[發明專利]電力轉換器

無效

• 申請號: 201110255015.9
• 申請日: 2011-08-22
• 公開（公告）號: CN102377349A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 谷津誠;大熊康浩;黑木一男
• 申請（專利權）人: 富士電機株式會社
• 主分類號: H02M5/293
• 分類號: H02M5/293;H02M1/32
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張鑫

技術領域

本發明涉及特征在于用于從交流電源向負載供給穩定的電壓的主電路結構的電力轉換器。

背景技術

圖6中例舉了表示使用日本專利第4329692號公報(圖1)記載的相關技術的串聯補償形電力轉換器的電路結構的一個例子的電路圖。這是對單相交流電源Vac1的電壓變動提供串聯補償的電路結構。單相交流電源Vac1的輸出線中的1條線經由斷路器開關SW1的一對觸點中的1個，與交流輸出的1條線共用地連接。在本說明書中，將該線稱為輸入輸出共用連接線。

電力轉換器包括轉換電路，該轉換電路具有在連接點P與N之間并聯連接有第一開關器件串聯電路、第二開關器件串聯電路、電容器串聯電路的結構。第一開關器件串聯電路是與二極管D1反并聯連接的IGBT?T1和與二極管D2反并聯連接的IGBT?T2的串聯連接。第二開關器件串聯電路是與二極管D3反并聯連接的IGBT?T3和與二極管D4反并聯連接的IGBT?T4的串聯連接。電容器串聯電路是電容器CP與CN的串聯連接。第一開關器件串聯電路內部的IGBT?T1與T2的連接點經由電抗器Li與輸入輸出共用連接線連接，該輸入輸出共用連接線連接至單相交流電源Vac1的一端和負載LD1的一端。另外，第二開關器件串聯電路內部的IGBT?T3與T4的連接點經由電抗器Lo與負載LD1的另一端連接。另外，電容器串聯電路內部的電容器CP和電容器CN的連接點M與單相交流電源Vac1的另一端連接。另外，單相交流電源Vac1和電容器Ci并聯連接，負載LD1和電容器Co并聯連接。

在這樣的結構中，在單相交流電源Vac1健全時，通過使IGBT?T1和T2交替開關，將每個電容器CP和CN充電至高于單相交流電源Vac1的峰值電壓所獲得的電壓。此處，設電容器串聯電路內部的連接點M的電位為零，設電容器CP兩端的電壓為+E、電容器CN兩端的電壓為-E。在單相交流電源Vac1的連接點M側為正時，將IGBT?T1接通，會使單相交流電源Vac1的輸出電壓與電容器CP兩端的電壓E之和的電壓施加于電抗器Li，電流上升。接下來，將IGBT?T1斷開，會使電抗器Li的電流以單相交流電源Vac1→電容器CN→二極管D2的路徑流動，存儲在電抗器Li中的能量被傳輸，以將電容器CN充電。

另一方面，在交流輸出側，設輸入輸出共用連接線的電位為零，通過將IGBT?T3和T4交替接通斷開，在電抗器Lo上施加一電壓，其中單相交流電源Vac1的電壓加上電容器CP兩端的電壓或者從單相交流電源Vac1的電壓減去電容器CP兩端的電壓。例如，在單相交流電源Vac1的電壓為正期間，將IGBT?T3接通，會使具有單相交流電源Vac1的電壓加上電容器CP兩端的電壓(+E)的電壓波形的電壓施加在電抗器Lo。另一方面，將IGBT?T4接通，會使具有從單相交流電源Vac1的電壓減去電容器CN兩端的電壓所獲得的電壓波形的電壓施加在電抗器Lo。根據單相交流電源Vac1的電壓的變動，通過使IGBT?T3、T4進行接通斷開操作，向負載LD1供給沒有電壓變動的電壓。

此處，電抗器Lo和電容器Co形成濾波器，起到將第二開關器件串聯電路內部的IGBT?T3和T4的連接點的脈沖序列狀的波形整形為失真較小的正弦波形的作用。由于在單相交流電源Vac1的電壓變動充分較小時，不必進行串聯補償，因此可以將單相交流電源Vac1的電壓直接供給至負載(稱為穿過輸出)。在該以往的轉換電路的電路結構的情況下，以50％的占空比使IGBT?T3和T4交替接通斷開切換，就可以實現這樣的操作。

在單相交流電源Vac1發生了電力故障時，用斷路器開關SW1將單相交流電源Vac1從轉換電路切斷，將電容器CP、CN作為直流電源使用，通過對IGBT?T1～T4進行逆變器控制，可以使電力轉換器無斷電化。為了保證較長的電力故障時間，一般而言將蓄電池系統并聯連接于各電容器CP、CN。

專利文獻1：日本專利No.4329692(圖1)

如上所述，在以往的電路結構中，因交流輸入側的轉換器操作施加在電抗器Li的電壓是單相交流電源Vac1的電壓與電容器CP或者CN兩端的電壓之和。因此，為了減小輸出電流的脈動，需要使用電感值較大的電抗器。這使得功率損耗較大且轉換器變得大型。

另一方面，在交流輸出側，施加在電抗器Lo和電容器Co的電壓的波形為對于單相交流電源Vac1的電壓加上電容器CP兩端的電壓、或者減去CN兩端的電壓的波形。這使得脈動電壓較大，需要使電抗器Lo和電容器Co比較大型，導致功率損耗較大。