter characterized by being defined as.
前記インバータは、さらに、前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と前記第1と第2の直流電源の接続点との間に接続される第2の双方向スイッチを有していることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。The inverter further includes a second bidirectional switch connected between a connection point of the first and second switching elements and a connection point of the first and second DC power supplies. The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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