(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極が直流電源の正極にそれぞれ接続された第１、第３、第５のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１のスイッチング素子の負極に接続された第２のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第３のスイッチング素子の負極に接続された第４のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第５のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と接続された第６のスイッチング素子、上記第１〜第６のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第１〜第６のフライホイール・ダイオード、および上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と上記第３、第４のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第１の変圧器で構成される第１のインバータ部と、
正極が上記直流電源の正極にそれぞれ接続された第７、第９、第１１のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第７のスイッチング素子の負極に接続された第８のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第９のスイッチング素子の負極に接続された第１０のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１１のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と接続された第１２のスイッチング素子、上記第７〜第１２のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第７〜第１２のフライホイール・ダイオード、および上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と上記第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第２の変圧器で構成される第２のインバータ部と、
上記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１の整流装置、および該第１の整流装置に逆並列に接続された第３の整流装置と、
上記第２の変圧器の２次巻線に接続された第２の整流装置、および該第２の整流装置に逆並列に接続された第４の整流装置とを備え、
上記第１〜第４の整流装置がスイッチング機能を有し、上記第１、第２の整流装置の出力を並列にして負荷に接続する回路を構成し、
上記負荷への出力電流を回生する回生動作時に、上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置のスイッチング制御により、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
第１〜第４の整流装置が整流用サイリスタ素子であることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１のインバータ部における第１、第２のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で第１の変圧器の１次巻線と直列に第１のリアクトルを接続し、第２のインバータ部における第７、第８のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で第２の変圧器の１次巻線と直列に第２のリアクトルを接続したことを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
第１の変圧器の１次巻線と第１のリアクトルとの第１の接続部に正極が接続された第１３のフライホイール・ダイオードと、上記第１の接続部に負極が接続された第１４のフライホイール・ダイオードと、第２の変圧器の１次巻線と第２のリアクトルとの第２の接続部に正極が接続された第１５のフライホイール・ダイオードと、上記第２の接続部に負極が接続された第１６のフライホイール・ダイオードとを備え、上記第１３、第１５のフライホイール・ダイオードの負極を直流電源の正極に、上記第１４、第１６のフライホイール・ダイオードの正極を上記直流電源の負極に接続したことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
第１のインバータ部における第５、第６のスイッチング素子の接続部と上記第１、第２のスイッチング素子の接続部との間に第１のインピーダンス要素を挿入し、該第１のインピーダンス要素と第１の変圧器の一次巻線とを、上記第５、第６のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続し、第２のインバータ部における第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と上記第７、第８のスイッチング素子の接続部との間に第２のインピーダンス要素を挿入し、該第２のインピーダンス要素と第２の変圧器の一次巻線とを、上記第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続したことを特徴とする請求項１〜第４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
第１、第２のインピーダンス要素が抵抗で構成されたことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
第１、第２のインピーダンス要素がリアクトルで構成されたことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項８】
第１のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第１のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第５、第６のスイッチング素子および上記第１のインピーダンス要素の異常検出を行う第１の異常検出回路と、第２のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第２のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第１１、第１２のスイッチング素子および第２のインピーダンス要素の異常検出を行う第２の異常検出回路とを備えたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項９】
負荷に流れる出力電流を検出するシャント抵抗器を備え、上記出力電流が流れる回路に上記シャント抵抗器の両端子を接続し、該シャント抵抗器の中央部から引き出された検出信号線を介して上記出力電流を検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１０】
それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１１】
第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から整流装置消弧用電流を流すことを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１２】
負荷に流れる出力電流を検出し、第２、第４の制御パターンによる回生動作時において、該回生動作の開始から所定の時間内に上記検出された出力電流値の絶対値が所定の値まで減少しない場合、異常と判断する異常検出回路を備えたことを特徴とする請求項１０または１１記載の電力変換装置。
【請求項１３】
それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から、第１または第２のインピーダンス要素により電流制限された整流装置消弧用電流を流すことを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１４】
整流装置消弧用電流は、転流前の変圧器の励磁電流とオフさせる整流装置のリカバリ電流とを加えた電流量だけ流すことを特徴とする請求項１３記載の電力変換装置。
【請求項１５】
整流装置消弧用電流を流すためにオンするスイッチング素子は、第１または第２のインピーダンス要素の熱的責務を抑えるため、オン／オフ動作を所定の時間高速で繰り返すスイッチング動作を行って整流装置をオフさせることを特徴とする請求項１３または１４記載の電力変換装置。
【請求項１６】
正極が直流電源の正極にそれぞれ接続された第１、第３のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１のスイッチング素子の負極に接続された第２のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第３のスイッチング素子の負極に接続された第４のスイッチング素子、上記第１〜第４のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第１〜第４のフライホイール・ダイオード、上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と上記第３、第４のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第１の変圧器、該第１の変圧器の１次巻線と直列に接続された第１のリアクトル、上記第１の変圧器の１次巻線と上記第１のリアクトルとの第１の接続部に正極が接続された第１３のフライホイール・ダイオード、および上記第１の接続部に負極が接続された第１４のフライホイール・ダイオードで構成される第１のインバータ部と、正極が上記直流電源の正極にそれぞれ接続された第７、第９のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第７のスイッチング素子の負極に接続された第８のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第９のスイッチング素子の負極に接続された第１０のスイッチング素子、上記第７〜第１０のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第７〜第１０のフライホイール・ダイオード、上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と上記第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第２の変圧器、該第２の変圧器の１次巻線と直列に接続された第２のリアクトル、上記第２の変圧器の１次巻線と上記第２のリアクトルとの第２の接続部に正極が接続された第１５のフライホイール・ダイオード、および上記第２の接続部に負極が接続された第１６のフライホイール・ダイオードで構成される第２のインバータ部と、上記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１の整流装置、および該第１の整流装置に逆並列に接続された第３の整流装置と、上記第２の変圧器の２次巻線に接続された第２の整流装置、および該第２の整流装置に逆並列に接続された第４の整流装置とを備え、上記第１〜第４の整流装置がスイッチング機能を有し、上記第１、第２の整流装置の出力を並列にして負荷に接続した電力変換装置において、
それぞれの駆動信号で制御される上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、上記第１〜第４あるいは上記第７〜第１０のスイッチング素子の内、所定の２つのスイッチング素子を転流後にオンすることにより、上記転流前の変圧器に対し上記直流電源から上記第１または第２のリアクトルを介して整流装置消弧用電流を流し、該整流装置消弧用電流は、上記所定の２つのスイッチング素子の少なくとも一方を所定の時間オン／オフ動作を高速で繰り返すスイッチング動作を行って電流制限されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１７】
第１、第２の制御パターンによる正方向力行および回生動作と、第３、第４の制御パターンによる負方向力行および回生動作とを交互に行うことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１８】
第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の所定の時間、全ての駆動信号をオフして出力電流を垂下させ、当該変圧器が飽和に至る前に他方の変圧器に転流させることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１９】
第１、第３の制御パターンによる力行動作時に、まず最初に、整流装置に駆動信号を与えず、第１および第２のインバータ部のみを動作させて、当該力行動作時に駆動しない逆方向の整流装置を強制的にオフさせることを特徴とする請求項１８に記載の電力変換装置。
【請求項２０】
第２の制御パターンから第３の制御パターンへの移行、および第４の制御パターンから第１の制御パターンへの移行が連続的に行われ、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、逆方向力行動作に必要な駆動信号をオンし、当該回生動作時において出力電流が０に至るまでは上記駆動信号による電流は流れず、該出力電流が垂下して０となった時点で自動的に上記駆動信号により上記逆方向力行動作に切り替わることを特徴とする請求項１７に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源からの電力をスイッチング素子を備えて制御する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６１は、従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の回路図である。図において、１〜４は直流を交流に変換するインバータ用の第１〜第４のスイッチング素子、５は直流電源、７、９、６、８は第１〜第４のスイッチング素子１〜４のそれぞれに直列に接続された第１〜第４のフライホイール・ダイオードを示し、以上第１〜第４のスイッチング素子１〜４と第１〜第４のフライホイール・ダイオード７、９、６、８で、インバータを構成する。
また、１２、１３は、互いに電磁的に独立した第１、第２の変圧器、１４、１５は第１の変圧器１２の１次巻線および２次巻線、１６、１７は第２の変圧器１３の１次巻線および２次巻線、１８、１９は第１、第２の整流用ダイオード、２０は直流インダクタンスで、平滑用に用意された直流リアクトルのインダクタンスまたは負荷回路に寄生するインダクタンスを示す。以上、第１、第２の整流用ダイオード１８、１９および直流インダクタンス２０で整流回路を構成している。２１は負荷抵抗を示す。
【０００３】
次に、動作について説明する。
各スイッチング素子１〜４は、図１６２のタイミング・チャートに従って、それぞれオン／オフを行うものとする。この時の電流の流れる様子を図１６３〜図１７２に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
先ず、時刻Ｔ０≦ｔ＜Ｔ１では、第１のスイッチング素子１だけがオンとなっているので回路中に電流は流れない。
時刻Ｔ１≦ｔ＜Ｔ２では、第１、第３のスイッチング素子１、３がオンとなるので第１の変圧器１２が励磁されて、図に示す様に電流が流れる。この期間に、直流インダクタンス２０には、（１／２・Ｉ2・Ｌ）のエネルギーが蓄えられる。ここで、Ｉは直流インダクタンス２０に流れる電流値、Ｌは直流インダクタンス２０のインダクタンス値である（図１６３）。
時刻Ｔ２≦ｔ＜Ｔ３では、第３のスイッチング素子３がオフとなり（第１のスイッチング素子１はオンのままである）直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電がはじまる為、第１の変圧器１２の２次巻線１５には、図に示す様に電流が流れる。これにより、第１の変圧器１２の１次巻線１４には、第３のフライホイール・ダイオード６から第１のスイッチング素子１を経由して環流電流が流れる。第２、第４のスイッチング素子２、４は共にオフであるので、第２の変圧器１３には、電流は流れない（図１６４）。
【０００４】
時刻Ｔ３≦ｔ＜Ｔ４では、第２のスイッチング素子２がオンになる。この期間、第１と第２のスイッチング素子１、２がオンになっているので、それにより、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーの放電は図に示す様に、第１、第２の変圧器１２、１３の２次側で二分され、また、１次側の電流も、第１の変圧器１２の１次巻線１４には、第３のフライホイール・ダイオード６から第１のスイッチング素子１を経由し、第２の変圧器１３の１次巻線１６には、第４のフライホイール・ダイオード８から第２のスイッチング素子２を経由して、それぞれに環流電流が二分して流れる（図１６５）。
時刻Ｔ４≦ｔ＜Ｔ５で第１のスイッチング素子１がオフになると、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーの放電と、１次側の環流電流は、全て第２の変圧器１３の方へ流れる。この時、第１の変圧器１２の励磁インダクタンスのもつエネルギー（励磁電流の２次換算分）が、破線矢印に示すように、第２の変圧器１３の２次巻線１７から第２の整流用ダイオード１９を経由して第１の整流用ダイオード１８に対し、逆方向に放電され、第１の整流用ダイオード１８はキャリア消滅まで電流が流れてオフとなる（図１６６）。この第１の整流用ダイオード１８がオフになることで、第１の変圧器１２の励磁エネルギーの放電ルートがなくなり、このエネルギーは、破線矢印に示すように、第１、第３のフライホイール・ダイオード７、６を経由して直流電源５に回生され、第１の変圧器１２はリセットされる（図１６７）。
【０００５】
時刻Ｔ５≦ｔ＜Ｔ６で第４のスイッチング素子４がオンとなり、第２の変圧器１３が励磁されて、第２の整流用ダイオード１９に電流が流れ、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図１６８）。
時刻Ｔ６≦ｔ＜Ｔ７で第４のスイッチング素子４がオフとなり、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電がはじまる為、第２の変圧器１３の２次巻線１７には、図に示す様に電流が流れる。これにより、第２の変圧器１３の１次巻線１６には、第４のフライホイール・ダイオード８から第２のスイッチング素子２を経由して環流電流が流れる。第１、第３のスイッチング素子１、３は共にオフであるので、第１の変圧器１２には、電流は流れない（図１６９）。
時刻Ｔ７≦ｔ＜Ｔ８では、第１のスイッチング素子１がオンになる。この期間、第１と第２のスイッチング素子１、２がオンになっているので、それにより、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーの放電は図に示す様に、第１、第２の変圧器１２、１３の２次側で二分され、また、１次側の電流も、第１の変圧器１２の１次巻線１４には、第３のフライホイール・ダイオード６から第１のスイッチング素子１を経由し、第２の変圧器１３の１次巻線１６には、第４のフライホイール・ダイオード８から第２のスイッチング素子２を経由して、それぞれに環流電流が二分して流れる（図１７０）。
【０００６】
時刻Ｔ８≦ｔ＜Ｔ９で第２のスイッチング素子２がオフになると、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーの放電と、１次側の環流電流は、全て第１の変圧器１２の方へ流れる。この時、第２の変圧器１３の励磁インダクタンスのもつエネルギー（励磁電流の２次換算分）が、破線矢印に示すように、第１の変圧器１２の２次巻線１５から第１の整流用ダイオード１８を経由して第２の整流用ダイオード１９に対し、逆方向に放電され、第２の整流用ダイオード１９はキャリア消滅まで電流が流れてオフとなる（図１７１）。この第２の整流用ダイオード１９がオフになることで、第２の変圧器１３の励磁エネルギーの放電ルートがなくなり、このエネルギーは、破線矢印に示すように、第２、第４のフライホイール・ダイオード９、８を経由して直流電源５に回生され、第２の変圧器１３はリセットされる（図１７２）。
以上が、この回路の動作の１周期分にあたり、以後はＴ１〜Ｔ９の動作を繰り返す。このように１次側のインバータ部をスイッチング素子１〜４を切り換えて制御することにより、転流制御を行う。このようなスイッチング素子の切換制御は、図１６２のタイミング・チャートに示すようなスイッチング素子駆動信号により行うが、このスイッチング素子駆動信号は、電流方向を制御する第１、第２のスイッチング素子駆動信号と、そのＯＮ時間内でＯＮする力行用の信号である第３、第４のスイッチング素子駆動信号とで構成され、力行用信号は対応する電流方向制御用信号とパルス幅方向中央部分で同期するように発生される。
また、上記のように動作する従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置では、変圧器２次側の第１、第２の整流用ダイオード１８、１９に、正方向電流から突然、電源電圧印加による逆方向電流が流れることがなく、スイッチング素子の切り換え時にもスパイク状の電流が流れにくく、損失やノイズ、サージ電圧の発生が低減できるものである。
【０００７】
図１７３は、これらの応用回路である正負両方向出力型の従来の電力変換装置であり、整流用ダイオードの変わりにスイッチング機能を持つ整流装置としての第１〜第４の整流用サイリスタ素子６０〜６３を使用しており、出力電流の極性を正負に切り換えができる様に構成されている。また、インバーター部も、正方向・負方向のどちらにも対応できる様に第１〜第４のスイッチング素子３０〜３３、第７〜第１０のスイッチング素子３６〜３９と、第１〜第４のフライホイール・ダイオード４２〜４５、第７〜第１０のフライホイール・ダイオード４８〜５１でインバータを構成している。動作は、先の例と同じであり、インバータの動作に合わせて、スイッチング機能を持つ整流装置（サイリスタ等）の点孤を行えばよい。これにより、正負両方の出力を切り換えることができる。
【０００８】
スイッチング素子のオン／オフを、図１６２で示したタイミング・チャートと同様に行った場合について以下に説明する。なお、ここで示すスイッチング素子の番号は、図１６２で用いたものと異なるものである。
まず、負荷抵抗２１にＡ方向（以下、正方向と称す）の出力電流を流す場合、図１７４に示す駆動信号のタイミング・チャートに従って第１、第７、第４、第１０のスイッチング素子３０、３６、３３、３９と第１、第２のサイリスタ６０、６１をオン／オフする。なお第１のサイリスタ６０は第１のスイッチング素子３０と、また第２のサイリスタ６１は第７のスイッチング素子３６と、点弧のタイミングが同じで、それぞれ電流方向制御用信号と同じタイミング信号で駆動される。その他の素子は全てＯＦＦ状態とする。電流の流れる様子は図１６３〜図１７２に示すものと同様であり、時刻Ｔ１≦ｔ＜Ｔ２のときを図１７５に、時刻Ｔ５≦ｔ＜Ｔ６のときを図１７６に示す。
次に、負荷抵抗２１にＢ方向（以下、負方向と称す）の出力電流を流す場合、図１７７に示す駆動信号のタイミング・チャートに従って第３、第９、第２、第８のスイッチング素子３２、３８、３１、３７と第３、第４のサイリスタ６２、６３をオン／オフする。なお第３のサイリスタ６２は第３のスイッチング素子３２と、また第４のサイリスタ６３は第９のスイッチング素子３８と、点弧のタイミングが同じで、それぞれ電流方向制御用信号と同じタイミング信号で駆動される。その他の素子は全てＯＦＦ状態とする。電流の流れる様子は図１６３〜図１７２に示すものに準じるが、時刻Ｔ１≦ｔ＜Ｔ２のときを図１７８に、時刻Ｔ５≦ｔ＜Ｔ６のときを図１７９に示す。
【０００９】
出力電流の極性を切り換える際は、例えば図１７４で示す点弧の状態から一旦全てのスイッチング素子およびサイリスタをオフし、その後図１７７で示す点弧の状態に移し、出力電流を正方向から負方向に切り換える。負方向から正方向への切り換えも同様である。
例えば正方向の出力電流を出力中、図１７４において、時刻Ｔ７で一旦全てのスイッチング素子およびサイリスタをオフすると、第２の変圧器１３の２次側では、第２のサイリスタ６１は駆動信号が無くなっても、直流インダクタンス２０からの放電電流の向きがそれまでと同一方向を示す為、オン状態を維持する。そして、図１８０に示すように、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは放電し続ける。第２の変圧器１３の１次側ではその影響を受け、第８、第９のフライホイール・ダイオード４９、５０を経由して直流電源５に回生電流が流れる。従って、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは、第２の変圧器１３を介して直流電源５にエネルギー回生される為、急速に電流垂下が起こる。この出力電流の垂下時定数は、直流インダクタンス２０と負荷抵抗２１によって決まり、正方向の出力電流が０になった後、図１７７に示すタイミング・チャートに従って負方向の電流出力のための動作に移る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力電流の極性を切り換える際に全てのスイッチング素子およびサイリスタをオフしたとき、上述したように、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーが第２の変圧器１３を介して直流電源５にエネルギー回生されるものであるが、この時、第２の変圧器１３は、２次側からの逆バイアスを受けていることになるので、このままでは第２の変圧器１３が磁気的に飽和してしまう。このため、出力電流は一旦、急速に垂下するが、第２の変圧器１３が飽和すると、それ以降の出力電流の垂下は極端に遅くなり、また出力電流が０になった後も、第２の変圧器１３の飽和が解けるまで待ち、逆方向（負方向）の電流出力のための動作に移る必要があった。
このように、従来の正負両方向出力型電力変換装置では、出力電流の極性を切り換える際、変圧器の飽和を招いて高速に切り換えることができない等の問題があった。また、これを防ぐためには、鉄心断面積を特別に大きく設定した大型の変圧器を用いる必要があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、変圧器を大型化することなく、出力電流の極性を高速に切り換え可能な正負両方向出力型の電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の電力変換装置は、正極が直流電源の正極にそれぞれ接続された第１、第３、第５のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１のスイッチング素子の負極に接続された第２のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第３のスイッチング素子の負極に接続された第４のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第５のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と接続された第６のスイッチング素子、上記第１〜第６のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第１〜第６のフライホイール・ダイオード、および上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と上記第３、第４のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第１の変圧器で構成される第１のインバータ部と、正極が上記直流電源の正極にそれぞれ接続された第７、第９、第１１のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第７のスイッチング素子の負極に接続された第８のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第９のスイッチング素子の負極に接続された第１０のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１１のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と接続された第１２のスイッチング素子、上記第７〜第１２のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第７〜第１２のフライホイール・ダイオード、および上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と上記第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第２の変圧器で構成される第２のインバータ部と、上記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１の整流装置、および該第１の整流装置に逆並列に接続された第３の整流装置と、上記第２の変圧器の２次巻線に接続された第２の整流装置、および該第２の整流装置に逆並列に接続された第４の整流装置とを備え、上記第１〜第４の整流装置がスイッチング機能を有し、上記第１、第２の整流装置の出力を並列にして負荷に接続する回路を構成する。そして、上記負荷への出力電流を回生する回生動作時に、上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置のスイッチング制御により、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させるものである。
【００１３】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変換装置は、請求項１において、第１〜第４の整流装置が整流用サイリスタ素子である。
【００１４】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変換装置は、請求項１または２において、第１のインバータ部における第１、第２のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で第１の変圧器の１次巻線と直列に第１のリアクトルを接続し、第２のインバータ部における第７、第８のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で第２の変圧器の１次巻線と直列に第２のリアクトルを接続したものである。
【００１５】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変換装置は、請求項３において、第１の変圧器の１次巻線と第１のリアクトルとの第１の接続部に正極が接続された第１３のフライホイール・ダイオードと、上記第１の接続部に負極が接続された第１４のフライホイール・ダイオードと、第２の変圧器の１次巻線と第２のリアクトルとの第２の接続部に正極が接続された第１５のフライホイール・ダイオードと、上記第２の接続部に負極が接続された第１６のフライホイール・ダイオードとを備え、上記第１３、第１５のフライホイール・ダイオードの負極を直流電源の正極に、上記第１４、第１６のフライホイール・ダイオードの正極を上記直流電源の負極に接続したものである。
【００１６】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変換装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、第１のインバータ部における第５、第６のスイッチング素子の接続部と上記第１、第２のスイッチング素子の接続部との間に第１のインピーダンス要素を挿入し、該第１のインピーダンス要素と第１の変圧器の一次巻線とを、上記第５、第６のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続し、第２のインバータ部における第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と上記第７、第８のスイッチング素子の接続部との間に第２のインピーダンス要素を挿入し、該第２のインピーダンス要素と第２の変圧器の一次巻線とを、上記第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続したものである。
【００１７】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変換装置は、請求項５において、第１、第２のインピーダンス要素が抵抗で構成されたものである。
【００１８】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変換装置は、請求項５において、第１、第２のインピーダンス要素がリアクトルで構成されたものである。
【００１９】
またこの発明に係る請求項８記載の電力変換装置は、請求項５〜７のいずれかにおいて、第１のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第１のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第５、第６のスイッチング素子および上記第１のインピーダンス要素の異常検出を行う第１の異常検出回路と、第２のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第２のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第１１、第１２のスイッチング素子および第２のインピーダンス要素の異常検出を行う第２の異常検出回路とを備えたものである。
【００２０】
またこの発明に係る請求項９記載の電力変換装置は、請求項１〜８のいずれかにおいて、負荷に流れる出力電流を検出するシャント抵抗器を備え、上記出力電流が流れる回路に上記シャント抵抗器の両端子を接続し、該シャント抵抗器の中央部から引き出された検出信号線を介して上記出力電流を検出するものである。
【００２１】
またこの発明に係る請求項１０記載の電力変換装置は、請求項１〜９のいずれかにおいて、それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させるものである。
【００２２】
またこの発明に係る請求項１１記載の電力変換装置は、請求項１０において、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から整流装置消弧用電流を流すものである。
【００２３】
またこの発明に係る請求項１２記載の電力変換装置は、請求項１０または１１において、負荷に流れる出力電流を検出し、第２、第４の制御パターンによる回生動作時において、該回生動作の開始から所定の時間内に上記検出された出力電流値の絶対値が所定の値まで減少しない場合、異常と判断する異常検出回路を備えたものである。
【００２４】
またこの発明に係る請求項１３記載の電力変換装置は、請求項５〜９のいずれかにおいて、それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から、第１または第２のインピーダンス要素により電流制限された整流装置消弧用電流を流すものである。
【００２５】
またこの発明に係る請求項１４記載の電力変換装置は、請求項１３において、整流装置消弧用電流は、転流前の変圧器の励磁電流とオフさせる整流装置のリカバリ電流とを加えた電流量だけ流すものである。
【００２６】
またこの発明に係る請求項１５記載の電力変換装置は、請求項１３または１４において、整流装置消弧用電流を流すためにオンするスイッチング素子は、第１または第２のインピーダンス要素の熱的責務を抑えるため、オン／オフ動作を所定の時間高速で繰り返すスイッチング動作を行って整流装置をオフさせるものである。
【００２７】
またこの発明に係る請求項１６記載の電力変換装置は、正極が直流電源の正極にそれぞれ接続された第１、第３のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１のスイッチング素子の負極に接続された第２のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第３のスイッチング素子の負極に接続された第４のスイッチング素子、上記第１〜第４のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第１〜第４のフライホイール・ダイオード、上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と上記第３、第４のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第１の変圧器、該第１の変圧器の１次巻線と直列に接続された第１のリアクトル、上記第１の変圧器の１次巻線と上記第１のリアクトルとの第１の接続部に正極が接続された第１３のフライホイール・ダイオード、および上記第１の接続部に負極が接続された第１４のフライホイール・ダイオードで構成される第１のインバータ部と、正極が上記直流電源の正極にそれぞれ接続された第７、第９のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第７のスイッチング素子の負極に接続された第８のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第９のスイッチング素子の負極に接続された第１０のスイッチング素子、上記第７〜第１０のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第７〜第１０のフライホイール・ダイオード、上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と上記第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第２の変圧器、該第２の変圧器の１次巻線と直列に接続された第２のリアクトル、上記第２の変圧器の１次巻線と上記第２のリアクトルとの第２の接続部に正極が接続された第１５のフライホイール・ダイオード、および上記第２の接続部に負極が接続された第１６のフライホイール・ダイオードで構成される第２のインバータ部と、上記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１の整流装置、および該第１の整流装置に逆並列に接続された第３の整流装置と、上記第２の変圧器の２次巻線に接続された第２の整流装置、および該第２の整流装置に逆並列に接続された第４の整流装置とを備え、上記第１〜第４の整流装置がスイッチング機能を有し、上記第１、第２の整流装置の出力を並列にして負荷に接続した装置構成であって、それぞれの駆動信号で制御される上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、上記第１〜第４あるいは上記第７〜第１０のスイッチング素子の内、所定の２つのスイッチング素子を転流後にオンすることにより、上記転流前の変圧器に対し上記直流電源から上記第１または第２のリアクトルを介して整流装置消弧用電流を流し、該整流装置消弧用電流は、上記所定の２つのスイッチング素子の少なくとも一方を所定の時間オン／オフ動作を高速で繰り返すスイッチング動作を行って電流制限されるものである。
【００２８】
またこの発明に係る請求項１７記載の電力変換装置は、請求項１０〜１６のいずれかにおいて、第１、第２の制御パターンによる正方向力行および回生動作と、第３、第４の制御パターンによる負方向力行および回生動作とを交互に行うものである。
【００２９】
またこの発明に係る請求項１８記載の電力変換装置は、請求項１０〜１７のいずれかにおいて、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の所定の時間、全ての駆動信号をオフして出力電流を垂下させ、当該変圧器が飽和に至る前に他方の変圧器に転流させるものである。
【００３０】
またこの発明に係る請求項１９記載の電力変換装置は、請求項１８において、第１、第３の制御パターンによる力行動作時に、まず最初に、整流装置に駆動信号を与えず、第１および第２のインバータ部のみを動作させて、当該力行動作時に駆動しない逆方向の整流装置を強制的にオフさせるものである。
【００３１】
またこの発明に係る請求項２０記載の電力変換装置は、請求項１７において、第２の制御パターンから第３の制御パターンへの移行、および第４の制御パターンから第１の制御パターンへの移行が連続的に行われ、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、逆方向力行動作に必要な駆動信号をオンし、当該回生動作時において出力電流が０に至るまでは上記駆動信号による電流は流れず、該出力電流が垂下して０となった時点で自動的に上記駆動信号により上記逆方向力行動作に切り替わるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による正負両方向出力型の電力変換装置の回路図である。
図において、５は直流電源、３０〜４１は直流を交流に変換するインバータ用の、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＰＭ、ＧＴＯ、ＧＣＴ等から成る第１〜第１２のスイッチング素子で、特に第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子３４、３５、４０、４１は後述するサイリスタに対する消弧用スイッチング素子である。４２〜５３は第１〜第１２のスイッチング素子３０〜４１のそれぞれと逆並列に接続された第１〜第１２のフライホイール・ダイオード、１０、１１は、転流時のｄｉ／ｄｔを抑制する第１、第２のリアクトル、５４〜５７は第１あるいは第２のリアクトル１０、１１のエネルギー回生用の第１３〜第１６のフライホイール・ダイオード、８４、８５は第１、第２のインピーダンス要素としてのサイリスタ消孤用抵抗器である。
また、１２、１３は、互いに電磁的に独立した第１、第２の変圧器、１４、１５は第１の変圧器１２の１次巻線および２次巻線、１６、１７は第２の変圧器１３の１次巻線および２次巻線、６０〜６３はスイッチング機能を有する第１〜第４の整流装置としての第１〜第４の整流用サイリスタ、２０は直流インダクタンスで、平滑用に用意された直流リアクトルのインダクタンスまたは負荷回路に寄生するインダクタンスを示す、以上、第１〜第４の整流用サイリスタおよび直流インダクタンス２０で整流回路を構成している。２１は負荷抵抗を示す。
【００３３】
図に示すように、第１、第３、第５のスイッチング素子３０、３２、３４の正極と、これらのスイッチング素子３０、３２、３４に逆並列接続された第１、第３、第５のフライホイール・ダイオード４２、４４、４６の負極と、リアクトル・エネルギー回生用の第１３のフライホイール・ダイオード５４の負極とが直流電源５の正極に接続される。また、第２、第４、第６のスイッチング素子３１、３３、３５の負極と、これらのスイッチング素子３１、３３、３５に逆並列接続された第２、第４、第６のフライホイール・ダイオード４３、４５、４７の正極と、リアクトル・エネルギー回生用の第１４のフライホイール・ダイオード５５の正極とが直流電源５の負極に接続される。また、第１、第３、第５のスイッチング素子３０、３２、３４の負極とこれらに接続された第１、第３、第５のフライホイール・ダイオード４２、４４、４６の正極とが、第２、第４、第６のスイッチング素子３１、３３、３５の正極とこれらに接続された第２、第４、第６のフライホイール・ダイオード４３、４５、４７の負極とにそれぞれ接続される。サイリスタ消弧用スイッチング素子である第５、第６のスイッチング素子３４、３５の接続部と第１、第２のスイッチング素子３０、３１の接続部との間には、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４が接続され、第１、第２のスイッチング素子３０、３１の接続部と第３、第４のスイッチング素子３２、３３の接続部との間には、第１のリアクトル１０と第１の変圧器１２の１次巻線１４とが直列に接続される。第１のリアクトル１０と第１の変圧器１２の１次巻線１４との接続部には、リアクトル・エネルギー回生用の第１３のフライホイール・ダイオード５４の正極と第１４のフライホイール・ダイオード５５の負極とが接続される。以上の回路構成が、第１の変圧器１２側の第１のインバータ部である。
【００３４】
第２の変圧器１３側の第２のインバータ部の回路では、第７、第９、第１１のスイッチング素子３６、３８、４０の正極と、これらのスイッチング素子３６、３８、４０に逆並列接続された第７、第９、第１１のフライホイール・ダイオード４８、５０、５２の負極と、リアクトル・エネルギー回生用の第１５のフライホイール・ダイオード５６の負極とが直流電源５の正極に接続される。また、第８、第１０、第１２のスイッチング素子３７、３９、４１の負極と、これらのスイッチング素子３７、３９、４１に逆並列接続された第８、第１０、第１２のフライホイール・ダイオード４９、５１、５３の正極と、リアクトル・エネルギー回生用の第１６のフライホイール・ダイオード５７の正極とが直流電源５の負極に接続される。また、第７、第９、第１１のスイッチング素子３６、３８、４０の負極とこれらに接続された第７、第９、第１１のフライホイール・ダイオード４８、５０、５２の正極とが、第８、第１０、第１２のスイッチング素子３７、３９、４１の正極とこれらに接続された第８、第１０、第１２のフライホイール・ダイオード４９、５１、５３の負極とにそれぞれ接続される。サイリスタ消弧用スイッチング素子である第１１、第１２のスイッチング素子４０、４１の接続部と第７、第８のスイッチング素子３６、３７の接続部との間には、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５が接続され、第７、第８のスイッチング素子３６、３７の接続部と第９、第１０のスイッチング素子３８、３９の接続部との間には、第２のリアクトル１１と第２の変圧器１３の１次巻線１６とが直列に接続される。第２のリアクトル１１と第２の変圧器１３の１次巻線１６との接続部には、リアクトル・エネルギー回生用の第１５のフライホイール・ダイオード５６の正極と第１６のフライホイール・ダイオード５７の負極とが接続される。
【００３５】
第１、第２の変圧器１２、１３の２次側の整流回路では、第１のサイリスタ６０と第３のサイリスタ６２、第２のサイリスタ６１と第４のサイリスタ６３が、それぞれ逆並列接続される。第１の変圧器１２の２次巻線１５には、第１のサイリスタ６０の正極、第３のサイリスタ６２の負極が接続され、第２の変圧器１３の２次巻線１７には、第２のサイリスタ６１の正極、第４のサイリスタ６３の負極が接続される。第１のサイリスタ６０の負極、第３のサイリスタ６２の正極および第２のサイリスタ６１の負極、第４のサイリスタ６３の正極は並列接続で、直流インダクタンス２０、負荷抵抗２１に接続される。
【００３６】
次に動作について説明する。尚、動作説明に付いては、各動作（“正方向力行動作”、“正方向回生動作”、“負方向力行動作”、“負方向回生動作”の各動作で、ここでいう“力行動作”“回生動作”とは、細かな回路動作時の状態を示すものでは無く、電力変換装置装置全体として見た場合、負荷２１にエネルギーを送出している状態を“力行動作”、負荷２１から消費されなかったエネルギーを戻す状態を“回生動作”としている）毎に説明する。なお、力行動作には、直流電源５からの電流により変圧器１２、１３が励磁されて、変圧器１２、１３の２次側に電流を流し直流インダクタンス２０にエネルギーを蓄える”力行モード”と、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電により、変圧器１２、１３の１次側に環流電流が流れる”環流モード”とを含む。
【００３７】
図２は、この実施の形態の正方向力行動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第１、第４、第７、第１０のスイッチング素子３０、３３、３６、３９と第１、第２のサイリスタ６０、６１はこのタイミング・チャートに従って、それぞれオン／オフするものとし、また、ここに記載の無いスイッチング素子、およびサイリスタはオンしないものとする。
図２に示すように、１次側のインバータ部の第１、第４、第７、第１０のスイッチング素子３０、３３、３６、３９を切り換えて転流制御を行い、スイッチング素子駆動信号は、電流方向を制御する第１、第７のスイッチング素子駆動信号と、そのＯＮ時間内でＯＮする力行用の信号である第４、第１０のスイッチング素子駆動信号とで構成され、力行用信号は対応する電流方向制御用信号と立ち上がり部分で同期するように発生される。
【００３８】
各スイッチング素子３０、３３、３６、３９と各サイリスタ６０、６１が、図２に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図３〜図２１に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
時刻Ｔ０≦ｔ＜Ｔ１では、第１、第４のスイッチング素子３０、３３がオンになるが、第１のサイリスタ６０はオフのままであるので、インバータ部には第１の変圧器１２の励磁電流のみが流れ（図３）、この励磁電流は、時刻Ｔ１≦ｔ＜Ｔ２で、第４のスイッチング素子３３がオフになると環流する（図４）。
時刻Ｔ２≦ｔ＜Ｔ３では、第７、第１０のスイッチング素子３６、３９がオンになるが、第２のサイリスタ６１はオフのままであるので、インバータ部には図４で示した環流電流と第２の変圧器１３の励磁電流のみが流れる（図５）。
時刻Ｔ３≦ｔ＜Ｔ４では、第１のスイッチング素子３０がオフになり、第１の変圧器１２に流れた励磁電流は直流電源５へ回生し（図６）、第１の変圧器１２はリセットされる（図７）。
時刻Ｔ４≦ｔ＜Ｔ６では、第１０のスイッチング素子３９がオフになり、第２の変圧器１３の励磁電流が環流する（図８、図９）。この励磁電流は、この後時刻Ｔ６で第７のスイッチング素子３６がオフになることで直流電源５へ回生し、第２の変圧器１３はリセットされる（図１０、図１１参照）。
【００３９】
以上の動作（図３〜図１０の破線矢印）は、以下に示すような事態を防止するために行うもので、力行動作の通電前に逆方向のサイリスタ（ここでは、第３、第４のサイリスタ６２、６３）を確実に消孤させる動作（以下、空打ち動作と称す）である。
第３または第４のサイリスタ６２、６３が実際にはオフになっていなかった場合に、時刻Ｔ５からの正方向の力行動作運転に入ると、第１、第２の変圧器１２、１３のそれぞれの２次巻線１５、１７の間で短絡する可能性がある。例えば、時刻Ｔ５で第１のサイリスタ６０がオンしたとき第４のサイリスタ６３がオンであると、第１、第４のサイリスタ６０、６３を介して第１の変圧器１２の２次巻線１５と第２の変圧器１３の２次巻線１７とが短絡する。
このように、力行動作の通電前に空打ち動作により逆方向のサイリスタを確実に消孤させ、このとき第１、第２の変圧器１２、１３のそれぞれに流れた励磁電流は、上述したように直流電源５へ回生され、第１、第２の変圧器１２、１３はリセットされる。
また、これ以後に第１、第２のサイリスタ６０、６１の駆動信号が発生されるが、図２に示すように、第１のサイリスタ６０は第１のスイッチング素子３０と、また第２のサイリスタ６１は第７のスイッチング素子３６と、点弧のタイミングが同じで、それぞれ電流方向制御用信号と同じタイミング信号で駆動される。
【００４０】
時刻Ｔ５≦ｔ＜Ｔ７では、第１、第４のスイッチング素子３０、３３および第１のサイリスタ６０がオンになると力行モードとなり、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる。直流インダクタンス２０に蓄えられるエネルギーは（１／２・Ｉ2・Ｌ）であり、Ｉは直流インダクタンス２０に流れる電流値、Ｌは直流インダクタンス２０のインダクタンス値である（図９〜図１１）。
時刻Ｔ７≦ｔ＜Ｔ８では、第４のスイッチング素子３３がオフになると環流モードとなり、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電により第１の変圧器１２の２次巻線１５に、図に示す様に電流が流れ、第１の変圧器１２の１次巻線１４には、環流電流が流れる（図１２）。
時刻Ｔ８≦ｔ＜Ｔ９では、第７、第１０のスイッチング素子３６、３９および第２のサイリスタ６１がオンになり、第１の変圧器１２に流れていた電流は、第２の変圧器１３へ転流し、同時に力行モードへ移行する（実線矢印）。この時、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは転流せず、第１のスイッチング素子３０と第１３のフライホイール・ダイオード５４を経由して還流状態にある。また、同時に第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第１のサイリスタ６０のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図１３）。
【００４１】
時刻Ｔ９≦ｔ＜Ｔ１０では、第１のスイッチング素子３０がオフになると、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは直流電源５へ回生し、第１のリアクトル１０はリセットされる（図１４）。また第１のサイリスタ６０がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第１４、第３のフライホイール・ダイオード５５、４４を経由して直流電源５に回生し（図１５）、第１の変圧器１２はリセットされる（図１６）。
時刻Ｔ１０≦ｔ＜Ｔ１１では、第１０のスイッチング素子３９がオフになると、環流モードとなり、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電により第２の変圧器１３の２次巻線１７に図に示す様に電流が流れ、第２の変圧器１３の１次巻線１６には、環流電流が流れる（図１７）。
【００４２】
時刻Ｔ１１≦ｔ＜Ｔ１２では、第１、第４のスイッチング素子３０、３３と第１のサイリスタ６０がオンになると、第２の変圧器１３に流れていた電流は、第１の変圧器１２へ転流し、同時に力行モードへ移行する（実線矢印）。この時、第２のリアクトル１１に蓄えられたエネルギーは転流せず、第７のスイッチング素子３６と第１５のフライホイール・ダイオード５６を経由して還流状態になる。また、同時に第２の変圧器１３の励磁エネルギーが第２のサイリスタ６１のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図１８）。
時刻Ｔ１２≦ｔ＜Ｔ１３（Ｔ７）では、第７のスイッチング素子３６がオフになると、第２のリアクトル１１に蓄えられたエネルギーは、第８、第１５のフライホイール・ダイオード４９、５６を経由して直流電源５に回生し、第２のリアクトル１１はリセットされる（図１９）。また、第２のサイリスタ６１がオフすると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーが第１６、第９のフライホイール・ダイオード５７、５０を経由して直流電源５に回生し（図２０）、第２の変圧器１３はリセットされる（図２１）。
以上が“正方向力行動作”であり、この後、時刻Ｔ７へ戻り、正方向力行停止・回生指令が出るまで、この動作を繰り返す。
【００４３】
図２２（ａ）は、この実施の形態の正方向回生動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第１、第４、第３、第６、第７、第１０、第９、第１２のスイッチング素子３０、３３、３２、３５、３６、３９、３８、４１と第１、第２のサイリスタ６０、６１はこのタイミング・チャートに従って、それぞれオン／オフするものとし、また、ここに記載の無いスイッチング素子、およびサイリスタはオンしないものとする。またこの正方向回生動作時における出力電流の回生の様子を図２２（ｂ）に示す。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図２２に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図２３〜図３６に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
時刻ｔ＜Ｔ２１では、第１、第４のスイッチング素子３０、３３および第１のサイリスタ６０がオンとなっており上述した正方向力行動作状態が継続していたとする。電流は力行モードで、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図２３）。
そして、時刻ｔ＝Ｔ２１で正方向力行停止・回生指令が入ったものとする。
時刻Ｔ２１≦ｔ＜Ｔ２２では、第４のスイッチング素子３３がオフになり、還流モードへ移行する（図２４）。
これ以降、回生動作に入るため、正方向力行動作のときに力行用信号でオンした第４、第１０のスイッチング素子３３、３９はオンしない。
【００４４】
時刻Ｔ２２≦ｔ＜Ｔ２３では、第７のスイッチング素子３６と第２のサイリスタ６１がオンになり、第１の変圧器１２に流れていた電流は、第２の変圧器１３へ転流し、そのまま還流モードになる（実線矢印）。この時、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは転流せず、第１のスイッチング素子３０と第１３のフライホイール・ダイオード５４を経由して還流状態にある。また、同時に第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第１のサイリスタ６０のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図２５）。
時刻Ｔ２３≦ｔ＜Ｔ２４では、第１のスイッチング素子３０がオフになると、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは直流電源５へ回生し、第１のリアクトル１０はリセットされる（図２６）。また、第１のサイリスタ６０がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第１４、第３のフライホイール・ダイオード５５、４４を経由して直流電源５に回生し（図２７）、第１の変圧器１２はリセットされる（図２８）。
【００４５】
時刻Ｔ２４≦ｔ＜Ｔ２５において、全スイッチング素子およびサイリスタをオフにする。第２の変圧器１３の２次側では、第２のサイリスタ６１は駆動信号が無くなっても、直流インダクタンス２０からの放電電流の向きがそれまでと同一方向を示す為、オン状態を維持する。そして、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは図に示す様に放電し続ける。第２の変圧器１３の１次側ではその影響を受け、第８、第９のフライホイール・ダイオード４９、５０および第２のリアクトル１１を経由して直流電源５に回生電流が流れる。従って、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは、第２の変圧器１３を介して直流電源５に回生される為、急速に出力電流が減少する（図２９）。
この図２９に示す状態では、第２の変圧器１３は２次側からの逆バイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１３が磁気的に飽和してしまう。そこで、第２の変圧器１３が磁気的に飽和しないように、第２の変圧器１３に流れている電流を第１の変圧器１２に転流し、第２の変圧器１３をリセットする動作に移る。
【００４６】
時刻Ｔ２５≦ｔ＜Ｔ２６では、第１のスイッチング素子３０と第１のサイリスタ６０とがオンになると、第２の変圧器１３に流れている電流が第１の変圧器１２に転流し、第１の変圧器１２ではそのまま還流モードとなる。一方、第２のサイリスタ６１は逆バイアスがかからない為、オン状態を維持する。その為、第２の変圧器１３の１次側が開放状態にあることから、第２のサイリスタ６１および第２の変圧器１３の２次巻線１７には、第１のサイリスタ６０から第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（図３０）。
時刻Ｔ２６≦ｔ＜Ｔ２７では、第９、第１２のスイッチング素子３８、４１がオンになると、図の破線矢印の様にサイリスタ消孤用電流が流れ、これにより第２のサイリスタ６１には逆バイアスがかかり、リカバリ電流が流れて第２のサイリスタ６１はオフする。この時のサイリスタ消孤用電流は、（第２の変圧器１３の励磁電流＋第２のサイリスタ６１のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって電流制限を行う（図３１）。
時刻Ｔ２７≦ｔ＜Ｔ２８では、第９、第１２のスイッチング素子３８、４１がオフになると、第１０、第７のフライホイール・ダイオード５１、４８を経由して、第２の変圧器１３の励磁電流が回生し、そして第２の変圧器１３はリセットされる。この第２の変圧器１３の励磁電流の回生によるリセットは、時刻Ｔ２９までに完了すればよい（図３２）。
【００４７】
時刻Ｔ２８≦ｔ＜Ｔ２９において、第１のスイッチング素子３０と第１のサイリスタ６０とがオフし、再び、全スイッチング素子およびサイリスタをオフにする。第１の変圧器１２の２次側では、第１のサイリスタ６０は駆動信号が無くなっても、直流インダクタンス２０の放電電流によりオン状態を維持する為、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは図に示す様に放電し続ける。第１の変圧器１２の１次側ではその影響を受け、第２、第３のフライホイール・ダイオード４３、４４および第１のリアクトル１０を経由して直流電源５に回生電流が流れる。従って、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは、第１の変圧器１２を介して直流電源５に回生される為、急速に出力電流が減少する（図３３）。
この図３３に示す状態では、第１の変圧器１２は２次側からの逆バイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１２が磁気的に飽和してしまう。そこで、第１の変圧器１２が磁気的に飽和しないように、第１の変圧器１２に流れている電流を第２の変圧器１３に転流し、第１の変圧器１２をリセットする動作に移る。
【００４８】
時刻Ｔ２９≦ｔ＜Ｔ３０では、第７のスイッチング素子３６と第２のサイリスタ６１がオンになると、第１の変圧器１２に流れている電流が第２の変圧器１３に転流し、第２の変圧器１３ではそのまま還流モードとなる。一方、第１のサイリスタ６０は逆バイアスがかからない為、オン状態を維持する。その為、第１の変圧器１２の１次側が開放状態にあることから、第１のサイリスタ６０および第１の変圧器１２の２次巻線１５には、第２のサイリスタ６１から第１の変圧器１２の励磁電流分が流れ続ける（図３４）。
時刻Ｔ３０≦ｔ＜Ｔ３１では、第３、第６のスイッチング素子３２、３５がオンになると、図の破線矢印の様にサイリスタ消孤用電流が流れ、これにより、第１のサイリスタ６０には逆バイアスがかかり、リカバリ電流が流れて第１のサイリスタ６０はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第１の変圧器１２の励磁電流＋第１のサイリスタ６０のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって電流制限を行う（図３５）。
時刻Ｔ３１≦ｔ＜Ｔ３２（Ｔ２４）では、第３、第６のスイッチング素子３２、３５がオフになると、第４、第１のフライホイール・ダイオード４５、４２を経由して、第１の変圧器１２の励磁電流が回生し、そして第１の変圧器１２はリセットされる。この第１の変圧器１２の励磁電流の回生によるリセットは、時刻Ｔ３３（Ｔ２５）までに完了すればよい（図３６）。
【００４９】
以降、時刻Ｔ２４へ戻り、ここまでの動作を数回繰り返す。これにより、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーは、第１、第２の変圧器１２、１３が磁気的に飽和しないように、回生電流を第１の変圧器１２と第２の変圧器１３との間で交互に転流させながら直流電源５に回生させる。このため、出力電流は図２２（ｂ）に示すように高速に垂下して０に至る。
この後、負方向力行動作に移る。
【００５０】
図３７は、この実施の形態の負方向力行動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第２、第３、第８、第９のスイッチング素子３１、３２、３７、３８と第３、第４のサイリスタ６２、６３はこのタイミング・チャートに従って、それぞれオン／オフするものとし、また、ここに記載の無いスイッチング素子、およびサイリスタはオンしないものとする。
図３７に示すように、１次側のインバータ部の第２、第３、第８、第９のスイッチング素子３１、３２、３７、３８を切り換えて転流制御を行い、スイッチング素子駆動信号は、電流方向を制御する第２、第８のスイッチング素子駆動信号と、そのＯＮ時間内でＯＮする力行用の信号である第３、第９のスイッチング素子駆動信号とで構成され、力行用信号は対応する電流方向制御用信号と立ち上がり部分で同期するように発生される。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図３７に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図３８〜図５６に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
【００５１】
時刻Ｔ４０≦ｔ＜Ｔ４１では、第２、第３のスイッチング素子３１、３２がオンになるが、第３のサイリスタ６２はオフのままであるので、インバーター部には第１の変圧器１２の励磁電流のみが流れ（図３８）、この励磁電流は、時刻Ｔ４１≦ｔ＜Ｔ４２で、第３のスイッチング素子３２がオフになると環流する（図３９）。
時刻Ｔ４２≦ｔ＜Ｔ４３では、第８、第９のスイッチング素子３７、３８がオンになるが、第４のサイリスタ６３はオフのままであるので、インバーター部には図３９で示した環流電流と第２の変圧器１３の励磁電流のみが流れる（図４０）。
時刻Ｔ４３≦ｔ＜Ｔ４４では、第２のスイッチング素子３１がオフになり、第１の変圧器１２に流れた励磁電流は直流電源５へ回生し（図４１）、第１の変圧器１２はリセットされる（図４２）。
時刻Ｔ４４≦ｔ＜Ｔ４６では、第９のスイッチング素子３８がオフになり、第２の変圧器１３の励磁電流が環流する（図４３、図４４）。この励磁電流は、この後時刻Ｔ４６で第８のスイッチング素子３７がオフになることで直流電源５へ回生し、第２の変圧器１３はリセットされる（図４５、図４６参照）。
【００５２】
以上の動作（図３８〜図４５の破線矢印）は、先の動作（図３〜図１０の破線矢印）と同様で、第１または第２のサイリスタ６０、６１が実際にはオフになっていなかった場合に、時刻Ｔ４５からの負方向の力行動作運転に入ると第１、第２の変圧器１２、１３のそれぞれの２次巻線１５、１７の間で短絡とする可能性があり、その様な場合を想定して、力行動作の通電前に逆方向のサイリスタ（ここでは、第１、第２のサイリスタ６１、６２）を確実に消孤させる空打ち動作である。
また、これ以後に第３、第４のサイリスタ６２、６３の駆動信号が発生されるが、図３７に示すように、第３のサイリスタ６２は第２のスイッチング素子３１と、また第４のサイリスタ６３は第８のスイッチング素子３７と、点弧のタイミングが同じで、それぞれ電流方向制御用信号と同じタイミング信号で駆動される。
【００５３】
時刻Ｔ４５≦ｔ＜Ｔ４７では、第２、第３のスイッチング素子３１、３２および第３のサイリスタ６２がオンになると力行モードとなり、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図４４〜図４６）。
時刻Ｔ４７≦ｔ＜Ｔ４８では、第３のスイッチング素子３２がオフになると環流モードとなり、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電により第１の変圧器１２の２次巻線１５に、図に示す様に電流が流れ、第１の変圧器１２の１次巻線１４には、環流電流が流れる（図４７）。
時刻Ｔ４８≦ｔ＜Ｔ４９では、第８、第９のスイッチング素子３７、３８および第４のサイリスタ６３がオンになり、第１の変圧器１２に流れていた電流は、第２の変圧器１３へ転流し、同時に力行モードへ移行する（実線矢印）。この時、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは転流せず、第２のスイッチング素子３１と第１４のフライホイール・ダイオード５５を経由して還流状態にある。また、同時に第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第３のサイリスタ６２のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図４８）。
【００５４】
時刻Ｔ４９≦ｔ＜Ｔ５０では、第２のスイッチング素子３１がオフになると、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは直流電源５へ回生し、第１のリアクトル１０はリセットされる（図４９）。また第３サイリスタ６２がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第４、第１３のフライホイール・ダイオード４５、５４を経由して直流電源５に回生し（図５０）、第１の変圧器１２はリセットされる（図５１）。
時刻Ｔ５０≦ｔ＜Ｔ５１では、第９のスイッチング素子３８がオフになると、環流モードとなり、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーの放電により第２の変圧器１３の２次巻線１７に図に示す様に電流が流れ、第２の変圧器１３の１次巻線１６には、環流電流が流れる（図５２）。
【００５５】
時刻Ｔ５１≦ｔ＜Ｔ５２では、第２、第３のスイッチング素子３１、３２と第３のサイリスタ６２がオンになると、第２の変圧器１３に流れていた電流は、第１の変圧器１２へ転流し、同時に力行モードへ移行する（実線矢印）。この時、第２のリアクトル１１に蓄えられたエネルギーは転流せず、第８のスイッチング素子３７と第１６のフライホイール・ダイオード５７を経由して還流状態になる。また、同時に第２の変圧器１３の励磁エネルギーが第４のサイリスタ６３のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図５３）。
時刻Ｔ５２≦ｔ＜Ｔ５３（Ｔ４７）では、第８のスイッチング素子３７がオフになると、第２のリアクトル１１に蓄えられたエネルギーは、第１６、第７のフライホイール・ダイオード５７、４８を経由して直流電源５に回生し、第２のリアクトル１１はリセットされる（図５４）。また、第４のサイリスタ６３がオフすると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーが第１０、第１５のフライホイール・ダイオード５１、５６を経由して直流電源５に回生し（図５５）、第２の変圧器１３はリセットされる（図５６）。
以上が“負方向力行動作”であり、この後、時刻Ｔ４７へ戻り、負方向力行停止・回生指令が出るまで、この動作を繰り返す。
【００５６】
図５７は、この実施の形態の負方向回生動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第２〜第５、第８〜第１１のスイッチング素子３１〜３４、３７〜４０と第３、第４のサイリスタ６２、６３はこのタイミング・チャートに従って、それぞれオン／オフするものとし、また、ここに記載の無いスイッチング素子、およびサイリスタはオンしないものとする。またこの負方向回生動作時における出力電流の回生の様子を図５７（ｂ）に示す。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図５７に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図５８〜図７１に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
時刻ｔ＜Ｔ６１では、第２、第３のスイッチング素子３１、３２および第３のサイリスタ６２がオンとなっており上述した負方向力行動作状態が継続していたとする。電流は力行モードで、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図５８）。
そして、時刻ｔ＝Ｔ６１で負方向力行停止・回生指令が入ったものとする。
時刻Ｔ６１≦ｔ＜Ｔ６２では、第３のスイッチング素子３２がオフになり、還流モードへ移行する（図５９）。
これ以降、回生動作に入るため、負方向力行動作のときに力行用信号でオンした第３、第９のスイッチング素子３３、３８はオンしない。
【００５７】
時刻Ｔ６２≦ｔ＜Ｔ６３では、第８のスイッチング素子３７と第４のサイリスタ６３がオンになり、第１の変圧器１２に流れていた電流は、第２の変圧器１３へ転流し、そのまま還流モードになる（実線矢印）。この時、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは転流せず、第２のスイッチング素子３１と第１５のフライホイール・ダイオード５５を経由して還流状態になる。また、同時に第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第３のサイリスタ６２のリカバリ電流として流れる（破線矢印）（図６０）。
時刻Ｔ６３≦ｔ＜Ｔ６４では、第２のスイッチング素子３１がオフになると、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは直流電源５へ回生し、第１のリアクトル１０はリセットされる（図６１）。また、第３のサイリスタ６２がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーが第４、第１３のフライホイール・ダイオード４５、５４を経由して直流電源５に回生し（図６２）、第１の変圧器１２はリセットされる（図６３）。
【００５８】
時刻Ｔ６４≦ｔ＜Ｔ６５において、全スイッチング素子およびサイリスタをオフにする。第２の変圧器１３の２次側では、第４のサイリスタ６３は駆動信号が無くなっても、直流インダクタンス２０からの放電電流の向きがそれまでと同一方向を示す為、オン状態を維持する。そして、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは図に示す様に放電し続ける。第２の変圧器１３の１次側ではその影響を受け、第１０、第７のフライホイール・ダイオード５１、４８および第２のリアクトル１１を経由して直流電源５に回生電流が流れる。従って、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは、第２の変圧器１３を介して直流電源５に回生される為、急速に出力電流が減少する（図６４）。
この図６４に示す状態では、第２の変圧器１３は２次側からのバイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１３が磁気的に飽和してしまう。そこで、第２の変圧器１３が磁気的に飽和しないように、第２の変圧器１３に流れている電流を第１の変圧器１２に転流し、第２の変圧器１３をリセットする動作に移る。
【００５９】
時刻Ｔ６５≦ｔ＜Ｔ６６では、第２のスイッチング素子３１と第３のサイリスタ６２とがオンになると、第２の変圧器１３に流れている電流が第１の変圧器１２に転流し、第１の変圧器１２ではそのまま還流モードとなる。一方、第４のサイリスタ６３は逆バイアスがかからない為、オン状態を維持する。その為、第２の変圧器１３の１次側が開放状態にあることから、第４のサイリスタ６３および第２の変圧器１３の２次巻線１７には、第３のサイリスタ６２から第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（図６５）。
時刻Ｔ６６≦ｔ＜Ｔ６７では、第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０がオンになると、図の破線矢印の様にサイリスタ消孤用電流が流れ、これにより第４のサイリスタ６３には逆バイアスがかかり、リカバリ電流が流れて第４のサイリスタ６３はオフする。この時のサイリスタ消孤用電流は、（第２の変圧器１３の励磁電流＋第４のサイリスタ６３のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって電流制限を行う（図６６）。
時刻Ｔ６７≦ｔ＜Ｔ６８では、第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０がオフになると、第８、第９のフライホイール・ダイオード４９、５０を経由して、第２の変圧器１３の励磁電流が回生し、そして第２の変圧器１３はリセットされる。この第２の変圧器１３の励磁電流の回生によるリセットは、時刻Ｔ６９までに完了すればよい（図６７）。
【００６０】
時刻Ｔ６８≦ｔ＜Ｔ６９において、第２のスイッチング素子３１と第３のサイリスタ６２とがオフし、再び、全スイッチング素子およびサイリスタをオフにする。第１の変圧器１２の２次側では、第３のサイリスタ６２は駆動信号が無くなっても、直流インダクタンス２０の放電電流により、オン状態を維持する為、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは図に示す様に放電し続ける。第１の変圧器１２の１次側ではその影響を受け、第１、第４のフライホイール・ダイオード４２、４５および第１のリアクトル１０を経由して直流電源５に回生電流が流れる。従って、直流インダクタンス２０に蓄えられていたエネルギーは、第１の変圧器１２を介して直流電源５に回生される為、急速に出力電流が減少する（図６８）。
この図６８に示す状態では、第１の変圧器１２は２次側からのバイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１２が磁気的に飽和してしまう。そこで、第１の変圧器１２が磁気的に飽和しないように、第１の変圧器１２に流れている電流を第２の変圧器１３に転流し、第１の変圧器１２をリセットする動作に移る。
【００６１】
時刻Ｔ６９≦ｔ＜Ｔ７０では、第８のスイッチング素子３７と第４のサイリスタ６３がオンになると、第１の変圧器１２に流れている電流が第２の変圧器１３に転流し、第２の変圧器１３ではそのまま還流モードとなる。一方、第３のサイリスタ６２は逆バイアスがかからない為、オン状態を維持する。その為、第１の変圧器１２の１次側が開放状態にあることから、第３のサイリスタ６２および第１の変圧器１２の２次巻線１５には、第４のサイリスタ６３から第１の変圧器１２の励磁電流分が流れ続ける（図６９）。
時刻Ｔ７０≦ｔ＜Ｔ７１では、第４、第５のスイッチング素子３３、３４がオンになると、図の破線矢印の様にサイリスタ消孤用電流が流れ、これにより、第３のサイリスタ６２には逆バイアスがかかり、リカバリ電流が流れて第３のサイリスタ６２はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第１の変圧器１２の励磁電流＋第３のサイリスタ６２のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって電流制限を行う（図７０）。
【００６２】
時刻Ｔ７１≦ｔ＜Ｔ７２（Ｔ６４）では、第４、第５のスイッチング素子３３、３４がオフになると、第２、第３のフライホイール・ダイオード４３、４４を経由して、第１の変圧器１２の励磁電流が回生し、そして第１の変圧器１２はリセットされる。この第１の変圧器１２の励磁電流の回生によるリセットは、時刻Ｔ７３（Ｔ６５）までに完了すればよい（図７１）。
以降、時刻Ｔ６４へ戻り、ここまでの動作を数回繰り返す。これにより、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーは、第１、第２の変圧器１２、１３が磁気的に飽和しないように、回生電流を第１の変圧器１２と第２の変圧器１３との間で交互に転流させながら直流電源５に回生させる。このため、出力電流は図５７（ｂ）に示すように高速に垂下して０に至る。
【００６３】
以上の動作により、図７２の出力通電パターンに示すように、正方向、負方向のどちらにも通電する事が出来、直流インダクタンス２０の持つエネルギーを直流電源５へ速やかに回生できて出力電流の電流垂下も速やかに行う事が出来、正負の交互運転も高速で行うことが出来る。
【００６４】
また、正負各方向に対し、個別に通電時間や電流設定値の設定を行うことが出きる。ひとつの基準となるタイマーを用意しておき、それを元に正負各方向に対しての通電時間を計測して設定時間に達すれば、上記電力変換装置に運転／停止指令を送出して制御を行うことが出来る。また、正負個別に電流指令値を入力し、正負の極性切り換えに合わせてどちらの電流指令値を取り込むのかを決定し、また、出力電流フィードバック信号を絶対値処理を行い、選択した電流指令値との比較・誤差増幅を行えば、ひとつの制御回路で処理が出来、均一性の良好な特性を容易に得ることが出来る。
【００６５】
さらに、第１、第２のリアクトル１０、１２を変圧器１２、１３の一次巻線１４、１６に直列に入れたため、各部に流れる電流のｄｉ／ｄｔが抑制される。また、転流時での瞬時的な短絡電流を抑制して各部への負担を低減できる。
また、この実施の形態において、変圧器１２、１３の励磁電流を用いて出力整流装置（サイリスタ６０〜６３）をオフする際、リカバリ電流が流れる前に、サイリスタ６０〜６３には、第１、第２のリアクタンス１０、１１のｄｉ／ｄｔ抑制の作用による緩やかな立下り電流（ｄｉ／ｄｔが小さい）が流れている。その為、逆回復電荷（Ｑｒｒ）も立下り電流の間に幾らか放出される為、リカバリ時には小さくなり、また、変圧器１２、１３の励磁電流によるリカバリ電流でオフさせるので、その結果、サイリスタ６０〜６３のオフ時に生じるサージ電圧は非常に小さくなる。このため、スナバ回路が不要であり、その分、変圧器１２、１３の２次電圧を高くする事が出来、出力電流立ち上げの高速化が図れる。
【００６６】
また、リアクトル・エネルギー回生用の第１３〜第１６のフライホイール・ダイオード５４〜５７を備えたことにより、ｄｉ／ｄｔ抑制用の第１、第２のリアクトル１０、１１に蓄えられたエネルギーを個別のルートで直流電源５に回生できるため、転流の際、第１、第２のリアクトル１０、１１に、電流断による過電圧が生じるのが防止できる。また、変圧器１２、１３の励磁エネルギーとリアクトル１０、１１のエネルギーとを別のルートでそれぞれ直流電源５に回生できるため、変圧器２次側の整流用ダイオード１８、１９のリカバリ電流が、リアクトル１０、１１に蓄えられたエネルギーの影響を受けず、正味の変圧器１２、１３の励磁エネルギー分のみとなり、素子破壊等が防止され信頼性が向上する。
さらに“正方向回生動作”“負方向回生動作”において、直流インダクタンス２０に蓄えられていた放電エネルギーによりオンし続けるサイリスタ６０〜６３をオフさせる為に、サイリスタ消孤用電流を流す際にも、第１、第２のリアクタンス１０、１１は、第１３〜第１６のフライホイール・ダイオード５４〜５７を介した個別ルートで直流電源５へエネルギー回生されているため、サイリスタ消弧用電流は、第１、第２のリアクタンス１０、１１の回生を考慮する必要なく、（変圧器１２、１３の励磁電流＋サイリスタ６０〜６３のリカバリ電流）のみ流せば良い。
なお、リアクトル・エネルギー回生用の第１３〜第１６のフライホイール・ダイオード５４〜５７による第１、第２のリアクタンス１０、１１の回生ルートがない場合は、サイリスタ消弧用電流に第１、第２のリアクタンス１０、１１のエネルギーを打ち消すだけの電流（出力電流の１次換算分）を加える必要がある。
【００６７】
またこの実施の形態では、“正方向力行動作”“負方向力行動作”を行う際に、スイッチング素子を駆動する電流方向制御用信号と、そのＯＮ時間内でＯＮする力行用信号とが立ち上がり部分で同期するように発生される。このような立ち上がり部分で同期する信号は、搬送波に鋸波を用いたＰＷＭ回路で発生され、スイッチング素子の切換タイミングが減少し、制御性が優れている。さらに、搬送波に用いる鋸波は、発振回路が比較的簡略な構成であり、このような発振回路は一般的なスイッチングレギュレータ素子（例えば、電流（あるいは電圧）誤差アンプ、ＰＷＭ変調回路、リミッタ回路等、制御に必要な機能が予めパッケージ化されたＩＣ）に組み込まれて広く用いられている。
このため、電力変換装置の制御回路の構成が簡略化され、低コスト化が容易に図れる。
【００６８】
実施の形態２．
なお、スイッチング素子を駆動する電流方向制御用信号と、そのＯＮ時間内でＯＮする力行用信号とを、立ち下がり部分で同期するように発生させても、立ち上がり部分で同期させる場合と同様に、制御性が優れ、また、電力変換装置の制御回路の構成が簡略化され、低コスト化が容易に図れる。またこの場合、転流によりサイリスタにリカバリ電流が流れてオフする時、他方の変圧器側では還流モードである為、サイリスタのオフ時に発生する電圧は、他方の変圧器の電圧が加算されず、自身側の変圧器の２次側電圧に、オフ時に発生するサージ電圧を加算した分だけになる。従って、サイリスタのオフ時に発生する電圧が抑えられ、整流用ダイオードのスイッチング損失が低減できる。
【００６９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態２を図について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態１による正負両方向出力型の電力変換装置と同一の回路を用いて、異なる制御を行い回生動作から連続的に逆方向力行動作に至るものである。なお、“正方向力行動作”“負方向力行動作”については上記実施の形態２と同様に動作するものとし、ここでは、“正方向回生動作”“負方向回生動作”および各回生動作から逆方向の力行動作への移行について説明する。
図７３は、この実施の形態の正方向回生動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第１〜第４、第６〜第１０、第１２のスイッチング素子３０〜３３、３５〜３９、４１および第１〜第４のサイリスタ６０〜６３は、このタイミング・チャートに従ってオン／オフするものとし、これに記載の無いスイッチング素子はオフをし続けるものとする。またこの正方向回生動作時における出力電流の回生の様子を図７４に示す。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図７３に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図７５〜図８９に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
【００７０】
時刻ｔ＜Ｔ８１では、第１のスイッチング素子３０および第１のサイリスタ６０がオンとなっており上述した正方向力行動作状態が継続しているとする。電流は環流モードで、図に示すように電流が流れている（図７５）。
時刻Ｔ８１≦ｔ＜Ｔ８２では、第４のスイッチング素子３３がオンになり、力行モードへ移行し、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図７６）。そして、この時点で正方向力行停止・回生指令が入ったものとする。第４のスイッチング素子３３がオフになり、環流モードに戻る（図７５参照）。
時刻Ｔ８２≦ｔ＜８３では、第８、第１０のスイッチング素子３７、３９および第２、第４のサイリスタ６１、６３がオンになり、転流準備を行う。この時点から、次の出力極性切り換えに備え、“負方向力行動作”に必要なスイッチング素子（ここでは第８のスイッチング素子３７および第４のサイリスタ６３が該当）もオンにしておく（図７５参照）。
【００７１】
時刻Ｔ８３≦ｔ＜Ｔ８４では、第１のスイッチング素子３０がオフになると、第２の変圧器１３へ電流が転流する（実線矢印）。第１の変圧器１２では、その励磁電流が第１のサイリスタ６０に対しリカバリ電流として放電し、また、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは、第２、第１３のフライホイール・ダイオード４３、５４を経由して、直流電源５に回生される（破線矢印）（図７７）。そして、第１のサイリスタ６０がオフになると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第１４、第３のフライホイール・ダイオード５５、４４を経由して、直流電源５に回生され（図７８）、第１の変圧器１２はリセットされる（図７９）。
【００７２】
時刻Ｔ８４≦ｔ＜Ｔ８５では、第１０のスイッチング素子３９がオフになると、第８のスイッチング素子３７および第４のサイリスタ６３がオンの状態ではあるが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、還流モードが解除され、全スイッチング素子およびサイリスタがオフになったのと同じ状態が出来る。このため、回生状態が起こり、直流インダクタンス２０が蓄えていたエネルギーは、第２の変圧器１３を介して直流電源５に回生され、急速に出力電流は垂下をはじめる。第２のサイリスタ６１は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する。
時刻８５≦ｔ＜Ｔ８６では、“負方向力行動作”に必要な第９のスイッチング素子３８をオンにするが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態が継続する（図８０）。
この図８０に示す状態では、第２の変圧器１３は２次側からの逆バイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１３が磁気的に飽和してしまう。そこで、第２の変圧器１３が磁気的に飽和しないように、第２の変圧器１３に流れている電流を第１の変圧器１２に転流し、第２の変圧器１３をリセットする動作に移る。
【００７３】
時刻Ｔ８６≦ｔ＜８７では、第４のスイッチング素子３３および第１のサイリスタ６０がオンになると、第２の変圧器１３に流れている電流は第１の変圧器１２へ転流し、還流モードへ移行する（実線矢印）。この時点で、出力極性切り換えに備え、“負方向力行動作”に必要な第２のスイッチング素子３１および第３のサイリスタ６２もオンにしておく。また、第２の変圧器１３側では転流が完了すると、第２のリアクトル１１のエネルギーは、第８、第１５のフライホイールダイオード４９、５６を経由して直流電源５に回生し、一方、第２のサイリスタ６１は、逆バイアスがかからない為、オン状態を維持しており、第１の変圧器１２の２次巻線１５、第１のサイリスタ６０から第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（破線矢印）（図８１）。
時刻Ｔ８７≦ｔ＜８８では、第８のスイッチング素子３７および第４のサイリスタ６３がオフになるが、第２のサイリスタ６１には、第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（図８２）。
【００７４】
時刻Ｔ８８≦ｔ＜Ｔ８９では、第１２のスイッチング素子４１がオンになると、第９、第１２のスイッチング素子３８、４１が共にオンとなるため、図の破線矢印の様に、サイリスタ消孤用電流が流れ、第２のサイリスタ６１に対して逆バイアスとして働き、リカバリ電流が流れて第２のサイリスタ６１はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第２の変圧器１３の励磁電流＋第２のサイリスタ６１のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって電流制限を行う（図８３）。
時刻Ｔ８９≦ｔ≦Ｔ９０では、第９、第１２のスイッチング素子３８、４１をオフにし、第２の変圧器１３の励磁電流を直流電源５に回生し、リセットする。このとき励磁電流は変圧器１３の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ９２までにリセットを完了させる（図８４）。
【００７５】
時刻Ｔ９０≦ｔ＜９１では、第４のスイッチング素子３３がオフになると、第２のスイッチング素子３１および第３のサイリスタ６２がオンの状態であるが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、還流モードが解除され、全スイッチング素子およびサイリスタがオフなったの同じ状態となり、回生状態が起こり、直流インダクタンス２０が蓄えていたエネルギーは、第１の変圧器１２を介して直流電源５に回生され、急速に出力電流は垂下をはじめる。第１のサイリスタ６０は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する。
時刻９１≦ｔ＜Ｔ９２では、“負方向力行動作”に必要な第３のスイッチング素子３２をオンにするが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態が継続する（図８５）。
この図８５に示す状態では、第１の変圧器１２は２次側からの逆バイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１２が磁気的に飽和してしまう。そこで、第１の変圧器１２が磁気的に飽和しないように、第１の変圧器１２に流れている電流を第２の変圧器１３に転流し、第１の変圧器１２をリセットする動作に移る。
【００７６】
時刻Ｔ９２≦ｔ＜Ｔ９３では、第１０のスイッチング素子３９および第２のサイリスタ６１がオンになると、第１の変圧器１２に流れている電流は第２の変圧器１３へ転流し、還流モードへ移行する（実線矢印）。この時点で、出力極性切り換えに備え、“負方向力行動作”に必要な第８のスイッチング素子３７および第４のサイリスタ６３もオンにしておく。第１の変圧器１２側では転流が完了すると、第１のリアクトル１０のエネルギーが、第２、第１３のフライホイールダイオード４３、５４を経由して直流電源５に回生し、一方、第１のサイリスタ６０は、逆バイアスがかからない為、オン状態を維持しており、第２の変圧器１３の２次巻線１７、第１のサイリスタ６０から第１の変圧器１２の励磁電流分が流れている（破線矢印）（図８６）。
時刻Ｔ９３≦ｔ＜９４では、第２のスイッチング素子３１および第３のサイリスタ６２がオフになるが、第１のサイリスタ６０には、第１の変圧器１２の励磁電流分が流れ続ける（図８７）。
【００７７】
時刻Ｔ９４≦ｔ＜Ｔ９５では、第６のスイッチング素子３５がオンになると、第３、第６のスイッチング素子３２、３５が共にオンとなるため、図の破線矢印の様に、サイリスタ消孤用電流が流れ、第１のサイリスタ６０に対して逆バイアスとして働き、リカバリ電流が流れて第１のサイリスタ６０はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第１の変圧器１２の励磁電流＋第１のサイリスタ６０のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって電流制限を行う（図８８）。
時刻Ｔ９５≦ｔ≦Ｔ９６（Ｔ８４）では、第３、第６のスイッチング素子３２、３５をオフにし、第１の変圧器１２の励磁電流を直流電源５に回生し、第１の変圧器１２をリセットする。このとき励磁電流は変圧器１２の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ９８（Ｔ８６）までにリセットを完了させる（図８９）。
以降、時刻Ｔ８４へ戻り、ここまでの動作を数回繰り返す。これにより、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーは、第１、第２の変圧器１２、１３が磁気的に飽和しないように、回生電流を第１の変圧器１２と第２の変圧器１３との間で交互に転流させながら直流電源５に回生させる。
【００７８】
このような正方向回生動作は、次段階の負方向力行動作に必要な駆動信号をオンさせて負方向力行動作への切り換え準備を整えた状態で行い、出力電流は図７４に示すように高速に垂下する。この回生動作時においては、出力電流が０に至るまでは負方向力行動作のための駆動信号による電流は流れず、後述するように、出力電流が垂下して０となった時点で自動的に上記駆動信号により負方向力行動作に移行する。
【００７９】
次に、“正方向回生動作”から“負方向力行動作”への移行について説明する。図９０はインバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートであり、“正方向回生動作”完了直前から“負方向力行動作”にかけて記載したものであり、図７３のタイミング・チャートの続きである。第１〜第４、第６〜第１０、第１２のスイッチング素子３０〜３３、３５〜３９、４１および第１〜第４のサイリスタ６０〜６３は、このタイミング・チャートに従ってオン／オフするものとし、これに記載の無いスイッチング素子はオフをし続けるものとする。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図９０に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図９１〜図１０８に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
【００８０】
時刻ｔ＜Ｔ１００では、第８、第９のスイッチング素子３７、３８および第４のサイリスタ６３がオンになっているが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態になっており、直流インダクタンス２０のエネルギーが直流電源５に回生している過程とする（図９１）。しかし、殆どのエネルギーを回生し尽くすと、回路には電流が流れなくなる（図９２）。
次の瞬間、第８、第９のスイッチング素子３７、３８および第４のサイリスタ６３がオンになっていることから、負方向に対して力行モードとして自然に移行し、直流インダクタンス２０は負方向のエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１００≦ｔ＜Ｔ１０１では、第２、第４のスイッチング素子３１、３３および第１、第３のサイリスタ６０、６２がオンになるが、力行モードが継続しているので、転流は行われない（図９３）。
時刻Ｔ１０１≦ｔ＜Ｔ１０２では、第８のスイッチング素子３７がオフになると、第１の変圧器１２の方へ一部転流し、図に示すように還流モードに移行する。一方、第４のサイリスタ６３は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する（図９４）。
【００８１】
時刻Ｔ１０２≦ｔ＜Ｔ１０３では、この時点では“正方向回生動作”用のパターンが継続していることから、第１２のスイッチング素子４１がオンになって第９、第１２のスイッチング素子３８、４１が共にオンとなり、第２のサイリスタ６１のためにサイリスタ消孤用電流を流そうとするが、この時オンしているのは第４のサイリスタ６３であり、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって制限されて第４のサイリスタ６３を流れる電流が少しだけ増加する（図９５）。
時刻Ｔ１０３≦ｔ＜Ｔ１０４では、第９、第１２のスイッチング素子３８、４１がオフになり、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第４のサイリスタ６３に対してリカバリ電流として放電し、第４のサイリスタ６３をオフする。この第４のサイリスタ６３がオフすると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第１０、第７のフライホイール・ダイオード５１、４８を経由して直流電源５に回生しリセットする。このとき回生される励磁電流は変圧器１２の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ１０７までにリセットを完了させる（図９６）。
時刻Ｔ１０４≦ｔ＜Ｔ１０５では、第４のスイッチング素子３３および第１のサイリスタ６０がオフになるが、還流モードは継続している（図９７）。
【００８２】
時刻Ｔ１０５≦ｔ＜Ｔ１０６では、第３のスイッチング素子３２がオンになると第２、第３のスイッチング素子３１、３２が共にオンとなるため、力行モードとなり、直流インダクタンス２０はエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１０６≦ｔ＜Ｔ１０７では、第８、第１０のスイッチング素子３７、３９および第２、第４のサイリスタ６１、６３がオンになるが、力行モードが継続しているので、転流は行われない（図９８）。
時刻Ｔ１０７≦ｔ＜Ｔ１０８では、第２のスイッチング素子３１がオフになると、第２の変圧器１３の方へ一部転流し、図に示すように還流モードに移行する。一方、第３のサイリスタ６２は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する（図９９）。
【００８３】
時刻Ｔ１０８≦ｔ＜Ｔ１０９では、この時点では“正方向回生動作”用のパターンが継続していることから、第６のスイッチング素子３５がオンになって第３、第６のスイッチング素子３２、３５が共にオンとなり、第１のサイリスタ６０のためにサイリスタ消孤用電流を流そうとするが、この時オンしているのは第３のサイリスタ６２であり、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって制限されて第３のサイリスタ６２を流れる電流が少しだけ増加する（図１００）。
時刻Ｔ１０９≦ｔ＜Ｔ１１０では、第３、第６のスイッチング素子３２、３５がオフになり、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第３のサイリスタ６２に対してリカバリ電流として放電し、第３のサイリスタ６２をオフする。この第３のサイリスタ６２がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第４、第１のフライホイール・ダイオード４５、４２を経由して直流電源５に回生しリセットする。このとき回生される励磁電流は変圧器１２の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ１１３までにリセットを完了させる（図１０１）。
時刻Ｔ１１０≦ｔ＜Ｔ１１１では、第１０のスイッチング素子３９および第２のサイリスタ６１がオフになるが、還流モードは継続している（図１０２）。
【００８４】
以上の動作により、“正方向回生動作”から“負方向力行動作”に自動的に移行することが出来る。しかし、これらの駆動信号のパターンはパルス幅が時間的に制限される為、出力電流の増加は緩やかである。そこで、出力電流を監視しておき、ある設定した値（例えば定格電流のの５〜１０％程度）を超えた時、通常の負方向力行動作に切り換える。
【００８５】
時刻Ｔ１１１≦ｔ＜Ｔ１１２では、出力電流が設定した値を超え、通常の負方向力行動作に切り換わったとする。第９のスイッチング素子３８がオンになり、力行モードとなり、直流インダクタンス２０はエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１１２≦ｔ＜Ｔ１１３では、第２のスイッチング素子３１と第３のサイリスタ６２がオンになるが、第２の変圧器１３側で力行モードが継続しているので、転流は起こらない（図１０３）。
時刻Ｔ１１３≦ｔ＜Ｔ１１４では、第８、第９のスイッチング素子３７、３８がオフになると、第２の変圧器１３から第１の変圧器１２へ転流が行われ、還流モードに移行する（実線矢印）。転流が完了した第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第４のサイリスタ６３のリカバリ電流として放電する。第２のリアクトル１１のエネルギーも、第１６、第７のフライホイール・ダイオード５７、４８を経由して回生し（破線矢印）（図１０４）、第２のリアクトル１１はリセットする（図１０５）。第４のサイリスタ６３がオフになると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第１０、第１５のフライホイール・ダイオード５１、５６を経由して直流電源５に回生し（図１０６）、第２の変圧器１３はリセットする（図１０７）。
時刻Ｔ１１４≦ｔ＜Ｔ１１５では、第３のスイッチング素子３２がオンになり、力行モードとなり直流インダクタンス２０にエネルギーを充電する（図１０８）。
【００８６】
次に、“負方向回生動作”から“正方向力行動作”への移行について説明する。
図１０９は、この実施の形態の負方向回生動作時における、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートである。第１〜第５、第７〜第１１のスイッチング素子３０〜３４、３６〜４０および第１〜第４のサイリスタ６０〜６３は、このタイミング・チャートに従ってオン／オフするものとし、これに記載の無いスイッチング素子はオフをし続けるものとする。またこの負方向回生動作時における出力電流の回生の様子を図１１０に示す。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図１０９に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図１１１〜図１２５に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
【００８７】
時刻ｔ＜Ｔ１２０では、第２のスイッチング素子３１および第３のサイリスタ６２がオンとなっており上述した正方向力行動作状態が継続しているとする。電流は環流モードで、図に示すように電流が流れている（図１１１）。
時刻Ｔ１２０≦ｔ＜Ｔ１２１では、第３のスイッチング素子３２がオンになり、力行モードへ移行し、直流インダクタンス２０にエネルギーが蓄えられる（図１１２）。そして、この時点で正方向力行停止・回生指令が入ったものとする。第３のスイッチング素子３２がオフになり、環流モードに戻る（図１１１参照）。
時刻Ｔ１２１≦ｔ＜１２２では、第７、第９のスイッチング素子３６、３８および第２、第４のサイリスタ６１、６３がオンになり、転流準備を行う。この時点から、既に出力極性切り換えに備え、“正方向力行動作”に必要なスイッチング素子（ここでは第７のスイッチング素子３６および第２のサイリスタ６１が該当）もオンにしておく（図１１１参照）。
【００８８】
時刻Ｔ１２２≦ｔ＜Ｔ１２３では、第２のスイッチング素子３１がオフになると、第２の変圧器１３へ電流が転流する（実線矢印）。第１の変圧器１２では、その励磁電流が第３のサイリスタ６２に対しリカバリ電流として放電し、また、第１のリアクトル１０に蓄えられたエネルギーは、第１、第１４のフライホイール・ダイオード４２、５５を経由して、直流電源５に回生される（破線矢印）（図１１３）。そして、第３のサイリスタ６２がオフになると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第１３、第４のフライホイール・ダイオード５４、４５を経由して、直流電源５に回生され（図１１４）、第１の変圧器１２はリセットされる（図１１５）。
【００８９】
時刻Ｔ１２３≦ｔ＜Ｔ１２４では、第９のスイッチング素子３８がオフになると、第７のスイッチング素子３６および第２のサイリスタ６１がオンの状態ではあるが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、還流モードが解除され、全スイッチング素子およびサイリスタがオフになったのと同じ状態が出来る。このため、回生状態が起こり、直流インダクタンス２０が蓄えていたエネルギーは、第２の変圧器１３を介して直流電源５に回生され、急速に出力電流は垂下をはじめる。第４のサイリスタ６３は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する。
時刻１２４≦ｔ＜Ｔ１２５では、“正方向力行動作”に必要な第１０のスイッチング素子３９をオンにするが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態が継続する（図１１６）。
この図１１６に示す状態では、第２の変圧器１３は２次側からのバイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１３が磁気的に飽和してしまう。そこで、第２の変圧器１３が磁気的に飽和しないように、第２の変圧器１３に流れている電流を第１の変圧器１２に転流し、第２の変圧器１３をリセットする動作に移る。
【００９０】
時刻Ｔ１２５≦ｔ＜１２６では、第３のスイッチング素子３２および第３のサイリスタ６２がオンになると、第２の変圧器１３に流れている電流は第１の変圧器１２へ転流し、還流モードへ移行する（実線矢印）。この時点で、出力極性切り換えに備え、“正方向力行動作”に必要な第１のスイッチング素子３０および第１のサイリスタ６０もオンにしておく。また、第２の変圧器１３側では転流が完了すると、第２のリアクトル１１のエネルギーは、第７、第１６のフライホイールダイオード４８、５７を経由して直流電源５に回生し、一方、第４のサイリスタ６３は、逆バイアスがかからない為、オン状態を維持しており、第１の変圧器１２の２次巻線１５、第３のサイリスタ６２から第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（破線矢印）（図１１７）。
時刻Ｔ１２６≦ｔ＜１２７では、第７のスイッチング素子３６および第２のサイリスタ６１がオフになるが、第４のサイリスタ６３には、第２の変圧器１３の励磁電流分が流れ続ける（図１１８）。
【００９１】
時刻Ｔ１２７≦ｔ＜Ｔ１２８では、第１１のスイッチング素子４０がオンになると、第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０が共にオンとなるため、図の破線矢印の様に、サイリスタ消孤用電流が流れ、第４のサイリスタ６３に対して逆バイアスとして働き、リカバリ電流が流れて第４のサイリスタ６３はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第２の変圧器１３の励磁電流＋第４のサイリスタ６３のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって電流制限を行う（図１１９）。
時刻Ｔ１２８≦ｔ≦Ｔ１２９では、第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０をオフにし、第２の変圧器１３の励磁電流を直流電源５に回生し、リセットする。この回生される励磁電流は変圧器の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ１３１までにリセットを完了させる（図１２０）。
【００９２】
時刻Ｔ１２９≦ｔ＜１３０では、第３のスイッチング素子３２がオフになると、第２のスイッチング素子３１および第３のサイリスタ６２がオンの状態であるが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、還流モードが解除され、全スイッチング素子およびサイリスタがオフなったの同じ状態となり、回生状態が起こり、直流インダクタンス２０が蓄えていたエネルギーは、第１の変圧器１２を介して直流電源５に回生され、急速に出力電流は垂下をはじめる。第３のサイリスタ６２は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する。
時刻１３０≦ｔ＜Ｔ１３１では、“正方向力行動作”に必要な第４のスイッチング素子３３をオンにするが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態が継続する（図１２１）。
この図１２１に示す状態では、第１の変圧器１２は２次側からのバイアスを受けていることになるので、このままでは変圧器１２が磁気的に飽和してしまう。そこで、第１の変圧器１２が磁気的に飽和しないように、第１の変圧器１２に流れている電流を第２の変圧器１３に転流し、第１の変圧器１２をリセットする動作に移る。
【００９３】
時刻Ｔ１３１≦ｔ＜Ｔ１３２では、第９のスイッチング素子３８および第４のサイリスタ６３がオンになると、第１の変圧器１２に流れている電流は第２の変圧器１３へ転流し、還流モードへ移行する（実線矢印）。この時点で、出力極性切り換えに備え、“正方向力行動作”に必要な第７のスイッチング素子３６および第２のサイリスタ６１もオンにしておく。第１の変圧器１２側では転流が完了すると、第１のリアクトル１０のエネルギーが、第１、第１４のフライホイールダイオード４２、５５を経由して直流電源５に回生し、一方、第３のサイリスタ６２は、逆バイアスがかからない為、オン状態を維持しており、第２の変圧器１３の２次巻線１７、第４のサイリスタ６３から第１の変圧器１２の励磁電流分が流れている（破線矢印）（図１２２）。
時刻Ｔ１３２≦ｔ＜１３３では、第１のスイッチング素子３０および第４のサイリスタ６３がオフになるが、第３のサイリスタ６２には、第１の変圧器１２の励磁電流分が流れ続ける（図１２３）。
【００９４】
時刻Ｔ１３３≦ｔ＜Ｔ１３４では、第５のスイッチング素子３４がオンになると、第４、第５のスイッチング素子３３、３４が共にオンとなるため、図の破線矢印の様に、サイリスタ消孤用電流が流れ、第３のサイリスタ６２に対して逆バイアスとして働き、リカバリ電流が流れて第３のサイリスタ６２はオフする。また、この時のサイリスタ消孤用電流は、（第１の変圧器１２の励磁電流＋第３のサイリスタ６２のリカバリ電流）分のみを流せば良く、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって電流制限を行う（図１２４）。
時刻Ｔ１３４≦ｔ≦Ｔ１３５（Ｔ１２３）では、第４、第５のスイッチング素子３３、３４をオフにし、第１の変圧器１２の励磁電流を直流電源５に回生し、第１の変圧器１２をリセットする。この回生される励磁電流は変圧器の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ１３７（Ｔ１２５）までにリセットを完了させる（図１２５）。
以降、時刻Ｔ１２３へ戻り、ここまでの動作を数回繰り返す。これにより、直流インダクタンス２０に蓄えられたエネルギーは、第１、第２の変圧器１２、１３が磁気的に飽和しないように、回生電流を第１の変圧器１２と第２の変圧器１３との間で交互に転流させながら直流電源５に回生させる。
【００９５】
このような負方向回生動作は、次段階の正方向力行動作に必要な駆動信号をオンさせて正方向力行動作への切り換え準備を整えた状態で行い、出力電流は図１１０に示すように高速に垂下する。この回生動作時においては、出力電流が０に至るまでは正方向力行動作のための駆動信号による電流は流れず、後述するように、出力電流が垂下して０となった時点で自動的に上記駆動信号により正方向力行動作に移行する。
【００９６】
次に、図１２６は“負方向回生動作”完了直前から“正方向力行動作”にかけて記載した、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示す駆動信号のタイミング・チャートであり、図１０９のタイミング・チャートの続きである。第１〜第５、第７〜第１１のスイッチング素子３０〜３４、３６〜４０および第１〜第４のサイリスタ６０〜６３は、このタイミング・チャートに従ってオン／オフするものとし、これに記載の無いスイッチング素子はオフをし続けるものとする。
各スイッチング素子と各サイリスタが、図１２６に従って切り換えを行う時の電流の流れる様子を図１２７〜図１４４に基づいて以下に示す。なお、電流は矢印により示す。
【００９７】
時刻ｔ＜Ｔ１４０では、第７、第１０のスイッチング素子３６、３９および第２のサイリスタ６１がオンになっているが、直流インダクタンス２０の持つエネルギーの方向から、回生状態になっており、直流インダクタンス２０のエネルギーが直流電源５に回生している過程とする（図１２７）。しかし、殆どのエネルギーを回生し尽くすと、回路には電流が流れなくなる（図１２８）。
次の瞬間、第７、第１０のスイッチング素子３６、３９および第２のサイリスタ６１がオンになっていることから、正方向に対して力行モードとして自然に移行し、直流インダクタンス２０は正方向のエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１４０≦ｔ＜Ｔ１４１では、第１、第３のスイッチング素子３０、３２および第１、第３のサイリスタ６０、６２がオンになるが、力行モードが継続しているので、転流は行われない（図１２９）。
時刻Ｔ１４１≦ｔ＜Ｔ１４２では、第７のスイッチング素子３６がオフになると、第１の変圧器１２の方へ一部転流し、図に示すように還流モードに移行する。第２のサイリスタ６１は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する（図１３０）。
【００９８】
時刻Ｔ１４２≦ｔ＜Ｔ１４３では、この時点では“負方向回生動作”用のパターンが継続していることから、第１１のスイッチング素子４０がオンになって第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０が共にオンとなり、第４のサイリスタ６３のためにサイリスタ消孤用電流を流そうとするが、この時オンしているのは第２のサイリスタ６１であり、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５によって制限されて第２のサイリスタ６１を流れる電流が少しだけ増加する（図１３１）。
時刻Ｔ１４３≦ｔ＜Ｔ１４４では、第１０、第１１のスイッチング素子３９、４０がオフになり、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第２のサイリスタ６１に対してリカバリ電流として放電し、第２のサイリスタ６１をオフする。この第２のサイリスタ６１がオフすると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第８、第９のフライホイール・ダイオード４９、５０を経由して直流電源５に回生しリセットする。この回生される励磁電流は変圧器の磁束が解けるまで流れ続け、時刻Ｔ１４７までにリセットを完了させる（図１３２）。
時刻Ｔ１４４≦ｔ＜Ｔ１４５では、第３のスイッチング素子３２および第４のサイリスタ６２がオフになるが、還流モードは継続している（図１３３）。
【００９９】
時刻Ｔ１４５≦ｔ＜Ｔ１４６では、第４のスイッチング素子３３がオンになると第１、第４のスイッチング素子３０、３３が共にオンとなるため、力行モードとなり、直流インダクタンス２０はエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１４６≦ｔ＜Ｔ１４７では、第７、第９のスイッチング素子３６、３８および第２、第４のサイリスタ６１、６３がオンになるが、力行モードが継続しているので、転流は行われない（図１３４）。
時刻Ｔ１４７≦ｔ＜Ｔ１４８では、第１のスイッチング素子３０がオフになると、第２の変圧器１３の方へ一部転流し、図に示すように還流モードに移行する。一方、第１のサイリスタ６０は駆動信号がオフするが、逆バイアスがかからないためオン状態を継続する（図１３５）。
【０１００】
時刻Ｔ１４８≦ｔ＜Ｔ１４９では、この時点では“負方向回生動作”用のパターンが継続していることから、第５のスイッチング素子３４がオンになって第４、第５のスイッチング素子３３、３４が共にオンとなり、第３のサイリスタ６２のためにサイリスタ消孤用電流を流そうとするが、この時オンしているのは第１のサイリスタ６０であり、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４によって制限されて第１のサイリスタ６０を流れる電流が少しだけ増加する（図１３６）。
時刻Ｔ１４９≦ｔ＜Ｔ１５０では、第４、第５のスイッチング素子３３、３４がオフになり、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第１のサイリスタ６０に対してリカバリ電流として放電し、第１のサイリスタ６０をオフする。この第１のサイリスタ６０がオフすると、第１の変圧器１２の励磁エネルギーは、第２、第３のフライホイール・ダイオード４３、４４を経由して直流電源５に回生しリセットする。この第１の変圧器１２の励磁電流の回生によるリセットは、時刻Ｔ１５３までに完了すればよい（図１３７）。
時刻Ｔ１５０≦ｔ＜Ｔ１５１では、第９のスイッチング素子３８および第４のサイリスタ６３がオフになるが、還流モードは継続している（図１３８）。
【０１０１】
以上の動作により、“負方向回生動作”から“正方向力行動作”に自動的に移行することが出来る。しかし、この場合も、上述した逆方向の場合と同様に駆動信号のパターンはパルス幅が時間的に制限され、出力電流の加速は緩やかである。そこで、出力電流を監視しておき、ある設定した値（例えば定格電流のの５〜１０％程度）を超えた時、通常の正方向力行動作に切り換える。
【０１０２】
時刻Ｔ１５１≦ｔ＜Ｔ１５２では、出力電流が設定した値を超え、通常の正方向力行動作に切り換わったとする。第１０のスイッチング素子３９がオンになり、力行モードとなり、直流インダクタンス２０はエネルギーを充電する。
時刻Ｔ１５２≦ｔ＜Ｔ１５３では、第１のスイッチング素子３０と第１のサイリスタ６０がオンになるが、第２の変圧器１３側で力行モードが継続しているので、転流は起こらない（図１３９）。
時刻Ｔ１５３≦ｔ＜Ｔ１５４では、第７、第１０のスイッチング素子３６、３９がオフになると、第２の変圧器１３から第１の変圧器１２へ転流が行われ、還流モードに移行する（実線矢印）。転流が完了した第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第２のサイリスタ６１のリカバリ電流として放電する。第２のリアクトル１１のエネルギーも、第８、第１５のフライホイール・ダイオード４９、５６を経由して回生し（破線矢印）（図１４０）、第２のリアクトル１１はリセットする（図１４１）。第２のサイリスタ６１がオフになると、第２の変圧器１３の励磁エネルギーは、第１６、第９のフライホイール・ダイオード５７、５０を経由して直流電源５に回生し（図１４２）、第２の変圧器１３はリセットする（図１４３）。
時刻Ｔ１５４≦ｔ＜Ｔ１５５では、第４のスイッチング素子３３がオンになり、力行モードとなり直流インダクタンス２０にエネルギーを充電する（図１４４）。
【０１０３】
以上の動作により、図１４５の出力通電パターンに示すように、正方向、負方向のどちらにも通電する事が出来、直流インダクタンス２０の持つエネルギーを直流電源５へ速やかに回生できて出力電流の電流垂下が速やかに行う事が出来、また、“回生動作”から“力行動作”へ、繋ぎ目の無い自然な移行・動作により自動的に切り換えることができ、正負の交互運転が効率良く高速で行うことが出来る。
また、正方向と負方向との極性の切り換えは、外部からスイッチの切り換え等による方法の他、例えば、出力電流の指令値を検出して、その極性が切り換わればそれを反転指令として力行動作から回生動作に移行すれば、自動的に出力極性の切り換えが可能になり、出力電流指令値に追随した出力電流を得ることができる。
【０１０４】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図１４６について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態１による正負両方向出力型の電力変換装置の回路において、第１、第２のインピーダンス要素として、第１、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８４、８５の替わりに直流リアクトル７０、７１を配したものである。インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作は上記実施の形態１〜３と同様に行う。
この場合、抵抗器８４、８５を用いた場合に比べ、所望のサイリスタ６１〜６３を消弧する際に、ゆっくりとしたｄｉ／ｄｔでサイリスタ６１〜６３にリカバリ電流を与えるので、逆回復電荷（Ｑｒｒ）をより小さくすることが出来、リカバリ損失を抑え、オフ時のサージ電圧を抑えることが出来る。また、ｄｉ／ｄｔ抑制用の第１、第２のリアクトル１０、１１が直列に接続されている場合は、第１、第２のリアクトル１０、１１との相乗効果により顕著な効果を有する。
【０１０５】
なお、図１４７に示すように、サイリスタ消孤用抵抗器８４、８５に直流リアクトル７０、７１を直列に接続しても良く、抵抗器８４、８５による電流制限と直流リアクトル７０、７１によるｄｉ／ｄｔを抑える相乗効果により、逆回復電荷（Ｑｒｒ）をより小さくすることが出来、リカバリ損失を抑え、オフ時のサージ電圧を抑えることが出来る。
【０１０６】
実施の形態５．
上記実施の形態１、３で示したように、回生動作時において、第１、第２の変圧器１２、１３が磁気的に飽和しないように、回生電流を第１の変圧器１２と第２の変圧器１３との間で交互に転流させる。その際、転流前の変圧器１２、１３の２次巻線１５、１７に接続され、転流後もオン状態が維持されるサイリスタ６０〜６３をオフさせるために、サイリスタ消弧用スイッチング素子である第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子３４、３５、４０、４１の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後にオンしてサイリスタ消弧用電流を流す。
この実施の形態では、上記のようなサイリスタ消弧用電流を流す際、サイリスタ消孤用スイッチング素子（第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子３４、３５、４０、４１）を所定の時間、高周波スイッチングする。上記実施の形態１で示した動作に対応する場合の、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示すタイミング・チャートを図１４８（正方向回生動作）および図１４９（負方向回生動作）に示す。また、実施の形態３で示した、回生動作から逆方向力行動作へ自動的に移行する場合にも適用でき、タイミング・チャートを図１５０（正方向回生動作）および図１５１（負方向回生動作）に示す。なお、サイリスタ消弧用電流を流す動作以外は上記実施の形態１、３と全く同じである。
【０１０７】
このようにサイリスタ消孤用スイッチング素子（第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子３４、３５、４０、４１）を高周波スイッチングする事により、連続通電時比べ、第１、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８４、８５のパルス・ディレーティングにより熱的責務を抑え、低減することが出来る。
また上記実施の形態４で示したように直流リアクトル７０、７１を用いた場合は、直流リアクトルを小型にすることができる。
【０１０８】
なお、高周波スイッチングするのはサイリスタ消孤用スイッチング素子３４、３５、４０、４１のみに限らず、サイリスタ消孤用電流を流すための所定の２つのスイッチング素子の他方、あるいは双方であっても良い。また、高周波スイッチングは、高速でオン／オフ動作を繰り返すものであればよい。
【０１０９】
実施の形態６．
上記のようなサイリスタ消弧用電流を流す際、サイリスタ消孤用スイッチング素子３４、３５、４０、４１の替わりに他のスイッチング素子を用いることもできる。サイリスタ消孤用スイッチング素子の第５のスイッチング素子３４の替わりに第１のスイッチング素子３０を、第６のスイッチング素子３５の替わりに第２のスイッチング素子３１を、第１１のスイッチング素子４０の替わりに第７のスイッチング素子３６を、第１２のスイッチング素子４１の替わりに第８のスイッチング素子３７を用い、上記実施の形態５で示したように高周波スイッチングすることによりサイリスタ消弧用電流を流す。
これにより、電力変換装置の回路は図１５２に示すように、サイリスタ消孤用スイッチング素子（第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子３４、３５、４０、４１）が省略できる。上記実施の形態１で示した動作に対応する場合の、インバータ部のスイッチング素子およびサイリスタの切り換え動作を示すタイミング・チャートを図１５３（正方向回生動作）および図１５４（負方向回生動作）に示す。また、実施の形態３で示した、回生動作から逆方向力行動作へ自動的に移行する場合にも適用でき、タイミング・チャートを図１５５（正方向回生動作）および図１５６（負方向回生動作）に示す。なおこの場合も、サイリスタ消弧用電流を流す動作以外は上記実施の形態１、３と全く同じである。
【０１１０】
この実施の形態では、第１、第２、第７、第８のスイッチング素子３０、３１、３６、３７を高周波でスイッチングし、ｄｉ／ｄｔ抑制用の第１、第２のリアクトル１０、１１との相乗効果でサイリスタ消孤用電流を作り出す。このように所定の時間、高周波スイッチングすることにより、該所定の時間内におけるトータルのオン時間を微小に設定することができ、サイリスタ消弧用のスイッチング素子を用いることなく、サイリスタ消孤用電流を制限できる。
【０１１１】
なおこの場合も、高周波スイッチングするのは第１、第２、第７、第８のスイッチング素子３０、３１、３６、３７のみに限らず、サイリスタ消孤用電流を流すための所定の２つのスイッチング素子の他方、あるいは双方であっても良い。
【０１１２】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７を図１５７について説明する。
図に示すように、上記実施の形態１による正負両方向出力型の電力変換装置の回路において、第１、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８４、８５に掛かる電圧を監視して異常検出を行う第１、第２の異常検出回路１０４、１０５を備える。第１の異常検出回路１０４は、第１のサイリスタ消孤用抵抗器８４の両端の電圧をそれぞれ検出用抵抗器１００、１０１を備えて検出し、第２の異常検出回路１０５は、第２のサイリスタ消孤用抵抗器８５の両端の電圧をそれぞれ検出用抵抗器１０２、１０３を備えて検出し、予め設定された値と比較して異常を検出する。
サイリスタ消孤用電流を流す時間に同期して異常検出回路１０４、１０５を動作させるだけでなく、連続して電圧を監視すれば、サイリスタ消弧用スイッチング素子３４、３５、４０、４１の故障や、サイリスタ消孤用抵抗器８４、８５の異常を信頼性良く判断する事が出来る。
【０１１３】
なお、図１５８に示すように、第１、第２のサイリスタ消弧用抵抗器８４、８５に流れる電流を、第１，第２の電流検出器１０６、１０７を備えて監視して異常を検出しても良く、同様にサイリスタ消弧用スイッチング素子３４、３５、４０、４１の故障や、サイリスタ消孤用抵抗器８４、８５の異常を信頼性良く判断する事が出来る。
また、このような異常検出は上記実施の形態４または５にも適用可能であり、同様の効果が得られる。
またサイリスタ消弧用スイッチング素子３４、３５、４０、４１以外のインバータ制御に用いるスイッチング素子３０〜３３、３６〜３９については、通常自己保護機能を備えて故障検出が可能である。
【０１１４】
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８について説明する。
例えば、負荷２１のインピーダンスが変化し、電力変換装置の許容以上の時定数を持った場合、直流インダクタンス２０のエネルギーが直流電源５に回生しきらず、出力電流が十分垂下しない場合が考えられる。この様な状態で次の力行モードに移行すると、短絡事故が発生する恐れがある。
この様な異常を想定し、電流検出器を備えた負荷異常検出回路を設け、出力電流を検出し、“回生動作”をスタートさせた時から、所定の時間内で出力電流が設定した値まで垂下しなかった場合に負荷異常と判断させる。これにより、電力変換装置を停止させ、その直後に起こる負荷短絡、素子破壊を未然に防ぐ事が出来る。
【０１１５】
実施の形態９．
上記実施の形態８で示したように出力電流の検出を行う際に、シャント抵抗器を用いる場合について説明する。シャント抵抗器は、出力が大電流の場合等に電流を計測・検出する為に使用するもので、ノイズを拾いやすい構造であり、特に、電力変換装置の負荷２１に寄生する直流インダクタンス２０で電流平滑を行う場合には、装置の出力端では高周波リップル電流による交番磁界により、シャント抵抗器の検出信号線はノイズの影響を受けやすくなる。このため、通常フィルタ回路を備えて用いるものであるが、正負両方向に高速切換を行う電力変換装置では、時定数の大きなフィルタ回路が使用できない。
そこで、図１５９に示すように、シャント抵抗器１１０の中央部よりシールド線等の検出信号線線１１１を引き出して用いる。このシャント抵抗器１１０は、電力変換装置の出力電流が流れる回路に両端子１１２を接続し、このシャント抵抗器１１０の中央部から引き出された検出信号線１１１を介して出力電流を検出する。
【０１１６】
図１６０に示すように、検出信号線１１１をシャント抵抗器１１０の中央部１１３から引き出すと、磁束の向きが互いに逆方向で打ち消し合うため、ノイズの影響を大きく低減でき、正確な大電流を計測することが出来ると共に、ノイズ低減の為の大きな時定数のフィルター回路も不要になる。
【０１１７】
【発明の効果】
この発明に係る請求項１記載の電力変換装置は、正極が直流電源の正極にそれぞれ接続された第１、第３、第５のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１のスイッチング素子の負極に接続された第２のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第３のスイッチング素子の負極に接続された第４のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第５のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と接続された第６のスイッチング素子、上記第１〜第６のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第１〜第６のフライホイール・ダイオード、および上記第１、第２のスイッチング素子の接続部と上記第３、第４のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第１の変圧器で構成される第１のインバータ部と、正極が上記直流電源の正極にそれぞれ接続された第７、第９、第１１のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第７のスイッチング素子の負極に接続された第８のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第９のスイッチング素子の負極に接続された第１０のスイッチング素子、負極が上記直流電源の負極に、正極が上記第１１のスイッチング素子の負極に接続されその接続部がさらに上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と接続された第１２のスイッチング素子、上記第７〜第１２のスイッチング素子とそれぞれ逆並列接続された第７〜第１２のフライホイール・ダイオード、および上記第７、第８のスイッチング素子の接続部と上記第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間に１次巻線が接続された第２の変圧器で構成される第２のインバータ部と、上記第１の変圧器の２次巻線に接続された第１の整流装置、および該第１の整流装置に逆並列に接続された第３の整流装置と、上記第２の変圧器の２次巻線に接続された第２の整流装置、および該第２の整流装置に逆並列に接続された第４の整流装置とを備え、上記第１〜第４の整流装置がスイッチング機能を有し、上記第１、第２の整流装置の出力を並列にして負荷に接続する回路を構成する。そして、上記負荷への出力電流を回生する回生動作時に、上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置のスイッチング制御により、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させるため、回生動作時に出力電流を効果的に減少することができ、出力電流を正負両方向に高速で切り換えることができる。
【０１１８】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変換装置は、請求項１において、第１〜第４の整流装置が整流用サイリスタ素子であるため、出力電流を正負両方向に高速で切り換え可能で制御性の良好な回路構成が確実に提供できる。
【０１１９】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変換装置は、請求項１または２において、第１のインバータ部における第１、第２のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で第１の変圧器の１次巻線と直列に第１のリアクトルを接続し、第２のインバータ部における第７、第８のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で第２の変圧器の１次巻線と直列に第２のリアクトルを接続したため、各部に流れる電流のｄｉ／ｄｔ、特に転流時の大きな変化が抑制できる。
【０１２０】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変換装置は、請求項３において、第１の変圧器の１次巻線と第１のリアクトルとの第１の接続部に正極が接続された第１３のフライホイール・ダイオードと、上記第１の接続部に負極が接続された第１４のフライホイール・ダイオードと、第２の変圧器の１次巻線と第２のリアクトルとの第２の接続部に正極が接続された第１５のフライホイール・ダイオードと、上記第２の接続部に負極が接続された第１６のフライホイール・ダイオードとを備え、上記第１３、第１５のフライホイール・ダイオードの負極を直流電源の正極に、上記第１４、第１６のフライホイール・ダイオードの正極を上記直流電源の負極に接続したため、第１、第２のリアクトルに蓄えられたエネルギーを個別のルートで直流電流に回生でき、変圧器２次側の整流装置オフ時に悪影響を与えることなく、信頼性が向上する。
【０１２１】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変換装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、第１のインバータ部における第５、第６のスイッチング素子の接続部と上記第１、第２のスイッチング素子の接続部との間に第１のインピーダンス要素を挿入し、該第１のインピーダンス要素と第１の変圧器の一次巻線とを、上記第５、第６のスイッチング素子の接続部と第３、第４のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続し、第２のインバータ部における第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と上記第７、第８のスイッチング素子の接続部との間に第２のインピーダンス要素を挿入し、該第２のインピーダンス要素と第２の変圧器の一次巻線とを、上記第１１、第１２のスイッチング素子の接続部と第９、第１０のスイッチング素子の接続部との間で直列に接続したため、変圧器２次側の整流装置をオフさせるための電流を所望の電流量に制限できる。
【０１２２】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変換装置は、請求項５において、第１、第２のインピーダンス要素が抵抗で構成されたため、変圧器２次側の整流装置をオフさせるための電流を制御性良く効率的に制限できる。
【０１２３】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変換装置は、請求項５において、第１、第２のインピーダンス要素がリアクトルで構成されたため、変圧器２次側の整流装置をオフさせる際、リカバリ損失を抑え、オフ時のサージ電圧を抑制できる。
【０１２４】
またこの発明に係る請求項８記載の電力変換装置は、請求項５〜７のいずれかにおいて、第１のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第１のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第５、第６のスイッチング素子および上記第１のインピーダンス要素の異常検出を行う第１の異常検出回路と、第２のインピーダンス要素の両端の電圧、あるいは該第２のインピーダンス要素に流れる電流を計測して第１１、第１２のスイッチング素子および第２のインピーダンス要素の異常検出を行う第２の異常検出回路とを備えたため、容易に異常検出が可能になる。
【０１２５】
またこの発明に係る請求項９記載の電力変換装置は、請求項１〜８のいずれかにおいて、負荷に流れる出力電流を検出するシャント抵抗器を備え、上記出力電流が流れる回路に上記シャント抵抗器の両端子を接続し、該シャント抵抗器の中央部から引き出された検出信号線を介して上記出力電流を検出するため、ノイズの影響を大きく低減でき、正確な大電流を計測することが出来ると共に、ノイズ低減の為の大きな時定数のフィルター回路も不要になる。
【０１２６】
またこの発明に係る請求項１０記載の電力変換装置は、請求項１〜９のいずれかにおいて、それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させるため、回生動作時に出力電流を効果的に減少することができ、出力電流の極性の高速切り換えが可能になる。
【０１２７】
またこの発明に係る請求項１１記載の電力変換装置は、請求項１０において、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から整流装置消弧用電流を流すため、整流装置が確実にオフできて、回生電流を第１の変圧器と第２の変圧器との間で交互に転流させる動作が制御性良く行える。
【０１２８】
またこの発明に係る請求項１２記載の電力変換装置は、請求項１０または１１において、負荷に流れる出力電流を検出し、第２、第４の制御パターンによる回生動作時において、該回生動作の開始から所定の時間内に上記検出された出力電流値の絶対値が所定の値まで減少しない場合、異常と判断する異常検出回路を備えたため、出力電流の極性切り換え時の短絡、素子破壊などが防止できる。
【０１２９】
またこの発明に係る請求項１３記載の電力変換装置は、請求項５〜９のいずれかにおいて、それぞれの駆動信号で制御される第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、第５、第６、第１１、第１２のスイッチング素子を整流装置消弧用スイッチング素子とし、当該整流装置消弧用スイッチング素子の１つを含む所定の２つのスイッチング素子を転流後に所定の時間オンすることにより、上記転流前の変圧器に直流電源から、第１または第２のインピーダンス要素により電流制限された整流装置消弧用電流を流すため、回生電流を第１の変圧器と第２の変圧器との間で交互に転流させる動作が制御性良く行えて回生動作時に出力電流を効果的に減少することができ、出力電流の極性の高速切り換えが可能になる。
【０１３０】
またこの発明に係る請求項１４記載の電力変換装置は、請求項１３において、整流装置消弧用電流は、転流前の変圧器の励磁電流とオフさせる整流装置のリカバリ電流とを加えた電流量だけ流すため、整流装置のオフ動作を容易に信頼性良く行える。
【０１３１】
またこの発明に係る請求項１５記載の電力変換装置は、請求項１３または１４において、整流装置消弧用電流を流すためにオンするスイッチング素子は、第１または第２のインピーダンス要素の熱的責務を抑えるため、オン／オフ動作を所定の時間高速で繰り返すスイッチング動作を行って整流装置をオフさせるため、インピーダンス要素の熱的責務が低減でき、電力変換装置の信頼性が向上する。
【０１３２】
またこの発明に係る請求項１６記載の電力変換装置は、それぞれの駆動信号で制御される上記第１、第２のインバータ部のスイッチング素子および上記第１〜第４の整流装置を、第１〜第４の制御パターンを有して制御し、上記第１の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第１の方向（正方向）に流す正方向力行動作を行い、次いで上記第２の制御パターンにより、正方向の上記出力電流を回生する正方向回生動作を行い、上記第３の制御パターンにより、上記負荷にエネルギーを送出する出力電流を第２の方向（負方向）に流す負方向力行動作を行い、次いで上記第４の制御パターンにより、負方向の上記出力電流を回生する負方向回生動作を行い、上記第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、上記第１、第２の変圧器が磁気的に飽和しないように、回生電流を上記第１の変圧器と上記第２の変圧器との間で交互に転流させ、該転流の際、転流前の変圧器の２次巻線に接続され、転流後もオン状態が維持される整流装置をオフさせるために、上記第１〜第４あるいは上記第７〜第１０のスイッチング素子の内、所定の２つのスイッチング素子を転流後にオンすることにより、上記転流前の変圧器に対し上記直流電源から上記第１または第２のリアクトルを介して整流装置消弧用電流を流し、該整流装置消弧用電流は、上記所定の２つのスイッチング素子の少なくとも一方を所定の時間オン／オフ動作を高速で繰り返すスイッチング動作を行って電流制限されるため、電力変換装置の小型化が図れる。
【０１３３】
またこの発明に係る請求項１７記載の電力変換装置は、請求項１０〜１６のいずれかにおいて、第１、第２の制御パターンによる正方向力行および回生動作と、第３、第４の制御パターンによる負方向力行および回生動作とを交互に行うため、正負の交互運転が効率的に行える電力変換装置が得られる。
【０１３４】
またこの発明に係る請求項１８記載の電力変換装置は、請求項１０〜１７のいずれかにおいて、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に第１の変圧器と第２の変圧器との間で回生電流を転流させる際、転流前の所定の時間、全ての駆動信号をオフして出力電流を垂下させ、当該変圧器が飽和に至る前に他方の変圧器に転流させるため、回生動作時に出力電流を効果的で確実に減少することができる。
【０１３５】
またこの発明に係る請求項１９記載の電力変換装置は、請求項１８において、第１、第３の制御パターンによる力行動作時に、まず最初に、整流装置に駆動信号を与えず、第１および第２のインバータ部のみを動作させて、当該力行動作時に駆動しない逆方向の整流装置を強制的にオフさせるため、短絡異常を防止し信頼性が向上する。
【０１３６】
またこの発明に係る請求項２０記載の電力変換装置は、請求項１７において、第２の制御パターンから第３の制御パターンへの移行、および第４の制御パターンから第１の制御パターンへの移行が連続的に行われ、第２、第４の制御パターンによる回生動作時に、逆方向力行動作に必要な駆動信号をオンし、当該回生動作時において出力電流が０に至るまでは上記駆動信号による電流は流れず、該出力電流が垂下して０となった時点で自動的に上記駆動信号により上記逆方向力行動作に切り替わるため、回生動作から力行動作へ、繋ぎ目の無い自然な移行・動作が可能になり、正負の交互運転が効率良く高速で行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作における制御のタイミングチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図１９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図２０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図２１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向力行動作の一部を示す図である。
【図２２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートおよび出力電流の回生を示す図である。
【図２３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図２９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図３７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作における制御のタイミングチャートである。
【図３８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図３９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図４９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向力行動作の一部を示す図である。
【図５７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートおよび出力電流の回生を示す図である。
【図５８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図５９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６５】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６６】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６７】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６８】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図６９】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図７０】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図７１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図７２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置の出力電流特性を示す図である。
【図７３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図７４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作における出力電流の回生を示す図である。
【図７５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図７６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図７７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図７８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図７９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図８９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作の一部を示す図である。
【図９０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生動作から負方向力行動作に至る制御のタイミングチャートである。
【図９１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図９９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１００】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の正方向回生から負方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１０９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１１０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作における出力電流の回生を示す図である。
【図１１１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１１９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作の一部を示す図である。
【図１２６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生動作から正方向力行動作に至る制御のタイミングチャートである。
【図１２７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１２８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１２９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３７】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３８】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１３９】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４０】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４１】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４２】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４３】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４４】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の負方向回生から正方向力行に至る動作の一部を示す図である。
【図１４５】  この発明の実施の形態３による電力変換装置の出力電流特性を示す図である。
【図１４６】  この発明の実施の形態４による電力変換装置の回路図である。
【図１４７】  この発明の実施の形態４の別例による電力変換装置の回路図である。
【図１４８】  この発明の実施の形態５による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１４９】  この発明の実施の形態５による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５０】  この発明の実施の形態５の別例による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５１】  この発明の実施の形態５の別例による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５２】  この発明の実施の形態６による電力変換装置の回路図である。
【図１５３】  この発明の実施の形態６による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５４】  この発明の実施の形態６による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５５】  この発明の実施の形態６の別例による電力変換装置の正方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５６】  この発明の実施の形態６の別例による電力変換装置の負方向回生動作における制御のタイミングチャートである。
【図１５７】  この発明の実施の形態７による電力変換装置の回路図である。
【図１５８】  この発明の実施の形態７の別例による電力変換装置の回路図である。
【図１５９】  この発明の実施の形態９による電力変換装置に用いるシャント抵抗器を示す図である。
【図１６０】  この発明の実施の形態９によるシャント抵抗器の作用を説明する図部である。
【図１６１】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の回路図である。
【図１６２】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置におけるスイッチング素子制御のタイミングチャートである。
【図１６３】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６４】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６５】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６６】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６７】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６８】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１６９】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１７０】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１７１】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１７２】  従来のＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作の一部を示す図である。
【図１７３】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の回路図である。
【図１７４】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の正方向出力における制御のタイミングチャートである。
【図１７５】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の正方向出力における動作の一部を示す図である。
【図１７６】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の正方向出力における動作の一部を示す図である。
【図１７７】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の負方向出力における制御のタイミングチャートである。
【図１７８】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の負方向出力における動作の一部を示す図である。
【図１７９】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の負方向出力における動作の一部を示す図である。
【図１８０】  従来の正負両方向出力型の電力変換装置の正方向から負方向出力への切り換えにおける動作を示す図である。
【符号の説明】
５  直流電源、１０，１１  第１、第２のリアクトル、
１２，１３  第１、第２の変圧器、１４，１６  １次巻線、
１５，１７  ２次巻線、２０  直流リアクトル（直流インダクタンス）、
２１  負荷、３０〜４１  第１〜第１２のスイッチング素子、
４２〜５７  第１〜第１６のフライホイール・ダイオード、
６０〜６３  第１〜第４の整流装置としての整流用サイリスタ、
８４,８５  第１、第２のインピーダンス要素としてのサイリスタ消弧用抵抗器、
７０，７１  第１、第２のインピーダンス要素としての直流リアクトル、
１０４，１０５  第１、第２の異常検出回路、
１０６，１０７  第１、第２の電流検出器、１１０  シャント抵抗器、
１１１  検出信号線、１１２  両端子、１１３  中央部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【図１１３】
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【図１１４】
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【図１１５】
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【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１】
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【図１２２】
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【図１２３】
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【図１２４】
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【図１２５】
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【図１２６】
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【図１２７】
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【図１２８】
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【図１２９】
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【図１３０】
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【図１３１】
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【図１３２】
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【図１３３】
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【図１３４】
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【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
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【図１３８】
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【図１３９】
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【図１４０】
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【図１４１】
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【図１４２】
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【図１４３】
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【図１４４】
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【図１４５】
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【図１４６】
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【図１４７】
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【図１４８】
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【図１４９】
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【図１５０】
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【図１５１】
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【図１５２】
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【図１５３】
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【図１５４】
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【図１５５】
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【図１５６】
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【図１５７】
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【図１５８】
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【図１５９】
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【図１６０】
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【図１６１】
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【図１６２】
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【図１６３】
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【図１６４】
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【図１６５】
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【図１６６】
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【図１６７】
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【図１６８】
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【図１６９】
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【図１７０】
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【図１７１】
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【図１７２】
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【図１７３】
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【図１７４】
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【図１７５】
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【図１７６】
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【図１７７】
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【図１７８】
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【図１７９】
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【図１８０】
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