(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側と２次側とが絶縁された第１及び第２の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１のスイッチ回路は、前記第１及び第２の変圧器のそれぞれの１次巻線と前記三相入力の第１及び第２の入力端子との間に設けられ、前記第１及び第２の変圧器の１次巻線の中点同士が接続されて前記三相入力の第３の入力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
１次側と２次側とが絶縁された第１及び第２の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチ回路は、前記第１及び第２の変圧器のそれぞれの２次巻線と前記三相出力の第１及び第２の出力端子との間に設けられ、前記第１及び第２の変圧器の２次巻線の中点同士が接続されて前記三相出力の第３の出力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の１次巻線と前記三相入力の第１及び第２の入力端子との間に設けられ、前記第１の変圧器の１次巻線の中点が前記三相入力の第３の入力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の２次巻線と前記三相出力の第１及び第２の出力端子との間に設けられ、前記第１の変圧器の２次巻線の中点が前記三相出力の第３の出力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１の変圧器は、第１及び第２の１次巻線を有し、前記第１及び第２の巻線のそれぞれの一端と各入力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１の変圧器は、第１及び第２の２次巻線を有し、前記第１及び第２の巻線のそれぞれの一端と各出力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の１次巻線の一端と各入力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の２次巻線の一端と各出力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１のスイッチ回路は、前記三相入力の各入力端子それぞれに一対一に対応して設けられていることを特徴とする請求項７又は８記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２のスイッチ回路は、前記三相出力の各出力端子それぞれに一対一に対応して設けられていることを特徴とする請求項７又は８記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の巻線を介して前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする請求項３から請求項１０までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２のスイッチ回路は、前記第２の変圧器の巻線を介して前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする請求項３から請求項１０までのいずれか１項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】
本発明は電力変換装置に関し、特に三相電源の電力制御と入出力の絶縁を行い三相の負荷に任意の電力（電圧、電流、周波数）を供給する絶縁形電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力変換装置においては、三相電源の絶縁に変圧器を用いている。例えば、図１０に示されているような三相絶縁変圧器が用いられる。同図においては、３つの変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の１次側に３つの入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔを設け、かつ、これら変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の２次側に３つの出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを設けることによって、三相入力で三相出力の電力変換装置が実現されている。
【０００３】
また、出力の電圧を調整するには、三相の絶縁変圧器の１次側又は２次側のどちらかの巻線に複数のタップを設け、タップの切換えを行えば良い。例えば、図１１に示されているように、変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の２次側にタップＴＰ１〜ＴＰ３を設けておき、これらタップを切換えることで入出力を絶縁しながら段階的な電圧調整を行うことができる。
【０００４】
さらに、高周波変圧器を用いた三相の絶縁電力変換装置も考えられる。例えば、図１２に示されているように、所謂、三相の高力率整流回路と高周波インバータとを組み合わせた変換回路ＳＣ１２、ＳＣ１３を変圧器Ｔｒ１の１次側、２次側の双方に接続し、三相電源から任意の三相電力を絶縁して得ていた。この場合、変圧器Ｔｒ１の１次側で一旦直流電圧（ＤＣ）に変換した後交流電圧（ＡＣ）に変換し、２次側でも一旦直流電圧（ＤＣ）に変換した後交流電圧（ＡＣ）に変換している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電力変換装置のうち、図１０の装置構成では、商用の絶縁変圧器を用いているため、変圧器が大きく、重いという欠点がある。また、電源電圧の変動に対して出力電圧を調整できないという欠点もある。
また、図１１の装置構成では、電源電圧の変動に対して出力電圧を調整するためのタップを設けているため、変圧器が大きく重いという欠点がある他、電源電圧変動をタップの切換で吸収するため、段階的な調整しかできないという欠点もある。
【０００６】
一方、図１２の装置構成においては、変圧器の大きさや重さ、及び電源変動に対する出力電圧の安定化が可能である。しかしながら、変換段数がＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ、ＡＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣと４段となり、効率が低下するという欠点がある。また、１次側、２次側の変換装置ＳＣ１２、ＳＣ１３には電解コンデンサＣ１やＣ２が必要であるため、装置が大型化するとともに、寿命が問題となるという欠点もある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は自己消弧形の半導体スイッチング素子と高周波変圧器とを用いて、一定平滑な直流中間部を持つことなく、半導体スイッチング素子のオンオフ動作により、電源電圧を任意の交流出力に変換する、小形・軽量で長寿命・高性能の絶縁形電力変換装置を提供することである。
【０００９】
本発明による電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１及び第２の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１のスイッチ回路は、前記第１及び第２の変圧器のそれぞれの１次巻線と前記三相入力の第１及び第２の入力端子との間に設けられ、前記第１及び第２の変圧器の１次巻線の中点同士が接続されて前記三相入力の第３の入力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
本発明による他の電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１及び第２の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチ回路は、前記第１及び第２の変圧器のそれぞれの２次巻線と前記三相出力の第１及び第２の出力端子との間に設けられ、前記第１及び第２の変圧器の２次巻線の中点同士が接続されて前記三相出力の第３の出力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
本発明による他の電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の１次巻線と前記三相入力の第１及び第２の入力端子との間に設けられ、前記第１の変圧器の１次巻線の中点が前記三相入力の第３の入力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
本発明による他の電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の２次巻線と前記三相出力の第１及び第２の出力端子との間に設けられ、前記第１の変圧器の２次巻線の中点が前記三相出力の第３の出力端子となっており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
本発明による他の電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１の変圧器は、第１及び第２の１次巻線を有し、前記第１及び第２の巻線のそれぞれの一端と各入力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
本発明による他の電力変換装置は、１次側と２次側とが絶縁された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の１次側に与える三相入力についてスイッチング制御を行う第１のスイッチング素子群と、前記第１の変圧器の２次側出力についてスイッチング制御を行う第２のスイッチング素子群とを含む電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子群は前記三相入力の各入力端子から前記第１の変圧器への電力供給方向を制御する第１のスイッチ回路を含み、前記第２のスイッチング素子群は前記三相出力の各出力端子への前記第１の変圧器からの電力導出方向を制御する第２のスイッチ回路を含み、前記第１の変圧器は、第１及び第２の２次巻線を有し、前記第１及び第２の巻線のそれぞれの一端と各出力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されており、前記第１及び第２のスイッチ回路は、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続された第１の逆並列回路と、ダイオードとトランジスタとが逆並列接続され前記第１の逆並列回路と逆直列接続された第２の逆並列回路とを含む双方向スイッチであり、前記第１及び第２のスイッチ回路を所定のタイミングでオンオフ制御するようにしたことを特徴とする。
また、前記第１のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の１次巻線の一端と各入力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続され、前記第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の２次巻線の一端と各出力端子との間に前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする。
【００１０】
さらにまた、前記第１のスイッチ回路は、前記三相入力の各入力端子それぞれに一対一に対応して設けられており、前記第２のスイッチ回路は、前記三相出力の各出力端子それぞれに一対一に対応して設けられていることを特徴とする。
【００１１】
そして、前記第１及び第２のスイッチ回路は、前記第１の変圧器の巻線を介して前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなり、前記第１及び第２のスイッチ回路は、前記第２の変圧器の巻線を介して前記第１の逆並列回路と前記第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなることを特徴とする。
【００１４】
要するに、本装置では、変圧器の１次側及び２次側に多数の双方向スイッチを設け、これらを所定のタイミングでスイッチング動作させることにより、三相入力から所望の三相出力を得ているのである。このスイッチング動作させるための構成は、変圧器の１次側及び２次側それぞれにおいて種々の構成が考えられる。この各実施形態について説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
図１は本発明による電力変換装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、第１のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路と第２のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を逆直列接続した双方向スイッチＳＳ１と、この双方向スイッチＳＳ１と同一の構成の双方向スイッチをさらに１１組み用意し、これらを双方向スイッチＳＳ２〜ＳＳ１２とし、高周波変圧器Ｔｒ１を備え、双方向スイッチＳＳ１とＳＳ２とを直列に接続した第１の直列回路と、双方向スイッチＳＳ３とＳＳ４とを直列接続した第２の直列回路と、双方向スイッチＳＳ５とＳＳ６とを直列に接続した第３の直列回路とを並列に接続し、双方向スイッチＳＳ７とＳＳ８とを直列に接続した第４の直列回路と、双方向スイッチＳＳ９とＳＳ１０とを直列接続した第５の直列回路と、双方向スイッチＳＳ１１とＳＳ１２とを直列に接続した第６の直列回路とを並列に接続し、第１から３の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞれ三相交流電源の３つの入力端子に、第１〜第３の直列回路の並列接続点を高周波変圧器Ｔｒ１の１次側に、第４〜第６の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞれ三相交流出力の３つの出力端子に、第４〜第６の直列回路の並列接続点を高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に、それぞれ接続した構成である。
【００１６】
つまり、変圧器Ｔｒ１の１次巻線の一端と各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧器Ｔｒ１の２次巻線の一端と各出力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されているのである。
このように、本装置は、１２組の双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ１２と、高周波変圧器Ｔｒ１とを含んで構成されている。双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ６は、高周波変圧器Ｔｒ１の１次側に設けられ、入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔに与えられる入力について変圧器Ｔｒ１への供給方向を制御する。双方向スイッチＳＳ７〜ＳＳ１２は、高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に設けられ、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから得られる出力について変圧器Ｔｒ１からの導出方向を制御する。
【００１７】
双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ１２は、２４組のダイオードとトランジスタ等のスイッチング素子との逆並列回路を用意し、そのうち任意の２個を抽出しダイオードのアノードが接続点となるように逆直列接続することによって構成されている。１２組の双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ１２のうち、双方向スイッチＳＳ１及びＳＳ２を直列に接続した直列回路と、双方向スイッチＳＳ３及びＳＳ４を直列に接続した直列回路と、双方向スイッチＳＳ５及びＳＳ６を直列に接続した直列回路とが並列に接続され、これら直列回路のそれぞれの直列接続点がそれぞれ三相交流電源のＲ、Ｓ、Ｔの３つの端子に接続されている。そして、双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ６の各直列回路の並列接続点がＴｒ１の１次側端子Ｔ１Ｕ、Ｔ１Ｖに接続されている。
【００１８】
また、双方向スイッチＳＳ７及びＳＳ８を直列に接続した直列回路と、双方向スイッチＳＳ９及びＳＳ１０を直列接続した直列回路と、双方向スイッチＳＳ１１及びＳＳ１２を直列に接続した直列回路とが並列に接続され、これら直列回路のそれぞれの直列接続点がそれぞれ三相交流出力のＵ、Ｖ、Ｗの３つの端子に接続されている。そして、双方向スイッチＳＳ７〜ＳＳ１２の各直列回路の並列接続点が変圧器Ｔｒ１の２次側端子Ｔ１ｕ、Ｔ１ｖに接続されている。
【００１９】
上記のような回路構成において、電源電圧の位相に応じて各スイッチを所謂ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御のように任意の組合せでオンオフ動作させることで、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに任意の絶縁された三相交流を出力することができる。
例えば、スイッチＳＳ１とＳＳ４及びスイッチＳＳ７とＳＳ１２の各スイッチをオンすることで、変圧器Ｔｒ１を介して、電源電圧ＶRSを出力端子電圧ＶUWに変換して出力することができる。
【００２０】
この様な動作を各相に対して出力電圧が三相の正弦波となるようにＰＷＭ制御することで、三相交流電圧から絶縁された三相電圧出力を得ることができる。なお、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
【００２１】
図２は、図１の電力変換装置の動作例を示す波形図である。同図には、図１中の変圧器Ｔｒ１の１次側の入力端子ＳとＴとの間の電圧ＶST、入力端子ＲとＳとの間の電圧ＶRS及び入力端子ＴとＲとの間の電圧ＶTRと、図１中の変圧器Ｔｒ１の１次側の各スイッチＳＳ１〜ＳＳ６のオンオフ状態Ｊ１と、変圧器の入出力電圧Ｖ１と、図１中の変圧器Ｔｒ１の２次側の各スイッチＳＳ７〜ＳＳ１２のオンオフ状態Ｊ２と、図１中の変圧器Ｔｒ１の２次側の出力端子ＵとＶとの間の電圧ＶUV、出力端子ＶとＷとの間の電圧ＶVW及び出力端子ＷとＵとの間の電圧ＶWUとが示されている。なお、図中のハッチング部分のスイッチがオン状態であるものとする。
【００２２】
同図に示されているように、図１中の変圧器Ｔｒ１の１次側のスイッチＳＳ４及びＳＳ５を同時にオンさせれば、電圧ＶSTの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。次に、図１中のスイッチＳＳ２及びＳＳ５を同時にオンさせれば、電圧ＶTRの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。同様に、図１中の各スイッチを状態Ｊ１のようにオンオフさせれば、電圧ＶST、ＶRS、ＶTR又はこれらの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。この変圧器に印加されるものが図中の電圧Ｖ１である。
【００２３】
また、同様に、図１中の変圧器Ｔｒ１の２次側のスイッチＳＳ１０及びＳＳ１１を同時にオンさせる等、状態Ｊ２のようにオンオフさせれば、電圧ＶUV、電圧ＶVW及び電圧ＶWUの各波形のハッチング部分を各出力端子から得ることができる。
なお、以上の動作においては、変圧器の１次側及び２次側について同時にＰＷＭ制御を行っているが、いずれか一方のみについてＰＷＭ制御を行っても良い。すなわち、変圧器の１次側のみでＰＷＭ制御を行う場合は、２次側のパルス幅を固定値とする。また、変圧器の２次側のみでＰＷＭ制御を行う場合は、１次側のパルス幅を固定値とする。
【００２４】
図３は、本発明による電力変換装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、第１のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路と第２のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を逆直列接続した双方向スイッチＳＳ１３と、この双方向スイッチＳＳ１３と同一の構成の双方向スイッチをさらに７組み用意し、これらを双方向スイッチＳＳ１４〜ＳＳ２０とし、１次側及び２次側にセンタータップを備えた高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３を備え、双方向スイッチＳＳ１３とＳＳ１４とを直列に接続した第１の直列回路の直列接続点を三相交流電源の３つの入力端子のうちのいずれか１つに、第１の直列回路の直列接続点以外の残る２端子を高周波変圧器Ｔｒ２の１次側のセンタータップ以外の端子に、双方向スイッチＳＳ１５とＳＳ１６とを直列接続した第２の直列回路の直列接続点を三相交流電源の残る２つの入力端子のうちのいずれか１つに、第２の直列回路の直列接続点以外の残る２端子を高周波変圧器Ｔｒ３のセンタータップ以外の１次側の端子に、高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の１次側センタータップを三相交流電源の残る端子に、双方向スイッチＳＳ１７とＳＳ１８とを直列に接続した第３の直列回路の直列接続点を三相出力の３つの出力端子のいずれか１つに、第３の直列回路の残る２つの端子を第１の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、双方向スイッチＳＳ１９とＳＳ２０とを直列に接続した第４の直列回路の直列接続点を三相出力の残る２つの出力端子の１つに、第４の直列回路の残る２つの端子を第２の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の２次側センタータップを三相出力の残る１つの出力端子に、それぞれ接続した構成である。
【００２５】
同図において、図１の装置の場合との相違点は、８組の双方向スイッチＳＳ１３〜ＳＳ２０を設け、センタータップを持つ２つの高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３を用い、あたかもＶ結線された構成となっている点である。
この場合、ダイオードとスイッチング素子との逆並列回路を１６組用意している。そして、これら逆並列回路を逆直列接続した８組の双方向スイッチＳＳ１３〜ＳＳ２０は、ダイオードのアノードが接続点となるように逆直列接続されている。
【００２６】
双方向スイッチＳＳ１３及びＳＳ１４を直列に接続した直列回路の直列接続点が三相交流電源の入力端子Ｒに、この直列回路の直列接続点以外の残る２つの端子が変圧器Ｔｒ２の１次側端子Ｔ２Ｕ、Ｔ２Ｖに接続されている。双方向スイッチＳＳ１５及びＳＳ１６を直列に接続した直列回路の直列接続点が三相交流電源の入力端子Ｔに、この直列回路の直列接続点以外の残る２つの端子が変圧器Ｔｒ３の１次側端子Ｔ３Ｕ、Ｔ３Ｖに、接続されている。さらに、変圧器Ｔｒ２及び変圧器Ｔｒ３の１次側センタータップ同士が接続され、これらが三相交流電源の入力端子Ｓに接続されている。
【００２７】
つまり、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３のそれぞれの１次巻線と三相入力の入力端子ＲとＴとの間に双方向スイッチが設けられ、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の１次巻線の中点同士が接続されて三相入力の入力端子Ｓとなり、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３のそれぞれの２次巻線と三相出力の出力端子ＵとＷとの間に双方向スイッチが設けられ、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の２次巻線の中点同士が接続されて三相出力の出力端子Ｖとなっているのである。
【００２８】
双方向スイッチＳＳ１７及びＳＳ１８を直列に接続した直列回路の直列接続点が三相出力の出力端子Ｕに、この直列回路の直列接続点以外の残る２つの端子が変圧器Ｔｒ２の２次側端子Ｔ２ｕ、Ｔ２ｖに接続されている。双方向スイッチＳＳ１９及びＳＳ２０を直列に接続した直列回路の直列接続点が三相出力の出力端子Ｗに、この直列回路の直列接続点以外の残る２つの端子が変圧器Ｔｒ３の２次側端子Ｔ３ｕ、Ｔ３ｖに、接続されている。さらに、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の２次側センタータップ同士が接続され、これらが三相出力の出力端子Ｖに接続されている。
【００２９】
上記のような回路構成において、電源電圧の位相に応じて各スイッチを所謂ＰＷＭ制御のように任意の組合せでオンオフ動作させることで、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに任意の絶縁された三相交流を出力することができる。
例えば、スイッチＳＳ１３をオンしてスイッチＳＳ１８をオンすると、変圧器Ｔｒ２を介して、電源電圧ＶRSを出力端子電圧ＶVUに変換して出力することができる。
【００３０】
この様な動作を、Ｖ結線された１次側はＳ相を、２次側はＶ相を基準として、出力電圧ＶUVとＶWVが正弦波となるようにＰＷＭ制御することで、三相交流電圧から絶縁された三相電圧出力を得ることができる。なお、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
【００３１】
図４は本発明による電力変換装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、３６個のダイオードそれぞれについて逆並列にスイッチング素子が接続されることによって構成されたスイッチ回路ｓ０１〜ｓ３６を有している。
【００３２】
スイッチ回路ｓ０１のダイオードのアノード端子とスイッチ回路ｓ０２のダイオードのカソード端子を接続した第１のダイオードの直列回路と、スイッチ回路ｓ０３のダイオードのアノード端子とスイッチ回路ｓ０４のダイオードのカソード端子を接続した第２のダイオードの直列回路と、スイッチ回路ｓ０５のダイオードのアノード端子とスイッチ回路ｓ０６のダイオードのカソード端子を接続した第３のダイオードの直列回路とを並列接続した並列回路ＳＣ１と、残るスイッチ回路ｓ０７からスイッチ回路ｓ３６のダイオードから任意の６組で構成され、並列回路ＳＣ１と同一の構成の並列回路ＳＣ２〜ＳＣ６と、高周波変圧器Ｔｒ１とを含んで本装置が構成されている。
【００３３】
そして、並列回路ＳＣ１の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相交流電源の３つの入力端子のうちの１つに、その並列回路ＳＣ１の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ１の１次側に、並列回路ＳＣ２の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相交流電源の残る２つの入力端子のうちの１つに、並列回路ＳＣ２の残る２つのダイオードの直列接続点を高周波変圧器Ｔｒ１の１次側に、並列回路ＳＣ３の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相交流電源の３つの入力端子のうちの残る１つに、その並列回路ＳＣ１の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ１の１次側に、並列回路ＳＣ４の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相出力の３つの出力端子のうちの１つに、その並列回路ＳＣ４の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に、並列回路ＳＣ５の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相出力の残る２つのっで力端子のうちの１つに、並列回路ＳＣ１の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に、並列回路ＳＣ６の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相出力の残る１つの出力端子に、並列回路ＳＣ６の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に、それぞれ接続されている構成である。同図において、図１の装置の場合との相違点は、双方向スイッチＳＳ１〜ＳＳ１２が並列回路ＳＣ１〜ＳＣ６に変更されている点である。このように変更されている結果、ある並列回路内のスイッチ回路と他の並列回路内のスイッチ回路とが変圧器Ｔｒ１を介して逆直列接続されて双方向スイッチを構成することになる。
【００３４】
同図においては、スイッチング素子と、このスイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとからなるスイッチング回路を３６組用意し、任意の２組についてダイオードのアノード端子とカソード端子とを接続することで、ダイオードの直列回路を１８組構成する。そして、それら１８組のうちの任意の３組が並列接続されたものを、６組の並列回路ＳＣ１〜ＳＣ６とする。
【００３５】
並列回路ＳＣ１のダイオ一ドの３つの直列接続点のうちの１つが三相交流電源の入力端子Ｒに接続されている。また、この並列回路のダイオ一ドの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の１次側端子Ｔ１Ｕ、Ｔ１Ｖに接続されている。
並列回路ＳＣ２のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相交流電源の入力端子Ｓに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の１次側端子Ｔ１Ｕ、Ｔ１Ｖに接続されている。
【００３６】
並列回路ＳＣ３のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相交流電源の入力端子Ｔに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の１次側端子Ｔ１Ｕ、Ｔ１Ｖに接続されている。
並列回路ＳＣ４のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相出力の出力端子Ｕに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の２次側端子Ｔ１ｕ、Ｔ１ｖに接続されている。
【００３７】
並列回路ＳＣ５のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相出力の出力端子Ｖに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の２次側端子Ｔ１ｕ、Ｔ１ｖに接続されている。
並列回路ＳＣ６のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相出力の出力端子Ｗに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ１の２次側端子Ｔ１ｕ、Ｔ１ｖに接続されている。
【００３８】
つまり、変圧器Ｔｒ１の１次巻線の一端と各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなり、この変圧器Ｔｒ１の２次巻線の一端と各出力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されてなる構成である。そして、変圧器Ｔｒ１の巻線を介して、双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されているのである。
【００３９】
この様な構成において、図１の場合と同様に、各スイッチを任意のタイミングで所謂ＰＷＭ制御することで、三相交流電源の一部を高周波変圧器を介して出力端子へ供給することができる。なお、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
【００４０】
図５は、図４の電力変換装置の動作例を示す波形図である。同図には、図４中の変圧器Ｔｒ１の１次側の入力端子ＳとＴとの間の電圧ＶST、入力端子ＲとＳとの間の電圧ＶRS及び入力端子ＴとＲとの間の電圧ＶTRと、図４中の変圧器Ｔｒ１の１次側の並列回路ＳＣ１〜ＳＣ３を構成する各スイッチＳ０１〜Ｓ１８のオンオフ状態Ｊ３と、変圧器の入出力電圧Ｖ１と、図４中の変圧器Ｔｒ１の２次側の並列回路ＳＣ４〜ＳＣ６を構成する各スイッチＳ１９〜Ｓ３６のオンオフ状態Ｊ４と、図４中の変圧器Ｔｒ１の２次側の出力端子ＵとＶとの間の電圧ＶUV、出力端子ＶとＷとの間の電圧ＶVW及び出力端子ＷとＵとの間の電圧ＶWUとが示されている。なお、図中のハッチング部分のスイッチがオン状態であるものとする。
【００４１】
同図に示されているように、図４中の変圧器Ｔｒ１の１次側のスイッチＳ１０及びＳ１２〜Ｓ１４を同時にオンさせれば、電圧ＶSTの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。次に、図４中のスイッチＳ０４、Ｓ０５、Ｓ１３及びＳ１５を同時にオンさせれば、電圧ＶTRの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。同様に、図４中の各スイッチを状態Ｊ３のようにオンオフさせれば、電圧ＶST、ＶRS、ＶTR又はこれらの反転波形の一部分が変圧器に印加されることになる。この変圧器に印加されるものが図中の電圧Ｖ１である。
【００４２】
また、同様に、図４中の変圧器Ｔｒ１の２次側のスイッチＳ２９〜Ｓ３１及びＳ３３を同時にオンさせる等、状態Ｊ４のようにオンオフさせれば、電圧ＶUV、電圧ＶVW及び電圧ＶWUの各波形のハッチング部分を各出力端子から得ることができる。
図６は本発明による電力変換装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、ダイオードの直列回路を含むである４つの並列回路ＳＣ７〜ＳＣ１０と、センタータップを持つ２つの高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３とを備え、並列回路ＳＣ７の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相交流電源の３つの入力端子の１つに、並列回路ＳＣ７の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ２の１次側のセンタータップ以外の端子と、並列回路ＳＣ８の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相交流電源の残る２つの入力端子の１つに、並列回路ＳＣ８の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ３の１次側のセンタータップ以外の端子と、高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の１次側センタータップが三相交流電源の残る１つの出力端子に、並列回路ＳＣ９の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相出力の３つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ９の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ２の２次側のセンタータップ以外の出力端子と、並列回路ＳＣ１０の３つのダイオードの直列接続点の１つが三相出力の残る２つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ１０の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ３の２次側のセンタータップ以外の端子と、高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の２次側センタータップが三相出力の残る１つの出力端子に、それぞれ接続された構成である。同図において、図３の装置の場合との相違点は、双方向スイッチＳＳ１３〜ＳＳ２０の代わりに、並列回路ＳＣ７〜ＳＣ１０を用いている点である。
【００４３】
同図においては、スイッチング素子と、このスイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとからなるスイッチング回路を２４組用意し、図４の場合と同様に、任意の２組についてダイオードのアノード端子とカソード端子とを接続することで、ダイオードの直列回路を１２組構成する。そして、それら１２組のうちの任意の３組が並列接続されたものを、４組の並列回路ＳＣ７〜ＳＣ１０とする。
【００４４】
並列回路ＳＣ７のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相交流電源の入力端子Ｒに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ２の１次側端子Ｔ２Ｕ、Ｔ２Ｖに接続されている。
並列回路ＳＣ８のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相交流電源の入力端子Ｔに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ３の１次側端子Ｔ３Ｕ、Ｔ３Ｖに接続されている。
【００４５】
１次側と２次側にそれぞれセンタータップを持つ高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の１側センタータップがそれぞれ三相交流電源の入力端子Ｓに接続されている。
並列回路ＳＣ９のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相出力の出力端子Ｕに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ２の２次側端子Ｔ２ｕ、Ｔ２ｖに接続されている。
【００４６】
並列回路ＳＣ１０のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが三相出力の出力端子Ｗに接続されている。また、この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ３の２次側端子Ｔ３ｕ、Ｔ３ｖに接続されている。１次側と２次側にそれぞれセンタータップを持つ高周波変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の２次側センタータップがそれぞれ三相出力の出力端子Ｖに接続されている。
【００４７】
つまり、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３の巻線を介して双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３のそれぞれの１次巻線と三相入力の入力端子Ｒ及びＴとの間に双方向スイッチを設けてこれら変圧器の１次巻線の中点同士が接続されて三相入力の入力端子Ｓとなり、変圧器Ｔｒ２及びＴｒ３のそれぞれの２次巻線と三相出力の出力端子Ｕ及びＷとの間に双方向スイッチを設けてこれら変圧器の２次巻線の中点同士が接続されて三相出力の出力端子Ｖとなっているのである。
【００４８】
この様な構成において、並列回路ＳＣ７〜ＳＣ１０の各スイッチを、入力端子Ｓ及びＶの相を基準として、任意のタイミングで所謂ＰＷＭ制御をすることで、三相電源電圧について、高周波変圧器を介して任意の電圧に変換して出力側へ供給することができる。ここで、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
【００４９】
図７は、本発明による電力変換装置の第５の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、並列回路ＳＣ１〜ＳＣ３と、高周波変圧器Ｔｒ１と、ダイオードにスイッチング素子が逆並列された１０組のスイッチング回路ｓ１９〜ｓ２８のうち任意の２組によって構成される、５つのダイオードの直列回路で構成される並列回路ＳＣ１１を備えた構成である。そして、高周波変圧器Ｔｒ１の１次側の構成は図４の構成と同様であり、並列回路ＳＣ１１のダイオードの直列回路の５つの直列接続点のうち２つが高周波変圧器Ｔｒ１の２次側に、並列回路ＳＣ１〜ＳＣ３の残る３つのダイオードの直列回路の直列接続点が三相出力の３つの端子に、それぞれ接続された構成である。同図において、図４の装置の場合との相違点は、並列回路ＳＣ４〜ＳＣ６の代わりに、並列回路ＳＣ１１を用いている点である。
【００５０】
同図に示されている電力変換装置は、高周波変圧器Ｔｒ１と、この変圧器Ｔｒ１の１次側に設けられ、ダイオード及びスイッチング素子で構成された並列回路ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３とを含んで構成されている。
また、同図に示されている電力変換装置は、スイッチング素子とこのスイッチング素子と逆並列に接続されているダイオードとからなるスイッチング回路を１０組構成し、これら１０組のスイッチング回路のうちの２組についてダイオードのアノードとカソ一ドとが直列になるように直列回路を５組構成し、これらを並列に接続した並列回路ＳＣ１１を有している。そして、変圧器Ｔｒ１の２次側において、並列回路ＳＣ１１のダイオードの５つの直列接続点のうちの２つが変圧器Ｔｒ１の２次側端子Ｔ１ｕ、Ｔ１ｖに接続されている。また、この並列回路ＳＣ１１のダイオードの残る３つの直列接続点が出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに、それぞれ接続されている。
【００５１】
つまり、変圧器Ｔｒ１の１次巻線の一端と各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続され、この変圧器Ｔｒ１の巻線を介してそれら第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されていることになる。
この様な構成において、変圧器Ｔｒ１の１次側のスイッチング素子を図４の場合と同様にオンオフ制御し、２次側の並列回路ＳＣ１１で変圧器２次側電圧を出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに分配するように所謂ＰＷＭ制御をかける。こうすることで、三相電源電圧の一部について変圧器Ｔｒ１を介して任意の電圧として出力端子に供給することができる。
【００５２】
ここでも、入力側、出力側に、スイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
図８は、本発明よる電力変換装置の第６の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、並列回路ＳＣ１〜ＳＣ５と、２次側にセンタータップを持った高周波変圧器Ｔｒ４を備え、並列回路ＳＣ１の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相交流電源の３つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ１の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ４の１次側端子に、並列回路ＳＣ２の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相交流電源の残る２つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ２の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ４の１次側端子に、並列回路ＳＣ３の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相交流電源の残る入力端子に、並列回路ＳＣ３の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ４の１次側端子に、並列回路ＳＣ４の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相出力の３つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ４の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ４のセンタータップ以外の２次側端子に、並列回路ＳＣ５の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相出力の残る２つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ５の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ４のセンタータップ以外の２次側端子に、高周波変圧器Ｔｒ４の２次側センタータップを三相出力の残る出力端子に、それぞれ接続された構成である。同図において、図４の装置の場合との相違点は、高周波変圧器Ｔｒ４の２次側にセンタータップを設け、ダイオードとスイッチング素子との逆並列回路からなるダイオードの直並列回路を２つにした点である。
【００５３】
同図において、本実施形態の電力変換装置は、並列回路ＳＣ１〜ＳＣ４及びＳＣ６と、２次側にセンタータップを持つ高周波変圧器Ｔｒ４とを含んで構成されている。そして、変圧器Ｔｒ４の１次側においては、図４の場合と同様に、並列回路ＳＣ４のダイオードの３つの直列接続点の１つが出力端子Ｕに接続されている。この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ４の２次側端子Ｔ４ｕ、Ｔ４ｖに接続されている。
【００５４】
並列回路ＳＣ６のダイオードの３つの直列接続点の１つが出力端子Ｗに接続されている。この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ４の２次側端子Ｔ４ｕ、Ｔ４ｖに接続されている。そして、変圧器Ｔｒ４の２次側センタータップが出力端子Ｖに接続されている。
つまり、変圧器Ｔｒ４の１次巻線の一端と各入力端子との間に双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続され、この変圧器Ｔｒ４の巻線を介して第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されているのである。また、変圧器Ｔｒ４の２次巻線と三相出力の出力端子ＵとＷとの間に双方向スイッチが設けられ、この変圧器Ｔｒ４の２次巻線の中点が三相出力の出力端子Ｖとなっている。
【００５５】
この様な構成において、変圧器Ｔｒ４の１次側の半導体スイッチは、図４の装置の場合と同様の動作を行い、変圧器Ｔｒ４の２次側の半導体スイッチは、出力端子Ｖを基準に出力電圧ＶUV、ＶWVを正弦波状にするように、変圧器Ｔｒ４の２次側電圧を所謂ＰＷＭ制御により分配する。こうすることにより、三相電源電圧の一部について、高周波変圧器を介して任意の出力電圧に変換して出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに供給することができる。
【００５６】
本実施例においても、必要に応じて入出力にスイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
図９は、本発明による電力変換装置の第７の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において本実施形態による電力変換装置は、入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置であり、並列回路ＳＣ１〜ＳＣ４及びＳＣ６と、２次側にセンタータップを持った２つの巻線を持つ高周波変圧器Ｔｒ５とを備え、高周波変圧器Ｔｒ５の１次側を並列回路ＳＣ１〜ＳＣ３と高周波変圧器Ｔｒ５とを用いて図４の装置と同様の構成にし、並列回路ＳＣ４の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相出力の３つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ４の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ５の２次側の２つの巻線のうちの一方の巻線のセンタータップ以外の端子に、並列回路ＳＣ５の３つのダイオードの直列接続点のうち１つが三相出力の残る２つの出力端子の１つに、並列回路ＳＣ５の残る２つのダイオードの直列接続点が高周波変圧器Ｔｒ５の２次側の残る１つの巻線のセンタータップ以外の端子に、高周波変圧器Ｔｒ５の２次側の２つの巻線のそれぞれのセンタータップが三相出力の残る端子に、それぞれ接続された構成である。同図において、図８の装置の場合との相違点は、高周波変圧器の２次側にセンタータップを設けた巻線が２つあり、それぞれに、ダイオードとスイッチング素子との逆並列回路からなるダイオードの直並列回路のＳＣ４及びＳＣ６が接続されている点である。
【００５７】
本実施形態による電力変換装置は、図８の場合と同様の並列回路ＳＣ１〜ＳＣ４及びＳＣ６と、２次側にセンタータップを持つ２つの巻線を持った高周波変圧器Ｔｒ５とを含んで構成されている。また、変圧器Ｔｒ５の１次側は図８の場合と同様に、並列回路ＳＣ４のダイオ一ドの３つの直列接続点のうちの１つが出力端子Ｕに接続されている。この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ５の２次側端子Ｔ５ｕ１、Ｔ５ｖ１に接続されている。
【００５８】
並列回路ＳＣ６のダイオードの３つの直列接続点のうちの１つが出力端子Ｗに接続されている。この並列回路のダイオードの残る２つの直列接続点が変圧器Ｔｒ５の２次側端子Ｔ５ｕ１、Ｔ５ｖ１に接続されている。そして、変圧器Ｔｒ５の２次側センタータップＴ５ｎ１、Ｔ５ｎ２が出力端子Ｖに接続されている。
つまり、変圧器Ｔｒ５の１次側のスイッチ回路は、その変圧器Ｔｒ５の１次巻線の一端と各入力端子との間に、双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されているのである。また、変圧器Ｔｒ５の２次側は、２つの２次巻線を有し、これら巻線のそれぞれの一端と各出力端子との間に、双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されているのである。なお、変圧器の１次側と２次側の構成を逆にし、２次巻線の一端と各出力端子との間に、双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続され、変圧器Ｔｒ５の１次側が２つの２次巻線を有し、これら巻線のそれぞれの一端と各入力端子との間に、双方向スイッチを構成する第１の逆並列回路と第２の逆並列回路とが逆直列接続されるようにしても良い。
【００５９】
この様な構成において、変圧器Ｔｒ５の１次側の半導体スイッチは、図８の装置場合と同様の動作を行い、変圧器Ｔｒ５の２次側の半導体スイッチは、出力端子Ｖを基準に出力電圧ＶUV、ＶWVをそれぞれ独立に正弦波状にするように、変圧器Ｔｒ５の２次側電圧を所謂ＰＷＭ制御により分配することにより、三相電源電圧の一部を高周波変圧器を介して任意の出力電圧に変換して出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに供給することができる。
【００６０】
本実施例においても、必要に応じて入出力にスイッチングリプルを除去するためのリアクトルやコンデンサで構成された受動フィルタや各スイッチのオンオフ動作に伴う過電圧を抑制するための所謂スナバ回路を付加しても良いことは自明である。
なお、以上説明した各実施形態において、変圧器の１次側の構成と２次側の構成とを入換えても、電力変換装置を構成できることは明らかである。
【００６１】
また、以上説明した各実施形態において用いるスイッチング素子は、自己消弧形の半導体スイッチング素子であれば、トランジスタに限定されるものではない。
請求項の記載に関し、本発明は更に以下の態様を採り得る。
（１）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、第１のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路と第２のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を逆直列接続した第１の双方向スイッチと、該第１の双方向スイッチと同一の構成の双方向スイッチをさらに１１組み用意し、それぞれ、第２の双方向スイッチ、第３の双方向スイッチ、第４の双方向スイッチ、第５の双方向スイッチ、第６の双方向スイッチ、第７の双方向スイッチ、第８の双方向スイッチ、第９の双方向スイッチ、第１０の双方向スイッチ、第１１の双方向スイッチ、第１２の双方向スイッチとし、第１の高周波変圧器を備え、第１と第２の双方向スイッチを直列に接続した第１の直列回路と、第３と第４の双方向スイッチを直列接続した第２の直列回路と、第５と第６の双方向スイッチを直列に接続した第３の直列回路とを並列に接続し、第７と第８の双方向スイッチを直列に接続した第４の直列回路と、第９と第１０の双方向スイッチを直列接続した第５の直列回路と、第１１と第１２の双方向スイッチを直列に接続した第６の直列回路とを並列に接続し、該第１から３の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞれ三相交流電源の３つの端子に、該第１から３の直列回路の並列接続点を第１の高周波変圧器の１次側に、該第４から６の直列回路のそれぞれの直列接続点をそれぞれ三相交流出力の３つの端子に、該第４から６の直列回路の並列接続点を第１の高周波変圧器の２次側に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【００６２】
（２）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、第１のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路と第２のダイオードとスイッチング素子の逆並列回路を逆直列接続した第１の双方向スイッチと、該第１の双方向スイッチと同一の構成の双方向スイッチをさらに７組み用意し、それぞれ、第２の双方向スイッチ、第３の双方向スイッチ、第４の双方向スイッチ、第５の双方向スイッチ、第６の双方向スイッチ、第７の双方向スイッチ、第８の双方向スイッチとし、１次側及び２次側にセンタータップを備えた第１、第２の高周波変圧器を備え、第１と第２の双方向スイッチを直列に接続した第１の直列回路の直列接続点を三相交流電源の３つの端子のうちのいずれか１つに、第１の直列回路の直列接続点以外の残る２端子を第１の高周波変圧器の１次側のセンタータップ以外の端子に、第３と第４の双方向スイッチを直列接続した第２の直列回路の直列接続点を三相交流電源の残る２つの端子のうちのいずれか１つに、第２の直列回路の直列接続点以外の残る２端子を第２の高周波変圧器のセンタータップ以外の１次側の端子に、第１と第２の高周波変圧器の１次側センタータップを三相交流電源の残る端子に、第５と第６の双方向スイッチを直列に接続した第３の直列回路の直列接続点を三相出力の３つの端子のいずれか１つに、第３の直列回路の残る２つの端子を第１の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、第７と第８の双方向スイッチを直列に接続した第４の直列回路の直列接続点を三相出力の残る端子の１つに、第４の直列回路の残る２つの端子を第２の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、第１と第２の高周波変圧器の２次側センタータップを三相出力の残る１つの端子に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【００６３】
（３）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、逆並列にスイッチング素子が接続された第１から３６のダイオードの、第１のダイオードのアノード端子と第２のダイオードのカソード端子を接続した第１のダイオードの直列回路と、第３のダイオードのアノード端子と第４のダイオードのカソード端子を接続した第２のダイオードの直列回路と、第５のダイオードのアノード端子と第６のダイオードのカソード端子を接続した第３のダイオードの直列回路とを並列接続した第１の並列回路と、残る第７から３６のダイオードから任意の６組で構成される第１の並列回路と同一の構成の第２から第６の並列回路と、第１の高周波変圧器を備え、第１の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相交流電源の３つの端子のうちの１つに、該第１の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側に、第２の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相交流電源の残る２つの端子のうちの１つに、該第２の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側に、第３の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相交流電源の３つの端子のうちの残る１つに、該第１の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側に、第４の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相出力の３つの端子のうちの１つに、該第４の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側に、第５の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相出力の残る２つの端子のうちの１つに、該第１の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側に、第６の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相出力の残る１つの端子に、該第６の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【００６４】
（４）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、（３）の該ダイオードの直列回路の第１、第２、第３、第４の４つの並列回路とセンタータップを持つ第１、第２の高周波変圧器を備え、第１の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相交流電源の３つの端子の１つに、該第１の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側のセンタータップ以外の端子と、第２の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相交流電源の残る２つの端子の１つに、該第２の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第２の高周波変圧器の１次側のセンタータップ以外の端子と、第１と第２の高周波変圧器の１次側センタータップを三相交流電源の残る１つの端子に、第３の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相出力の３つの端子の１つに、該第３の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側のセンタータップ以外の端子と、第４の並列回路の３つのダイオードの直列接続点の１つを三相出力の残る２つの端子の１つに、該第４の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第２の高周波変圧器の２次側のセンタータップ以外の端子と、第１と第２の高周波変圧器の２次側センタータップを三相出力の残る１つの端子に、それぞれ接続したことを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【００６５】
（５）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、（３）の該第１から第３の並列回路と第１の高周波変圧器と、ダイオード‘こスイッチング素子が逆並列された１０組のダイオードから任意の二組によって構成される、第１から第５のダイオードの直列回路で構成される第４の並列回路を備え、第１の高周波変圧器の１次側の構成を（３）の構成とし、第４の並列回路のダイオードの直列回路の５つの直列接続点のうち２つを第１の高周波変圧器の２次側に、該第４の並列回路の残る３つのダイオードの直列回路の直列接続点を三相出力の３つの端子に、それぞれ接続したことを特徴とする、絶縁形電力変換装置。
【００６６】
（６）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、（３）の該第１から第５の並列回路と２次側にセンタータップを持った第１の高周波変圧器を備え、第１の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相交流電源の３つの端子の１つに、該第１の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の  高周波変圧器の１次側端子に、第２の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相交流電源の残る２つの端子の１つに、該第２の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側端子に、第３の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相交流電源の残る端子に、該第３の並列回路の残る ２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の１次側端子に、第４の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相出力の３つの端子の１つに、該第４の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、第５の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相出力の残る２つの端子の１つに、該第５の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器のセンタータップ以外の２次側端子に、第１の高周波変圧器の２次側センタータップを三相出力の残る端子に、それぞれ接続することを特徴とした、絶縁形電力変換装置。
【００６７】
（７）入出力の絶縁機能と電力等の制御機能を持った絶縁形電力変換装置において、（３）の該第１から第５の並列回路と２次側にセンタータップを持った２つの巻線を持つ第１の高周波変圧器を備え、第１の高周波変圧器の１次側の構成を第１から第３の並列回路と第１の高周波変圧器を用いて（３）と同様にし、第４の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相出力の３つの端子の１つに、該第４の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側の２つの巻線のうちの一方の巻線のセンタータップ以外の端子に、第５の並列回路の３つのダイオードの直列接続点のうち１つを三相出力の残る２つの端子の１つに、該第５の並列回路の残る２つのダイオードの直列接続点を第１の高周波変圧器の２次側の残る１つの巻線のセンタータップ以外の端子に、第１の高周波変圧器の２次側の２つの巻線のそれぞれのセンタータップを三相出力の残る端子に、それぞれ接続することを特徴とする絶縁形電力変換装置。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、三相電源電圧から絶縁された三相出力を得る場合に、複数の半導体スイッチを組み合わせた直並列回路と高周波変圧器を用いることで、一定平滑の直流中間を持つことなく、絶縁された三相出力が得られ、装置の小形・軽量化及び長寿命化や高効率化等を達成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電力変換装置の動作例を示す波形図である。
【図３】本発明による第２の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による第３の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の電力変換装置の動作例を示す波形図である。
【図６】本発明による第４の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明による第５の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明による第６の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明による第７の実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の電力変換装置の第１の構成例を示すブロック図である。
【図１１】従来の電力変換装置の第２の構成例を示すブロック図である。
【図１２】従来の電力変換装置の第３の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＳＳ１〜ＳＳ２０  双方向スイッチ
ＳＣ１〜ＳＣ１３  並列回路
ＴＰ１〜ＴＰ３  タップ
Ｃ１、Ｃ２  電解コンデンサ
Ｔｒ１〜Ｔｒ５  高周波変圧器
【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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