專利名稱：交流電壓控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接在交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間的交流電壓控制裝置，涉及利用磁 能再生開關(guān)來對負(fù)載電壓的調(diào)整進(jìn)行控制的交流電壓控制裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，電能系統(tǒng)成為片刻也不能停止的重要的社會設(shè)施，而負(fù)載電壓的穩(wěn)定及其 控制是非常重要的。在電力系統(tǒng)中，由于白熾燈點亮?xí)r的沖擊電流等短時間的過電流、感應(yīng)電動機(jī)起 動時的沖擊和變壓器的初始勵磁涌流時的飽和沖擊電流等造成的短時間的電壓下降，有可 能對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生障礙，因而供給側(cè)提供較高的電壓。在電力供給系統(tǒng)中，作為針對最大負(fù)載時的配電線路的電壓下降的對策，有將電 壓增大幾％進(jìn)行供給的趨勢，但由于達(dá)到最大負(fù)載的頻度通常不怎么多，所以往往無必要 地消耗掉大于額定部分的電壓量。結(jié)果，在未被逆變的熒光燈、汞燈、鈉燈等的照明中，明亮 程度超過必要程度，只是這些放電燈即可適當(dāng)?shù)厥馆斎腚妷哼B續(xù)下降，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能調(diào)光。 另外，在通用感應(yīng)電動機(jī)中，由于鐵損的增加，電力效率下降。在小型感應(yīng)電動機(jī)中，在以約 70%以下的負(fù)載率進(jìn)行運轉(zhuǎn)時，使負(fù)載電壓略微低于額定，將會使電動機(jī)效率提高，這些是 眾所周知的。以往，為了適當(dāng)調(diào)整交流電壓，通常通過變壓器的抽頭切換來進(jìn)行調(diào)整。但是，對 于機(jī)械式的情況，通過切換而輸出的電壓是階段式的，存在動作上產(chǎn)生時間延遲的問題。另 外，滑動式變壓器(slidec)比較昂貴，而且耐久性也存在問題。在逆變器/變換器的背對 背方式中，由于不需要改變頻率，所以認(rèn)為其應(yīng)用成本高，電力損耗也大。另外，在直流電路中，在把電力從交流轉(zhuǎn)換為直流后，利用直流電壓調(diào)整電路將電 壓控制為固定值，而在交流側(cè)進(jìn)行相同控制的技術(shù)，過去曾存在利用鐵諧振的磁放大器，但 在之后幾乎沒有得到發(fā)展。采用晶間管的交流電壓調(diào)整器存在電流波形失真、且電壓控制 的結(jié)果為電流成為了延遲功率因數(shù)(電流比電壓延遲的狀態(tài))的缺點。在如感應(yīng)性負(fù)載那 樣的延遲功率因數(shù)負(fù)載中，還存在如下問題在電壓切斷時產(chǎn)生高電壓，電壓噪聲大。另外，作為另外一種電路技術(shù)提出了被稱為磁能再生開關(guān)(以下稱為“MERS”)的 技術(shù)，并已經(jīng)獲得專利(參照專利文獻(xiàn)1)。MERS使用不具有逆向截止能力、即逆向?qū)ㄐ偷拈_關(guān)電路/半導(dǎo)體元件。作為逆 向?qū)ㄐ偷拈_關(guān)電路/半導(dǎo)體元件，例如可以列舉對于自消弧型元件和二極管，將自消弧 型元件的正極側(cè)和二極管的負(fù)極側(cè)連接，而且將自消弧型元件的負(fù)極側(cè)和二極管的正極側(cè) 連接(以下簡稱為“逆向并聯(lián)”連接)而形成的電路，或者在制造時內(nèi)置了寄生二極管的大 功率MOSFET等半導(dǎo)體元件等(以下，把這些逆向?qū)ㄐ偷拈_關(guān)電路/半導(dǎo)體元件簡稱為 “逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)”)。MERS由全橋電路和連接在全橋電路的正極端子與負(fù)極端子之間的電容器構(gòu)成， 其中，該全橋電路構(gòu)成為針對第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳(switch-leg)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極彼 此連接作為正極端子，而且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的 負(fù)極彼此連接作為負(fù)極端子，其中，在該第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將構(gòu)成第1逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件的負(fù)極側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極 側(cè)”)、和構(gòu)成第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件的正極側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)”)的連接點作為第1交流端子，在該第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 腳中，將第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)的連 接點作為第2交流端子。在全橋電路的第1交流端子與第2交流端子之間連接MERS的控制對象的電路。把第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為第1對，把第2 逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為第2對，在把構(gòu)成第1對的兩個 逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)(以下簡稱為“使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)”)時，把構(gòu)成第2對的兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件設(shè)為截 止?fàn)顟B(tài)(以下簡稱為“使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)截止的狀態(tài)”)，在第1對成為截止?fàn)顟B(tài)時， 通過控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)，使第2對成為導(dǎo)通狀態(tài)，在MERS中， 當(dāng)電路的電流被切斷時，電容器吸收在全橋電路和控制對象的電路整體中蓄積的“緩沖能 量”，并作為能夠在控制對象的電路中再生的電流雙向的開關(guān)電路發(fā)揮作用。根據(jù)控制的目 的及范圍，能夠?qū)⒃诳刂茖ο蟮碾娐妨鬟^的電流的方向切換為正向和反向。在MERS的第1交流端子與第2交流端子之間作為控制對象的電路采用將感應(yīng) 性負(fù)載和交流電源串聯(lián)連接的電路時，能夠控制提供給感應(yīng)性負(fù)載的交流電力。通過電 容器和感應(yīng)性負(fù)載的電感分量的諧振，電容器吸收在感應(yīng)性負(fù)載的電感分量中蓄積的“磁 能”(電容器充電)，并對感應(yīng)性負(fù)載實現(xiàn)再生(電容器放電)。該方案作為使用了 MERS的 交流電源裝置而提出，并已獲得專利(參照專利文獻(xiàn)2)。在使用了 MERS的交流電源裝置中，電容器的靜電電容是與感應(yīng)性負(fù)載的電感分 量形成諧振狀態(tài)的電容，根據(jù)控制的目的及范圍來選擇該電容。尤其通過將電容器的靜電 電容選擇為使得由電容器的靜電電容和感應(yīng)性負(fù)載的電感確定的諧振頻率達(dá)到逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)頻率以上，在把逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)設(shè)為導(dǎo)通時，構(gòu)成逆向?qū)ㄐ?半導(dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件能夠?qū)崿F(xiàn)為大致零電壓且零電流、并且在截止時，構(gòu)成逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件能夠?qū)崿F(xiàn)為大致零電壓即軟開關(guān)動作。在使用了 MERS的交流電源裝置中，控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀 態(tài)，使得在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的第1對成為導(dǎo)通狀態(tài)時，第2對成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1 對成為截止?fàn)顟B(tài)時，第2對成為導(dǎo)通狀態(tài)。逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時間與截止時間 的時間比(占空比)為0.5，即導(dǎo)通時間與截止時間相同。把利用時間軸來表現(xiàn)逆向?qū)ㄐ?半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)的信號設(shè)為控制信號時，進(jìn)行如下控制使控制信號的相位 與交流電源的電壓相位同步，而且使控制信號的相位提前于從交流電源的電壓相位(在時 間上是控制信號的相位變化在先的狀態(tài))。通過根據(jù)控制的目的及范圍來改變控制信號相 位與交流電源的電壓相位的相位差，能夠控制提供給感應(yīng)性負(fù)載的交流電力。另外，通過使 電流相位提前，能夠提高對感應(yīng)性負(fù)載的供給電壓，并且通過使電流相位大幅提前，能夠降 低對感應(yīng)性負(fù)載的供給電壓，這也是一個特征。
在使用了 MERS的交流電源裝置中，對于如感應(yīng)性負(fù)載那樣延遲功率因數(shù)的負(fù)載， 如果利用MERS來改善功率因數(shù)，則對感應(yīng)性負(fù)載的供給電壓升高而造成過電壓，有可能損 壞感應(yīng)性負(fù)載。為了應(yīng)對這種情況，本發(fā)明者提出了一種交流電壓控制裝置(以下簡稱為 “基于進(jìn)相電流的交流電壓控制裝置”)，通過使流向感應(yīng)性負(fù)載的電流的相位進(jìn)一步大幅 提前，向感應(yīng)性負(fù)載供給比交流電源的電壓低的電壓，通過與沒有連接MERS的另一個感應(yīng) 性負(fù)載的延遲功率因數(shù)的電流相加，把整體的電源電流的功率因數(shù)設(shè)為1，該方案已經(jīng)公開 并且已被公知(參照專利文獻(xiàn)3)。[專利文獻(xiàn)1]日本國專利第3634982號公報[專利文獻(xiàn)2]日本國專利第3735673號公報[專利文獻(xiàn)3]日本特開2007-058676號公報在基于進(jìn)相電流的交流電壓控制裝置中，使用通過MERS電路的提前功率因數(shù)負(fù) 載、和沒有連接MERS電路的另一個延遲功率因數(shù)負(fù)載這兩個負(fù)載，能夠改善功率因數(shù)。但是，通過使提供給感應(yīng)性負(fù)載的電流的相位大幅提前，即使減小提供給感應(yīng)性 負(fù)載的電壓，在MERS電路內(nèi)部也仍產(chǎn)生與交流電源的電壓同等或者更大的電壓。并且，電 容器的電壓負(fù)擔(dān)也比較大。因此，逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和電容器需要使用耐電壓較大的 器件，這有可能成為妨礙裝置小型化的原因。并且，也存在在使電流的相位大幅提前時，電 流波形中包含的高次諧波增多的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出的，其目的在于，提供一種交流電壓控制裝置，其 能夠減輕MERS電路的逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和電容器的電壓負(fù)擔(dān)，即使減小提供給感應(yīng) 性負(fù)載的電流的相位的提前量，也仍能進(jìn)行提供給感應(yīng)性負(fù)載的電壓的控制。本發(fā)明涉及通過磁能再生開關(guān)對負(fù)載電壓的調(diào)整進(jìn)行控制的交流電壓控制裝置， 本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝置被串聯(lián)地插入 到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，交流電壓控制裝置 的特征在于，具有全橋型磁能再生開關(guān)(以下把磁能再生開關(guān)簡稱為“MERS)，，電路，其由 全橋電路和連接在全橋電路的正極端子與負(fù)極端子之間的電容器構(gòu)成，其中，該全橋電路 是按照如下方式構(gòu)成的將如下地連接自消弧型元件和二極管而得到的電路或者等效的半 導(dǎo)體元件作為逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)”)，所述自消 弧型元件和二極管的所述連接為，將自消弧型元件的正極側(cè)和二極管的負(fù)極側(cè)連接、且將 自消弧型元件的負(fù)極側(cè)和二極管的正極側(cè)連接，對于第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和第2 逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)和第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的正極側(cè)連接而作為正極端子、且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第4逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)連接而作為負(fù)極端子，其中，在該第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開 關(guān)腳中，將構(gòu)成第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件的負(fù)極側(cè)(以下簡稱為“逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)”)和構(gòu)成第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件的正極 側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)”)的連接點作為第1交流端子，在該第 2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第4逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)的連接點作為第2交流端子；交流電抗器，其一端與全橋型MERS電路的第1交流端子連接；降壓變壓器，其一次側(cè)與交流電源連接，且二次側(cè)的一端與交流電抗器 的另一端連接；以及控制單元，并且，第2交流端子與感應(yīng)性負(fù)載連接，控制單元將第1逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為第1對，將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開 關(guān)和第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為第2對，并按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開 關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在構(gòu)成第1對的兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件成為 導(dǎo)通狀態(tài)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)”)時，使構(gòu)成第2對的兩個逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件成為截止?fàn)顟B(tài)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 截止的狀態(tài)”)，在第1對成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第2對成為導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元將控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為柵 極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號的 持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源的電壓相位同步的方式控制柵極 控制信號的相位，由此使電容器產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施?給感應(yīng)性負(fù)載的電壓。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，電容器是有極性的電容器。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，電容器的靜電電容(C)的值被設(shè)定成為，使由電容器的靜電電容(C)和感應(yīng) 性負(fù)載的電感(L)的值確定的諧振頻率(fres)達(dá)到交流電源的頻率(fac)以上。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，在把柵極控制信號的相位變化與交流電源的電壓相位之差作為柵極控制 信號的相位角，把柵極控制信號的相位變化在時間上早于交流電源的電壓相位的情況設(shè)為 “提前”，并以正的角度表現(xiàn)，并且，把柵極控制信號的相位變化在時間上遲于交流電源的電 壓相位的情況設(shè)為“延遲”，并以負(fù)的角度表現(xiàn)時，把柵極控制信號的相位角的范圍設(shè)定為0 度 +90度或者0度 -180度。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，該 交流電壓控制裝置的特征在于，具有單一電容器橫向型半橋MERS電路，其具有逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)腳和電容器，該逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù) 極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)連接，該電容器連接在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)的正極側(cè)即第1交流端子與第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)即第2交流端子之 間；交流電抗器，其一端與單一電容器橫向型半橋MERS電路的第1交流端子連接；降壓變 壓器，其一次側(cè)與交流電源連接，且二次側(cè)的一端與交流電抗器的另一端連接；以及控制單 元，并且，第2交流端子與感應(yīng)性負(fù)載連接，控制單元按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使第2逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第2逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)不同時處于截止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而，控制單元把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為柵 極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源的電壓相位同步的方式控制柵極 控制信號的相位，由此使電容器產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷海刂剖┘?給感應(yīng)性負(fù)載的電壓。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻 轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，電容器的靜電電容(C)的值被設(shè)定成為，使由電容器的靜電電容(C)和感應(yīng) 性負(fù)載的電感(L)的值確定的諧振頻率(fres)達(dá)到交流電源的頻率(fac)以上。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，該 交流電壓控制裝置的特征在于，具有縱向型半橋MERS電路，其按照如下的方式構(gòu)成對于 逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和電容器電路，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)和第1 二 極管的負(fù)極側(cè)的連接點作為正極端子、且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2 二 極管的正極側(cè)的連接點作為負(fù)極端子，其中，在該逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將第1逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)的連接點作為第1交流 端子，該電容器電路對于第1二極管和第1電容器并聯(lián)連接而成的第1電容器鉗位電路、和 第2 二極管和第2電容器并聯(lián)連接而成的第2電容器鉗位電路，將第1 二極管的正極側(cè)和 第2 二極管的負(fù)極側(cè)的連接點作為第2交流端子；交流電抗器，其一端與縱向型半橋MERS 電路的第1交流端子連接；降壓變壓器，其一次側(cè)與交流電源連接，且二次側(cè)的一端與交流 電抗器的另一端連接；以及控制單元，并且，第2交流端子與感應(yīng)性負(fù)載連接，控制單元按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使第2逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第2逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截 止的狀態(tài)的信號作為柵極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極 控制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源的電壓相 位同步的方式控制柵極控制信號的相位，由此使第1電容器和第2電容器產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù) 載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的電壓。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，該 交流電壓控制裝置的特征在于，具有雙電容器橫向型半橋MERS電路，其對于第1電容器短 接電路和第2電容器短接電路，連接第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)，其中，該第1電容器短接電路是把第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正 極側(cè)作為第1交流端子、并將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第1電容器并聯(lián)連接而得到的， 該第2電容器短接電路是把第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)作為第2交流端子、并將 第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2電容器并聯(lián)連接而得到的；交流電抗器，其一端與雙電容 器橫向型半橋MERS電路的第1交流端子連接；降壓變壓器，其一次側(cè)與交流電源連接，且二次側(cè)的一端與交流電抗器的另一端連接；以及控制單元，并且，第2交流端子與感應(yīng)性負(fù)載連接，控制單元按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使第2逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第2逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為柵 極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號的 持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源的電壓相位同步的方式控制柵極 控制信號的相位，由此使第1電容器和第2電容器產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償 的電壓，控制施加給感應(yīng)性負(fù)載的電壓。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件是電場效應(yīng)晶體管或者具有同 等結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，控制單元進(jìn)行如下控制在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的二極管處 于正向?qū)顟B(tài)時，使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，第1電容器和第2電容器分別為有極性的電容器。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻 轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻 轉(zhuǎn)，還將第1電容器和第2電容器的連接極性翻轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，第1電容器及第2電容器的靜電電容(C1、C2)的值分別被設(shè)定成為，使第1 諧振頻率(fresl)和第2諧振頻率(fres2)分別達(dá)到交流電源的頻率(fac)以上，其中，該 第1諧振頻率(fresl)是由第1電容器的靜電電容(Cl)和感應(yīng)性負(fù)載的電感(L)的值確 定的，該第2諧振頻率(fred)是由第2電容器的靜電電容(以)和感應(yīng)性負(fù)載的電感(L) 的值確定的。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，去除降壓變壓器，將交流電源與交流電抗器的另一端直接連接。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，該交流電壓控制裝置還具有被并聯(lián)連接在交流電源的端子之間的功率因數(shù) 補償電容器。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，在把柵極控制信號的相位變化與交流電源的電壓相位之差作為柵極控制 信號的相位角，把柵極控制信號的相位變化在時間上早于交流電源的電壓相位的情況設(shè)為 “提前”，并以正的角度表現(xiàn)，并且，把柵極控制信號的相位變化在時間上遲于交流電源的電 壓相位的情況設(shè)為“延遲”，并以負(fù)的角度表現(xiàn)時，把柵極控制信號的相位角的范圍設(shè)定為0度 +90度或者0度 -90度。另外，本發(fā)明的上述目的是通過交流電壓控制裝置而實現(xiàn)的，該交流電壓控制裝 置的特征在于，柵極控制信號的相位角的范圍始終被設(shè)為0度。根據(jù)本發(fā)明的交流電壓控制裝置，能夠控制提供給負(fù)載的電壓，而且不需使提供 給負(fù)載的電流的相位大幅提前。并且，能夠減輕MERS電路的逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和電容器的電壓負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)本 發(fā)明的交流電壓控制裝置的小型化。并且，由于不使電流的相位大幅提前，因而也能夠降低電流波形中包含的高次諧 波。另外，還具有如下的諸多效果在交流電源的電壓過大的情況下，降低提供給負(fù)載 的電壓，并且在交流電源的電壓下降的情況下，適當(dāng)保持提供給負(fù)載的電壓。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖2是表示本發(fā)明的第2實施方式的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖3是表示在本發(fā)明的第2實施方式中，把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極彼 此共享的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖4是表示本發(fā)明的第3實施方式的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖5是表示本發(fā)明的第4實施方式的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖6是表示在本發(fā)明的第4實施方式中，把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極彼 此共享的結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖7是表示在本發(fā)明的交流電壓控制裝置中，去除降壓變壓器，將交流電源和交 流電抗器直接連接的結(jié)構(gòu)的電路框圖的精粹。圖8是表示在本發(fā)明的交流電壓控制裝置中，連接功率因數(shù)補償電容器的結(jié)構(gòu)的 電路框圖的精粹。圖9是表示在本發(fā)明的第2及第4實施方式中，為了將電流完全切斷而使用了電 源開關(guān)的結(jié)構(gòu)的電路框圖的精粹。圖10是表示在本發(fā)明的第2及第4實施方式中，連接功率因數(shù)補償電容器，還為 了將電流完全切斷而使用了電源開關(guān)的結(jié)構(gòu)的電路框圖的精粹。圖11是表示交流電源的電壓相位與柵極控制信號的相位角α的關(guān)系的圖。圖12是表示柵極控制信號的相位角α與負(fù)載電壓的關(guān)系的圖。圖13是表示本發(fā)明的第1實施方式的結(jié)構(gòu)的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。圖14是表示本發(fā)明的第6實施方式的結(jié)構(gòu)的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。圖15是表示本發(fā)明的第7實施方式的結(jié)構(gòu)的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。圖16是表示在沒有本發(fā)明的第7實施方式的結(jié)構(gòu)時的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。標(biāo)號說明3交流電源；4控制單元；5感應(yīng)性負(fù)載；9降壓變壓器10全橋型MERS電路；11雙電容器橫向型半橋MERS電路；12雙電容器橫向型半橋 MERS電路的另一個方式；21單一電容器橫向型半橋MERS電路；22單一電容器橫向型半橋MERS電路的另一個方式；30縱向型半橋MERS電路ACl第1交流端子；AC2第2交流端子；DCP正極端子；DCN負(fù)極端子Gl第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號；G2第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的 柵極控制信號；G3第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極控制信號；G4第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)的柵極控制信號Sffl第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)；SW2第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)；SW3第3逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)；SW4第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)C電容器；Cl第1電容器；C2第2電容器；Ccom功率因數(shù)補償電容器Dl第1 二極管；D2第2 二極管；L感應(yīng)性負(fù)載的電感分量；Lac交流電抗器；R感應(yīng) 性負(fù)載的電阻分量；PSW電源開關(guān)Iswl通過第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的電流；Isw2通過第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開 關(guān)的電流；Iload流過感應(yīng)性負(fù)載的電流(負(fù)載電流)；Iin從交流電源供給的電流Vac交流電源的電壓；VaC_rms交流電源的實效電壓；Vc電容器的兩端電壓；Vcl 第1電容器的兩端電壓；Vc2第2電容器的兩端電壓；vin提供給電橋電路的電壓；Vin_rmS 提供給電橋電路的實效電壓；Vload提供給感應(yīng)性負(fù)載的電壓(負(fù)載電壓)；VloacLrms提 供給感應(yīng)性負(fù)載的實效電壓；VAac在交流電源測定的視在功率；Wac在交流電源測定的有 效功率；PFac在交流電源測定的功率因數(shù)α柵極控制信號的相位角；(fac)交流電源的頻率；(fsw)逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 的開關(guān)頻率；(fres)、(fresl)、(fres2)諧振頻率；(C)電容器的靜電電容；(Cl)第1電容 器的靜電電容；(C2)第2電容器的靜電電容；(L)感應(yīng)性負(fù)載的電感；(R)感應(yīng)性負(fù)載的等 效電阻；(Lac)交流電抗器的電感。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明的實施方式。對各個附圖中示出的同一構(gòu)成要素、部 件、處理標(biāo)注相同的標(biāo)號，并適當(dāng)省略重復(fù)說明。另外，實施方式只是示例，不能限定發(fā)明， 在實施方式中記述的全部特征及其組合不能被限定為其一定就是發(fā)明的本質(zhì)性內(nèi)容。在下面的說明中，自消弧型元件是指具有下述能力的電子部件，即，通過向元件的 柵極施加控制信號，能夠控制元件的正向的導(dǎo)通狀態(tài)/截止?fàn)顟B(tài)。另外，把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為柵極控制信 號，并假設(shè)逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù) 時間/截止信號的持續(xù)時間一致。S卩，在使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通的柵極控制信號持續(xù)時，逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通的狀態(tài)，在使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)截止的柵極控制信號持續(xù)時，逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)持續(xù)截止的狀態(tài)。另外，圖11表示柵極控制信號的相位角的定義。更具體地講，把柵極控制信號的相位的變化與交流電源3的電壓相位之差作為柵 極控制信號的相位角α，把柵極控制信號的相位變化在時間上早于交流電源3的電壓相位 的情況設(shè)為“提前”，并以正的角度表現(xiàn)，把柵極控制信號的相位變化在時間上遲于交流電 源3的電壓相位的情況設(shè)為“延遲”，并以負(fù)的角度表現(xiàn)。
另夕卜，圖12表示柵極控制信號的相位角α與負(fù)載電壓Vload的關(guān)系。更具體地講，對于柵極控制信號的相位角α的范圍，把O度 90度的范圍稱為 “區(qū)域1”，把90度 180度的范圍稱為“區(qū)域2”，把-180度 -90度的范圍稱為“區(qū)域3”， 把-90度 0度的范圍稱為“區(qū)域4”，把0度的點稱為“0度點”，并適當(dāng)采用這種稱呼方法。[實施例1]使用全橋型MERS的交流電壓控制裝置圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置是被串聯(lián)地插入到交流 電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間，并控制施加給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)的交流電壓 控制裝置。圖1所示的交流電壓控制裝置的特征在于，具有全橋型磁能再生開關(guān)(以下把磁 能再生開關(guān)簡稱為“MERS”)10，其由全橋電路和連接在全橋電路的正極端子DCP與負(fù)極端 子DCN之間的電容器C構(gòu)成，其中，該全橋電路是按照如下方式構(gòu)成的將如下地連接自消 弧型元件和二極管而得到的電路或者等效的半導(dǎo)體元件作為逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)(以 下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)”)，所述自消弧型元件和二極管的所述連接為，將自消弧 型元件的正極側(cè)和二極管的負(fù)極側(cè)連接、且將自消弧型元件的負(fù)極側(cè)和二極管的正極側(cè)連 接(以下，簡稱為“反并聯(lián)”連接)，對于第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)腳，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的正極側(cè)和第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW3 的正極側(cè)連接而作為正極端子DCP、且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的負(fù)極側(cè)和第4逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW4的負(fù)極側(cè)連接而作為負(fù)極端子DCN，其中，在該第1逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)腳中，將構(gòu)成第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的自消弧型元件的負(fù)極側(cè)(以下簡 稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)”)和構(gòu)成第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的自消弧 型元件的正極側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)”)的連接點作為第1交流 端子ACl在該第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW3的負(fù)極 側(cè)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW4的正極側(cè)的連接點作為第2交流端子AC2 ；交流電抗 器Lac，其一端與全橋型MERS電路10的第1交流端子ACl連接；降壓變壓器9，其一次側(cè)與 交流電源3連接，且二次側(cè)的一端與交流電抗器Lac的另一端連接；以及控制單元4，并且， 第2交流端子AC2與感應(yīng)性負(fù)載5連接，控制單元4將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl和 第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW4作為第1對，將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2和第3逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW3作為第2對，并按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo) 通/截止的狀態(tài)在構(gòu)成第1對的兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件成為導(dǎo)通狀 態(tài)(以下簡稱為“使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)”)時，使構(gòu)成第2對的兩個逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件成為截止?fàn)顟B(tài)(以下簡稱為“使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)截 止的狀態(tài)”)，在第1對成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第2對成為導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元4將控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為 柵極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號 的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源3的電壓相位同步的方式控制 柵極控制信號的相位，由此使電容器C產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，?制施加給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓。下面，根據(jù)圖13說明本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置的動作狀態(tài)。
更具體地講，圖13是表示在圖1所示的電路框圖采用以下所示的電路常數(shù)時的計算機(jī)仿真結(jié)果?！磮D13的電路常數(shù)〉交流電源3的實效電壓(Vac_rms) :200Vrms交流電源3的頻率(fac) :50Hz降壓變壓器9的繞組比一次側(cè)二次側(cè)=200 40交流電抗器Lac的電感(Lac) 0. ImH電容器C的靜電電容(C) :200mF感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L) :30mH感應(yīng)性負(fù)載5的等效電阻(R) 10 Ω。圖13表示從交流電源3供給的電流Iiru流過感應(yīng)性負(fù)載5的電流(負(fù)載電流) Iload、交流電源3的電壓Vac、提供給感應(yīng)性負(fù)載的電壓(負(fù)載電壓)Vload、將交流電源3 的電壓Vac和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的柵極控制信號C2放大后的電壓及信號、電 容器C的兩端電壓Vc、在交流電源3測定的視在功率VAac、在交流電源3測定的有效功率 Wac、在交流電源3測定的功率因數(shù)PFac (功率因數(shù)PFac被顯示為1000倍)的波形。在交流電源3與本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置之間插入了降壓變壓 器9，用于將交流電源3的電壓Vac降低20%，即從200Vrms降為160Vrms。交流電抗器Lac 選擇0. 6mH。為了供給比交流電源3的電壓Vac高的負(fù)載電壓Vload，與此相應(yīng)地選擇電感 電容更小的。在把柵極控制信號的相位角α設(shè)為“提前”時，負(fù)載電壓Vload從由交流電 源3的電壓Vac降低20%后的電壓開始升壓?？刂茊卧?在時刻0 時刻0. 1秒，使柵極控制信號的相位角α成為-45度(延 遲)，然后使柵極控制信號的相位角α成為30度(提前)，使負(fù)載電壓Vload升高。由圖13，能夠確認(rèn)到負(fù)載電壓Vload從160Vrms升高為200Vrms。下面，說明本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置的特征。電容器C的靜電電容(C)可以是通過與感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的諧振，只進(jìn)行 對感應(yīng)性負(fù)載5的磁能的吸收(電容器充電)、釋放(電容器放電)的、極小電容。S卩，可以 是與僅吸收、釋放感應(yīng)性負(fù)載5的交流電源3的半周期的磁能相均衡的電容。電容器C的 電容及目的與在現(xiàn)有的電壓型PWM逆變器電路中使用的使直流電壓變穩(wěn)定并進(jìn)行供給的 大電容的平滑電容器完全不同。并且，電容器C以交流電源3的每半個周期來吸收、釋放磁能(1/2 (L(Iload) "2)), 作為靜電能量(l/2(C(Vc)~2))。電容器C的兩端電壓Vc具有與交流電源3的每半個周期 同步地從峰值變?yōu)榇笾铝鉡V]的特點。并且，全橋型MERS電路10的正極端子DCP與負(fù)極端子DCN之間的電位的位置關(guān) 系不變。因此，電容器C能夠使用有極性電容器。并且，通過把由電容器C的靜電電容(C)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的值確定的 諧振頻率(fres)設(shè)在交流電源3的頻率(fac)附近，能夠降低本發(fā)明的第1實施方式的交 流電壓控制裝置產(chǎn)生的電壓和電流的高次諧波。并且，通過把由電容器C的靜電電容(C)和感應(yīng)性負(fù)載3的電感(L)的值確定的 諧振頻率(fres)設(shè)為交流電源3的頻率(fac)以上，在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件為大致零電壓且零電流、并且截止時，構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元 件能夠?qū)崿F(xiàn)大致零電壓的軟開關(guān)動作。并且，電容器C是對感應(yīng)性負(fù)載5的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷悍秶碾妷悍龋?所以能夠降低電容器C的分擔(dān)電壓。由圖13能夠確認(rèn)到降壓變壓器9的二次側(cè)的電壓為 160Vrms (最大電壓226V)，而電容器C的兩端電壓Vc最大為150V。并且，通過把柵極控制信號的相位角α的范圍設(shè)為0度 90度(圖12中的區(qū)域 1的范圍)、和0度 -180度(圖12中的區(qū)域3和區(qū)域4的范圍)，能夠降低在施加給感應(yīng) 性負(fù)載5的電壓波形和電流波形中產(chǎn)生的失真。另外，通過插入交流電抗器Lac，能夠使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進(jìn)行開關(guān)時的電流 的上升變緩，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的軟開關(guān)動作。也具有交流電抗器Lac的電抗(Lac)只需為極 小的值即可的特點。[實施例2]使用了單一電容器橫向型半橋MERS的交流電壓控制裝置圖2是表示本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，圖2表示被串聯(lián)地插入到交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間、并控制供 給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)的交流電壓控制裝置。圖2所示的交流電壓控制裝置的特征在于，具有單一電容器橫向型半橋MERS電 路21，其由逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和電容器C構(gòu)成，該逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳將第1逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的負(fù)極側(cè)連接，該電 容器C連接在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的正極側(cè)即第1交流端子ACl與第2逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)SW2的正極側(cè)即第2交流端子AC2之間；交流電抗器Lac，其一端與單一電 容器橫向型半橋MERS電路21的第1交流端子ACl連接；降壓變壓器9，其一次側(cè)與交流電 源3連接，且二次側(cè)的一端與交流電抗器Lac的另一端連接；以及控制單元4，并且，第2交 流端子AC2與感應(yīng)性負(fù)載5連接，控制單元4按照如下的方式控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使第2逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)SW2成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為截止?fàn)顟B(tài)時，使第 2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl和第2 逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2不同時處于截止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而，控制單元4把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為 柵極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號 的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源3的電壓相位同步的方式控制 柵極控制信號的相位，由此使電容器C產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載5的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，?制施加給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓。圖3是表示在本發(fā)明的第2實施方式中，把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè) 彼此共享的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，在本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置中，切換第1逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)SWl和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2各自的連接極性，將正極側(cè)彼此連 接。這種方式能夠獲得與本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置相同的功能、作用及 效果。在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)采用P溝道功率MOSFETjf PNP晶體管和二極管反并聯(lián)連接的電路等時，也能夠利用相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)對。下面，說明本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置的特征。本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置的基本動作、特征，與本發(fā)明的第1實 施方式的交流電壓控制裝置相同。下面，說明本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置 特有的事項。單一電容器橫向型半橋MERS電路21的第1交流端子ACl與第2交流端子AC2之 間的電位的位置關(guān)系，隨著交流電源3的電壓相位的變化而每次更換，因而電容器C采用無 極性電容器。并且，通過把由電容器C的靜電電容(C)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的值確定的 諧振頻率(fres)設(shè)為交流電源3的頻率(fac)以上，在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消 弧型元件導(dǎo)通/截止時，構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件能夠?qū)崿F(xiàn)大致零電壓 的軟開關(guān)動作。并且，由于逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)使用兩個即可，所以與本發(fā)明的第1實施方式 的交流電壓控制裝置相比，具有開關(guān)損耗減半的特點。另外，能夠簡化本發(fā)明的第2實施方 式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)。并且，本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置在電容器C殘留有電荷的狀態(tài) 下，在切換逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)時，電容器C短接。因此，通過把柵極 控制信號的相位角α的范圍控制在0度 90度(圖12中的區(qū)域1的范圍)和0度 -90 度(圖12中的區(qū)域4的范圍)之間，能夠應(yīng)對電容器C的短接。如果把相位角α的范圍 設(shè)為上述的范圍，則也具有本發(fā)明的第2實施方式的交流電壓控制裝置的通電損耗減小的 效果。另外，即使把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)時，由于電容器C是被串 聯(lián)連接在交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間的狀態(tài)，所以不能將負(fù)載電流Iload完全切斷。在 需要將負(fù)載電流Iload完全切斷的情況下，通過在交流電源3與本發(fā)明的第2實施方式的 交流電壓控制裝置之間設(shè)置電源開關(guān)PSW即可應(yīng)對。圖9 (A)和圖9(B)表示設(shè)置上述電源開關(guān)PSW的方式(關(guān)于圖9(B)的方式將在 后面敘述)。[實施例3]使用縱向型半橋MERS的交流電壓控制裝置圖4是表示本發(fā)明的第3實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，圖4表示被串聯(lián)插入到交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間、并控制供給 感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)的交流電壓控制裝置。圖4所示的交流電壓控制裝置的特征在于，具有縱向型半橋MERS電路30，其按 照如下的方式構(gòu)成對于逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和電容器電路，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)SWl的正極側(cè)和第1 二極管Dl的負(fù)極側(cè)的連接點作為正極端子DCP、且將第2逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)SW2的負(fù)極側(cè)和第2 二極管D2的正極側(cè)的連接點作為負(fù)極端子DCN，其 中，在該逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的負(fù)極側(cè)和第2逆 向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的正極側(cè)的連接點作為第1交流端子ACl，該電容器電路對于第1 二極管Dl和第1電容器Cl并聯(lián)連接而成的第1電容器鉗位電路、和第2 二極管D2和第2 電容器C2并聯(lián)連接而成的第2電容器鉗位電路，將第1 二極管Dl的正極側(cè)和第2 二極管D2的負(fù)極側(cè)的連接點作為第2交流端子AC2;交流電抗器Lac，其一端與縱向型半橋MERS電 路30的第1交流端子ACl連接；降壓變壓器9，其一次側(cè)與交流電源3連接，且二次側(cè)的一 端與交流電抗器Lac的另一端連接；以及控制單元4，并且，第2交流端子AC2與感應(yīng)性負(fù)載5連接，控制單元4按照如下的方式控制逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為導(dǎo)通狀態(tài)時， 使第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為 截止?fàn)顟B(tài)時，使第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)SWl和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元4把控 制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為柵極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時 間一致時，按照與交流電源3的電壓相位同步的方式控制柵極控制信號的相位，由此使第1 電容器Cl和第2電容器C2產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載5的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷海刂剖┘咏o 感應(yīng)性負(fù)載5的電壓。下面，說明本發(fā)明的第3實施方式的交流電壓控制裝置的特征。本發(fā)明的第3實施方式的交流電壓控制裝置的基本動作、特征，與本發(fā)明的第1實 施方式的交流電壓控制裝置相同。下面，說明本發(fā)明的第3實施方式的交流電壓控制裝置 特有的事項。第1電容器Cl的靜電電容(Cl)和第2電容器C2的靜電電容(C2)可以是通過與 感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的諧振，只進(jìn)行感應(yīng)性負(fù)載5的磁能的吸收(電容器充電)、釋放 (電容器放電)的極小容量。即，可以是與吸收、釋放感應(yīng)性負(fù)載5的交流電源3的半周期 的磁能相均衡的容量。第1電容器Cl和第2電容器C2的容量及目的，與在現(xiàn)有的電壓型 PWM逆變器電路中使用的使直流電壓變穩(wěn)定并進(jìn)行供給的大電容的平滑電容器完全不同。并且，第1電容器Cl和第2電容器C2與交流電源3的每半個周期同步且交替地吸 收、釋放磁能(l/2(L(Il0adr2))，作為靜電能量(1/2 (Cl (Vcl) "2)), (1/2 (C2 (Vc2) ~2))。 第1電容器Cl的兩端電壓Vcl和第2電容器C2的兩端電壓Vc2具有與交流電源3的每半 個周期同步且交替地從峰值變?yōu)榇笾铝鉡V]的特點。并且，縱向型半橋MERS電路30的正極端子DCP與負(fù)極端子DCN之間的電位的位 置關(guān)系不變。因此，第1電容器Cl和第2電容器C2能夠使用有極性電容器。并且，把由第1電容器Cl的靜電電容(Cl)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的值確定 的第1諧振頻率(fresl)、以及由第2電容器C2的靜電電容(C2)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感 (L)的值確定的第2諧振頻率(fres2)，分別設(shè)在交流電源3的頻率(fac)附近，由此能夠 降低本發(fā)明的第3實施方式的交流電壓控制裝置產(chǎn)生的電壓和電流的高次諧波。并且，將第1電容器及第2電容器的靜電電容(Cl、C2)的值設(shè)定成為，使把由第 1電容器Cl的靜電電容(Cl)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的值確定的諧振頻率(fresl)、 以及由第2電容器C2的靜電電容(Cl)和感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L)的值確定的諧振頻率 (fres2)，分別達(dá)到交流電源3的頻率(fac)以上，由此在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自 消弧型元件為大致零電壓而且零電流、并且截止時，構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧 型元件能夠?qū)崿F(xiàn)大致零電壓的軟開關(guān)動作。并且，第1電容器Cl和第2電容器C2是對感應(yīng)性負(fù)載5的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷悍秶碾妷悍?，所以能夠降低各個電容器的分擔(dān)電壓。第1電容器Cl和第2電容器 C2與交流電源3的每半個周期同步且交替地進(jìn)行充電放電，所以與本發(fā)明的第1實施方式 的交流電壓控制裝置相比，也具有每一個電容器的電流任務(wù)減半的特點。并且，由于逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)使用兩個即可，所以與本發(fā)明的第1實施方式 的交流電壓控制裝置相比，具有開關(guān)損耗減半的特點。另外，能夠簡化本發(fā)明的第3實施方 式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)。并且，能夠與本發(fā)明的第1實施方式相同地把柵極控制信號的相位角α的范圍設(shè) 為0度 90度(圖12中的區(qū)域1的范圍)、和0度 -180度(圖12中的區(qū)域3和區(qū)域4 的范圍)。但是，如果把柵極控制信號的相位角α的范圍設(shè)為-90度 -180度(圖12中 的區(qū)域4的范圍)，則在第1電容器Cl和第2電容器C2各自中殘留有電荷，各個電容器的 分擔(dān)電壓升高。通過把柵極控制信號的相位角α的范圍設(shè)為0度 90度(圖12中的區(qū) 域1的范圍)、和0度 -90度(圖12中的區(qū)域4的范圍)，能夠降低各個電容器的分擔(dān)電 壓。并且，能夠降低在施加給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓波形和電流波形中產(chǎn)生的失真。[實施例4]使用了雙電容器橫向型半橋MERS的交流電壓控制裝置圖5是表示本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，圖5表示被串聯(lián)地插入到交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間、并控制供 給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)的交流電壓控制裝置。圖5所示的交流電壓控制裝置的特征在于，具有雙電容器橫向型半橋MERS電路 11，其對于第1電容器短接電路和第2電容器短接電路，連接第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) Sffl的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的負(fù)極側(cè)，其中，該第1電容器短接電路是 把第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的正極側(cè)作為第1交流端子AC1、并將第1逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)SWl和第1電容器Cl并聯(lián)連接而得到的，該第2電容器短接電路是把第2逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)SW2的正極側(cè)作為第2交流端子AC2、并將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2 和第2電容器C2并聯(lián)連接而得到的；交流電抗器Lac，其一端與雙電容器橫向型半橋MERS 電路11的第1交流端子ACl連接；降壓變壓器9，其一次側(cè)與交流電源3連接，且二次側(cè)的 一端與交流電抗器Lac的另一端連接；以及控制單元4，并且，第2交流端子AC2與感應(yīng)性負(fù)載5連接，控制單元4按照如下的方式控制逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為導(dǎo)通狀態(tài)時， 使第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2成為截止?fàn)顟B(tài)，在第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl成為 截止?fàn)顟B(tài)時，使第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2成為導(dǎo)通狀態(tài)，由此使第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)SWl和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，控制單元4把控制逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)的信號作為 柵極控制信號，在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與柵極控制信號的導(dǎo)通信號 的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與交流電源的電壓相位同步的方式控制柵 極控制信號的相位，由此使第1電容器Cl和第2電容器C2產(chǎn)生對感應(yīng)性負(fù)載5的電抗電 壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施加給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓。圖6是表示在本發(fā)明的第4實施方式中，把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè) 彼此共享的結(jié)構(gòu)的電路框圖。更具體地講，在本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置中，切換第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2各自的連接極性，將正極側(cè)彼此連 接。這種方式能夠獲得與本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置相同的功能、作用及 效果。在逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)采用P溝道功率MOSFETjf PNP晶體管和二極管反并聯(lián) 連接的電路等時，也能夠利用相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)對。本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置的基本動作、特征，與本發(fā)明的第3實 施方式的交流電壓控制裝置相同。下面，說明本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置 特有的事項。各個第1電容器短接電路的端子之間與第2電容器短接電路的端子之間的電位的 位置關(guān)系不變。因此，第1電容器Cl和第2電容器C2可以采用有極性電容器。并且，本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置在第1電容器Cl或者第2電容 器C2的至少一方殘留有電荷的狀態(tài)下，在切換逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài) 時，殘留有電荷的電容器短接。因此，通過把柵極控制信號的相位角α的范圍控制在0度 90度(圖12中的區(qū)域1的范圍)和0度 -90度(圖12中的區(qū)域4的范圍)之間，能夠 進(jìn)行應(yīng)對。如果把相位角α的范圍設(shè)為上述的范圍，則也具有本發(fā)明的第4實施方式的交 流電壓控制裝置的通電損耗減小的效果。并且，即使把兩個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)同時設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)時，由于第1電容器 Cl與第2電容器C2的串聯(lián)電路是被串聯(lián)連接在交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5之間的狀態(tài)， 所以不能將負(fù)載電流Iload完全切斷。在需要將負(fù)載電流Iload完全切斷的情況下，通過 在交流電源3與本發(fā)明的第4實施方式的交流電壓控制裝置之間設(shè)置電源開關(guān)PSW即可應(yīng) 對。圖9(A)和圖9(B)表示設(shè)置上述電源開關(guān)PSW的方式(關(guān)于圖9(B)的方式將在后面 敘述)。另外，在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的自消弧型元件采用電場效應(yīng)晶體管或者具 有同等結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件時，控制單元4進(jìn)行如下控制在構(gòu)成逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的 二極管處于正向?qū)顟B(tài)時，使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，由此成為同步整流 方式，也能夠減小導(dǎo)通損耗。[實施例5]省略降壓變壓器的情況圖7(B)是表示本發(fā)明的第5實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的一部分的電 路框圖。更具體地講，圖7(B)的特點在于，通過增大本發(fā)明的交流電壓控制裝置的交流電 抗器Lac的電感的容量，能夠使降壓變壓器9具有的降低交流電源3的電壓的功能被代替 而去除，將交流電源3直接與交流電抗器Lac的另一端連接。下面，說明本發(fā)明的第5實施方式的交流電壓控制裝置的特征。本發(fā)明的特征在于，交流電抗器Lac的分擔(dān)電壓可以大致是對感應(yīng)性負(fù)載5的電 抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷旱姆秶碾妷悍?。并且，為了進(jìn)行柵極控制信號的相位角α在零度附近的控制，而且降低交流電源 3的電壓，交流電抗器Lac需要是電感容量較大的交流電抗器。但是，在本發(fā)明的交流電壓 控制裝置的電力容量增大，并根據(jù)感應(yīng)性負(fù)載5的功率因數(shù)來進(jìn)行交流電抗器Lac的設(shè)計 的情況下，能使負(fù)載電流Iload的波形接近基本波等，反而能夠獲得更大的優(yōu)點。
[實施例6]使用了功率因數(shù)補償電容器的示例圖8㈧和圖8(B)是表示本發(fā)明的第6實施方式的交流電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)的一 部分的電路框圖。更具體地講，圖8(A)和圖8(B)的特點在于，還具有被并聯(lián)連接在交流電源3的端 子之間的功率因數(shù)補償電容器Ccom，在利用本發(fā)明的交流電壓控制裝置進(jìn)行的電壓控制的 全部范圍內(nèi)使功率因數(shù)大致為1。下面，根據(jù)圖14㈧和圖14⑶來說明本發(fā)明的第6實施方式的交流電壓控制裝 置的動作狀態(tài)。更具體地講，圖14(A)表示當(dāng)在本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置中采 用圖13所示的電路常數(shù)時的計算機(jī)仿真結(jié)果。圖14⑶表示當(dāng)在本發(fā)明的第1實施方式的交流電壓控制裝置中采用圖13所示 的電路常數(shù)、而且把功率因數(shù)補償電容器Ccom的靜電電容設(shè)為120mF時的計算機(jī)仿真結(jié)合。圖14㈧和圖14⑶都表示在交流電源3測定的視在功率VAac、在交流電源3測 定的有效功率Wac、在交流電源3測定的功率因數(shù)PFac (功率因數(shù)PFac被顯示為1000倍) 的波形。將圖14㈧和圖14⑶進(jìn)行比較，能夠確認(rèn)到在將連接了功率因數(shù)補償電容器 Ccom的交流電壓控制裝置的柵極控制信號的相位角α從-45度(延遲)變?yōu)?0度(提 前)時，功率因數(shù)也大致為1。[實施例7]使柵極控制信號的相位角始終為0度的情況圖15是表示本發(fā)明的第7實施方式的結(jié)構(gòu)的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。圖16是表示 將交流電源3與感應(yīng)性負(fù)載5直接連接時的計算機(jī)仿真結(jié)果的圖。并且，無論在哪種情況 下，在交流電源3的阻抗升高、負(fù)載電流Iload大時，負(fù)載電壓Vload下降。更具體地講，圖15表示當(dāng)在圖1所示的電路框圖中采用以下所示的電路常數(shù)時的 計算機(jī)仿真結(jié)果?！磮D15的電路常數(shù)〉交流電源3的實效電壓(Vac_rms) =IlOVrms交流電源3的頻率(fac) :50Hz降壓變壓器9的繞組比一次側(cè)二次側(cè)=110 22交流電抗器Lac的電感(Lac) 6. 2mH電容器C的靜電電容(C) 500mF從時刻O秒到時刻0. 1秒以及時刻0. 2秒后以后的感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L) 20mH,感應(yīng)性負(fù)載5的等效電阻(R) 20 Ω，
在從時刻0. 1秒到時刻0. 2秒的期間的感應(yīng)性負(fù)載5的電感(L) 12mH，感應(yīng)性負(fù) 載5的等效電阻(R) :4Ω。 圖15表示流過感應(yīng)性負(fù)載5的電流(負(fù)載電流)Iload、電容器C的兩端電壓Vc、 提供給全橋型MERS電路10的電壓Vin、提供給全橋型MERS電路10的實效電壓Vin_rms、提 供給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)Vload、提供給感應(yīng)性負(fù)載5的實效電壓VloacLrms、 在交流電源3測定的視在功率VAac、第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的柵極控制信號G1、第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的柵極控制信號G2的波形。圖16表示流過感應(yīng)性負(fù)載5的電流(負(fù)載電流)Iload、交流電源3的電壓Vac、 交流電源3的實效電壓VaC_rmS、提供給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)Vload、提供給感 應(yīng)性負(fù)載5的實效電壓VloacLrms、在交流電源3測定的視在功率VAac的波形。在圖15中，降壓變壓器9被插入到交流電源3與本發(fā)明的第7實施方式的交流電 壓控制裝置之間，將交流電源3的電壓Vac降低20%，即從IlOVrms降低到88Vrms。交流 電抗器Lac選擇6. 2mH。感應(yīng)性負(fù)載5仿真了將兩個感應(yīng)性負(fù)載并聯(lián)連接的狀態(tài)，由第1感 應(yīng)性負(fù)載和第2感應(yīng)性負(fù)載構(gòu)成。第1感應(yīng)性負(fù)載為20mH、20 Ω，第2感應(yīng)性負(fù)載為30mH、 5Ω。第1感應(yīng)性負(fù)載從時刻0起始終是連接著的，第2感應(yīng)性負(fù)載只在從時刻0. 1秒到時 刻0.2秒的期間連接?？刂茊卧?使柵極控制信號的相位角α始終為0度(圖12中的0度點)。S卩，與 交流電源3的電壓Vac大致為0電壓的時刻同步，切換逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的柵極 控制信號Gl和逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的柵極控制信號G2的相位。根據(jù)圖15能夠確認(rèn)到在從時刻0. 1秒到時刻0. 2秒的期間流過約17Α的沖擊電 流，但供給感應(yīng)性負(fù)載5的實效電壓VloacLrms能夠保持為100V的狀態(tài)。并且，電容器C 的兩端電壓Vc自動進(jìn)行吸收(電容器C充電)、釋放(電容器C放電)沖擊電流的相應(yīng)量。 與此相比，在圖16中能夠確認(rèn)到，在流過約17A的沖擊電流的期間，提供給感應(yīng)性負(fù)載5的 實效電壓Vload_rms下降到88V。下面，說明本發(fā)明的第7實施方式的交流電壓控制裝置的特征。本發(fā)明的第7實施方式的交流電壓控制裝置的基本動作、特征，與本發(fā)明的第1實 施方式的交流電壓控制裝置相同。下面，說明本發(fā)明的第7實施方式的交流電壓控制裝置 特有的事項。把柵極控制信號的相位角α始終設(shè)為0度(圖12中的0度點)。S卩，與交流電 源3的電壓Vac大致為0電壓的時刻同步，切換逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl的柵極控制信 號Gl和逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2的柵極控制信號G2的相位。而在本發(fā)明的其他實施方 式的交流電壓控制裝置中，則主動地控制柵極控制信號的相位角a。在本發(fā)明的第7實施 方式的交流電壓控制裝置中，通過把柵極控制信號的相位角α始終設(shè)為0度(圖12中的 0度點)，能夠使供給感應(yīng)性負(fù)載5的電壓(負(fù)載電壓)Vload保持固定。把柵極控制信號 的相位角α始終設(shè)為0度(圖12中的0度點)的方法，在本發(fā)明的其他實施方式的交流 電壓控制裝置中也能夠有效地發(fā)揮作用。[實施例8]放電燈調(diào)光系統(tǒng)本發(fā)明能夠提供一種放電燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于，連接作為與上述交流電壓控 制裝置連接的感應(yīng)性負(fù)載5具有感應(yīng)性負(fù)載的一個或者多個放電燈(以下簡稱為“放電 燈”)，并改變負(fù)載電壓Vload，由此根據(jù)目的對放電燈的亮度進(jìn)行調(diào)光。另外，在圖13中示出的電路常數(shù)是假設(shè)為交流200Vrms輸入、功率因數(shù)0. 7的低 功率因數(shù)型的熒光燈和電抗器穩(wěn)定器型汞燈時的值，并確認(rèn)到能夠在本發(fā)明的交流電壓控 制裝置中有效地發(fā)揮作用。[實施例9]感應(yīng)電動機(jī)控制系統(tǒng)本發(fā)明能夠提供一種感應(yīng)電動機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，作為與上述交流電壓控制裝置連接的感應(yīng)性負(fù)載5連接一個或者多個感應(yīng)電動機(jī)(以下簡稱為“感應(yīng)電動機(jī)”)， 在感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，控制單元4設(shè)定電容器C (或者第1電容器Cl和第2電容器C2) 不產(chǎn)生電壓的柵極控制信號的相位角α，使負(fù)載電壓Vload低于感應(yīng)電動機(jī)的額定并進(jìn)行 供給，由此降低感應(yīng)電動機(jī)的鐵損，在感應(yīng)電動機(jī)起動時，控制單元4設(shè)定使電容器C (或者 第1電容器Cl和第2電容器C2)產(chǎn)生電壓的柵極控制信號的相位角α，使負(fù)載電壓Vload 達(dá)到感應(yīng)電動機(jī)的額定或者額定以上并進(jìn)行供給，由此增大起動轉(zhuǎn)矩，通過把柵極控制信 號的相位角α設(shè)為O度，能夠防止起動多個感應(yīng)電動機(jī)時的負(fù)載電壓Vload的電壓下降。[實施例10]在三相交流電路中的應(yīng)用本發(fā)明能夠提供一種交流電源裝置，其特征在于，在作為交流電源3采用三相交 流的情況下，將上述的交流電壓控制裝置分別與三相交流的各相連接，作為通過通信單元 將各相各自的交流電壓控制裝置的控制單元4之間進(jìn)行連接的一個交流電壓控制裝置，各 個控制單元4進(jìn)行調(diào)整，使得通過通信單元獲取的各相的負(fù)載電壓Vload相互平衡，由此能 夠應(yīng)對三相的不平衡電壓。
權(quán)利要求
1.一種交流電壓控制裝置，其被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施 加給所述感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，所述交流電壓控制裝置的特征在于，所述交流電壓控制裝置具有全橋型磁能再生開關(guān)(以下把磁能再生開關(guān)簡稱為“MERS”)電路，其由全橋電路和連 接在所述全橋電路的正極端子與負(fù)極端子之間的電容器構(gòu)成，其中，該全橋電路是按照如 下方式構(gòu)成的將如下地連接自消弧型元件和二極管而得到的電路或者等效的半導(dǎo)體元件 作為逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)”)，所述自消弧型元件 和二極管的所述連接為，將所述自消弧型元件的正極側(cè)和所述二極管的負(fù)極側(cè)連接、且將 所述自消弧型元件的負(fù)極側(cè)和所述二極管的正極側(cè)連接，對于第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 腳和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)和第3逆向?qū)?通型半導(dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)連接而作為所述正極端子、且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù) 極側(cè)和第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)連接而作為所述負(fù)極端子，其中，在該第1逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)腳中，將構(gòu)成所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的所述自消弧型元件的負(fù) 極側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)”)和構(gòu)成所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)的所述自消弧型元件的正極側(cè)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)”)的連 接點作為第1交流端子，在該第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將所述第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和所述第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)的連接點作為第2交流端子；交流電抗器，其一端與所述全橋型MERS電路的所述第1交流端子連接；降壓變壓器，其一次側(cè)與所述交流電源連接，且二次側(cè)的一端與所述交流電抗器的另 一端連接；以及控制單元，并且，所述第2交流端子與所述感應(yīng)性負(fù)載連接，所述控制單元將所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和所述第4逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 作為第1對，將所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和所述第3逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)作為第 2對，并按照如下的方式控制所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)在構(gòu)成所述 第1對的兩個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的所述自消弧型元件成為導(dǎo)通狀態(tài)(以下簡稱為 “逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)”)時，使構(gòu)成所述第2對的兩個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的所述自消弧型元件成為截止?fàn)顟B(tài)(以下簡稱為“逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)截止的狀 態(tài)”)，在所述第1對為截止?fàn)顟B(tài)時，使所述第2對成為導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，所述控制單元將對所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)進(jìn)行控制的 信號作為柵極控制信號，在所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與所述柵極控 制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與所述交流電源的電壓 相位同步的方式控制所述柵極控制信號的相位，由此使所述電容器產(chǎn)生對所述感應(yīng)性負(fù)載 的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷海刂剖┘咏o所述感應(yīng)性負(fù)載的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述電容器是有極性的電 容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述電容器的靜電電容 的值被設(shè)定成為，使得由所述電容器的靜電電容和所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值確定的諧振 頻率為所述交流電源的頻率以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，在把所 述柵極控制信號的相位變化與所述交流電源的電壓相位之差設(shè)為所述柵極控制信號的相 位角，把所述柵極控制信號的相位變化在時間上早于所述交流電源的電壓相位的情況設(shè)為 “提前”，并以正的角度表現(xiàn)，把所述柵極控制信號的相位變化在時間上遲于所述交流電源 的電壓相位的情況設(shè)為“延遲”，并以負(fù)的角度表現(xiàn)時，把所述柵極控制信號的相位角的范 圍設(shè)定為0度 +90度或者0度 -180度。
5.一種交流電壓控制裝置，其被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施 加給所述感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，所述交流電壓控制裝置的特征在于，所述交流電壓控制裝置具有單一電容器橫向型半橋MERS電路，其具有逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和電容器，該逆向 導(dǎo)通型半導(dǎo)體開關(guān)腳將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān) 的負(fù)極側(cè)連接，該電容器連接在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)即第1交流端子 與所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)即第2交流端子之間；交流電抗器，其一端與所述單一電容器橫向型半橋MERS電路的所述第1交流端子連接；降壓變壓器，其一次側(cè)與所述交流電源連接，且二次側(cè)的一端與所述交流電抗器的另 一端連接；以及控制單元，并且，所述第2交流端子與所述感應(yīng)性負(fù)載連接，所述控制單元按照如下的方式控制所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài) 在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成 為截止?fàn)顟B(tài)，在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，使所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)不同時處于截止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)而，所述控制單元把對所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)進(jìn)行控制的 信號作為柵極控制信號，在所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與所述柵極控 制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與所述交流電源的電壓 相位同步的方式控制所述柵極控制信號的相位，由此使所述電容器產(chǎn)生對所述感應(yīng)性負(fù)載 的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施加給所述感應(yīng)性負(fù)載的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，將所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述電容器的靜電電容 的值被設(shè)定成為，使得由所述電容器的靜電電容和所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值確定的諧振 頻率為所述交流電源的頻率以上。
8.一種交流電壓控制裝置，其被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施 加給所述感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，所述交流電壓控制裝置的特征在于，所述交流電壓控制裝置具有縱向型半橋MERS電路，其按照如下的方式構(gòu)成對于逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳和電容 器電路，將第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)和第1二極管的負(fù)極側(cè)的連接點作為正極端子、且將第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2 二極管的正極側(cè)的連接點作為負(fù)極 端子，其中，在該逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)腳中，將所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè) 和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)的連接點作為第1交流端子，該電容器電路對 于所述第1 二極管和第1電容器并聯(lián)連接而成的第1電容器鉗位電路、和所述第2 二極管 和第2電容器并聯(lián)連接而成的第2電容器鉗位電路，將所述第1 二極管的正極側(cè)和所述第 2二極管的負(fù)極側(cè)的連接點作為第2交流端子；交流電抗器，其一端與所述縱向型半橋MERS電路的所述第1交流端子連接； 降壓變壓器，其一次側(cè)與所述交流電源連接，且二次側(cè)的一端與所述交流電抗器的另 一端連接；以及 控制單元，并且，所述第2交流端子與所述感應(yīng)性負(fù)載連接，所述控制單元按照如下的方式控制所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài) 在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成 為截止?fàn)顟B(tài)，在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，使所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，所述控制單元把對所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)進(jìn)行控制的 信號作為柵極控制信號，在所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與所述柵極控 制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與所述交流電源的電壓 相位同步的方式控制所述柵極控制信號的相位，由此使所述第1電容器和所述第2電容器 產(chǎn)生對所述感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施加給所述感應(yīng)性負(fù)載的電壓。
9. 一種交流電壓控制裝置，其被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并控制施 加給所述感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓，所述交流電壓控制裝置的特征在于， 所述交流電壓控制裝置具有雙電容器橫向型半橋MERS電路，其對于第1電容器短接電路和第2電容器短接電路， 連接第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)和第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的負(fù)極側(cè)，其中，該 第1電容器短接電路是把所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體的正極側(cè)作為第1交流端子、并將所 述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和第1電容器并聯(lián)連接而得到的，該第2電容器短接電路是 把所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的正極側(cè)作為第2交流端子、并將所述第2逆向?qū)ㄐ?半導(dǎo)體開關(guān)和第2電容器并聯(lián)連接而得到的；交流電抗器，其一端與所述雙電容器橫向型半橋MERS電路的所述第1交流端子連接； 降壓變壓器，其一次側(cè)與所述交流電源連接，且二次側(cè)的一端與所述交流電抗器的另 一端連接；以及 控制單元，并且，所述第2交流端子與所述感應(yīng)性負(fù)載連接，所述控制單元按照如下的方式控制所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài) 在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成 為截止?fàn)顟B(tài)，在所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)成為截止?fàn)顟B(tài)時，使所述第2逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)，使所述第1逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)不同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而，所述控制單元把對所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)進(jìn)行控制的 信號作為柵極控制信號，在所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止的狀態(tài)與所述柵極控 制信號的導(dǎo)通信號的持續(xù)時間/截止信號的持續(xù)時間一致時，按照與所述交流電源的電壓 相位同步的方式控制所述柵極控制信號的相位，由此使所述第1電容器和所述第2電容器 產(chǎn)生對所述感應(yīng)性負(fù)載的電抗電壓進(jìn)行補償?shù)碾妷?，控制施加給所述感應(yīng)性負(fù)載的電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，構(gòu)成所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo) 體開關(guān)的所述自消弧型元件是電場效應(yīng)晶體管或者具有同等結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，所述控制單元進(jìn)行如下控制在構(gòu)成所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的所述二極管處于正 向?qū)顟B(tài)時，使所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8 10中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述第 1電容器和所述第2電容器分別為有極性的電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，將所述第1逆向?qū)?型半導(dǎo)體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，將所述第1逆向?qū)ㄐ桶?導(dǎo)體開關(guān)和所述第2逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的連接極性翻轉(zhuǎn)，而且將所述第1電容器和所 述第2電容器的連接極性翻轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8 13中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述 第1電容器及第2電容器的靜電電容的值分別被設(shè)定成為，使得由所述第1電容器的靜電 電容和所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值確定的第1諧振頻率、以及由所述第2電容器的靜電電 容和所述感應(yīng)性負(fù)載的電感的值確定的第2諧振頻率，分別為所述交流電源的頻率以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 14中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，去除所 述降壓變壓器，將所述交流電源與所述交流電抗器的所述另一端直接連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求1 15中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，所述交 流電壓控制裝置還具有并聯(lián)連接在所述交流電源的端子之間的功率因數(shù)補償電容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求5 16中的任意一項所述的交流電壓控制裝置，其特征在于，在把 所述柵極控制信號的相位變化與所述交流電源的電壓相位之差設(shè)為所述柵極控制信號的 相位角，把所述柵極控制信號的相位變化在時間上早于所述交流電源的電壓相位的情況設(shè) 為“提前”，并以正的角度表現(xiàn)，把所述柵極控制信號的相位變化在時間上遲于所述交流電 源的電壓相位的情況設(shè)為“延遲”，并以負(fù)的角度表現(xiàn)時，所述柵極控制信號的相位角的范 圍被設(shè)定為0度 +90度或者0度 -90度。
18.根據(jù)權(quán)利要求1 16(權(quán)利要求4除外)中的任意一項所述的交流電壓控制裝置， 其特征在于，所述柵極控制信號的相位角的范圍始終被設(shè)為0度。
19.一種交流電壓控制系統(tǒng)，其特征在于，在權(quán)利要求5 7以及權(quán)利要求9 14中的 任意一項所述的交流電壓控制裝置與所述交流電源之間，設(shè)置有用于將所述交流電源完全 切斷的電源開關(guān)。
20.一種放電燈調(diào)光系統(tǒng)，其中，在權(quán)利要求1 18中的任意一項所述的交流電壓控制 裝置上連接了具有所述感應(yīng)性負(fù)載的一個或者多個放電燈，所述放電燈調(diào)光系統(tǒng)的特征在 于，所述交流電壓控制裝置的所述控制單元控制所述負(fù)載電壓，由此根據(jù)目的對所述放電 燈的亮度進(jìn)行調(diào)光。
21.一種感應(yīng)電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，在權(quán)利要求1 18中的任意一項所述的交流電壓 控制裝置上連接了具有所述感應(yīng)性負(fù)載的一個或者多個感應(yīng)電動機(jī)，所述感應(yīng)電動機(jī)控制 系統(tǒng)的特征在于，在所述感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，所述交流電壓控制裝置的所述控制單元設(shè)定使所述電 容器或者所述第1電容器和所述第2電容器不產(chǎn)生電壓的所述柵極控制信號的相位角，使 所述負(fù)載電壓低于所述感應(yīng)電動機(jī)的額定電壓并進(jìn)行供給，由此降低所述感應(yīng)電動機(jī)產(chǎn)生 的鐵損，進(jìn)而，在所述感應(yīng)電動機(jī)起動時，所述控制單元設(shè)定使所述電容器或者所述第1電容 器和所述第2電容器產(chǎn)生電壓的所述柵極控制信號的相位角，使所述負(fù)載電壓按照額定電 壓或者額定電壓以上的方式進(jìn)行供給，由此增大起動轉(zhuǎn)矩。
22.一種交流電源裝置，在三相交流電源的各相上分別連接了權(quán)利要求1 18中的任 意一項所述的交流電壓控制裝置，并且所述各相各自的所述交流電壓控制裝置的所述控制 單元之間通過通信單元連接，所述交流電源裝置的特征在于，各個所述控制單元進(jìn)行如下調(diào)整使通過所述通信單元獲取的各相的所述負(fù)載電壓相 互平衡。
全文摘要
一種交流電壓控制裝置，該交流電壓控制裝置被串聯(lián)地插入到交流電源與感應(yīng)性負(fù)載之間，并利用磁能再生開關(guān)來控制感應(yīng)性負(fù)載的負(fù)載電壓的調(diào)整，減輕磁能再生開關(guān)內(nèi)的逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和電容器的電壓負(fù)擔(dān)，對提供給感應(yīng)性負(fù)載的電流的相位，通過較小的提前量，進(jìn)行提供給感應(yīng)性負(fù)載的電壓的控制。
文檔編號H02M5/293GK102047546SQ200980117548
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者嶋田隆一 申請人:莫斯科技株式會社