CN103095147A - 串联多重电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于获取一种串联多重电力变换装置，其具有多重变压器及电压变换单元。多重变压器中，设置于同一输出相的n个单相电力变换器所分别连接的n个次级绕组的相位关系为依次相差60/n度；m个输出相之间，m个单相电力变换器所分别连接的m个次级绕组的电压相位关系为依次相差60/m度。

Description

串联多重电力变换装置

技术领域

本发明所揭示的实施方式涉及一种串联多重电力变换装置。

背景技术

以往，作为电力变换装置，已知有将电力变换单元以串联方式进行多级连接，设有多个相位的串联多重（series-connected multi level）电力变换装置。串联多重电力变换装置具有：将输入至初级绕组的多相交流输入电压变压后输出至多个次级绕组的多重变压器(multi-winding transformer)，及连接于多重变压器的各次级绕组的多个单相电力变换器。

在上述串联多重电力变换装置中，多重变压器的各次级绕组输出的电压之间相互具有相位差，以降低在初级绕组侧流过的谐波电流。具体而言，已提出有以下方案：在串联多重电力变换装置由9个单相电力变换器所组成的情况下，构成为使连接于组成U相、V相、W相中的1个相的3个单相电力变换器的次级绕组具有20度的电压相位，并使所有次级绕组的电压相位依次相差20/3度（例如参照日本专利特开2008-295149号公报）。

本发明的目的在于，提供一种作为降低在初级绕组侧流过的谐波电流的技术，以代替以往技术的新技术。

发明内容

本发明的一种串联多重电力变换装置包括:多重变压器和电力变换单元。多重变压器将输入至初级绕组的交流电分配至m×n个（n、m是互为素数）次级绕组。电力变换单元具有分别连接于上述m×n个次级绕组的m×n个单相电力变换器，该单相电力变换器的输出按每n个串联连接而构成m个输出相。上述多重变压器中，设置于同一输出相的上述n个单相电力变换器所分别连接的n个上述次级绕组的电压相位关系为依次相差60/n度。并且，上述多重变压器，在上述m个输出相间，上述m个单相电力变换器所分别连接的m个上述次级绕组的电压相位关系为依次相差60/m度。

根据本发明的一种形态的串联多重电力变换装置，能够降低在初级绕组侧流过的谐波电流。

附图说明

以下，通过对照附图来阅读本发明的详细说明，可更为完整地认识本发明及容易地理解其优点。

图1是第1实施方式串联多重电力变换装置的示意图。

图2是图1所示的单相电力变换器的电路块示意图。

图3是多重变压器的次级绕组电压相位差的示意图。

图4是多重变压器的次级绕组电压相位关系的示意图。

图5是多重变压器的布线示意图。

图6～图8是多重变压器初级绕组的线间电压矢量与次级绕组的线间电压矢量关系的示意图。

图9是多重变压器各次级绕组的电流矢量示意图。

图10是多重变压器各次级绕组的电流矢量示意图。

图11是关于r相，各次级绕组中流过的电流的说明图。

图12是初级电压为正时，由于次级绕组中流过的电流而在初级绕组中流过的电流矢量的示意图。

图13是初级电压为负时，由于次级绕组中流过的电流而在初级绕组中流过的电流矢量的示意图。

图14是多重变压器中次级绕组的另外的电压相位关系的示意图。

图15是第2实施方式的串联多重电力变换装置中，多重变压器的次级绕组电压相位差的示意图。

具体实施方式

以下参照附图来详细说明本发明要揭示的串联多重电力变换装置的几种实施方式。另外，本发明并不限定于以下所示的各实施方式。

（第1实施方式）

首先，对第1实施方式的串联多重电力变换装置的结构进行说明。图1是第1实施方式串联多重电力变换装置的示意图。

如图1所示，串联多重电力变换装置1具有多重变压器10及电力变换单元20，将自三相交流电源2的R相、S相及T相所供应的交流电变换后供应至交流负载3。此处举以下一例来进行说明：串联多重电力变换装置1的输出相为三相（m=3），各输出相具备2个2级（n=2）连接的单相电力变换器，交流负载3为电动机。

多重变压器10具备初级绕组11、及6个次级绕组12a～12f（以下有时总称为次级绕组12），其将输入至初级绕组11的交流电变压后输出至6个次级绕组12a～12f。该多重变压器10是使初级绕组11与次级绕组12之间产生电压相位差的移相变压器。

电力变换单元20具备分别连接于6个次级绕组12a～12f的6个单相电力变换器21a～21f（以下有时总称为单相电力变换器21）。各单相电力变换器21将从各次级绕组12所供应的三相交流电变换为单相交流电后，从输出端子Ta、Tb输出。

在该电力变换单元20中，各输出相由串联连接的2个单相电力变换器21的输出所组成。即U相输出的电力变换单元由单相电力变换器21a、21d组成，V相输出的电力变换单元由单相电力变换器21b、21e组成，W相输出的电力变换单元由单相电力变换器21c、21f组成。

具体而言，单相电力变换器21a的输出端子Tb连接于中性点N，单相电力变换器21a的输出端子Ta与单相电力变换器21d的输出端子Tb相连接。据此，就组成了以单相电力变换器21d的输出端子Ta作为输出端子的U相的电力变换单元。

同样的，单相电力变换器21b、21c的输出端子Tb连接于中性点N，单相电力变换器21b、21c的输出端子Ta分别与单相电力变换器21e、21f的输出端子Tb相连接。据此，就组成了以单相电力变换器21e、21f的输出端子Ta分别作为输出端子的V相及W相的电力变换单元。

在此，对单相电力变换器21的结构进行说明。图2是单相电力变换器21电路块的示意图。如图2所示，单相电力变换器21具备整流滤波单元30、逆变器单元31和控制单元32。

整流滤波单元30具备二极管D10～D15和电容器C10，其将从次级绕组12输入的r相、s相及t相的3相交流电变换为直流电。另外，二极管D10、D11全波整流r相的电流，二极管D12、D13全波整流s相的电流，二极管D14、D15全波整流t相的电流。且对二极管D10～D15所整流的电压通过电容器C10进行滤波。

逆变器单元31具备三极管Q20～Q23和二极管D20～D23。三极管Q20、Q21串联连接于整流滤波单元30的输出之间，同样的三极管Q22～Q23串联连接于整流滤波单元30的输出之间。另外，二极管D20～D23是续流二极管（freewheeling diode）。

控制单元32通过控制逆变器单元31中三极管Q20～Q23的ON/OFF状态，使整流滤波单元30的直流电通过逆变器单元31变换为单相交流电。另外，作为三极管Q20～Q23，例如可采用IGBT或MOSFET等功率半导体元件。此外，逆变器单元31不限定于图2所示的二电平逆变器。例如，作为逆变器单元31，也可采用三电平逆变器等多电平逆变器，此外也可更改为许多其他种类。

接着，对多重变压器10的结构进行说明。图3是次级绕组12a～12f电压相位差的示意图，图4是次级绕组12a～12f电压相位关系的示意图。另外，如上所述，单相电力变换器21a～21f分别位于U1、V1、W1、U2、V2、W2的位置，单相电力变换器21a～21f分别与次级绕组12a～12f连接（参照图1）。在此，从U1至W2的符号中，U、V、W表示输出相，数字1和2表示级数的顺序，分别串联连接于同一输出相。因此，次级绕组12a对应U1的位置，次级绕组12b对应V1的位置，次级绕组12c对应W1的位置，次级绕组12d对应U2的位置，次级绕组12e对应V2的位置，次级绕组12f对应W2的位置。

如图3所示，在第1实施方式的多重变压器10中，同一输出相中的2个单相电力变换器21所分别连接的2个次级绕组12之间的电压相位相差30度。具体而言，在U相中，相对于与U1位置对应的次级绕组12a，与U2位置对应的次级绕组12d具有30度的电压相位差。

同样的，在V相中，相对于与V1位置对应的次级绕组12b，与V2位置对应的次级绕组12e具有30度的电压相位差。此外，在W相中，相对于与W1位置对应的次级绕组12c，与W2位置对应的次级绕组12f具有30度的电压相位差。

另外，在多重变压器10中，在输出相之间，分别与2个单相电力变换器21连接的2个次级绕组12的电压相位相差20度。具体而言，相对于与U1位置对应的次级绕组12a，与V1位置对应的次级绕组12b具有20度的电压相位差。此外，相对于与V1位置对应的次级绕组12b，与W1位置对应的次级绕组12c具有20度的电压相位差。

在此，参照图4举一例对次级绕组12a～12f具体电压相位差进行说明。如图4所示，次级绕组12的电压相位按（U1、V1、U2、W1、V2、W2）的顺序，为（135度、155度、165度、175度、185度、205度）。次级绕组12的电压相位是指次级绕组12的电压与初级绕组11的电压之间的电压相位差。

因此，次级绕组12的电压相位，在U相中为（U1、U2）=（135度、165度）；在V相中为（V1、V2）=（155度、185度）；在W相中为（W1、W2）=（175度、205度）。即，在同一输出相中的次级绕组12之间的电压相位差为30度。此外，在输出相之间，次级绕组12的两组电压相位为（U1、V1、W1）=（135度、155度、175度），（U2、V2、W2）=（165度、185度、205度），存在20度的电压相位差。

用图5来举一例说明具有图4中所示的次级绕组12电压相位关系的多重变压器10的结构。图5是多重变压器10布线的示意图。

如图5所示，次级绕组12a由扩展三角形接线（extended delta connection）构成。具体而言，R相的初级绕组11a和次级绕组12a1隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，S相的初级绕组11b和次级绕组12a2隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，T相的初级绕组11c和次级绕组12a3隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯。此外，这些次级绕组 12a1～12a3在绕组端部之间都具有接口。

图5中，各绕组具有带黑点的绕组端（coil end）和不带黑点的绕组端。采取了初级绕组和多个次级绕组之一的情况下，该两种绕组中从带黑点的绕组端流入电流的情况下，为使两个绕组各自所产生的磁通量具有相互加强的方向，而在各绕组中于一方的绕组端加上黑点。在此，将该带有黑点的绕组端称为极性端，将极性端（positive coil end）相反侧的绕组端称为反极性端（negative coil end）。图5中，次级绕组12a1、12a2、12a3各自的极性端分别为r相、s相、t相的输出端。此外，次级绕组12a1的反极性端连接于次级绕组12a3的接口，次级绕组12a3的反极性端连接于次级绕组12a2的接口，次级绕组12a2的反极性端连接于次级绕组12a1的接口。

在此，参照图6对如图5所示接线的情况下初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12a的线间电压矢量的关系进行说明。图6是初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12a的线间电压矢量关系的示意图。另外，设三相交流电源2的输出相按R相、S相、T相的顺序，电压相位依次后移120度。

按上述般连接次级绕组12a1、12a2、12a3，则这些次级绕组12a1、12a2、12a3的各相之间产生的线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr，通过各相电压矢量Vr、Vs、Vt以下述公式（1）～（3）来表示。

Vrs = Vr - Vs···（1）

Vst = Vs - Vt···（2）

Vtr = Vt - Vr···（3）

这些线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr之中，例如线间电压矢量Vrs、Vtr即如图6所示。如将初级绕组11中从S相指向R相的线间电压矢量VRS的相位规定为基准相位，则次级绕组12a中，从s相指向r相的线间电压矢量Vrs的相位即为相对于基准相位前移了15度的相位。

次级绕组12a中，从r相指向t相的线间电压矢量Vtr的相位为相对于线间电压矢量Vrs的相位前移了120度的相位，即为相对于基准相位前移了135度的相位。此外，从t相指向s相的线间电压矢量Vst的相位为相对于线间电压矢量Vrs的相位前移了240度的相位，即为相对于基准相位前移了255度的相位。因此，次级绕组12a是在相对于基准相位前移了15度的电压相位的次级绕组的同时，如上所述，也是相对于基准相位前移了135度的电压相位的次级绕组，此外，也是相对于基准相位前移了255度的电压相位的次级绕组。

返回图5对次级绕组12b进行说明。如图5所示，次级绕组12b也由扩展三角形接线构成。具体而言，R相的初级绕组11a和次级绕组12b1隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，S相的初级绕组11b和次级绕组12b2隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，T相的初级绕组11c和次级绕组12b3隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯。此外，这些次级绕组 12b1～12b3在绕组端部之间都具有接口。

次级绕组12b1、12b2、12b3各自的反极性端分别为r相、s相、t相的输出端。此外，次级绕组12b1的极性端连接于次级绕组12b2的接口，次级绕组12b2的极性端连接于次级绕组12b3的接口，次级绕组12b3的极性端连接于次级绕组12b1的接口。

在此，参照图7对如图5所示接线的情况下初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12b的线间电压矢量的关系进行说明。图7是初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12b、12c、12e的线间电压矢量关系的示意图。另外，将从S相指向R相的线间电压矢量VRS（参照图6） 的相位规定为基准相位。

如上述般连接次级绕组12b1、12b2、12b3，则这些次级绕组12b1、12b2、12b3的各相之间产生的线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr，与次级绕组12a的情况相同，通过各相电压矢量Vr、Vs、Vt以上述公式（1）～（3）表示。

这些线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr之中，例如线间电压矢量Vrs则如图7所示。即次级绕组12b中，从s相指向r相的线间电压矢量Vrs的相位是相对于基准相位前移了165度的相位。

同样的，对于次级绕组12c、12e也进行与图5中次级绕组12b相同的接线，使从s相指向r相的线间电压矢量Vrs的相位为相对于基准相位分别前移了155度、175度的相位。此时，次级绕组12c、12e相对于次级绕组12b的接线，每个接口的设置位置不同。即次级绕组12c、12e与次级绕组12b三角形部分的绕组数不同。

返回图5对次级绕组12d进行说明。如图5所示，次级绕组12d也由扩展三角形接线构成。具体而言，R相的初级绕组11a和次级绕组12d1隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，S相的初级绕组11b和次级绕组12d2隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯，T相的初级绕组11c和次级绕组12d3隔着绝缘材料卷绕于同一铁芯。此外，这些次级绕组12d1～12d3在绕组端部之间都具有接口。

次级绕组12d1、12d2、12d3各自的反极性端分别为r相、s相、t相的输出端。此外，次级绕组12d1的极性端连接于次级绕组12d3的接口，次级绕组12d2的极性端连接于次级绕组12d1的接口，次级绕组12d3的极性端连接于次级绕组12d2的接口。

在此，参照图8对如图5所示接线的情况下初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12d、12f的线间电压矢量的关系进行说明。图8是初级绕组11的线间电压矢量与次级绕组12d、12f的线间电压矢量关系的示意图。另外，将从S相指向R相的线间电压矢量VRS（参照图6） 的相位规定为基准相位。

如上述般连接次级绕组12d1、12d2、12d3，则这些次级绕组12d1、12d2、12d3的各相之间产生的线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr与次级绕组12a的情况相同，通过各相电压矢量Vr、Vs、Vt以上述公式（1）～（3）表示。这些线间电压矢量Vrs、Vst、Vtr之中，例如线间电压矢量Vrs的相位，如图8所示，是相对于基准相位前移了185度的相位。

同样的，如图8所示，对于次级绕组12f也进行与图5中次级绕组12b相同的接线，使从s相指向r相的线间电压矢量Vrs的相位相对于基准相位前移了205度的相位。此时，次级绕组12f相对于次级绕组12d的接线，每个接口的设置位置不同。即次级绕组12f与次级绕组12d三角形部分的绕组数不同。

接着，参照图9及图10对多重变压器10中各次级绕组12的电流矢量进行说明。图9及图10是多重变压器10中各次级绕组12电流矢量的示意图。

图9及图10中电流矢量Irs表示r相与s相之间流过的电流，电流矢量Itr表示t相与r相之间流过的电流。该电流矢量Irs为通过图2所示的二极管D10、D11、D12和D13，借由r相和s相对电容器C10进行充电时流过的电流。电流矢量Itr为通过二极管D10、D11、D14和D15，借由t相和r相对电容器C10进行充电时流过的电流。

以电流矢量Irs所表示的电流在r相与s相之间的线间电压为3个线间电压之中最大或最小时流过。此外，以电流矢量Itr所表示的电流在t相与r相之间的线间电压为3个线间电压之中最大或最小时流过。另外，以下，将表示电流矢量的符号中第一个字母所指定的相中从次级绕组12流向整流滤波单元30的电流、以及第二个字母所指定的相中从整流滤波单元30流向次级绕组12的电流设为正方向。

r相与s相之间的线间电压为最大的情况下，r相的电压为正电压，s相的电压为负电压。因此，r相与s相之间的线间电压为最大时，r相中电流沿自各次级绕组12流入整流滤波单元30，s相中电流沿自整流滤波单元30流向各次级绕组12。因此，此时电流矢量Irs的方向如图9所示为正方向，并且电流矢量Irs为与如图6至图8所示的线间电压矢量Vrs同方向的电流矢量。

此外，t相与r相之间的线间电压为最小的情况下，t相的电压为负电压，r相的电压为正电压。因此，t相与r相之间的线间电压为最小时，t相中电流沿自整流滤波单元30流入各次级绕组12，r相中电流沿自各次级绕组12流向整流滤波单元30。因此，此时电流矢量Itr的方向如图9所示为负方向，并且电流矢量Itr为与如图6至图8所示的线间电压矢量Vtr相反方向的电流矢量。

r相与s相之间的线间电压为最小的情况下，r相的电压为负电压，s相的电压为正电压。因此，r相与s相之间的线间电压为最小时，r相中电流沿自整流滤波单元30流入各次级绕组12，s相中电流沿自各次级绕组12流向整流滤波单元30。因此，此时电流矢量Irs的方向如图10所示为负方向，并且电流矢量Irs为与如图6至图8所示的线间电压矢量Vrs相反方向的电流矢量。

此外，t相与r相之间的线间电压为最大的情况下，t相的电压为正电压，r相的电压为负电压。因此，t相与r相之间的线间电压为最大时，t相中电流沿自各次级绕组12流入整流滤波单元30，s相中电流沿自整流滤波单元30流向各次级绕组12。因此，此时t相与r相之间流过的电流的电流矢量Itr的方向如图10所示为正方向，并且电流矢量Itr为与如图6至图8所示的线间电压矢量Vtr同方向的电流矢量。

如此，关于r相，于各次级绕组12中流过的电流分别在以下4种情况下流过，即，r相与s相之间的线间电压最大及最小的情况、t相与r相之间的线间电压最小及最大的情况。图11是关于r相，各次级绕组12中流过的电流的说明图，表示r相与s相之间的线间电压Vrs、t相与r相之间的线间电压Vtr、r相的相电压Vr及r相的相电流Ir的关系。如图11所示，实际上上述4种情况下分别流过有尖头波状的电流。另外，关于s相及t相的各相也分别在与r相相同的情况下，各次级绕组12中流过电流。

接着，借由次级绕组12a～12f中流过的电流，对R相的初级绕组11a中流过的电流进行说明。首先，举次级绕组12a中流过的电流为例进行说明。次级绕组12a1中电流流过时，R相的初级绕组11a中流过如下电流，即抵消因卷绕于同一铁芯的次级绕组12a1中流过的电流所产生的磁通势。即初级绕组11a中流过如下电流，即抵消因上述电流矢量Irs和电流矢量Itr所产生的磁通势。

关于初级绕组11a中流过的电流，设从初级绕组11a流出的方向为正方向。图5所示的绕组的布线中，从上述极性端的定义可知，用于抵消从次级绕组12a1流出的电流所产生的磁通势的、初级绕组11a中流过的电流的方向，是流入初级绕组11a的方向，即是与次级绕组12a1相反的负方向。

电流矢量Irs因流过次级绕组12a1的星形接线部分，因此初级绕组11a中流过如下电流，即相对于电流矢量Irs方向相反，且大小为其初级绕组11a与次级绕组12a1的星形接线部分的绕组数之比倍。此外，因电流矢量Itr流过次级绕组12a1的星形接线部分和三角形接线部分，因此初级绕组11a中也流过如下电流，即相对于电流矢量Itr方向相反，且大小为其初级绕组11a与次级绕组12a1的绕组数之比倍。

接着，对次级绕组12b中流过的电流进行说明。关于该次级绕组12b，初级绕组11a中也流过如下电流，即抵消因卷绕于与初级绕组11a同一铁芯的次级绕组12b1中流过的电流矢量Irs和电流矢量Itr所产生的磁通势。从图5所示的绕组的布线可知，用于抵消从次级绕组12b1流出的电流所产生的磁通势的、初级绕组11a中流过的电流的方向，是从初级绕组11a流出的方向，即是与次级绕组12b相同的正方向。

次级绕组12b1中，电流矢量Irs因流过星形接线部分和三角形接线部分，因此初级绕组11a中也流过如下电流，即相对于电流矢量Irs方向相同，且大小为电流矢量Irs的初级绕组11a与次级绕组12b1的绕组数之比倍。此外，电流矢量Itr因流过次级绕组12b1的星形接线部分，因此初级绕组11a中流过如下电流，即相对于电流矢量Itr方向相同，且大小为其初级绕组11a与次级绕组12b1的星形接线部分的绕组数之比倍。

关于次级绕组12c、12e，初级绕组11a中也流过如下电流，即抵消因卷绕于与初级绕组11a同一铁芯的次级绕组12c1、12e1的各自中流过的电流矢量Irs和电流矢量Itr所产生的磁通势。次级绕组12c1、12e1的连接状态如图5所示，因与次级绕组12b1的连接状态相同，因此通过与次级绕组12b1情况相同的变换作用，初级绕组11a中流过由次级绕组12c1、12e1的电流矢量Irs、Itr而产生的电流。

接着，对次级绕组12d中流过的电流进行说明。关于该次级绕组12d，初级绕组11a中也流过如下电流，即抵消因卷绕于与初级绕组11a同一铁芯的次级绕组12d1中流过的电流矢量Irs和电流矢量Itr所产生的磁通势。从图5所示的绕组的布线可知，用于抵消从次级绕组12d1流出的电流所产生的磁通势的、初级绕组11a中流过的电流的方向，与次级绕组12b１、12c１、12e１相同，是从初级绕组11a流出的方向，即是与次级绕组12d１相同的正方向。

次级绕组12d1中，电流矢量Irs因流过星形接线部分，因此初级绕组11a中也流过如下电流，即相对于电流矢量Irs方向相同，且大小为电流矢量Irs的初级绕组11a与次级绕组12d1的星形接线部分的绕组数之比倍。此外，电流矢量Itr因流过次级绕组12d1的星形接线部分和三角形接线部分，因此初级绕组11a中流过如下电流，即相对于电流矢量Itr方向相同，且大小为其初级绕组11a与次级绕组12d1的绕组数之比倍。

关于次级绕组12f，初级绕组11a中也流过如下电流，即抵消因卷绕于与初级绕组11a同一铁芯的次级绕组12f1中流过的电流矢量Irs和电流矢量Itr所产生的磁通势。次级绕组12f1的连接状态如图5所示，因与次级绕组12d1的连接状态相同，因此通过与次级绕组12d1情况相同的变换作用，初级绕组11a中流过由次级绕组12f1的电流矢量Irs、Itr而产生的电流。

如此，初级绕组11a中流过如下电流，即其方向为相对于各次级绕组12中流过的电流矢量Irs、Itr的上述方向，且其大小与各次级绕组12之中借由电流矢量Irs、Itr而流过有r相电流的绕组与初级绕组11a绕组的绕组数之比相对应。

因此，由于次级绕组12a～12f而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量为如图12所示的状态。图12是次级绕组12a～12f中r相的电压为正的情况下，由于次级绕组12a～12f中流过的电流而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量的示意图。

此外，r相的相电压Vr为负的情况下，由于次级绕组12a～12f而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量如图13所示，与图12所示的状态的相位相差180度。图13是次级绕组12a～12f中r相的相电压Vr为负的情况下，通过次级绕组12a～12f中流过的电流而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量的示意图。

因此，初级电压VR为正电压时，由于次级绕组12a～12f中流过的电流而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量如图12所示。另一方面，初级电压VR为负电压时，由于次级绕组12a～12f中流过的电流而在初级绕组11a中流过的电流的电流矢量为如图13所示的电流矢量。

如图12及图13所示，由于次级绕组12a～12f的电流矢量Irs、Itr而在初级绕组11a中流过的电流，相对于R相电压最大的相位，对称地以相互之间相位依次相差10度的状态分布。各次级绕组12的电流矢量Irs如上所述，于r相与s相之间的线间电压为3个线间电压之中最大或最小时流过，其波形为尖头波状。此外，各次级绕组12的电流矢量Itr如上所述，于t相与r相之间的线间电压为3个线间电压之中最大或最小时流过，其波形为尖头波状。

不过，由于通过各次级绕组12中流过的电流而在初级绕组11a中流过的各电流的电流矢量如上述般的分布，因此分散了尖头波状电流所造成的影响，而降低了电流谐波。因S相和T相的初级绕组11b、11c中也流过有相同的电流，因此能够降低三相交流电源2侧的电流谐波。

如上所述，在第1实施方式的串联多重电力变换装置1中，同一输出相中的2个单相电力变换器21所分别连接的2个次级绕组12的电压相位的关系为相差30度。进而，3个单相电力变换器21所分别连接的3个次级绕组12的电压相位关系为，U相、V相及W相3个输出相之间依次相差20度。

因为这样的结构，在第1实施方式的串联多重电力变换装置1中，6个次级绕组12a～12f所连接的6个单相电力变换器21a～21f，如图12或图13所示，初级绕组11中依次相差10度产生尖头波状电流。因此，可分散尖头波状电流所造成的影响，并可降低三相交流电源2侧的电流谐波。

另外，于上述例中，在U相、V相、W相的3个输出相之间，具有同一级数的输出相中的位置关系为，连接于同一单相电力变换器21的次级绕组12的电压相位依次相差20度，但并不限定于该关系。例如，亦可为以图14所示的位置关系，将次级绕组12连接于单相电力变换器21的串联多重电力变换装置1A。图14是多重变压器10中次级绕组12另外的电压相位关系的示意图。如图14所示，从分别串联连接于各相的单相电力变换器21之中选出1个，使连接于这些单相电力变换器21的m个次级绕组12作为1组的电压相位依次相差60/m度即可。

（第2实施方式）

图15是第2实施方式的串联多重电力变换装置中多重变压器二次绕组的电压相位差的示意图。于第2实施方式的串联多重电力变换装置中，与第1实施方式的串联多重电力变换装置1、1A的不同点在于，其各输出相具备3（n=3）级单相电力变换器21。

如图15所示，于第2实施方式的串联多重电力变换装置1B中，设置于同一输出相的3个单相电力变换器21所分别连接的3个次级绕组12的电压相位依次相差20度。具体而言，在U相中，对应U1和U2位置的次级绕组12之间有20度的电压相位差。此外，对应U2和U3位置的次级绕组12之间有20度的电压相位差。该关系于V相及W相也相同。

此外，于串联多重电力变换装置1B的多重变压器中，在输出相间， 3个单相电力变换器21所分别连接的3个次级绕组12的电压相位依次相差20度。具体而言，对应U1和V1位置的次级绕组12之间有20度的电压相位差。此外，对应V1和W1位置的次级绕组12之间有20度的电压相位差。该关系于对应（U2、V2、W2）和（U3、V3、W3）位置的次级绕组12也相同。

另外，与第1实施方式相同，从分别串联连接于各相的单相电力变换器21之中选出1个，使连接于这些单相电力变换器21的m个次级绕组12作为1组的电压相位依次相差60/m度亦可，并不限定于图15所示的关系。

如此，第2实施方式的串联多重电力变换装置1B中，同一输出相的3个单相电力变换器21所分别连接的3个次级绕组12的电压相位的关系为依次相差20度。进而，U相、V相及W相的3个输出相间，每相各1个，合计3个的单相电力变换器21所分别连接的3个次级绕组12的电压相位关系为依次相差20度。

因此，第2实施方式的串联多重电力变换装置1B中，借由连接于9个次级绕组12的9个单相电力变换器21，初级绕组11的各相中依次相差20/3度产生尖头波状电流。其结果可分散电流脉冲所造成的影响，并可降低三相交流电源2侧的电流谐波。

另外，在上述实施方式中，虽设输出相为3相（m=3）来对具备各输出相为2级或3级（n=2或3）的单相电力变换器21的串联多重电力变换装置1、1A、1B进行了说明，但输出相的数量、组成各输出相的单相电力变换器21的数量并不限定于此。

此外，上述实施方式中，虽举了次级绕组12的电压相位按（U相→V相→W相）的顺序前移的例子（参照图4），但并不限定于此。例如次级绕组12的电压相位亦可按（V相→W相→U相）或（W相→U相→V相）的顺序前移，此外，亦可按（V相→W相→U相）、（W相→U相→V相）或（U相→V相→W相）的顺序后移。

即在多重变压器10中，满足以下条件即可。另外，n、m为互素。

（1）设置于同一输出相的n个单相电力变换器21所分别连接的n个次级绕组12的电压相位关系为依次相差60/n度。

（2）在m个输出相间，连接于单相电力变换器21的次级绕组12的电压相位关系为依次相差60/m度。

更进一步的效果或变形例，可由本领域人员简单导出。因而本发明比起上述的这些实施例还有更加广泛的形式，不限于如以上所表达和记述的特定详情以及代表性实施方式。在不脱离通过附加的专利申请范围及其同等物所定义的总结发明概念的精神或范围，各种更新皆有可能。

Claims (3)

1.一种串联多重电力变换装置，其特征在于包括:

多重变压器,用于将输入至初级绕组的交流电分配至m×n个次级绕组，其中，n、m是互为素数；以及

电力变换单元,具有分别连接于上述m×n个次级绕组的m×n个单相电力变换器，该单相电力变换器的输出按每n个串联连接而构成m个输出相，其中，

上述多重变压器中，

设置于同一输出相的上述n个单相电力变换器所分别连接的n个上述次级绕组的电压相位关系为依次相差60/n度，

在上述m个输出相间，上述m个单相电力变换器所分别连接的m个上述次级绕组的电压相位关系为依次相差60/m度。

2. 根据权利要求1所述的串联多重电力变换装置，其特征在于：

在上述m个输出相间，于输出相中位置关系相同的单相电力变换器所连接的上述次级绕组的相位关系为依次相差60/m度。

3. 根据权利要求1或2所述的串联多重电力变换装置，其特征在于：

上述多重变压器的各次级绕组由扩展三角形接线所构成。

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