專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于把輸入的交流電變換成直流電和進一步把直流電變換成所需要的交流電的裝置，或一種用于把輸入的直流電變換成所需要的交流電的裝置。
圖46是一種表示上述類型的電力變換裝置的第一個公知例子的電路圖。這個裝置包括一個單相交流電源101，一個電抗器102，變換器201、該變換器用于把輸入電流的波形整形成一個具有高功率因數的正弦波，平滑電容器202、該電容器被設置在一個直流中間電路中，和一個三相電壓型逆變器231，用于以可變的速度驅動一個感應電動機501。在圖46中，感應電動機501由它的等效電路來表示。
在圖46中所示的變換器201中，利用半導體開關使通過電抗器102提供的交流電源電壓被短路，由此形成一種輸入電流的適當波形。結果，由交流電源101產生的交流電被變換成直流電，輸入電流的波形被控制到一種正弦波的波形。另一方面，逆變器231由三相電壓型PWM逆變器或類似的逆變器構成，該逆變器包括三對上下臂，每對臂由像IGBT這樣的自換向半導體開關元件及一個二極管構成，二極管與開關元件反向并聯連接。這種三相電壓型PWM逆變器的操作在現有技術中是公知的，因此，對其操作將不進行詳細的描述。這個逆變器231可以在通過控制六個臂的導通狀態建立的六種開關方式中的一種選擇的方式下進行操作，以便控制在三相的相應線間的電壓，并且可以在與一個零電壓矢量相關的兩種開關方式下進行操作，這兩種方式是通過使所有的上臂或所有的下臂導通來建立的，以致使在三相的線間的所有電壓等于零電平。
在以下對其它公知電路的描述中，與圖46中所使用的相同的標號將被用來表示功能上對應的部分或元件。
圖47是一種表示上述類型的電力變換裝置的第二個公知例子的電路圖。這個裝置包括一個直流電源103和一個變換器(二象限斬波器)204，該變換器由一對上下臂構成和用于控制提供給逆變器231的電壓。
在這個公知電路中，利用半導體開關使通過電抗器102提供直流電源短路，以致一部分能量被存儲在電抗器102中。當半導體開關被關斷時，電抗器102中的能量與由直流電源103提供的能量一起被提供給平滑電容器202，以致平滑電容器202的直流電壓變為比電源電壓更高。
在圖46和圖47中所示的電力變換器中，使平滑電容器202的容量足夠的大，以致變換器201或變換器204和逆變器231的開關操作能夠被相互獨立地自由進行。
圖48是一種表示上述類型的電力變換裝置的第三個公知例子的電路圖。其中標號104表示一個單相全波整流電路，該整流電路由一個二極管橋構成，標號205表示一個變換器，該變換器的上臂只由一個二極管構成。
在圖48所示的裝置中，交流電源經過全波整流電路104被全波整流，利用半導體開關使通過電抗器102提供的整流后的直流電壓被短路，由此形成一種輸入電流的適當波形。在這種方式中，由交流電源101產生的交流電能夠被變換成直流電，輸入電流的波形能夠被控制到一種正弦波的波形。
圖49是一種表示上述類型的電力變換裝置的第四個公知例子的電路圖。這個電路在“1996 National Convention Record I．E．E Japan”中刊載的，名稱為“715 Reduction in Capacitance of Capacitor of Single-phase PWMConverter Having DC Active Filter Function(減小在具有直流有源濾波器功能的單相PWM變換器中的電容器的電容的方法)”的文章中公開了。
在圖49中所示的裝置包括一個單相交流電源101，電抗器102，變換器201，逆變器231，二象限斬波器401，設置在一個直流中間電路中的平滑電容器202，濾波器所用的電抗器403和電容器404，及一個感應電動機501。
雖然將不詳細地描述這個電路的操作，但是它的基本操作是這樣的變換器201進行PWM控制以便保持交流輸入電流的正弦波形，同時把輸入功率因數控制到1。為了吸收在變換器201的直流輸出側產生的并且具有為電源頻率的兩倍的頻率的電力波動，二象限斬波器401控制電容器404的電壓以便提供和接收能量，由此減小平滑電容器202的容量。
圖50是一種表示上述類型的電力變換裝置的第五個公知例子的電路圖。這個電路在1993年出版的“the Transactions of I．E. E．J．-A Publication ofIndustry Applications Society”(vol．113-D，No．9，p．1106-p．1107)中刊載的，名稱為“One Measure to Reduce DC Voltage Ripple of Single-phase PWMConverter(一種減小單相PWM變換器中的直流電壓脈動的措施)”的文章中公開了。
圖51是一種表示上述類型的電力變換裝置的第六個公知例子的電路圖。這個電路在“1996 National Convention Record I．E. E. J．-Industry ApplicationsSociety”中刊載的，名稱為“79 Method for Reducing Power Ripple ofSingle-phase Voltage PWM Converter(用于減小單相電壓型PWM變換器中電力波動的方法)”的文章中公開了。
在圖50中，標號405表示一個串聯諧振電路形式的LC濾波器，該串聯諧振電路與一個直流中間電路連接。在圖51中，標號406表示一個電抗器。
雖然將不詳細地描述這些電路的操作，但是它們的基本操作是這樣的利用圖50的LC濾波器405或圖51具有相同諧振頻率的電抗器406來吸收在變換器201的直流輸出側產生的并且具有為電源頻率的兩倍的頻率的電力波動，以致能夠減小平滑電容器202的容量。
在圖46到圖51中所示的任何一種公知電路的情況下，為了吸收在變換器切換時產生的電力波動的目的，在變換器201、204或205的輸入側上需要設置電抗器102，因此，該電力變換裝置的整個尺寸和費用不能如所希望的被減小。
在圖49到圖51中所示的公知電路中，電抗器(LC濾波器405的電抗器或電抗器406)被用于吸收電力波動，因此，該電力變換器的整個尺寸和費用不能如所希望的被減小。
在圖49和圖51中所示的公知電路中，一對上下臂(二象限斬波器401)需要被加到直流中間電路上，因此，該電力變換器的尺寸和費用不能如所希望的被減小。同樣，如在圖50中所示的公知電路遇到了這樣的問題LC濾波器405中電容器的擊穿電壓變為中間直流電壓的兩倍。
因此，本發明的目的是提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置具有簡單的電路構成并且使得它的尺寸和費用減小。
為了實現上述目的，根據本發明的第一方面提供一種電力變換裝置，該電力變換裝置包括一個電力變換器，該電力變換器包括多個半導體開關元件，這些半導體開關元件被操作來進行電力變換由此產生多相交流電；一個交流負載電路，該電路與電力變換器的一個交流輸出側連接；以及一個與交流負載電路連接的零相電源裝置。在該裝置中，電力變換器、交流負載電路和零相電源裝置連接成一環路的形式，以致當從電力變換器的交流輸出側觀看時，零相電源裝置的電壓和電流通過交流負載電路提供零相序分量，和電力變換器進行分時操作以便把電力提供給交流負載電路和從交流負載電路接收電力，把零相序電力提供給零相電源裝置和從零相電源裝置接收零相序電力。
根據本發明的第二方面的電力變換裝置包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個半導體開關元件，這兩個半導體開關元件串聯連接并且與電壓型逆變器的一個直流側耦合。在該裝置中，單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個半導體開關元件之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，單相交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量。所述的電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變換器把零相序電力提供給交流電源和從交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器和交流電源之間的電力傳輸。
根據本發明的第三方面的電力變換裝置包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個二極管，這兩個二極管串聯連接并且與電壓型逆變器的一個直流側耦合。在該裝置中，單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個二極管之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中，電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變換器把零相序電力提供給單相交流電源和從單相交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器和交流電源之間的電力傳輸。
根據本發明的第四方面的電力變換裝置包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個電容器，這兩個電容器串聯連接并且與電壓型逆變器的一個直流側耦合。在該裝置中，單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個電容器之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量。上述電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變流器把零相序電力提供給單相交流電源和從單相交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器和交流電源之間的電力傳輸。
根據本發明的第五方面的電力變換裝置包括一個產生直流電壓的直流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把直流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與電壓型逆變器的直流側并聯連接。在該裝置中，直流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，直流電源的第二端與在平滑電容器和逆變器之間的一個連接點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，直流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量。上述電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第六方面的電力變換裝置包括一個產生交流電流的交流電源；一個與交流電源連接的整流電路，用于對交流電流進行整流以便產生一個直流電壓；一個電力變換器，該變換器包括一個把從整流電路接收的直流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與電壓型逆變器的直流側并聯連接。在這個裝置中，整流電路的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，整流電路的第二端與在乎滑電容器和逆變器之間的一個連接點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量。上述電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給交流電源和從交流電源接收零相序電力。
根據上述本發明的第一到第六個方面，逆變器能夠實現公知電路中的變換器的一個臂的功能，它將導致在一個單相／多相電力變換器或直流／多相電力變換器中的半導體開關元件、反向并聯二極管和其它部件的數量被減少。同時能夠消除在電力變換器的輸入側上的電抗器。因此，該電路結構能夠被簡單化，并且該裝置的整個尺寸和費用能夠被明顯地減小。這就能夠實現一種用于驅動一個電動機或類似裝置的小尺寸和低費用的驅動裝置，該驅動裝置具有高的輸入功率因數。
在根據本發明的第二到第六個方面的電力變換裝置中，可以在多相交流電動機的中性點與電源之間插接一個電抗器。在這種情況下，多相交流電動機的一個定子鐵芯可以被用作為電抗器的一個鐵芯。利用這種電路結構，電動機的定子鐵芯能夠被有效地利用。
在根據本發明的第二到第六個方面的電力變換裝置中，一個沒有中性點的交流負載可以與電壓型逆變器的一個多相輸出側連接，以代替多相交流電動機，和一個電抗器可以與逆變器的多相輸出側星形連接，這樣該電抗器的中性點與電源或整流電路的一端連接。利用這種電路結構，本發明的電力變換裝置可以被用于驅動沒有中性點的交流負載。
根據本發明的第七方面的電力變換裝置包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；一個平滑電容器，該電容器與在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路連接；和一個作為能量存儲元件的脈動吸收電容器，該電容器被設置在電動機的定子繞組的一個中性點與在逆變器和平滑電容器之間的一個連接點之間。在這個裝置中，電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述脈動吸收電容器和從脈動吸收電容器接收零相序電力，以便控制脈動吸收電容器的直流電壓，由此利用脈動吸收電容器來吸收在直流中間電路中產生的電力波動。
根據本發明的第八方面的電力變換裝置包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；一個平滑電容器，該電容器到在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路；和一個串聯諧振電路，該串聯諧振電路被設置在多相交流電動機的定子繞組的一個中性點與在逆變器和平滑電容器之間的一個連接點之間，串聯諧振電路包括一個作為能量存儲元件的諧振電容器和一個諧振電抗器。在這個裝置中，電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述串聯諧振電路和從串聯諧振電路接收零相序電力，以便控制串聯諧振電路兩端的電壓，因此串聯諧振電路吸收在中間電路中產生的電力脈動。
根據本發明的第九方面的電力變換裝置包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由逆變器產生的多相交流電壓來驅動，多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；一個平滑電容器，該電容器連接到在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路；和一個作為能量存儲元件的脈動吸收電抗器，該電抗器被設置在多相交流電動機的定子繞組的一個中性點與所述變換器的一個交流輸入端之間。在這個裝置中，電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述脈動吸收電抗器和從脈動吸收電抗器接收零相序電力，以便控制脈動吸收電抗器的電壓，由此利用脈動吸收電抗器來吸收在直流中間電路中產生的電力波動。
根據本發明的第七到第九個方面，能夠利用逆變器的零電壓矢量來控制零相序電力，由此能夠消除通常在公知電路中使用的一個附加臂。因此該電路結構能夠被簡單化，并且該裝置的整個尺寸和費用能夠被減小，同時保證減小平滑電容器的容量。
在根據本發明的第七到第九個方面的裝置中，可以在多相交流電動機的中性點與能量存儲元件之間插接一個電抗器。在這種情況下，多相交流電動機的一個定子鐵芯也可被用作為電抗器的一個定子。在這一電路結構中，可以利用電動機的漏電感代替通常設置用于吸收電力波動的電抗器。
在根據本發明的第七到第九個方面的裝置中，一個沒有中性點的交流負載可與電壓型逆變器的一個多相輸出側連接，以代替多相交流電動機，并且一個電抗器可以與逆變器的多相輸出側星形連接，以致該電抗器的中性點與能量存儲元件的一端連接。利用這一電路結構，本發明的電力變換裝置可以被用于驅動一個沒有中性點的交流負載。
根據本發明的第十個方面的電力變換裝置包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相電路，該單相電路被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間；一組二極管，該二極管組包括多個二極管，它們的極性在該二極管組的內部的極性反向點上被反向，這些二極管彼此連接在該極性反向點上；和一個直流電源，該直流電源被連接在二極管組的極性反向點與所述平滑電容器的一端之間。在這個裝置中，單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給單相電路和從該單相電路接收交流電，并且當產生一個零電壓矢量時借助于二極管組把直流電提供給直流電源和從直流電源接收直流電。
根據本發明的第十一個方面的電力變換裝置包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相負載，該單相負載被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組的內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上；一個電抗器，該電抗器具有與二極管組的極性反向點連接的第一端；和一個直流電源，該直流電源被連接在電抗器的第二端與所述平滑電容器的一端之間。在這個裝置中，單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給所述單相負載和從該單相負載接收交流電，并且當產生一個零電壓矢量時借助于所述二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
根據本發明的第十二個方面的電力變換裝置包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相交流電源，該單相交流電源被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間，并且具有一個插接在交流電源與逆變器之間的第一電抗器；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組的內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上；一個第二電抗器，該電抗器具有與二極管組的極性反向點連接的第一端；和一個直流電源，該直流電源被連接在第二電抗器的第二端與平滑電容器的一端之間。在這個裝置中，單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給單相交流電源和從該單相交流電源接收交流電，由此再生直流電源的電力，并且當產生一個零電壓矢量時借助于二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
根據本發明的第十三個方面的電力變換裝置包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個第一電抗器，該電抗器具有與逆變器的第一交流輸出端連接的一端；一個第二抗電器，該電抗器具有與逆變器的第二交流輸出端連接的一端；一個單相交流電源，該單相交流電源被連接在第一電抗器的另一端與第二電抗器的另一端之間；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組的內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上，二極管組與單相交流電源的相反端串聯連接；和一個直流電源，該直流電源被連接在二極管組的極性反向點與所述平滑電容器的一端之間。在這個裝置中，單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給單相交流電源和從該單相交流電源接收交流電，由此再生直流電源的電力，并且當產生一個零電壓矢量時借助于二極管組把直流電提供給直流電源和從直流電源接收直流電。
在根據本發明的第十一到第十三個方面的裝置中，逆變器可以代替在公知電路中被用于把單相電壓型逆變器的直流電壓增加到一個確定電平的直流／直流變換器，例如升壓斬波器。因此，可以減少半導體開關元件的數量或尺寸，和減少用于這些元件的驅動電路和驅動電源。因而該電路結構能夠被簡化，并且能夠明顯地減小該裝置的尺寸和費用。
在根據本發明的第十一到第十三個方面的裝置中，直流電源可以是由一個交流電源和一個整流電路的組合來構成的。
根據本發明的第十四個方面的電力變換裝置包括一個產生直流電的直流電源；一個電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成交流電，并且把該交流電提供給負載；和零相序電流旁路裝置，該裝置包括多個二極管，每個二極管分別具有與一個公共點同極性連接的第一端，零相序電流旁路裝置被連接在直流電源與各相的電壓型逆變器的交流輸出端之間。在這個裝置中，電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于零相序電流旁路裝置把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第十五個方面的電力變換裝置包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給一個負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的相應陽極，該陽極借助于一個電抗器與整流電路的一個正側輸出端連接，三個二極管分別具有對應的陰極，每個陰極分別地與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，整流電路具有一個與所述平滑電容器的一個負側端連接的負側輸出端；以及三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第十六個方面的電力變換裝置包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該交流電提供給負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的相應陰極，該陰極借助于一個電抗器與整流電路的一個正側輸出端連接，三個二極管具有相應的陽極，它們分別連接到三相電壓型逆變器相應于各相的交流輸出端；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，整流電路具有一個與平滑電容器的一個正側端連接的正側輸出端；三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第十七個方面的電力變換裝置包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路，并且一個電抗器被插接在交流電源與整流電路之間；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該交流電提供給負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管分別具有與一個公共點連接的陽極，該陽極與整流電路的一個正側輸出端連接，三個二極管分別具有對應的陰極，每個陰極分別地與三相電壓型逆變器對應于每相的交流輸出端連接；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，整流電路具有一個與平滑電容器的一個負側端連接的負側輸出端，三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第十八個方面的電力變換裝置包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路，并且一個電抗器被插接在交流電源與整流電路之間；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給一個負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管，它包括三個二極管，每個二極管分別具有與一個公共點連接的陰極，該陰極與整流電路的一個正側輸出端連接，三個二極管分別具有對應的陽極，每個陽極分別地與三相電壓型逆變器對應于每相的交流輸出端連接；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，整流電路具有一個與平滑電容器的一個正側端連接的正側輸出端；三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
根據本發明的第十九個方面的電力變換裝置包括一個直流電源；該直流電源具有一個正電極和一個負電極；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該交流電提供給負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管分別具有與一個公共點連接的陽極，該陽極借助于一個電抗器與直流電源的一個正電極連接，三個二極管分別具有對應的陰極，每個陰極分別地與三相電壓型逆變器對應于每相的交流輸出端連接；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，直流電源的負電極與所述平滑電容器的一個負側端連接；三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時把零相序電力提供給交流電源和從交流電源接收零相序電力，以便控制逆變器的直流電壓。
根據本發明的第二十個方面的電力變換裝置包括一個直流電源，該直流電源具有一個正電極和一個負電極；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該交流電提供給負載；一個作為零相序電流旁路裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管分別具有與一個公共點連接的陰極，該陰極借助于一個電抗器與直流電源的負電極連接，三個二極管具有相應的陽極，每個陽極分別地與對應于各相的逆變器的交流輸出端連接；和一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側。在這個裝置中，直流電源的正電極與平滑電容器的一個正側端連接，三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力，以便控制逆變器的直流電壓。
在根據本發明的第十五，十七和十九個方面的裝置中，通過從零相旁路二極管組的一個陽極電位指令值中減去用于各相的電壓指令值中的最小值來獲得一個零相序電壓指令值，該零相序電壓指令值將被疊加在各相的每個電壓指令值上。
在根據本發明的第十六，十八和二十個方面的裝置中，通過從所述零相旁路二極管組的一個陰極電位指令值中減去各相的電壓指令值中的最大值來獲得一個零相序電壓指令值，該零相序電壓指令值將被疊加在各相的每個電壓指令值上。
根據本發明第十四到第十八個方面，該逆變器產生一個零電壓矢量以便控制零相序電壓，由此實現像升壓斬波器這樣的一個直流／直流變換器的功能，該變換器在公知電路被用于把輸入電流的波形控制到一種正弦波的波形。它導致半導體開關元件的數量或尺寸和這些元件的驅動電路和驅動電源的減少。
根據本發明的第十九和第二十個方面，可以利用由零相旁路二極管組所人為地獲得的零相序電壓，以致能夠增加直流電源電壓，而不需額外利用一個附加的臂，由此消除了對設置一個升壓斬波器的需要。
下面通過結合優選實施例和附圖將更詳細地描述本發明
圖1是表示本發明的第一實施例的示意圖；圖2是表示本發明的第二實施例的電路圖；圖3是一個用于本發明的第二實施例的一個正相序分量的等效電路圖；圖4是一個用于本發明的第二實施例的一個零相序分量的等效電路圖；圖5是表示本發明的第二實施例的一個控制電路的電路圖；圖6是表示本發明的第二實施例的一個控制電路的電路圖；圖7是表示本發明的第三實施例的電路圖；圖8是表示本發明的第四實施例的電路圖；圖9是表示本發明的第五實施例的電路圖；圖10是表示本發明的第六實施例的電路圖；圖11是一個表示用于圖10中實施例的一個零相序分量的等效電路的電路圖；圖12是表示圖10中實施例的一個控制電路的電路圖；圖13是表示圖10中實施例的一個控制電路的電路圖；圖14是表示本發明的第七實施例的電路圖15是表示本發明的第八實施例的電路圖；圖16是表示圖15中實施例的一個控制電路的電路圖；圖17是表示本發明的第九實施例的電路圖；圖18是表示本發明的第十實施例的電路圖；圖19是表示本發明的第十一實施例的電路圖；圖20是一個表示圖19中實施例的輸出部分的一個正相序分量的等效電路的電路圖；圖21是一個表示圖19中實施例的輸出部分的一個零相序分量的等效電路的電路圖；圖22是表示圖19中實施例的一個控制電路的電路圖；圖23是表示圖19中實施例的一個控制電路的電路圖；圖24是表示本發明的第十二實施例的電路圖；圖25是表示圖24中實施例的一個控制電路的電路圖；圖26是表示本發明的第十三實施例的電路圖；圖27是表示本發明的第十四實施例的電路圖；圖28是表示本發明的第十五實施例的電路圖；圖29是表示本發明的第十六實施例的電路圖；圖30是一個表示圖29中實施例的一個正相序分量的等效電路的電路圖；圖31是一個表示圖29中實施例的一個零相序分量的等效電路的電路圖；圖33是表示圖29中實施例的一個控制電路的電路圖；圖33是表示本發明的第十七實施例的電路圖；圖34是表示圖33中實施例的一個控制電路的電路圖；圖35是表示本發明的第十八實施例的電路圖；圖36是表示本發明的第十九實施例的電路圖；圖37是表示本發明的第二十實施例的電路圖；圖38是表示本發明的第二十一實施例的電路圖；圖39是一個表示圖38中實施例的一個正相序分量的等效電路的電路圖；圖40是一個表示圖39中實施例的一個零相序分量的等效電路的電路圖；圖41是表示圖38中實施例的一個控制電路的電路圖；圖42是表示本發明的第二十二實施例的電路圖；圖43是表示圖42中實施例的一個控制電路的電路圖；圖44是表示本發明的第二十三實施例的電路圖；圖45是表示本發明的第二十四實施例的電路圖；圖46是一個表示公知電路的電路圖；圖47是一個表示公知電路的電路圖；圖48是一個表示公知電路的電路圖；圖49是一個表示公知電路的電路圖；圖50是一個表示公知電路的電路圖；以及圖51是一個表示公知電路的電路圖。
下面描述本發明的優選實施例，其中在表示公知電路的圖46-51中所使用的相同標號用于表示實質上具有相同功能的相應部件或元件。
圖1是一個表示根據本發明的第一實施例的電力變換裝置的示意圖。在圖1中，標號150表示一個零相電源裝置，該裝置由一個單相交流電源、直流電源或一個像電感器或電容器這樣的無源元件構成，該無源元件能夠存儲待提供給負載的電能，標號200表示一個電力變換器，例如是一個單相／多相電力變換器或直流／多相電力變換器，該電力變換器是由變換器、斬波器或一個逆變器或類似裝置構成的。這個電力變換器200通過半導體開關元件的操作來進行電力變換并且產生多相交流電。標號500表示一個交流負載電路，例如交流電動機、變壓器或通過電感器連接的交流電源，它給電力變換器200提供電力和從電力變換器200接收電力。
電力變換器200、交流負載電路500和零相電源裝置150連接成一種環路的形式，以致當從電力變換器200的交流輸出側看時，零相電源裝置150的電壓和電流通過交流負載電路500提供零相序分量。在這種情況下，電源裝置150被稱為“零相電源裝置”。
在上面描述的結構中，通過控制在電力變換器200中的一個逆變器的各線間的電壓和控制在這些線間流動的電流，使交流電在電力變換器200和交流負載電路500之間被傳送，由此以與公知電路中相同的方式控制電力。
為了在電力變換器200和零相電源裝置150之間進行電力傳輸，另一方面，電力變換器200控制零相電源裝置150的零相序電壓和零相序電流，例如，利用它的逆變器的零電壓矢量來進行控制。
因此，電力變換器200進行分時操作以便把電力提供給交流負載電路500和從交流負載電路500接收電力，并且把零相序電力提供給零相電源裝置150和從零相電源裝置150接收零相序電力。也就是，當電力變換器200把零相序電力提供給零相電源裝置150和從零相電源裝置150接收零相序電力時，包含在電力變換器200中的逆變器進行變換器的部分操作或全部操作，以便在變換器200和零相電源裝置150之間進行電力變換。因此，能夠減小在電力變換器200中包含半導體開關元件或二極管的臂的數目。
能夠利用一個電抗器、如電動機的漏電抗作為一個電力變換器200所需要的一個輸入側電抗器，該電抗器包括在交流負載電路500中。利用這樣的一個電抗器能夠消除對提供一個專用輸入電抗器的需要，由此減小該裝置的尺寸。
圖2是一個表示根據本發明的第二實施例的電力變換裝置的電路圖。在圖2中所示的裝置包括一個平滑電容器202；三相電壓型逆變器231，該逆變器231由像IGBT這樣的白換向半導體開關元件Tr1-Tr6和二極管構成，其中每個二極管與一個對應的開關元件反相并聯連接；具有一對上下臂的變換器204，該變換器204包含自換向半導體開關元件Tr7，Tr8和二極管，其中每個二極管與一個對應的開關元件反相并聯連接；三相感應電動機501，在該感應電動機501中定子繞組被彼此星形連接；和一個單相交流電源101，該交流電源101的一端與感應電動機501的一個中性點連接，而它的另一端與變換器204的開關元件Tr7、Tr8的中點(實際上中性點)連接。
在本實施例中，應該注意三相電壓型逆變器231的零電壓矢量。具體地說，通過選擇兩種開關方式中的一種方式，三相電壓型逆變器231能夠產生一個零電壓矢量，即一種開關方式是所有的上臂被導通，另一種開關方式是所有的下臂被導通。這個實施例利用了在選擇開關方式方面的這種自由度。
利用逆變器231產生的零相序電壓不作為線間電壓出現，因此，該零相序電壓對驅動電動機的方式沒有影響。從而如圖3所示地被構成它的正相序分量的一個等效電路，其中逆變器231根據電動機501的驅動以與公知對應部分相同的方式來操作，并且通過控制在逆變器231的線間的電壓和控制在這些線間流動的電流把交流電提供給感應電動機501和從電動機501接收交流電，由此控制待提供給電動機501的電力。
另一方面，當考慮到零相序分量時，如圖4中所示構成等效電路，其中如在圖3中所看到的逆變器231的三對臂能夠被認為是一對臂231′，這一對臂231′以零電壓矢量的比率進行開關操作，其中零電壓矢量的比率是指所有上臂被導通時產生的零電壓矢量與所有下臂被導通時產生的零電壓矢量之比。也就是，在圖46中所示的公知電路的變換器201的一個臂可以由該電路結構來代替或替換，其中利用圖2的逆變器231來控制零相序電壓。電動機501可以被認為是一個具有一個漏電感的電抗器502。
通過單獨地加一對臂204用作如圖4所示的一個變換器，該對臂231′和204相互合作提供一個與如圖46中所示的公知電路的變換器201的電路結構等效的電路結構，并且以與在變換器201中相同的操作方式進行電力變換。也就是，由圖4中的這對臂231′、204構成的變換器通過電抗器502把零相序電力提供給單相交流電源101和從單相交流電源101接收零相序電力。
因而，圖2中所示的電路能夠實現一種單相／多相電力變換電路，該電路實際上與圖46中所示的公知電路是相同的。因此，該電路結構能夠被簡化，以及由于半導體開關元件、二極管和其它元件的數量的減少，并且消除了輸入側電抗器，所以能夠減小該裝置的整個尺寸和費用。
構成一個交流負載的電動機可以是除了在所列舉的實施例中使用的三相感應電動機之外的其他類型的多相交流電動機。
利用PWM脈中來控制圖2中的逆變器231和變換器204，該PWM脈沖例如是由圖5中所示的控制電路產生的。
參照圖5，在一個直流電壓指令Vdc*和一個直流電壓檢測值Vdc之間的差值被輸入到一個電壓控制器304，電壓控制器304的輸出被乘以一個正弦波sinωst，該正弦波sinωst與電源電壓是同相的并且它的幅值是1，以便提供一個零相序(輸入)電流指令i0*。
在一個乘法器305把零相序電流指令i0*乘以1／3之后，所得到的信號被加到用于驅動電動機501的電流指令ia*，ib*，ic*上，以產生各相的電流指令iu*，iv*，iw*。然后，獲得這些電流指令iu*，iv*，iw*與各相的實際電流檢測值iu，iv，iw之間的差值，并且把所得到的結果輸入給相應的電流控制器301-303。然后，比較器306-308把這些電流控制器301-303的各個輸出與三角波相比較，以便獲得用于驅動逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式，以致各相的電流遵循對應的電流指令iu*，iv*，iw*。
相對于變換器204，由待提供給逆變器231的各相的電壓指令的總和來獲得零相序電壓(即，電流控制器301-303的輸出)，利用比較器309把這個零相序電壓與一個三角波相比較，從而獲得用于驅動變換器204的開關元件Tr7，Tr8的PWM方式。
在本實施例中，利用PWM脈沖以時分方式來控制逆變器231和變換器204，以便作為圖3的三相電壓型逆變器和圖4的全橋型單相變換器的組合來操作，其中三相電壓型逆變器利用正相序電流來控制其線間的電壓和線間流動的電流，和全橋型單相變換器利用零相序電流來控制單相交流電源101的輸入電流。
圖6示出了另一種圖2的電力變換裝置的控制電路。當由上述圖5實例的電動機501的電流指令ia*，ib*，ic*來獲得PWM脈中時，可以如圖6所示由待提供給電動機501的電壓指令Va*，Vb*，Vc*來獲得PWM脈沖。
在這種情況下，由每相電流獲得的在零相序電流指令i0*和零相序電流i0之間的差值被輸入給一個電流控制器305，以便獲得一個零相序電壓指令V0*，將該指令與每個電壓指令Va*，Vb*，Vc*相加。利用比較器306-308把這樣獲得的結果與一個三角波相比較，以便獲得用于驅動逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式。
相對于變換器204，利用比較器309把這個零相序電壓V0*與一個三角波相比較，以便獲得用于驅動變換器204的開關元件Tr7、Tr8的PWM方式。
圖7是一個表示根據本發明的第三實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在圖7中，一個變換器206由兩個二極管D1、D2的串聯電路構成，其中間點與單相交流電源101的一端連接。這個實施例的裝置的其它部件與圖2的第二實施例中的那些部件是類似的。
利用上述配置，雖然不能夠由電動機501給單相交流電源101再生電力，但是變換器206的結構能夠比圖2中的結構更簡單。
本實施例的電力變換裝置實際上以與圖2第二實施例相同的方式進行操作。也就是，這個裝置作為圖3的三相電壓型逆變器和由該逆變器的一對臂與圖7的變換器206構成的混合橋型單相變換器的組合來操作，其中前者利用正相序電流來控制在逆變器的線間的電壓和線間流動的電流，和后者利用零相序電流來控制單相交流電源101的輸入電流。
圖8是一個表示根據本發明的第四實施例的電路圖。
在圖8中，一個變換器207由作為無源元件的兩個電容器C1，C2的串聯電路構成，其中間點與單相交流電源101的一端連接。
利用這一配置，變換器207的結構甚至可以比圖7中的第三實施例的結構更簡單，并且能夠由電動機501給單相交流電源101再生電力。然而，最大輸出電壓變為等于在平滑電容器202的直流電壓的一半與交流電源電壓的最大值之間的差。
本實施例的電力變換裝置以圖3的三組電壓型逆變器和由該逆變器的一對臂形成的半橋型單相變換器的組合來操作。
雖然在圖中沒有示出，但是上述圖2，圖7和圖8的實施例可以作這樣的修改，即在電動機501的中性點與單相交流電源101之間連接一個電抗器，利用電動機501的一個定子繞組作為該電抗器的線圈。
圖9是一個表示根據本發明的第五實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
圖9的電路是以圖2的實施例為基礎而設計的，但是它與圖2實施例的區別在于一個電抗器504與三相電壓型逆變器231的各相的輸出端星形連接，該電抗器504的中性點代替圖2中的電動機501的中性點與單相交流電源101的一端連接。
本實施例可以利用一個沒有中性點的交流負載503，而且逆變器的一部分結構能夠作為圖2所示實施例中的變換器來操作，而不會引起零相序電流流過交流負載503。該裝置的操作總體上和控制逆變器231與變換器204的方法實際上與圖2中實施例的操作和控制是相同的。
這個實施例可應用于通過從圖7和圖8的每個實施例中去掉電動機501所獲得的結構。
圖10是一個表示根據本發明的第六實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在圖10的裝置中，感應電動機501的中性點與一個直流電源103的正端連接，這個直流電源103的負端與在三相電壓型逆變器231的下臂和平滑電容器202之間的連接點或節點連接。利用這一連接配置，當從逆變器231的交流輸出端的角度來觀察時，直流電源電壓變為等于零相序電壓。
這個實施例用于正相序分量的等效電路與圖3中的電路是相同的，如上所述，并且它以與公知三相電壓型逆變器相同的方式進行操作以驅動電動機501。
本實施例用于零相序分量的等效電路由在圖11中所示的電路來構成。也就是，三相電壓型逆變器231的三對臂被認為是一對臂231′，該對臂231′以零電壓矢量的比率進行切換操作并且執行如圖47中所示的變換器(二象限斬波器)204的功能。因此，可以利用該電路結構來代替或替換變換器204，在該電路結構中利用圖10中的逆變器231來控制零相序電壓。此外，電動機501能夠被認為是一個具有一定的漏電感值的電抗器502。
如上所述在圖10的電路中，零相序電力通過圖11所示電路的操作在直流電源103與平滑電容器202之間被傳輸。
因此，圖10中所示的電路能夠實現一種單相／多相電力變換電路，該電力變換電路與在圖47中所示的公知電路是類似的。由于半導體開關元件、二極管和其它部件的數量被減少了，并且省去了輸入側的電抗器，所以能夠簡化電路結構，而且能夠減小電力變換裝置整個尺寸和費用。
作為一個交流負載的電動機可以是在這個實施例中使用的三相感應電動機以外的其它類型多相交流電動機。
圖12是一個表示用于獲得待提供給圖10中所示實施例的逆變器231的PWM脈中的控制電路的電路圖。
在圖12中，在一個直流電壓指令Vdc*和一個直流電壓檢測值Vdc之間的差被輸入到一個電壓控制器304，該電壓控制器304依次產生一個零相序(輸入)電流指令i0*。除了圖5中用于獲得待提供給變換器204的PWM脈沖的一部分電路之外，該控制電路的其它部分的結構與圖5中所示控制電路的結構是類似的。將從圖12電路最終獲得的PWM脈沖施加到圖10逆變器231的開關元件Tr1-Tr6。
利用上述的控制電路，圖10的裝置以圖3的三相電壓型逆變器231和圖11的二象限斬波器的組合來操作，其中前者利用正相序電流來控制在線電壓和線間流動的電流，而后者利用零相序電流來控制直流電壓。
圖13示出了控制電路的另一個例子，在該電路中由待提供給電動機501的電壓指令Va*，Vb*，Vc*來獲得PWM脈沖，如同在圖6的控制電路中。
圖14是一個表示根據本發明的第七實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在圖14的電路中，電動機501的中性點與直流電源103的負極連接，這個直流電源103的正極與在三相電壓型逆變器231的上臂和平滑電容器202之間的連接點連接。
這個實施例的裝置以三相電壓型逆變器和二象限斬波器的組合來操作，它采取與圖10的實施例類似的方式。
圖15是一個表示根據本發明的第八實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在圖15中，一種單相交流電源101與以一個二極管橋形式的單相全波整流電路105的組合被用來代替圖10第六實施例中所使用的直流電源103。這個電源結構可以應用于圖14的第七實施例。
一種用于控制圖15所示裝置的控制電路如圖16所示來構成。具體地說，通過把電壓控制器304的輸出乘以一個正弦波sinωst的絕對值｜sinωst｜使輸入電流被整形為一個正弦波，其中該正弦波sinωst與電源電壓是同相的并且它的幅值是1，由此獲得一個零相序(輸入)電流指令i0*。該電路的其它部分的配置與圖12的控制電路是相同的。圖16的控制電路能夠把直流電壓控制到某個電平上，同時維持輸入電流的正弦波形。
圖15的裝置以三相電壓型逆變器和一個單相／單開關型正弦電流變換器的組合形式來操作。
圖17是一個表示根據本發明的第九實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在該實施例中，一種三相交流電源107與由二極管橋構成的三相全波整流電路106的組合被用來代替在圖10所示實施例中所使用的直流電源103。這個電源結構也可以應用于圖14中所示的實施例。
在這種情況下，如上所述的一種與圖13控制電路類似的控制電路被用于提供具有高功率因數的輸入電流。也就是，零相序電流指令i0被控制到某一個固定值，以致三相交流電源107的電流波形呈現導通角為120°的正弦波波形。因此，與使用單相交流電源的情況相比，能夠改進功率因數，并且能夠有益地減小輸入電流的最大值。
雖然在這些圖中沒有示出，但是可以這樣來在上述圖10，圖14，圖15和圖17的實施例中作出更改，即在電動機501的中性點與直流電源(包括交流電源和整流電路的組合)之間連接一個電抗器，利用電動機501的一個定子繞組作為該電抗器的線圈。
圖18是一個表示根據本發明的第十實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
圖18的電路是以圖10的實施例為基礎而設計的，但是它與圖10中實施例的區別在于一個電抗器504與三相電壓型逆變器231的各相的輸出端星形連接，該電抗器504的中性點而不是圖10中的電動機501的中性點與直流電源103正極連接。
本實施例可以利用一個沒有一個中性點的交流負載503，并且逆變器231的一部分結構能夠執行二象限斬波器的功能，而不會導致零相序電流流過交流負載503。
這個實施例可應用于通過從圖14，圖15和圖17的每個實施例中去掉電動機501所獲得的電路結構。
圖19是一個表示根據本發明的第十一個實施例的電力變換裝置的電路圖。
圖19的電力變換器包括一個單相交流電源101，單相全橋變換器201，該整流橋是由像IGBT這樣的自換向半導體開關元件和與各個開關元件反向并聯連接的二極管構成的，三相電壓型逆變器231，該逆變器231類似地由自換向半導體開關元件Tr1-Tr6和分別與各開關元件Tr1-Tr6反向并聯連接的二極管構成，在直流中間電路中設置的平滑電容器202和一個三相感應電動機501。在圖19中，標號102表示一個用于吸收變換器201的切換所引起的脈動的電抗器。
在本實施例中，應注意三相電壓型逆變器231的零電壓矢量。亦即，通過選擇兩種開關方式中的一種方式，三相電壓型逆變器231能夠產生一個零電壓矢量，即一種開關方式是所有的上臂一起被導通，另一種開關方式是所有的下臂一起被導通。這個實施例利用了在選擇開關方式方面的這種自由度。
利用逆變器231產生的零相序電壓不表現為逆變器231的線間電壓，因此，該零相序電壓對驅動電動機沒有影響。如圖20所示構成它的正相序分量的一個等效電路，其中逆變器231根據電動機501的驅動以與公知對應部分相同的方式來操作，并且通過控制逆變器231的線間電壓和控制線間流動的電流把交流電提供給電動機501和從電動機501接收交流電。
另一方面，如圖21所示構成零相序分量的一個等效電路，其中如在圖20中所看到的逆變器231的三對臂能夠被認為是一對臂231′，這一對臂231′以零電壓矢量的比率進行開關操作。電動機501可以被認為是具有一確定漏電感值的電抗器502。
當從逆變器231的交流輸出側來看時，用于吸收功率脈動的電容器601的電壓變為等于零相序電壓。對于在逆變器231和電容器601之間通過電動機501(電抗器502)傳輸的零相序電壓，這個電路能夠實現與一對臂(二象限斬波器401)、加到圖49的公知電路結構上的電抗器403和電容器404相同的功能。因此，能夠減小平滑電容器202的電容而不使用一個附加臂。
因而，在圖19中所示的電路能夠實現一種單相／多相電力變換電路，該電路實際上與在圖49中所示的公知電路是等效的，在圖19的電路中零相序電力在逆變器231和電容器601之間被傳輸。由于不需要設置如在公知電路中所使用的附加臂和電抗器，所以該電路結構能夠被簡化，并且該電力變換裝置的整個尺寸和費用能夠被減小。
構成一個交流負載的交流電動機可以是上述實施例中使用的三相感應電動機以外的其它類型的多相交流電動機。
圖19的單相全橋變換器201這樣地操作，即以常規的方式把輸入電流信號整形成一個正弦波波形。
利用PWM脈沖來控制三相電壓型逆變器231，該PWM脈沖例如是由圖22中所示的控制電路產生的。
從“1996 National Convention Record I．E．E Japan”中刊載的，名稱為“715減小在具有直流有源濾波器功能的單相PWM變換器中的電容器的電容的方法”的文章中能夠容易地得到用于對流過用于吸收功率脈動的電容器601的電流產生一個指令的方法，也就是零相序電流指令i0*。
在一個乘法器324把這個零相序電流指令i0*乘以1／3之后，所得到的信號被加到用于驅動電動機501的電流指令ia*，ib*，ic*上，以便產生各相的電流指令iu*，iv*，iw*。然后，計算這些電流指令iu*，iv*，iw*與各相的實際電流檢測值iu，iv，iw之間的差，并且把所得到的結果輸入給相應的電流控制器321-323。然后比較器325-327把這些控制器321-323的各個輸出與三角波相比較，以便獲得用于驅動逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式，以致各相的電流遵循對應的電流指令iu*，iv*，iw*。
在本實施例中，利用PWM脈沖以時分方式來控制逆變器231，以便按圖49中所示的公知電路的三相電壓型逆變器和二象限斬波器的組合來操作，其中前者利用正相序電流來控制線電壓和線間流動的電流，而后者利用零相序電流來控制電容器601的輸入電流。
圖23示出了控制電路另一實例。當從上述圖22實例中的電動機501的電流指令ia*，ib*，ic*來獲得PWM脈中時，可以從待提供給電動機501的電壓指令Va*，Vb*，Vc*來獲得PWM脈中，如在圖23中所示的。
在這種情況下，零相序電流指令i0*與由每相電流獲得的零相序電流i0之間的差被輸入給一個電流控制器328，以便獲得一個零相序電壓指令V0*，該電壓指令V0*與每個電壓指令Va*，Vb*，Vc*相加。利用比較器325-327把各個相加的結果與一個三角波相比較，以便獲得用于驅動逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式。
在圖19的實施例中，利用電動機501(在圖21中的電抗器502)的漏電感對切換逆變器231時在電容器601的輸入電流中產生的脈動進行平滑，如果它是不充分的，那么利用電動機501的一個定子繞組的電抗器可以進一步被連接在電動機501的定子繞組的中性點和電容器601之間。
在上述的實施例中，用于吸收功率脈動的電容器601可以被連接在電動機501的中性點與在逆變器231的上臂和平滑電容器202之間的連接點之間。
圖24是一個表示根據本發明的第十二個實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在該實施例中，一個由諧振電抗器603和諧振電容器602構成的串聯諧振電路連接在電動機501的中性點與在逆變器231的下臂和平滑電容器202之間的連接點之間，該串聯諧振電路作為一個能量存儲元件。如果為了公用的目的使諧振電抗器603的鐵芯和電動機501的定子鐵芯集成為一體，那么能夠進一步地減小這個裝置的尺寸。該電路結構的其它部分與圖19所示實施例中的對應部分是相同的。
在此，上述串聯諧振電路的諧振頻率被選擇為電源頻率的兩倍。
在這個實施例中，單相全橋變換器201以與上述相同的方式進行操作，以致輸入電流的波形被形成為一種正弦波波形。
圖25是一個表示用于產生待提供給圖24中的逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM脈沖的控制電路。
如在圖25中所示的，在該實施例中，直接地提供一個零相序電壓指令V0*，以便把從每相電壓檢測的一個零相序電壓控制到保持在一個恒定電平上。在圖25中，標號329表示一個電壓控制器，該電壓控制器接收在零相序電壓指令V0*與零相序電壓檢測值V0之間的差值。這個電壓控制器329的輸出與每個電壓指令Va*，Vb*，Vc*相加，比較器325-327把相加的結果與一個三角波相比較，由此獲得用于驅動逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式。
例如，雖然在圖50的公知電路中諧振電容器的擊穿電壓需要是直流中間電壓的兩倍，但是，如果利用零相序電壓指令V0*把其幅值控制為等于直流中間電壓的一半，那么本實施例的諧振電容器602的擊穿電壓可以大約是公知電路擊穿電壓的1／2。這將導致使所得到電路的尺寸和費用減小。
從以上描述顯而易見，在該實施例中，由諧振電抗器603和諧振電容器602構成的串聯諧振電路起著圖50中LC濾波器405的作用，以便吸收頻率為電源頻率的兩倍的功率脈動。
在逆變器231與串聯諧振電路之間傳輸零相序電力的方法與在圖19的實施例中的傳輸方法是類似的。
在上述的實施例中，由諧振電抗器603和諧振電容器602構成的串聯諧振電路可以連接在電動機501的中性點與在逆變器231的上臂和平滑電容器202之間的連接點之間。
圖26是一個表示根據本發明的第十三個實施例構成的電力變換裝置的電路圖。
在這個實施例中，一個用于吸收功率脈動的電抗器604被連接在電動機501的中性點與變換器201的一個交流輸入端(一對上下臂的中點)之間，該電抗器604作為一個能量存儲元件。利用相同的鐵芯可以使電抗器604和電動機501成為一體，以致能夠減小整個電路的尺寸。對于該電路結構的其它部分，與在前面實施例中所使用的標號相同的標號被用于表示對應部件。
作為一種用于控制本實施例的裝置的方法，單相全橋變換器201以與上述實施例相同的方式進行操作，以致輸入電流的波形被形成為一種正弦波波形。
圖25中的控制電路可以被用于產生待提供給逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM脈沖。在這一點上，從“1996 National Convention RecordI．E. E. J．-Industry Applications Society”中刊載的，名稱為“79用于減小單相電壓型PWM變換器中電力波動的方法”的文章中能夠容易地得到用于產生零相序電壓指令V0*的方法，該零相序電壓指令V0*用于減小平滑電容器202的電容。
在逆變器231與電抗器604之間傳輸零相序電力的電路結構與在圖19的實施例中的電路結構是相同的，并且通過使逆變器231產生零電壓矢量來控制電抗器604的電流可以實現與在圖51的公知電路中由一對臂401實現的相同功能。因此，圖26的電路實際上變為與圖51的電路等效，并且由于消除了附加臂，所以可以減小該裝置的尺寸和費用。
在本實施例中，用于吸收功率脈動的電抗器604的一端可以與另一個交流輸入端(變換器201的另一對上下臂的中點)連接。
圖27是表示根據本發明的第十四實施例的電力變換裝置的電路圖。
這個實施例的電路是以圖19的實施例為基礎而設計的，但是它與圖19中實施例的區別在于一個電抗器504與三相電壓型逆變器231的各相的輸出端星形連接，電抗器504的中性點而不是圖19中的電動機501的中性點與電容器601的一端連接。
本實施例可以利用一個沒有一個中性點的交流負載503，并且通過去除一個附加臂可以減小平滑電容器202的電容，如在圖19中所示的，而不會使零相序電流流過交流負載503。
這個實施例可應用于通過從圖24和圖26的每個實施例中去掉電動機501所獲得的電路結構。
當在所示每一實施例中利用單相全橋變換器作為變換器201時，由于本發明的意義在于減小平滑電容器202的電容量，所以可以利用一個單相混合橋變換器，或任何其它類型的變換器作為一個變換器。
圖28是一個表示根據本發明的第十五個實施例的電力變換裝置的電路圖。
圖28的裝置包括一個直流電源103、平滑電容器202、單相電壓型逆變器210和一個單相電路550，如單相交流電動機，變壓器，或一個通過電感器連接的單相交流電源，該單相電路給電力變換器210提供交流電力和從電力變換器210接收交流電力。
在圖28中，標號800表示通過串聯連接多個二極管使得在電路部分800內部的一個連接點上極性是反向的而構成的一組二極管。這個二極管組800的相反端與逆變器210的交流輸出端連接，而在二極管組800的內部的極性反向點(實際上為中性點)與直流電源103的正極連接。
直流電源103的負極連接到在逆變器210的下臂和平滑電容器202之間的連接點，逆變器210、二極管組800和直流電源103連接成一種環路的形式，以致當從逆變器210的交流輸出端看時，直流電源103的電壓和電流通過二極管組800提供零相序分量(具有相同幅值和沒有相位差的分量)。
在上面描述的結構中，通過控制在逆變器210線間電壓和控制線間流動的電流(負載電流)，使交流電在逆變器210和單相電路550之間被傳送，由此以與在公知電路中相同的方式控制電力。也就是，在單相電路550是像一個交流電動機這樣的單相負載的場合，交流電力被提供給電路550以便驅動單相負載。在單相電路550是一個借助于一個電抗器與逆變器210耦合的單相交流電源的場合，直流電源103的直流電借助于逆變器210被變換成交流電，并且這樣獲得的交流電被再生成單相交流電源。
同時，逆變器210產生一個零電壓矢量以便控制零相序電壓和零相序電流，由此在逆變器210和直流電源103之間傳輸直流電。
也就是，在逆變器210和單相電路550之間交流電的傳輸和在逆變器210與直流電源103之間直流電的傳輸以分時的方式進行，并且當逆變器210把直流電提供給直流電源103和從直流電源103接收直流電時該逆變器210起著用于進行DC／DC功率變換的斬波器的作用。這就不需要提供一個如在圖49中所示的DC／DC變換器205，并且能夠減少半導體開關元件的數量和減少構成這個變換器205的驅動電路。
圖29是一個表示根據本發明的第十六個實施例的電力變換裝置的電路圖。
在圖29中所示的裝置包括一個直流電源103、電抗器102、平滑電容器202、單相電壓型逆變器211，該逆變器211由像IGBT這樣的自換向半導體開關元件Tr1-Tr4和二極管構成，其中每個二極管與一個對應的開關元件反相并聯連接。這個裝置還包括像單相交流電動機這樣的單相負載和一個二極管組801，該單相負載與逆變器211的一個交流輸出端連接，二極管組801中的二極管D21、D22與相反極性串聯連接，二極管D21、D22的陰極分別地與逆變器211的交流輸出端連接，而它們的陽極(提供一個極性反向點，在該點上二極管D21、D22相互連接)與電抗器102的一端連接。
在此，直流電源103的正極與電抗器102的另一端連接，而直流電源103的負極與在逆變器211的下臂和平滑電容器202之間的一個連接點連接。
在本實施例中，應該注意的是單相電壓型逆變器211的零電壓矢量。具體地說，通過選擇兩種開關方式中的一種方式，單相電壓型逆變器211能夠產生一個零電壓矢量，即一種開關方式是所有的上臂被導通，另一種開關方式是所有的下臂被導通。這個實施例利用了在選擇開關方式方面的這種自由度。
利用逆變器211產生的零相序電壓不表現為線間電壓，因此，該零相序電壓對給單相負載551提供交流電沒有影響。從而它的正相序分量的一個等效電路如在圖30中所示地被構成，其中當給單相負載551提供電力時，逆變器211以與公知對應部分相同的方式來操作，并且通過控制逆變器211的線間電壓和控制線間流動的電流把交流電提供給單相電動機501和從單相電動機501接收交流電，由此控制電力。
當從逆變器211的交流輸出端觀看時，通過二極管組801的二極管D21，D22的直流電源103的電壓變為等于零相序電壓，并且零相序電流通過與上述電路結構連接的二極管組801被旁路，由此防止了零相序電流流入到單相負載551中。
另一方面，零相序分量的等效電路如在圖31中所示地被構成，其中如在圖30中所示的逆變器211的二對臂能夠被認為是一對臂211′，這對臂211′以零序電壓矢量的比率進行開關操作。也就是，在圖48中所示的公知電路使用的升壓斬波器205的作用可以由圖29中的逆變器211來完成，該逆變器211控制零相序電壓。在圖31中，標號801′表示一個與圖29中的二極管組801等效的二極管。
在如上所述的電路結構中，逆變器211進行開關操作來產生一個零電壓矢量，由此實際上進行與圖48的升壓斬波器205相同的操作，以致能夠在直流電源103與平滑電容器202之間傳輸直流電。
因而，在圖29中所示的電路能夠實現一種DC／AC電力變換裝置，該裝置實際上以與在圖48中所示的公知電路相同的方式進行操作。由于能夠取消構成升壓斬波器的半導體開關元件，所以能夠簡化該電路結構，并且能夠減小該裝置的整個尺寸和費用。
利用PWM脈中來控制圖29中的逆變器211，該PWM脈中例如是由圖32中所示的控制電路產生的。
參照圖32，利用一個加法器341來獲得在一個直流電壓指令Vdc*和一個直流電壓檢測值Vdc之間的差值，該差值被輸入到一個電壓控制器342，該電壓控制器342產生一個零相序(輸入)電流指令i0*。然后利用一個加法器343來獲得在該零相序電流指令i0*與零相序電流檢測值i0之間的差值，利用一個電流控制器344來接收該差值。
同時，一個絕對值檢測器346接收逆變器211的輸出電壓指令Vout*，并且獲得它的絕對值，然后利用一個加法器349從電流控制器344的輸出中減去該絕對值，以便獲得一個零相序電壓指令V0*。
利用一個加法器347把輸出電壓指令Vout*和零相序電壓指令V0*相加，并且利用一個加法器348把零相序電壓指令V0*和通過一個極性反向裝置345使輸出電壓指令Vout*的極性反向所產生的信號相加。然后比較器350，351把這些相加的結果與一個三角波比較，以便獲得用于驅動逆變器211的開關元件Tr1-Tr4的PWM方式，以致直流電壓檢測值Vdc遵循直流電壓指令Vdc*。
在圖29的實施例中，當直流電源103的正極與一個在逆變器211的上臂和平滑電容器202之間的連接點連接時，直流電源103的負極與電抗器102的一端連接，電抗器102的另一端與一個在二極管D21，D22的陰極之間的連接點(極性反向點)連接，二極管D21，D22的陽極分別地與逆變器211的交流輸出端連接。
圖33是一個表示根據本發明的第十七個實施例的電力變換裝置的電路圖。
該實施例與圖48中的公知電路相對應，其中由逆變器211產生的交流電被再生到單相交流電源101中。在圖33中，與在圖29中使用的相同標號被用于表示圖33的裝置中對應的部分。
在本實施例中，圖34所示的控制電路被用于把再生的電流整體形成一個正弦波形。
更具體地說，利用一個加法器352來計算在一個再生電流指令ir*和一個實際再生電流檢測值ir之間的差值，計算的結果被輸入給一個電流控制器353，該電流控制器353依次產生一個輸出電壓指令Vout*。其它操作的內容與圖32中的控制電路的操作是相同的。
該實施例的裝置實際上以與圖29中實施例的相同操作方式進行操作，并且利用產生一個零電壓矢量的逆變器211來進行在圖48的公知電路中升壓斬波器205的操作，從而在逆變器211和直流電源103之間傳輸直流電。此時，零相序電流通過二極管組801被旁路，由此來防止零相序電流流入到單相交流電源101中。
在電力再生期間，使具有正弦波波形的電流ir流動，以致直流電源103的直流電借助于逆變器211被再生到單相交流電源101中。
在本實施例中，在直流電源103的正極與一個在逆變器211的上臂和平滑電容器202之間的連接點連接的場合下，直流電源103的負極與電抗器102的一端連接，電抗器102的另一端與一個在二極管D21，D22的陰極之間的連接點(極性反向點)連接，同時二極管D21，D22的陽極分別地與單相交流電源101相反端連接。
圖35是一個表示根據本發明的第十八個實施例的電力變換裝置的電路圖。
在本實施例中，第一電抗器553和第二電抗器554被插入在逆變器211的交流輸出端與單相交流電源101的相反端之間。
在這個實施例中，與在圖29和圖33的實施例中流過電抗器102的電流相比，可以減小流過電抗器553、554的電流，因此能夠減小電抗器的負擔。雖然用于控制這個電路的方法與圖29或33的實施例的控制方法是類似的，但是，為了獲得用于零相序電流和再生電流的指令，有必要檢測流過電抗器553、554的電流，以便把正相序分量和零相序分量分離。
在本實施例中，在直流電源103的正極與一個在逆變器211的上臂和平滑電容器202之間的連接點連接的場合下，直流電源103的負極與一個在二極管D21、D22的陰極之間的連接點(極性反向點)連接，同時二極管D21、D22的陽極分別地與單相交流電源101相反端連接。
圖36是一個表示根據本發明的第十九個實施例的電力變換裝置的電路圖。
在本實施例中，利用一個單相交流電源101和一個由二極管整流橋構成的單相全波整流電路104的組合來代替在圖29的實施例中使用的直流電源103。
在一個用于控制本實施例的裝置的控制電路中，在圖32中的電壓控制器342的輸出可以乘以一個正弦波的絕對值，該正弦波與交流電源電壓是同相的，以致交流輸入電流信號能夠整形成一個正弦波。
雖然在圖中沒有示出，但是利用一個像三相交流電源這樣的多相交流電源和一個全波整流電路的組合可以代替該直流電源。
除了圖29中的直流電源103之外，利用單相或多相交流電源和如在本實施例中使用的整流電路的組合可以代替圖33和圖35的實施例中的直流電源103。
圖37是一個表示根據本發明的第二十個實施例的電力變換裝置的電路圖。
圖37的裝置包括一個單相或多相交流電源101、像一個全波整流電路這樣的整流裝置104，用于把交流電流變換成直流電流，交流電源101和整流裝置104構成了一個直流電源120。該裝置還包括一個用于產生交流電壓的三相或其它相電壓型逆變器、一個像交流電動機這樣的負載500、和零相電流流通裝置850，該旁路裝置由二極管構成并且被連接在整流裝置104的直流輸出端與電壓型逆變器330的一個交流輸出端之間。
當利用電壓型逆變器230產生一個零電壓矢量時，整流裝置104(直流電源120)的輸出電壓變為等于所謂的零相序電壓，由于在整流裝置104與電壓型逆變器230的交流輸出端(或負載500的輸入端)之間存在零相電流流通裝置850的二極管組，并且通過零相電流流通裝置850的二極管組使零相序電流被旁路，因此防止了零相序電流流入到交流負載電路500中。
在該實施例的操作中，電壓型逆變器230可以被認為是一個以零電壓矢量的比率進行開關操作的單對臂，從而它以與在圖48的公知電路中的升壓斬波器205相同的操作方式來操作。因此，不需要單獨地設置一個升壓斬波器，并且作為一個整體包括在電路中的半導體開關元件的數量能夠被減少，同時消除了驅動電路、驅動電源和用于升壓斬波器的這些開關元件的控制電路。
在電壓型逆變器230由一個單相電壓型逆變器構成的情況下，通過使所有的兩對上臂導通或使所有的兩對下臂導通來產生零電壓矢量。
圖38是一個表示根據本發明的第二十一個實施例的電力變換裝置的電路圖。
圖38的裝置包括一個單相交流電源101、由二極管整流橋構成的單相全波整流電路104、電抗器102、平滑電容器202、三相電壓型逆變器231，該逆變器231由半導體開關元件Tr1-Tr6和二極管構成，其中每個二極管與一個對應的開關元件Tr1-Tr6反相并聯連接，和一個負載500，比如三相交流電動機，如在圖48的公知電路中所示的。
然而，在該實施例中沒有設置在圖48的電路中所使用的升壓斬波器205。而是在電抗器102在逆變器231側的一端與逆變器231的三相交流輸出端U、V、W之間設置一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組851。零相旁路二極管組851由對應于每個相的三個二極管D11、D12、D13構成，它們彼此同極性的并聯連接。也就是，這些二極管D11、D12、D13的陽極公共地連接到電抗器102，它們的陰極分別地與三相交流輸出端U、V、W連接。
在本實施例中，逆變器231的負例端(平滑電容器202)與整流裝置104的負側輸出端連接。
在這個實施例中，應該注意的是三相電壓型逆變器231的零電壓矢量。就是說，通過選擇兩種開關方式中的一種方式，三相電壓型逆變器231能夠產生一個零電壓矢量，即一種開關方式是所有的上臂被導通，另一種開關方式是所有的下臂被導通。這個實施例利用了在選擇開關方式方面的這種自由度。
由于利用逆變器231產生的零相序電壓不是作為逆變器231的線間電壓出現，因此，該零相序電壓對給負載500提供交流電沒有影響。從而它的正相序分量的一個等效電路如在圖39中所示地被構成，其中逆變器231以與公知對應部分相同的方式來操作，以便給負載500供電，并且通過控制逆變器231的線間電壓和控制線間流動的電流把交流電提供給負載500和從負載500接收交流電，由此控制待提供給負載500的電力。
另一方面，零相序分量的等效電路如在圖40中所示的被構成，其中如在圖38中所示的逆變器231的三對臂能夠被認為是一對臂231′，這對臂231′以零電壓矢量的比率進行開關操作。也就是，在圖48中所示的公知電路使用的升壓斬波器205的作用可以通過使逆變器231的上臂的開關元件Tr1，Tr3，Tr5全導通或使下臂的開關元件Tr2，Tr4，Tr6全導通來完成，以便產生一個零電壓矢量。
由于該用于控制零相序電壓的逆變器231的操作，交流電源101的電流波形能夠被整形成正弦波，該正弦波與電源電壓是同相的，如在公知電路中所示的。在圖40中示出了零相序分量的等效電路，D10表示一個與圖38中的零相旁路二極管組851等效的二極管。
零相旁路二極管組851被連接在電抗器102的一端與各相的逆變器231的交流輸出端之間，通過使逆變器231產生一個零電壓矢量來控制零相序電壓，由此能夠建立圖40中用于零相序分量的等效電路。在該電路結構中，當從負載500的輸入端，也就是從逆變器231用于每相的交流輸出端觀看時，整流裝置104的輸出電壓變為等于一個零相序電壓，并且零相序電流i0通過二極管D10(零相旁路二極管組851)被旁路，由此防止零相序電流i0流過負載500。
當從逆變器231輸出零電壓矢量時，零相序電力在單相交流電源101與逆變器231之間借助于零相旁路二極管組851被傳輸，以致能夠進行實際上與公知升壓斬波器205相同的操作。在作為一個整體的功率變換電路中，這最終地減少了半導體開關元件、它們的驅動電路和其它相關部分的數量和尺寸。
利用PWM脈中來控制圖38中所示的逆變器231，該PWM脈中例如是由圖41中所示的控制電路產生的。
在圖41中，在一個直流電壓指令Vdc*和一個直流電壓檢測值Vdc(圖38中的平滑電容器202的電壓)之間的差值被輸入到一個電壓控制器361，一個乘法器362把這個控制器361的輸出乘以一個正弦波的絕對值｜sinωst｜，該正弦波sinωst與電源電壓是同相的并且它的幅值是1，由此獲得一個零相序(輸入)電流指令i0*。
在零相序電流指令i0*與零相序電流檢測值i0之間的差值被輸入給一個電流控制器363，該電流控制器363為零相旁路二極管組851產生一個陽極電位指令值Van*。如在后面描述的，該陽極電位指令值Van*和最小值電路364的輸出信號之間的差值被獲得，以便根據下列等式(2)獲得一個零相序電壓指令值V0*。最小值電路364輸出從對應于各相的電壓指令值Va*，Vb*，Vc*中選擇的最小值。
然后，零相序電壓指令值V0*被加到各相的電壓指令值Va*，Vb*，Vc*上，相加的結果被輸入給比較器365-367用于與一個三角波進行比較。利用上臂和下臂使比較器365-367的輸出反向，以便獲得用于逆變器231的開關元件Tr1-Tr6的PWM方式。
在此，當逆變器231的下臂的開關元件Tr2，Tr4，Tr6中的任一開關元件被導通時，零相旁路二極管851的陽極電位Van變為零。考慮到在一個切換周期期間的平均電壓，在U，V，W相的各個切換周期的平均電壓之中陽極電位Van是最低的電位。因此，陽極電位Van是根據由各相的線電壓指令值計算的電壓指令值Va*，Vb*，Vc*和零相序電壓指令值V0*獲得的，并且由下列等式(1)來表示Van=min(Va*，Vb*，Vc*)+V0*…(1)其中min(Va*，Vb*，Vc*)代表Va*，Vb*和Vc*中的最小值，該值是由最小值電路364產生的。
因此，零相序電壓指令值V0*由下列等式(2)來表示，其中每個電壓指令值Va*，Vb*，Vc*在零相序電壓指令值V0*上被疊加V0*=Van*-min(Va*，Vb*，Vc*)…(2)其中Van*表示陽極電位指令值。
圖42是一個表示根據本發明的第二十二個實施例的電力變換裝置的電路圖。
在這個實施例中，整流電路104的正側輸出端和平滑電容器202的正側輸出端相互連接，電抗器102的一端與整流電路104的負側輸出端連接，而一個零相旁路二極管組852連接在電抗器102的另一端與逆變器231的交流輸出端U，V，W之間。在這一電路結構中，構成零相旁路二極管組852的二極管D11-13的極性相對于圖38中所示二極管D11-D13的極性反向。
在這個實施例中，此外當逆變器231輸出一個零電壓矢量時，零相序電力借助于零相旁路二極管組852在單相交流電源101與逆變器231之間進行傳輸，以致逆變器231實際上進行與在公知電路中使用的升壓斬波器相同的操作。因此，這個實施例不需要用于升壓斬波器的半導體開關元件和用于驅動和控制這些開關元件的電路。
圖43是一個用于控制圖42的逆變器231的控制電路。
圖43的控制電路與圖41的控制電路的區別在于圖43電路的電流控制器363的輸出被表示為一個陰極電位指令值Vkn*，而電壓指令值Va*，Vb*，Vc*的最大值是由最大值電路368產生的，并且在陰極電位指令值Vkn*和這一最大值之間得到差值作為一個零相序電壓指令值V0*。
當逆變器231的上臂的開關元件Tr1，Tr3，Tr5中的任一開關元件被導通時，零相旁路二極管組852的陰極電位Vkn變為等于E[V](逆變器231的輸入電壓)。考慮到在一個切換周期期間的平均電壓，在U、V、W相的各個切換周期的平均電壓之中陰極電位Vkn是最高的電位。因此，陰極電位Vkn是根據由各相的線電壓指令值計算的電壓指令值Va*，Vb*，Vc*和零相序電壓指令值V0*獲得的，并且由下列等式(3)來表示Vkn=max(Va*，Vb*，Vc*)+V0*…(3)其中max(Va*，Vb*，Vc*)代表Va*，Vb*和Vc*中的最大值，該值是由最大值電路364產生的。
因此，零相序電壓指令值V0*由下列等式(4)來表示，其中每個電壓指令值Va*，Vb*，Vc*在零相序電壓指令值V0*上被疊加V0*=Vkn*-max(Va*，Vb*，Vc*)…(4)圖44是一個表示根據本發明的第二十三個實施例的電力變換裝置的電路圖，該圖是圖38的實施例的一種變更的實施例。其中利用位于交流電源101側上的電抗器102來代替位于圖38中的整流電路104的整流電路直流側上的電抗器102。
雖然該實施例的操作與圖38中的實施例的操作是類似的，但是通過使由整流電路104、零相旁路二極管組851、逆變器231、平滑電容器202等等構成的主電路形成為一個模件能夠減小該裝置的整個尺寸。
如在本實施例中所示的，把一個電抗器連接到交流電源101側的原理可以應用到圖42的實施例中。雖然在這些圖中沒有示出，但是利用一個位于交流電源101和整流電路104之間的交流電抗器可以代替在圖42中整流電路104的直流輸出側上的電抗器102。
在該實施例中，可以利用圖41或圖43中的控制電路作為用于控制逆變器231的一個控制電路。
圖45是一個表示根據本發明的第二十四個實施例的電力變換裝置的電路圖。
該實施例是圖38的實施例的一種變更的實施例。其中利用一個直流電源103代替圖38中所示的交流電源101和整流電路104的組合。
在該實施例中，使逆變器231產生一個零電壓矢量以便以與公知電路的升壓斬波器基本相同的操作方式來進行操作，從而能夠增加逆變器231的直流線電壓，因此能夠擴大或增加輸出電壓的范圍。
如在本實施例中所示的，利用一個直流電源103代替交流電源和整流電路的組合的原理也可以被應用到圖42的實施例中。
可以利用圖41或圖43中的控制電路作為用于控制本實施例的逆變器231的一個控制電路。
本發明也可應用到除了三相電壓型逆變器之外包括單相電壓型逆變器，或多相電壓型逆變器的電力變換電路。
權利要求
1．一種電力變換裝置，包括一個電力變換器，該電力變換器包括多個半導體開關元件，這些半導體開關元件被操作來進行電力變換由此產生多相交流電；一個交流負載電路，該電路與電力變換器的一個交流輸出側連接；和一個與交流負載電路連接的零相電源裝置，其中電力變換器、交流負載電路和零相電源裝置連接成一種環路的形式，以致當從電力變換器的交流輸出側觀看時，零相電源裝置的電壓和電流通過交流負載電路提供零相序分量，和其中，電力變換器進行分時操作以便把電力提供給交流負載電路和從交流負載電路接收電力，把零相序電力提供給零相電源裝置和從零相電源裝置接收零相序電力。
2．一種電力變換裝置，包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個半導體開關元件，這兩個半導體開關元件串聯連接并且與電壓型逆變器的直流側耦合，其中所述單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個半導體開關元件之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，單相交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中，電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變換器把零相序電力提供給交流電源和從交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器和交流電源之間的電力傳輸。
3．一種電力變換裝置，包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個二極管，這兩個二極管串聯連接并且與電壓型逆變器的直流側耦合，其中所述單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個二極管之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中，電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變換器把零相序電力提供給單相交流電源和從單相交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器與交流電源之間的電力傳輸。
4．一種電力變換裝置，包括一個產生單相交流電壓的單相交流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把單相交流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個變換器，該變換器包括兩個電容器，這兩個電容器串聯連接并且與電壓型逆變器的直流側耦合，其中所述單相交流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，單相交流電源的第二端與在變換器的兩個電容器之間的一個中點連接，以致當從電壓型逆變器的交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中，電壓型逆變器把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時該逆變器和變換器把零相序電力提供給單相交流電源和從單相交流電源接收零相序電力，以致以分時的方式進行在逆變器與交流電動機之間的電力傳輸和在逆變器和變換器與交流電源之間的電力傳輸。
5．一種電力變換裝置，包括一個產生直流電壓的直流電源；一個電力變換器，該變換器包括一個把直流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此被星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與電壓型逆變器的直流側并聯連接，其中所述直流電源的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，直流電源的第二端與在平滑電容器和逆變器之間的一個連接點連接，以致當從電壓型逆變器的交流輸出側觀看時，直流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
6．一種電力變換裝置，包括一個產生交流電壓的交流電源；一個與交流電源連接的整流電路，用于對交流電流進行整流以便產生一個直流電壓；一個電力變換器，該變換器包括一個把從所述整流電路接收的直流電壓變換成多相交流電壓的電壓型逆變器；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與電壓型逆變器的直流側并聯連接，其中整流電路的第一端與多相交流電動機的定子繞組的一個中性點連接，整流電路的第二端與在平滑電容器和逆變器之間的一個連接點連接，以致當從電壓型逆變器的一個交流輸出側觀看時，交流電源的電壓和電流通過多相交流電動機提供零相序分量，和其中電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給交流電源和從交流電源接收零相序電力。
7．根據權利要求2，3，4，5和6中任一項所述的電力變換裝置，其中還包括一個插接在所述多相交流電動機的中性點與電源之間的一個電抗器，所述多相交流電動機包括一個定子鐵芯，該定子鐵芯也被用作為所述電抗器的一個鐵芯。
8．根據權利要求2，3，4，5和6中任一項所述的電力變換裝置，其中一個沒有中性點的交流負載與電壓型逆變器的一個多相輸出側連接，以代替所述多相交流電動機，其中一個電抗器與逆變器的多相輸出側星形連接，該電抗器的中性點與電源或整流電路的一端連接。
9．一種電力變換裝置，包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路連接；和一個作為能量存儲元件的脈動吸收電容器，該電容器被設置在電動機的定子繞組的中性點與在逆變器和平滑電容器之間的連接點之間；其中所述電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述脈動吸收電容器和從脈動吸收電容器接收零相序電力，以便控制脈動吸收電容器的直流電壓，由此利用脈動吸收電容器來吸收在直流中間電路中產生的電力波動。
10．一種電力變換裝置，包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路連接；和一個串聯諧振電路，該串聯諧振電路被設置在多相交流電動機的定子繞組的中性點與在電壓型逆變器和平滑電容器間的連接點之間，所述串聯諧振電路包括一個作為能量存儲元件的諧振電容器和一個諧振電抗器；其中所述電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述串聯諧振電路和從串聯諧振電路接收零相序電力，以便控制串聯諧振電路上的電壓，由此串聯諧振電路吸收在中間電路中產生的電力波動。
11．一種電力變換裝置，包括一個變換器，用于把單相交流電壓變換成直流電壓；一個電壓型逆變器，用于把直流電壓變換成多相交流電壓；一個多相交流電動機，該電動機由電壓型逆變器產生的多相交流電壓來驅動，所述的多相交流電動機包括彼此星形連接的定子繞組；和一個平滑電容器，該電容器與在變換器和電壓型逆變器之間設置的直流中間電路連接；和一個作為能量存儲元件的脈動吸收電抗器，該電抗器被設置在多相交流電動機的定子繞組的中性點與所述變換器的一個交流輸入端之間；其中所述電壓型逆變器進行分時操作以便把電力提供給多相交流電動機和從該多相交流電動機接收電力，并且當逆變器輸出一個零電壓矢量時把零相序電力提供給所述脈動吸收電抗器和從脈動吸收電抗器接收零相序電力，以便控制脈動吸收電抗器的電壓，由此利用脈動吸收電抗器來吸收在所述直流中間電路中產生的電力波動。
12．根據權利要求9，10和11中任一項所述的電力變換裝置，其中還包括插接在所述多相交流電動機的中性點與能量存儲元件之間的一個電抗器，所述多相交流電動機包括一個定子鐵芯，該定子鐵芯也被用作為所述電抗器的定子鐵芯。
13．根據權利要求9，10和11中任一項所述的電力變換裝置，其中一個沒有中性點的交流負載與電壓型逆變器的一個多相輸出側連接，以代替所述多相交流電動機，其中一個電抗器與逆變器的多相輸出側星形連接，該電抗器的中性點與能量存儲元件的一端連接。
14．一種電力變換裝置，包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相電路，該單相電路被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間；一組二極管，該二極管組包括多個二極管，它們的極性在該二極管組內部的極性反向點上被反向，這些二極管彼此連接在該極性反向點上；和一個直流電源，該直流電源被連接在二極管組的極性反向點與所述平滑電容器的一端之間；其中所述單相電壓型逆變器進行分寸操作以便把交流電提供給單相電路和從該單相電路接收交流電，并且當產生一個零電壓矢量時借助于所述二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
15．一種電力變換裝置，包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相負載，該單相負載被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上；一個電抗器，該電抗器具有與二極管組的極性反向點連接的第一端；和一個直流電源，該直流電源被連接在所述電抗器的第二端與所述平滑電容器的一端之間；其中所述單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給所述單相負載和從該單相負載接收交流電，并且當產生一個零電壓矢量時借助于所述二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
16．一種電力變換裝置，包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開美元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個單相交流電源，該單相交流電源被連接在單相電壓型逆變器的交流輸出端之間，并且具有一個插接在交流電源與逆變器之間的第一電抗器；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上；一個第二電抗器，該電抗器具有與二極管組的極性反向點連接的第一端；和一個直流電源，該直流電源被連接在所述第二電抗器的第二端與所述平滑電容器的一端之間；其中所述單相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給所述單相交流電源和從該單相交流電源接收交流電，由此再生直流電源的電力，并且當產生一個零電壓矢量時借助于所述二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
17．一種電力變換裝置，包括一個單相電壓型逆變器，該逆變器包括多個進行直流／交流電力變換的半導體開關元件，以便產生單相交流電壓；一個平滑電容器，該電容器被連接在單相電壓型逆變器的直流輸入端之間；一個第一電抗器，該電抗器具有與逆變器的第一交流輸出端連接的一端；一個第二電抗器，該電抗器具有與逆變器的第二交流輸出端連接的一端；一個單相交流電源，該單相交流電源被連接在第一電抗器的另一端與第二電抗器的另一端之間；一組二極管，該二極管組包括兩個二極管，它們的極性在該二極管組內部的極性反向點上被反向，這兩個二極管彼此連接在該極性反向點上，所述二極管組與所述單相交流電源的相反端串聯連接；和一個直流電源，該直流電源被連接在二極管組的極性反向點與所述平滑電容器的一端之間；其中所述單相電壓型逆變器進行分寸操作以便把交流電提供給所述單相交流電源和從該單相交流電源接收交流電，由此再生所述直流電源的電力，并且當產生一個零電壓矢量時借助于所述二極管組把直流電提供給所述直流電源和從直流電源接收直流電。
18．根據權利要求15，16和17中任一項所述的電力變換裝置，其中所述直流電源包含一個交流電源和一個整流電路。
19．一種電力變換裝置，包括一個產生直流電的直流電源；一個電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成交流電，并且把該交流電提供給負載；以及零相電流流通裝置，該裝置包括多個二極管，每個二極管具有與一個公共點同極性連接的第一端，所述零相電流流通裝置被連接在所述直流電源與各相的電壓型逆變器交流輸出端之間；其中所述電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于零相電流流通裝置把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
20．一種電力變換裝置，包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的陽極，所述陽極借助于一個電抗器與整流電路的一個正側輸出端連接，所述三個二極管具有相應的陰極，這些陰極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入例；其中所述整流電路具有一個與所述平滑電容器的負側端連接的負側輸出端；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
21．一種電力變換裝置，包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的陰極，所述陰極借助于一個電抗器與整流電路的一個負側輸出端連接，所述三個二極管具有相應的陽極，這些陽極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側；其中所述整流電路具有一個與所述平滑電容器的正側端連接的正側輸出端；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
22．一種電力變換裝置，包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路，并且一個電抗器被插接在交流電源與整流電路之間；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的陽極，所述陽極與整流電路的一個正側輸出端連接，所述三個二極管具有相應的陰極，這些陰極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側；其中所述整流電路具有一個與所述平滑電容器的一個負側端連接的負側輸出端；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
23．一種電力變換裝置，包括一個直流電源，該直流電源包含一個交流電源和一個與交流電源連接的整流電路，并且一個電抗器被插接在交流電源與整流電路之間；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的陰極，所述陰極與整流電路的一個正側輸出端連接，所述三個二極管具有相應的陽極，這些陽極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側；其中所述整流電路具有一個與所述平滑電容器的正側端連接的正側輸出端；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時借助于所述零相旁路二極管組把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力。
24．一種電力變換裝置，包括一個直流電源，該直流電源具有一個正極和一個負極；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管具有與一個公共點連接的陽極，所述陽極借助于一個電抗器與直流電源的正極連接，所述三個二極管具有相應的陰極，這些陰極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側；其中所述直流電源的負極與所述平滑電容器的負側端連接；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力，以便控制逆變器的直流電壓。
25．一種電力變換裝置，包括一個直流電源；該直流電源具有一個正極和一個負極；一個三相電壓型逆變器，該逆變器包括多個半導體開關元件，該逆變器把直流電源的直流電變換成三相交流電，并且把該三相交流電提供給負載；一個作為零相電流流通裝置的零相旁路二極管組，它包括三個二極管，每個二極管的陰極與一個公共點連接，所述陰極借助于一個電抗器與直流電源的負極連接，所述三個二極管具有相應的陽極，這些陽極與三相電壓型逆變器對應于各相的交流輸出端連接；以及一個平滑電容器，該電容器被設置在三相電壓型逆變器的直流輸入側；其中所述直流電源的正極與所述平滑電容器的正側端連接；以及其中所述三相電壓型逆變器進行分時操作以便把交流電提供給負載和從該負載接收交流電，并且當逆變器產生一個零電壓矢量時把零相序電力提供給直流電源和從直流電源接收零相序電力，以便控制逆變器的直流電壓。
26．根據權利要求20，22和24中任一項所述的電力變換裝置，其中通過從所述零相旁路二極管組的一個陽極電位指令值中減去各相的電壓指令值中的最小值來獲得一個零相序電壓指令值，該零相序電壓指值將被疊加在各相的每個電壓指令值上。
27．根據權利要求21，23和25中任一項所述的電力變換裝置，其中通過從所述零相旁路二極管組的一個陰極電位指令值中減去各相的電壓指令值中的最大值來獲得一個零相序電壓指令值，該零相序電壓指值將被疊加在各相的每個電壓指令值上。
全文摘要
一種電力變換裝置,包括:含有多個進行電力變換產生多相交流電的半導體開關元件的電力變換器;與電力變換器交流輸出側連接的交流負載電路;與交流負載電路連接的零相電源裝置。在該裝置中,電力變換器、交流負載電路和零相電源裝置連接成一環路,從而當從電力變換器交流輸出側觀看時,零相電源裝置的電壓和電流通過交流負載電路提供零相序分量。電力變換器進行分時操作以把電力提供給交流負載電路和從其接收電力,并把零相序電力提供給零相電源裝置和從其接收零相序電力。
文檔編號H02M5/458GK1206242SQ9811725
公開日1999年1月27日 申請日期1998年6月3日 優先權日1997年6月3日
發明者伊東淳一, 藤田光悅 申請人:富士電機株式會社