JP2016086456A - 単位交流−交流変換器および交流−交流変換システム - Google Patents
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Abstract
【課題】多相変圧器を用いない交流−交流変換システムにおいて、単位交流−交流変換器の多重数を増加させずに出力電圧レベル数を増加させる。【解決手段】交流の入力側および出力側に5レベル変換回路A1,A2を接続する。各5レベル変換回路A1,A2における第1コンデンサC1,C3の正極間,第2コンデンサC2,C4の負極間,第1,第2コンデンサC1,C2の共通接続点とC3,C4の共通接続点間をスイッチ体で接続する。【選択図】図1
Description
本発明は、単位交流−交流変換器および交流−交流変換システムに関する。
図6は、特許文献1におけるマルチレベル電力変換器の回路図であり、多相変圧器を用いたカスケードマルチレベル電力変換器を示している。
図6に示すように、三相交流電源を多相変圧器1の入力端子R,S,Tに入力する。多相変圧器1の2次側には単位インバータINV_U1,INV_U2,INV_V1,INV_V2,INV_W1,INV_W2が接続されている。各単位インバータINV_U1〜INV_W2は、三相全波整流ダイオードDと、コンデンサCと、スイッチングデバイスから構成されるフルブリッジインバータIを備える。
なお、図6では省略されているが、実際には多相変圧器1には単位インバータINV_V1,INV_V2,INV_W1,INV_W2用の2次巻線があり、INV_U1,INV_U2と同様に、各2次巻線と各単位インバータが接続されている。
単位インバータINV_U1,INV_V1,INVW1の出力端子の一端は中点NでY結線されている。単位インバータINV_U1〜INV_W2のコンデンサCの電圧をEとすると、各スイッチングデバイスのオン・オフの組み合わせによって、単位インバータINV_U1〜INV_W2の出力電圧は、E,0,−Eの3レベルを出力することができる。さらに、Y結線の中点を基準に出力端子U,V,Wへの単位インバータの多重数をNとすると、2N+1レベルの相電圧を負荷へ出力することができる。なお、図6の回路は、N=2の構成の例である。
図6のマルチレベル電力変換器は多相変圧器1が必要であり、電力変換器のサイズや重量が増加するという問題点がある。この問題点を解決したのが、図7に示す交流−交流変換システムである(特願2013−024387)。図7に示す交流−交流変換システムは、多相変圧器を用いないため小型化が可能である。
各相の単位交流−交流変換器を任意の多重数Nで多重すると、入力に2N+1レベルの相電圧を、出力に2N+1の相電圧を出力できる。同じ電圧レベル数を出力する電力変換システムをより多重数が少ない構成で実現した方が、単位交流−交流変換器の個数を削減できる。図7に示す交流−交流変換システムは、配線数の削減、小型化,低コスト化を図ることが可能となる。
図7に示す交流−交流変換システムは、図6に示すカスケードマルチレベル変換器と比べて、小型化や低コスト化が実現できる。
しかしながら、入力および出力の相電圧は2N+1レベルに限定される。入力電流および出力電流の高調波成分を低減させるためには、2N+1レベルより高い相電圧レベルが望ましい。
以上示したようなことから、多相変圧器を用いない交流−交流変換システムにおいて、単位交流−交流変換器の多重数を増加させずに出力電圧レベル数を増加させることが課題となる。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、入力端子,出力端子のそれぞれに一端が接続された第1,第2スイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの直列体に対し並列に、順次直列接続された第1,第2コンデンサと、第1,第2スイッチングデバイスの直列体と第1,第2コンデンサの直列体に対し並列に、順次直列接続された第3,第4スイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第1,第2コンデンサの共通接続点との間に介挿された第1双方向スイッチと、第1,第2コンデンサの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に介挿された第2双方向スイッチと、を備えた5レベル変換回路を交流の入力側と出力側にそれぞれ備え、入力側および出力側の5レベル変換回路の第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点を中点とし、各入力側,出力側の5レベル変換回路における第1コンデンサの各正極間,第2コンデンサの各負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続すると共に、各入力側,出力側の5レベル変換回路における第1,第2コンデンサの共通接続点間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続したことを特徴とする。
また、別の態様として、順次直列接続された第1〜第4スイッチングデバイスと、第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第1コンデンサと、第1スイッチングデバイスと第4スイッチングデバイス間に接続された第2コンデンサと、第1スイッチングデバイスと第2コンデンサとの共通接続点と、第4スイッチングデバイスと第2コンデンサの共通接続点との間に直列接続された第5,第6スイッチングデバイスと、を備えた5レベル変換回路を交流の入力側と出力側にそれぞれ備え、入力側の5レベル変換回路の第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、出力側の5レベル変換回路の第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、入力側,出力側の5レベル変換回路の第5,第6スイッチングデバイスの共通接続点を中点とし、各入力側,出力側の5レベル変換回路における第2コンデンサの各正極間,負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続したことを特徴とする。
さらに、その一態様として、前記単位交流−交流変換器を3相分併設し、3相分の入力側の5レベル変換回路の中点同士および出力側の5レベル変換回路の中点同士をそれぞれY結線またはデルタ結線で接続したことを特徴とする。
また、その一態様として、前記単位交流−交流変換器をN(Nは2以上の整数)個の多重段とし、最下段以外の入力側の5レベル変換回路の中点を次段の単位交流−交流変換器の入力端子に接続し、最下段以外の出力側の5レベル変換回路の中点を次段の単位交流−交流変換器の出力端子に接続したことを特徴とする。
さらに、その一態様として、前記のN(Nは2以上の整数)個の多重段とした単位交流−交流変換器を3相分併設し、3相分の入力側の5レベル変換回路の最下段の中点同士および出力側の5レベル変換回路の最下段の中点同士をそれぞれY結線またはデルタ結線で接続したことを特徴とする。
本発明によれば、多相変圧器を用いない交流−交流変換システムにおいて、単位交流−交流変換器の多重数を増加させずに出力電圧レベル数を増加させることが可能となる。
以下、本願発明に係る単位交流−交流変換器および交流−交流変換システムにおける実施形態1〜4を図1〜図5に基づいて詳述する。
[実施形態1]
図1は、本実施形態1における単位交流−交流変換器を示す回路構成図である。
図1は、本実施形態1における単位交流−交流変換器を示す回路構成図である。
図1に示すように、入力端子INには入力側の5レベル変換回路A1が接続され、出力端子OUTには出力側の5レベル変換回路A2が接続されている。入力側の5レベル変換回路A1は、入力端子INに一端が接続された第1,第2スイッチングデバイスS1,S2と、第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の直列体に対し並列に、順次直列接続された第1,第2コンデンサC1,C2と、第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の直列体と第1,第2コンデンサC1,C2の直列体に対し並列に、順次直列接続された第3,第4スイッチングデバイスS3,S4と、第1,第2スイッチングデバイスS1,S2の共通接続点と第1,第2コンデンサC1,C2の共通接続点との間に介挿された第1双方向スイッチと、第1,第2コンデンサC1,C2の共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスS3,S4の共通接続点との間に介挿された第2双方向スイッチと、を備える。第1双方向スイッチは、第5,第6スイッチングデバイスS5,S6を逆接続して構成され、第2双方向スイッチは第7,第8スイッチングデバイスを逆接続して構成される。
出力側の5レベル変換回路A2も入力側の5レベル変換回路A1と同様に構成され、第1〜第8スイッチングデバイスS1〜S8はS11〜S18に対応し、第1,第2コンデンサC1,C2はC3,C4に対応している。入力側および出力側の5レベル変換回路A1,A2の第3,第4スイッチングデバイスS3,S4とS13,S14の共通接続点を中点MP1,MP2としている。
入力側の5レベル変換回路A1と出力側の5レベル変換回路A2との間には、第1コンデンサC1,C3の正極間,第2コンデンサC2,C4の負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続する。また、第1コンデンサC1,C3の共通接続点と第2コンデンサC2,C4の共通接続点に双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続する。前記各スイッチ体は、スイッチングデバイスS21とS22,S23とS24,S25とS26をそれぞれ逆接続して構成されている。
ここで、第1コンデンサC1の印加電圧をVC1,第2コンデンサC2の印加電圧をVC2,第1コンデンサC3の印加電圧をVC3,第2コンデンサC4の印加電圧をVC4と定義する。
各印加電圧値をVC1=VC2=E1,VC3=VC4=E2とすると、入力端子INには中点MP1を基準に2E1,E1,0,−E1,−2E1の5レベルの電圧を出力でき、出力端子OUTには中点MP2を基準に2E2,E2,0,−E2,−2E2の5レベルの電圧を出力できる。
図7に示す従来回路の場合は、多重数N=1で、入力相電圧および出力相電圧の電圧レベル数が3であるため、本実施形態1では電圧レベル数が増加している。
また、第1,第2コンデンサC1,C2の印加電圧VC1,VC2は、入力側のスイッチングデバイスS1〜S8の動作によりE1に制御され、第1,第2コンデンサC3,C4の印加電圧VC3,VC4は、出力側のスイッチングデバイスS11〜S18およびスイッチ体を構成するスイッチングデバイスS21〜S26の動作によりE2に制御される。
表1に各スイッチングデバイスのオン・オフ状態時に発生する電圧を示す。
図2に、実施形態1における三相交流−交流変換システムを示す。図1で示した単位交流−交流変換器をU,V,Wの各相にそれぞれ1個ずつ用いる。入力側の5レベル変換回路A1は、入力端子INと三相交流電源VR,VS,VTとをリアクトルLを介して接続する。また、各相の単位交流−交流変換器の中点MP1をY結線する。出力側の5レベル変換回路A2は、出力端子OUTと負荷とを接続する。また、各相の単位交流−交流変換器の中点MP2をY結線する。
次に、各コンデンサの電圧制御について説明する。
(1)入力側の5レベル変換回路A1の第1,第2コンデンサC1,C2のコンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の制御
コンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の検出値と入力電流IR,IS,ITの検出値、および、直流電圧指令値VDC*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS1〜S8をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2が直流電圧指令値VDC*となるように制御する。
コンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の検出値と入力電流IR,IS,ITの検出値、および、直流電圧指令値VDC*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS1〜S8をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2が直流電圧指令値VDC*となるように制御する。
なお、スイッチングデバイスをもつ交流−直流変換器において、直流電圧と入力電流の検出値より直流電圧を指令値に制御する技術は、特許第2685454号などに開示されている公知技術であるため、説明を省略する。
(2)出力側の5レベル変換回路A2の第1,第2コンデンサC3,C4のコンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の制御
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値、および、直流電圧指令値VDC2*を入力値として制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS11〜S26をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4が直流電圧指令値VDC2*となるように制御する。また、直流電圧指令値VDC2*は出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*に応じて演算する。
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値、および、直流電圧指令値VDC2*を入力値として制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS11〜S26をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4が直流電圧指令値VDC2*となるように制御する。また、直流電圧指令値VDC2*は出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*に応じて演算する。
(3)出力相電圧の制御
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値と相出力電圧指令値VU*,VV*,VW*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の出力側の5レベル変換回路A2のスイッチングデバイスS11〜S18をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、出力相電圧が出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*となるように制御する。
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値と相出力電圧指令値VU*,VV*,VW*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の出力側の5レベル変換回路A2のスイッチングデバイスS11〜S18をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、出力相電圧が出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*となるように制御する。
なお、スイッチングデバイスをもつ直流−交流変換器において、直流電圧の検出値より出力相電圧を指令値に制御する技術は、特開平6−296372などに開示されている公知技術であるため、説明を省略する。
以上の制御動作により、各相の単位交流−交流変換器の出力端子OUTから、出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*に制御された三相の相電圧が出力される。また各相の相電圧レベルは、5レベルの出力が可能である。なお、U相,V相,W相の中点MP1およびMP2におけるY結線はデルタ結線でもよい。
実施形態1の交流−交流変換器は5レベルの相電圧出力が可能であるため、入力,出力ともに3レベルの相電圧である図7の回路構成と比べて、入力電流および出力電流の高調波電流を低減できる。
また、入力電流の高調波低減は、系統電源の安定化をもたらす。さらに、出力電流の高調波低減は、モータなどの負荷の安定運転および寿命向上をもたらす。
[実施形態2]
図3は、本実施形態2における単位交流−交流変換器を示す回路構成図である。
図3は、本実施形態2における単位交流−交流変換器を示す回路構成図である。
図3に示すように、入力端子INには入力側の5レベル変換回路B1が接続され、出力端子OUTには出力側の5レベル変換回路B2が接続されている。入力側の5レベル変換回路B1は、順次直列接続された第1〜第4スイッチングデバイスS31〜S34と、第1,第2スイッチングデバイスS31,S32の共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスS33,S34の共通接続点との間に接続された第1コンデンサC1と、第1スイッチングデバイスS31と第4スイッチングデバイスS34間に接続された第2コンデンサC2と、第1スイッチングデバイスS31と第1コンデンサC1との共通接続点と、第4スイッチングデバイスS34と第2コンデンサC2の共通接続点との間に直列接続された第5,第6スイッチングデバイスS35,S36と、を備える。
出力側の5レベル電力変換回路B2も入力側と同様に構成され、第1〜第6スイッチングデバイスS31〜S36はS41〜S46に対応し、第1,第2コンデンサC1,C2はC3,C4に対応している。第5,第6スイッチングデバイスS35とS36,S45とS46の共通接続点を中点MP1,MP2とする。
入力側の5レベル変換回路B1と出力側の5レベル変換回路B2との間には、第2コンデンサC2,C4の正極間,負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続する。前記各スイッチ体は、スイッチングデバイスS37とS39,S38とS40をそれぞれ逆接続して構成されている。
ここで、入力側の5レベル変換回路B1,出力側の5レベル変換回路B2において、第1〜第4スイッチングデバイスS31〜S34,S41〜S44,第1,第2コンデンサC1,C2,C3,C4でそれぞれ3レベル変換器を構成し、第5〜第6スイッチングデバイスS35〜S36,S45〜S46でそれぞれ2レベル変換器を構成している。
ここで、第1コンデンサC1の印加電圧をVC1,第2コンデンサC2の印加電圧をVC2,第1コンデンサC3の印加電圧をVC3,第2コンデンサC4の印加電圧をVC4と定義する。
各印加電圧値をVC1=E1,VC2=2E1,VC3=E2,VC4=2E2とすると、入力端子INには、中点MP1を基準に、2E1,E1,0,−E1,−2E1の5レベルの電圧を出力できる。
出力端子OUTには、中点MP2を基準に、2E2,E2,0,−E2,−2E2の5レベルの電圧を出力できる。
図7に示す従来回路の場合は、多重数N=1で、入力相電圧および出力相電圧の電圧レベル数が3であるため、本実施形態2では電圧レベル数が増加している。
第1,第2コンデンサC1,C2の印加電圧VC1,VC2は、入力側の5レベル変換回路B1における第1〜第6スイッチングデバイスS31〜S36の動作により、それぞれE1,2E1に制御される。また、出力側の5レベル変換回路B2における第1,第2コンデンサC3,C4の印加電圧VC3,VC4は、出力側の第1〜第6スイッチングデバイスS41〜S46およびスイッチングデバイスS37,S39およびS38,S40から成るスイッチ体の動作により、それぞれE2,2E2に制御される。
表2に、各スイッチングデバイスのオンオフ状態時に発生する電圧を示す。
図4に、本実施形態2における三相交流−交流変換システムを示す。図3で示した単位交流−交流変換器をU,V,Wの各相にそれぞれ1個ずつ用いる。
入力側の5レベル変換回路B1は、入力端子INと三相交流電源VR,VS,VTとをリアクトルLを介して接続する。また、各相の単位交流−交流変換器の中点MP1をY結線する。
出力側の5レベル変換回路B2は、出力端子OUTと負荷とを接続する。また,各相の単位交流−交流変換器の中点MP2をY結線する。
次に、各コンデンサの電圧制御について説明する。
(4)入力側の5レベル変換回路B1の第1,第2コンデンサC1,C2のコンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の制御
コンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の検出値と入力電流IR,IS,ITの検出値、および、直流電圧指令値VDC*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS31〜S36をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU1,VCV1,VCW1が直流電圧指令値VDC*,コンデンサ電圧VCU2,VCV2,VCW2が直流電圧指令値2VDC*となるように制御する。
コンデンサ電圧VCU1,VCU2,VCV1,VCV2,VCW1,VCW2の検出値と入力電流IR,IS,ITの検出値、および、直流電圧指令値VDC*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスS31〜S36をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU1,VCV1,VCW1が直流電圧指令値VDC*,コンデンサ電圧VCU2,VCV2,VCW2が直流電圧指令値2VDC*となるように制御する。
なお、スイッチングデバイスをもつ交流−直流変換器において、直流電圧と入力電流の検出値より直流電圧を指令値に制御する技術は、特許第2685454号などに開示されている公知技術であるため、説明を省略する。
(5)出力側の5レベル変換回路B2の第1,第2コンデンサC1,C2のコンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の制御
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値、および、直流電圧指令値VDC2*を入力値として制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスをオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU3,VCV3,VCW3が直流電圧指令値2VDC2*,VCU4,VCV4,VCW4が直流電圧指令値VDC2*となるように制御する。
コンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値、および、直流電圧指令値VDC2*を入力値として制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器のスイッチングデバイスをオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、コンデンサ電圧VCU3,VCV3,VCW3が直流電圧指令値2VDC2*,VCU4,VCV4,VCW4が直流電圧指令値VDC2*となるように制御する。
また、直流電圧指令値VDC2*は、出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*に応じて演算する。
(6)出力相電圧の制御
出力側の5レベル変換回路B2におけるコンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値と相出力電圧指令値VU*,VV*,VW*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器の出力側の第1〜第6スイッチングデバイスS41〜S46をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、出力相電圧が出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*となるように制御する。
出力側の5レベル変換回路B2におけるコンデンサ電圧VCU3,VCU4,VCV3,VCV4,VCW3,VCW4の検出値と相出力電圧指令値VU*,VV*,VW*を入力パラメータとして制御演算を行い、各相の単位交流−交流変換器の出力側の第1〜第6スイッチングデバイスS41〜S46をオン・オフ動作させるゲート信号を出力することにより、出力相電圧が出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*となるように制御する。
なお、スイッチングデバイスをもつ直流−交流変換器において、直流電圧の検出値より出力相電圧を指令値に制御する技術は、特開平6−296372号などに開示されている公知技術であるため、説明を省略する。
以上の制御動作により、各相の単位交流−交流変換器の出力端子OUTから、出力相電圧指令値VU*,VV*,VW*に制御された三相の相電圧が出力される。また、各相の相電圧の電圧レベルは、5レベルの出力が可能である。なお、U相,V相,W相の中点MP1およびMP2におけるY結線は、デルタ結線でもよい。
実施形態2の交流−交流変換システムは5レベルの相電圧出力が可能であるため、入力,出力ともに3レベルの相電圧である図7の回路構成と比べて、入力電流および出力電流の高調波電流を低減できる。
また、入力電流の高調波低減は、系統電源の安定化をもたらす。さらに、出力電流の高調波低減は、モータなどの負荷の安定運転および寿命向上をもたらす。
[実施形態3]
実施形態1における図1の単位交流−交流変換器を、任意数Nで多重にした構成を図5に示す。
実施形態1における図1の単位交流−交流変換器を、任意数Nで多重にした構成を図5に示す。
最上段の単位交流−交流変換器のIN端子は、リアクトルLを経て電源のVRもしくはVSもしくはVTに接続する。また、最上段の単位交流−交流変換器の出力端子OUTは、負荷に接続する。
最下段以外の入力側の5レベル変換回路A1の中点MP1を次段の単位交流−交流変換器の入力端子INに接続する。また、最下段以外の出力側の5レベル変換回路A2の中点MP2を次段の出力端子OUTに接続する。
最下段の単位交流−交流変換器の中点端子MP1は、図2と同様にU相,V相,W相間でY結線もしくはデルタ結線する。また、最下段の単位交流−交流変換器の中点端子MP2は、図2と同様にU相,V相,W相間でY結線もしくはデルタ結線する。
本実施形態3における交流−交流変換システムは、N個の単位交流−交流変換器を用いることにより、入力側に4N+1レベルの電圧を、出力側に4N+1レベルの電圧を出力できる。
また、図5の回路構成を図2の三相交流−交流変換システムに適用することで、三相の4N+1レベルの相電圧が出力できる。
[実施形態4]
実施形態2における図3の単位交流−交流変換器を、実施形態3と同様に、図5に示す任意数Nで多重にした構成である。N個の単位交流−交流変換器を用いることにより、入力側に4N+1レベルの電圧を、出力側にも4N+1レベルの電圧を出力できる。
実施形態2における図3の単位交流−交流変換器を、実施形態3と同様に、図5に示す任意数Nで多重にした構成である。N個の単位交流−交流変換器を用いることにより、入力側に4N+1レベルの電圧を、出力側にも4N+1レベルの電圧を出力できる。
また、図5の回路構成を図4の三相交流−交流変換システムに適用することにより、三相の4N+1レベルの相電圧が出力できる。
実施形態3および実施形態4の構成は、入力,出力ともに2N+1レベルの相電圧である図7の回路構成と比べて、入力電流および出力電流の高調波電流を低減することができる。
入力電流の高調波低減は、系統電源の安定化をもたらす。また、出力電流の高調波低減は、モータなどの負荷の安定運転および寿命向上をもたらす。
IN…入力端子
OUT…出力端子
S1〜S46…スイッチングデバイス
C1〜C4…コンデンサ
A1,A2,B1,B2…5レベル変換回路
OUT…出力端子
S1〜S46…スイッチングデバイス
C1〜C4…コンデンサ
A1,A2,B1,B2…5レベル変換回路
Claims (5)
- 入力端子,出力端子のそれぞれに一端が接続された第1,第2スイッチングデバイスと、
第1,第2スイッチングデバイスの直列体に対して並列に、順次直列接続された第1,第2コンデンサと、
第1,第2スイッチングデバイスの直列体と第1,第2コンデンサの直列体に対して並列に、順次直列接続された第3,第4スイッチングデバイスと、
第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第1,第2コンデンサの共通接続点との間に介挿された第1双方向スイッチと、
第1,第2コンデンサの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に介挿された第2双方向スイッチと、を備えた5レベル変換回路を交流の入力側と出力側にそれぞれ備え、
入力側および出力側の5レベル変換回路の第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点を中点とし、
各入力側,出力側の5レベル変換回路における第1コンデンサの各正極間,第2コンデンサの各負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続すると共に、
各入力側,出力側の5レベル変換回路における第1,第2コンデンサの共通接続点間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続したことを特徴とする単位交流−交流変換器。 - 順次直列接続された第1〜第4スイッチングデバイスと、
第1,第2スイッチングデバイスの共通接続点と第3,第4スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第1コンデンサと、
第1スイッチングデバイスと第4スイッチングデバイス間に接続された第2コンデンサと、
第1スイッチングデバイスと第2コンデンサとの共通接続点と、第4スイッチングデバイスと第2コンデンサの共通接続点との間に直列接続された第5,第6スイッチングデバイスと、を備えた5レベル変換回路を交流の入力側と出力側にそれぞれ備え、
入力側の5レベル変換回路の第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、出力側の5レベル変換回路の第2,第3スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とし、入力側,出力側の5レベル変換回路の第5,第6スイッチングデバイスの共通接続点を中点とし、
各入力側,出力側の5レベル変換回路における第2コンデンサの各正極間,負極間にそれぞれ双方向に流れる電流をオン・オフ制御するスイッチ体を接続したことを特徴とする単位交流−交流変換器。 - 前記単位交流−交流変換器をN(Nは2以上の整数)個の多重段とし、最下段以外の入力側の5レベル変換回路の中点を次段の単位交流−交流変換器の入力端子に接続し、最下段以外の出力側の5レベル変換回路の中点を次段の単位交流−交流変換器の出力端子に接続したことを特徴とする請求項1または2記載の交流−交流変換システム。
- 前記単位交流−交流変換器を3相分併設し、3相分の入力側の5レベル変換回路の中点同士および出力側の5レベル変換回路の中点同士をそれぞれY結線またはデルタ結線で接続したことを特徴とする請求項1または2に記載の単位交流−交流変換システム。
- 前記単位交流−交流変換器を3相分併設し、3相分の入力側の5レベル変換回路の最下段の中点同士および出力側の5レベル変換回路の最下段の中点同士をそれぞれY結線またはデルタ結線で接続したことを特徴とする請求項3に記載の単位交流−交流変換システム。
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JP2014215891A JP2016086456A (ja) | 2014-10-23 | 2014-10-23 | 単位交流−交流変換器および交流−交流変換システム |
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