(57)【要約】【課題】簡略な装置構成で小型で安価な３レベルコンバータを得る。【解決手段】３レベルインバータ２の４個のスイッチング素子の内、外側の２個を省略して、２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、４個のフリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４、及び２個のクランプダイオードＤＣ１、ＤＣ２で３レベルコンバータ１を構成し、交流電源３側にリアクトル４を配して、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれの期間において昇圧チョッパ動作させるように制御する。【選択図】        図１
2004173455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続され該交流電源の交流電圧を３レベルの直流電圧に変換する中性点クランプ型コンバータと、正極側直流端子Ｐ、負極側直流端子Ｎおよび中性点Ｃから成る３レベルの直流回路とを備えた電力変換装置において、上記中性点クランプ型コンバータが、負極が上記交流電源の相端子に接続され第１のダイオードが逆並列接続された第１のスイッチング素子と、正極が上記交流電源の相端子に接続され第２のダイオードが逆並列接続された第２のスイッチング素子と、上記第１のスイッチング素子の正極と上記正極側直流端子Ｐとの間に接続された第３のダイオードと、上記第２のスイッチング素子の負極と上記負極側直流端子Ｎとの間に接続された第４のダイオードと、上記中性点Ｃと上記第１のスイッチング素子の正極との間に接続された第１のクランプダイオードと、上記中性点Ｃと上記第２のスイッチング素子の負極との間に接続された第２のクランプダイオードとで構成され、上記中性点クランプ型コンバータの上記交流電源の相端子側にインダクタンス要素を配し、上記交流電源の相電圧が正極性の期間は、上記第２のスイッチング素子をオン、オフ制御し、上記交流電源の相電圧が負極性の期間は、上記第１のスイッチング素子をオン、オフ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源に接続され該交流電源の交流電圧を３レベルの直流電圧に変換する中性点クランプ型コンバータと、正極側直流端子Ｐ、負極側直流端子Ｎおよび中性点Ｃから成る３レベルの直流回路とを備えた電力変換装置において、上記中性点クランプ型コンバータが、上記交流電源の相端子と上記正極側直流端子Ｐとの間に、正極を該交流電源側に配して直列接続された第１、第３のダイオードと、上記交流電源の相端子と上記負極側直流端子Ｎとの間に、負極を該交流電源側に配して直列接続された第２、第４のダイオードと、正極が上記第１、第３のダイオードの互いの接続点に接続され、負極が上記中性点Ｃに接続された第１のスイッチング素子と、負極が上記第２、第４のダイオードの互いの接続点に接続され、正極が上記中性点Ｃに接続された第２のスイッチング素子とで構成され、上記中性点クランプ型コンバータの上記交流電源の相端子側にインダクタンス要素を配し、上記交流電源の相電圧が正極性の期間は、上記第１のスイッチング素子をオン、オフ制御し、上記交流電源の相電圧が負極性の期間は、上記第２のスイッチング素子をオン、オフ制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
上記交流電源の相電圧が所定の０Ｖ付近の範囲となる期間は、上記第１、第２のスイッチング素子を同時にオン、オフ制御することを特徴とする請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記中性点クランプ型コンバータの上記交流電源の相端子側に配したインダクタンス要素を変圧器で構成し、上記変圧器の変圧比を、上記中性点クランプ型コンバータにおける最大昇圧比の逆数としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
ダイオードが逆並列接続された４個のスイッチング素子と２個のクランプダイオードとで構成され、上記直流回路からの直流電圧を３レベルの交流電圧に変換する中性点クランプ型インバータを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、３レベルの電圧を出力する中性点クランプ型電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の中性点クランプ型電力変換装置は、自己消弧可能な４個のスイッチング素子Ｇｐ、Ｇｐｃ、Ｇｎｃ、Ｇｎが直列接続され、これらスイッチング素子Ｇｐ、Ｇｐｃ、Ｇｎｃ、Ｇｎと逆並列にフリーホイールダイオードが接続されている。正側の外側素子Ｇｐと内側素子Ｇｐｃの接続点と、負側の外側素子Ｇｎと内側素子Ｇｎｃの接続点との間にクランプダイオードＤｃｐ、Ｄｃｎが接続されている。また、正側母線Ｐと外側素子Ｇｐの間、及び負側母線Ｎと外側素子Ｇｎの間にアノードリアクトルＬｐあるいはＬｎが設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０８３６１号公報（第４頁、第３、４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の中性点クランプ型電力変換装置は、交流／直流の双方向電力変換の機能を有して、３レベルインバータ及び３レベルコンバータとして用いられる。３レベルインバータとして機能する際には、相電圧で３値、線間電圧で５値を出力するため、波形が正弦波により近くなり、高調波が低減できるものであった。しかしながら、３レベルインバータとして機能するために必要な４個のスイッチング素子を備えているため、３レベルコンバータとしてのみ用いる場合、装置構成が複雑で高価であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、簡略な装置構成で小型で安価な３レベルコンバータを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、負極が上記交流電源の相端子に接続され第１のダイオードが逆並列接続された第１のスイッチング素子と、正極が上記交流電源の相端子に接続され第２のダイオードが逆並列接続された第２のスイッチング素子と、上記第１のスイッチング素子の正極と上記正極側直流端子Ｐとの間に接続された第３のダイオードと、上記第２のスイッチング素子の負極と上記負極側直流端子Ｎとの間に接続された第４のダイオードと、上記中性点Ｃと上記第１のスイッチング素子の正極との間に接続された第１のクランプダイオードと、上記中性点Ｃと上記第２のスイッチング素子の負極との間に接続された第２のクランプダイオードとで中性点クランプ型コンバータを構成する。そして、この中性点クランプ型コンバータの上記交流電源の相端子側にインダクタンス要素を配し、上記交流電源の相電圧が正極性の期間は、上記第２のスイッチング素子をオン、オフ制御し、上記交流電源の相電圧が負極性の期間は、上記第１のスイッチング素子をオン、オフ制御するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置の構成図である。
図に示すように、電力変換装置は、中性点クランプ型コンバータとしての３レベルコンバータ１と、中性点クランプ型インバータとしての３レベルインバータ２とを備える。なお、３レベルコンバータ１、３レベルインバータ２共、ここでは１相分を示す。３レベルコンバータ１の交流端子は、インダクタンス要素としてのリアクトル４を介して交流電源３の相端子に接続され、正極、中性点及び負極の直流端子は、直列接続された直流コンデンサＣｐ、Ｃｎで構成される直流回路の正極、中性点及び負極の直流端子Ｐ、Ｃ、Ｎに接続される。
また、３レベルコンバータ１は、負極が交流電源３の相端子に接続され第１のフリーホイールダイオードＦＤ１が逆並列接続された第１のスイッチング素子Ｔ１と、正極が交流電源３の相端子に接続され第２のフリーホイールダイオードＦＤ２が逆並列接続された第２のスイッチング素子Ｔ２との、自己消弧可能な、例えばＩＧＢＴ等の２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２を備える。第１のスイッチング素子Ｔ１の正極と正極側直流端子Ｐとの間に第３のフリーホイールダイオードＦＤ３を、第２のスイッチング素子Ｔ２の負極と負極側直流端子Ｎとの間に第４のフリーホイールダイオードＦＤ４を備え、さらに、中性点Ｃと第１のスイッチング素子Ｔ１の正極との間に第１のクランプダイオードＤＣ１を、中性点Ｃと第２のスイッチング素子Ｔ２の負極との間に第２のクランプダイオードＤＣ２を備える。
【０００８】
また、３レベルインバータ２は、従来の中性点クランプ型電力変換装置と同様の構成であり、自己消弧可能な４個のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１４が直列接続され、これらスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１４と逆並列にフリーホイールダイオードＦＤ１１〜ＦＤ１４が接続され、正側の外側素子Ｔ１１と内側素子Ｔ１２との接続点と、負側の外側素子Ｔ１４と内側素子Ｔ１３との接続点との間にクランプダイオードＤＣ１１、ＤＣ１２が接続され、これらクランプダイオードＤＣ１１とＤＣ１２との接続点が中性点Ｃに接続され、さらに交流端子はモータ５に接続される。
【０００９】
図２は、第１、第２のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２のゲート制御回路の構成図である。
図に示すように、ゲート制御回路は、電圧検出変圧器７、比較器８、ＰＷＭ回路９、ＮＯＴ回路１０、およびＡＮＤ回路１１、１２を備えて、第１、第２のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ駆動する第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ１、ＳＴ２を発生する。
交流電源３の相電圧Ｖｓ、比較器８、ＰＷＭ回路９からの各発生信号Ｓ８、Ｓ９、および第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ１、ＳＴ２を図３に示す。また、３レベルコンバータ１内の電流の流れを図１において▲１▼〜▲４▼で示す。
【００１０】
このように構成される電力変換装置において、交流電圧を３レベルの直流電圧に変換する３レベルコンバータ１の動作について、図１〜図３に基づいて以下に説明する。
電圧検出変圧器７は、交流電源３の相電圧Ｖｓを検出し、この出力電圧は比較器８にて０レベルで比較され、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に１（Ｈｉｇｈ）となる信号Ｓ８を出力する。ＰＷＭ回路９はパルス幅が変調された出力信号Ｓ９を出力し、この信号Ｓ９と、比較器８の出力信号Ｓ８をＮＯＴ回路１０にて符号反転した信号との論理積をＡＮＤ回路１１にて演算し、交流電源３の相電圧Ｖｓが負極性の期間に第１のスイッチング素子Ｔ１を駆動する第１のゲートパルス信号ＳＴ１を発生する。また、ＰＷＭ回路９の出力信号Ｓ９と、比較器８の出力信号Ｓ８との論理積をＡＮＤ回路１２にて演算し、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に第２のスイッチング素子Ｔ２を駆動する第２のゲートパルス信号ＳＴ２を発生する。
【００１１】
交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に、第２のスイッチング素子Ｔ２がオンすると、図１の電流路▲１▼に示すように、交流電源３からリアクトル４を介して第２のスイッチング素子Ｔ２、第２のクランプダイオードＤＣ２を通り、中性点Ｃへ電流が流れる。続いて、第２のスイッチング素子Ｔ２がオフすると、電流路▲２▼に示すように、交流電源３からリアクトル４を介して第１のフリーホイールダイオードＦＤ１、第３のフリーホイールダイオードＦＤ３を通り、正極側直流端子Ｐへ電流が流れる。
次に、交流電源３の相電圧Ｖｓが負極性の期間に、第１のスイッチング素子Ｔ１がオンすると、電流路▲３▼に示すように、中性点Ｃから第１のクランプダイオードＤＣ１、第１のスイッチング素子Ｔ１を通り、リアクトル４を介して交流電源３へ電流が流れる。続いて、第１のスイッチング素子Ｔ１がオフすると、電流路▲４▼に示すように、負極側直流端子Ｎから第４のフリーホイールダイオードＦＤ４、第２のフリーホイールダイオードＦＤ２を通り、リアクトル４を介して交流電源３へ電流が流れる。
【００１２】
このように、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれの期間において、第２（あるいは第１）のスイッチング素子Ｔ２（あるいはＴ１）をオンしてリアクトル４に電磁エネルギを蓄積し、続いてスイッチング素子Ｔ２（あるいはＴ１）をオフすることにより、リアクトル４に蓄積された電磁エネルギを直流端子Ｐ（あるいはＮ）に放出する昇圧チョッパ動作を行う。このとき、直流端子ＰＮ間の直流電圧Ｖｄは、交流電源３の相電圧Ｖｓのピーク値以上、即ち、Ｖｄ≧√２・Ｖｓとなる。
【００１３】
この実施の形態では、双方向ではなく、交流電圧を３レベルの直流電圧に一方向に変換する３レベルコンバータを、２個のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、４個のフリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４、及び２個のクランプダイオードＤＣ１、ＤＣ２で構成し、交流電源３側にリアクトル４を配して、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれの期間において昇圧チョッパ動作させるように制御した。このため、装置構成が簡略化でき、小型で安価な３レベルコンバータ１を得ることができる。また、このような３レベルコンバータ１を、３レベルインバータ２と組み合わせることにより、電力変換装置全体の装置構成も簡略化でき、小型で安価な電力変換装置が得られる。
【００１４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、交流電源３の相電圧Ｖｓの極性に応じて第１または第２のスイッチング素子をオン、オフ制御したが、この実施の形態では、ゲート制御回路に２個の比較器８ａ、８ｂを設け、相電圧Ｖｓが０Ｖ付近では、第１、第２のスイッチング素子を同時にオン、オフ制御させる。
図４に示すように、電圧検出変圧器７の出力電圧Ｖｓ’を２個の比較器８ａ、８ｂにて、それぞれお互いに逆極性の検出レベル信号Ｖａおよび−Ｖａと比較し、図５に示すように、比較器８ｂでは電圧Ｖｓ’が信号−Ｖａ以上のとき１（Ｈｉｇｈ）となる信号Ｓ８ｂを発生する。また比較器８ａの出力信号をＮＯＴ回路１０にて符号反転して、電圧Ｖｓ’が信号Ｖａ以下のとき１（Ｈｉｇｈ）となる信号Ｓ８ａを発生する。なお、検出レベル信号Ｖａは、電圧Ｖｓ’の最大値に比して十分小さい値とする。ＰＷＭ回路９はパルス幅が変調された出力信号Ｓ９を出力し、この信号Ｓ９と、信号Ｓ８ａ、Ｓ８ｂとの論理積をそれぞれＡＮＤ回路１１、１２にて演算し、第１、第２のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２を駆動する第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ１、ＳＴ２を発生する。
【００１５】
このとき、交流電源３の相電圧Ｖｓが負極性の期間にオン、オフ制御される第１のスイッチング素子Ｔ１、および交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間にオン、オフ制御される第２のスイッチング素子Ｔ２は、相電圧Ｖｓが所定の０Ｖ付近の範囲（電圧Ｖｓ’に対する範囲（−Ｖａ〜Ｖａ）に対応する範囲）において、ゲートパルス信号ＳＴ１、ＳＴ２が一致するため、同時にオン、オフ制御される。
このように、交流電源３の相電圧Ｖｓが０Ｖ付近では、第１、第２のスイッチング素子Ｔ１、Ｔ２を同時にオン、オフ制御するようにしたため、相電圧Ｖｓが仮に０Ｖ付近で歪んで極性判別が不十分な場合にも、上記実施の形態１で示した昇圧チョッパ動作、即ち、第２（あるいは第１）のスイッチング素子Ｔ２（あるいはＴ１）をオンしてリアクトル４に電磁エネルギを蓄積し、続いてスイッチング素子Ｔ２（あるいはＴ１）をオフすることにより、リアクトル４に蓄積された電磁エネルギを直流端子Ｐ（あるいはＮ）に放出する昇圧チョッパ動作を安定して行うことができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態１、２では電力変換装置の１相分を示したが図６に３レベルコンバータ１の３相分全体を示す。図６に示すように、３レベルコンバータは３相結線して用いられ、交流電源３の各相の相電圧に応じて各相の３レベルコンバータを上記実施の形態１、２と同様に制御して動作させる。これにより、装置構成が簡略化でき、小型で安価な３相３レベルコンバータを得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。図７はこの発明の実施の形態３による電力変換装置の構成図である。
図に示すように、電力変換装置は、中性点クランプ型コンバータとしての３レベルコンバータ１と、中性点クランプ型インバータとしての３レベルインバータ２とを備える。なお、３レベルコンバータ１、３レベルインバータ２共、ここでは１相分を示す。３レベルコンバータ１の交流端子は、インダクタンス要素としてのリアクトル４を介して交流電源３の相端子に接続され、正極、中性点及び負極の直流端子は、直列接続された直流コンデンサＣｐ、Ｃｎで構成される直流回路の正極、中性点及び負極の直流端子Ｐ、Ｃ、Ｎに接続される。
また、３レベルコンバータ１は、交流電源３の相端子と正極側直流端子Ｐとの間に、正極を交流電源側に配して直列接続された第１、第３のダイオードＦＤ１、ＦＤ３と、交流電源３の相端子と上記負極側直流端子Ｎとの間に、負極を交流電源側に配して直列接続された第２、第４のダイオードＦＤ２、ＦＤ４とを備える。また、正極が第１、第３のダイオードＦＤ１、ＦＤ３の互いの接続点に接続され、負極が上記中性点Ｃに接続された第１のスイッチング素子Ｔ５と、負極が上記第２、第４のダイオードＦＤ２、ＦＤ４の互いの接続点に接続され、正極が上記中性点Ｃに接続された第２のスイッチング素子Ｔ６との、自己消弧可能な、例えばＩＧＢＴ等の２個のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６を備える。
【００１８】
また、３レベルインバータ２は、従来の中性点クランプ型電力変換装置と同様の構成であり、自己消弧可能な４個のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１４が直列接続され、これらスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１４と逆並列にフリーホイールダイオードＦＤ１１〜ＦＤ１４が接続され、正側の外側素子Ｔ１１と内側素子Ｔ１２との接続点と、負側の外側素子Ｔ１４と内側素子Ｔ１３との接続点との間にクランプダイオードＤＣ１１、ＤＣ１２が接続され、これらクランプダイオードＤＣ１１とＤＣ１２との接続点が中性点Ｃに接続され、さらに交流端子はモータ５に接続される。
【００１９】
図８は、第１、第２のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６のゲート制御回路の構成図である。
図に示すように、ゲート制御回路は、上記実施の形態１と同様に、電圧検出変圧器７、比較器８、ＰＷＭ回路９、ＮＯＴ回路１０、およびＡＮＤ回路１１、１２を備えて、第１、第２のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６をそれぞれ駆動する第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ５、ＳＴ６を発生する。
交流電源３の相電圧Ｖｓ、比較器８、ＰＷＭ回路９からの各発生信号Ｓ８、Ｓ９、および第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ５、ＳＴ６を図９に示す。また、３レベルコンバータ１内の電流の流れを図７において▲１▼〜▲４▼で示す。
【００２０】
このように構成される電力変換装置において、交流電圧を３レベルの直流電圧に変換する３レベルコンバータ１の動作について、図７〜図９に基づいて以下に説明する。
電圧検出変圧器７は、交流電源３の相電圧Ｖｓを検出し、この出力電圧は比較器８にて０レベルで比較され、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に１（Ｈｉｇｈ）となる信号Ｓ８を出力する。ＰＷＭ回路９はパルス幅が変調された出力信号Ｓ９を出力し、この信号Ｓ９と、比較器８の出力信号Ｓ８をＮＯＴ回路１０にて符号反転した信号との論理積をＡＮＤ回路１１にて演算し、交流電源３の相電圧Ｖｓが負極性の期間に第２のスイッチング素子Ｔ６を駆動する第２のゲートパルス信号ＳＴ６を発生する。また、ＰＷＭ回路９の出力信号Ｓ９と、比較器８の出力信号Ｓ８との論理積をＡＮＤ回路１２にて演算し、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に第１のスイッチング素子Ｔ５を駆動する第１のゲートパルス信号ＳＴ５を発生する。
【００２１】
交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性の期間に、第１のスイッチング素子Ｔ５がオンすると、図７の電流路▲１▼に示すように、交流電源３からリアクトル４を介して第１のフリーホイールダイオードＦＤ１、第１のスイッチング素子Ｔ５を通り、中性点Ｃへ電流が流れる。続いて、第１のスイッチング素子Ｔ５がオフすると、電流路▲２▼に示すように、交流電源３からリアクトル４を介して第１のフリーホイールダイオードＦＤ１、第３のフリーホイールダイオードＦＤ３を通り、正極側直流端子Ｐへ電流が流れる。
次に、交流電源３の相電圧Ｖｓが負極性の期間に、第２のスイッチング素子Ｔ６がオンすると、電流路▲３▼に示すように、中性点Ｃから第２のスイッチング素子Ｔ６、第２のフリーホイールダイオードＦＤ２を通り、リアクトル４を介して交流電源３へ電流が流れる。続いて、第２のスイッチング素子Ｔ６がオフすると、電流路▲４▼に示すように、負極側直流端子Ｎから第４のフリーホイールダイオードＦＤ４、第２のフリーホイールダイオードＦＤ２を通り、リアクトル４を介して交流電源３へ電流が流れる。
【００２２】
このように、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれの期間において、第１（あるいは第２）のスイッチング素子Ｔ５（あるいはＴ６）をオンしてリアクトル４に電磁エネルギを蓄積し、続いてスイッチング素子Ｔ５（あるいはＴ６）をオフすることにより、リアクトル４に蓄積された電磁エネルギを直流端子Ｐ（あるいはＮ）に放出する昇圧チョッパ動作を行う。このとき、直流端子ＰＮ間の直流電圧Ｖｄは、交流電源３の相電圧Ｖｓのピーク値以上、即ち、Ｖｄ≧√２・Ｖｓとなる。
【００２３】
この実施の形態では、双方向ではなく、交流電圧を３レベルの直流電圧に一方向に変換する３レベルコンバータを、２個のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６、４個のフリーホイールダイオードＦＤ１〜ＦＤ４で構成し、交流電源３側にリアクトル４を配して、交流電源３の相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれの期間において昇圧チョッパ動作させるように制御した。このため、装置構成が簡略化でき、小型で安価な３レベルコンバータ１を得ることができる。また、このような３レベルコンバータ１を、３レベルインバータ２と組み合わせることにより、電力変換装置全体の装置構成も簡略化でき、小型で安価な電力変換装置が得られる。また、第１のフリーホイールダイオードＦＤ１と第２のフリーホイールダイオードＦＤ２とは、それぞれ交流電源３の相電圧Ｖｓの半サイクル期間毎にオンを継続するため、上記実施の形態１に比してフリーホイールダイオードＦＤ１、ＦＤ２のオン、オフスイッチング回数が減少し、リカバリ損失が減少する。
【００２４】
なお、第１、第２のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６に、それぞれクランプダイオードを逆並列接続しても良く、その場合、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴモジュールが適用できる。
また、この場合も図では１相分を示したが、３レベルコンバータ１は３相結線して用いられ、交流電源３の各相の相電圧に応じて各相の３レベルコンバータを上記実施の形態１、２と同様に制御して動作させる。これにより、装置構成が簡略化でき、小型で安価な３相３レベルコンバータを得ることができる。
【００２５】
また、この実施の形態においても、上記実施の形態２が適用できる。即ち、図１０に示すように、ゲート制御回路に２個の比較器８ａ、８ｂを設けて、図１１に示すように、相電圧Ｖｓが所定の０Ｖ付近の範囲で、第１、第２のゲートパルス信号ＳＴ５、ＳＴ６を一致させて、第１、第２のスイッチング素子Ｔ５、Ｔ６を同時にオン、オフ制御するようにしても良い。これにより、相電圧Ｖｓが仮に０Ｖ付近で歪んで極性判別が不十分な場合にも、上記実施の形態３で示した昇圧チョッパ動作、即ち、第１（あるいは第２）のスイッチング素子Ｔ５（あるいはＴ６）をオンしてリアクトル４に電磁エネルギを蓄積し、続いてスイッチング素子Ｔ５（あるいはＴ６）をオフすることにより、リアクトル４に蓄積された電磁エネルギを直流端子Ｐ（あるいはＮ）に放出する昇圧チョッパ動作を安定して行うことができる。
【００２６】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。図１２はこの発明の実施の形態４による電力変換装置の構成図である。
図に示すように、上記実施の形態１で示した電力変換装置において、インダクタンス要素として変圧比ｎ（＝Ｖｔ／Ｖｓ）の変圧器１３を備え、３レベルコンバータ１の交流端子を、変圧器１３を介して交流電源３の相端子に接続する。
相電圧Ｖｓが正極性、負極性のそれぞれにおいて昇圧チョッパ動作をする３レベルコンバータ１の最大昇圧比ＡｍａｘをＡｍａｘ＝Ｖｄ／（√２・Ｖｔ）で定義すると、以下の関係式が得られる。なお、Ｖｄは直流端子ＰＮ間の直流電圧である。
2004173455.tif 000003
【００２７】
このため、変圧器１３の変圧比ｎ（＝Ｖｔ／Ｖｓ）を最大昇圧比Ａｍａｘの逆数（＝１／Ａｍａｘ）に設定することにより、Ｖｄ＝（√２・Ｖｓ）となる。このように、３レベルコンバータ１により昇圧されても、最大昇圧比Ａｍａｘの逆数が変圧比ｎとなるように巻線比を設定した変圧器１３をインダクタンス要素として用いることで、直流電圧Ｖｄを交流電源３の相電圧Ｖｓのピーク値である（√２・Ｖｓ）と一致できる。
【００２８】
ところで、３レベルインバータ２に接続されるモータ５は、インバータ２の出力電圧Ｖｍのピーク値の大きさに依存して絶縁耐圧が劣化する。既設モータ５は商用電源に合わせて絶縁設計されているため、３レベルインバータ２に既設品のモータ５を接続する場合、モータ５はＶｓ＝Ｖｍとして絶縁設計され、このときＶｍの許容ピーク値は、交流電源３の相電圧Ｖｓのピーク値である（√２・Ｖｓ）である。
上述したように、変圧器１３の変圧比ｎ（＝Ｖｔ／Ｖｓ）を最大昇圧比Ａｍａｘの逆数（＝１／Ａｍａｘ）に設定することにより、Ｖｄ＝（√２・Ｖｓ）となるため、Ｖｄ＝（√２・Ｖｓ）＝（Ｖｍの許容ピーク値）となり、既設モータ５の絶縁耐圧の劣化を防止することができる。
【００２９】
なお、変圧器１３は、単巻変圧器であっても良く、同様の効果を有する。
また、この実施の形態では、上記実施の形態１で示した電力変換装置の構成を用いたが、上記実施の形態３に示す電力変換装置にも同様に適用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る電力変換装置は、負極が上記交流電源の相端子に接続され第１のダイオードが逆並列接続された第１のスイッチング素子と、正極が上記交流電源の相端子に接続され第２のダイオードが逆並列接続された第２のスイッチング素子と、上記第１のスイッチング素子の正極と上記正極側直流端子Ｐとの間に接続された第３のダイオードと、上記第２のスイッチング素子の負極と上記負極側直流端子Ｎとの間に接続された第４のダイオードと、上記中性点Ｃと上記第１のスイッチング素子の正極との間に接続された第１のクランプダイオードと、上記中性点Ｃと上記第２のスイッチング素子の負極との間に接続された第２のクランプダイオードとで中性点クランプ型コンバータを構成する。そして、この中性点クランプ型コンバータの上記交流電源の相端子側にインダクタンス要素を配し、上記交流電源の相電圧が正極性の期間は、上記第２のスイッチング素子をオン、オフ制御し、上記交流電源の相電圧が負極性の期間は、上記第１のスイッチング素子をオン、オフ制御するため、装置構成が簡略化でき、小型で安価な中性点クランプ型コンバータおよびそれを含む電力変換装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるゲート制御回路である。
【図３】この発明の実施の形態１によるゲート制御回路の動作を示す波形図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるゲート制御回路である。
【図５】この発明の実施の形態２によるゲート制御回路の動作を示す波形図である。
【図６】この発明の実施の形態２の別例による電力変換装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３による電力変換装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３によるゲート制御回路である。
【図９】この発明の実施の形態３によるゲート制御回路の動作を示す波形図である。
【図１０】この発明の実施の形態３の別例によるゲート制御回路である。
【図１１】の発明の実施の形態３の別例によるゲート制御回路の動作を示す波形図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による電力変換装置の構成図である。
【符号の説明】
１  中性点クランプ型コンバータとしての３レベルコンバータ、
２  中性点クランプ型インバータとしての３レベルインバータ、３  交流電源、
４  インダクタンス要素としてのリアクトル、
１３  インダクタンス要素としての変圧器、
Ｔ１，Ｔ５  第１のスイッチング素子、Ｔ２，Ｔ６  第２のスイッチング素子、
ＦＤ１〜ＦＤ４  第１〜第４のフリーホイールダイオード、
ＤＣ１，ＤＣ２  第１、第２のクランプダイオード、Ｃｐ，Ｃｎ  コンデンサ、
Ｖｓ  相電圧、Ｐ  正極側直流端子、Ｎ  負極側直流端子、Ｃ  中性点、
Ｔ１１〜Ｔ１４  スイッチング素子、ＦＤ１１〜ＦＤ１４  ダイオード、
ＤＣ１１，ＤＣ１２  クランプダイオード、
ＳＴ１，ＳＴ５  第１のゲートパルス信号、
ＳＴ２，ＳＴ６  第２のゲートパルス信号。
【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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