JP2014128154A - Serial multiple power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a serial multiple power conversion device capable of enhancing a utilization factor of a device to eliminate waste cost.SOLUTION: Power supply voltages insulated from each other are inputted to N (N is a positive integer) single-phase inverter cells 31 and one single-phase piece arm inverter cell 32A, and the inverter cells 31 and 32A are connected in series to configure a power converter for one phase so that output voltages of the inverter cells 31 and 32A are added. One AC output terminal of this power converter is set to be a neutral point O, and the other AC output terminal is set to be an AC output terminal for one phase. By star-connecting M (M is an integer of 2 or more) power converters, an M-phase AC voltage can be output. As opposed to the case that only the plurality of single-phase inverter cells are connected in series, a desired output voltage can be obtained by an optimum number of series connections of the inverter cells. A utilization factor of the device can be improved without wasting capacity of each inverter cell, and the number of components and cost can be reduced.

Description

本発明は、単相インバータセルと単相片アームインバータセルとを直列に接続して構成される直列多重電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a serial multiple power conversion device configured by connecting a single-phase inverter cell and a single-phase single-arm inverter cell in series.

図5は、複数の単相インバータセルを直列に接続して構成された従来の直列多重電力変換装置を示しており、1は三相交流電源、2は互いに絶縁された複数の二次巻線(三相)を有する変圧器、31〜39は単相3レベルインバータセルを示している。ここで、単相3レベルインバータセル31〜39は2系統の交流入力端子が変圧器2の二次巻線にそれぞれ接続されている。また、インバータセル31,32,33の交流出力端子が直列に接続されてU相電力変換器を構成し、インバータセル34,35,36の交流出力端子が直列に接続されてV相電力変換器を構成していると共に、インバータセル37,38,39の交流出力端子が直列に接続されてW相電力変換器を構成している。
これらのU相電力変換器、V相電力変換器、W相電力変換器は中性点Oによりスター結線され、インバータセル33,36,39の各一方の交流出力端子がU,V,W各相の出力端子となっている。
FIG. 5 shows a conventional series multiple power converter configured by connecting a plurality of single-phase inverter cells in series, where 1 is a three-phase AC power source and 2 is a plurality of secondary windings insulated from each other. Transformers having (three phases), 31 to 39 are single phase three level inverter cells. Here, in the single-phase three-level inverter cells 31 to 39, two AC input terminals are connected to the secondary winding of the transformer 2, respectively. Further, the AC output terminals of the inverter cells 31, 32, 33 are connected in series to constitute a U-phase power converter, and the AC output terminals of the inverter cells 34, 35, 36 are connected in series to form a V-phase power converter. And the AC output terminals of the inverter cells 37, 38, 39 are connected in series to form a W-phase power converter.
These U-phase power converter, V-phase power converter, and W-phase power converter are star-connected by a neutral point O, and one AC output terminal of each of inverter cells 33, 36, and 39 is connected to each of U, V, and W. It is a phase output terminal.

上記構成の直列多重電力変換装置は、三相の高電圧を出力可能な電力変換装置として知られており、例えば特許文献1、特許文献2には、図5とほぼ同様に構成された直列多重電力変換装置が記載されている。
すなわち、図6は、特許文献1,2に記載された直列多重電力変換装置を概略的に示したもので、30は直流電圧を交流電圧に変換する単相3レベルインバータセル、40はバッテリーやコンデンサ等の直流電圧源、Mは三相交流電動機等の負荷である。この直列多重電力変換装置は、単相3レベルインバータセル30の入力が直流電圧である点を除けば、基本的な動作は図5と同一である。
The serial multiplex power conversion device having the above configuration is known as a power conversion device capable of outputting a three-phase high voltage. For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 include serial multiplex power devices configured in substantially the same manner as FIG. A power converter is described.
That is, FIG. 6 schematically shows the serial multiple power conversion device described in Patent Documents 1 and 2, 30 is a single-phase three-level inverter cell that converts DC voltage to AC voltage, 40 is a battery or A DC voltage source such as a capacitor, and M is a load such as a three-phase AC motor. This series multiple power conversion device has the same basic operation as that of FIG. 5 except that the input of the single-phase three-level inverter cell 30 is a DC voltage.

ここで、図5に示した単相3レベルインバータセル(例えば31)の構成は、図7に示すとおりであり、このインバータセルの主要部は、前述した特許文献1の図12(b)や特許文献2の図6にも記載されている。
図7において、101は前記変圧器2の二次巻線に接続される第1の交流入力端子、102は第1の順変換器(整流器)、103は第1の平滑コンデンサ、104は前記二次巻線とは絶縁された別系統の二次巻線に接続される第2の交流入力端子、105は第2の順変換器、106は第2の平滑コンデンサ、107〜114はIGBT等の半導体スイッチング素子、115〜122は還流ダイオード、123〜126はクランプダイオード、127は第1の交流出力端子、128は第2の交流出力端子である。
ここで、スイッチング素子107〜110を有する上下アーム部を第1の上下アーム部といい、スイッチング素子111〜114を有する上下アーム部を第2の上下アーム部という。また、スイッチング素子107,108からなる上アームを第1上アーム、同109,110からなる下アームを第1下アーム、同111,112からなる上アームを第2上アーム、同113,114からなる下アームを第2下アームという。
Here, the configuration of the single-phase three-level inverter cell (for example, 31) shown in FIG. 5 is as shown in FIG. 7, and the main part of this inverter cell is shown in FIG. This is also described in FIG. 6 of Patent Document 2.
In FIG. 7, 101 is a first AC input terminal connected to the secondary winding of the transformer 2, 102 is a first forward converter (rectifier), 103 is a first smoothing capacitor, and 104 is the second input terminal. A second AC input terminal connected to a secondary winding of a different system insulated from the secondary winding, 105 is a second forward converter, 106 is a second smoothing capacitor, 107 to 114 are IGBTs, etc. Semiconductor switching elements, 115 to 122 are freewheeling diodes, 123 to 126 are clamp diodes, 127 is a first AC output terminal, and 128 is a second AC output terminal.
Here, the upper and lower arm portions having the switching elements 107 to 110 are referred to as first upper and lower arm portions, and the upper and lower arm portions having the switching elements 111 to 114 are referred to as second upper and lower arm portions. Further, the upper arm composed of the switching elements 107 and 108 is the first upper arm, the lower arm composed of 109 and 110 is the first lower arm, the upper arm composed of 111 and 112 is the second upper arm, This lower arm is called a second lower arm.

次に、図7の回路の動作を簡単に説明する。
変圧器2の2系等の二次巻線から交流入力端子101,104にそれぞれ三相交流電圧を印加した状態でスイッチング素子107,108を導通させ、スイッチング素子109,110を非導通にすると、交流出力端子127からは直流回路の高電位側の電圧(コンデンサ103の正側出力電圧)が出力される。また、スイッチング素子107,110を非導通にしてスイッチング素子108,109を導通させると、クランプダイオード123,124の作用により、交流出力端子127からは中性点電位(コンデンサ103,106同士の接続点の電圧)が出力される。更に、スイッチング素子107,108を非導通にしてスイッチング素子109,110を導通させると、交流出力端子127からは低電位側の電圧(コンデンサ106の負側出力電圧)が出力される。
Next, the operation of the circuit of FIG. 7 will be briefly described.
When the switching elements 107 and 108 are turned on and the switching elements 109 and 110 are turned off while a three-phase AC voltage is applied to the AC input terminals 101 and 104 from the secondary winding of the transformer 2 or the like, respectively, A voltage on the high potential side of the DC circuit (positive output voltage of the capacitor 103) is output from the AC output terminal 127. Further, when the switching elements 107 and 110 are made non-conductive and the switching elements 108 and 109 are made conductive, the clamp diodes 123 and 124 cause the neutral point potential (the connection point between the capacitors 103 and 106) from the AC output terminal 127. Is output). Further, when the switching elements 107 and 108 are turned off and the switching elements 109 and 110 are turned on, a low potential side voltage (negative output voltage of the capacitor 106) is output from the AC output terminal 127.

上記の動作を繰り返すことにより、交流出力端子127から3レベルの交流電圧を出力することができる。同様にして、交流出力端子128については、スイッチング素子111〜114の導通・非導通を制御することにより3レベルの交流電圧を出力することができる。このため、交流出力端子127,128間の電圧は、5つのレベルで変化することになり、一般に単相3レベルインバータセルをn(nは2以上の整数)個直列接続すると、出力電圧のレベル数は最大で4n+1となる。
このように、単相3レベルインバータセルを複数個直列接続する方式は、単相2レベルインバータセルを複数個直列接続する方式と比較して、1セル当りの出力電圧が大きくなり、少ないセル数で高電圧を出力できる利点がある。
By repeating the above operation, a three-level AC voltage can be output from the AC output terminal 127. Similarly, the AC output terminal 128 can output a three-level AC voltage by controlling the conduction / non-conduction of the switching elements 111 to 114. For this reason, the voltage between the AC output terminals 127 and 128 changes at five levels. Generally, when n (n is an integer of 2 or more) single-phase three-level inverter cells are connected in series, the level of the output voltage The maximum number is 4n + 1.
Thus, the method of connecting a plurality of single-phase three-level inverter cells in series increases the output voltage per cell and the number of cells is smaller than the method of connecting a plurality of single-phase two-level inverter cells in series. There is an advantage that a high voltage can be output.

特開2006−320103号公報(図1,図11,図19等)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-320103 (FIGS. 1, 11, 19, etc.) 特開2012−147559号公報(図1等)JP 2012-147559 A (FIG. 1 etc.)

さて、図5に示したように、各相につき単相3レベルインバータセルを3個直列接続した場合の出力電圧に対して、その1/2の出力電圧が必要な場合、理論的には単相3レベルインバータセルを1.5個、直列に接続すれば良いが、物理的にそのような回路構成は実現不可能である。特に、多様な大きさの系統電圧に単相3レベルインバータセルを連系させる場合には、インバータセルの最適な直列接続数を選択できない事態が生じる。   Now, as shown in FIG. 5, when an output voltage that is 1/2 of the output voltage when three single-phase three-level inverter cells are connected in series for each phase is required, theoretically, Although 1.5 phase 3-level inverter cells may be connected in series, such a circuit configuration is physically impossible. In particular, when single-phase three-level inverter cells are connected to system voltages of various sizes, there arises a situation where the optimum number of inverter cells connected in series cannot be selected.

このため、例えばインバータセルの理論的な直列接続数が1.5個である場合には、図8に示すように、各相につきインバータセルの直列接続数を2個にしてその出力電圧の範囲内で所望の出力電圧(インバータセルの直列接続数が1.5個分の出力電圧)を得る必要がある。
しかしながら、図8の直列多重電力変換装置では、各相の出力可能な電圧は図5の直列多重電力変換装置の2/3であるのに対して、実際に使用する電圧は図5の直列多重電力変換装置の1/2となる。すなわち、図8の直列多重電力変換装置が出力可能な電圧を意図的に低減して使用せざるを得ないため装置の利用率が低く、出力電圧を低減させる分だけコストを無駄にしていることになる。
そこで、本発明の解決課題は、装置の利用率を高めてコスト上の無駄をなくすようにした直列多重電力変換装置を提供することにある。
For this reason, for example, when the theoretical number of inverter cells connected in series is 1.5, as shown in FIG. It is necessary to obtain a desired output voltage (output voltage corresponding to 1.5 inverter cells connected in series).
However, in the serial multiple power conversion device of FIG. 8, the voltage that can be output in each phase is 2/3 of the serial multiple power conversion device of FIG. 5, whereas the voltage actually used is the serial multiple power conversion of FIG. 1/2 of the power converter. That is, the voltage that can be output by the serial multiple power conversion device of FIG. 8 must be intentionally reduced and used, so the utilization rate of the device is low, and the cost is wasted by the amount that the output voltage is reduced. become.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a serial multiple power conversion device that increases the utilization factor of the device and eliminates waste in cost.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、N(Nは正の整数)個の単相インバータセルと単一の単相片アームインバータセルとに、互いに絶縁された電源電圧を入力し、単相インバータセルの出力電圧と単相片アームインバータセルの出力電圧とが加算されるように全てのインバータセルを直列に接続して一相分の電力変換器を構成する。そして、この電力変換器の一方の交流出力端子を中性点とし、かつ、他方の交流出力端子を一相分の交流出力端子とすると共に、M(Mは2以上の整数)台の電力変換器を中性点にて接続してスター結線することにより、M相の交流電圧を出力可能としたものである。
ここで、単相インバータセルは、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続してなる上下アーム部を2個、並列に接続し、前記上下アーム部の上アームと下アームとの接続点から交流電圧を出力する。
また、単相片アームインバータセルは、複数の半導体スイッチング素子を直列に接続してなる単一の上下アーム部と2個の平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記単一の上下アーム部の各アーム同士の接続点と2個の平滑コンデンサ同士の接続点とから交流電圧を出力する。
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is configured such that power supply voltages insulated from each other are input to N (N is a positive integer) single-phase inverter cells and a single single-phase single-arm inverter cell. Then, all inverter cells are connected in series so that the output voltage of the single-phase inverter cell and the output voltage of the single-phase single-arm inverter cell are added to form a power converter for one phase. One AC output terminal of the power converter is a neutral point and the other AC output terminal is an AC output terminal for one phase, and M (M is an integer of 2 or more) power conversions. By connecting the devices at a neutral point and star-connecting, an M-phase AC voltage can be output.
Here, the single-phase inverter cell has two upper and lower arm portions formed by connecting a plurality of semiconductor switching elements in series, connected in parallel, and an AC voltage from a connection point between the upper and lower arms of the upper and lower arm portions. Is output.
The single-phase single-arm inverter cell has a single upper and lower arm portion connected in parallel with a single upper and lower arm portion formed by connecting a plurality of semiconductor switching elements in series and a series circuit of two smoothing capacitors. AC voltage is output from the connection point between the arms and the connection point between the two smoothing capacitors.

ここで、請求項2に記載するように、前記単相インバータセルを、各交流出力端子の電位が3つのレベルを持ち、請求項3のように構成された単相3レベルインバータセルとし、前記単相片アームインバータセルを、出力可能な交流電圧が単相3レベルインバータセルの出力電圧の1/2であって、請求項4のように構成された単相片アーム3レベルインバータセルとすることができる。   Here, as described in claim 2, the single-phase inverter cell is a single-phase three-level inverter cell configured as in claim 3 in which the potential of each AC output terminal has three levels, The single-phase single-arm inverter cell may be a single-phase single-arm three-level inverter cell configured as in claim 4 in which the output AC voltage is ½ of the output voltage of the single-phase three-level inverter cell. it can.

また、請求項5に記載するように、一相分の前記電力変換器において、N個の単相3レベルインバータセルにそれぞれ接続された二次巻線から、位相差が順次、60°/(2N+1)ずつずれた交流電圧を各単相3レベルインバータセルにそれぞれ入力し、単相片アーム3レベルインバータセルには、別の二次巻線から、隣接する単相3レベルインバータセルへの入力電圧との位相差が60°/(2N+1)であって互いに同位相の交流電圧を入力することが望ましい。
この場合、請求項6に記載するように、N個の単相3レベルインバータセルにそれぞれ接続された二次巻線の容量に対して、単相片アーム3レベルインバータセルに接続された別の二次巻線の容量を50〜60%にすることができる。
Further, as described in claim 5, in the power converter for one phase, the phase difference is sequentially increased by 60 ° / (from the secondary windings respectively connected to the N single-phase three-level inverter cells. 2N + 1) shifted AC voltages are input to each single-phase three-level inverter cell, and the single-phase single-arm three-level inverter cell is supplied with an input voltage from another secondary winding to the adjacent single-phase three-level inverter cell. It is desirable to input AC voltages having a phase difference of 60 ° / (2N + 1) and having the same phase.
In this case, as described in claim 6, the secondary winding capacity connected to each of the N single-phase three-level inverter cells is different from that of the other two connected to the single-phase single-arm three-level inverter cell. The capacity of the next winding can be 50 to 60%.

更に、請求項7に記載するように、前記単相インバータセルを、各交流出力端子の電位が2つのレベルを持ち、請求項8のように構成された単相2レベルインバータセルとし、前記単相片アームインバータセルを、出力可能な交流電圧が単相2レベルインバータセルの出力電圧の1/2であって、請求項9のように構成された単相片アーム2レベルインバータセルとしても良い。   Furthermore, as described in claim 7, the single-phase inverter cell is a single-phase two-level inverter cell configured as in claim 8, wherein each AC output terminal has two levels of potential. The single-phase single-arm two-level inverter cell configured as in claim 9 may be used as the single-phase single-arm inverter cell, in which the AC voltage that can be output is ½ of the output voltage of the single-phase two-level inverter cell.

本発明によれば、N個の単相インバータセルと1個の単相片アームインバータセルとを直列接続して一相分の電力変換器を構成することにより、複数の単相インバータセルのみを直列接続する場合に比べて、要求される出力電圧を最適な直列接続数によって得ることができる。このため、各インバータセルの能力を無駄にすることなく装置の利用率を向上させ、部品数の減少及びコストの低減を図ることができる。   According to the present invention, N single-phase inverter cells and one single-phase single-arm inverter cell are connected in series to form a power converter for one phase, whereby only a plurality of single-phase inverter cells are connected in series. Compared to the case of connection, the required output voltage can be obtained by the optimum number of series connections. For this reason, the utilization factor of the apparatus can be improved without wasting the capacity of each inverter cell, and the number of parts and the cost can be reduced.

本発明の実施形態に係る直列多重電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the serial multiple power converter device which concerns on embodiment of this invention. 図1における単相片アーム3レベルインバータセルの構成図である。It is a block diagram of the single phase single arm 3 level inverter cell in FIG. 単相2レベルインバータセルの構成図である。It is a block diagram of a single phase 2 level inverter cell. 単相片アーム2レベルインバータセルの構成図である。It is a block diagram of a single phase single arm 2 level inverter cell. 直列多重電力変換装置の従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows the prior art of a serial multiple power converter device. 特許文献1,2に記載された直列多重電力変換装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the serial multiple power converter device described in patent document 1,2. 単相3レベルインバータセルの構成図である。It is a block diagram of a single phase 3 level inverter cell. 単相3レベルインバータセルを2個直列接続した一相分の電力変換器を有する直列多重電力変換装置の構成図である。It is a block diagram of the serial multiple power converter device which has the power converter for 1 phase which connected two single phase 3 level inverter cells in series.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る直列多重電力変換装置の構成図である。図1において、前記同様に1は三相交流電源、2は一次巻線21が三相交流電源1に接続され、かつ、互いに絶縁された複数の二次巻線(三相)231a,231b,234a,234b,237a,237b,232a,232b,235a,235b,238a,238bを有する変圧器である。また、31,34,37は、二組の交流入力端子が各2系統の二次巻線231a,231b,234a,234b,237a,237bにそれぞれ接続された単相3レベルインバータセルであり、その回路構成は図7に示した通りである。
更に、32A,35A,38Aは、二組の交流入力端子が各2系統の二次巻線232a,232b,235a,235b,238a,238bにそれぞれ接続された単相片アーム3レベルインバータセルである。なお、これらのインバータセル32A,35A,38Aの回路構成については後述する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a serial multiple power conversion device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a three-phase AC power source, 2 is a primary winding 21 connected to the three-phase AC power source 1, and a plurality of secondary windings (three-phase) 231a, 231b, 234a, 234b, 237a, 237b, 232a, 232b, 235a, 235b, 238a, 238b. 31, 34, and 37 are single-phase three-level inverter cells in which two sets of AC input terminals are connected to the two secondary windings 231 a, 231 b, 234 a, 234 b, 237 a, and 237 b, respectively. The circuit configuration is as shown in FIG.
Further, 32A, 35A, and 38A are single-phase single-arm three-level inverter cells in which two sets of AC input terminals are respectively connected to the two secondary windings 232a, 232b, 235a, 235b, 238a, and 238b. The circuit configuration of these inverter cells 32A, 35A, and 38A will be described later.

単相3レベルインバータセル31及び単相片アーム3レベルインバータセル32Aの交流出力端子は直列に接続されてU相電力変換器を構成し、単相3レベルインバータセル34及び単相片アーム3レベルインバータセル35Aの交流出力端子は直列に接続されてV相電力変換器を構成し、単相3レベルインバータセル37及び単相片アーム3レベルインバータセル38Aの交流出力端子は直列に接続されてW相電力変換器を構成している。
そして、単相3レベルインバータセル31,34,37の各一方の交流出力端子は中性点Oにて共通接続され、単相片アーム3レベルインバータセル32A,35A,38Aの各一方の交流出力端子(インバータセル31,34,37とは反対側の交流出力端子)がU,V,W各相の出力端子となっている。
なお、各相の単相3レベルインバータセルの個数は1個に限らず、複数個を直列に接続しても良く、一般にN(Nは正の整数)個であれば良い。
The AC output terminals of the single-phase three-level inverter cell 31 and the single-phase single-arm three-level inverter cell 32A are connected in series to form a U-phase power converter, and the single-phase three-level inverter cell 34 and the single-phase single-arm three-level inverter cell The AC output terminal of 35A is connected in series to form a V-phase power converter, and the AC output terminals of the single-phase three-level inverter cell 37 and the single-phase single-arm three-level inverter cell 38A are connected in series to be W-phase power conversion. Make up the vessel.
The AC output terminals of the single-phase three-level inverter cells 31, 34, and 37 are commonly connected at a neutral point O, and the AC output terminals of the single-phase single-arm three-level inverter cells 32A, 35A, and 38A. (AC output terminal on the side opposite to the inverter cells 31, 34, 37) is an output terminal for each of the U, V, and W phases.
Note that the number of single-phase three-level inverter cells in each phase is not limited to one, and a plurality of single-phase three-level inverter cells may be connected in series, and generally N (N is a positive integer).

次に、単相片アーム3レベルインバータセル32A,35A,38Aの回路構成を図2に基づいて説明する。なお、これらのインバータセル32A,35A,38Aの構成はすべて同一であるため、ここではインバータセル32Aを例に挙げて説明する。
図2において、201は変圧器2の二次巻線232aに接続される第3の交流入力端子、202は第3の順変換器(整流器)、203は第3の平滑コンデンサ、204は変圧器2の二次巻線232bに接続される第4の交流入力端子、205は第4の順変換器、206は第4の平滑コンデンサ、207〜210は互いに直列接続されたIGBT等の半導体スイッチング素子、215〜218はスイッチング素子207〜210にそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード、223,224はクランプダイオード、227は第3の交流出力端子、228は第4の交流出力端子である。なお、交流出力端子227は図1におけるU相の出力端子となり、交流出力端子228は単相3レベルインバータセル31の一方の交流出力端子に接続される。
ここで、スイッチング素子207〜210を有する上下アーム部を第3の上下アーム部といい、スイッチング素子207,208からなる上アームを第3上アーム、同209,210からなる下アームを第3下アームという。
図2から明らかなように、単相片アーム3レベルインバータセル32Aは、図7に示した単相3レベルインバータセル31の第1,第2の上下アーム部の一方及びそのクランプダイオードを除去した構成に相当する。
Next, the circuit configuration of the single-phase single-arm three-level inverter cells 32A, 35A, and 38A will be described with reference to FIG. In addition, since all the configurations of these inverter cells 32A, 35A, and 38A are the same, the inverter cell 32A will be described as an example here.
In FIG. 2, 201 is a third AC input terminal connected to the secondary winding 232a of the transformer 2, 202 is a third forward converter (rectifier), 203 is a third smoothing capacitor, and 204 is a transformer. A fourth AC input terminal connected to the second secondary winding 232b, 205 a fourth forward converter, 206 a fourth smoothing capacitor, and 207-210 semiconductor switching elements such as IGBTs connected in series with each other , 215 to 218 are free-wheeling diodes connected in reverse parallel to the switching elements 207 to 210, 223 and 224 are clamp diodes, 227 is a third AC output terminal, and 228 is a fourth AC output terminal. The AC output terminal 227 is a U-phase output terminal in FIG. 1, and the AC output terminal 228 is connected to one AC output terminal of the single-phase three-level inverter cell 31.
Here, the upper and lower arm portions having the switching elements 207 to 210 are referred to as third upper and lower arm portions, the upper arm including the switching elements 207 and 208 is the third upper arm, and the lower arm including the 209 and 210 is the third lower arm. This is called an arm.
As apparent from FIG. 2, the single-phase single-arm three-level inverter cell 32A has a configuration in which one of the first and second upper and lower arm portions of the single-phase three-level inverter cell 31 shown in FIG. It corresponds to.

上記構成において、クランプダイオード223,224の直列回路はスイッチング素子207,208同士の接続点とスイッチング素子209,210同士の接続点との間に接続されている。また、スイッチング素子208,209同士の接続点は第3の交流出力端子227に接続されると共に、順変換器202,205同士の接続点と、平滑コンデンサ203,206同士の接続点と、クランプダイオード223,224同士の接続点とは、全て第4の交流出力端子228に接続されている。   In the above configuration, the series circuit of the clamp diodes 223 and 224 is connected between the connection point between the switching elements 207 and 208 and the connection point between the switching elements 209 and 210. The connection point between the switching elements 208 and 209 is connected to the third AC output terminal 227, the connection point between the forward converters 202 and 205, the connection point between the smoothing capacitors 203 and 206, and a clamp diode. All the connection points between 223 and 224 are connected to the fourth AC output terminal 228.

次いで、この実施形態の動作を説明する。
図1における単相3レベルインバータセル31,34,37の動作は、図7に示した単相3レベルインバータセル31の動作と同様であり、各インバータセル31,34,37の交流出力端子から3レベルの交流電圧が出力される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The operations of the single-phase three-level inverter cells 31, 34, 37 in FIG. 1 are the same as the operations of the single-phase three-level inverter cell 31 shown in FIG. 7, and from the AC output terminals of the inverter cells 31, 34, 37. A three-level AC voltage is output.

図2に示した単相片アーム3レベルインバータセル32A(35A,38Aも同様)の動作は、以下の通りである。
前記二次巻線232a,232bから交流入力端子201,204にそれぞれ三相交流電圧を印加した状態でスイッチング素子207,208を導通させ、スイッチング素子209,210を非導通にすると、交流出力端子227からは高電位側の電圧(コンデンサ203の正側出力電圧)が出力される。また、スイッチング素子207,210を非導通にしてスイッチング素子208,209を導通させると、クランプダイオード223,224の作用により、交流出力端子227からは中性点電位(コンデンサ203,206同士の接続点の電圧)が出力される。更に、スイッチング素子207,208を非導通にしてスイッチング素子209,210を導通させると、交流出力端子227からは低電位側の電圧(コンデンサ206の負側出力電圧)が出力される。
The operation of the single-phase single-arm three-level inverter cell 32A shown in FIG. 2 (as well as 35A and 38A) is as follows.
When the switching elements 207 and 208 are turned on and the switching elements 209 and 210 are turned off while a three-phase AC voltage is applied from the secondary windings 232a and 232b to the AC input terminals 201 and 204, respectively, the AC output terminal 227 is turned off. Outputs a high potential side voltage (positive output voltage of the capacitor 203). Further, when the switching elements 207 and 210 are made non-conductive and the switching elements 208 and 209 are made conductive, the action of the clamp diodes 223 and 224 causes a neutral point potential (a connection point between the capacitors 203 and 206) from the AC output terminal 227. Is output). Further, when the switching elements 207 and 208 are turned off and the switching elements 209 and 210 are turned on, a low potential side voltage (negative output voltage of the capacitor 206) is output from the AC output terminal 227.

上記の動作を繰り返すことにより、交流出力端子227からは3レベルの交流電圧が出力されるが、図7の単相3レベルインバータセル31と比べると交流出力端子228の電位が中性点電位によって固定されているので、交流出力端子227,228間に出力可能な電圧の大きさは図7の単相3レベルインバータセル31に対して1/2となる。このことは、他の単相片アーム3レベルインバータセル35A,38Aについても同様である。
従って、図1の実施形態によれば、U,V,W各相が出力可能な電圧は単相3レベルインバータセル31,34,37のそれぞれ1.5倍となる。
By repeating the above operation, a three-level AC voltage is output from the AC output terminal 227. Compared with the single-phase three-level inverter cell 31 of FIG. Since it is fixed, the magnitude of the voltage that can be output between the AC output terminals 227 and 228 is ½ that of the single-phase three-level inverter cell 31 of FIG. The same applies to the other single-phase single-arm three-level inverter cells 35A and 38A.
Therefore, according to the embodiment of FIG. 1, the voltage that can be output by each of the U, V, and W phases is 1.5 times that of the single-phase three-level inverter cells 31, 34, and 37, respectively.

このため、従来であれば、図8に示したように単相3レベルインバータセルを2個、直列に接続して得られる電圧の範囲内で実現していた1.5個分の出力電圧を、単相3レベルインバータセルと単相片アーム3レベルインバータセルとの直列接続回路によって実現することができる。
言い換えれば、二つのインバータセルが有する出力能力をそれぞれ100%利用して所望の出力電圧を得ることができ、装置の利用率を向上させると共に、図8の従来技術に対して使用部品数が少なくなり、回路構成の簡略化、コストの低減が可能になる。
Therefore, in the conventional case, as shown in FIG. 8, the output voltage for 1.5 pieces, which is realized within the voltage range obtained by connecting two single-phase three-level inverter cells in series, is obtained. It can be realized by a series connection circuit of a single-phase three-level inverter cell and a single-phase single-arm three-level inverter cell.
In other words, it is possible to obtain a desired output voltage by using 100% of the output capability of each of the two inverter cells, improving the utilization factor of the apparatus, and using fewer parts than the prior art of FIG. Thus, the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

なお、電力変換装置には入力高調波を低減させる要求がある。例えば、図5の回路構成では、U相の単相3レベルインバータセル31〜33に入力される各2系統、全6系統の交流電圧(6個の二次巻線の出力電圧)の位相を60°/6=10°ずつずらすことが入力高調波を低減する上で有効である。これは、V相、W相の単相3レベルインバータセル34〜36,35〜38についてもそれぞれ同様である。
上記と同じ観点から、図8の回路構成では、単相3レベルインバータセル31,32に入力される全4系統の交流電圧(4個の二次巻線の出力電圧の位相を60°/4=15°ずつずらすことが有効であり、これは、V相、W相の単相3レベルインバータセル34,36、及び37,38についても同様である。
変圧器2の二次巻線の出力電力が同一である場合には、上記のように二次巻線の出力電圧の位相角を順次ずらして入力高調波を低減することが可能であるが、図1の場合は、変圧器2の二次側に単相3レベルインバータセル31,34,37及び単相片アーム3レベルインバータセル32A,35A,38Aが混在しており、各二次巻線の出力電力が同一ではないため、上述したように変圧器2の二次巻線の出力電圧の位相角をずらす方式を採ることができない。
In addition, there exists a request | requirement which reduces an input harmonic in a power converter device. For example, in the circuit configuration of FIG. 5, the phase of the AC voltage (output voltage of 6 secondary windings) of 2 systems, 6 systems in total, each input to the U-phase single-phase 3-level inverter cells 31 to 33 is set. Shifting by 60 ° / 6 = 10 ° is effective in reducing input harmonics. The same applies to the V-phase and W-phase single-phase three-level inverter cells 34 to 36 and 35 to 38.
From the same viewpoint as described above, in the circuit configuration of FIG. 8, the AC voltage of all four systems input to the single-phase three-level inverter cells 31 and 32 (the phase of the output voltage of the four secondary windings is 60 ° / 4 It is effective to shift by = 15 °, which is the same for the V-phase and W-phase single-phase three-level inverter cells 34 and 36, and 37 and 38.
When the output power of the secondary winding of the transformer 2 is the same, it is possible to reduce the input harmonics by sequentially shifting the phase angle of the output voltage of the secondary winding as described above. In the case of FIG. 1, single-phase three-level inverter cells 31, 34, and 37 and single-phase single-arm three-level inverter cells 32 </ b> A, 35 </ b> A, and 38 </ b> A are mixed on the secondary side of the transformer 2. Since the output power is not the same, the method of shifting the phase angle of the output voltage of the secondary winding of the transformer 2 as described above cannot be adopted.

そこで、まず、図2に示した単相片アーム3レベルインバータセルが出力可能な電圧は図7の単相3レベルインバータセルに対して1/2であるため、図1のように単相3レベルインバータセルと単相片アーム3レベルインバータセルとを直列接続した場合には、単相片アーム3レベルインバータセルの出力電圧が単相3レベルインバータセルの出力電圧の1/2になるように制御する。この場合、図1に示す接続状態では、単相片アーム3レベルインバータセルと単相3レベルインバータセルとの出力電流が共通であるため、各インバータセルの出力電力は上述した出力電圧の比に比例することになり、単相片アーム3レベルインバータセルの出力電力は単相3レベルインバータセルの1/2となる。
従って、図1における単相片アーム3レベルインバータセル32A,35A,38Aに接続される変圧器2の二次巻線232a,232b,235a,235b,238a,238bの容量を、単相3レベルインバータセル31,34,37に接続される二次巻線231a,231b,234a,234b,237a,237bの容量の約1/2程度(約50%〜60%)にすることができる。
First, the voltage that can be output from the single-phase single-arm three-level inverter cell shown in FIG. 2 is ½ that of the single-phase three-level inverter cell shown in FIG. When the inverter cell and the single-phase single-arm three-level inverter cell are connected in series, the output voltage of the single-phase single-arm three-level inverter cell is controlled to be ½ of the output voltage of the single-phase three-level inverter cell. In this case, in the connection state shown in FIG. 1, since the output current of the single-phase single-arm three-level inverter cell and the single-phase three-level inverter cell is common, the output power of each inverter cell is proportional to the above-described ratio of the output voltage. Therefore, the output power of the single-phase single-arm three-level inverter cell is ½ that of the single-phase three-level inverter cell.
Accordingly, the capacity of the secondary windings 232a, 232b, 235a, 235b, 238a, 238b of the transformer 2 connected to the single-phase single-arm three-level inverter cells 32A, 35A, 38A in FIG. The capacity of the secondary windings 231a, 231b, 234a, 234b, 237a, and 237b connected to 31, 34, and 37 can be about ½ (about 50% to 60%).

これにより、単相片アーム3レベルインバータセル32Aに接続される二次巻線232a,232bの出力電力合計値と、単相3レベルインバータセル31に接続される二次巻線231a,231bのそれぞれの出力電力とはほぼ等しくなる。同様に、単相片アーム3レベルインバータセル35Aに接続される二次巻線235a,235bの出力電力合計値と単相3レベルインバータセル34に接続される二次巻線234a,234bのそれぞれの出力電力、単相片アーム3レベルインバータセル38Aに接続される二次巻線238a,238bの出力電力合計値と単相3レベルインバータセル37に接続される二次巻線237a,237bのそれぞれの出力電力は、それぞれほぼ等しくなる。   As a result, the total output power of the secondary windings 232a and 232b connected to the single-phase single-arm three-level inverter cell 32A and the secondary windings 231a and 231b connected to the single-phase three-level inverter cell 31 The output power is almost equal. Similarly, the total output power value of the secondary windings 235a and 235b connected to the single-phase single-arm three-level inverter cell 35A and the respective outputs of the secondary windings 234a and 234b connected to the single-phase three-level inverter cell 34 Power, total output power of secondary windings 238a and 238b connected to single-phase single-arm three-level inverter cell 38A, and output power of secondary windings 237a and 237b connected to single-phase three-level inverter cell 37 Are almost equal to each other.

このため、単相片アーム3レベルインバータセルの2系統の二次巻線の出力電圧の位相を同一として、単相3レベルインバータセルに入力される各二次巻線の出力電圧の位相を順次ずらすことにより、入力高調波を低減することができる。例えば、単相片アーム3レベルインバータセル32Aに接続される2系統の二次巻線232a,232bの出力電圧の位相を同一とし、この位相に対して、単相3レベルインバータセル31に接続される二次巻線231a,231bの出力電圧の位相を順次20°ずつずらせばよい。
一般に、1個の単相片アーム3レベルインバータセルに直列に接続される単相3レベルインバータセルがN個(Nは正の整数)の場合には、単相片アーム3レベルインバータセルに接続される2系統の二次巻線の出力電圧の位相を同一とし、この1個の位相と、N個の単相3レベルインバータセルに接続される二次巻線の総数である2N個の出力電圧の位相との合計値である(2N+1)個の位相について、それぞれの位相差が60°/(2N+1)となるように二次巻線の出力電圧の位相をずらすことによって入力高調波を低減することができる。
Therefore, the phase of the output voltage of the secondary windings of the two systems of the single-phase single-arm three-level inverter cell is made the same, and the phase of the output voltage of each secondary winding input to the single-phase three-level inverter cell is sequentially shifted. As a result, input harmonics can be reduced. For example, the phases of the output voltages of the two secondary windings 232a and 232b connected to the single-phase single-arm three-level inverter cell 32A are the same, and the single-phase three-level inverter cell 31 is connected to this phase. The phase of the output voltage of the secondary windings 231a and 231b may be sequentially shifted by 20 °.
In general, when there are N single-phase three-arm inverter cells connected in series to one single-phase single-arm three-level inverter cell (N is a positive integer), the single-phase single-arm three-level inverter cell is connected. The phase of the output voltage of the two secondary windings is the same, and this one phase and 2N output voltages that are the total number of secondary windings connected to the N single-phase three-level inverter cells. The input harmonics are reduced by shifting the phase of the output voltage of the secondary winding so that the phase difference is 60 ° / (2N + 1) for (2N + 1) phases, which is the total value with the phase. Can do.

なお、図1に示した実施形態では、U,V,Wの各相の電力変換器が、図7の単相3レベルインバータセルと図2の単相片アーム3レベルインバータセルとを直列に接続して構成されているが、これらに代えて、単相2レベルインバータセルと単相片アーム2レベルインバータセルとを直列に接続して構成しても良い。
図3は単相2レベルインバータセル51の構成図を示しており、301は第5の交流入力端子、303は第5の順変換器、304は第5の平滑コンデンサ、305〜308は半導体スイッチング素子、309〜312は還流ダイオード、313,314は第5,第6の交流出力端子である。なお、半導体スイッチング素子307,308を有する上下アーム部を第4の上下アーム部といい、半導体スイッチング素子305,306を有する上下アーム部を第5の上下アーム部という。
また、図4は単相片アーム2レベルインバータセル52Aの構成図を示しており、331は第6の交流入力端子、333は第6の順変換器、315,316は第6,第7の平滑コンデンサ、317,318は半導体スイッチング素子、319,320は還流ダイオード、321,322は第7,第8の交流出力端子である。ここで、半導体スイッチング素子317,318を有する上下アーム部を第6の上下アーム部という。
In the embodiment shown in FIG. 1, the U, V, and W power converters connect the single-phase three-level inverter cell of FIG. 7 and the single-phase single-arm three-level inverter cell of FIG. 2 in series. However, instead of these, a single-phase two-level inverter cell and a single-phase single-arm two-level inverter cell may be connected in series.
FIG. 3 shows a configuration diagram of the single-phase two-level inverter cell 51, in which 301 is a fifth AC input terminal, 303 is a fifth forward converter, 304 is a fifth smoothing capacitor, and 305 to 308 are semiconductor switching circuits. Elements 309 to 312 are free-wheeling diodes, and 313 and 314 are fifth and sixth AC output terminals. The upper and lower arm portions having the semiconductor switching elements 307 and 308 are referred to as fourth upper and lower arm portions, and the upper and lower arm portions having the semiconductor switching elements 305 and 306 are referred to as fifth upper and lower arm portions.
4 shows a configuration diagram of the single-phase single-arm two-level inverter cell 52A. 331 is a sixth AC input terminal, 333 is a sixth forward converter, 315 and 316 are sixth and seventh smoothing. Capacitors 317 and 318 are semiconductor switching elements, 319 and 320 are free-wheeling diodes, and 321 and 322 are seventh and eighth AC output terminals. Here, the upper and lower arm portions having the semiconductor switching elements 317 and 318 are referred to as sixth upper and lower arm portions.

良く知られているように、これらのインバータセル51,52Aはそれぞれの交流出力端子313,314,321,322の電位が正または負の2レベルに変化するものであり、単相片アーム2レベルインバータセル52Aの交流出力端子321,322間に出力可能な電圧の大きさは、単相2レベルインバータセル51の交流出力端子313,314間に出力可能な電圧に対して1/2となる。
従って、一次巻線が交流電源に接続された変圧器の二つの二次巻線を互いに絶縁し、これらの二次巻線に単相2レベルインバータセル51の交流入力端子301と単相片アーム2レベルインバータセル52Aの交流入力端子331とをそれぞれ接続すると共に、単相2レベルインバータセル51の一方の交流出力端子314を中性点Оに接続し、他方の交流出力端子313を単相片アーム2レベルインバータセル52Aの一方の交流出力端子322に接続して他方の交流出力端子321から一相分の出力を得れば良い。また、同様に単相2レベルインバータセルと単相片アーム2レベルインバータセルとを直列接続して他相の電力変換器を構成し、例えば三相分の電力変換器をスター結線して三相の直列多重電力変換装置を構成することができる。
As is well known, these inverter cells 51 and 52A are ones in which the potentials of the respective AC output terminals 313, 314, 321, and 322 change to two levels, positive or negative, and single-phase single-arm two-level inverters. The magnitude of the voltage that can be output between the AC output terminals 321 and 322 of the cell 52A is ½ of the voltage that can be output between the AC output terminals 313 and 314 of the single-phase two-level inverter cell 51.
Accordingly, the two secondary windings of the transformer whose primary winding is connected to the AC power source are insulated from each other, and the AC input terminal 301 of the single-phase two-level inverter cell 51 and the single-phase single arm 2 are connected to these secondary windings. The AC input terminal 331 of the level inverter cell 52A is connected to each other, one AC output terminal 314 of the single-phase two-level inverter cell 51 is connected to the neutral point O, and the other AC output terminal 313 is connected to the single-phase single arm 2 What is necessary is just to obtain the output for one phase from the other AC output terminal 321 by connecting to one AC output terminal 322 of the level inverter cell 52A. Similarly, a single-phase two-level inverter cell and a single-phase single-arm two-level inverter cell are connected in series to form another phase power converter. For example, a three-phase power converter is star-connected to form a three-phase power converter. A serial multiple power converter can be configured.

このように単相2レベルインバータセルと単相片アーム2レベルインバータセルとを直列に接続した場合にも、複数のインバータセルが有する出力能力をそれぞれ100%利用して所望の出力電圧を得ることができ、装置の利用率を向上させると共に、単相2レベルインバータセルのみを複数、直列に接続する場合に比べて部品数を減少させ、回路構成の簡略化、コストの低減が可能になる。   Thus, even when a single-phase two-level inverter cell and a single-phase single-arm two-level inverter cell are connected in series, a desired output voltage can be obtained by using 100% of the output capability of each of the inverter cells. In addition to improving the utilization factor of the apparatus, the number of components can be reduced compared to the case where only a plurality of single-phase two-level inverter cells are connected in series, and the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced.

上記実施形態では、単相(3レベルまたは2レベル)インバータセルと単相片アーム(3レベルまたは2レベル)インバータセルとを直列に接続して一相分の電力変換器を構成し、この電力変換器を3個、スター結線することにより三相(U,V,W相)出力の直列多重電力変換装置を構成する例について説明した。
しかしながら、本発明は三相出力に限定されるものではなく、一般に、複数の単相(3レベルまたは2レベル)インバータセルと単相片アーム(3レベルまたは2レベル)インバータセルとを直列に接続してなる電力変換器をM個(Mは3以上の整数)、スター結線することにより、M相出力の直列多重電力変換装置を構成することができる。
In the above embodiment, a single-phase (3-level or 2-level) inverter cell and a single-phase single-arm (3-level or 2-level) inverter cell are connected in series to constitute a power converter for one phase, and this power conversion An example in which a three-phase (U, V, W phase) output series multiple power converter is configured by star connection of three units has been described.
However, the present invention is not limited to a three-phase output. Generally, a plurality of single-phase (three-level or two-level) inverter cells and a single-phase single-arm (three-level or two-level) inverter cell are connected in series. By connecting M power converters (M is an integer of 3 or more) and star connection, an M-phase output series multiple power converter can be configured.

1:三相交流電源
2:変圧器
21:一次巻線
231a,231b,234a,234b,237a,237b,232a,232b,235a,235b,238a,238b:二次巻線
31,34,37:単相3レベルインバータセル
32A,35A,38A:単相片アーム3レベルインバータセル
51:単相2レベルインバータセル
52A:単相片アーム2レベルインバータセル
101,104:交流入力端子
102,105:順変換器
103,106:平滑コンデンサ
107〜114:半導体スイッチング素子
115〜122:還流ダイオード
123,126:クランプダイオード
127,128:交流出力端子
201,204:交流入力端子
202,205:順変換器
203,206:平滑コンデンサ
207〜210:半導体スイッチング素子
215〜218:還流ダイオード
223,224:クランプダイオード
227,228:交流出力端子
301,331:交流入力端子
303,333:順変換器
304,315,316:平滑コンデンサ
305〜308,317,318:半導体スイッチング素子
309〜312,319,320:還流ダイオード
313,314,321,322:交流出力端子
1: three-phase AC power supply 2: transformer 21: primary windings 231a, 231b, 234a, 234b, 237a, 237b, 232a, 232b, 235a, 235b, 238a, 238b: secondary windings 31, 34, 37: single Phase 3 level inverter cells 32A, 35A, 38A: Single phase single arm 3 level inverter cell 51: Single phase 2 level inverter cell 52A: Single phase single arm 2 level inverter cell 101, 104: AC input terminals 102, 105: Forward converter 103 106: smoothing capacitors 107-114: semiconductor switching elements 115-122: freewheeling diodes 123, 126: clamp diodes 127, 128: AC output terminals 201, 204: AC input terminals 202, 205: forward converters 203, 206: smoothing Capacitors 207 to 210: Semiconductor switches Elements 215 to 218: freewheeling diodes 223, 224: clamp diodes 227, 228: AC output terminals 301, 331: AC input terminals 303, 333: forward converters 304, 315, 316: smoothing capacitors 305-308, 317, 318 : Semiconductor switching elements 309 to 312, 319, 320: Free-wheeling diodes 313, 314, 321, 322: AC output terminals

Claims (9)

複数の半導体スイッチング素子が直列に接続された上下アーム部を2個、並列に接続し、前記上下アーム部の上アームと下アームとの接続点から交流電圧を出力するN(Nは正の整数)個の単相インバータセルと、
複数の半導体スイッチング素子が直列に接続された単一の上下アーム部と2個の平滑コンデンサの直列回路とを並列に接続し、前記単一の上下アーム部の上アームと下アームとの接続点と前記平滑コンデンサ同士の接続点とから交流電圧を出力する1個の単相片アームインバータセルと、を備え、
前記単相インバータセル及び前記単相片アームインバータセルに、互いに絶縁された電源電圧を入力し、
前記単相インバータセルの出力電圧と前記単相片アームインバータセルの出力電圧とが加算されるように全てのインバータセルの交流出力側を直列に接続して一相分の電力変換器を構成すると共に、
前記電力変換器の一方の交流出力端子を中性点とし、かつ、前記電力変換器の他方の交流出力端子を一相分の交流出力端子とし、
M(Mは2以上の整数)台の前記電力変換器を前記中性点によりスター結線してM相の交流電圧を出力可能としたことを特徴とする直列多重電力変換装置。
N (N is a positive integer) that connects two upper and lower arm parts connected in series with a plurality of semiconductor switching elements in parallel and outputs an AC voltage from the connection point between the upper arm and lower arm of the upper and lower arm parts ) Pieces of single-phase inverter cells,
A single upper and lower arm part in which a plurality of semiconductor switching elements are connected in series and a series circuit of two smoothing capacitors are connected in parallel, and a connection point between the upper arm and lower arm of the single upper and lower arm part And a single-phase single-arm inverter cell that outputs an alternating voltage from a connection point between the smoothing capacitors,
To the single-phase inverter cell and the single-phase single-arm inverter cell, input power supply voltages insulated from each other,
The AC output side of all inverter cells is connected in series so that the output voltage of the single-phase inverter cell and the output voltage of the single-phase single-arm inverter cell are added together to form a power converter for one phase. ,
One AC output terminal of the power converter is a neutral point, and the other AC output terminal of the power converter is an AC output terminal for one phase,
A serial multiple power conversion apparatus characterized in that M (M is an integer of 2 or more) power converters can be star-connected by the neutral point to output an M-phase AC voltage.
請求項1に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相インバータセルは、各交流出力端子の電位が3つのレベルを持つ単相3レベルインバータセルであり、
前記単相片アームインバータセルは、出力可能な交流電圧が前記単相3レベルインバータセルの出力電圧の1/2の単相片アーム3レベルインバータセルであることを特徴とする直列多重電力変換装置。
The serial multiple power converter according to claim 1,
The single-phase inverter cell is a single-phase three-level inverter cell in which the potential of each AC output terminal has three levels,
The single-phase single-arm inverter cell is a single-phase single-arm three-level inverter cell whose outputable AC voltage is 1/2 of the output voltage of the single-phase three-level inverter cell.
請求項2に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相3レベルインバータセルは、
第1の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第1の順変換器と、
第1の順変換器の出力電圧を平滑する第1の平滑コンデンサと、
第2の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第2の順変換器と、
第2の順変換器の出力電圧を平滑し、かつ第1の平滑コンデンサと直列に接続される第2の平滑コンデンサと、
第1の平滑コンデンサの高電位側と第1の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第1上アームと、
第2の平滑コンデンサの低電位側と第1の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第1下アームと、
前記第1上アーム及び第1下アームを構成する半導体スイッチング素子同士の接続点と第1,第2の平滑コンデンサ同士の接続点である中性点との間にそれぞれ接続されたダイオードと、
第1の平滑コンデンサの高電位側と第2の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第2上アームと、
第2の平滑コンデンサの低電位側と第2の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第2下アームと、
前記第2上アーム及び第2下アームを構成する半導体スイッチング素子同士の接続点と前記中性点との間にそれぞれ接続されたダイオードと、
を備えたことを特徴とする直列多重電力変換装置。
In the serial multiple power converter according to claim 2,
The single-phase three-level inverter cell is
A first forward converter that converts an AC voltage input from a first AC input terminal into a DC voltage;
A first smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the first forward converter;
A second forward converter for converting an AC voltage input from the second AC input terminal into a DC voltage;
A second smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the second forward converter and connected in series with the first smoothing capacitor;
A first upper arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the high potential side of the first smoothing capacitor and the first AC output terminal;
A first lower arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the low potential side of the second smoothing capacitor and the first AC output terminal;
Diodes respectively connected between a connection point between the semiconductor switching elements constituting the first upper arm and the first lower arm and a neutral point which is a connection point between the first and second smoothing capacitors;
A second upper arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the high potential side of the first smoothing capacitor and the second AC output terminal;
A second lower arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the low potential side of the second smoothing capacitor and the second AC output terminal;
A diode connected between a connection point between the semiconductor switching elements constituting the second upper arm and the second lower arm and the neutral point;
A serial multiple power conversion device comprising:
請求項2または3に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相片アーム3レベルインバータセルは、
第3の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第3の順変換器と、
第3の順変換器の出力電圧を平滑する第3の平滑コンデンサと、
第4の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第4の順変換器と、
第4の順変換器の出力電圧を平滑し、かつ第3の平滑コンデンサと直列に接続される第4の平滑コンデンサと、
第3の平滑コンデンサの高電位側と第3の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第3上アームと、
第4の平滑コンデンサの低電位側と第3の交流出力端子との間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第3下アームと、
前記第3上アーム及び第3下アームを構成する半導体スイッチング素子同士の接続点と第3,第4の平滑コンデンサ同士の接続点である中性点との間にそれぞれ接続されたダイオードと、
を備え、
前記中性点を第4の交流出力端子に接続したことを特徴とする直列多重電力変換装置。
In the serial multiple power converter device according to claim 2 or 3,
The single-phase single-arm three-level inverter cell is
A third forward converter for converting an AC voltage input from the third AC input terminal into a DC voltage;
A third smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the third forward converter;
A fourth forward converter for converting an AC voltage input from the fourth AC input terminal into a DC voltage;
A fourth smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the fourth forward converter and connected in series with the third smoothing capacitor;
A third upper arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the high potential side of the third smoothing capacitor and the third AC output terminal;
A third lower arm formed by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free-wheeling diode in series between the low potential side of the fourth smoothing capacitor and the third AC output terminal;
Diodes respectively connected between a connection point between the semiconductor switching elements constituting the third upper arm and the third lower arm and a neutral point which is a connection point between the third and fourth smoothing capacitors;
With
A serial multiple power conversion device, wherein the neutral point is connected to a fourth AC output terminal.
請求項2〜4の何れか1項に記載した直列多重電力変換装置において、一次巻線が交流電源に接続され、かつ、互いに絶縁された複数の二次巻線を有する変圧器を備え、
一相分の前記電力変換器において、
N個の前記単相3レベルインバータセルにそれぞれ接続された二次巻線から、位相差が順次、60°/(2N+1)ずつずれた交流電圧を各単相3レベルインバータセルにそれぞれ入力し、
前記単相片アーム3レベルインバータセルには、別の二次巻線から、隣接する単相3レベルインバータセルへの入力電圧との位相差が60°/(2N+1)であって互いに同位相の交流電圧を入力することを特徴とする直列多重電力変換装置。
The series multiple power converter according to any one of claims 2 to 4, further comprising a transformer having a plurality of secondary windings in which the primary winding is connected to an AC power source and insulated from each other.
In the power converter for one phase,
AC voltages whose phase differences are sequentially shifted by 60 ° / (2N + 1) from the secondary windings respectively connected to the N single-phase three-level inverter cells are respectively input to the single-phase three-level inverter cells,
The single-phase single-arm three-level inverter cell has a phase difference of 60 ° / (2N + 1) from another secondary winding to the input voltage to the adjacent single-phase three-level inverter cell and is in phase with each other. A serial multiple power conversion device characterized by inputting a voltage.
請求項5に記載した直列多重電力変換装置において、
N個の前記単相3レベルインバータセルにそれぞれ接続された二次巻線の容量に対して、前記単相片アーム3レベルインバータセルに接続された別の二次巻線の容量を、50〜60%にしたことを特徴とする直列多重電力変換装置。
In the serial multiple power converter device according to claim 5,
The capacity of secondary windings connected to the single-phase single-arm three-level inverter cell is 50-60 with respect to the capacity of secondary windings connected to the N single-phase three-level inverter cells. A serial multiple power conversion device characterized by the following:
請求項1に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相インバータセルは、各交流出力端子の電位が2つのレベルを持つ単相2レベルインバータセルであり、
前記単相片アームインバータセルは、出力可能な交流電圧が前記単相2レベルインバータセルの出力電圧の1/2の単相片アーム2レベルインバータセルであることを特徴とする直列多重電力変換装置。
The serial multiple power converter according to claim 1,
The single-phase inverter cell is a single-phase two-level inverter cell in which the potential of each AC output terminal has two levels,
The single-phase single-arm inverter cell is a single-phase single-arm two-level inverter cell whose AC voltage that can be output is 1/2 of the output voltage of the single-phase two-level inverter cell.
請求項7に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相2レベルインバータセルは、
第5の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第5の順変換器と、
第5の順変換器の出力電圧を平滑する第5の平滑コンデンサと、
第5の平滑コンデンサの両端に一対の直流入力端子が接続され、前記一対の直流入力端子間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路が2個直列に接続された第4上下アーム部と、
前記一対の直流入力端子間に、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路が2個直列に接続された第5上下アーム部と、
を備え、
前記第4上下アーム部を構成する半導体スイッチング素子同士の接続点を第5の交流出力端子に接続すると共に、前記第5上下アーム部を構成する半導体スイッチング素子同士の接続点を第6の交流出力端子に接続したことを特徴とする直列多重電力変換装置。
In the serial multiple power converter device according to claim 7,
The single-phase two-level inverter cell is
A fifth forward converter for converting an AC voltage input from the fifth AC input terminal into a DC voltage;
A fifth smoothing capacitor for smoothing the output voltage of the fifth forward converter;
A fourth upper and lower arm portion in which a pair of DC input terminals are connected to both ends of the fifth smoothing capacitor, and two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free wheel diode are connected in series between the pair of DC input terminals. When,
A fifth upper and lower arm part in which two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a reflux diode are connected in series between the pair of DC input terminals;
With
The connection point between the semiconductor switching elements constituting the fourth upper and lower arm portion is connected to a fifth AC output terminal, and the connection point between the semiconductor switching elements constituting the fifth upper and lower arm portion is connected to a sixth AC output. A serial multiplex power converter characterized by being connected to a terminal.
請求項7または8に記載した直列多重電力変換装置において、
前記単相片アーム2レベルインバータセルは、
第6の交流入力端子から入力される交流電圧を直流電圧に変換する第6の順変換器と、
第6の順変換器の出力電圧を平滑する第7,第8の平滑コンデンサの直列回路と、
第7,第8の平滑コンデンサの直列回路に並列に接続され、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を2個直列に接続してなる第6上下アーム部と、
を備え、
前記第6上下アーム部を構成する半導体スイッチング素子同士の接続点を第7の交流出力端子に接続すると共に、前記第7,第8の平滑コンデンサ同士の接続点を第8の交流出力端子に接続したことを特徴とする直列多重電力変換装置。
The serial multiple power converter according to claim 7 or 8,
The single-phase single-arm two-level inverter cell is
A sixth forward converter for converting an AC voltage input from a sixth AC input terminal into a DC voltage;
A series circuit of seventh and eighth smoothing capacitors for smoothing the output voltage of the sixth forward converter;
A sixth upper and lower arm unit connected in parallel to a series circuit of seventh and eighth smoothing capacitors, and connected in series with two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element and a free wheeling diode;
With
The connection point between the semiconductor switching elements constituting the sixth upper and lower arm part is connected to the seventh AC output terminal, and the connection point between the seventh and eighth smoothing capacitors is connected to the eighth AC output terminal. A serial multiple power converter characterized by the above.
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