CN102195460A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率转换装置，其不使装置的大型化伴随发生、能够实现异常发生时的继续运转。该功率转换装置设有U、V、W相所通用的备用单位逆变器(Y1)。在通常运转时，作为三级串联连接单位逆变器(U1～U3、V1～V3、W1～W3)的输出的功率转换装置运转。另一方面，当单位逆变器(U1～U3、V1～V3、W1～W3)之中任一台发生异常时，通过将发生异常的单位逆变器的输出端设为短路状态，将备用单位逆变器(Y1)串联追加连接到发生异常的单位逆变器所属的连接电路，使用备用单位逆变器(Y1)代替发生异常的单位逆变器使装置运转再开始。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及一种串联多级连接多台单位逆变器(inverter)的功率转换装置，特别是涉及单位逆变器发生异常时的对策。

背景技术

在现有技术中，存在分别将多台单位逆变器的输出串联连接、得到三相高压输出的功率转换装置。作为这种功率转换装置，有在各相输出端分别串联连接一台备用单位逆变器的输出端的装置(例如，参照专利文献1)。

在此，通常运转时将备用单位逆变器的输出端设为短路状态，使得各相的各单位逆变器运转。而且，当在至少一相中一台单位逆变器发生异常时，将发生异常的单位逆变器的输出端设为短路状态，并且，将发生异常的相的备用单位逆变器的输出端设为开路(开放)状态。由此，通过发生异常的相的备用单位逆变器的运转，能够再开始装置运转。

专利文献1：日本特开2009-33943号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1记载的技术中，构成为在各相的输出端分别连接一台备用单位逆变器。因此，在N相交流输出的功率转换装置中，需要N台备用单位逆变器。因此，装置外形变大。

于是，本发明的课题为提供在装置的大型化不伴随发生的情况下，能够实现发生异常时的继续运转的功率转换装置。

为了解决上述课题，本发明的第一方面涉及的功率转换装置包括：由将输出任意的单相交流电压的多台单位逆变器的输出端串联多级连接而成的连接电路N组形成的、将各连接电路各自的一端在中性点连接、将各自的另一端作为输出端子得到N相交流输出的N相逆变器和将该N相逆变器控制为所期望的动作状态的控制机构。这种功率转换装置的特征在于，包括：具有与上述单位逆变器相同的结构的1台备用单位逆变器；和能够将上述单位逆变器的输出端和备用单位逆变器的输出端分别短路的短路机构。其中，当上述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，上述控制机构控制上述短路机构，将发生异常的单位逆变器的输出端短路，将上述备用单位逆变器串联追加连接到发生异常的单位逆变器所属的上述连接电路。

这样，仅设置一台各相通用的备用单位逆变器，当多台单位逆变器之中的任一台发生异常时，将该备用单位逆变器追加连接到发生异常的相的连接电路，因此，不需要准备N台备用单位逆变器。所以，装置的大型化不随之发生，发生异常时能够实现继续运转。

另外，本发明的第二方面涉及的功率转换装置，涉及第一方面的发明，其特征在于：具备分别介于上述各连接电路的中性点侧端部与中性点之间的切换机构。另外，上述备用单位逆变器的一个输出端与中性点连接。而且，当上述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，上述控制机构控制上述切换机构，将发生异常的单位逆变器所属的上述连接电路的中性点侧端部与中性点的连接，切换为该中性点侧端部与上述备用单位逆变器的另一个输出端的连接。

由此，当单位逆变器发生异常时，能够将备用单位逆变器追加连接到发生异常的相的连接电路的中性点侧。此时，不更换单位逆变器，仅操作短路机构、切换机构，能够简单地再开始装置运转。另外，将备用单位逆变器追加连接到中性点侧，因此，能够使切换机构的构成简单化，能够进一步抑制电路规模的增大。

进而，本发明的第三方面涉及的功率转换装置，涉及第一方面的发明，其特征在于：具备分别介于上述各连接电路的输出端子侧端部与输出端子之间的切换机构。而且，当上述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，上述控制机构控制上述切换机构，将发生异常的单位逆变器所属的上述连接电路的输出端子侧端部与输出端子的连接，切换为该输出端子侧端部与上述备用单位逆变器的一个输出端的连接和上述输出端子与上述备用单位逆变器的另一个输出端的连接。

由此，当单位逆变器发生异常时，能够将备用单位逆变器追加连接到发生异常的相的连接电路的输出端子侧。此时，不更换单位逆变器，仅操作短路机构、切换机构，能够简单地再开始装置运转。

发明的效果。

根据本发明，不需要准备N台备用单位逆变器，能够仅用一台备用单位逆变器，在功率转换装置发生异常时的短时间里实现再开始运转。因此，即使在N相交流输出的功率转换装置中，也能够抑制装置的大型化。

附图说明

图1是第一实施方式的功率转换装置的电路结构图。

图2是单位逆变器单元内部的结构图。

图3是第二实施方式的功率转换装置的电路结构图。

符号说明：

10    变压器电路

20    控制装置

U1～U3、V1～V3、W1～W3    单位逆变器

Y1    备用单位逆变器

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的实施方式。

[第一实施方式]

[结构]

图1是表示本发明的功率转换装置的电路结构图。

图中，符号10是由具有一个二次绕组或多个互相绝缘的二次绕组的一台或多台变压器构成的变压器电路。另外，符号U1～U3、V1～V3、W1～W3是单位逆变器，符号Y1是备用单位逆变器。单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3以及备用单位逆变器Y1具有相同的内部结构。

在该功率转换装置中，串联多级连接单位逆变器U1～U3的各输出端，形成三相逆变器的U相。另外，串联多级连接单位逆变器V1～V3的各输出端，形成三相逆变器的V相。进而，串联多级连接单位逆变器W1～W3的各输出端，形成三相逆变器的W相。

单位逆变器U1的输出1与单位逆变器U2的输出2连接，单位逆变器U2的输出1与单位逆变器U3的输出2连接。并且，单位逆变器U3的输出1与输出端子Vu连接。

同样地，单位逆变器V1的输出1与单位逆变器V2的输出2连接，单位逆变器V2的输出1与单位逆变器V3的输出2连接。而且，单位逆变器V3的输出1与输出端子Vv连接。另外，单位逆变器W1的输出1与单位逆变器W2的输出2连接，单位逆变器W2的输出1与单位逆变器W3的输出2连接。而且，单位逆变器W3的输出1与输出端子Vw连接。

另外，单位逆变器U1、V1、W1的输出2分别与切换开关SWu、SWv、SWw的端子c连接。另外，切换开关SWu、SWv、SWw的各端子a与备用单位逆变器Y1的输出2连接，切换开关SWu、SWv、SWw的各端子b与备用单位逆变器Y1的输出1连接。

控制装置20控制功率转换装置整体，构成为输出用于将单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3和备用单位逆变器Y1各自控制为所期望的状态的指令信号(电压指令，PWM脉冲指令等)，以及用于切换上述切换开关SWu、SWv、SWw的控制信号。

接着，说明单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3和备用单位逆变器Y1的内部结构。

图2是单位逆变器单元内部的结构图。

该单位逆变器单元的主电路由三相桥接二极管的整流电路RC、使整流电路RC的输出的电压平滑的电容器C、逆变器电路INV、和短路开关SWs构成，其中，单相桥接由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)构成的半导体开关T1～T4和二极管D1～D4的反并联电路构成所述逆变器电路INV。

半导体开关T1～T4根据来自控制装置20的电压指令、PWM脉冲指令，进行导通/截止控制。即，该单位逆变器单元在短路开关SWs的开路状态下，通过上述导通/截止控制的逆变器电路INV的开关动作，输出所期望的频率和振幅的单相交流电压。

控制装置20在通常运转时将单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3的短路开关SWs设为开路状态，将备用单位逆变器Y1的短路开关SWs设为短路状态，并且，输出使切换开关SWu、SWv、SWw为a-c连接状态的控制信号。由此，成为三级串联连接9台单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3的输出的功率转换装置。

另一方面，当单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3中任一台发生异常时，与通常运转时相对地，控制装置20将发生异常的单位逆变器的短路开关SWs切换为短路状态，将备用单位逆变器Y1的短路开关SWs设为开路状态，并且，输出使与发生异常的相所对应的切换开关SWu、SWv、SWw中的任一个切换为b-c连接状态的控制信号。由此，该功率转换装置使用备用单位逆变器Y1代替发生异常的单位逆变器进行运转。

此外，图1的控制装置20与控制机构相对应，切换开关SWu、SWv、SWw与切换机构相对应，图2的短路开关SWs与短路机构相对应。

[动作]

接着，说明本实施方式的动作。

在此，说明在单位逆变器U2发生异常的情况。在这种情况下，控制装置20使切换开关SWv和SWw保持通常运转时的a-c连接状态，将切换开关SWu切换为b-c连接状态。另外，控制装置20将单位逆变器U2的短路开关SWs切换为短路状态，并且，将备用单位逆变器的短路开关SWs切换为开路状态。此时，实行正常动作的单位逆变器U1、U3、V1～V3、W1～W3的短路开关SWs各自保持开路状态。在该状态下进行装置运转。

即，在这种情况下，U相通过单位逆变器U1、U3、和备用单位逆变器Y1的三级串联连接运转，V相和W相与通常运转时相同，分别以V1～V3、W1～W3的三级串联连接运转。

这样，当在单位逆变器U2发生异常时，控制装置20使发生异常的单位逆变器U2的输出端为短路，并且，将备用单位逆变器Y1串联追加连接到单位逆变器U2所属的U相的连接电路。此时，控制切换开关SWu，通过将U相的连接电路的中性点侧端部(切换开关SWu的端子c)与中性点(切换开关SWu的端子a)的连接，切换为该中性点侧端部与备用单位逆变器Y1的输出1(切换开关SWu的端子b)的连接，从而追加连接备用单位逆变器Y1。

另外，在本实施方式中，将备用单位逆变器Y1追加连接到发生异常的相的连接电路的中性点侧，因此，能够使得备用单位逆变器Y1的输出2总是与中性点连接。因此，能够仅用实行发生异常的相的连接电路的中性点侧端部与备用单位逆变器Y1的输出1的连接的切换开关构成切换机构。

另外，同样地，在U相的其他单位逆变器U1或U3发生异常的情况下，或者在V相、W相的任一台单位逆变器发生异常的情况下，也能够通过向备用单位逆变器Y1的切换，继续进行装置运转。

[效果]

这样，在上述第一实施方式中，设有可追加连接到发生异常的相的连接电路的备用单位逆变器，因此，在发生异常时，能够不更换发生异常的单位逆变器而再开始装置运转。另外，仅准备一台备用单位逆变器，各相通用，因此，不需要每相都设置备用单位逆变器，能够抑制电路规模的增大。

另外，在发生异常时，能够仅通过控制切换开关、短路开关，从发生异常的单位逆变器向备用单位逆变器切换。这样，不需要更换发生异常的单位逆变器，因此，能够从异常发生起的短时间内再开始装置运转。

进而，构成为能够将备用单位逆变器追加连接在中性点侧，因此，能够以简单的结构实现切换机构，能够进一步抑制电路规模的增大。

[第二实施方式]

下面，说明本发明的第二实施方式。

该第二实施方式为，相对于在上述第一实施方式中将备用单位逆变器Y1追加连接在发生异常的相的连接电路的中性点侧，将备用单位逆变器Y1追加连接在输出端子侧。

[结构]

图3是第二实施方式的功率转换装置的电路结构图。

在本实施方式图中，如图3所示，使单位逆变器U1、V1、W1的输出2互相连接。另外，单位逆变器U1的输出1与单位逆变器U2的输出2连接，单位逆变器U2的输出1与单位逆变器U3的输出2连接。同样地，单位逆变器V1的输出1与单位逆变器V2的输出2连接，单位逆变器V2的输出1与单位逆变器V3的输出2连接。进而，单位逆变器W1的输出1与单位逆变器W2的输出2连接，单位逆变器W2的输出1与单位逆变器W3的输出2连接。

然后，单位逆变器U3、V3、W3的输出1分别与切换开关SWu2、SWv2、SWw2的端子c连接。输出端子Vu、Vv、Vw分别与切换开关SWu1、SWv1、SWw1的端子c连接。另外，使切换开关SWu1、SWv1、SWw1的端子a与切换开关SWu2、SWv2、SWw2的端子a分别连接。

进而，使备用单位逆变器Y1的输出1与切换开关SWu1、SWv1、SWw1的各端子b连接，使备用单位逆变器Y1的输出2与切换开关SWu2、SWv2、SWw2的各端子b连接。

切换开关SWu1和切换开关SWu2同时切换连接状态。即，切换开关SWu1和切换开关SWu2都成为a-c间连接状态，或者都成为b-c间连接状态。对于切换开关SWv1和切换开关SWv2、切换开关SWw1和切换开关SWw2也相同。

于是，控制装置20在通常运转时将单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3的短路开关SWs设为开路状态，将备用单位逆变器Y1的短路开关SWs设为短路状态，并且，输出使切换开关SWu1、SWu2、SWv1、SWv2、SWw1、SWw2设为a-c连接状态的控制信号。由此，成为三级串联连接9台单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3的输出的功率转换装置。

另一方面，当在单位逆变器U1～U3、V1～V3、W1～W3中的任一台发生异常时，与通常运转时相对地，控制装置20将发生异常的单位逆变器的短路开关SWs切换为短路状态，将备用单位逆变器Y1的短路开关SWs切换为开路状态，并且，输出使得与发生异常的相所对应的切换开关SWu1和SWu2、SWv1和SWv2、SWw1和SWw2中任一台切换为b-c连接状态的控制信号。由此，该功率转换装置使用备用单位逆变器Y1代替发生异常的单位逆变器进行运转。

此外，在图3中，切换开关SWu1、SWu2、SWv1、SWv2、SWw1、SWw2与切换机构对应。

[动作]

下面，说明本实施方式的动作。

在此，说明在单位逆变器U2发生异常的情况。在这种情况下，控制装置20使切换开关SWv1、SWv2、SWw1、SWw2保持通常运转时的a-c连接状态，将切换开关SWu1和SWu2切换为b-c连接状态。另外，控制装置20将单位逆变器U2的短路开关SWs切换为短路状态，并且，将备用单位逆变器的短路开关SWs切换为开路状态。此时，实行正常动作的单位逆变器U1、U3、V1～V3、W1～W3的短路开关SWs分别保持开路状态。在该状态下进行装置运转。

即，在这种情况下，U相通过备用单位逆变器Y1和单位逆变器U1、U3的三级串联连接运转，V相和W相与通常运转时相同，分别以v1～V3、W1～W3的三级串联连接运转。

这样，当在单位逆变器U2发生异常时，控制装置20使得发生异常的单位逆变器U2的输出端为短路，并且，将备用单位逆变器Y1串联追加连接到单位逆变器U2所属的U相的连接电路。此时，控制切换开关SWu1和SWu2，通过将U相的连接电路的输出端子侧端部与输出端子的连接(切换开关SWu2的端子c与切换开关SWu2的端子a的连接，和切换开关SWu1的端子c与切换开关SWu1的端子a的连接)，切换为输出端子侧端部(切换开关SWu2的端子c)与备用单位逆变器Y1的输出2(切换开关SWu2的端子b)的连接，和输出端子(切换开关SWu1的端子c)与备用单位逆变器Y1的输出1(切换开关SWu1的端子b)的连接，从而追加连接备用单位逆变器Y1。

另外，同样地，在U相的其他单位逆变器U1或U3发生异常的情况下，在V相、W相的任一台单位逆变器发生异常的情况下，也能够通过向备用单位逆变器Y1的切换，继续使装置运转。

[效果]

这样，在上述第二实施方式中，与第一实施方式相同，在发生异常时，能够将备用单位逆变器追加连接到发生异常的相的连接电路，因此，能够不更换发生异常的单位逆变器而再开始装置运转。

[变形例]

此外，在上述第二实施方式中，说明了将备用单位逆变器Y1追加连接到输出端子侧的情况，但是，也可以连接到单位逆变器间(例如单位逆变器U2与U3之间)。在这种情况下也能够得到与上述第二实施方式相同的效果。

另外，在上述第二实施方式中，说明了备用单位逆变器Y1单元的主电路包括短路开关SWs的结构的情况，但是，也可以除去备用单位逆变器Y1单元的短路开关SWs，使备用单位逆变器Y1的输出端总是设为开路状态。

进而，在上述各实施方式中，说明了在三相交流输出的功率转换装置使用本发明的情况，但是，本发明并不局限于此，也能够在四相或四相以上的N相交流输出的功率转换装置使用本发明。

上面参照附图说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种功率转换装置，包括：由将输出任意的单相交流电压的多台单位逆变器的输出端串联多级连接而成的连接电路N组(N≥2)形成的、将各连接电路各自的一端在中性点连接、将各自的另一端作为输出端子得到N相交流输出的N相逆变器和将该N相逆变器控制为所期望的动作状态的控制机构，其特征在于，包括：

具有与所述单位逆变器相同的结构的1台备用单位逆变器；和

能够将所述单位逆变器的输出端和备用单位逆变器的输出端分别短路的短路机构，其中

当所述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，所述控制机构控制所述短路机构，将发生异常的单位逆变器的输出端短路，将所述备用单位逆变器串联追加连接到发生异常的单位逆变器所属的所述连接电路。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：

具备分别介于所述各连接电路的中性点侧端部与中性点之间的切换机构，

所述备用单位逆变器的一个输出端与中性点连接，

当所述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，所述控制机构控制所述切换机构，将发生异常的单位逆变器所属的所述连接电路的中性点侧端部与中性点的连接，切换为该中性点侧端部与所述备用单位逆变器的另一个输出端的连接。

3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：

具备分别介于所述各连接电路的输出端子侧端部与输出端子之间的切换机构，

当所述多台单位逆变器之中的任意一台发生异常时，所述控制机构控制所述切换机构，将发生异常的单位逆变器所属的所述连接电路的输出端子侧端部与输出端子的连接，切换为该输出端子侧端部与所述备用单位逆变器的一个输出端的连接和所述输出端子与所述备用单位逆变器的另一个输出端的连接。

Images