(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極が接続される第１のノードと第２のノードとの間に配置された第１のコンデンサ、および前記第２のノードと前記直流電源の負極が接続される第３のノードとの間に配置された第２のコンデンサを含む第１のフィルタ回路と、
前記第１のノードと前記第３のノードとの間に並列に配置された第１レグおよび第２レグを含むブリッジ回路と、
前記第１レグの中点である第４のノードと前記第２レグの中点である第５のノードとの間に配置される第１の双方向スイッチを含む第３レグを含むクランプ回路と、
前記第４のノードと接続される第１端子と第６のノードと接続される第２端子とを有する第１のリアクトルと、前記第５のノードと接続される第１端子と第７のノードと接続される第２端子とを有する第２のリアクトルとを含む第２のフィルタ回路と、
前記第２のノードと、前記第４のノードまたは前記第５のノードとの間に配置された第２の双方向スイッチを含む第４レグとを備え、
前記第２のノードに、第１の交流電源の第１端子と第２の交流電源の第１端子とが接続され、前記第６のノードに、前記第１の交流電源の第２端子が接続され、前記第７のノードに、前記第２の交流電源の第２端子が接続された、３レベル電力変換装置。
【請求項２】
前記第１レグは、
前記第１のノードと前記第４のノードとの間に配置された第１のスイッチング素子と、
前記第４のノードと前記第３のノードとの間に配置された第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と逆並列に接続された第１のダイオードと、
前記第２のスイッチング素子と逆並列に接続された第２のダイオードとを含み、
前記第２レグは、
前記第１のノードと前記第５のノードとの間に配置された第３のスイッチング素子と、
前記第５のノードと前記第３のノードとの間に配置された第４のスイッチング素子と、
前記第３のスイッチング素子と逆並列に接続された第３のダイオードと、
前記第４のスイッチング素子と逆並列に接続された第４のダイオードとを含む、請求項１記載の３レベル電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の双方向スイッチは、
前記第４のノードと第８のノードとの間に配置された第５のスイッチング素子および前記第８のノードと前記第５のノードとの間に配置された第６のスイッチング素子と、
前記第５のスイッチング素子と逆並列に接続された第５のダイオードと、
前記第６のスイッチング素子と逆並列に接続された第６のダイオードとを含み、
前記第５のスイッチング素子の正極と前記第６のスイッチング素子の正極とが前記第８のノードに接続される、請求項２記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第１の双方向スイッチは、
前記第４のノードと第８のノードとの間に配置された第５のスイッチング素子および前記第８のノードと前記第５のノードとの間に配置された第６のスイッチング素子と、
前記第５のスイッチング素子と逆並列に接続された第５のダイオードと、
前記第６のスイッチング素子と逆並列に接続された第６のダイオードとを含み、
前記第５のスイッチング素子の負極と前記第６のスイッチング素子の負極とが前記第８のノードに接続される、請求項２記載の３レベル電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の双方向スイッチは、
前記第４のノードと前記第５のノードとの間に逆並列に接続された第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子を含む、請求項２記載の３レベル電力変換装置。
【請求項６】
前記第２の双方向スイッチは、
前記第２のノードと第９のノードとの間に配置された第７のスイッチング素子および前記第９のノードと前記第４のノードとの間に配置された第８のスイッチング素子と、
前記第７のスイッチング素子と逆並列に接続された第７のダイオードと、
前記第８のスイッチング素子と逆並列に接続された第８のダイオードとを含み、
前記第７のスイッチング素子の正極と前記第８のスイッチング素子の正極とが前記第９のノードに接続される、請求項３〜５のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項７】
前記第２の双方向スイッチは、
前記第２のノードと第９のノードとの間に配置された第７のスイッチング素子および前記第９のノードと前記第４のノードとの間に配置された第８のスイッチング素子と、
前記第７のスイッチング素子と逆並列に接続された第７のダイオードと、
前記第８のスイッチング素子と逆並列に接続された第８のダイオードとを含み、
前記第７のスイッチング素子の負極と前記第８のスイッチング素子の負極とが前記第９のノードに接続される、請求項３〜５のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項８】
前記第２の双方向スイッチは、
前記第２のノードと前記第４のノードとの間に逆並列に接続された第７のスイッチング素子および第８のスイッチング素子を含む、請求項３〜５のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項９】
前記第１の双方向スイッチを駆動する駆動信号のレベルと、前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号のレベルとは、同一である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルとが磁気的に結合している、請求項１〜９のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１１】
前記第２のフィルタ回路は、さらに、前記第６のノードと、前記第７のノードとの間に直列に接続された第３のコンデンサおよび第４のコンデンサを含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１２】
前記第３のコンデンサの第１端子は、前記第６のノードと接続され、前記第３のコンデンサの第２端子は、前記第２のノードに接続され、
前記第４のコンデンサの第１端子は、前記第７のノードと接続され、前記第４のコンデンサの第２端子は、前記第２のノードに接続される、請求項１１記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１３】
前記第２のフィルタ回路は、さらに、前記第６のノードと前記第２のノードとの間に配置された第３のコンデンサと、前記第２のノードと前記第７のノードとの間に配置された第４のコンデンサとを含み、
前記第１の交流電源の前記第１端子と前記第２の交流電源の前記第１端子とは、切替スイッチを介して前記第２のノードと接続され、
単相３線式動作時において、前記切替スイッチをオンにし、単相２線式動作時において、前記切替スイッチをオフにする制御回路とを備える、請求項６〜８のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記単相２線式動作時において、前記第２の双方向スイッチを常にオフとする、請求項１３記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１５】
前記第３のコンデンサの前記第１端子の電位が正、前記第３のコンデンサの前記第２端子の電位が負、前記第４のコンデンサの前記第１端子の電位が負、前記第４のコンデンサの前記第２端子の電位が正、かつ前記第１のリアクトルの前記第１端子から前記第１のリアクトルの前記第２端子へ電流が流れるときに、
前記第５のスイッチング素子および前記第８のスイッチング素子を常時オンとし、
前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子を常時オフとし、
前記第１のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子を同一のタイミングでスイッチング制御し、
前記第６のスイッチング素子および前記第７のスイッチング素子を、前記第１のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子のスイッチングのタイミングと相補的なタイミングでスイッチング制御し、
前記第１のスイッチング素子、前記第４のスイッチング素子、前記第６のスイッチング素子、および前記第７のスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムを設定する制御回路を備える、請求項１２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１６】
前記第３のコンデンサの前記第１端子の電位が負、前記第３のコンデンサの前記第２端子の電位が正、前記第４のコンデンサの前記第１端子の電位が正、前記第４のコンデンサの前記第２端子の電位が負、かつ前記第１のリアクトルの前記第２端子から前記第１のリアクトルの前記第１端子へ電流が流れるときに、
前記第６のスイッチング素子および前記第７のスイッチング素子を常時オンとし、
前記第１のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子を常時オフとし、
前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子を同一のタイミングでスイッチング制御し、
前記第５のスイッチング素子および前記第８のスイッチング素子を、前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子のスイッチングのタイミングと相補的なタイミングでスイッチング制御し、
前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子、前記第５のスイッチング素子、および前記第８のスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムを設定する背制御回路を備える、請求項１５に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１７】
前記制御回路は、前記単相２線式動作時において、
前記第３のコンデンサの前記第１端子の電位が正、前記第３のコンデンサの前記第２端子の電位が負、前記第４のコンデンサの前記第１端子の電位が負、前記第４のコンデンサの前記第２端子の電位が正、かつ前記第１のリアクトルの前記第１端子から前記第１のリアクトルの前記第２端子へ電流が流れるときに、
前記第５のスイッチング素子を常時オンとし、
前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子、前記第７のスイッチング素子、および前記第８のスイッチング素子を常時オフとし、
前記第１のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子を同一のタイミングでスイッチング制御し、
前記第６のスイッチング素子を、前記第１のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子のスイッチングのタイミングと相補的なタイミングでスイッチング制御し、
前記第１のスイッチング素子、前記第４のスイッチング素子、および前記第６のスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムを設定する、請求項１４に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１８】
前記制御回路は、前記単相２線式動作時において、
前記第３のコンデンサの前記第１端子の電位が負、前記第３のコンデンサの前記第２端子の電位が正、前記第４のコンデンサの前記第１端子の電位が正、前記第４のコンデンサの前記第２端子の電位が負、かつ前記第１のリアクトルの前記第２端子から前記第１のリアクトルの前記第１端子へ電流が流れるときに、
前記第６のスイッチング素子を常時オンとし、
前記第１のスイッチング素子、前記第４のスイッチング素子、前記第７のスイッチング素子、および前記第８のスイッチング素子を常時オフとし、
前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子を同一のタイミングでスイッチング制御し、
前記第５のスイッチング素子を、前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子のスイッチングのタイミングと相補的なタイミングでスイッチング制御し、
前記第２のスイッチング素子、前記第３のスイッチング素子、および前記第５のスイッチング素子が同時にオフとなるデッドタイムを設定する、請求項１７に記載の３レベル電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、３レベル電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  クランプ回路を有する３レベル電力変換装置が知られている。たとえば、特許文献１に記載の３レベル電力変換装置は、ブリッジ回路と、フィルタ回路と、クランプ回路と、制御回路とを備える。ブリッジ回路が、直流電圧を変換して交流電圧を出力する。フィルタ回路が、ブリッジ回路の出力する交流電圧の高周波成分を減衰させる。クランプ回路は、ブリッジ回路とフィルタ回路との間に介在し、ブリッジ回路の出力側を短絡することができる。制御回路は、ブリッジ回路及びクランプ回路に含まれる複数のスイッチング素子を制御して、フィルタ回路から３つ以上の電圧レベルを有する交流電圧を出力させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１２７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  クランプ回路を有する３レベル電力変換装置に単相３線式動作をさせる場合には、以下のような問題が生じる。３レベル電力変換装置から出力される２つの交流電力の大きさが相違する場合に、一部の電流は、電源を通過するが、他の電流は、電源を通過しない。その結果、３レベル電力変換装置は、安定した動作を継続できない。【０００５】  それゆえに、本発明の目的は、安定した単相３線式動作が可能なクランプ回路を有する３レベル電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明の３レベル電力変換装置は、直流電源の正極が接続される第１のノードと第２のノードとの間に配置された第１のコンデンサ、および第２のノードと直流電源の負極が接続される第３のノードとの間に配置された第２のコンデンサを含む第１のフィルタ回路と、第１のノードと第３のノードとの間に並列に配置された第１レグおよび第２レグを含むブリッジ回路と、第１レグの中点である第４のノードと第２レグの中点である第５のノードとの間に配置される第１の双方向スイッチを含む第３レグを含むクランプ回路と、第４のノードと接続される第１端子と第６のノードと接続される第２端子とを有する第１のリアクトルと、第５のノードと接続される第１端子と第７のノードと接続される第２端子とを有する第２のリアクトルとを含む第２のフィルタ回路と、第２のノードと、第４のノードまたは第５のノードとの間に配置された第２の双方向スイッチを含む第４レグとを備える。
【発明の効果】
【０００７】  本発明の３レベル電力変換装置が第２の双方向スイッチを備えることによって、３レベル電力変換装置から出力される２つの交流電力の大きさが相違する場合に、一部の電流は、電源（直流電源、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）を通過するが、他の電流は、電源（直流電源、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）を通過しない状態が発生するのを減らすことができる。その結果、３レベル電力変換装置は、安定した動作を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の電力変換装置１のスイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作時における交流電力指令値２０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【図３】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合のブリッジ回路２００およびクランプ回路３００に含まれるスイッチング素子の状態と、電力変換装置１の出力電圧ＶＯＵＴおよび動作モードとの関係を表わす図である。
【図４】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図５】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図６】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図７】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図８】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図９】スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図１０】実施の形態１の電力変換装置１のスイッチング素子１１，１２を使用する場合の単相３線式動作時における交流電力指令値２０１、および駆動信号２７〜３４を表わす図である。
【図１１】スイッチング素子１１，１２を使用する場合のブリッジ回路２００およびクランプ回路３００に含まれるスイッチング素子の状態と、電力変換装置１の出力電圧ＶＯＵＴおよび動作モードとの関係を表わす図である。
【図１２】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図１３】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図１４】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図１５】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図１６】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図１７】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図１８】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図１９】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図２０】単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図２１】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図２２】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図２３】単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図２４】実施の形態２の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図２５】実施の形態２の電力変換装置１の単相２線式動作時における交流電力指令値３０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【図２６】単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図２７】単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図２８】単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図２９】単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図３０】単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図３１】単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【図３２】実施の形態３の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３３】実施の形態４の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３４】実施の形態５の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３５】実施の形態６の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３６】実施の形態７の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３７】実施の形態８の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３８】実施の形態９の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図３９】実施の形態１０の電力変換装置１の構成を示す図である。
【図４０】実施の形態１１の電力変換装置１の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、実施の形態について図面を参照して説明する。  実施の形態１．  図１は、実施の形態１の電力変換装置１の構成を示す図である。この電力変換装置１は、３レベル電力変換装置である。以下の説明においても、３レベル電力変換装置を電力変換装置と記載する。
【００１０】  電力変換装置１の入力は、直流電源２と接続される。電力変換装置１の出力は、交流電源１７および交流電源１８と接続されている。
【００１１】  直流電源２は、例えば、直流安定化電源、燃料電池、太陽電池、風力発電機、または蓄電池などである。直流電源２は、直接電源を接続する場合もあればコンバータなどの変換機を介してインバータに接続される場合もある。
【００１２】  交流電源１７と交流電源１８とは、例えば電力系統、または交流負荷である。直流電源２が２次電池である場合は放電だけでなく充電が可能である。よって、電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するだけでなく、交流電力を直流電力に変換することもできる。
【００１３】  電力変換装置１は、第１のフィルタ回路１００と、ブリッジ回路２００と、クランプ回路３００と、第２のフィルタ回路４００と、第４レグ５００と、電圧検出器１９〜２０と、電流検出器２１〜２２と、電圧検出器２３〜２４と、制御回路３５とを備える。
【００１４】  直流電源２の正極は、ノードａ（第１のノード）に接続される。直流電源２の負極は、ノードｃ（第３のノード）に接続される。交流電源１７の第１端子と、交流電源１８の第１端子とは、ノードｂ（第２のノード）で接続される。交流電源１７の第２端子は、ノードｆ（第６のノード）に接続される。交流電源１８の第２端子は、ノードｇ（第７のノード）に接続される。
【００１５】  第１のフィルタ回路１００は、ノードａとノードｂ（第２のノード）との間に配置されたコンデンサ３（第１のコンデンサ）と、ノードｂとノードｃとの間に配置されたコンデンサ４（第２のコンデンサ）とを備える。コンデンサ３の第１端子がノードａと接続される。コンデンサ３の第２端子がノードｂと接続される。コンデンサ４の第１端子がノードｃと接続される。コンデンサ４の第２端子がノードｂと接続される。
【００１６】  ブリッジ回路２００は、ノードａとノードｃとの間に並列に配置された第１レグＲＧ１および第２レグＲＧ２を備える。ブリッジ回路２００は、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路として動作する。ブリッジ回路２００は、直流電源２から供給される直流電圧ＶＩＮを、正バイアス（＋ＶＩＮ）と負バイアス（−ＶＩＮ）の組み合わせで規定される交流電圧に変換する。
【００１７】  第１レグＲＧ１は、ノードａと、第１レグＲＧ１の中点であるノードｄ（第４のノード）との間に配置されたスイッチング素子５（第１のスイッチング素子）と、ノードｄとノードｃとの間に配置されたスイッチング素子６（第２のスイッチング素子）とを含む。スイッチング素子５の正極がノードａに接続される。スイッチング素子５の負極がノードｄに接続される。スイッチング素子６の正極がノードｄに接続される。スイッチング素子６の負極がノードｃに接続される。第１レグＲＧ１は、さらに、スイッチング素子５と逆並列に接続されたダイオードＤ５（第１のダイオード）と、スイッチング素子６と逆並列に接続されたダイオードＤ６（第２のダイオード）とを備える。
【００１８】  第２レグＲＧ２は、ノードａと、第２レグＲＧ２の中点であるノードｅ（第５のノード）との間に配置されたスイッチング素子７（第３のスイッチング素子）と、ノードｅとノードｃとの間に配置されたスイッチング素子８（第４のスイッチング素子）とを含む。スイッチング素子７の正極がノードａに接続される。スイッチング素子７の負極がノードｅに接続される。スイッチング素子８の正極がノードｅに接続される。スイッチング素子８の負極がノードｃに接続される。第２レグＲＧ２は、さらに、スイッチング素子７と逆並列に接続されたダイオードＤ７（第３のダイオード）と、スイッチング素子８と逆並列に接続されたダイオードＤ８（第４のダイオード）とを備える。
【００１９】  クランプ回路３００は、ノードｄとノードｅとの間に配置される第１の双方向スイッチＢＤ１を含む第３レグＲＧ３を備える。クランプ回路３００は、ノードｄとノードｅとを短絡可能に構成される。
【００２０】  第１の双方向スイッチＢＤ１は、スイッチング素子９（第５のスイッチング素子）と、スイッチング素子１０（第６のスイッチング素子）と、ダイオードＤ９（第５のダイオード）と、ダイオードＤ１０（第６のダイオード）とを備える。スイッチング素子９は、ノードｄとノードｈ（第８のノード）との間に配置される。スイッチング素子１０は、ノードｈとノードｅとの間に配置される。スイッチング素子９の負極がノードｄに接続される。スイッチング素子１０の負極がノードｅに接続される。スイッチング素子９の正極とスイッチング素子１０の正極とがノードｈに接続される。ダイオードＤ９は、スイッチング素子９と逆並列に接続される。ダイオードＤ１０は、スイッチング素子１０と逆並列に接続される。
【００２１】  第２のフィルタ回路４００は、ノードｆとノードｇとの間に直列に接続されたコンデンサ１５（第３のコンデンサ）と、コンデンサ１６（第４のコンデンサ）とを備える。コンデンサ１５の第１端子は、ノードｆと接続され、コンデンサ１５の第２端子は、ノードｂと接続される。コンデンサ１６の第１端子は、ノードｇと接続され、コンデンサ１６の第２端子は、ノードｂと接続される。
【００２２】  第２のフィルタ回路４００は、さらに、リアクトル１３（第１のリアクトル）と、リアクトル１４（第２のリアクトル）とを備える。
【００２３】  リアクトル１３（第１のリアクトル）は、ノードｄとノードｆとの間に配置される。リアクトル１３の第１端子が、ノードｄに接続される。リアクトル１３の第２端子が、ノードｆに接続される。
【００２４】  リアクトル１４（第２のリアクトル）は、ノードｅとノードｇとの間に配置される。リアクトル１４の第１端子が、ノードｅに接続される。リアクトル１４の第２端子が、ノードｇに接続される。
【００２５】  第４レグ５００（ＲＧ４）は、ノードｂとノードｄとの間に配置された第２の双方向スイッチＢＤ２を含む。
【００２６】  第２の双方向スイッチＢＤ２は、スイッチング素子１１（第８のスイッチング素子）と、スイッチング素子１２（第７のスイッチング素子）と、ダイオードＤ１１（第８のダイオード）と、ダイオードＤ１２（第７のダイオード）とを備える。
【００２７】  スイッチング素子１２は、ノードｂとノードｉ（第９のノード）との間に配置される。スイッチング素子１１は、ノードｉとノードｄとの間に配置される。スイッチング素子１２の負極がノードｂに接続される。スイッチング素子１１の負極がノードｄに接続される。スイッチング素子１２の正極とスイッチング素子１１の正極とがノードｉに接続される。
【００２８】  ダイオードＤ１２は、スイッチング素子１２と逆並列に接続される。ダイオードＤ１１は、スイッチング素子１１と逆並列に接続される。
【００２９】  電圧検出器１９は、コンデンサ３の両端の電圧を検出する。電圧検出器２０は、コンデンサ４の両端の電圧を検出する。電流検出器２１は、リアクトル１３を流れる電流を検出する。電流検出器２２は、リアクトル１４を流れる電流を検出する。
【００３０】  電圧検出器２３は、コンデンサ１５の両端の電圧を検出する。電圧検出器２４は、コンデンサ１６の両端の電圧を検出する。
【００３１】  制御回路３５は、電圧検出器１９，２０，２３，２４の出力信号と、電流検出器２１，２２の出力信号とを受ける。制御回路３５は、スイッチング素子５を駆動するための駆動信号２７と、スイッチング素子６を駆動するための駆動信号２８と、スイッチング素子７を駆動するための駆動信号２９と、スイッチング素子８を駆動するための駆動信号３０と、スイッチング素子９を駆動するための駆動信号３１と、スイッチング素子１０を駆動するための駆動信号３２と、スイッチング素子１１を駆動するための駆動信号３３と、スイッチング素子１２を駆動するための駆動信号３４を出力する。
【００３２】  スイッチング素子５〜１２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはＨＥＭＴ（High  Electron  Mobility  Transistor）によって構成される。スイッチング素子５〜１２がＩＧＢＴで構成される場合には、スイッチング素子５〜１２の正極はコレクタに相当し、負極はエミッタに相当し、制御極はゲートに相当する。スイッチング素子５〜１２がＭＯＳＦＥＴで構成される場合には、ダイオードＤ５〜Ｄ１２は、ＭＯＳＦＥＴまたはＨＥＭＴのソースからドレインへの方向に形成される寄生ダイオードを利用することができる。コンデンサ３，４は、電解コンデンサを想定しているが、フィルムコンデンサまたは蓄電池でもよい。
【００３３】  電力変換装置１は、単相３線式動作または、単相２線式動作する。電力変換装置１が、単相３線式動作をする場合に、交流電源１７と交流電源１８はそれぞれ異なった電力を消費する負荷であることを想定している。
【００３４】  （Ａ）スイッチング素子１１とスイッチング素子１２を使用しない場合  まず、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しない場合について説明する。スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しないとは、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とが常時オフ状態であるか、あるいは電力変換装置１が、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを備えない場合を意味する。
【００３５】  図２は、実施の形態１の電力変換装置１のスイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作時における交流電力指令値２０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【００３６】  図２には、交流電力指令値２０１と、スイッチング素子５，８の駆動信号２７，３０と、スイッチング素子６，７の駆動信号２８，２９と、スイッチング素子９の駆動信号３１と、スイッチング素子１０の駆動信号３２とが示されている。駆動信号２７〜３２はハイレベルまたはローレベルの２値である。ハイレベルの駆動信号がスイッチング素子に入力された場合には、そのスイッチング素子はオンとなり導通状態となる。ローレベルの駆動信号がスイッチング素子に入力された場合には、そのスイッチング素子はオフとなり遮断状態となる。
【００３７】  交流電力指令値２０１が正の場合は、以下のように動作する。  スイッチング素子５とスイッチング素子８とスイッチング素子１０とがスイッチングを行なう。このとき、スイッチング素子５およびスイッチング素子８のスイッチング動作に対して、スイッチング素子１０のスイッチング動作は相補的である。スイッチング素子６とスイッチング素子７とは常時オフ状態となる。スイッチング素子９は常時オン状態となる。
【００３８】  交流電力指令値２０１が負の場合は、以下のように動作する。  スイッチング素子６とスイッチング素子７とスイッチング素子９とがスイッチングを行なう。このとき、スイッチング素子６およびスイッチング素子７のスイッチング動作に対して、スイッチング素子９のスイッチング動作は相補的である。スイッチング素子５とスイッチング素子８とは常時オフ状態となる。スイッチング素子１０は常時オン状態となる。
【００３９】  上述の相補的な動作において、１つのスイッチング素子のオンのタイミングと他のスイッチング素子のオフのタイミングとが完全に同時とならないように設定される。直流電源２の短絡状態が発生するのを回避するためである。
【００４０】  例えば、スイッチング素子５，８がオンからオフに切り替わって、スイッチング素子１０がオフからオンに切り替わる際、スイッチング素子９は常時オン状態のため、一時的にスイッチング素子５，８，９，１０がすべてオンの状態になってしまう可能性がある。その場合には、直流電源２を短絡させる経路が発生し、過電流によって電力変換装置１が故障する可能性がある。そのため、直流電源２を短絡させる経路が発生しないようにスイッチング素子５，８，１０のオンとオフの切り替えのタイミングにおいて、これらの３つのスイッチング素子５，８，１０がすべてオフとなるデッドタイムが設けられる。この時、スイッチング素子９は常時オン状態のままで問題ない。このように３つのスイッチング素子５，８，１０が全てオフとなる期間を設けてから、オンに切り替わることで短絡を発生させないようにできる。同様に、スイッチング素子６，７，９のオンとオフの切り替え時にもデッドタイムが設けられる。一般的に数ｋＷの電力変換装置は、数１０ｋＨｚのスイッチングを行うことが多く、その場合数μsのデッドタイムを設けることが多い。ただし、ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれるSiCまたはGaNの材料を使用したスイッチング素子は、スイッチングの立ち上がりおよび立下り時間が短いので、数１０ｎｓ〜数１００ｎｓのデッドタイムで動作する場合もある。
【００４１】  図３は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合のブリッジ回路２００およびクランプ回路３００に含まれるスイッチング素子の状態と、電力変換装置１の出力電圧ＶＯＵＴおよび動作モードとの関係を表わす図である。出力電圧は、ノードｄとノードｅとの間の電圧である。出力電圧ＶＯＵＴは、正バイアス、０バイアス、負バイアスの３つのレベルのうちのいずれかである。正バイアスは直流電源２の電圧ＶＩＮである。０バイアスは０である。負バイアスは、（−ＶＩＮ）である。
【００４２】  スイッチング素子５，８がオン、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９がオン、スイッチング素子１０がオフのときには、出力電圧ＶＯＵＴは正バイアスとなり、電力変換装置１は、第１のスイッチングモードに設定される。
【００４３】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９がオン、スイッチング素子１０がオフのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第１のデットタイムモードに設定される。
【００４４】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９がオン、スイッチング素子１０がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【００４５】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオン、スイッチング素子９がオフ、スイッチング素子１０がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは負バイアスとなり、電力変換装置１は、第３のスイッチングモードに設定される。
【００４６】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９がオフ、スイッチング素子１０がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第２のデッドタイムモードに設定される。
【００４７】  （Ａ−１）交流電圧が正、かつ交流電流が正、交流電源１７の電力＞交流電源１８の電力  交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいときの動作について説明する。
【００４８】  交流電圧が正のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となり、コンデンサ１６の第２端子の電圧が正となり、第１端子の電圧が負となる。
【００４９】  交流電流が正のときには、リアクトル１３の第１端子から第２端子に電流が流れる。このときには、スイッチング素子５，８，１０がスイッチング動作し、スイッチング素子６，７は常時オフ状態となり、スイッチング素子９は常時オン状態となる。
【００５０】  交流電源１７の電圧および交流電源１８の電圧は、例えばそれぞれ１００［Ｖ］になるように制御回路３５によって制御されているものとする。この場合には、交流電源１７および交流電源１８は、交流負荷として動作し、交流電源１７で消費する電力が交流電源１８で消費する電力よりも大きくなる。交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも多くなる。
【００５１】  （Ａ−１−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【００５２】  図４は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【００５３】  電力伝送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１が第１のスイッチングモードに設定される。
【００５４】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子８、直流電源２の順に電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ３、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、コンデンサ３の順に循環的に流れる。電流ＩＡは直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ３を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【００５５】  （Ａ−１−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【００５６】  図５は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【００５７】  デッドタイム期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が第１のデッドタイムモードに設定される。
【００５８】  デッドタイム期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、ダイオードＤ１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、交流電源１７、コンデンサ４、スイッチング素子６、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって、回生が行われる。
【００５９】  電流ＩＢの経路には、コンデンサ４が含まれ、電流ＩＢによって、コンデンサ４が充電される。その結果、電流ＩＡだけが還流している場合よりも、リアクトル１３の両端に印加される電圧が、コンデンサ４の電圧分だけ増加する。これによって、電流のリプルも大きくなるため、リアクトルの損失が増加することになる。ただし、デッドタイム期間は数μ秒程度なので、リアクトルの損失の影響はほとんどない。
【００６０】  （Ａ−１−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【００６１】  図６は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【００６２】  還流期間には、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持し、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が第２のスイッチングモードに設定される。
【００６３】  還流期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、交流電源１７、コンデンサ４、ダイオードＤ６、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって、回生が行われる。
【００６４】  還流期間においても、電流ＩＢの経路には、コンデンサ４が含まれ、電流ＩＢによって、コンデンサ４が充電される。その結果、リアクトル１３の両端に印加される電圧が、電流ＩＡだけが還流している場合よりも、コンデンサ４の電圧分だけ増加する。これによって、電流のリプルも大きくなるため、リアクトルの損失が増加することになる。還流期間は、デッドタイム期間よりも長いため、リアクトルの損失の影響は大きい。
【００６５】  （Ａ−１−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【００６６】  デッドタイム期間において、スイッチング素子１０がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が第１のデッドタイムモードに設定される。
【００６７】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ａ−１−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【００６８】  （Ａ−１−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【００６９】  電力電送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が第１のスイッチングモードに設定される。
【００７０】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ａ−１−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【００７１】  （Ａ−２）交流電圧が負、かつ交流電流が負、交流電源１７の電力＞交流電源１８の電力  交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいときの動作について説明する。
【００７２】  交流電圧が負のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が負となり、第２端子の電圧が正となり、コンデンサ１６の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となる。
【００７３】  交流電流が負のときには、リアクトル１３の第２端子から第１端子に電流が流れる。このときには、スイッチング素子６とスイッチング素子７とスイッチング素子９とがスイッチング動作し、スイッチング素子５とスイッチング素子８は常時オフ状態となり、スイッチング素子１０は常時オン状態となる。
【００７４】  交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きくなる。
【００７５】  （Ａ−２−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【００７６】  図７は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【００７７】  電力伝送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態、スイッチング素子１０が常時オン状態、スイッチング素子９がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１が第３のスイッチングモードに設定される。
【００７８】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子７、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、直流電源２の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ４、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、コンデンサ４の順に流れる。電流ＩＡは直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【００７９】  （Ａ−２−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【００８０】  図８は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【００８１】  デッドタイム期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子９がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が第２のデッドタイムモードに設定される。
【００８２】  デッドタイム期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、ダイオードＤ９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、ダイオードＤ５、コンデンサ３、交流電源１７、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって、回生が行われる。
【００８３】  電流ＩＢの経路には、コンデンサ３が含まれるため、前述したように、リアクトルの損失が発生する。しかし、デッドタイム期間は数μ秒程度なので、その影響はほとんどない。
【００８４】  （Ａ−２−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【００８５】  図９は、スイッチング素子１１，１２を使用しない場合の単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【００８６】  還流期間には、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持し、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子９がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が第２のスイッチングモードに設定される。
【００８７】  還流期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、ダイオードＤ５、コンデンサ３、交流電源１７、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって、回生が行われる。
【００８８】  電流ＩＢの経路には、コンデンサ４が含まれるため、前述したように、リアクトルの損失が発生する。還流期間は、デッドタイム期間よりも長いため、リアクトルの損失の影響は大きい。
【００８９】  （Ａ−２−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【００９０】  デッドタイム期間において、スイッチング素子９がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が第２のデッドタイムモードに設定される。
【００９１】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ａ−２−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【００９２】  （Ａ−２−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【００９３】  電力電送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が第３のスイッチングモードに設定される。
【００９４】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ａ−２−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【００９５】  以上のように、クランプ回路のみを有する３レベル電力変換装置では、交流電源１７の消費電力と交流電源１８の消費電力が異なる場合に、交流電源１７を流れる電流と交流電源１８を流れる電流の差分の電流がコンデンサ３または４を通過するので、リアクトルの損失が増加する。これによって、電流リプルが増加してしまうと、出力電流のノイズ成分が増加するので、ノイズ低減のためにリアクトル１３のインダクタンスを増加させる必要がある。インダクタンスを増加するためには、リアクトル１３を大型化しなければならない。交流電源１７の消費電力と交流電源１８の消費電力とが異なる場合、電流ＩＡの還流中に、電流ＩＢがコンデンサ３または４を通過する。その結果、電力変換装置１が安定に動作しなくなる。
【００９６】  上記では、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいときの動作および問題点について説明したが、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さいときにおいても、同様の問題がある。
【００９７】  （Ｂ）スイッチング素子１１とスイッチング素子１２を使用した場合  次に、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用した場合について説明する。
【００９８】  図１０は、実施の形態１の電力変換装置１のスイッチング素子１１，１２を使用する場合の単相３線式動作時における交流電力指令値２０１、および駆動信号２７〜３４を表わす図である。
【００９９】  図１０には、図２と同様に、交流電力指令値２０１と、スイッチング素子５，８の駆動信号２７，３０と、スイッチング素子６，７の駆動信号２８，２９と、スイッチング素子９の駆動信号３１と、スイッチング素子１０の駆動信号３２とが示されている。図１０には、さらに、スイッチング素子１１の駆動信号３３と、スイッチング素子１２の駆動信号３４が示されている。
【０１００】  駆動信号３１のレベルと駆動信号３３のレベルとは、同一である。したがって、スイッチング素子９とスイッチング素子１１のスイッチング状態は同一であり、同時にオン／オフする。駆動信号３２のレベルと駆動信号３４のレベルとは、同一である。したがって、スイッチング素子１０とスイッチング素子１２のスイッチング状態は同一であり、同時にオン／オフする。
【０１０１】  図１１は、スイッチング素子１１，１２を使用する場合のブリッジ回路２００およびクランプ回路３００に含まれるスイッチング素子の状態と、電力変換装置１の出力電圧ＶＯＵＴおよび動作モードとの関係を表わす図である。
【０１０２】  図１１には、図３と同様に、スイッチング素子５，８，６，７，９，１１のスイッチング状態に対する、出力電圧ＶＯＵＴと電力変換装置１の動作モードとが示されている。
【０１０３】  図１１では、さらに、スイッチング素子１１，１２のスイッチング状態が追加されていている。前述したように、スイッチング素子９とスイッチング素子１１のスイッチング状態は同一であり、スイッチング素子１０とスイッチング素子１２のスイッチング状態は同一である。
【０１０４】  スイッチング素子５，８がオン、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９，１１がオン、スイッチング素子１０，１２がオフのときには、出力電圧ＶＯＵＴは正バイアスとなり、電力変換装置１は、第１のスイッチングモードに設定される。
【０１０５】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９，１１がオン、スイッチング素子１０，１２がオフのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第１のデットタイムモードに設定される。
【０１０６】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９，１１がオン、スイッチング素子１０，１２がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１０７】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオン、スイッチング素子９，１１がオフ、スイッチング素子１０，１２がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは負バイアスとなり、電力変換装置１は、第３のスイッチングモードに設定される。
【０１０８】  スイッチング素子５，８がオフ、スイッチング素子６，７がオフ、スイッチング素子９，１１がオフ、スイッチング素子１０，１２がオンのときには、出力電圧ＶＯＵＴは０バイアスとなり、電力変換装置１は、第２のデッドタイムモードに設定される。
【０１０９】  （Ｂ−１）交流電圧が正、交流電流が正、交流電源１７の電力＞交流電源１８の電力  交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいときの動作について説明する。なお、交流電源１７の電圧と交流電源１８の電圧は、例えばそれぞれ１００［Ｖ］になるように制御回路３５によって制御されているものとする。この場合には、交流電源１７および交流電源１８は、交流負荷として動作するし、交流電源１７で消費する電力が交流電源１８で消費する電力よりも大きくなる。交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも多くなる。
【０１１０】  交流電圧が正のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となり、コンデンサ１６の第２端子の電圧が正となり、第１端子の電圧が負となる。
【０１１１】  （Ｂ−１−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０１１２】  図１２は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０１１３】  電力伝送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１が、第１のスイッチングモードに設定される。
【０１１４】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子８、直流電源２の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ３、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、コンデンサ３の順に流れる。電流ＩＢが、交流電源１７を経た後、ダイオードＤ１２およびスイッチング素子１２に流れず、コンデンサ３およびスイッチング素子５に流れるのは、コンデンサ３のエネルギーを交流電源１７に送ることができるからである。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ３を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【０１１５】  （Ｂ−１−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１１６】  図１３は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０１１７】  デッドタイム期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が、第１のデッドタイムモードに設定される。
【０１１８】  デッドタイム期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、ダイオードＤ１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、交流電源１７、ダイオードＤ１２、スイッチング素子１１、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３を通過する経路を流れないため、電流ＩＢは還流する。電流ＩＢの経路は、図５に示すスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しない場合の経路と相違し、コンデンサ４を含まないため、リアクトルの損失を低減することができる。
【０１１９】  （Ｂ−１−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０１２０】  図１４は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０１２１】  還流期間には、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持し、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１２２】  還流期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、交流電源１７、スイッチング素子１２、スイッチング素子１１、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３を通過する経路を流れないため、電流ＩＢは還流する。電流ＩＢの経路は、図６に示すスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しない場合の経路と相違し、コンデンサ４を含まないため、リアクトルの損失を低減することができる。
【０１２３】  （Ｂ−１−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１２４】  デッドタイム期間において、スイッチング素子１０と，１２がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１が、第１のデッドタイムモードに設定される。
【０１２５】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−１−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０１２６】  （Ｂ−１−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０１２７】  電力電送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が、第１のスイッチングモードに設定される。
【０１２８】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−１−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０１２９】  （Ｂ−２）交流電圧が負、交流電流が負、交流電源１７の電力＞交流電源１８の電力  交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいときの動作について説明する。交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きくなる。
【０１３０】  交流電圧が負のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が負となり、第２端子の電圧が正となり、コンデンサ１６の第２端子の電圧が負となり、第１端子の電圧が正となる。
【０１３１】  （Ｂ−２−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０１３２】  図１５は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０１３３】  電力伝送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１が、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１３４】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子７、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、直流電源２の順に電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ４、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、コンデンサ４の順に流れる。電流ＩＢが、リアクトル１３を経た後、ダイオードＤ１１およびスイッチング素子１２に流れず、スイッチング素子６およびコンデンサ４に流れるのは、コンデンサ４のエネルギーを交流電源１７に送ることができるからである。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【０１３５】  （Ｂ−２−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１３６】  図１６は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０１３７】  デッドタイム期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第２のデッドタイムモードに設定される。
【０１３８】  デッドタイム期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、ダイオードＤ９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、ダイオードＤ１１、スイッチング素子１２、交流電源１７、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３を通過する経路を流れないため、電流ＩＢは還流する。電流ＩＢの経路は、図８のスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しない場合の経路と相違し、コンデンサ３を含まないため、リアクトルの損失を低減することができる。
【０１３９】  （Ｂ−２−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０１４０】  図１７は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０１４１】  還流期間には、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持し、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１４２】  還流期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも多いため、交流電源１７に流れる電流から交流電源１８に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１３、スイッチング素子１１、スイッチング素子１２、交流電源１７、リアクトル１３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３を通過する経路を流れないため、電流ＩＢは還流する。電流ＩＢの経路は、図９のスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを使用しない場合の経路と相違し、コンデンサ３を含まないため、リアクトルの損失を低減することができる。
【０１４３】  （Ｂ−２−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１４４】  デッドタイム期間において、スイッチング素子９，１１がスイッチング動作によってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第２のデッドタイムモードに設定される。
【０１４５】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−２−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０１４６】  （Ｂ−２−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０１４７】  電力電送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１が、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１４８】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−２−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０１４９】  （Ｂ−３）交流電圧が正、交流電流が正、交流電源１７の電力＜交流電源１８の電力  交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さいときの動作について説明する。交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さくなる。
【０１５０】  交流電圧が正のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となり、コンデンサ１６の第２端子の電圧が正となり、第１端子の電圧が負となる。
【０１５１】  （Ｂ−３−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０１５２】  図１８は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０１５３】  電力伝送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１は、第１のスイッチングモードに設定される。
【０１５４】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子８、直流電源２の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ４、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子８、コンデンサ４の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ４を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【０１５５】  （Ｂ−３−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１５６】  図１９は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０１５７】  デッドタイム期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第１のデッドタイムに設定される。
【０１５８】  デッドタイム期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、ダイオードＤ１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、交流電源１８、リアクトル１４、ダイオードＤ７、コンデンサ３、交流電源１８の順に流れる。
【０１５９】  電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢの経路には、コンデンサ３が含まれ、電流ＩＢによって、コンデンサ３が充電される。その結果、電流ＩＡだけが還流している場合よりも、リアクトル１４の両端に印加される電圧が、コンデンサ３の電圧分だけ増加する。これによって、電流のリプルも大きくなるため、リアクトルの損失が増加することになる。ただし、デッドタイム期間は数μ秒程度なので、リアクトルの損失の影響はほとんどない。
【０１６０】  （Ｂ−３−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０１６１】  図２０は、単相３線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０１６２】  還流期間には、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持し、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子１０，１２がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１６３】  還流期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１４、スイッチング素子１０、スイッチング素子９、スイッチング素子１１、スイッチング素子１２、交流電源１８、リアクトル１４の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３，４を通過する経路を流れないため、電流ＩＢは還流する。電流ＩＢの経路は、コンデンサ３，４を含まないため、リアクトルの損失を低減することができる。
【０１６４】  （Ｂ−３−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１６５】  デッドタイム期間において、スイッチング素子１０，１２がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９，１１が常時オン状態であり、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第１のデッドタイムに設定される。
【０１６６】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−３−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０１６７】  （Ｂ−３−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０１６８】  電力電送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第１のスイッチングモードに設定される。
【０１６９】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−３−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０１７０】  （Ｂ−４）交流電圧が負、交流電流が負、交流電源１７の電力＜交流電源１８の電力  交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合において、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さいときの動作について説明する。交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さいので、交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さくなる。
【０１７１】  交流電圧が負のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が負となり、第２端子の電圧が正となり、コンデンサ１６の第２端子の電圧が負となり、第１端子の電圧が正となる。
【０１７２】  （Ｂ−４−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０１７３】  図２１は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０１７４】  電力伝送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がスイッチングによってオフとなる。すなわち、電力変換装置１は、第３のスイッチングモードに設定される。
【０１７５】  電力電送期間では、直流電源２、スイッチング素子７、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、直流電源２の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、コンデンサ３、スイッチング素子７、リアクトル１４、交流電源１８、コンデンサ３の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、コンデンサ３を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力電送が行われる。
【０１７６】  （Ｂ−４−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１７７】  図２２は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０１７８】  デッドタイム期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第２のデッドタイムに設定される。
【０１７９】  デッドタイム期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、ダイオードＤ９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１４、交流電源１８、コンデンサ４、ダイオードＤ８，リアクトル１４の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢの経路には、コンデンサ４が含まれ、電流ＩＢによって、コンデンサ４が充電される。その結果、電流ＩＡだけが還流している場合よりも、リアクトル１４の両端に印加される電圧が、コンデンサ４の電圧分だけ増加する。これによって、電流のリプルも大きくなるため、リアクトルの損失が増加することになる。ただし、デッドタイム期間は数μ秒程度なので、リアクトルの損失の影響はほとんどない。
【０１８０】  （Ｂ−４−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０１８１】  図２３は、単相３線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負、かつ交流電源１７に流れる電流が交流電源１８に流れる電流よりも小さい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０１８２】  還流期間には、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持し、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子９，１１がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第２のスイッチングモードに設定される。
【０１８３】  還流期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。さらに、交流電源１７を流れる電流の方が交流電源１８に流れる電流よりも小さいため、交流電源１８に流れる電流から交流電源１７に流れる電流を減算した電流ＩＢが、リアクトル１４、交流電源１８、スイッチング素子１２、スイッチング素子１１、スイッチング素子９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に流れる。電流ＩＡは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＡは還流する。電流ＩＢも、コンデンサ３，４を通過する経路を流れないため、リアクトル１４の損失を低減することができる。
【０１８４】  （Ｂ−４−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０１８５】  デッドタイム期間において、スイッチング素子９，１１がスイッチング動作によってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０，１２が常時オン状態であり、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持している。すなわち、電力変換装置１は、第２のデッドタイムに設定される。
【０１８６】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−４−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０１８７】  （Ｂ−４−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０１８８】  電力電送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。すなわち、電力変換装置１は、第３のスイッチングモードに設定される。
【０１８９】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｂ−４−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０１９０】  以上のように、本実施の形態によれば、電力変換装置が、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを備えることによって、単相３線式動作時において、交流電源１７の消費電力と交流電源１８の消費電力とが異なる場合に、電源（直流電源２、コンデンサ３、コンデンサ４）を通過する経路以外の経路を電流ＩＢが流れるようにすることができる。
【０１９１】  これによって、短期間のデッドタイム期間を除いて、電流ＩＡが電源（直流電源２、コンデンサ３、コンデンサ４）を通過せずに還流しているときに、電流ＩＢも、電源（直流電源２、コンデンサ３、コンデンサ４）を通過しない。その結果、電力変換装置１が安定に動作する。また、リアクトルの両端に印加される電圧がコンデンサの電圧分だけ増加しないので、リアクトルの損失を低減することが可能である。
【０１９２】  さらに、本実施の形態によれば、スイッチング素子９を制御する駆動信号３１のレベルとスイッチング素子１１を制御する駆動信号３３のレベルは同一であり、スイッチング素子１０を制御する駆動信号３２のレベルとスイッチング素子１２を制御する駆動信号３４のレベルは同一である。駆動信号３１を複製した駆動信号３３をスイッチング素子１１へ供給し、駆動信号３２を複製した駆動信号３４をスイッチング素子１２へ供給することによって、駆動信号３３，３４を生成するための回路を設けなくてもよい。
【０１９３】  実施の形態２．  図２４は、実施の形態２の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０１９４】  実施の形態２の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、実施の形態２の電力変換装置１が切替スイッチＳＷを備えることである。
【０１９５】  本実施の形態では、交流電源１７がノードｆとノードｊ（第１０のノード）との間に配置され、交流電源１８がノードｊとノードｇとの間に配置される。すなわち、交流電源１７の第１端子と、交流電源１８の第１端子とが、ノードｊで接続される。交流電源１７の第２端子は、ノードｆに接続される。交流電源１８の第２端子は、ノードｇに接続される。
【０１９６】  切替スイッチＳＷは、ノードｂとノードｊとの間に配置される。切替スイッチＳＷは、機械式スイッチまたは半導体スイッチである。
【０１９７】  制御回路３５は、単相３線式動作時において、切替スイッチＳＷをオンにし、単相２線式動作時において、切替スイッチＳＷをオフにする。
【０１９８】  本実施の形態の電力変換装置１の単相３線式動作は、実施の形態１と同様である。電力変換装置１の単相２線式動作を説明する。
【０１９９】  電力変換装置１が単相２線式動作をする場合、制御回路３５は、第２の双方向スイッチＢＤ２を常時オフとする。すなわち、制御回路３５は、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とを駆動せず、スイッチング素子１１およびスイッチング素子１２は、常時オフ状態となる。
【０２００】  図２５は、実施の形態２の電力変換装置１の単相２線式動作時における交流電力指令値３０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【０２０１】  図２５には、交流電力指令値３０１と、スイッチング素子５，８の駆動信号２７，３０と、スイッチング素子６，７の駆動信号２８，２９と、スイッチング素子９の駆動信号３１と、スイッチング素子１０の駆動信号３２と、スイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４が示されている。
【０２０２】  駆動信号２７〜３２はハイレベルまたはローレベルの２値である。駆動信号３３，３４は常時ローレベルである。
【０２０３】  交流電力指令値３０１が正の場合は、以下のように動作する。  スイッチング素子５，８，１０がスイッチングを行なう。このとき、スイッチング素子５，８のスイッチング動作に対して、スイッチング素子１０のスイッチング動作は相補的である。スイッチング素子６，７は常時オフ状態となる。スイッチング素子９は常時オン状態となる。
【０２０４】  交流電力指令値３０１が負の場合は、以下のように動作する。  スイッチング素子６，７，９がスイッチングを行なう。このとき、スイッチング素子６，７のスイッチング動作に対して、スイッチング素子９のスイッチング動作は相補的である。スイッチング素子５，８は常時オフ状態となる。スイッチング素子１０は常時オン状態となる。
【０２０５】  上述の相補的な動作において、１つのスイッチング素子のオンのタイミングと他のスイッチング素子のオフのタイミングとが完全に同時とならないように設定される。直流電源２の短絡状態が発生するのを回避するためである。
【０２０６】  （Ｃ−１）交流電圧が正、かつ交流電流が正  交流電圧が正のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となり、コンデンサ１６の第１端子の電圧が負となり、第２端子の電圧が正となる。
【０２０７】  交流電流が正のときには、リアクトル１３の第１端子から第２端子に電流が流れる。このときには、スイッチング素子５，８，１０がスイッチング動作し、スイッチング素子６，７は常時オフ状態であり、スイッチング素子９は常時オン状態である。
【０２０８】  （Ｃ−１−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０２０９】  図２６は、単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０２１０】  電力伝送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がスイッチングによってオフとなる。
【０２１１】  電力伝送期間では、直流電源２、スイッチング素子５、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子８、直流電源２の順に電流ＩＡが流れる。電流ＩＡは、直流電源２を経由しているが、コンデンサ３とコンデンサ４とを経由する電流も存在する。電流ＩＡは、交流電源１７と交流電源１８とを経由しているが、コンデンサ１５とコンデンサ１６を経由する電流も存在する。以下においても同様である。
【０２１２】  （Ｃ−１−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０２１３】  図２７は、単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０２１４】  デッドタイム期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がオフ状態を維持する。
【０２１５】  デッドタイム期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、ダイオードＤ１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。
【０２１６】  （Ｃ−１−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０２１７】  図２８は、単相２線式動作における、交流電圧が正、かつ交流電流が正の場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０２１８】  還流期間には、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持し、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子１０がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。
【０２１９】  還流期間では、リアクトル１３、交流電源１７、交流電源１８、リアクトル１４、スイッチング素子１０、スイッチング素子９、リアクトル１３の順に、電流ＩＡが流れる。
【０２２０】  還流期間の電流経路は、デッドタイム期間の電流経路と同じであるが、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合は、以下のような特性がある。スイッチング素子１０がオフからオンに切り替わると、電流の流れる箇所がダイオードからＭＯＳＦＥＴに変更される。ＭＯＳＦＥＴを通過する際の電圧降下が、ダイオードを通過する際の電圧降下よりも小さい場合には、還流期間における電力の損失は、デッドタイム期間における電力の損失よりも小さくなる。
【０２２１】  （Ｃ−１−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０２２２】  デッドタイム期間において、スイッチング素子１０がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子６，７が常時オフ状態であり、スイッチング素子９が常時オン状態であり、スイッチング素子５，８がオフ状態を維持する。
【０２２３】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｃ−１−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０２２４】  （Ｃ−１−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０２２５】  電力電送期間において、スイッチング素子５，８がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。
【０２２６】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｃ−１−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０２２７】  このように電流の経路の中にはスイッチング素子が２つだけ通過することがわかる。中性点接地型の３レベルの電力変換装置では電力伝送を行っていない還流期間にスイッチング素子を４つ通過するのに対して、本実施の形態では、スイッチング素子の通過素子数が少ないことが特徴である。
【０２２８】  （Ｃ−２）交流電圧が負、かつ交流電流が負  交流電圧が負のときには、コンデンサ１５の第１端子の電圧が負となり、第２端子の電圧が正となり、コンデンサ１６の第１端子の電圧が正となり、第２端子の電圧が負となる。
【０２２９】  交流電流が負のときには、リアクトル１３の第２端子から第１端子に電流が流れる。このときには、スイッチング素子６，７，９がスイッチング動作し、スイッチング素子５，８は常時オフ状態となり、スイッチング素子１０は常時オン状態となる。
【０２３０】  （Ｃ−２−１）電力伝送期間  まず、電力変換装置１は、電力伝送期間を開始する。
【０２３１】  図２９は、単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合の電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【０２３２】  電力伝送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンとなり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子９がスイッチングによってオフとなる。
【０２３３】  電力伝送期間では、直流電源２、スイッチング素子７、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子６、直流電源２の順に、電流ＩＡが流れる。
【０２３４】  （Ｃ−２−２）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０２３５】  図３０は、単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合のデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【０２３６】  デッドタイム期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子９がオフ状態を維持している。
【０２３７】  デッドタイム期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、ダイオードＤ９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に電流ＩＡが流れる。
【０２３８】  （Ｃ−２−３）還流期間  次に、電力変換装置１は、還流期間に移行する。
【０２３９】  図３１は、単相２線式動作における、交流電圧が負、かつ交流電流が負の場合の還流期間の電流経路を表わす図である。
【０２４０】  還流期間において、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持し、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子９がスイッチング動作によってオフからオンに切り替わる。
【０２４１】  還流期間では、リアクトル１４、交流電源１８、交流電源１７、リアクトル１３、スイッチング素子９、スイッチング素子１０、リアクトル１４の順に、電流ＩＡが流れる。
【０２４２】  （Ｃ−２−４）デッドタイム期間  次に、電力変換装置１は、デッドタイム期間に移行する。
【０２４３】  デッドタイム期間において、スイッチング素子９がスイッチングによってオンからオフに切り替わり、スイッチング素子５，８が常時オフ状態であり、スイッチング素子１０が常時オン状態であり、スイッチング素子６，７がオフ状態を維持している。
【０２４４】  デッドタイム期間では、電力変換装置１は、前述の（Ｃ−２−２）のデットタイム期間と同様に、動作する。
【０２４５】  （Ｃ−２−５）電力伝送期間  次に、電力変換装置１は、電力伝送期間に戻る。
【０２４６】  電力電送期間において、スイッチング素子６，７がスイッチングによってオフからオンに切り替わる。
【０２４７】  電力電送期間において、電力変換装置１は、前述の（Ｃ−２−１）の電力電送期間と同様に、動作する。
【０２４８】  以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の単相３線式動作に加えて、単相２線式動作を実行することができる。
【０２４９】  実施の形態３．  図３２は、実施の形態３の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２５０】  実施の形態３の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、実施の形態３の電力変換装置は、リアクトル１３、１４に代えて、リアクトル３６、３７を備える点である。
【０２５１】  リアクトル３６とリアクトル３７とが磁気的に結合しており、リアクトル３６およびリアクトル３７によって、１つの結合型のリアクトルが形成される。これによって、１つの結合型のリアクトルを制作すればよいので、電力変換装置１内のリアクトル３６およびリアクトル３７の配置が容易になる。
【０２５２】  実施の形態４．  図３３は、実施の形態４の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２５３】  実施の形態４の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、第４レグＲＧ４を構成する第２の双方向スイッチＢＤ２の配置である。
【０２５４】  第２の双方向スイッチＢＤ２は、ノードｂとノードｅとの間に配置される。  第２の双方向スイッチＢＤ２は、スイッチング素子１１（第８のスイッチング素子）と、スイッチング素子１２（第７のスイッチング素子）と、ダイオードＤ１１（第８のダイオード）と、ダイオードＤ１２（第７のダイオード）とを備える。
【０２５５】  スイッチング素子１２は、ノードｂとノードｉとの間に配置される。スイッチング素子１１は、ノードｉとノードｅとの間に配置される。スイッチング素子１１の負極がノードｅに接続される。スイッチング素子１２の負極がノードｂに接続される。スイッチング素子１２の正極とスイッチング素子１１の正極とがノードｉに接続される。
【０２５６】  ダイオードＤ１２は、スイッチング素子１２と逆並列に接続される。ダイオードＤ１１は、スイッチング素子１１と逆並列に接続される。
【０２５７】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態５．  図３４は、実施の形態５の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２５８】  実施の形態５の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、クランプ回路３００である。
【０２５９】  クランプ回路３００は、ノードｄとノードｅとの間に配置される第１の双方向スイッチＢＤ１を含む第３レグＲＧ３を備える。
【０２６０】  第１の双方向スイッチＢＤ１は、スイッチング素子９Ａ（第５のスイッチング素子）と、スイッチング素子１０Ａ（第６のスイッチング素子）と、ダイオードＤ９Ａ（第５のダイオード）と、ダイオードＤ１０Ａ（第６のダイオード）とを備える。スイッチング素子９Ａは、ノードｄとノードｈ（第８のノード）との間に配置される。スイッチング素子１０Ａは、ノードｈとノードｅとの間に配置される。スイッチング素子９Ａの正極がノードｄに接続される。スイッチング素子１０Ａの正極がノードｅに接続される。スイッチング素子９Ａの負極とスイッチング素子１０Ａの負極とがノードｈに接続される。ダイオードＤ９Ａは、スイッチング素子９Ａと逆並列に接続される。ダイオードＤ１０Ａは、スイッチング素子１０Ａと逆並列に接続される。
【０２６１】  スイッチング素子９Ａ，１０Ａは、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴによって構成される。スイッチング素子９Ａ，１０ＡがＩＧＢＴで構成される場合には、スイッチング素子９Ａ，１０Ａの正極はコレクタに相当し、負極はエミッタに相当し、制御極はゲートに相当する。スイッチング素子９Ａ，１０ＡがＭＯＳＦＥＴで構成される場合には、ダイオードＤ９Ａ，Ｄ１０Ａは、ＭＯＳＦＥＴのソースからドレインへの方向に形成される寄生ダイオードを利用することができる。
【０２６２】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態６．  図３５は、実施の形態６の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２６３】  実施の形態６の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、クランプ回路３００である。
【０２６４】  クランプ回路３００は、ノードｄとノードｅとの間に配置される第１の双方向スイッチＢＤ１を含む第３レグＲＧ３を備える。
【０２６５】  第１の双方向スイッチＢＤ１は、ノードｄとノードｅとの間に逆並列に接続されたスイッチング素子４０（第５のスイッチング素子）およびスイッチング素子４１（第６のスイッチング素子）を備える。スイッチング素子４０とスイッチング素子４１とは、逆方向の耐圧を有する。
【０２６６】  スイッチング素子４０の正極およびスイッチング素子４１の負極がノードｄに接続され、スイッチング素子４０の負極およびスイッチング素子４１の正極がノードｅに接続されるものとしてもよい。あるいは、スイッチング素子４０の負極およびスイッチング素子４１の正極がノードｄに接続され、スイッチング素子４０の正極およびスイッチング素子４１の負極がノードｅに接続されるものとしてもよい。
【０２６７】  スイッチング素子４０，４１は、逆方向の耐圧を有するＩＧＢＴによって構成される。スイッチング素子４０，４１の正極はコレクタに相当し、負極はエミッタに相当し、制御極はゲートに相当する。
【０２６８】  スイッチング素子４０およびスイッチング素子４１によって、両方向の電流の通流、および遮断を制御することができる。
【０２６９】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態７．  図３６は、実施の形態７の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２７０】  実施の形態７の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、第４レグ５００である。
【０２７１】  第４レグ５００（ＲＧ４）は、ノードｂとノードｄとの間に配置された第２の双方向スイッチＢＤ２を含む。
【０２７２】  第２の双方向スイッチＢＤ２は、スイッチング素子１１Ａ（第８のスイッチング素子）と、スイッチング素子１２Ａ（第７のスイッチング素子）と、ダイオードＤ１１Ａ（第８のダイオード）と、ダイオードＤ１２Ａ（第７のダイオード）とを備える。
【０２７３】  スイッチング素子１２Ａは、ノードｂとノードｉとの間に配置される。スイッチング素子１１Ａは、ノードｉとノードｄとの間に配置される。スイッチング素子１２Ａの正極がノードｂに接続される。スイッチング素子１１Ａの正極がノードｄに接続される。スイッチング素子１２Ａの負極とスイッチング素子１１Ａの負極とがノードｉに接続される。
【０２７４】  ダイオードＤ１２Ａは、スイッチング素子１２Ａと逆並列に接続される。ダイオードＤ１１Ａは、スイッチング素子１１Ａと逆並列に接続される。
【０２７５】  スイッチング素子１１Ａ，１２Ａは、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴによって構成される。スイッチング素子１１Ａ，１２ＡがＩＧＢＴで構成される場合には、スイッチング素子１１Ａ，１２Ａの正極はコレクタに相当し、負極はエミッタに相当し、制御極はゲートに相当する。スイッチング素子１１Ａ，１２ＡがＭＯＳＦＥＴで構成される場合には、ダイオードＤ１１Ａ，Ｄ１２Ａは、ＭＯＳＦＥＴのソースからドレインへの方向に形成される寄生ダイオードを利用することができる。
【０２７６】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態８．  図３７は、実施の形態８の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２７７】  実施の形態８の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、第４レグ５００である。
【０２７８】  第４レグ５００（ＲＧ４）は、ノードｂとノードｄとの間に配置された第２の双方向スイッチＢＤ２を含む。
【０２７９】  第２の双方向スイッチＢＤ２は、ノードｂとノードｄとの間に逆並列に接続されたスイッチング素子４２（第７のスイッチング素子）およびスイッチング素子４３（第８のスイッチング素子）を備える。スイッチング素子４２とスイッチング素子４３とは、逆方向の耐圧を有する。
【０２８０】  スイッチング素子４２の正極およびスイッチング素子４３の負極がノードｂに接続され、スイッチング素子４２の負極およびスイッチング素子４３の正極がノードｄに接続されるものとしてもよい。あるいは、スイッチング素子４２の負極およびスイッチング素子４３の正極がノードｂに接続され、スイッチング素子４２の正極およびスイッチング素子４３の負極がノードｄに接続されるものとしてもよい。
【０２８１】  スイッチング素子４２，４３は、逆方向の耐圧を有するＩＧＢＴによって構成される。スイッチング素子４２，４３の正極はコレクタに相当し、負極はエミッタに相当し、制御極はゲートに相当する。
【０２８２】  スイッチング素子４２およびスイッチング素子４３によって、両方向の電流の通流、および遮断を制御することができる。
【０２８３】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態９．  図３８は、実施の形態９の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２８４】  実施の形態９の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、は、クランプ回路３００および第４レグ５００である。
【０２８５】  クランプ回路３００は、実施の形態６と同様である。第４レグ５００は、実施の形態８と同様である。
【０２８６】  スイッチング素子４０およびスイッチング素子４１によって、両方向の電流の通流、および遮断を制御することができる。スイッチング素子４２およびスイッチング素子４３によって、両方向の電流の通流、および遮断を制御することができる。
【０２８７】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態１０．  図３９は、実施の形態１０の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２８８】  実施の形態１０の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、第２のフィルタ回路４００である。
【０２８９】  第２のフィルタ回路４００は、ノードｆとノードｇとの間に直列に接続されたコンデンサ１５（第３のコンデンサ）と、コンデンサ１６（第４のコンデンサ）と、実施の形態１と同様のリアクトル１３，１４とを備える。コンデンサ１５の第１端子は、ノードｆと接続され、コンデンサ１５の第２端子は、ノードｂと異なるノードｋ（第１１のノード）と接続される。コンデンサ１６の第１端子は、ノードｇと接続され、コンデンサ１６の第２端子は、ノードｋと接続される。
【０２９０】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  実施の形態１１．  図４０は、実施の形態１１の電力変換装置１の構成を示す図である。
【０２９１】  実施の形態１１の電力変換装置１が、実施の形態１の電力変換装置１と相違する点は、実施の形態１１の電力変換装置１が、第２のフィルタ回路４００がコンデンサ１５，１６を備えない点である。第２のフィルタ回路４００は、実施の形態１と同様に、リアクトル１３，１４を備える。
【０２９２】  本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。  なお、上記実施の形態１〜１１では、交流電圧の位相と交流電流の位相とが同一の場合を例として説明したが、その限りではない。交流電圧の位相と交流電流の位相とがπだけずれていてもよい。さらに、交流電圧の位相と交流電流の位相のずれ量がπ以外であってもよい。このような場合でも、電力変換装置は、第２の双方向スイッチを備えることによって、第２の双方向スイッチを備えない場合に比べて、安定した動作を継続することができる。
【０２９３】  今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０２９４】  １  電力変換装置、２  直流電源、３，４，１５，１６  コンデンサ、５〜１２，９Ａ，１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，４０，４１，４２，４３  スイッチング素子、１３，１４，３６，３７  リアクトル、１７，１８  交流電源、１９，２０，２３，２４  電圧検出器、２１，２２  電流検出器、２７〜３４  駆動信号、１００  第１のフィルタ回路、２００  ブリッジ回路、３００  クランプ回路、４００  第２のフィルタ回路、５００  第４レグ、ＢＤ１，ＢＤ２  双方向スイッチ、ＳＷ  切替スイッチ、Ｄ５〜Ｄ１２，Ｄ９Ａ，Ｄ１０Ａ，Ｄ１１Ａ，Ｄ１２Ａ  ダイオード、ＲＧ１〜ＲＧ４  レグ、ａ〜ｋ  ノード。
【要約】  第１のフィルタ回路（１００）は、直流電源（２）の正極が接続される第１のノード（ａ）と第２のノード（ｂ）との間に配置された第１のコンデンサ（３）および第２のノード（ｂ）と直流電源（２）の負極が接続される第３のノード（ｃ）との間に配置された第２のコンデンサ（４）を含む。ブリッジ回路（２００）は、第１のノード（ａ）と第３のノード（ｃ）との間に並列に配置された第１レグ（ＲＧ１）および第２レグ（ＲＧ２）を含む。クランプ回路（３００）は、第１レグ（ＲＧ１）の中点である第４のノード（ｄ）と第２レグ（ＲＧ２）の中点である第５のノード（ｅ）との間に配置される第１の双方向スイッチ（ＢＤ１）を含む第３レグ（ＲＧ３）を含む。第１のリアクトル（１３）は、第４のノード（ｄ）および第６のノード（ｆ）と接続され、第２のリアクトル（１４）は、第５のノード（ｅ）および第７のノード（ｇ）と接続される。第４レグ（５００）は、第２のノード（ｂ）と、第４のノード（ｄ）または第５のノード（ｅ）との間に配置された第２の双方向スイッチ（ＢＤ２）を含む。【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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