JP5713282B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、系統電源の高調波電流を低減して力率を高効率で改善する技術に関する。   The present invention relates to a power conversion device, and more particularly, to a technique for improving a power factor with high efficiency by reducing harmonic current of a system power supply.

従来、系統電源の高調波電流を低減しつつ高効率化を図る電力変換装置として、図12に示す電力変換装置が知られている(非特許文献1)。この電力変換装置は、図12に示すように、DC−AC変換を行う三相直列多重ハイブリッド変換器であり、直流電源Edの直流電力を交流電力に変換して三相系統に供給する。   Conventionally, a power conversion device shown in FIG. 12 is known as a power conversion device that achieves high efficiency while reducing the harmonic current of the system power supply (Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 12, this power conversion device is a three-phase serial multiple hybrid converter that performs DC-AC conversion, converts DC power from a DC power supply Ed into AC power, and supplies the AC power to a three-phase system.

三相直列多重ハイブリッド変換器は、U相,V相,W相の6つの大容量GTO(Gate Turn-Off thyristor)素子TH1〜TH6で構成されるGTO変換器21と、高速動作により高調波電流を低減するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子Q1〜Q12で構成されるIGBT変換器22とを、変圧器23,24を用いて直列多重化して三相系統に接続している。   The three-phase serial multiple hybrid converter includes a GTO converter 21 composed of six large-capacity GTO (Gate Turn-Off thyristor) elements TH1 to TH6 of U phase, V phase, and W phase, and harmonic current by high-speed operation. An IGBT converter 22 composed of IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) elements Q1 to Q12 that reduce noise is serially multiplexed using transformers 23 and 24 and connected to a three-phase system.

GTO変換器21は、図13(b)に示すように、方形波電圧VGTOu(U相のみを示す。)を出力し、出力電圧基本波成分のベース分を変圧器24に供給する。IGBT変換器22は、図13(c)のVIGBTu(u相のみを示す)に示すように、IGBTの高速スイッチング特性を活かしてPWMスイッチングを行う。IGBT変換器22は、出力電圧基本波の追加成分を分担すると同時に、GTO変換器21が出力する高調波電流を相殺する電圧をも出力する。 As shown in FIG. 13B, the GTO converter 21 outputs a square wave voltage VGTOu (only U phase is shown), and supplies the base of the output voltage fundamental wave component to the transformer 24. The IGBT converter 22 performs PWM switching by taking advantage of the high-speed switching characteristics of the IGBT, as shown in V * IGtu (only u phase is shown) in FIG. The IGBT converter 22 shares an additional component of the output voltage fundamental wave, and at the same time outputs a voltage that cancels out the harmonic current output from the GTO converter 21.

より具体的に説明すると、まず、U相出力電圧指令Vuを、図13(a)に示すように正弦波と仮定する。このU相出力電圧指令Vuに対して、GTO変換器21は、U相出力電圧指令Vuと基本波が同位相の方形波電圧VGTOuを出力する。U相出力電圧指令VuとGTO変換器21の方形波電圧VGTOuとの差をIGBT変換器22のPWM用指令信号VIGBTuとする。 More specifically, first, it is assumed that the U-phase output voltage command Vu * is a sine wave as shown in FIG. In response to this U-phase output voltage command Vu * , the GTO converter 21 outputs a square wave voltage VGTOu having the same fundamental phase as the U-phase output voltage command Vu * . A difference between the U-phase output voltage command Vu * and the square wave voltage VGTOu of the GTO converter 21 is defined as a PWM command signal V * IGTU of the IGBT converter 22.

IGBT変換器22は、PWM用指令信号VIGBTuを、図14に示すように、正及び負にバイアスされた2つの三角搬送波信号Tri1,Tri2と比較することにより、パルス信号を生成し、このパルス信号によりIGBT素子Q1〜Q12のPWM制御を行う。 The IGBT converter 22 generates a pulse signal by comparing the PWM command signal V * IGBT with two triangular carrier signals Tri1, Tri2 biased positively and negatively as shown in FIG. PWM control of the IGBT elements Q1 to Q12 is performed by a pulse signal.

李東昇,福田昭治,久保佑允,北野正之,「三相直列多重ハイブリッド変換器」,電気学会論文D,124巻5号,pp503−509,2004年Lee Dong-Sho, Fukuda Shoji, Kubo Satoshi, Kitano Masayuki, "Three-phase Series Multiple Hybrid Converter", The Institute of Electrical Engineers of Japan D, Vol. 124, No. 5, pp 503-509, 2004

しかしながら、従来の電力変換装置では、IGBT変換器22に電解コンデンサからなる直流コンデンサC11,C12を用いていたが、電解コンデンサは寿命に問題がある。このため、電解コンデンサレスが望まれていた。   However, in the conventional power converter, the DC capacitors C11 and C12 made of electrolytic capacitors are used for the IGBT converter 22, but the electrolytic capacitors have a problem in the life. For this reason, electrolytic capacitor-less has been desired.

また、GTO変換器21とIGBT変換器22とを接続するために変圧器23,24が用いられており、変圧器23,24のコストや大きさが大きくなってしまう。さらに、IGBT変換器22のIGBT素子Q1〜Q12をPWM制御するために、効率を上げることは難しい。   Further, the transformers 23 and 24 are used to connect the GTO converter 21 and the IGBT converter 22, and the cost and size of the transformers 23 and 24 are increased. Furthermore, since the IGBT elements Q1 to Q12 of the IGBT converter 22 are PWM-controlled, it is difficult to increase the efficiency.

また、系統電源から直流電源を得るAC−DC変換の一般的な方法としてダイオードを用いた整流器がある。ダイオード整流器は、直流側に直流電圧変動を抑制するための大容量の平滑コンデンサ(一般的に電解コンデンサ)が使用される。このような構成でAC−DC変換を行う場合、交流側の電流はパルス状になり、大きな高調波電流が系統電源に流れることになる。この高調波電流を抑制するための簡単な方法は、リアクトルをダイオード整流器に直列に接続することであるが、大幅な高調波電流の低減は期待できない。   Moreover, there is a rectifier using a diode as a general method of AC-DC conversion for obtaining a DC power from a system power supply. The diode rectifier uses a large-capacity smoothing capacitor (generally an electrolytic capacitor) for suppressing DC voltage fluctuation on the DC side. When performing AC-DC conversion in such a configuration, the AC side current is pulsed and a large harmonic current flows to the system power supply. A simple way to suppress this harmonic current is to connect a reactor in series with a diode rectifier, but a significant reduction in harmonic current cannot be expected.

このため、AC−DC変換にスイッチング素子を用い、高周波スイッチングして系統電源に流れる電流を正弦波状にする方法(例えば、PWMコンバータ)が知られている。しかしながら、スイッチング素子はダイオードに比べて高価であり、また、PWM制御するために、効率を上げることは難しい。   For this reason, a method (for example, a PWM converter) is known in which a switching element is used for AC-DC conversion, and a high-frequency switching is performed to make a current flowing in a system power supply sinusoidal. However, the switching element is more expensive than the diode, and it is difficult to increase the efficiency because of PWM control.

本発明の課題は、系統電源に流れる高調波電流を簡単な構成で低減でき、安価で高効率な電解コンデンサレスの電力変換装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inexpensive and highly efficient electrolytic capacitor-less power converter that can reduce the harmonic current flowing in the system power supply with a simple configuration.

上記課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、第1直流側に一定の電力を供給する又は供給電力を一定とする直流電源と第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記直流電源と前記第1交流側との間で三相120度通電方式のスイッチング動作により、電力を変換する電力変換部と、前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、第2コンデンサが第2直流側に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力を補償する瞬時無効電力補償部とを有し、前記三相系統の系統電流を正弦波状とすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a power converter according to the present invention is configured such that a DC power source that supplies a constant power to a first DC side or a constant supply power and a first capacitor are connected, and three power supplies are connected to a first AC side. A phase system is connected , and a power conversion unit that converts power by a switching operation of a three-phase 120-degree energization method between the DC power source and the first AC side, and a power conversion unit on the first AC side to the power conversion unit An instantaneous reactive power compensator that is connected in parallel, has a second capacitor connected to the second DC side, and compensates an instantaneous reactive power due to a harmonic current generated by the operation of the power converter; The system current is made sinusoidal .

本発明によれば、第1直流側に一定の電力を供給する又は供給電力を一定とする直流電源が接続されるので、基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力が電力変換部の動作により発生するが、この高調波電流による瞬時無効電力を瞬時無効電力補償部が補償し、三相系統の系統電流を正弦波状にでき、高調波電流を低減することができ、効率を向上させることができる。また、電力変換部及び瞬時無効電力補償部の第1コンデンサ及び第2コンデンサは、エネルギーを蓄積する目的のコンデンサではないので、電解コンデンサレスにでき、電解コンデンサレスの電力変換装置を提供することができる。 According to the present invention, since a DC power source that supplies constant power or supplies power to the first DC side is connected, it includes instantaneous active power due to fundamental current and instantaneous reactive power due to harmonic current. Although AC power is generated by the operation of the power converter , the instantaneous reactive power compensator compensates for the instantaneous reactive power due to this harmonic current, and the system current of the three-phase system can be made sinusoidal to reduce the harmonic current. Can improve efficiency. In addition, since the first capacitor and the second capacitor of the power conversion unit and the instantaneous reactive power compensation unit are not capacitors for storing energy, an electrolytic capacitor-less power conversion device can be provided. it can.

本発明の実施例1に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of each part of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of each part of the power converter device which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例3に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of each part of the power converter device which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例4に係る電力変換装置の各スイッチの動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of each switch of the power converter device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例4に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation | movement of each part of the power converter device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例5に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 5 of this invention. 本発明の実施例6に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Example 6 of this invention. 従来の電力変換装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional power converter device. 従来の電力変換装置の出力指令値とGTO変換器の出力電圧とIGBT変換器の指令値を示す図である。It is a figure which shows the output command value of the conventional power converter device, the output voltage of a GTO converter, and the command value of an IGBT converter. 従来の電力変換装置のIGBT変換器のPWM制御法を説明する図である。It is a figure explaining the PWM control method of the IGBT converter of the conventional power converter device.

以下、本発明の実施の形態の電力変換装置のいくつかを図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, some power conversion devices according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図1に示す電力変換装置は、昇圧コンバータ1(直流電源)、コンデンサCo(第1コンデンサ)、昇圧コンバータ1及びコンデンサCoと三相系統4とに接続される三相インバータ2(三相ブリッジ構成の第1スイッチング回路)、三相系統4及び三相インバータ2に接続される瞬時無効電力補償装置3(瞬時無効電力補償部)を有している。昇圧コンバータ1とコンデンサCoと三相インバータ2とは、電解コンデンサレスインバータを構成する。   FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1 includes a boost converter 1 (DC power supply), a capacitor Co (first capacitor), a boost converter 1 and a three-phase inverter 2 connected to the capacitor Co and a three-phase system 4 (three-phase bridge configuration). The first switching circuit), the three-phase system 4, and the instantaneous reactive power compensator 3 (instantaneous reactive power compensator) connected to the three-phase inverter 2 are included. Boost converter 1, capacitor Co, and three-phase inverter 2 constitute an electrolytic capacitor-less inverter.

昇圧コンバータ1は、太陽電池(PV)又は燃料電池(FC)等の直流源Voの直流電圧を昇圧リアクトルLdとMOSFETなどからなるスイッチング素子SdL,SdHとで昇圧して、昇圧された直流電圧Vdを三相インバータ2に供給する。なお、スイッチング素子SdHをダイオードに置き換えることもできる。   The boost converter 1 boosts a DC voltage of a DC source Vo such as a solar cell (PV) or a fuel cell (FC) with a boosting reactor Ld and switching elements SdL and SdH including MOSFETs, and the boosted DC voltage Vd. Is supplied to the three-phase inverter 2. The switching element SdH can be replaced with a diode.

三相インバータ2は、周知の三相ブリッジ構成のインバータ回路を形成する6つのスイッチング素子SuH,SuL,SvH,SvL,SwH,SwLとを有する。スイッチング素子SuHとスイッチング素子SuLとの接続点(U相第1交流側)は三相系統4のu相に接続され、スイッチング素子SvHとスイッチング素子SvLとの接続点(V相第1交流側)は三相系統4のv相に接続され、スイッチング素子SwHとスイッチング素子SwLとの接続点(W相第1交流側)は三相系統4のw相に接続されている。   The three-phase inverter 2 includes six switching elements SuH, SuL, SvH, SvL, SwH, and SwL that form an inverter circuit having a known three-phase bridge configuration. The connection point between the switching element SuH and the switching element SuL (U-phase first AC side) is connected to the u-phase of the three-phase system 4, and the connection point between the switching element SvH and the switching element SvL (V-phase first AC side) Is connected to the v-phase of the three-phase system 4, and the connection point (W-phase first AC side) between the switching element SwH and the switching element SwL is connected to the w-phase of the three-phase system 4.

スイッチング素子SuH,SuLの直列回路と、スイッチング素子SvH,SvLの直列回路と、スイッチング素子SwH,SwLの直列回路とが並列に接続されて直流側(第1直流側)を形成し、昇圧コンバータ1及びコンデンサCoに接続されている。   A series circuit of switching elements SuH and SuL, a series circuit of switching elements SvH and SvL, and a series circuit of switching elements SwH and SwL are connected in parallel to form a direct current side (first direct current side). And a capacitor Co.

三相インバータ2は、昇圧コンバータ1からの直流電力を、各々のスイッチング素子SuH,SuL,SvH,SvL,SwH,SwLが三相系統電圧VSに同期して120度期間導通するスイッチング動作(三相120度通電方式のスイッチング動作)により三相系統4に交流電力を供給する。各々のスイッチング素子SuH,SuL,SvH,SvL,SwH,SwLは、還流ダイオードを備えたMOSFETなどからなる。   The three-phase inverter 2 is a switching operation (three-phase) in which the DC power from the boost converter 1 is turned on for 120 degrees in synchronization with the three-phase system voltage VS by the switching elements SuH, SuL, SvH, SvL, SwH, SwL. AC power is supplied to the three-phase system 4 by a 120-degree energization switching operation. Each of the switching elements SuH, SuL, SvH, SvL, SwH, SwL is composed of a MOSFET having a free wheel diode.

三相インバータ2は、三相系統4に供給する有効電力を一定とするために、三相インバータ2の直流側コンデンサであるコンデンサCoとして、電解コンデンサではなく、小容量のフィルムコンデンサを用いている。コンデンサCoは、サージ電圧を吸収するものであり、エネルギー蓄積要素ではない。   The three-phase inverter 2 uses a small-capacity film capacitor instead of an electrolytic capacitor as the capacitor Co that is a DC-side capacitor of the three-phase inverter 2 in order to make the effective power supplied to the three-phase system 4 constant. . The capacitor Co absorbs a surge voltage and is not an energy storage element.

瞬時無効電力補償装置3は、三相系統4側で三相インバータ2と並列に接続され、コンデンサC1(第2コンデンサ)と周知の三相ブリッジ構成の第2スイッチング回路を形成する6つのスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2と3つのリアクトルLu,Lv,Lw(第1リアクトル)とを有している。   The instantaneous reactive power compensator 3 is connected in parallel with the three-phase inverter 2 on the three-phase system 4 side, and forms six switching elements that form a capacitor C1 (second capacitor) and a second switching circuit having a known three-phase bridge configuration. Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2 and three reactors Lu, Lv, Lw (first reactor).

スイッチング素子Su1とスイッチング素子Su2との接続点(U相第2交流側)は、リアクトルLuの一端に接続され、リアクトルLuの他端は三相系統4のu相に接続されている。スイッチング素子Sv1とスイッチング素子Sv2との接続点(V相第2交流側)はリアクトルLvの一端に接続され、リアクトルLvの他端は三相系統4のv相に接続されている。スイッチング素子Sw1とスイッチング素子Sw2との接続点(W相第2交流側)は、リアクトルLwの一端に接続され、リアクトルLwの他端は三相系統4のw相に接続されている。   A connection point (U-phase second AC side) between the switching element Su1 and the switching element Su2 is connected to one end of the reactor Lu, and the other end of the reactor Lu is connected to the u-phase of the three-phase system 4. A connection point (V-phase second AC side) between the switching element Sv1 and the switching element Sv2 is connected to one end of the reactor Lv, and the other end of the reactor Lv is connected to the v-phase of the three-phase system 4. A connection point (W-phase second AC side) between the switching element Sw1 and the switching element Sw2 is connected to one end of the reactor Lw, and the other end of the reactor Lw is connected to the w-phase of the three-phase system 4.

スイッチング素子Su1,Su2の直列回路と、スイッチング素子Sv1,Sv2の直列回路と、スイッチング素子Sw1,Sw2の直列回路とが並列に接続されて直流側(第2直流側)を形成し、コンデンサC1に接続されている。   The series circuit of the switching elements Su1, Su2, the series circuit of the switching elements Sv1, Sv2, and the series circuit of the switching elements Sw1, Sw2 are connected in parallel to form a DC side (second DC side), and the capacitor C1 It is connected.

瞬時無効電力補償装置3は、各々のスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2を高速スイッチングさせることにより、三相インバータ2のスイッチング動作により発生する瞬時無効電力、即ち高調波電流を補償する。各々のスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2は、還流ダイオードを備えたMOSFETなどからなる。瞬時無効電力補償装置3の直流側コンデンサであるコンデンサC1は、エネルギー蓄積が目的ではないので、小容量のフィルムコンデンサなどを用いている。   The instantaneous reactive power compensator 3 compensates instantaneous reactive power generated by the switching operation of the three-phase inverter 2, that is, harmonic current, by switching each switching element Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2 at high speed. To do. Each of the switching elements Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, and Sw2 includes a MOSFET having a free wheel diode. The capacitor C1, which is a DC side capacitor of the instantaneous reactive power compensator 3, is not intended to store energy, and therefore a small-capacity film capacitor or the like is used.

次にこのように構成された実施例1の電力変換装置の動作を図2を参照しながら詳細に説明する。図2では、u相のみを示している。まず、三相インバータ2は、6つのスイッチング素子SuH,SuL,SvH,SvL,SwH,SwLのうち、相電圧が最大となる相の上側スイッチング素子(上アーム)と相電圧が最小の相の下側スイッチング素子(下アーム)とをオンさせる。その結果、コンデンサCoは、三相系統電圧VSの線間電圧最大値が現われ、図2の電圧Vdのような三相ブリッジ構成の整流回路の整流波形になる。   Next, the operation of the power conversion apparatus of the first embodiment configured as described above will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, only the u phase is shown. First, the three-phase inverter 2 includes an upper switching element (upper arm) of the phase having the maximum phase voltage and a phase having the minimum phase voltage among the six switching elements SuH, SuL, SvH, SvL, SwH, SwL. The side switching element (lower arm) is turned on. As a result, the maximum value of the line voltage of the three-phase system voltage VS appears in the capacitor Co, resulting in a rectified waveform of a rectifier circuit having a three-phase bridge configuration like the voltage Vd in FIG.

このとき、昇圧コンバータ1が一定電力Pを伝達しているとすると、三相インバータ2の直流側には、P/Vdの電流が流れ込み、交流側から三相系統4に流出する。従って、三相インバータ2のU相電流iIuは、図2に示すように、基本波力率1の方形波電流になる。三相インバータ2の瞬時有効電力は、P一定であるので、U相電流iIuの高調波成分は全て瞬時無効電力である。即ち、U相電流iIuは、瞬時有効電力になる基本波電流iIfと瞬時無効電力になる高調波電流iIhとの合成である。   At this time, assuming that boost converter 1 is transmitting constant power P, a current of P / Vd flows into the DC side of three-phase inverter 2 and flows out from AC side to three-phase system 4. Accordingly, the U-phase current iIu of the three-phase inverter 2 becomes a square wave current having a fundamental wave power factor of 1, as shown in FIG. Since the instantaneous active power of the three-phase inverter 2 is constant P, all the harmonic components of the U-phase current iIu are instantaneous reactive power. That is, the U-phase current iIu is a combination of the fundamental current iIf that becomes instantaneous active power and the harmonic current iIh that becomes instantaneous reactive power.

瞬時無効電力補償装置3は、図2に示すように、高調波電流iIhとは逆位相の補償電流iCuを三相系統4に注入することによりU相電流iIuの高調波電流iIhを補償する。その結果、三相系統4のU相系統電流iSuは、力率1の正弦波状になる。   As shown in FIG. 2, the instantaneous reactive power compensator 3 compensates the harmonic current iIh of the U-phase current iIu by injecting a compensation current iCu having a phase opposite to that of the harmonic current iIh into the three-phase system 4. As a result, the U-phase system current iSu of the three-phase system 4 becomes a sine wave having a power factor of 1.

このとき、補償電流iCuの最大値はiSuの1/2であり、通常のPWMインバータに比較して、リアクトルLu,Lv,Lwの蓄積エネルギーは1/4でよく、リアクトルLu,Lv,Lwの小型化及び軽量化が図れる。また、瞬時無効電力補償装置3のスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2には、三相インバータ2に比較して、小容量のMOSFETを使用できるため、スイッチング損失を低減できる。   At this time, the maximum value of the compensation current iCu is ½ of iSu, and the accumulated energy of the reactors Lu, Lv, Lw may be ¼ compared to a normal PWM inverter, and the reactors Lu, Lv, Lw The size and weight can be reduced. In addition, since the switching elements Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw1, and Sw2 of the instantaneous reactive power compensator 3 can be used with a small-capacity MOSFET compared to the three-phase inverter 2, switching loss can be reduced.

なお、一般的に高調波電流は、瞬時有効電力成分と瞬時無効電力成分との両方を含むため、一般的な高調波抑制装置ではエネルギー蓄積要素が必要である。   In general, since the harmonic current includes both an instantaneous active power component and an instantaneous reactive power component, an energy storage element is required in a general harmonic suppression device.

これに対して、実施例1の電力変換装置では、電解コンデンサレスインバータの高調波電流は、全て瞬時無効電力であるため、その高調波抑制には原理的にエネルギー蓄積要素を必要としない。従って、三相インバータ2の直流側コンデンサであるコンデンサCo、瞬時無効電力補償装置3の直流側コンデンサであるコンデンサC1は、エネルギーを蓄積する必要がない。   On the other hand, in the power conversion device according to the first embodiment, since all harmonic currents of the electrolytic capacitorless inverter are instantaneous reactive power, no energy storage element is required in principle for suppressing the harmonics. Therefore, the capacitor Co that is the DC capacitor of the three-phase inverter 2 and the capacitor C1 that is the DC capacitor of the instantaneous reactive power compensator 3 do not need to store energy.

このように、実施例1の電力変換装置によれば、基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力が三相インバータ2の動作により発生するが、この高調波電流による瞬時無効電力を瞬時無効電力補償装置3が補償するので、三相系統4の系統電流を力率1の正弦波状にでき、高調波電流を低減することができる。また、三相インバータ2は、三相系統電圧VSに同期して120度期間導通するスイッチング動作であるので、三相系統周波数でのスイッチングとなり電力変換の効率を向上させることができる。また、三相インバータ2は直流電力を交流電力に変換するものであるが、三相インバータ2及び瞬時無効電力補償装置3のコンデンサCo,C1は、エネルギーを蓄積する目的のコンデンサではないので、電解コンデンサレスにでき、電解コンデンサレスの電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to the power conversion device of the first embodiment, the AC power including the instantaneous active power due to the fundamental wave current and the instantaneous reactive power due to the harmonic current is generated by the operation of the three-phase inverter 2. Since the instantaneous reactive power compensator 3 compensates the instantaneous reactive power due to the current, the system current of the three-phase system 4 can be made a sine wave having a power factor of 1, and the harmonic current can be reduced. Further, since the three-phase inverter 2 is a switching operation that is conducted for a period of 120 degrees in synchronization with the three-phase system voltage VS, the switching is performed at the three-phase system frequency and the efficiency of power conversion can be improved. The three-phase inverter 2 converts DC power to AC power. However, the capacitors Co and C1 of the three-phase inverter 2 and the instantaneous reactive power compensator 3 are not intended for storing energy, so that It is possible to provide a power conversion device that can be made without a capacitor and that is without an electrolytic capacitor.

図3は本発明の実施例2に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図3に示す実施例2の電力変換装置は、図1に示す実施例1の三相インバータ2の直流側と瞬時無効電力補償装置3の直流側とを共通に接続し、コンデンサC1を削除したことを特徴とする。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the power conversion device of the second embodiment shown in FIG. 3, the DC side of the three-phase inverter 2 of the first embodiment shown in FIG. 1 and the DC side of the instantaneous reactive power compensator 3 are connected in common, and the capacitor C1 is deleted. It is characterized by that.

即ち、実施例1のコンデンサCoとコンデンサC1とはともにエネルギー蓄積要素ではないので、コンデンサCoを設けるのみで済み、安価で構成を簡単にできる。   That is, since neither the capacitor Co nor the capacitor C1 of Example 1 is an energy storage element, it is only necessary to provide the capacitor Co, and the configuration can be simplified at a low cost.

図3に示すコンデンサCoの両端電圧である直流電圧Vdは三相ブリッジ構成の整流回路の整流波形になり、瞬時無効電力補償装置3aには1相PWM制御を適用することができ、図1に示す電力変換装置に比較して、スイッチング損失が1/3程度に低減できる。   The DC voltage Vd, which is the voltage across the capacitor Co shown in FIG. 3, becomes a rectified waveform of a rectifier circuit having a three-phase bridge configuration. One-phase PWM control can be applied to the instantaneous reactive power compensator 3a. Compared with the power converter shown, the switching loss can be reduced to about 1/3.

また、三相インバータ2から瞬時無効電力補償装置3aの正極直流側に電流iCpが流入し、負極直流側に電流iCnが流入する。電流iCpは三相系統4から三相インバータ2の上アームを通して瞬時無効電力補償装置3aへ流入し、電流iCnは三相インバータ2の下アームを通して瞬時無効電力補償装置3aへ流入し、補償電流iCuは三相インバータ2の開放相を介して三相系統4に供給される。   Further, the current iCp flows from the three-phase inverter 2 to the positive DC side of the instantaneous reactive power compensator 3a, and the current iCn flows to the negative DC side. The current iCp flows from the three-phase system 4 into the instantaneous reactive power compensator 3a through the upper arm of the three-phase inverter 2, and the current iCn flows into the instantaneous reactive power compensator 3a through the lower arm of the three-phase inverter 2 to compensate the current iCu. Is supplied to the three-phase system 4 via the open phase of the three-phase inverter 2.

図4は本発明の実施例2に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートである。図4では、u相のみを示している。三相インバータ2のU相電流iIuは、120度期間導通するパルス波形であり、三相系統4のU相系統電流iSuの最大値付近が現われる。リアクトルLuを流れる補償電流iCuは、三相インバータ2のU相の零電流期間の電流を補償するので、U相系統電流iSuは力率1の正弦波状となる。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of each part of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows only the u phase. The U-phase current iIu of the three-phase inverter 2 is a pulse waveform that conducts for a period of 120 degrees, and the vicinity of the maximum value of the U-phase system current iSu of the three-phase system 4 appears. Since the compensation current iCu flowing through the reactor Lu compensates the current in the zero-phase period of the U phase of the three-phase inverter 2, the U-phase system current iSu has a sinusoidal shape with a power factor of 1.

このように実施例2の電力変換装置によれば、実施例1の電力変換装置の効果と同様な効果が得られる。   Thus, according to the power converter of Example 2, the effect similar to the effect of the power converter of Example 1 is acquired.

図5は本発明の実施例3に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図5に示す実施例3の電力変換装置は、図3に示す実施例2の電力変換装置に対して、瞬時無効電力補償装置3bがハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5と、リアクトルLSW(第2リアクトル)と、3つの交流スイッチSu,Sv,Swとで構成されることを特徴とする。   FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the power conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention. The power converter of the third embodiment shown in FIG. 5 is different from the power converter of the second embodiment shown in FIG. 3 in that the instantaneous reactive power compensator 3b includes a third switching circuit 5 having a half bridge configuration and a reactor LSW (first 2 reactors) and three AC switches Su, Sv, Sw.

ハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5は、コンデンサCoの両端に接続され、還流ダイオードを備えたMOSFETからなるスイッチング素子SswHと還流ダイオードを備えたMOSFETからなるスイッチング素子SswLとが直列に接続されてなる。   The third switching circuit 5 having a half-bridge configuration is connected to both ends of a capacitor Co, and includes a switching element SswH made of a MOSFET having a freewheeling diode and a switching element SswL made of a MOSFET having a freewheeling diode connected in series. .

リアクトルLSWは、スイッチング素子SswHとスイッチング素子SswLとの接続点(第3交流側)に一端が接続されている。3つの交流スイッチSu,Sv,Swは、一端がリアクトルLSWの他端に接続され他端が三相系統4のU相,V相,W相に接続されている。   Reactor LSW has one end connected to a connection point (third AC side) between switching element SswH and switching element SswL. The three AC switches Su, Sv, Sw have one end connected to the other end of the reactor LSW and the other end connected to the U phase, V phase, and W phase of the three-phase system 4.

図5に示す実施例3の電力変換装置では、交流スイッチSu,Sv,Swが必要となるが、2つのスイッチング素子SswH,SswLと1つのリアクトルLSWで済み、装置を小型化及び軽量化できる。   In the power conversion device of the third embodiment shown in FIG. 5, the AC switches Su, Sv, Sw are required, but only two switching elements SswH, SswL and one reactor LSW are required, and the device can be reduced in size and weight.

このような構成の瞬時無効電力補償装置3bによれば、三相インバータ2の開放相(例えばu相のとき)の交流スイッチSuのみをオンさせることにより、補償電流iCuを三相系統4のU相に流す。このときの三相インバータ2のU相電流iIu、補償電流iCuは図6に示すようになる。   According to the instantaneous reactive power compensator 3b having such a configuration, the compensation current iCu is supplied to the U of the three-phase system 4 by turning on only the AC switch Su of the open phase (for example, in the u-phase) of the three-phase inverter 2. Flow to phase. The U-phase current iIu and compensation current iCu of the three-phase inverter 2 at this time are as shown in FIG.

また、リアクトルLswに流れるリアクトル電流iswは三相の補償電流iCu,iCv,iCwの和となり、図6に示すように三角波状の電流が流れる。   The reactor current isw flowing through the reactor Lsw is the sum of the three-phase compensation currents iCu, iCv, iCw, and a triangular wave current flows as shown in FIG.

図7は本発明の実施例4に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図7に示す実施例4の電力変換装置は、図5に示す実施例3の電力変換装置のより具体的な回路例を示したものである。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The power converter of Example 4 shown in FIG. 7 is a more specific circuit example of the power converter of Example 3 shown in FIG.

瞬時無効電力補償装置3cは、ハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5と、リアクトルLSWと、3つの交流スイッチとして還流ダイオードを備えた2つのMOSFETを逆接続してなる双方向スイッチSuM,SvM,SwMとで構成されることを特徴とする。   The instantaneous reactive power compensator 3c is a bidirectional switch SuM, SvM, SwM formed by reversely connecting a half-bridge third switching circuit 5, a reactor LSW, and two MOSFETs each having a freewheeling diode as an AC switch. It is comprised by these.

また、双方向スイッチSuM,SvM,SwMと三相系統4である三相交流電源Vu,Vv,Vwとの間には、三相用コンデンサCFと三相用リアクトルLacとのLC回路が設けられている。   Further, an LC circuit of a three-phase capacitor CF and a three-phase reactor Lac is provided between the bidirectional switches SuM, SvM, SwM and the three-phase AC power supply Vu, Vv, Vw which is the three-phase system 4. ing.

図8は本発明の実施例4に係る電力変換装置の各スイッチの動作を説明するタイミングチャートである。   FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of each switch of the power conversion apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

次に、図8を参照しながら、実施例4の電力変換装置の各スイッチの動作を説明する。まず、時刻t1〜t2(60度期間)において、U相系統電圧Vuが最大で、V相系統電圧Vvが最小であるので、スイッチング素子SvLがオン状態で、スイッチング素子SuHをオンさせる。また、開放相がW相であるので、W相の双方向スイッチSwMをオンさせると、補償電流iswwが流れる。時刻t1〜時刻t2においては、スイッチング素子SswH,SswLをPWM制御し、リアクトルLswに流れる電流isw、即ち、補償電流iswwをW相系統電圧Vwの減少に合わせて減少させる。   Next, the operation of each switch of the power conversion device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. First, at times t1 to t2 (60-degree period), the U-phase system voltage Vu is the maximum and the V-phase system voltage Vv is the minimum, so the switching element SvL is on and the switching element SuH is turned on. Since the open phase is the W phase, the compensation current isww flows when the W-phase bidirectional switch SwM is turned on. From time t1 to time t2, the switching elements SswH and SswL are PWM-controlled, and the current isw flowing through the reactor Lsw, that is, the compensation current isww is decreased in accordance with the decrease in the W-phase system voltage Vw.

次に、時刻t2〜t3(60度期間)において、U相系統電圧Vuが最大で、W相系統電圧VWが最小であるので、スイッチング素子SUHがオン状態で、スイッチング素子SwLをオンさせる。また、開放相がV相であるので、V相の双方向スイッチSvMをオンさせると、補償電流iswvが流れる。時刻t2〜時刻t3においては、スイッチング素子SswH,SswLをPWM制御し、リアクトルLswに流れる電流isw、即ち、補償電流iswvをV相系統電圧Vvの増加に合わせて増加させる。   Next, since the U-phase system voltage Vu is maximum and the W-phase system voltage VW is minimum at times t2 to t3 (60-degree period), the switching element SWL is turned on while the switching element SUH is on. Further, since the open phase is the V phase, the compensation current isvv flows when the V-phase bidirectional switch SvM is turned on. From time t2 to time t3, the switching elements SswH and SswL are PWM-controlled, and the current isw flowing through the reactor Lsw, that is, the compensation current iswv is increased in accordance with the increase in the V-phase system voltage Vv.

次に、時刻t3〜t4(60度期間)において、V相系統電圧Vvが最大で、W相系統電圧VWが最小であるので、スイッチング素子SwLがオン状態で、スイッチング素子SvHをオンさせる。また、開放相がU相であるので、U相の双方向スイッチSuMをオンさせると、補償電流iswuが流れる。時刻t3〜時刻t4においては、スイッチング素子SswH,SswLをPWM制御し、リアクトルLswに流れる電流isw、即ち、補償電流iswuをU相系統電圧Vuの減少に合わせて減少させる。
次に、時刻t4〜t5(60度期間)において、V相系統電圧Vvが最大で、U相系統電圧Vuが最小であるので、スイッチング素子SvHがオン状態で、スイッチング素子SuLをオンさせる。また、開放相がW相であるので、W相の双方向スイッチSwMをオンさせると、補償電流iswwが流れる。時刻t4〜時刻t5においては、スイッチング素子SswH,SswLをPWM制御し、リアクトルLswに流れる電流isw、即ち、補償電流iswwをW相系統電圧Vwの増加に合わせて増加させる。
Next, at time t3 to t4 (60-degree period), the V-phase system voltage Vv is maximum and the W-phase system voltage VW is minimum, so that the switching element SwL is on and the switching element SvH is turned on. Further, since the open phase is the U phase, the compensation current iswu flows when the U-phase bidirectional switch SuM is turned on. From time t3 to time t4, the switching elements SswH and SswL are PWM-controlled, and the current isw flowing through the reactor Lsw, that is, the compensation current iswu is decreased in accordance with the decrease in the U-phase system voltage Vu.
Next, since the V-phase system voltage Vv is the maximum and the U-phase system voltage Vu is the minimum during the time t4 to t5 (60-degree period), the switching element SvH is turned on and the switching element SuL is turned on. Since the open phase is the W phase, the compensation current isww flows when the W-phase bidirectional switch SwM is turned on. From time t4 to time t5, the switching elements SswH and SswL are PWM-controlled, and the current isw flowing through the reactor Lsw, that is, the compensation current isww is increased in accordance with the increase in the W-phase system voltage Vw.

次に、時刻t5〜t6(60度期間)において、W相系統電圧Vwが最大で、U相系統電圧Vuが最小であるので、スイッチング素子SuLがオン状態で、スイッチング素子SwHをオンさせる。また、開放相がV相であるので、V相の双方向スイッチSvMをオンさせると、補償電流iswvが流れる。時刻t5から時刻t6においては、スイッチング素子SswH,SswLをPWM制御し、リアクトルLswに流れる電流isw、即ち、補償電流iswvをV相系統電圧Vvの減少に合わせて減少させる。時刻t6以降も上記処理と同様な処理が行われることになる。   Next, since the W-phase system voltage Vw is the maximum and the U-phase system voltage Vu is the minimum at times t5 to t6 (60-degree period), the switching element SwL is turned on and the switching element SwH is turned on. Further, since the open phase is the V phase, the compensation current isvv flows when the V-phase bidirectional switch SvM is turned on. From time t5 to time t6, the switching elements SswH and SswL are PWM-controlled, and the current isw flowing through the reactor Lsw, that is, the compensation current iswv is decreased in accordance with the decrease in the V-phase system voltage Vv. After time t6, the same process as the above process is performed.

なお、時刻t1〜時刻t6において、スイッチング素子SswLとスイッチング素子SswHとが交互に短い周期でPWMスイッチングしている。   Note that, from time t1 to time t6, the switching element SswL and the switching element SswH are alternately PWM-switched at a short cycle.

図9は本発明の実施例4に係る電力変換装置の各部の動作を説明するタイミングチャートであり、シミュレーション結果を示している。図9では、u相のみを示している。シミュレーションでは、交流出力電力Pが4kWとし、三相系統4が200V、50Hzの平衡三相正弦波とした。   FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of each part of the power conversion apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a simulation result. FIG. 9 shows only the u phase. In the simulation, the AC output power P was 4 kW, and the three-phase system 4 was a balanced three-phase sine wave of 200 V and 50 Hz.

U相系統電流iuは正弦波状に制御されている。リアクトルLswに流れるリアクトル電流iswは三角波電流となっており、双方向スイッチSuM,SvM,SwMには60度期間について三相系統4に補償電流iswu,iswv,iswwが流れる。   The U-phase system current iu is controlled in a sine wave shape. The reactor current isw flowing through the reactor Lsw is a triangular wave current, and the compensation current iswu, isvv, isww flows through the three-phase system 4 in the bidirectional switches SuM, SvM, SwM for a period of 60 degrees.

図9において、U相電流iSu,補償電流iswu,リアクトル電流isw,電流idは、波形が僅かに上下動しながら変化しているが、これはスイッチング素子SswLとスイッチング素子SswHとが交互に短い周期でPWMスイッチングしているため、スイッチング素子SswHがオンしているときには電流が僅かに増加し、スイッチング素子SswLがオンしているときには電流が僅かに減少しているためである。   In FIG. 9, the U-phase current iSu, the compensation current iswu, the reactor current isw, and the current id change while the waveforms slightly move up and down. This is because the switching element SswL and the switching element SswH are alternately short in cycle. This is because the current is slightly increased when the switching element SswH is on, and the current is slightly decreased when the switching element SswL is on.

このように実施例4の電力変換装置によれば、実施例3の電力変換装置の効果と同様な効果が得られる。   Thus, according to the power converter of Example 4, the same effect as the effect of the power converter of Example 3 is acquired.

実施例1乃至実施例4の電力変換装置では、DC−AC変換について説明したが、本発明の電力変換装置は、AC−DC変換としても動作させることができる。なお、DC−AC変換は、パワーコンディショナーに利用される。   In the power conversion apparatuses according to the first to fourth embodiments, DC-AC conversion has been described. However, the power conversion apparatus according to the present invention can be operated as AC-DC conversion. Note that DC-AC conversion is used for a power conditioner.

図10は本発明の実施例5に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図10に示す実施例5に係る電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換(AC−DC変換)することを特徴とする。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the power conversion apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The power converter according to Example 5 shown in FIG. 10 is characterized by converting AC power into DC power (AC-DC conversion).

この電力変換装置は、三相系統4、三相系統4に接続される三相ダイオード整流回路6、三相系統4及び三相ダイオード整流回路6に接続される瞬時無効電力補償装置3dを有している。   This power converter includes a three-phase system 4, a three-phase diode rectifier circuit 6 connected to the three-phase system 4, a three-phase system 4, and an instantaneous reactive power compensator 3d connected to the three-phase diode rectifier circuit 6. ing.

三相ダイオード整流回路6は、三相ブリッジ構成の全波整流回路を形成する6つのダイオードD11〜D16からなる。ダイオードD11とダイオードD12との接続点(U相第1交流側)は三相系統4のu相に接続され、ダイオードD13とダイオードD14との接続点(V相第1交流側)は三相系統4のv相に接続され、ダイオードD15とダイオードD16との接続点(W相第1交流側)は三相系統4のw相に接続されている。   The three-phase diode rectifier circuit 6 includes six diodes D11 to D16 that form a full-wave rectifier circuit having a three-phase bridge configuration. The connection point (U-phase first AC side) between the diode D11 and the diode D12 is connected to the u-phase of the three-phase system 4, and the connection point (V-phase first AC side) between the diode D13 and the diode D14 is the three-phase system. 4 is connected to the v-phase, and the connection point (W-phase first AC side) of the diode D15 and the diode D16 is connected to the w-phase of the three-phase system 4.

ダイオードD11,D12の直列回路と、ダイオードD13,D14の直列回路と、ダイオードD15,D16の直列回路とが並列に接続されて直流側(第1直流側)を形成し、コンデンサCo(第1コンデンサ)及び負荷7に接続されている。   A series circuit of diodes D11 and D12, a series circuit of diodes D13 and D14, and a series circuit of diodes D15 and D16 are connected in parallel to form a direct current side (first direct current side), and a capacitor Co (first capacitor) ) And a load 7.

三相ダイオード整流回路6は、各ダイオードD11〜D16による全波整流動作により、交流側に接続される三相系統4からの基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力を、直流電力に変換して直流側のコンデンサCo及び負荷7に出力する。   The three-phase diode rectifier circuit 6 includes instantaneous active power due to fundamental wave current and instantaneous reactive power due to harmonic current from the three-phase system 4 connected to the AC side by full-wave rectification operation by the diodes D11 to D16. The AC power is converted into DC power and output to the DC side capacitor Co and the load 7.

瞬時無効電力補償装置3dは、三相系統4側で三相ダイオード整流回路6と並列に接続され、コンデンサC1(第2コンデンサ)と周知の三相ブリッジ構成の第2スイッチング回路を形成する6つの第2スイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2と3つのリアクトルLu,Lv,Lw(第1リアクトル)とを有している。   The instantaneous reactive power compensator 3d is connected in parallel with the three-phase diode rectifier circuit 6 on the three-phase system 4 side, and forms a capacitor C1 (second capacitor) and a second switching circuit having a known three-phase bridge configuration. The second switching element Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2 and three reactors Lu, Lv, Lw (first reactor) are provided.

スイッチング素子Su1とスイッチング素子Su2との接続点(U相第2交流側)は、リアクトルLuの一端に接続され、リアクトルLuの他端は三相系統4のu相に接続されている。スイッチング素子Sv1とスイッチング素子Sv2との接続点(V相第2交流側)はリアクトルLvの一端に接続され、リアクトルLvの他端は三相系統4のv相に接続されている。スイッチング素子Sw1とスイッチング素子Sw2との接続点(W相第2交流側)は、リアクトルLwの一端に接続され、リアクトルLwの他端は三相系統4のw相に接続されている。   A connection point (U-phase second AC side) between the switching element Su1 and the switching element Su2 is connected to one end of the reactor Lu, and the other end of the reactor Lu is connected to the u-phase of the three-phase system 4. A connection point (V-phase second AC side) between the switching element Sv1 and the switching element Sv2 is connected to one end of the reactor Lv, and the other end of the reactor Lv is connected to the v-phase of the three-phase system 4. A connection point (W-phase second AC side) between the switching element Sw1 and the switching element Sw2 is connected to one end of the reactor Lw, and the other end of the reactor Lw is connected to the w-phase of the three-phase system 4.

スイッチング素子Su1,Su2の直列回路と、スイッチング素子Sv1,Sv2の直列回路と、スイッチング素子Sw1,Sw2の直列回路とが並列に接続されて直流側(第2直流側)を形成し、コンデンサC1に接続されている。   The series circuit of the switching elements Su1, Su2, the series circuit of the switching elements Sv1, Sv2, and the series circuit of the switching elements Sw1, Sw2 are connected in parallel to form a DC side (second DC side), and the capacitor C1 It is connected.

瞬時無効電力補償装置3dは、各々のスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2を高速スイッチングさせることにより、三相ダイオード整流回路6で発生する瞬時無効電力、即ち、高調波電流を補償する補償電流(高調波電流とは逆位相の電流)を三相系統4に注入して系統電流を力率1の正弦波状にする。各々のスイッチング素子Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2は、還流ダイオードを備えたMOSFETなどからなる。   The instantaneous reactive power compensator 3d compensates for instantaneous reactive power generated by the three-phase diode rectifier circuit 6, that is, harmonic current, by switching each switching element Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw1, Sw2 at high speed. Compensation current (current having a phase opposite to that of the harmonic current) is injected into the three-phase system 4 to make the system current a sine wave having a power factor of 1. Each of the switching elements Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, and Sw2 includes a MOSFET having a free wheel diode.

このように実施例5の電力変換装置によれば、基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力が三相ダイオード整流回路6の動作により発生するが、この高調波電流による瞬時無効電力を瞬時無効電力補償装置3dが補償するので、三相系統4の系統電流を力率1の正弦波状にでき、高調波電流を低減することができる。また、三相ダイオード整流回路6は、交流電力を直流電力に変換するものであるが、三相ダイオード整流回路6及び瞬時無効電力補償装置3dのコンデンサCo,C1は、エネルギーを蓄積する目的のコンデンサではないので、電解コンデンサレスにでき、電解コンデンサレスの電力変換装置を提供することができる。   As described above, according to the power conversion device of the fifth embodiment, the AC power including the instantaneous active power due to the fundamental current and the instantaneous reactive power due to the harmonic current is generated by the operation of the three-phase diode rectifier circuit 6. Since the instantaneous reactive power compensator 3d compensates the instantaneous reactive power due to the wave current, the system current of the three-phase system 4 can be made a sine wave having a power factor of 1, and the harmonic current can be reduced. The three-phase diode rectifier circuit 6 converts AC power into DC power, but the capacitors Co and C1 of the three-phase diode rectifier circuit 6 and the instantaneous reactive power compensator 3d are capacitors for the purpose of storing energy. Therefore, an electrolytic capacitor can be eliminated, and an electrolytic capacitor-less power converter can be provided.

図11は本発明の実施例5に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。図11に示す実施例6に係る電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換(AC−DC変換)することを特徴とする。   FIG. 11 is a block diagram illustrating the configuration of the power conversion apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The power converter according to Example 6 shown in FIG. 11 is characterized by converting AC power into DC power (AC-DC conversion).

この電力変換装置は、三相系統4、三相系統4に接続される三相ダイオード整流回路6、三相系統4及び三相ダイオード整流回路6に接続される瞬時無効電力補償装置3eを有している。即ち、この電力変換装置は、図10に示す電力変換装置に対して瞬時無効電力補償装置3eのみが異なる。   This power converter has a three-phase system 4, a three-phase diode rectifier circuit 6 connected to the three-phase system 4, a three-phase system 4, and an instantaneous reactive power compensator 3e connected to the three-phase diode rectifier circuit 6. ing. That is, this power converter differs from the power converter shown in FIG. 10 only in the instantaneous reactive power compensator 3e.

瞬時無効電力補償装置3eは、コンデンサC2(第3コンデンサ)とハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5とリアクトルLSW(第2リアクトル)と3つの交流スイッチSu,Sv,Swとで構成されることを特徴とする。   The instantaneous reactive power compensator 3e is composed of a capacitor C2 (third capacitor), a third switching circuit 5 having a half bridge configuration, a reactor LSW (second reactor), and three AC switches Su, Sv, Sw. Features.

ハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5は、コンデンサC2の両端に接続され、還流ダイオードを備えたMOSFETからなるスイッチング素子SswHと還流ダイオードを備えたMOSFETからなるスイッチング素子SswLとが直列に接続されてなる。コンデンサC2は、負荷7に接続されている。   The third switching circuit 5 having a half-bridge configuration is connected to both ends of the capacitor C2, and includes a switching element SswH made of a MOSFET having a freewheeling diode and a switching element SswL made of a MOSFET having a freewheeling diode connected in series. . The capacitor C2 is connected to the load 7.

リアクトルLSWは、スイッチング素子SswHとスイッチング素子SswLとの接続点(第3交流側)に一端が接続されている。3つの交流スイッチSu,Sv,Swは、一端がリアクトルLSWの他端に接続され他端が三相系統4のU相,V相,W相に接続されている。   Reactor LSW has one end connected to a connection point (third AC side) between switching element SswH and switching element SswL. The three AC switches Su, Sv, Sw have one end connected to the other end of the reactor LSW and the other end connected to the U phase, V phase, and W phase of the three-phase system 4.

このように実施例6の電力変換装置によれば、実施例5の電力変換装置の効果と同様な効果が得られるととともに、瞬時無効電力補償装置3eを簡単に構成できる。   Thus, according to the power converter of Example 6, the same effect as that of the power converter of Example 5 can be obtained, and the instantaneous reactive power compensator 3e can be easily configured.

このように、実施例1乃至実施例6の電力変換装置は、DC−AC電力変換装置やAC−DC電力変換装置として動作させることができる。   As described above, the power conversion devices according to the first to sixth embodiments can be operated as a DC-AC power conversion device or an AC-DC power conversion device.

なお、本発明は上述した実施例1乃至実施例6の電力変換装置に限定されるものではない。図5に示す実施例3の電力変換装置の変形例として、瞬時無効電力補償部が、コンデンサC1とハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路5とリアクトルLSWと交流スイッチSU,SV,SWとからなり、第3スイッチング回路5の直流側にコンデンサC1が接続され、第3スイッチング回路5の交流側にリアクトルLSWと交流スイッチSU,SV,SWとを介して三相系統4側が接続されるように構成しても良い。   In addition, this invention is not limited to the power converter device of Example 1 thru | or Example 6 mentioned above. As a modification of the power converter of the third embodiment shown in FIG. 5, the instantaneous reactive power compensator comprises a capacitor C1, a third switching circuit 5 having a half bridge configuration, a reactor LSW, and AC switches SU, SV, SW. The capacitor C1 is connected to the DC side of the third switching circuit 5, and the three-phase system 4 side is connected to the AC side of the third switching circuit 5 via the reactor LSW and AC switches SU, SV, SW. May be.

また、図10に示す実施例5の電力変換装置の変形例として、三相ダイオード整流回路6の直流側と瞬時無効電力補償装置3dの直流側とを共通に接続し、1つのコンデンサ(例えばコンデンサCo)で構成としても良い。   As a modification of the power converter of Example 5 shown in FIG. 10, the DC side of the three-phase diode rectifier circuit 6 and the DC side of the instantaneous reactive power compensator 3d are connected in common, and one capacitor (for example, a capacitor) Co) may be used.

また、図11に示す実施例6の電力変換装置の変形例として、三相ダイオード整流回路6の直流側と瞬時無効電力補償装置3eの直流側とを共通に接続し、1つのコンデンサ(例えばコンデンサCo)で構成としても良い。   Further, as a modification of the power converter of Example 6 shown in FIG. 11, the DC side of the three-phase diode rectifier circuit 6 and the DC side of the instantaneous reactive power compensator 3e are connected in common, and one capacitor (for example, a capacitor) Co) may be used.

本発明は、DC−ACコンバータ、AC−DCコンバータなどに適用可能である。   The present invention is applicable to a DC-AC converter, an AC-DC converter, and the like.

1 昇圧コンバータ
2 三相インバータ
3,3a,3b,3c,3d,3e 瞬時無効電力補償装置
4 三相系統
6 三相ダイオード整流回路
7 負荷
Vo 直流源
Ld 昇圧リアクトル
Sd,SdH,SdL,SuH,SuL,SvH,SvL,SwH,SwL,Su1,Su2,Sv1,Sv2,Sw1,Sw2,SswH,SswL スイッチング素子
Co,C1,C2 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boost converter 2 Three-phase inverter 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e Instantaneous reactive power compensator 4 Three-phase system 6 Three-phase diode rectifier circuit 7 Load Vo DC source Ld Boost reactor Sd, SdH, SdL, SuH, SuL , SvH, SvL, SwH, SwL, Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2, SswH, SswL Switching elements Co, C1, C2 Capacitors

Claims (8)

第1直流側に一定の電力を供給する又は供給電力を一定とする直流電源と第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記直流電源と前記第1交流側との間で三相120度通電方式のスイッチング動作により、電力を変換する電力変換部と、
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、第2コンデンサが第2直流側に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力を補償する瞬時無効電力補償部とを有し、前記三相系統の系統電流を正弦波状とすることを特徴とする電力変換装置。
A DC power source that supplies constant power to the first DC side or a constant supply power and a first capacitor are connected, a three-phase system is connected to the first AC side, the DC power source and the first AC side, A power conversion unit that converts power by a switching operation of a three-phase 120-degree conduction method between,
Instantaneous reactive power connected in parallel to the power conversion unit on the first AC side, a second capacitor connected to the second DC side, and compensating for instantaneous reactive power due to harmonic current generated by the operation of the power conversion unit And a compensation unit, wherein the system current of the three-phase system is sinusoidal .
第1直流側に一定の電力を供給する又は供給電力を一定とする直流電源と第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記直流電源と前記第1交流側との間で三相120度通電方式のスイッチング動作により、電力を変換する電力変換部と、A DC power source that supplies constant power to the first DC side or a constant supply power and a first capacitor are connected, a three-phase system is connected to the first AC side, the DC power source and the first AC side, A power conversion unit that converts power by a switching operation of a three-phase 120-degree conduction method between,
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、前記第1直流側で前記電力変換部に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力のみを補償する瞬時無効電力補償部とを有し、前記三相系統の系統電流を正弦波状とすることを特徴とする電力変換装置。  Connected in parallel to the power converter on the first AC side, connected to the power converter on the first DC side, and compensates only for instantaneous reactive power due to harmonic current generated by the operation of the power converter. A power conversion apparatus comprising: an instantaneous reactive power compensation unit, wherein the system current of the three-phase system is sinusoidal.
前記電力変換部は、全波整流動作により、前記第1交流側に接続される前記三相系統からの基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力を、直流電力に変換して前記第1直流側に出力する三相ブリッジ構成のダイオード整流回路からなり、The power conversion unit is configured to convert AC power including instantaneous active power due to fundamental wave current and instantaneous reactive power due to harmonic current from the three-phase system connected to the first AC side into direct current by full-wave rectification operation. It consists of a diode rectifier circuit of a three-phase bridge configuration that converts it into electric power and outputs it to the first DC side,
前記瞬時無効電力補償部は、前記第1コンデンサと三相ブリッジ構成の第2スイッチング回路と第1リアクトルとからなり、前記第2スイッチング回路の第2直流側には前記第1コンデンサが接続され、前記第2スイッチング回路の第2交流側には前記第1リアクトルを介して前記ダイオード整流回路の前記第1交流側が接続されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電力変換装置。  The instantaneous reactive power compensator includes the first capacitor, a second switching circuit having a three-phase bridge configuration, and a first reactor, and the first capacitor is connected to a second DC side of the second switching circuit, The power converter according to claim 1 or 2, wherein the first AC side of the diode rectifier circuit is connected to the second AC side of the second switching circuit via the first reactor.
第1直流側に第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記第1直流側と前記第1交流側との間で電力を変換する電力変換部と、A first capacitor is connected to the first DC side, a three-phase system is connected to the first AC side, and a power converter that converts power between the first DC side and the first AC side;
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力に応じた補償電流を前記三相系統に注入して前記三相系統の系統電流を正弦波状とする瞬時無効電力補償部と、を備え、  The three-phase system is connected to the power conversion unit in parallel on the first AC side and injects a compensation current according to instantaneous reactive power due to the harmonic current generated by the operation of the power conversion unit into the three-phase system. And an instantaneous reactive power compensator that makes the system current of the sine wave shape,
前記電力変換部は、三相120度通電方式のスイッチング動作により、前記第1直流側に接続される直流電源からの直流電力を、基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力に変換して前記第1交流側に出力する三相ブリッジ構成の第1スイッチング回路からなり、  The power conversion unit converts a DC power from a DC power source connected to the first DC side into an instantaneous reactive power due to a fundamental current and an instantaneous reactive power due to a harmonic current by a three-phase 120-degree energization switching operation. Comprising a first switching circuit of a three-phase bridge configuration that converts to AC power including
前記瞬時無効電力補償部は、第3コンデンサとハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路と第2リアクトルと交流スイッチとからなり、前記第3スイッチング回路の第3直流側には前記第3コンデンサが接続され、前記第3スイッチング回路の第3交流側には前記交流スイッチと前記第2リアクトルを介して前記第1スイッチング回路の前記第1交流側が接続されることを特徴とする電力変換装置。The instantaneous reactive power compensator includes a third capacitor, a third switching circuit having a half-bridge configuration, a second reactor, and an AC switch, and the third capacitor is connected to a third DC side of the third switching circuit. The power converter according to claim 1, wherein the third AC side of the third switching circuit is connected to the first AC side of the first switching circuit via the AC switch and the second reactor.
第1直流側に第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記第1直流側と前記第1交流側との間で電力を変換する電力変換部と、A first capacitor is connected to the first DC side, a three-phase system is connected to the first AC side, and a power converter that converts power between the first DC side and the first AC side;
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力に応じた補償電流を前記三相系統に注入して前記三相系統の系統電流を正弦波状とする瞬時無効電力補償部と、を備え、  The three-phase system is connected to the power conversion unit in parallel on the first AC side and injects a compensation current according to instantaneous reactive power due to the harmonic current generated by the operation of the power conversion unit into the three-phase system. And an instantaneous reactive power compensator that makes the system current of the sine wave shape,
前記電力変換部は、全波整流動作により、前記第1交流側に接続される前記三相系統からの基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力を、直流電力に変換して前記第1直流側に出力する三相ブリッジ構成のダイオード整流回路からなり、The power conversion unit is configured to convert AC power including instantaneous active power due to fundamental wave current and instantaneous reactive power due to harmonic current from the three-phase system connected to the first AC side into direct current by full-wave rectification operation. It consists of a diode rectifier circuit of a three-phase bridge configuration that converts it into electric power and outputs it to the first DC side,
前記瞬時無効電力補償部は、第3コンデンサとハーフブリッジ構成の第3スイッチング回路と第2リアクトルと交流スイッチとからなり、前記第3スイッチング回路の第3直流側には前記第3コンデンサが接続され、前記第3スイッチング回路の第3交流側には前記交流スイッチと前記第2リアクトルを介して前記ダイオード整流回路の前記第1交流側が接続されることを特徴とする電力変換装置。The instantaneous reactive power compensator includes a third capacitor, a third switching circuit having a half-bridge configuration, a second reactor, and an AC switch, and the third capacitor is connected to a third DC side of the third switching circuit. The first AC side of the diode rectifier circuit is connected to the third AC side of the third switching circuit via the AC switch and the second reactor.
前記第1直流側と前記第3直流側とを共通に接続し、この直流側に接続されるコンデンサを、二つから一つとする構成にしたことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の電力変換装置。6. The configuration according to claim 4, wherein the first DC side and the third DC side are connected in common, and two to one capacitors are connected to the DC side. Power converter. 第1直流側に第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記第1直流側と前記第1交流側との間で電力を変換する電力変換部と、A first capacitor is connected to the first DC side, a three-phase system is connected to the first AC side, and a power converter that converts power between the first DC side and the first AC side;
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力に応じた補償電流を前記三相系統に注入して前記三相系統の系統電流を正弦波状とする瞬時無効電力補償部と、を備え、  The three-phase system is connected to the power conversion unit in parallel on the first AC side and injects a compensation current according to instantaneous reactive power due to the harmonic current generated by the operation of the power conversion unit into the three-phase system. And an instantaneous reactive power compensator that makes the system current of the sine wave shape,
前記電力変換部は、三相120度通電方式のスイッチング動作により、前記第1直流側に接続される直流電源からの直流電力を、基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力に変換して前記第1交流側に出力する三相ブリッジ構成の第1スイッチング回路からなり、The power conversion unit converts a DC power from a DC power source connected to the first DC side into an instantaneous reactive power due to a fundamental current and an instantaneous reactive power due to a harmonic current by a three-phase 120-degree energization switching operation. Comprising a first switching circuit of a three-phase bridge configuration that converts to AC power including
前記瞬時無効電力補償部は、第2コンデンサと三相ブリッジ構成の第2スイッチング回路と第1リアクトルとからなり、前記第2スイッチング回路の第2直流側には前記第2コンデンサが接続され、前記第2スイッチング回路の第2交流側には前記第1リアクトルを介して前記第1スイッチング回路の前記第1交流側が接続され、The instantaneous reactive power compensator includes a second capacitor, a second switching circuit having a three-phase bridge configuration, and a first reactor, and the second capacitor is connected to a second DC side of the second switching circuit, The second AC side of the second switching circuit is connected to the first AC side of the first switching circuit via the first reactor,
前記第1直流側と前記第2直流側とを共通に接続し、この直流側に接続されるコンデンサを、二つから一つとする構成にしたことを特徴とする電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the first DC side and the second DC side are connected in common, and the number of capacitors connected to the DC side is two to one.
第1直流側に第1コンデンサが接続され、第1交流側に三相系統が接続され、前記第1直流側と前記第1交流側との間で電力を変換する電力変換部と、A first capacitor is connected to the first DC side, a three-phase system is connected to the first AC side, and a power converter that converts power between the first DC side and the first AC side;
前記第1交流側で前記電力変換部に並列に接続され、前記電力変換部の動作により発生する高調波電流による瞬時無効電力に応じた補償電流を前記三相系統に注入して前記三相系統の系統電流を正弦波状とする瞬時無効電力補償部と、を備え、  The three-phase system is connected to the power conversion unit in parallel on the first AC side and injects a compensation current according to instantaneous reactive power due to the harmonic current generated by the operation of the power conversion unit into the three-phase system. And an instantaneous reactive power compensator that makes the system current of the sine wave shape,
前記電力変換部は、全波整流動作により、前記第1交流側に接続される前記三相系統からの基本波電流による瞬時有効電力と高調波電流による瞬時無効電力とを含む交流電力を、直流電力に変換して前記第1直流側に出力する三相ブリッジ構成のダイオード整流回路からなり、The power conversion unit is configured to convert AC power including instantaneous active power due to fundamental wave current and instantaneous reactive power due to harmonic current from the three-phase system connected to the first AC side into direct current by full-wave rectification operation. It consists of a diode rectifier circuit of a three-phase bridge configuration that converts it into electric power and outputs it to the first DC side,
前記瞬時無効電力補償部は、第2コンデンサと三相ブリッジ構成の第2スイッチング回路と第1リアクトルとからなり、前記第2スイッチング回路の第2直流側には前記第2コンデンサが接続され、前記第2スイッチング回路の第2交流側には前記第1リアクトルを介して前記ダイオード整流回路の前記第1交流側が接続され、  The instantaneous reactive power compensator includes a second capacitor, a second switching circuit having a three-phase bridge configuration, and a first reactor, and the second capacitor is connected to a second DC side of the second switching circuit, The second AC side of the second switching circuit is connected to the first AC side of the diode rectifier circuit via the first reactor,
前記第1直流側と前記第2直流側とを共通に接続し、この直流側に接続されるコンデンサを、二つから一つとする構成にしたことを特徴とする電力変換装置。The power converter according to claim 1, wherein the first DC side and the second DC side are connected in common, and the number of capacitors connected to the DC side is two to one.
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