JP7499950B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本開示は、電力変換装置に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device.
直流電源からの直流電力を交流電力に変換する複数の単相インバータが直列接続された単相多重変換器により構成される電力変換装置が知られている(特許文献1)。単相多重変換器は、複数の単相インバータの中から選択された組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御するように構成される。A power conversion device is known that is configured with a single-phase multiple converter in which multiple single-phase inverters that convert DC power from a DC power source into AC power are connected in series (Patent Document 1). The single-phase multiple converter is configured to perform gradation control of the output voltage based on the sum of the generated voltages of each combination selected from the multiple single-phase inverters.
特許文献1に係る電力変換装置によると、直列接続される単相インバータの数を増大させることにより高い交流電圧を出力できる。しかしながら、求められる交流電圧に応じて電力変換装置内の単相インバータの数を変更しなければならないため、当該交流電圧に応じて電力変換装置自体の構成を変更する必要があった。According to the power conversion device of
本開示のある局面における目的は、電力変換装置内の各相の変換器の接続方式を変更することにより、電力変換装置自体の構成を変更することなく、適切な電圧を出力することが可能な電力変換装置を提供することである。 The object of one aspect of the present disclosure is to provide a power conversion device that can output an appropriate voltage by changing the connection method of the converters of each phase within the power conversion device, without changing the configuration of the power conversion device itself.
ある実施の形態に従う電力変換装置は、複数の相にそれぞれ対応して設けられた複数の相変換器と、各相変換器の動作を制御する制御装置とを備える。各相変換器は、複数のスイッチング素子とコンデンサとを有する1以上の単位変換器で構成される単位変換器群と、単位変換器群に接続されたリアクトルとを含む。相変換器の両端子のうちの第1端子は、リアクトルの両端子のうち単位変換器群と接続されていない方の端子に対応する。相変換器の両端子のうちの第2端子は、単位変換器群の両端子のうち、リアクトルと接続されていない方の端子に対応する。各相変換器の第2端子同士が接続される第1接続パターンと、複数の相変換器の各々について、当該相変換器の第2端子が他の相変換器の第1端子と接続される第2接続パターンとを切り替え可能に構成される。A power converter according to an embodiment includes a plurality of phase converters provided corresponding to the plurality of phases, respectively, and a control device that controls the operation of each of the phase converters. Each of the phase converters includes a unit converter group consisting of one or more unit converters having a plurality of switching elements and a capacitor, and a reactor connected to the unit converter group. A first terminal of both terminals of the phase converter corresponds to the terminal of both terminals of the reactor that is not connected to the unit converter group. A second terminal of both terminals of the phase converter corresponds to the terminal of both terminals of the unit converter group that is not connected to the reactor. The power converter is configured to be switchable between a first connection pattern in which the second terminals of each of the phase converters are connected to each other, and a second connection pattern in which the second terminal of each of the plurality of phase converters is connected to the first terminal of the other phase converter.
本開示によれば、電力変換装置内の各相の変換器の接続方式を変更することにより、電力変換装置自体の構成を変更することなく、適切な電圧を出力することができる。 According to the present disclosure, by changing the connection method of the converters for each phase within the power conversion device, it is possible to output an appropriate voltage without changing the configuration of the power conversion device itself.
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are given the same symbols. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof will not be repeated.
<全体構成>
図1は、電力変換装置の全体構成の一例を示す図である。図1を参照して、電力変換装置10は、制御装置14と、相変換器31~33と、切替装置7~9とを含む。
<Overall composition>
1 is a diagram showing an example of an overall configuration of a
相変換器は、多相交流の各相に対応して設けられ負荷に接続される。本実施の形態では、負荷は3相交流負荷である。複数の相変換器31,32,33は、U相、V相、W相にそれぞれ対応して設けられる。The phase converter is provided corresponding to each phase of the multi-phase AC and connected to the load. In this embodiment, the load is a three-phase AC load. The
3つの切替装置7~9は、それぞれU相、V相、W相に対応して設けられる。切替装置7は、接点端子7a,7bと、切替端子7cとを含む。切替装置8は、接点端子8a,8bと、切替端子8cとを含む。切替装置9は、接点端子9a,9bと、切替端子9cとを含む。各切替装置における切替端子は、2つの接点端子のいずれか一方のみと接続され、各接点端子同士は接続されないように構成される。
The three
各切替装置7~9において、切替端子の接続先を2つの接点端子の一方から他方へ切り替える方式としてはいくつかの方式が考えられる。例えば、切替装置を電磁リレーで構成し、外部から電磁リレーに電気信号を与えることによって切替端子の接続先を切り替えてもよいし、コンタクタ、ジャンパーピン等を用いて手動で切り替えてもよい。また、外部の電気信号を利用する場合には、制御装置14が当該電気信号を出力してもよいし、制御装置14とは別の装置を電力変換装置10内に設けて、当該別の装置が当該電気信号を出力してもよい。また、電力変換装置10の外部装置が当該電気信号を出力してもよい。In each of the
相変換器31は、単位変換器21と、単位変換器21に接続されたリアクトル4とを含む。相変換器31の両端子のうちの端子Aは、リアクトル4の両端子のうち単位変換器21と接続されていない方の端子に対応する。相変換器31の端子Bは、単位変換器21の両端子のうち、リアクトル4と接続されていない方の端子に対応する。単位変換器21の他方の端子Hは、リアクトル4に接続される。そのため、端子Hは、リアクトル4の両端子のうち単位変換器21と接続された方の端子とも言える。The
相変換器32は、単位変換器22と、単位変換器22に接続されたリアクトル5とを含む。相変換器32の両端子のうちの端子Cは、リアクトル5の両端子のうち単位変換器22と接続されていない方の端子に対応する。相変換器32の端子Dは、単位変換器22の両端子のうち、リアクトル5と接続されていない方の端子に対応する。単位変換器22の他方の端子Iは、リアクトル5と接続される。The
相変換器33は、単位変換器23と、単位変換器23に接続されたリアクトル6とを含む。相変換器33の両端子のうちの端子Eは、リアクトル6の両端子のうち単位変換器23と接続されていない方の端子に対応する。相変換器33の端子Fは、単位変換器23の両端子のうち、リアクトル6と接続されていない方の端子に対応する。単位変換器23の他方の端子Jは、リアクトル6と接続される。The
単位変換器21は、スイッチング素子1a~1dと、コンデンサ11とを含む。単位変換器22は、スイッチング素子2a~2dと、コンデンサ12とを含む。単位変換器23は、スイッチング素子3a~3dと、コンデンサ13とを含む。各コンデンサ11~13は、直流電源としての機能を有する。
The
各スイッチング素子1a~1d,2a~2d,3a~3dは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の半導体スイッチング素子に還流ダイオード(FWD:Freewheeling Diode)が逆並列に接続されて構成される。半導体スイッチング素子は、正極と負極と制御電極とを有する。図1の例では、半導体スイッチング素子はMOSFETで構成されているため、正極はドレイン、負極はソース、制御電極はゲートである。なお、半導体スイッチング素子は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)で構成されていてもよい。この場合、正極はコレクタ、負極はエミッタ、制御電極はゲートとなる。半導体スイッチング素子に用いられる材料は、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等である。Each of the
各単位変換器21,22,23は、フルブリッジ型の変換回路を用いて構成される。単位変換器21では、2つのスイッチング素子1a,1bを直列接続して形成された第1の直列体と、2つのスイッチング素子1c,1dを直列接続して形成された第2の直列体と、コンデンサ11とが並列接続される。単位変換器22,23についても同様である。Each of the
制御装置14は、各相変換器31~33の動作を制御する。制御装置14は、プロセッサおよび内部メモリを含むコンピュータに基づいて構成してもよいし、専用回路によって構成してもよいし、その一部または全部をFPGA(Field Programmable Gate Array)およびASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの回路を用いて構成してもよい。The
制御装置14は、駆動信号11a~11d,12a~12d,13a~13dを出力する。駆動信号11a~11dは、それぞれスイッチング素子1a~1dに入力される。駆動信号12a~12dは、それぞれスイッチング素子2a~2dに入力される。駆動信号13a~13dは、それぞれスイッチング素子3a~3dに入力される。典型的には、制御装置14は、“High”の駆動信号を出力することによりスイッチング素子を導通させ(すなわち、オン状態とし)、“Low”の駆動信号を出力することによりスイッチング素子を遮断させる(すなわち、オフ状態とする)。
The
相変換器31において、スイッチング素子1aの負極とスイッチング素子1bの正極との接続点は、単位変換器21の端子Hに相当する。スイッチング素子1cの負極とスイッチング素子1dの正極との接続点は、単位変換器21の端子B(すなわち、相変換器31の端子B)に相当する。スイッチング素子1aの正極とスイッチング素子1cの正極とコンデンサ11の一方の端子とが接続される。スイッチング素子1bの負極とスイッチング素子1dの負極とコンデンサ11の他方の端子とが接続される。端子Hにリアクトル4が接続され、端子Bに切替装置7の切替端子7cが接続される。In the
相変換器32,33の構成は、相変換器31の構成と同様である。相変換器32において、単位変換器22の端子Iにリアクトル5が接続され、単位変換器22の端子D(すなわち、相変換器32の端子D)に切替装置8の切替端子8cが接続される。相変換器33において、単位変換器23の端子Jにリアクトル6が接続され、単位変換器23の端子F(すなわち、相変換器33の端子F)に切替装置9の切替端子9cが接続される。The configuration of the
切替装置7の接点端子7a、切替装置8の接点端子8a、および切替装置9の接点端子9aは、共通接点Gを介して互いに接続される。U相に対応する切替装置7の接点端子7bは、V相に対応する相変換器32の端子Cに接続される。V相に対応する切替装置8の接点端子8bは、W相に対応する相変換器33の端子Eに接続される。W相に対応する切替装置9の接点端子9bは、U相に対応する相変換器31の端子Aに接続される。
Contact terminal 7a of switching
切替端子7cが接点端子7aと接続され、切替端子8cが接点端子8aと接続され、切替端子9cが接点端子9aと接続される結線を“Y結線”とも称する。この場合、U相に対応する端子Bおよび接点端子7aが接続され、V相に対応する端子Dおよび接点端子8aが接続され、W相に対応する端子Fおよび接点端子9aが接続される。A connection in which switching terminal 7c is connected to contact terminal 7a, switching
図2は、Y結線して構成された電力変換装置を示す図である。図2では、Y結線時に導通しない線は削除されており、切替装置7~9も図示されていない。
Figure 2 shows a power conversion device configured with a Y connection. In Figure 2, the lines that are not conductive when the Y connection is used have been omitted, and switching
図2に示すように、Y結線時においては、相変換器31の端子B、相変換器32の端子D、および相変換器33の端子Fが互いに接続される。換言すると、Y結線は、各相変換器の両端子のうちの単位変換器側の端子(すなわち、端子B、端子Dおよび端子F)同士が接続される接続パターンである。この場合、端子B、端子D、端子Fおよび共通接点Gは同一となる。As shown in Figure 2, in the Y-connection, terminal B of
再び、図1を参照して、切替端子7cが接点端子7bと接続され、切替端子8cが接点端子8bと接続され、切替端子9cが接点端子9bと接続される結線を“Δ結線”とも称する。この場合、U相に対応する端子Bおよび接点端子7bが接続され、V相に対応する端子Dおよび接点端子8bが接続され、W相に対応する端子Fおよび接点端子9bが接続される。
Referring again to Figure 1, the connection in which switching terminal 7c is connected to contact terminal 7b, switching
図3は、Δ結線して構成された電力変換装置を示す図である。図3では、Δ結線時に導通しない線は削除されており、切替装置7~9も図示されていない。
Figure 3 shows a power conversion device configured with a delta connection. In Figure 3, the lines that are not conductive when the delta connection is used have been omitted, and switching
図3に示すように、Δ結線時においては、相変換器31の端子Bと相変換器32の端子Cとが接続され、相変換器32の端子Dと相変換器33の端子Eとが接続され、相変換器33の端子Fと相変換器31の端子Aとが接続される。換言すると、Δ結線は、複数の相変換器31~33の各々について、当該相変換器の単位変換器側の端子が他の相変換器のリアクトル側の端子と接続される接続パターンである。この場合、端子Bおよび端子Cが同一であり、端子Dおよび端子Eが同一であり、端子Fおよび端子Aが同一となる。
As shown in Figure 3, in the case of a delta connection, terminal B of
このように、電力変換装置10は、各切替装置7~9を用いて各相変換器31~33の接続方式を変更することにより、図2に示すY結線と図3に示すΔ結線とを切り替え可能に構成される。In this way, the
<Y結線時のスイッチング動作>
図4は、Y結線時におけるスイッチング動作の一例を説明するための図である。図4には、制御装置14の内部で処理される内容を可視化した波形、および、制御装置14から出力される駆動信号が示されている。各相における各スイッチング素子の動作は同様であるため、代表して、U相に対応する各スイッチング素子1a~1dの動作について説明する。
<Switching operation when Y-connected>
Fig. 4 is a diagram for explaining an example of switching operation in a Y-connection. Fig. 4 shows waveforms visualizing the contents processed inside the
図4を参照して、制御装置14は、指令値41と三角波42とを比較することにより、スイッチング素子1a~1dを制御するための駆動信号11a~11dを生成する。波形41a~41dは、それぞれ駆動信号11a~11dの波形を示している。
With reference to Figure 4, the
波形41a~41dに示すように、制御装置14は、指令値41が三角波42よりも大きい場合には駆動信号11aおよび駆動信号11dを“High”とし、駆動信号11bおよび駆動信号11cを“Low”とする。また、制御装置14は、指令値41が三角波42よりも小さい場合には駆動信号11aおよび駆動信号11dを“Low”とし、駆動信号11bおよび駆動信号11cを“High”とする。制御装置14は、駆動信号11aおよび駆動信号11bが同時に“High”とならないように、かつ、駆動信号11cおよび駆動信号11dが同時に“High”とならないように各駆動信号を生成する。As shown in
図4では、駆動信号11aが“High”から“Low”に切り替わるタイミングと、駆動信号11bが“Low”から“High”に切り替わるタイミングとが同時で示されている。しかし、実際にはスイッチング素子が導通状態(すなわち、オン状態)から遮断状態(すなわち、オフ状態)に移行する場合にも、オフ状態からオン状態に移行する場合にも時間を要する。そのため、スイッチング素子1a,1bが同時にオン状態とならないように、スイッチング素子1a,1bがともにオフ状態となるデッドタイムと呼ばれる期間が設けられる。デッドタイムは通常数マイクロ秒程度に設定されるが、スイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行する時間がかなり短い場合には、数ナノ秒から数百ナノ秒程度に設定されることもある。In FIG. 4, the timing when the
制御装置14は、電力変換装置10の各部の電圧や電流を検出して電力変換装置10の状態を把握し、目標値に追従するような制御計算を実行する。ここでは、制御装置14は、指令値41を用いて、U相の相電圧に相当する端子Aおよび端子B間の電圧Vabを、目標電圧に追従させるものとする。この場合、指令値41は正弦波となる。具体的には、指令値41は、目標電圧からコンデンサ11の電圧を除算する等の計算を行なうことで生成される。The
制御装置14により検出される電気量は、例えば、リアクトル4~6に流れる電流、コンデンサ11~13の電圧、端子Aおよび端子B間の電圧Vab、端子Cおよび端子D間の電圧Vcd、端子Eおよび端子F間の電圧Vef、端子Aおよび端子C間の電圧Vac、端子Cおよび端子E間の電圧Vce、端子Eおよび端子A間の電圧Vea等である。
The electrical quantities detected by the
三角波42は、指令値41の周波数よりも高く設定され、例えば、数Hz~数MHzに設定される。一般的に、電力変換装置の変換器容量が大きくなるにつれて、スイッチング素子のスイッチング回数が低下する傾向にあるため、電力変換装置の変換器容量が大きくなるにつれて三角波の周波数は低く設定される。The
図4では、U相におけるスイッチング素子1a~1dのオンオフ動作について説明したが、V相のスイッチング素子2a~2dおよびW相のスイッチング素子3a~3dのオンオフ動作についても同様である。ただし、各相の指令値は120度ずつシフトされる。
In Figure 4, the on/off operation of the
図5は、Y結線時における各相の指令値の位相関係を説明するための図である。図5を参照して、指令値51は、指令値41に対して位相を120度シフトしたものであり、指令値52は、指令値41に対して位相を240度シフトしたものである。なお、指令値52は、指令値51に対して位相を120度シフトしたものである。
Figure 5 is a diagram for explaining the phase relationship of the command values of each phase in a Y-connection. Referring to Figure 5,
V相における各スイッチング素子2a~2dは指令値51に従って動作し、W相における各スイッチング素子3a~3dは指令値52に従って動作する。具体的には、制御装置14は、指令値51を用いて、V相の相電圧に相当する端子Cおよび端子D間の電圧Vdcを目標電圧に追従させる。制御装置14は、指令値52を用いて、W相の相電圧に相当する端子Eおよび端子F間の電圧Vefを目標電圧に追従させる。
Each switching
図5の例では、指令値41、指令値51および指令値52の振幅は同一としている。ただし、接続先の負荷等の動作異常時においては、各指令値の振幅は同一とならない場合、あるいは、正弦波に直流成分を重畳した値となる場合がある。In the example of Figure 5, the amplitudes of
図5のように、位相を120度ずつずらした3つの指令値41,51,52を用いて、各スイッチング素子を動作させることにより、電圧Vcdは電圧Vabに対して位相が120度シフトし、電圧Vefは電圧Vcdに対して位相が120度シフトし、電圧Vabは電圧Vefに対して位相が120度シフトする。As shown in Figure 5, by operating each switching element using three
また、端子Aおよび端子C間の電圧Vacの振幅は、端子Aおよび端子B間の電圧Vabの振幅の√3倍であり、電圧Vacは電圧Vabに対して位相が30度シフトしている。また、電圧Vacの振幅は電圧Vcdの振幅の√3倍であり、電圧Vacは電圧Vcdに対して位相が150度シフトしているとも言える。電圧Vacは、U相およびV相間の線間電圧(以下、「線間電圧Vac」とも称する。)に相当する。 Furthermore, the amplitude of voltage Vac between terminals A and C is √3 times the amplitude of voltage Vab between terminals A and B, and voltage Vac is phase shifted 30 degrees from voltage Vab. Furthermore, the amplitude of voltage Vac is √3 times the amplitude of voltage Vcd, and it can also be said that voltage Vac is phase shifted 150 degrees from voltage Vcd. Voltage Vac corresponds to the line voltage between the U phase and V phase (hereinafter also referred to as "line voltage Vac").
Y結線では、相電圧の√3倍の線間電圧が得られる。また、リアクトル4を流れるU相の相電流、リアクトル5を流れるV相の相電流、およびリアクトル6を流れるW相の相電流が電力変換装置10から出力される。すなわち、U相の相電流は、端子Aから電力変換装置10の外側へ流れ出すU相の線電流であり、V相の相電流は、端子Cから電力変換装置10の外側へ流れ出すV相の線電流であり、W相の相電流は、端子Eから電力変換装置10の外側へ流れ出すW相の線電流である。これは、Y結線時における3相交流の一般的な事象である。In the Y-connection, a line voltage that is √3 times the phase voltage is obtained. In addition, the U-phase phase current flowing through
図4の例では、スイッチング素子1a,1dのスイッチング動作が同一であり、スイッチング素子1b,1cのスイッチング動作が同一である構成について説明したが、当該構成に限られない。In the example of Figure 4, a configuration has been described in which the switching operations of switching
図6は、Y結線時におけるスイッチング動作の他の例を説明するための図である。図6に示すスイッチング素子1a,1bのスイッチング動作は、図4に示す当該スイッチング動作と同一である。一方、図6に示すスイッチング素子1c,1dのスイッチング動作は、図4に示す当該スイッチング動作と異なる。
Figure 6 is a diagram for explaining another example of the switching operation in the Y-connection. The switching operation of the
波形81c,81dは、それぞれ駆動信号11c,11dの波形を示している。具体的には、スイッチング素子1c,1dの駆動信号11c,11dは、スイッチング素子1a,1bの駆動信号11a,11bの生成に用いられる三角波42とは異なる三角波82を用いて生成される。三角波82は、三角波42に対して位相が180度シフトしている。
図6に示すスイッチング方式によって、リアクトル4に流れる相電流に含有する、スイッチング動作に基づくリプル成分の周波数が、スイッチング周波数の2倍となる。そのため、リアクトル4に必要なインダクタンスを低減することができ、結果としてリアクトル4の小型化が可能となる。また、各相の三角波の位相を120度ずつシフトすることにより、スイッチング動作によってリアクトル4に流れるリプル電流を低減することもできる。この場合、さらなるインダクタンスの低減およびリアクトル4の小型化が可能となる。なお、ここでは、リアクトル4についてのみ言及したが、リアクトル5およびリアクトル6に関しても同様に、上記スイッチング方式によってリアクトル5,6のインダクタンス低減およびリアクトル5,6の小型化が可能である。
By using the switching method shown in FIG. 6, the frequency of the ripple component based on the switching operation contained in the phase current flowing through the
<Δ結線時のスイッチング動作>
図7は、Δ結線時におけるスイッチング動作の一例を説明するための図である。図7には、制御装置14の内部で処理される内容を可視化した波形、および、制御装置14から出力される駆動信号が示されている。各相における各スイッチング素子の動作は同様であるため、代表して、U相に対応する各スイッチング素子1a~1dの動作について説明する。
<Switching operation in Δ connection>
Fig. 7 is a diagram for explaining an example of switching operation in a Δ connection. Fig. 7 shows waveforms visualizing the contents processed inside the
図7を参照して、制御装置14は、指令値61と三角波62とを比較することにより、スイッチング素子1a~1dを制御するための駆動信号11a~11dを生成する。波形61a~61dは、それぞれ駆動信号11a~11dの波形を示している。
With reference to Figure 7, the
波形61a~61dに示すように、制御装置14は、指令値61が三角波62よりも大きい場合には駆動信号11aおよび駆動信号11dを“High”とし、駆動信号11bおよび駆動信号11cを“Low”とする。また、制御装置14は、指令値61が三角波62よりも小さい場合には駆動信号11aおよび駆動信号11dを“Low”とし、駆動信号11bおよび駆動信号11cを“High”とする。制御装置14は、駆動信号11aおよび駆動信号11bが同時に“High”とならないように、かつ、駆動信号11cおよび駆動信号11dが同時に“High”とならないように各駆動信号を生成する。As shown in
図4で説明したように、図6の例でも、駆動信号11aが“High”から“Low”に切り替わるタイミングと、駆動信号11bが“Low”から“High”に切り替わるタイミングとが同時で示されているが、実際にはデッドタイムが設けられる。As explained in Figure 4, in the example of Figure 6, the timing when
制御装置14は、指令値61を用いて、端子Aおよび端子B間の電圧Vabを、目標電圧に追従させるものとする。なお、制御装置14により検出される電気量は、例えば、リアクトル4~6に流れる電流、コンデンサ11~13の電圧、電圧Vab、電圧Vcd、電圧Vef、電圧Vac、電圧Vce、電圧Vea等である。三角波62は、指令値61の周波数よりも高く設定(例えば、数Hz~数MHz)に設定される。The
図8は、Δ結線時の各相の指令値の位相関係を説明するための図である。図8を参照して、指令値71は、指令値61に対して位相を120度シフトしたものであり、指令値72は、指令値61に対して位相を240度シフトしたものである。なお、指令値72は、指令値71に対して位相を120度シフトしたものである。
Figure 8 is a diagram for explaining the phase relationship of the command values of each phase in the case of Δ connection. Referring to Figure 8,
V相における各スイッチング素子2a~2dは指令値71に従って動作し、W相における各スイッチング素子3a~3dは指令値72に従って動作する。具体的には、制御装置14は、指令値71を用いて、V相の相電圧に相当する電圧Vdcを目標電圧に追従させる。制御装置14は、指令値72を用いて、W相の相電圧に相当する電圧Vefを目標電圧に追従させる。図8の例では、指令値61、指令値71および指令値72の振幅は同一としている。
Each switching
図8のように、位相を120度ずつずらした3つの指令値61,71,72を用いて、各スイッチング素子を動作させることにより、電圧cdは電圧Vabに対して位相が120度シフトし、電圧Vefは電圧Vcdに対して位相が120度シフトし、電圧Vabは電圧Vefに対して位相が120度シフトする。As shown in Figure 8, by operating each switching element using three
Δ結線の場合、図3に示すように、端子Bおよび端子Cが接続され、端子Dおよび端子Eが接続され、端子Fおよび端子Aが接続される。そのため、U相の相電圧である電圧VabはU相およびV相の線間電圧Vacと同一であり、V相の相電圧である電圧Vcdは、V相およびW相の線間電圧Vceと同一であり、W相の相電圧である電圧Vefは、W相およびU相の線間電圧Veaと同一である。 In the case of a Δ connection, as shown in Figure 3, terminals B and C are connected, terminals D and E are connected, and terminals F and A are connected. Therefore, voltage Vab, which is the phase voltage of the U phase, is the same as the line voltage Vac of the U phase and V phase, voltage Vcd, which is the phase voltage of the V phase, is the same as the line voltage Vce of the V phase and W phase, and voltage Vef, which is the phase voltage of the W phase, is the same as the line voltage Vea of the W phase and U phase.
したがって、Y結線の場合には、U相およびV相の線間電圧Vacは、U相の電圧Vabの√3倍であったが、Δ結線の場合には、線間電圧Vacは電圧Vabの1倍である。ただし、各相の線電流は、各相の相電流の√3倍である。これは、Δ結線時における3相交流の一般的な事象である。 Therefore, in the case of Y connection, the line voltage Vac between the U and V phases is √3 times the U phase voltage Vab, but in the case of Δ connection, the line voltage Vac is 1 time the voltage Vab. However, the line current of each phase is √3 times the phase current of each phase. This is a general phenomenon for three-phase AC in Δ connection.
なお、Δ結線の場合でも、図6で説明したように、2つの三角波を用いて各スイッチング素子の駆動信号を生成してもよい。この場合、スイッチング動作によってリアクトルに流れるリプル電流が小さくなり、その結果、リアクトルのインダクタンスを低減でき、リアクトルの小型化が可能となる。In addition, even in the case of delta connection, the drive signals for each switching element may be generated using two triangular waves as explained in Figure 6. In this case, the ripple current flowing through the reactor is reduced by the switching operation, which results in a reduction in the inductance of the reactor and makes it possible to miniaturize the reactor.
<Y結線時およびΔ結線時の電流、電圧>
ここでは、Y結線時およびΔ結線時の各々における、相電圧、線間電圧、相電流および線電流について説明する。
<Current and voltage in Y-connection and Δ-connection>
Here, the phase voltages, line voltages, phase currents, and line currents in the case of Y connection and in the case of Δ connection will be described.
Y結線時に、各相の相電圧に対する指令値を同一に設定して、各相の各スイッチング素子を動作させた場合には、「相電圧実効値×√3=線間電圧実効値」であり、「相電流実効値=線電流実効値」である。When using a Y-connection, if the command values for the phase voltages of each phase are set to the same and each switching element of each phase is operated, then "phase voltage effective value × √3 = line voltage effective value" and "phase current effective value = line current effective value."
Δ結線時に、各相の相電圧に対する指令値を同一に設定して、各相の各スイッチング素子を動作させた場合には、「相電圧実効値=線間電圧実効値」であり、「相電流実効値×√3=線電流実効値」である。 When using delta connection, if the command values for the phase voltages of each phase are set to the same value and each switching element of each phase is operated, then "phase voltage effective value = line voltage effective value" and "phase current effective value × √3 = line current effective value."
ここで、Y結線時およびΔ結線時において、各コンデンサ11,12,13の電圧が同一であり、相電圧実効値が230.9Vrmsとなるように各相の相電圧に対する指令値を設定して、各相の各スイッチング素子を動作させたとする。Here, in the case of Y connection and Δ connection, the voltages of each
この場合、Y結線時においては、「相電圧実効値=230.9Vrms」であり、「線間電圧実効値=230.9Vrms×√3≒400Vrms」である。Δ結線時においては、「相電圧実効値=230.9Vrms」であり、「線間電圧実効値=230.9Vrms」である。In this case, in the case of Y connection, the "phase voltage effective value = 230.9 Vrms" and the "line voltage effective value = 230.9 Vrms × √3 ≒ 400 Vrms". In the case of Δ connection, the "phase voltage effective value = 230.9 Vrms" and the "line voltage effective value = 230.9 Vrms".
これは、各コンデンサ11,12,13に印加されている電圧が同一であって、電力変換装置10を動作させるための指令値が同一であっても、結線方式が異なるだけで異なる線間電圧が得られることを示している。
This shows that even if the voltage applied to each
Δ結線の場合、電流が負荷へ流れる電流経路だけではなく各相変換器内を電流が還流する還流経路が存在する。各相変換器内を電流が還流する場合、負荷へ出力している電流よりも大きな電流が流れるため、スイッチング素子の許容電流を増大させる必要がある。しかし、各相変換器内に電流が還流することを利用して、各コンデンサ11~13の電圧アンバランスを抑制させる制御を適用できるため、電力変換装置10の冗長性を増加させることができる。
In the case of a Δ connection, there is not only a current path through which current flows to the load, but also a return path through which current flows back within each phase converter. When current returns within each phase converter, a current larger than the current output to the load flows, so it is necessary to increase the allowable current of the switching elements. However, by utilizing the fact that current returns within each phase converter, control can be applied that suppresses voltage imbalances in each
Y結線の場合には還流経路は存在しないが、共通接点Gの電位を変化させることで交流電圧に直流電圧を重畳させることができる。これにより、各コンデンサ11~13の電圧アンバランスを抑制させる制御を適用できるため、電力変換装置10の冗長性を増加させることができる。このように、Y結線とΔ結線とでは異なる線間電圧が得られること以外にも、異なる制御により各コンデンサの電圧アンバランスを抑制することができる。そのため、負荷の種類、各コンデンサの電圧アンバランスがどの程度発生するか等に応じて、Y結線およびΔ結線のいずれかの選択がなされる。
In the case of a Y connection, there is no return path, but by changing the potential of the common contact G, a DC voltage can be superimposed on the AC voltage. This makes it possible to apply control that suppresses voltage imbalance in each of the
<Y結線およびΔ結線の切り替えの効果>
上述したように、電力変換装置10は、Y結線とΔ結線とを切り替えることで異なる線間電圧を出力できる。そのため、電力変換装置10は、線間電圧が230.9Vrmsで十分な負荷、および線間電圧が400Vrms必要な負荷の両方に対して適切な電圧を出力できる。
<Effect of switching between Y-connection and Δ-connection>
As described above, the
次に、電力に関して考察する。例えば、Y結線時およびΔ結線時の両方で相電流実効値が10Armsであるとする。皮相電力は「√3×線間電圧実効値×線電流実効値」で計算される。この場合、Y結線時においては、「皮相電力=√3×400Vrms×10Arms≒6900VA」となり、Δ結線時においては、「皮相電力=√3×230.9Vrms×10Arms×√3≒6900VA」となる。すなわち、Y結線時およびΔ結線時において皮相電力は同一となる。 Next, let us consider power. For example, suppose the phase current effective value is 10 Arms in both Y-connection and Delta-connection. The apparent power is calculated as "√3 x line-to-line voltage effective value x line current effective value." In this case, in Y-connection, "apparent power = √3 x 400 Vrms x 10 Arms ≒ 6,900 VA," and in Delta-connection, "apparent power = √3 x 230.9 Vrms x 10 Arms x √3 ≒ 6,900 VA." In other words, the apparent power is the same in Y-connection and Delta-connection.
相電流は各スイッチング素子に流れる電流であり、スイッチング素子の選定に影響を与えるパラメータである。Y結線時およびΔ結線時において、電力変換装置10の各相変換器は同一の相電圧および同一の相電流を出力する。これは、Y結線およびΔ結線に関わらず、同一の設計基準でスイッチング素子を選定できることを意味する。しかも、電力変換装置10は、Y結線とΔ結線とを切り替えることにより異なる線間電圧を出力でき、かつ、同一の皮相電力を出力できる。
Phase current is the current flowing through each switching element, and is a parameter that affects the selection of the switching element. In both Y-connection and Δ-connection, each phase converter of the
ここで、Y結線時に、400Vrmsから230.9Vrmsまでの線間電圧を出力する場合を想定する。相電圧の指令値は、「目標の相電圧÷コンデンサの電圧」により生成される。そのため、出力される線間電圧が目標の相電圧を示す400Vrmsよりも低い場合には当該線間電圧に対応する指令値を生成できることから、電力変換装置10は230.9Vrmsの線間電圧を出力できる。しかし、この場合、「皮相電力=√3×230.9Vrms×10Arms≒4000VA」となる。この皮相電力は、Δ結線時に230.9Vrmsの線間電圧を出力する場合の皮相電力(≒6900VA)よりも小さいことが理解される。したがって、低い線間電圧を出力する場合には、Y結線からΔ結線に切り替えることにより、出力される皮相電力の低下を防ぐことができる。Here, assume that a line voltage ranging from 400Vrms to 230.9Vrms is output in the Y-connection. The command value of the phase voltage is generated by "target phase voltage ÷ capacitor voltage". Therefore, if the output line voltage is lower than 400Vrms, which indicates the target phase voltage, the command value corresponding to the line voltage can be generated, so that the
上記では、電力変換装置10が、Y結線時に400Vrmsの線間電圧を出力し、Δ結線時に230.9Vrmsの線間電圧を出力する構成について説明したが、電力変換装置10は幅広い電圧に対応することができる。例えば、線間電圧が400Vrmsの電力系統Z1、および線間電圧が200Vrmsの電力系統Z2に電力変換装置10が接続される場合を想定する。電力系統Z1への接続時には、電力変換装置10はY結線を用いて400Vrmsの線間電圧を出力し、電力系統Z2への接続時には、電力変換装置10はΔ結線を用いて200Vrmsの線間電圧を出力すればよい。これにより、皮相電力の低下をできるだけ防ぎつつ、2つの電力系統Z1,Z2に適した線間電圧を出力することができる。通常、2倍の電圧差がある場合には異なる耐圧の部品を選定する必要があり、異なる設計が必要となるが、本実施の形態に従う電力変換装置10によれば、同一部品および同一設計で対応することができる。In the above, the
また、電力変換装置10の接続先がモータの場合であって、モータの固定子巻き線がオープン巻線と呼ばれる巻き線方式の場合には、モータもΔ結線とY結線の切り替えが可能である。この場合、Y結線時にはΔ結線時と比較して、モータの巻き線に印加される電圧は√3倍となる。また、電力変換装置10においてもΔ結線とY結線の切り替えが可能であるため、Y結線時にはΔ結線時と比較して線間電圧は√3倍となる。したがって、電力変換装置10は、モータに同一の電力を供給しつつ、最大で3倍の電圧変化を与えることができる。
In addition, when the
<相変換器の変形例>
図2および図3では、各相変換器31~33に1つの単位変換器が含まれる構成について説明した。ここでは、各相変換器に複数(例えば、2つ)の単位変換器が含まれる構成について説明する。
<Modifications of Phase Converter>
2 and 3, a configuration has been described in which one unit converter is included in each of the
図9は、Y結線して構成された電力変換装置の他の例を示す図である。図9には、図2の場合と同様に、導通しない線および切替装置7~9は図示されていない。
Figure 9 shows another example of a power conversion device configured with a Y connection. As in the case of Figure 2, Figure 9 does not show non-conducting lines and
図9を参照して、電力変換装置10Aの相変換器31aは、直列接続された2つの単位変換器21,21aで構成される単位変換器群と、当該単位変換器群に接続されたリアクトル4とを含む。単位変換器21および単位変換器21aは直列接続される。単位変換器21aは、リアクトル4と単位変換器21の端子Hとの間に設けられる。
Referring to Fig. 9, the
相変換器31aの両端子のうちの端子Aは、リアクトル4の両端子のうち単位変換器群と接続されていない方の端子に対応する。相変換器31aの端子Bは、単位変換器群の両端子のうち、リアクトル4と接続されていない方の端子に対応する。単位変換器群の他方の端子Kは、リアクトル4と接続される。Of the two terminals of the
単位変換器21aは、複数のスイッチング素子1e~1hと、コンデンサ15とを含む。スイッチング素子1eの負極とスイッチング素子1fの正極との接続点は、単位変換器21aの端子Kに相当する。スイッチング素子1gの負極とスイッチング素子1hの正極との接続点は、単位変換器21aの端子Lに相当する。スイッチング素子1eの正極とスイッチング素子1gの正極とコンデンサ15の一方の端子とが接続される。スイッチング素子1fの負極とスイッチング素子1hの負極とコンデンサ15の他方の端子とが接続される。端子Kにリアクトル4が接続され、端子Lに単位変換器21の端子Hが接続される。
The
相変換器32aは、直列接続された2つの単位変換器22,22aで構成される単位変換器群と、当該単位変換器群に接続されたリアクトル5とを含む。単位変換器22aは、複数のスイッチング素子2e~2hと、コンデンサ16とを含む。単位変換器22aの構成は、単位変換器21aの構成と同様である。単位変換器22および単位変換器22aは直列接続される。単位変換器22aは、リアクトル5と単位変換器22の端子Iとの間に設けられる。単位変換器22aの端子Mにリアクトル5が接続され、端子Nに単位変換器22の端子Iが接続される。
The
相変換器33aは、直列接続された2つの単位変換器23,23aで構成される単位変換器群と、当該単位変換器群に接続されたリアクトル6とを含む。単位変換器23aは、複数のスイッチング素子3e~3hと、コンデンサ17とを含む。単位変換器23aの構成は、単位変換器21aの構成と同様である。単位変換器23および単位変換器23aは直列接続される。単位変換器23aは、リアクトル6と単位変換器23の端子Jとの間に設けられる。単位変換器23aの端子Oにリアクトル6が接続され、端子Pに単位変換器23の端子Jが接続される。
The
制御装置14は、単位変換器21a~23aの駆動信号を生成する。駆動信号11e~11gは、それぞれスイッチング素子1e~1hに入力される。駆動信号12e~12hは、それぞれスイッチング素子2e~2hに入力される。駆動信号13e~13hは、それぞれスイッチング素子3e~3hに入力される。
The
図10は、図9に示すY結線時におけるスイッチング動作の一例を説明するための図である。各相における各スイッチング素子の動作は同様であるため、代表して、U相に対応する各スイッチング素子1a~1hの動作について説明する。
Figure 10 is a diagram for explaining an example of switching operation in the Y-connection shown in Figure 9. Since the operation of each switching element in each phase is similar, the operation of each switching
指令値41、三角波42、波形41a~41dは、図4で説明したものと同様である。波形101e~101hは、それぞれ駆動信号11e~11hの波形を示している。図10に示すように、波形41aおよび波形101eは同一であり、波形41bおよび波形101fは同一であり、波形41cおよび波形101gは同一であり、波形41dおよび波形101hは同一である。すなわち、駆動信号11aおよび駆動信号11eは同一であり、駆動信号11bおよび駆動信号11fは同一であり、駆動信号11cおよび駆動信号11gは同一であり、駆動信号11dおよび駆動信号11hは同一である。
The
図10では、U相におけるスイッチング素子1a~1hのオンオフ動作について説明したが、V相のスイッチング素子2a~2hおよびW相のスイッチング素子3a~3hのオンオフ動作についても同様である。ただし、各相の指令値は120度ずつシフトされる。図10に示すスイッチング方式によると、単位変換器の数が2つになった場合でも、指令値および三角波が1つずつであるため制御が容易である。
Figure 10 explains the on/off operation of switching
図11は、図9に示すY結線時におけるスイッチング動作の他の例を説明するための図である。図11に示すスイッチング素子1a~1dのスイッチング動作は、図6に示す当該スイッチング動作と同一である。
Figure 11 is a diagram for explaining another example of the switching operation in the Y-connection shown in Figure 9. The switching operation of the
波形111e,111fは、それぞれスイッチング素子1e,1fの駆動信号11e,11fの波形を示している。駆動信号11e,11fは、三角波111を用いて生成される。三角波111は、三角波42に対して位相が90度シフトしている。波形111g,111hは、それぞれスイッチング素子1g,1hの駆動信号11g,11hの波形を示している。駆動信号11g,11hは、三角波112を用いて生成される。三角波112は、三角波82に対して位相が90度シフトしている。なお、三角波112は、三角波111に対して位相が180度シフトしている。
図11に示すスイッチング方式によって、リアクトル4に流れる相電流に含有する、スイッチング動作に基づくリプル成分の周波数が、スイッチング周波数の2倍となる。そのため、リアクトル4に必要なインダクタンスを低減することができ、結果としてリアクトル4の小型化が可能となる。また、各相の三角波の位相を120度ずつシフトすることにより、スイッチング動作によってリアクトル4に流れるリプル電流を低減することもできる。この場合、さらなるインダクタンスの低減およびリアクトル4の小型化が可能となる。ここでは、リアクトル4についてのみ言及したが、リアクトル5およびリアクトル6に関しても同様に、上記スイッチング方式に従ってリアクトル5,6のインダクタンス低減およびリアクトル5,6の小型化が可能である。
By using the switching method shown in FIG. 11, the frequency of the ripple component based on the switching operation contained in the phase current flowing through the
なお、図9では、各相変換器31a~33aが2つの単位変換器を有する構成について説明したが、各相変換器が3つ以上の単位変換器を有する構成であってもよい。また、直列数を増加させる場合、三角波の位相を「360度÷直列数」ずつ位相をずらすことで、リアクトルに流れるリプル電流をより高周波にすることができ、さらにリプル電流を低減することができる。
Note that, although Figure 9 describes a configuration in which each
例えば、直列数が“4”である場合、1段目の三角波に対して2段目の三角波を90度シフトし、2段目の三角波に対して3段目の三角波を90度シフトし、3段目の三角波に対して4段目の三角波を90度シフトするように設定する。この時、1段目のスイッチング素子1a,1bの三角波に対してスイッチング素子1c,1dの三角波の位相を180度シフトさせたように、各段について三角波が2つ用意され、一方の三角波は他方の三角波に対して180度シフトするように設定する。また、各相の三角波の位相を120度ずつシフトすることによりリアクトルに流れるリプル電流を低減することもでき、さらなるインダクタンスの低減およびリアクトルの小型化が可能となる。For example, if the number of series is "4", the second triangular wave is set to be shifted 90 degrees from the first triangular wave, the third triangular wave is set to be shifted 90 degrees from the second triangular wave, and the fourth triangular wave is set to be shifted 90 degrees from the third triangular wave. At this time, two triangular waves are prepared for each stage, just as the phase of the triangular wave of switching
図12は、Δ結線して構成された電力変換装置の他の例を示す図である。図12には、図3の場合と同様に、導通しない線および切替装置7~9は図示されていない。図12に示すように、Δ結線時においては、相変換器31aの端子Bと相変換器32aの端子Cとが接続され、相変換器32aの端子Dと相変換器33aの端子Eとが接続され、相変換器33aの端子Fと相変換器31aの端子Aとが接続される。Δ結線時の各スイッチング素子のスイッチング動作は、上述したY結線時のスイッチング動作と同様である。
Figure 12 is a diagram showing another example of a power conversion device configured with a delta connection. As in the case of Figure 3, non-conducting lines and
上記の変形例のように、直列数を増加させると、各相変換器に用いられるスイッチング素子の数は増加する。しかし、各単位変換器から出力する相電圧を小さくすることができる。例えば、相変換器が4段の直列接続された単位変換器群で構成されている場合を想定する。この場合、Y結線時においては、各段の単位変換器が約58Vrmsの相電圧を出力するだけで、230.9Vrms(≒58Vrms×4)の相電圧を出力でき、結果として、400Vrmsの線間電圧を出力できる。通常、400Vrmsの線間電圧を出力する電力変換装置は、当該線間電圧を出力するために十分な耐圧を有するスイッチング素子を選定する必要がある。しかし、相変換器を4段の単位変換器で構成する場合には、58Vrmsを出力するのに十分な耐圧を有するスイッチング素子を選定すればよい。As in the above modified example, when the number of series is increased, the number of switching elements used in each phase converter increases. However, the phase voltage output from each unit converter can be reduced. For example, assume that the phase converter is composed of a group of unit converters connected in series in four stages. In this case, in the case of Y connection, the unit converter of each stage only needs to output a phase voltage of about 58 Vrms, and a phase voltage of 230.9 Vrms (≒ 58 Vrms x 4) can be output, and as a result, a line voltage of 400 Vrms can be output. Normally, a power conversion device that outputs a line voltage of 400 Vrms needs to select a switching element with a sufficient withstand voltage to output the line voltage. However, when the phase converter is composed of four stages of unit converters, it is sufficient to select a switching element with a sufficient withstand voltage to output 58 Vrms.
<他の切替方式>
図1では、各切替装置7~9を利用してY結線およびΔ結線を切り替える方式について説明した。ここでは、各切替装置7~9を利用せずにY結線およびΔ結線を切り替える方式について説明する。
<Other switching methods>
1, a method for switching between the Y connection and the Δ connection using the
図13は、電力変換装置の全体構成の他の例を示す図である。図13を参照して、電力変換装置10Bは、制御装置14と、相変換器31~33と、接続端子91~96とを含む。電力変換装置10Bは、切替装置7~9の代わりに、接続端子91~96を含む点で電力変換装置10と異なる。
Figure 13 is a diagram showing another example of the overall configuration of a power conversion device. Referring to Figure 13,
接続端子91,92はU相に対応して設けられ、接続端子93,94はV相に対応して設けられ、接続端子95,96はW相に対応して設けられる。U相において、接続端子91は相変換器31の端子Aと接続され、接続端子92は相変換器31の端子Bと接続される。V相において、接続端子93は相変換器32の端子Cと接続され、接続端子94は相変換器32の端子Dと接続される。W相において、接続端子95は相変換器33の端子Eと接続され、接続端子96は相変換器33の端子Fと接続される。
ここで、各相変換器31~33のリアクトル側の端子(例えば、端子A,C,E)に接続された接続端子91,93,95を「第1接続端子」とも総称し、各相変換器31~33の単位変換器側の端子(例えば、端子B,D,F)に接続された接続端子92,94,96を「第2接続端子」とも総称する。Here, the
Y結線時には、接続端子92、接続端子94および接続端子96が互いに接続される。すなわち、各相に対応する第2接続端子同士が接続される。なお、各接続端子91、93,95は負荷に接続される。In the case of a Y-connection, the
Δ結線時には、接続端子92が接続端子93と接続され、接続端子94が接続端子95と接続され、接続端子96が接続端子91と接続される。すなわち、複数の相の各々について、当該相(例えば、U相)に対応する第1接続端子と他の相(例えば、W相)に対応する第2接続端子とが接続される。なお、各接続端子91、93,95は負荷に接続される。接続端子同士は、例えば、ねじ締め、タブ端子、コネクタを用いて接続される。In the case of a delta connection,
図14は、電力変換装置の全体構成のさらに他の例を示す図である。図14を参照して、電力変換装置10Cは、制御装置14と、相変換器31~33と、スイッチ装置161~163とを含む。電力変換装置10Cは、切替装置7~9の代わりに、スイッチ装置161~163を含む点で電力変換装置10と異なる。複数のスイッチ装置161~163は、U相、V相およびW相にそれぞれ対応して設けられる。なお、図解の容易化のため、各スイッチング素子1a~1d,2a~2d,3a~3dの駆動信号および各スイッチング素子161a~161d,162a~162d,163a~163dの駆動信号は図示していない。
Figure 14 is a diagram showing yet another example of the overall configuration of a power conversion device. Referring to Figure 14,
U相に対応するスイッチ装置161は、スイッチング素子161a~161dを含む。スイッチング素子161aの正極および端子Bが接続され、スイッチング素子161aの負極およびスイッチング素子161bの負極が接続され、スイッチング素子161bの正極および共通接点Gが接続される。また、スイッチング素子161cの正極および端子Bが接続され、スイッチング素子161cの負極およびスイッチング素子161dの負極が接続され、スイッチング素子161dの正極および端子Cが接続される。
The
V相に対応するスイッチ装置162は、スイッチング素子162a~162dを含む。スイッチング素子162aの正極および端子Dが接続され、スイッチング素子162aの負極およびスイッチング素子162bの負極が接続され、スイッチング素子162bの正極および共通接点Gが接続される。また、スイッチング素子162cの正極および端子Dが接続され、スイッチング素子162cの負極およびスイッチング素子162dの負極が接続され、スイッチング素子162dの正極および端子Eが接続される。The
W相に対応するスイッチ装置163は、スイッチング素子163a~163dを含む。スイッチング素子163aの正極および端子Fが接続され、スイッチング素子163aの負極およびスイッチング素子163bの負極が接続され、スイッチング素子163bの正極および共通接点Gが接続される。また、スイッチング素子163cの正極および端子Fが接続され、スイッチング素子163cの負極およびスイッチング素子163dの負極が接続され、スイッチング素子163dの正極および端子Aが接続される。
The
ここで、各相変換器の単位変換器側の端子(例えば、端子B,D,またはF)と共通接点Gとの間に接続された2つのスイッチング素子(例えば、スイッチング素子161a,161b、または、スイッチング素子162a,162b、または、スイッチング素子163a,163b)を「第1スイッチング素子群」とも総称する。Here, the two switching elements (e.g., switching
また、各相変換器のリアクトル側の端子(例えば、端子A,端子C,または端子E)と単位変換器側の端子との間に接続された2つのスイッチング素子(例えば、スイッチング素子161c,161d、または、スイッチング素子162c,162d、またはスイッチング素子163c,163d)を「第2スイッチング素子群」とも総称する。
In addition, two switching elements (e.g., switching
この場合、各第1スイッチング素子群同士は、共通接点Gを介して互いに接続される。また、複数の相の各々について、当該相(例えば、U相)に対応する相変換器の単位変換器側の端子(例えば、端子B)は、当該相に対応する第1スイッチング素子群(例えば、スイッチング素子161a,161b)を介して共通接点Gに接続される。さらに、複数の相の各々について、当該相(例えば、U相)に対応する単位変換器側の端子(例えば、端子B)は、当該相に対応する第2スイッチング素子群(例えば、スイッチング素子161c,161d)を介して他の相(例えば、V相)に対応する相変換器のリアクトル側の端子(例えば、端子C)と接続される。In this case, the first switching element groups are connected to each other via a common contact G. Also, for each of the multiple phases, the terminal (e.g., terminal B) on the unit converter side of the phase converter corresponding to that phase (e.g., U phase) is connected to the common contact G via the first switching element group (e.g., switching
電力変換装置10CをY結線で構成する場合には、各第1スイッチング素子群はオン状態に制御され、各第2スイッチング素子群はオフ状態に制御される。一方、電力変換装置10CをΔ結線で構成する場合には、各第1スイッチング素子群はオフ状態に制御され、各第2スイッチング素子群はオン状態に制御される。When the
図14に示すように、第1スイッチング素子群および第2スイッチング素子群では、2つのスイッチング素子の各負極が互いに向かい合うように接続されているため、各スイッチング素子の両方をオンしなければ電流が流れない。As shown in FIG. 14, in the first switching element group and the second switching element group, the negative electrodes of the two switching elements are connected facing each other, so that no current flows unless both switching elements are turned on.
そのため、Y結線の場合には、各スイッチング素子161a,161b,162a,162b,163a,163bをオンさせ、各スイッチング素子161c,161d,162c,162d,163c,163dをオフさせる。Δ結線の場合には、各スイッチング素子161a,161b,162a,162b,163a,163bをオフさせ、各スイッチング素子161c,161d,162c,162d,163c,163dをオンさせる。なお、スイッチ装置161~163に用いられるスイッチング素子はMOSFETで構成されているが、オフオフ動作で経路を遮断できる半導体スイッチング素子で構成されていればよい。Therefore, in the case of Y connection, each switching
図13および図14では、相変換器が1つの単位変換器を含む構成について説明したが、図9および図12で説明したように、相変換器が複数の単位変換器を含む構成であってもよい。 In Figures 13 and 14, a configuration in which the phase converter includes one unit converter is described, but as described in Figures 9 and 12, the phase converter may also be configured to include multiple unit converters.
<単位変換器の他の構成>
図1では、単位変換器はフルブリッジ型の変換回路を用いて構成されているが、単位変換器は他の変換回路を用いて構成されていてもよい。
<Other configurations of the unit converter>
In FIG. 1, the unit converter is configured using a full-bridge type conversion circuit, but the unit converter may be configured using other conversion circuits.
図15は、単位変換器の他の例を説明するための図である。図15を参照して、電力変換装置10Dは、制御装置14と、相変換器31b~33bと、切替装置7~9とを含む。電力変換装置10Dは、図1の電力変換装置10の相変換器31~33をそれぞれ相変換器31b~33bに置き換えたものである。
Figure 15 is a diagram for explaining another example of a unit converter. Referring to Figure 15,
相変換器31b~33bは、単位変換器がハーフブリッジ型で構成されている点で、相変換器31~33と異なる。単位変換器21bは、スイッチング素子1a,1bと、コンデンサ11,24,25とを含む。単位変換器21bは、単位変換器21のスイッチング素子1c,1dをそれぞれコンデンサ24,25に置き換えたものである。同様に、単位変換器22bは、単位変換器22のスイッチング素子2c,2dをそれぞれコンデンサ26,27に置き換えたものである。単位変換器23bは、単位変換器23のスイッチング素子3c,3dをそれぞれコンデンサ28,29に置き換えたものである。
図16は、単位変換器のさらに他の例を説明するための図である。図16では、図解の容易化のため、各スイッチング素子の駆動信号は図示されていない。 Figure 16 is a diagram for explaining yet another example of a unit converter. In Figure 16, for ease of illustration, the drive signals for each switching element are not shown.
図16を参照して、電力変換装置10Eは、制御装置14と、相変換器31c~33cと、切替装置7~9とを含む。電力変換装置10Eは、図1の電力変換装置10の相変換器31~33をそれぞれ相変換器31c~33cに置き換えたものである。相変換器31c~33cは、単位変換器がフライングキャパシタ回路で構成されている点で、相変換器31~33と異なる。
With reference to Figure 16,
相変換器31cの単位変換器21cは、スイッチング素子1i~1lおよびコンデンサ130を含むフライングキャパシタ回路と、スイッチング素子1m~1pおよびコンデンサ131を含むフライングキャパシタ回路と、コンデンサ11とを含む。相変換器32cの単位変換器22cは、スイッチング素子2i~2lおよびコンデンサ132を含むフライングキャパシタ回路と、スイッチング素子2m~2pおよびコンデンサ133を含むフライングキャパシタ回路と、コンデンサ12とを含む。相変換器33cの単位変換器23cは、スイッチング素子3i~3lおよびコンデンサ134を含むフライングキャパシタ回路と、スイッチング素子3m~3pおよびコンデンサ135を含むフライングキャパシタ回路と、コンデンサ13とを含む。なお、各単位変換器21c~23cにおいて、一方のフライングキャパシタ回路をコンデンサで代用してもよい。
The
その他の実施の形態.
(1)上述した実施の形態において、電力変換装置は、ノイズフィルタを構成するコンデンサおよびコイル等を含んでもよい。これらの部品は、電力変換装置内部に設けてもよいし、電力変換装置の外部に設けてもよい。
Other embodiments.
(1) In the above-described embodiment, the power conversion device may include a capacitor, a coil, etc. that constitute a noise filter. These components may be provided inside the power conversion device or may be provided outside the power conversion device.
(2)上述した実施の形態において、Y結線およびΔ結線の切り替えは、電力変換装置10の停止中に行なってもよいし、動作中に行なってもよい。例えば、電力変換装置10に接続される負荷がモータの場合、最初は電力変換装置10をΔ結線で構成し、モータが高い電圧を必要とする動作に移行した場合に、電力変換装置10をY結線で構成する。(2) In the above-described embodiment, the switching between the Y connection and the Δ connection may be performed while the
(3)上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。 (3) The configurations exemplified as the above-mentioned embodiments are examples of the configurations of the present disclosure, and may be combined with other known technologies, or may be modified, such as by omitting some parts, without departing from the gist of the present disclosure. In addition, the above-mentioned embodiments may be implemented by appropriately adopting the processes and configurations described in other embodiments.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1a~1p,2a~2p,3a~3p,161a~161d,162a~162d,163a~163d スイッチング素子、4~6 リアクトル、7~9 切替装置、10,10A~10E 電力変換装置、11~17,24~29,130~135 コンデンサ、14 制御装置、21~23,21a~21c,22a~22c,23a~23c 単位変換器、31~33,31a~31c,32a~32c,33a~33c 相変換器、161~163 スイッチ装置。 1a to 1p, 2a to 2p, 3a to 3p, 161a to 161d, 162a to 162d, 163a to 163d switching elements, 4 to 6 reactors, 7 to 9 switching devices, 10, 10A to 10E power conversion devices, 11 to 17, 24 to 29, 130 to 135 capacitors, 14 control device, 21 to 23, 21a to 21c, 22a to 22c, 23a to 23c unit converters, 31 to 33, 31a to 31c, 32a to 32c, 33a to 33c phase converters, 161 to 163 switch devices.
Claims (7)
各前記相変換器の動作を制御する制御装置とを備え、
各前記相変換器は、複数のスイッチング素子とコンデンサとを有する1以上の単位変換器で構成される単位変換器群と、前記単位変換器群に接続されたリアクトルとを含み、
前記相変換器の両端子のうちの第1端子は、前記リアクトルの両端子のうち前記単位変換器群と接続されていない方の端子に対応し、
前記相変換器の両端子のうちの第2端子は、前記単位変換器群の両端子のうち、前記リアクトルと接続されていない方の端子に対応し、
各前記相変換器の前記第2端子同士が接続される第1接続パターンと、前記複数の相変換器の各々について、当該相変換器の前記第2端子が他の相変換器の前記第1端子と接続される第2接続パターンとを切り替え可能に構成される、電力変換装置。 A plurality of phase converters provided corresponding to the plurality of phases, respectively;
A control device for controlling the operation of each of the phase converters,
Each of the phase converters includes a converter unit group composed of one or more converter unit having a plurality of switching elements and a capacitor, and a reactor connected to the converter unit group,
a first terminal of the two terminals of the phase converter corresponds to a terminal of the two terminals of the reactor that is not connected to the converter element group;
a second terminal of the phase converter corresponds to a terminal of the converter group that is not connected to the reactor;
A power conversion device configured to be able to switch between a first connection pattern in which the second terminals of each of the phase converters are connected to each other, and a second connection pattern in which, for each of the multiple phase converters, the second terminal of the phase converter is connected to the first terminal of another phase converter.
各前記切替装置は、第1接点端子と第2接点端子とを含み、
各前記第1接点端子は互いに接続されており、
複数の相の各々について、当該相に対応する前記第2接点端子は他の相に対応する前記第1端子と接続されており、
前記第1接続パターンは、複数の相の各々について、当該相に対応する前記第2端子および前記第1接点端子が接続されるパターンであり、
前記第2接続パターンは、複数の相の各々について、当該相に対応する前記第2端子および前記第2接点端子が接続されるパターンである、請求項1に記載の電力変換装置。 The power supply system further includes a plurality of switching devices provided corresponding to the plurality of phases,
Each of the switching devices includes a first contact terminal and a second contact terminal;
The first contact terminals are connected to each other,
For each of a plurality of phases, the second contact terminal corresponding to the phase is connected to the first terminal corresponding to the other phases;
the first connection pattern is a pattern in which the second terminal and the first contact terminal corresponding to each of a plurality of phases are connected to each other,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the second connection pattern is a pattern in which, for each of a plurality of phases, the second terminal and the second contact terminal corresponding to that phase are connected.
複数の相の各々について、当該相に対応する前記第1接続端子と前記第1端子とが接続され、当該相に対応する前記第2接続端子と前記第2端子とが接続され、
前記第1接続パターンは、各前記第2接続端子同士が接続されるパターンであり、
前記第2接続パターンは、複数の相の各々について、当該相に対応する前記第1接続端子と他の相に対応する前記第2接続端子とが接続されるパターンである、請求項1に記載の電力変換装置。 The inverter further includes a first connection terminal and a second connection terminal provided corresponding to the plurality of phases,
For each of a plurality of phases, the first connection terminal corresponding to the phase is connected to the first terminal, and the second connection terminal corresponding to the phase is connected to the second terminal;
the first connection pattern is a pattern in which the second connection terminals are connected to each other,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the second connection pattern is a pattern in which, for each of a plurality of phases, the first connection terminal corresponding to that phase is connected to the second connection terminal corresponding to another phase.
各スイッチ装置は、第1スイッチング素子群と第2スイッチング素子群とを含み、
各前記第1スイッチング素子群同士は、共通接点を介して互いに接続されており、
複数の相の各々について、当該相に対応する前記第2端子は、当該相に対応する前記第1スイッチング素子群を介して前記共通接点に接続されており、
複数の相の各々について、当該相に対応する前記第2端子は、当該相に対応する前記第2スイッチング素子群を介して他の相に対応する前記第1端子と接続されており、
前記第1接続パターン時において、各前記第1スイッチング素子群はオン状態に制御され、各前記第2スイッチング素子群はオフ状態に制御され、
前記第2接続パターン時において、各前記第1スイッチング素子群はオフ状態に制御され、各前記第2スイッチング素子群はオン状態に制御される、請求項1に記載の電力変換装置。 The power supply device further includes a plurality of switch devices provided corresponding to the plurality of phases,
Each switch device includes a first group of switching elements and a second group of switching elements;
The first switching element groups are connected to each other via a common contact,
For each of a plurality of phases, the second terminal corresponding to the phase is connected to the common contact via the first switching element group corresponding to the phase;
For each of a plurality of phases, the second terminal corresponding to the phase is connected to the first terminal corresponding to another phase via the second switching element group corresponding to the phase,
In the first connection pattern, each of the first switching element groups is controlled to an ON state, and each of the second switching element groups is controlled to an OFF state,
The power conversion device according to claim 1 , wherein, in the second connection pattern, the first switching elements are controlled to an off state, and the second switching elements are controlled to an on state.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004229493A (en) | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toshiba Internatl Corp | Inverter drive system |
JP2011193589A (en) | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Fuji Electric Co Ltd | Power converter |
US20120086412A1 (en) | 2009-04-09 | 2012-04-12 | Filippo Chimento | Arrangement For Exchanging Power |
US20130063995A1 (en) | 2010-03-18 | 2013-03-14 | Staffan Norrga | Converter Cell For Cascaded Converters And A Control System And Method For Operating A Converter Cell |
US9590483B1 (en) | 2015-10-15 | 2017-03-07 | Ge Energy Power Conversion Technology Ltd | Control of balance of arm capacitor voltages in STATCOMS based on chain links of H bridge modules |
JP2018117396A (en) | 2017-01-16 | 2018-07-26 | 株式会社日立製作所 | Electric power conversion system |
US20190207533A1 (en) | 2016-09-13 | 2019-07-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus and power system |
JP2021010230A (en) | 2019-07-01 | 2021-01-28 | 富士電機株式会社 | Power converter |
-
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004229493A (en) | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Toshiba Internatl Corp | Inverter drive system |
US20120086412A1 (en) | 2009-04-09 | 2012-04-12 | Filippo Chimento | Arrangement For Exchanging Power |
JP2011193589A (en) | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Fuji Electric Co Ltd | Power converter |
US20130063995A1 (en) | 2010-03-18 | 2013-03-14 | Staffan Norrga | Converter Cell For Cascaded Converters And A Control System And Method For Operating A Converter Cell |
US9590483B1 (en) | 2015-10-15 | 2017-03-07 | Ge Energy Power Conversion Technology Ltd | Control of balance of arm capacitor voltages in STATCOMS based on chain links of H bridge modules |
US20190207533A1 (en) | 2016-09-13 | 2019-07-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus and power system |
JP2018117396A (en) | 2017-01-16 | 2018-07-26 | 株式会社日立製作所 | Electric power conversion system |
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