电力转换器及具有该电力转换器的逆变器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种逆变器装置，即使处在所流过的电流的相位比交流输出的电压延迟的区域，也能够减少输出电压的波形失真。
【背景技术】
[0002]通过3个直流电位生成交流电压的三电平逆变器装置已经在工业领域中得到了广泛运用。图11显示了一种逆变器装置的概略结构，其能够以三电平的电位输出相电压。在专利文献I中公开了此种逆变器装置。图11中，I是直流电源，2是逆变器电路，3是滤波电路，4是负载。直流电源I是将正侧电源Psp和负侧电源Psn进行串联连接的电源。直流电源I的输出端子有正侧电源Psp的正侧端子P、负侧电源Psn的负侧端子N、以及作为正侧电源Psp与负侧电源Psn的连接点的中性点端子C。正侧端子P输出正侧电源Psp的正电压VI。负侧端子N输出负侧电源Psn的负电压-V2。中性点端子C输出直流电源I的中间电压即零电压Vz。
[0003]逆变器电路2由切换元件Q1、Q2和开关元件S1、S2构成。切换元件Q1、Q2为串联连接，连接在直流电源I的两端。切换元件Q1、Q2的连接点为输出交流电压Vout的输出端子U。开关元件S1、S2为反向并联连接，构成双向开关BS。该双向开关BS连接在中性点端子C与输出端子U之间。滤波电路3是将电抗器Lf与电容器Cf串联连接而成的电路。滤波电路3连接在输出端子U与中性点端子C之间。负载4连接在电容器Cf的两端。从逆变器电路2的输出电压Vout中去除高次谐波成分后获得的正弦波状的负载电压Vload输出至电容器Cf的两端。
[0004]首先，说明输出正极性的负载电压Vload时的逆变器电路2的动作。图12是表示各元件的控制信号与输出电压Vout的关系的图。各元件在控制信号为高电平(以下写作
H。)时接通，并在控制信号为低电平(以下写作L。)时断开。图12(a)显示了第I脉冲宽度调制信号(PWM信号I)的经时性变化。PWM信号I是用来生成切换元件Ql和开关元件S2的控制信号的基准信号。PWM信号I交替地重复H和L。切换元件Ql的控制信号与PWM信号I同步地变为H或L (图12 (c))。开关元件S2的控制信号是将PWM信号I的H和L反转并附加了休止期间Td的信号(图12(f))。休止期间Td是为防止切换元件Ql和开关元件S2短路而使两个元件一同断开的期间。
[0005]图12 (b)显示了第2脉冲宽度调制信号(PWM信号2)的经时性变化。PWM信号2是用来生成切换元件Q2和开关元件SI的控制信号的基准信号。PWM信号2在此期间中始终为L。切换元件Q2的控制信号对应PWM信号2，始终为L (图12(d))。开关元件SI的控制信号对应将PWM信号2的H和L反转后的信号，始终为H (图12 (e))。
[0006]各元件基于上述控制信号进行接通/断开动作后，正极性的脉冲串的电压Vout会输出到输出端子U与中性点端子C之间(以下写作端子U-C间)。电压Vout被实施脉冲宽度调制，其振幅为直流电源Psp的电压VI。
[0007]接着，说明输出负极性的电压Vout时的逆变器电路2的动作。图13是表示各元件的控制信号与输出电压Vout的关系的图。图13(a)显示PWM信号I的经时性变化。PWM信号I在此期间中始终为L。切换元件Ql的控制信号对应PWM信号1，始终为L (图13(c))。开关元件S2的控制信号对应将PWM信号I的H和L反转后的信号，始终为H(图13 (f))。
[0008]图13 (b)显示了 PWM信号2。PWM信号2交替地重复H和L。切换元件Q2的控制信号与PWM信号2同步地变为H或L(图13(d))。开关元件SI的控制信号是将PWM信号2的H和L反转并附加了休止期间Td的信号(图13(e))。休止期间Td是为防止切换元件Q2和开关元件SI短路而使两个元件一同断开的期间。
[0009]各元件基于上述控制信号实施接通/断开动作后，负极性的脉冲串的电压Vout会输出至端子U-C间。电压Vout被实施脉冲宽度调制，其振幅为直流电源Psn的电压V2。
[0010]如上所述，输出电压Vout为实施了脉冲宽度调制的脉冲串的电压，含有高次谐波成分。输出电压Vout中含有的高次谐波成分会在滤波电路3中被去除。同样地，逆变器电路2的输出电流1ut中含有的高次谐波成分会在滤波电路3中去除。其结果是，对负载4施加正弦波状的交流电压Vload。此外，正弦波状的交流电流Iload流至负载4。
现有技术文献专利文献
[0011]【专利文献I】日本专利特开2007-028860号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0012]但是，上述逆变器装置中，由于存在电抗器Lf，所以相对于输出电压Vout，输出电流1ut为滞后相位。也就是说，输出电压Vout的周期中，存在着输出电压Vout的极性与输出电流1ut的极性不同的区域。从而，上述逆变器装置在此期间无法获得对应于PWM信号1、2的输出电压Vout。
[0013]图14是用来说明逆变器装置具有的此种问题的图。图14(a)显示了输出电压Vout的I周期内的PWM信号I的时间变化。此外，图14(b)显示了输出电压Vout的I周期内的PWM信号2的时间变化。PWM信号I是在O度?180度的期间内经过脉冲宽度调制而在180度?360度的期间内为L的信号。另一方面，PWM信号2是在O度?180度的期间为L而在180度?360度的期间内经过脉冲宽度调制的信号。逆变器电路2基于上述PWM信号1、2进行动作后,会输出图14(c)所示的电压Vout。
[0014]此处，输出电压Vout的脉冲宽度在期间A内是于PWM信号I的脉冲前后附加了休止期间Td而得到的宽度。这是因为，在期间A内开关元件S2断开后，电流1ut会流动至与切换元件Ql反向并联连接的二极管中。此外，输出电压Vout的脉冲宽度在期间B内是于PWM信号2的脉冲前后附加了休止期间Td的宽度。这是因为，在期间B内开关元件SI断开后，电流1ut会流动至与切换元件Q2反向并联连接的二极管中。期间A、B中，由PWM信号
1、2指令的脉冲Tl?T4的宽度较小，因此休止期间Td所导致的波形失真会变大。因此，滤波电路3中，会因输出电压Vout的阶跃变化而产生电压振动。其结果是，期间A、B中，负载电压Vload的振动、波形失真会变大(图14(d))。为了减少如此产生的负载电压Vload的振动、波形失真，必须使滤波电路3大型化。
[0015]本发明是为解决这种以往技术具有的问题开发而成的。也就是说，本发明的目的在于提供一种逆变器装置，其即使在输出电压与输出电流的极性不同的期间内，也能够输出抑制了波形失真增加的电压。该目的可通过输出以下交流电压来实现，该交流电压将经由双向开关输入的电压与对应PWM信号生成并且其振幅相当于直流电源的正电压或负电压的脉冲串的电压进行合成而获得。
解决技术问题所采用的技术方案
[0016]为达成上述目的，第I发明是一种逆变器装置，其具有由第I和第2切换元件以及双向开关构成的电力转换器。第I和第2切换元件分别具有反向并联连接的二极管。而且，该第I和第2切换元件串联连接在直流电源的两端。双向开关由第I和第2开关元件反向串联或反向并联连接而构成，其一端连接于第I和第2切换元件的连接点。该逆变器装置的一实施方式构成为，将双向开关的另一端连接于直流电源的中间电位点。此外，该逆变器装置的其他实施方式构成为，将双向开关的另一端连接在交流电源的另一端，该交流电源的一端连接于直流电源的中间电位点。该实施方式中，以中间电位点为基准的直流电源的正电压和负电压的大小设定为大于交流电源的电压的振幅值。而且，如此构成的电力转换器具有以下动作模式，即，使用通过第I切换元件输入的直流电源的正电压、通过第2切换元件输入的直流电源的负电压、以及通过双向开关输入的电压输出交流电压。
[0017]而且，本发明所涉及的逆变器装置在该动作模式下，于输出电压和输出电流的极性都为正的期间内，断开第2切换元件和第2开关元件，并基于按照输出电压指令实施过脉冲宽度调制的第I信号(PWM信号I)，使第I切换元件接通/断开，并且基于在PWM信号I的反转信号中附加了休止期间的信号，使第I开关元件接通/断开。此外，该逆变器装置在该动作模式下，于输出电压和输出电流的极性都为负的期间内，断开第I切换元件和第I开关元件，并基于按照输出电压指令实施过脉冲宽度调制的第2信号(PWM信号2)，使第2切换元件接通/断开，并且基于在PWM信号2的反转信号中附加了休止期间的信号，使第I开关元件接通/断开。也就是说，该逆变器装置以在输出电压的极性与输出电流的极性相同的期间内，间隔休止期间使2个元件交替地接通/断开的方式进行动作。
[0018]另一方面，该发明所涉及的逆变器装置在该动作模式下，于输出电压和输出电流的极性不同的期间内，使第I和第2切换元件断开，并且根据输出电压和输出电流的极性来接通双向开关的其中一个开关元件，并基于PWM信号I或PWM信号2的反转信号使双向开关中的另一个开关元件接通/断开。具体地说，该逆变器装置在该动作模式下，于输出电压为正极性并且输出电流为负极性的期间内，使第I和第2切换元件断开，使第I开关元件接通，并基于PWM信号I的反转信号使第2开关元件接通/断开。此外，该逆变器装置在该动作模式下，于输出电压为负极性并且输出电流为正极性的期间内，使第I和第2