(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のスイッチ回路と、前記第２のノードと第３のノードとの間に配置された第２のスイッチ回路とを含む第１レグと、
前記第１のノードと前記第３のノードとの間に配置された第１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２レグおよび第３レグを含むブリッジ回路と、
前記第２レグの中点である第４のノードと前記第３レグの中点である第５のノードとの間に配置される双方向スイッチを含む第４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、第７のノードに、前記第２の交流電源の第２端子が接続される、３レベル電力変換装置。
【請求項２】
前記第２のフィルタ回路は、さらに、
前記第２のノードと接続される第１端子と、第８のノードと接続される第２端子とを有する第３のリアクトルとを含み、
前記第１の交流電源の第１端子と前記第２の交流電源の第１端子とは、前記第８のノードに接続されることにより、前記第３のリアクトルを介して前記第２のノードに接続される、請求項１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項３】
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２のコンデンサおよび第３のコンデンサを含む、請求項２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項４】
前記第２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２のコンデンサの第２端子は、前記第８のノードに接続され、
前記第３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３のコンデンサの第２端子は、前記第８のノードに接続される、請求項３に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項５】
前記第２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３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２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項６】
前記双方向スイッチは、
前記第４のノードと第９のノードとの間に配置された第５のスイッチング素子と、
前記第９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９のノードに接続される、請求項５に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項７】
前記双方向スイッチは、
前記第４のノードと第９のノードとの間に配置された第５のスイッチング素子と、
前記第９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９のノードに接続される、請求項５に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項８】
前記双方向スイッチは、
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５に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項９】
前記第１のスイッチ回路は、
前記第１のノードと前記第２のノードとの間に配置された第７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のダイオードとを含み、
前記第２のスイッチ回路は、
前記第２のノードと前記第３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正極とが前記第２のノードに接続される、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１０】
前記第６のノードと第１０のノードとの間に前記第１の交流電源が接続され、
前記第１０のノードと前記第７のノードとの間に前記第２の交流電源が接続され、
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８のノードとの間に配置された第２のコンデンサと、前記第８のノードと前記第７のノードとの間に配置された第３のコンデンサとを含み、
前記第８のノードと前記第１０のノードとの間に配置された切替スイッチと、
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、前記切替スイッチがオフとなる、請求項９に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１１】
前記単相３線式動作時において、前記第８のスイッチング素子を、前記第７のスイッチング素子と相補的なタイミングでスイッチング制御する制御回路を備える、請求項１０に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１２】
前記単相２線式動作時において、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にオフとする制御回路を備える、請求項１０に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１３】
前記第２のコンデンサの前記第１端子の電位が正、前記第２のコンデンサの前記第２端子の電位が負、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、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、
前記制御回路は、
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１１または１２に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１４】
前記第２のコンデンサの前記第１端子の電位が負、前記第２のコンデンサの前記第２端子の電位が正、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、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、
前記制御回路は、
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１１〜１３のいずれか１項に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記第２のコンデンサの電圧の検出値と、前記第２のコンデンサの電圧の指令値とに基づいて、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の変調率を制御する、請求項１１に記載の３レベル電力変換装置。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記第３のコンデンサの電圧の検出値と、前記第３のコンデンサの電圧の指令値とに基づいて、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の変調率を制御する、請求項１１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、前記第１のリアクトルに流れる電流の検出値と、前記第１のリアクトルに流れる電流の指令値とに基づいて、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の変調率を制御する、請求項１１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、前記第２のリアクトルに流れる電流の検出値と、前記第２のリアクトルに流れる電流の指令値とに基づいて、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の変調率を制御する、請求項１１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、入力される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のスイッチ回路と、第２のノードと第３のノードとの間に配置された第２のスイッチ回路とを含む第１レグと、第１のノードと第３のノードとの間に配置された第１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２レグおよび第３レグを含むブリッジ回路と、第２レグの中点である第４のノードと第３レグの中点である第５のノードとの間に配置される双方向スイッチを含む第４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）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）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３】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】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スイッチング素子１１がオンのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図５】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スイッチング素子１２がオンのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図６】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スイッチング素子１１，１２がオフのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図７】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スイッチング素子１１がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図８】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スイッチング素子１２がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図９】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スイッチング素子１１，１２がオフのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図１０】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スイッチング素子１１がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図１１】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スイッチング素子１２がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【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スイッチング素子１１，１２がオフのときの還流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スイッチング素子１１がオンのときの電力伝送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スイッチング素子１２がオンのときの電力伝送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スイッチング素子１１，１２がオフのとき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スイッチング素子１１がオンのとき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スイッチング素子１２がオンのときのデッドタイム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スイッチング素子１１，１２がオフのときのデッドタイム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スイッチング素子１１がオンのときの還流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スイッチング素子１２がオンのとき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大きい場合のスイッチング素子１１，１２がオフのときの還流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スイッチング素子１１がオンのときの電力伝送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スイッチング素子１２がオンのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図２４】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スイッチング素子１１，１２がオフのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図２５】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スイッチング素子１１がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図２６】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スイッチング素子１２がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図２７】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スイッチング素子１１，１２がオフのとき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スイッチング素子１１がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図２９】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スイッチング素子１２がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図３０】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スイッチング素子１１，１２がオフのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図３１】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スイッチング素子１１がオンのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図３２】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スイッチング素子１２がオンのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図３３】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スイッチング素子１１，１２がオフのときの電力伝送期間の電流経路を表わす図である。
【図３４】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スイッチング素子１１がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図３５】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スイッチング素子１２がオンのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図３６】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スイッチング素子１１，１２がオフのときのデッドタイム期間の電流経路を表わす図である。
【図３７】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スイッチング素子１１がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図３８】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スイッチング素子１２がオンのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図３９】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スイッチング素子１１，１２がオフのときの還流期間の電流経路を表わす図である。
【図４０】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４１】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２０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【図４２】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４３】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４４】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時の電流経路を表わす図である。
【図４５】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４６】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４７】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４８】交流電源１７の電力と交流電源１８の電力の大小、交流電圧の符号、交流電流の符号、スイッチング素子１１とスイッチング素子１１のオン／オフごとの差分電流ＩＢの経路を表わす図である。
【図４９】コンデンサ１５の電圧が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。
【図５０】コンデンサ１６の電圧が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。
【図５１】リアクトル１３に流れる電流が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。
【図５２】リアクトル１４に流れる電流が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。
【図５３】シミュレーション結果の一例を表わす図である。
【図５４】シミュレーション結果の別の例を表わす図である。
【図５５】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５６】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５７】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５８】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５９】実施の形態８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、第１レグＲＧ１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１レグ５００と、電圧検出器１９，２３，２４と、電流検出器２１，２２，３６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ｈ（第８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ｃとの間に配置されたコンデンサ３（第１のコンデンサ）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ｃ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２レグＲＧ２および第３レグＲＧ３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２レグＲＧ２は、ノードａと、第２レグＲＧ２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２レグＲＧ２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３レグＲＧ３は、ノードａと、第３レグＲＧ３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３レグＲＧ３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双方向スイッチＢＤを含む第４レグＲＧ４を備える。クランプ回路３００は、ノードｂ（第２のノード）とノードｅとを短絡可能に構成される。
【００２０】
双方向スイッチＢＤ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ｉ（第９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ｉ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ｉ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２のコンデンサ）と、コンデンサ１６（第３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ｈ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ｈ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１３，１４，３７を備える。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
リアクトル３７（第３のリアクトル）は、ノードｂとノードｈとの間に配置される。リアクトル３７の第１端子が、ノードｂに接続される。リアクトル３７の第２端子が、ノードｈに接続される。
【００２５】
第１レグ５００（ＲＧ１）は、ノードａとノードｂとの間に配置された第１のスイッチ回路ＳＷ１と、ノードｂとノードｃとの間に配置された第２のスイッチ回路ＳＷ２とを含む。
【００２６】
第１のスイッチ回路ＳＷ１は、スイッチング素子１１（第８のスイッチング素子）と、ダイオードＤ１１（第８のダイオード）とを備える。
【００２７】
第２のスイッチ回路ＳＷ２は、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Ｄ１２（第７のダイオード）とを備える。
【００２８】
スイッチング素子１１は、ノードａとノードｂとの間に配置される。スイッチング素子１２は、ノードｂとノードｃとの間に配置される。スイッチング素子１１の正極がノードａに接続される。スイッチング素子１２の負極がノードｃに接続される。スイッチング素子１１の負極とスイッチング素子１２の正極とがノードｂ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。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。
【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とは、コンデンサ１６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。電流検出器３６は、リアクトル３７を流れる電流を検出する。
【００３０】
制御回路３５は、電圧検出器１９，２３，２４の出力信号と、電流検出器２１，２２，３６の出力信号とを受ける。制御回路３５は、スイッチング素子５，６，７，８，９，１１，１１，１２を駆動するための駆動信号２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４を出力する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
電力変換装置がスイッチ回路ＳＷ１とスイッチ回路ＳＷ２とを備えない場合には、交流電源１７の電力と交流電源１８の電力とが相違するときに、異なる電流が流れる経路が生成できない。そのため、電力変換装置は、単相３線式動作しない。本実施の形態の電力変換装置１は、スイッチ回路ＳＷ１とスイッチ回路ＳＷ２とを備えるので、単相３線式動作することができる。
【００３４】
図２は、実施の形態１の電力変換装置１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。
【００３５】
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、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とが示されている。駆動信号２７〜３４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。
【００３６】
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５，８，１０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。
【００３７】
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６，７，９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。スイッチング素子１１，１２は、交流電力指令値２０１の正負に関わりなく、スイッチング動作を継続する。
【００３８】
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。
【００３９】
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と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。
【００４０】
図３は、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【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。
【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。
【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。
【００４６】
（Ａ−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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
交流電源１７の電圧と交流電源１８は、例えばそれぞれ交流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。
【００５０】
（Ａ−１−１）電力伝送期間
図４、図５、図６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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【００５１】
図４には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００５２】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２のうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル１３、交流電源１７、リアクトル３７、スイッチング素子１１、スイッチング素子５、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【００５３】
図５には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００５４】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２のうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル１３、交流電源１７、リアクトル３７、スイッチング素子１２、直流電源２、スイッチング素子５、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによっても電力伝送が行われる。
【００５５】
図６には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００５６】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル１３、交流電源１７、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、スイッチング素子５、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【００５７】
（Ａ−１−２）デッドタイム期間
図７、図８、図９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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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】
図７には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００５９】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル３７、スイッチング素子１１、直流電源２、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、直流電源２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。
【００６０】
図８には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２のうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００６１】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル３７、スイッチング素子１２、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も、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【００６２】
図９には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００６３】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、直流電源２、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、直流電源２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】
（Ａ−１−３）還流期間
図１０、図１１、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還流期間の電流経路を表わす図である。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【００６５】
図１０には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００６６】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル３７、スイッチング素子１１、直流電源２、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、直流電源２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。
【００６７】
図１１には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００６８】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル３７、スイッチング素子１２、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も、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【００６９】
図１２には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００７０】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、直流電源２、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、直流電源２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。
【００７１】
還流期間が終了すると、（Ａ−１−２）と同様のデッドタイム期間に移行し、その後、（Ａ−１−１）の電力電送期間に戻る。
【００７２】
（Ａ−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。
【００７３】
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。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。
【００７４】
（Ａ−２−１）電力伝送期間
図１３、図１４、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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【００７５】
図１３には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００７６】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル１３、スイッチング素子６、直流電源２、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢも直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって電力伝送が行われる。
【００７７】
図１４には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００７８】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル１３、スイッチング素子６、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【００７９】
図１５には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００８０】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル１３、スイッチング素子６、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【００８１】
（Ａ−２−２）デッドタイム期間
図１６、図１７、図１８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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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】
図１６には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００８３】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【００８４】
図１７には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００８５】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、直流電源２、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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、直流電源２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。
【００８６】
図１８には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００８７】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、直流電源２、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、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、直流電源２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】
（Ａ−２−３）還流期間
図１９、図２０、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大きい場合の還流期間の電流経路を表わす図である。還流期間には、スイッチング素子６，７がオフを維持し、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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【００８９】
図１９には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【００９０】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【００９１】
図２０には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【００９２】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、直流電源２、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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、直流電源２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。
【００９３】
図２１には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【００９４】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、ダイオードＤ５、直流電源２、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、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、直流電源２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。
【００９５】
還流期間が終了すると、（Ａ−２−２）と同様のデッドタイム期間に移行し、その後、（Ａ−２−１）の電力電送期間に戻る。
【００９６】
（Ａ−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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（Ａ−３−１）電力伝送期間
図２２、図２３、図２４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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１００】
図２２には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１０１】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル１４、スイッチング素子８、直流電源２、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢも直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって電力伝送が行われる。
【０１０２】
図２３には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１０３】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル１４、スイッチング素子８、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【０１０４】
図２４には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１０５】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル１４、スイッチング素子８、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【０１０６】
（Ａ−３−２）デッドタイム期間
図２５、図２６、図２７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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１０７】
図２５には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１０８】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル１４、ダイオードＤ７、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【０１０９】
図２６には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１１０】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル１４、ダイオードＤ７、直流電源２、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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は、直流電源２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。
【０１１１】
図２７には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１１２】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル１４、ダイオードＤ７、直流電源２、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、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は、直流電源２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。
【０１１３】
（Ａ−３−３）還流期間
図２８、図２９、図３０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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１１４】
図２８には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１１５】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、ダイオードＤ７、スイッチング素子１１、リアクトル３７、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、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【０１１６】
図２９には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１１７】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、ダイオードＤ７、直流電源２、スイッチング素子１２、リアクトル３７、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は、直流電源２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。
【０１１８】
図３０には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１１９】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、ダイオードＤ７、直流電源２、ダイオードＤ１２、リアクトル３７、交流電源１８、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、直流電源２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。
【０１２０】
還流期間が終了すると、（Ａ−３−２）と同様のデッドタイム期間に移行し、その後、（Ａ−３−１）の電力電送期間に戻る。
【０１２１】
（Ａ−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。
【０１２２】
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。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。
【０１２３】
（Ａ−４−１）電力伝送期間
図３１、図３２、図３３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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１２４】
図３１には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１２５】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、リアクトル１４、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１１、スイッチング素子７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【０１２６】
図３２には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１２７】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、リアクトル１４、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１２、直流電源２、スイッチング素子７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢも直流電源２を通過する経路を流れるため、電流ＩＢによって電力伝送が行われる。
【０１２８】
図３３には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１２９】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、リアクトル１４、交流電源１８、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、スイッチング素子７、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るため、電流ＩＡによって電力伝送が行われる。電流ＩＢは直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢは還流する。
【０１３０】
（Ａ−４−２）デッドタイム期間
図３４、図３５、図３６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。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、スイッチング素子９がオフ状態を維持している。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１３１】
図３４には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１３２】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１１、直流電源２、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は、直流電源２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。
【０１３３】
図３５には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１３４】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１２、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も、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【０１３５】
図３６には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１３６】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、直流電源２、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は、直流電源２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。
【０１３７】
（Ａ−４−３）還流期間
図３７、図３８、図３９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。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。スイッチング素子１１，１２は、スイッチングによってオンとオフとの切替えを継続している。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。
【０１３８】
図３７には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１３９】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１１がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１１、直流電源２、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は、直流電源２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。
【０１４０】
図３８には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときの電流の流れが示されている。
【０１４１】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのうちスイッチング素子１２がオンのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、スイッチング素子１２、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も、直流電源２を通過する経路を流れずに、電流ＩＢも還流する。
【０１４２】
図３９には、スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフとなるスイッチング素子１１とスイッチング素子１２とのデッドタイム期間の電流の流れが示されている。
【０１４３】
スイッチング素子１１とスイッチング素子１２とがオフのときには、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、交流電源１８、交流電源１７、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、交流電源１８、リアクトル３７、ダイオードＤ１１、直流電源２、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は、直流電源２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。
【０１４４】
還流期間が終了すると、（Ａ−４−２）と同様のデッドタイム期間に移行し、その後、（Ａ−４−１）の電力電送期間に戻る。
【０１４５】
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）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。
【０１４６】
これによって、電流ＩＡが電源（直流電源２、コンデンサ３）を通過せずに還流しているときに、電流ＩＢが電源（直流電源２、コンデンサ３）を通過する状態を減らすことができる。その結果、電力変換装置１が安定に動作する。
【０１４７】
また、本実施の形態によれば、差分電流ＩＢが流れる電流経路に、リアクトル３７が含まれるので、その電流経路のインダクタンスを大きくすることができる。その結果、差分電流ＩＢのリプルを小さくすることができる。これによって、電力変換装置１に流れる電流変化を小さくすることができる。
【０１４８】
また、本実施の形態によれば、第１のフィルタ回路１００が１つのコンデンサのみを備えることによって、電力変換装置１が大型化するのを回避できるとともに、安定に動作することができる。なぜなら、第１のフィルタ回路１００が直列に接続された２つのコンデンサを備える場合には、２つのコンデンサの電圧のバランスがくずれると、電力変換装置１の動作が不安定になるからである。
【０１４９】
実施の形態２．
図４０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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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（第１０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。
【０１５２】
切替スイッチＳＷは、ノードｈ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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
図４１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２０１、および駆動信号２７〜３２を表わす図である。
【０１５７】
図４１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。
【０１５８】
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５，８，１０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。
【０１５９】
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６，７，９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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
制御回路３５は、電力変換装置１の単相２線式動作時において、たとえば、リアクトル１３を流れる電流を指令値になるようにスイッチング素子５〜１０のスイッチングを制御する。
【０１６２】
制御回路３５は、コンデンサ１５の電圧とコンデンサ１６の電圧の和が指令値になるように、スイッチング素子５〜１０のスイッチングを制御してもよい。ここで、検出されるリアクトル１３を流れる電流、コンデンサ１５の電圧、およびコンデンサ１６の電圧は、瞬間値または実効値が用いられることとしてもよい。
【０１６３】
（Ｂ−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２端子の電圧が正となり、第１端子の電圧が負となる。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。
【０１６４】
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。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１１，１２は、常時オフ状態である。
【０１６５】
（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。
【０１６６】
図４２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。
【０１６７】
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と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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
（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。
【０１７０】
図４３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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
（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。
【０１７４】
図４４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時の電流経路を表わす図である。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
（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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
（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。
【０１８２】
電力電送期間において、スイッチング素子５とスイッチング素子８とがスイッチングによってオフからオンに切り替わる。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
（Ｂ−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。
【０１８６】
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。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１１，１２は、常時オフ状態である。
【０１８７】
（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。
【０１８８】
図４５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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
（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。
【０１９２】
図４６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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
（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。
【０１９６】
図４７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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
（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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
（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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
実施の形態３．
図４８は、交流電源１７の電力と交流電源１８の電力の大小、交流電圧の符号、交流電流の符号、スイッチング素子１１とスイッチング素子１１のオン／オフごとの差分電流ＩＢの経路を表わす図である。
【０２０７】
図４８に示すように、交流電圧が正、交流電流が正、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きい場合において、電力電送の期間を長くするためには、スイッチング素子１２のオン時間を長くし、電力電送の期間を短くするためには、スイッチング素子１２のオン時間を短くする必要がある。
【０２０８】
交流電圧が正、交流電流が正、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さい場合において、電力電送の期間を長くするためには、スイッチング素子１１のオン時間を長くし、電力電送の期間を短くするためには、スイッチング素子１１のオン時間を短くする必要がある。
【０２０９】
交流電圧が負、交流電流が負、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きい場合において、電力電送の期間を長くするためには、スイッチング素子１１のオン時間を長くし、電力電送の期間を短くするためには、スイッチング素子１１のオン時間を短くする必要がある。
【０２１０】
交流電圧が負、交流電流が負、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも小さい場合において、電力電送の期間を長くするためには、スイッチング素子１２のオン時間を長くし、電力電送の期間を短くするためには、スイッチング素子１２のオン時間を短くする必要がある。
【０２１１】
つまり、交流電流の正負、交流電圧の正負、交流電源１７の電力と交流電源１８の電力の大小、および伝送したい電力が多量が少量かに応じて、スイッチング素子１１またはスイッチング素子１２のオン時間が５０％よりも長く、あるいは５０％よりも短くなるように制御する必要がある。以下では、コンデンサ１５の電圧、コンデンサ１６の電圧、リアクトル１３を流れる電流、またはリアクトル１４を流れる電流が指令値となるように、スイッチング素子１１，１２のオン時間を設定する方法について説明する。
【０２１２】
図４９は、コンデンサ１５の電圧が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。この制御ブロックは、制御回路３５に含まれる。
【０２１３】
制御ブロックは、減算器２２０３と、制御器２２０４と、三角波キャリア生成器２２０５と、比較器２２０６と、相補信号出力部２２０７とを備える。
【０２１４】
減算器２２０３は、コンデンサ１５の電圧の指令値ＲＶ１５からコンデンサ１５の電圧の検出値Ｖ１５を減算する。ここで、電圧の検出値Ｖ１５は、電圧検出器２３によって検出される。
【０２１５】
制御器２２０４は、減算器２２０３の出力を受ける。制御器２２０４は、たとえば、減算器２２０３の出力を比例積分制御、比例制御、または積分制御する。
【０２１６】
三角波キャリア生成器２２０５は、三角波を出力する。
比較器２２０６は、制御器２２０４の出力と三角波キャリアとを比較し、比較結果をスイッチング素子１１の駆動信号３３として出力する。
【０２１７】
相補信号出力部２２０７は、駆動信号３３にデッドタイムを加えた上で、その相補信号をスイッチング素子１２の駆動信号３４として出力する。
【０２１８】
図５０は、コンデンサ１６の電圧が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。この制御ブロックは、制御回路３５に含まれる。
【０２１９】
制御ブロックは、減算器３２０３と、制御器３２０４と、三角波キャリア生成器３２０５と、比較器３２０６と、相補信号出力部３２０７とを備える。
【０２２０】
減算器３２０３は、コンデンサ１６の電圧の指令値ＲＶ１６からコンデンサ１６の電圧の検出値Ｖ１６を減算する。ここで、電圧の検出値Ｖ１６は、電圧検出器２４によって検出される。
【０２２１】
制御器３２０４は、減算器３２０３の出力を受ける。制御器３２０４は、たとえば、減算器３２０３の出力を比例積分制御、比例制御、または積分制御する。
【０２２２】
三角波キャリア生成器３２０５は、三角波を出力する。
比較器３２０６は、制御器３２０４の出力と三角波キャリアとを比較し、比較結果をスイッチング素子１１の駆動信号３３として出力する。
【０２２３】
相補信号出力部３２０７は、駆動信号３３にデッドタイムを加えた上で、その相補信号をスイッチング素子１２の駆動信号３４として出力する。
【０２２４】
図５１は、リアクトル１３に流れる電流が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。この制御ブロックは、制御回路３５に含まれる。
【０２２５】
制御ブロックは、減算器４２０３と、制御器４２０４と、三角波キャリア生成器４２０５と、比較器４２０６と、相補信号出力部４２０７とを備える。
【０２２６】
減算器４２０３は、リアクトル１３に流れる電流の指令値ＲＩ１３からリアクトル１３に流れる電流の検出値Ｉ１３を減算する。ここで、電流の検出値Ｉ１３は、電流検出器２１によって検出される。
【０２２７】
制御器４２０４は、減算器４２０３の出力を受ける。制御器４２０４は、たとえば、減算器４２０３の出力を比例積分制御、比例制御、または積分制御する。
【０２２８】
三角波キャリア生成器４２０５は、三角波を出力する。
比較器４２０６は、制御器４２０４の出力と三角波キャリアとを比較し、比較結果をスイッチング素子１１の駆動信号３３として出力する。
【０２２９】
相補信号出力部４２０７は、駆動信号３３にデッドタイムを加えた上で、その相補信号をスイッチング素子１２の駆動信号３４として出力する。
【０２３０】
図５２は、リアクトル１４に流れる電流が指令値になるようにするためのスイッチング素子１１，１２の駆動信号３３，３４を生成する制御ブロックを表わす図である。この制御ブロックは、制御回路３５に含まれる。
【０２３１】
制御ブロックは、減算器５２０３と、制御器５２０４と、三角波キャリア生成器５２０５と、比較器５２０６と、相補信号出力部５２０７とを備える。
【０２３２】
減算器５２０３は、リアクトル１４に流れる電流の指令値ＲＩ１４からリアクトル１４に流れる電流の検出値Ｉ１４を減算する。ここで、電流の検出値Ｉ１４は、電流検出器２２によって検出される。
【０２３３】
制御器５２０４は、減算器５２０３の出力を受ける。制御器５２０４は、たとえば、減算器５２０３の出力を比例積分制御、比例制御、または積分制御する。
【０２３４】
三角波キャリア生成器５２０５は、三角波を出力する。
比較器５２０６は、制御器５２０４の出力と三角波キャリアとを比較し、比較結果をスイッチング素子１１の駆動信号３３として出力する。
【０２３５】
相補信号出力部５２０７は、駆動信号３３にデッドタイムを加えた上で、その相補信号をスイッチング素子１２の駆動信号３４として出力する。
【０２３６】
図５３は、シミュレーション結果の一例を表わす図である。
図５３には、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きい場合に、コンデンサ１５の電圧（＝交流電源１７の電圧）が指令値となるように制御したときの複数の波形が示されている。
【０２３７】
具体的には、交流電源１７の電圧波形２３０１と、交流電源１８の電圧波形２３０２と、リアクトル１３に流れる電流Ｉ３と、リアクトル１４に流れる電流Ｉ１４と、電流Ｉ１３と電流Ｉ１４の差分電流ＩＢと、スイッチング素子１２の変調率ＭＰと、スイッチング素子５〜１０の制御指令値２３０７が示されている。
【０２３８】
図４８に示すように、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きく、交流電源１７の電圧波形２３０１が正、かつリアクトル１３の電流Ｉ１３が正の期間において、差分電流ＩＢによって電力伝送ができるのは、スイッチング素子１２がオンしている期間のみである。図４９の制御ブロックによって、この期間において、図５３に示すように、スイッチング素子１２の変調率ＭＰが５０％を超えるように設定される。つまり、この期間において、スイッチング素子１２のオン時間の方がスイッチング素子１１のオン時間よりも長く設定されることによって、電力伝送期間が長く設定されている。
【０２３９】
一方、図４８に示すように、交流電源１７の電力が交流電源１８の電力よりも大きく、交流電源１７の電圧波形２３０１が負、かつリアクトル１３の電流Ｉ１３が負の期間において、差分電流ＩＢによって電力伝送ができるのは、スイッチング素子１１がオンしている期間のみである。図４９の制御ブロックによって、この期間においては、図５３に示すように、スイッチング素子１２の変調率ＭＰは、５０％未満である。つまり、この期間において、スイッチング素子１１のオン時間の方がスイッチング素子１２のオン時間よりも長く設定されることによって、電力伝送期間が長く設定されている。
【０２４０】
図５４は、シミュレーション結果の別の例を表わす図である。
図５４は、交流電源１８の電力の方が交流電源１７の電力よりも大きい場合に、コンデンサ１５の電圧（＝交流電源１７の電圧）が指定値となるように制御したときの複数の波形が示されている。
【０２４１】
具体的には、交流電源１７の電圧波形２３０１と、交流電源１８の電圧波形２３０２と、リアクトル１３に流れる電流Ｉ３と、リアクトル１４に流れる電流Ｉ１４と、電流Ｉ１３と電流Ｉ１４の差分電流ＩＢと、スイッチング素子１２の変調率ＭＰと、スイッチング素子５〜１０の制御指令値２３０７が示されている。
【０２４２】
図４８に示すように、交流電源１８の電力の方が交流電源１７の電力よりも大きく、交流電源１７の電圧波形２３０１が正、かつリアクトル１３の電流Ｉ１３が正の期間において、差分電流ＩＢによって電力伝送ができるのは、スイッチング素子１１がオンしている期間のみである。図４９の制御ブロックによって、この期間において、図５４に示すように、スイッチング素子１２の変調率ＭＰが５０％未満となるように設定される。つまり、この期間において、スイッチング素子１１のオン時間の方がスイッチング素子１２のオン時間よりも長く設定されることによって、電力伝送期間が長く設定されている。
【０２４３】
一方、図４８に示すように、交流電源１８の電力の方が交流電源１７の電力よりも大きく、交流電源１７の電圧波形２３０１が負、かつリアクトル１３の電流Ｉ１３が負の期間において、差分電流ＩＢによって電力伝送ができるのは、スイッチング素子１２がオンしている期間のみである。図４９の制御ブロックによって、この期間においては、図５４に示すように、スイッチング素子１２の変調率ＭＰが５０％を超えるように設定される。つまり、この期間において、スイッチング素子１２のオン時間の方がスイッチング素子１１のオン時間よりも長く設定されることによって、電力伝送期間が長く設定されている。
【０２４４】
以上のように、本実施の形態によれば、スイッチング素子１１，１２のオン時間を設定することによって、クランプ回路を有する３レベル電力変換装置は、安定して単相三線式動作することができる。
【０２４５】
実施の形態４．
図５５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。
【０２４６】
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、クランプ回路３００である。
【０２４７】
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双方向スイッチＢＤを含む第４レグＲＧ４を備える。
【０２４８】
双方向スイッチＢＤ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ｉとの間に配置される。スイッチング素子１０Ａ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ｉ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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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５６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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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双方向スイッチＢＤを含む第４レグＲＧ４を備える。
【０２５３】
双方向スイッチＢＤ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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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がＩＧＢＴで構成される場合には、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。
【０２５６】
スイッチング素子４０，４１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。
【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６．
図５７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。
【０２５８】
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、第２のフィルタ回路４００である。
【０２５９】
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２のコンデンサ）と、コンデンサ１６（第３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。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１３，１４，３７を備える。
【０２６０】
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５８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。
【０２６１】
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、実施の形態７の電力変換装置１の第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１３，１４，３７を備える。
【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８．
図５９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。
【０２６３】
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、実施の形態８の電力変換装置１の第２のフィルタ回路４００が、リアクトル３７を備えない点である。
【０２６４】
リアクトル３７によって、差分電流ＩＢの電流リプルを減少させることができるが、差分電流ＩＢの電流リプルの影響が小さい場合には、第２のフィルタ回路４００が、リアクトル３７を備えないものとすることができる。
【０２６５】
なお、上記実施の形態１〜８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、双方向スイッチを備えることによって、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。
【０２６６】
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】
【０２６７】
１  電力変換装置、２  直流電源、３，１５，１６  コンデンサ、５〜１２，９Ａ，１０Ａ，４０，４１  スイッチング素子、１３，１４，３７  リアクトル、１７，１８  交流電源、１９，２３，２４  電圧検出器、２１，２２，３６  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１レグ、２２０３，３２０３，４２０３，５２０３  減算器、２２０４，３２０４，４２０４，５２０４  制御器、２２０５，３２０５，４２０５，５２０５  三角波キャリア生成器、２２０６，３２０６，４２０６，５２０６  比較器、２２０７，３２０７，４２０７，５２０７  相補信号出力部、ＢＤ  双方向スイッチ、ＳＷ  切替スイッチ、Ｄ５〜Ｄ１２，Ｄ９Ａ，Ｄ１０Ａ  ダイオード、ＲＧ１〜ＲＧ４  レグ、ａ〜ｋ  ノード。
【要約】
第１レグ（５００）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のスイッチ回路（ＳＷ１）と、第２のノード（ｂ）と第３のノード（ｃ）との間に配置された第２のスイッチ回路（ＳＷ２）とを含む。第１のフィルタ回路（１００）は、第１のコンデンサ（３）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２レグ（ＲＧ２）および第３レグ（ＲＧ３）を含む。クランプ回路（３００）は、第２レグ（ＲＧ２）の中点である第４のノード（ｄ）と第３レグ（ＲＧ３）の中点である第５のノード（ｅ）との間に配置される双方向スイッチ（ＢＤ）を含む。第２のフィルタ回路（４００）は、第１のリアクトル（１３）と第２のリアクトル（１４）とを含む。【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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【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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