JP2003180086A - 振幅変調方式の電力変換装置 - Google Patents
振幅変調方式の電力変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池によって与えられる直流電力を簡単
な回路構成で交流電力に変換するパルス振幅変調方式の
電力変換装置を提供すること。 【解決手段】 燃料電池電源１は、５個の同一定格の燃
料電池１a 〜１eを直列接続し、５段階の電圧、即ち５
Ｅ（Ｖ）〜Ｅ（Ｖ）を電源端子1ao 〜１eoから供給で
きるように構成してある。負荷６の一端が接続される電
力変換装置の出力端子５と、前記燃料電池電源の電源端
子1ao 〜１eoと出力端子５との間には、５個の半導体
電力変換素子２a 〜２eが夫々接続されている。５個の
半導体電力変換素子２a 〜２eの制御電極には、コント
ローラ３から幅と振幅が一定の駆動パルスが選択的に印
加される。これによって複数個の同一定格の燃料電池を
直列接続して構成された燃料電池電源の直流電力は、所
定の周波数と電力の単相交流に変換される。
な回路構成で交流電力に変換するパルス振幅変調方式の
電力変換装置を提供すること。 【解決手段】 燃料電池電源１は、５個の同一定格の燃
料電池１a 〜１eを直列接続し、５段階の電圧、即ち５
Ｅ（Ｖ）〜Ｅ（Ｖ）を電源端子1ao 〜１eoから供給で
きるように構成してある。負荷６の一端が接続される電
力変換装置の出力端子５と、前記燃料電池電源の電源端
子1ao 〜１eoと出力端子５との間には、５個の半導体
電力変換素子２a 〜２eが夫々接続されている。５個の
半導体電力変換素子２a 〜２eの制御電極には、コント
ローラ３から幅と振幅が一定の駆動パルスが選択的に印
加される。これによって複数個の同一定格の燃料電池を
直列接続して構成された燃料電池電源の直流電力は、所
定の周波数と電力の単相交流に変換される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池によって
与えられる直流電力を交流電力に変換する振幅変調方式
の電力変換装置に関し、特に、燃料電池電車に搭載され
て燃料電池の電力を交流電力に変換して交流モータに供
給するのに適した電力変換装置に関する。
与えられる直流電力を交流電力に変換する振幅変調方式
の電力変換装置に関し、特に、燃料電池電車に搭載され
て燃料電池の電力を交流電力に変換して交流モータに供
給するのに適した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】直流電力を多相の交流電力に変換する電
力変換装置に、パルス幅変調方式とパルス振幅変調方式
がある。パルス幅変調方式の電力変換装置は、様々な分
野で広く使用されている。パルス幅変調方式の電力変換
装置を構成する半導体電力変換素子は、飽和領域で使用
すると効率が高いためである。しかしながら、パルス幅
変調方式の電力変換装置は高調波成分が大きいため、周
辺機器などに悪影響を与えるという問題がある。
力変換装置に、パルス幅変調方式とパルス振幅変調方式
がある。パルス幅変調方式の電力変換装置は、様々な分
野で広く使用されている。パルス幅変調方式の電力変換
装置を構成する半導体電力変換素子は、飽和領域で使用
すると効率が高いためである。しかしながら、パルス幅
変調方式の電力変換装置は高調波成分が大きいため、周
辺機器などに悪影響を与えるという問題がある。
【０００３】また、高調波成分の小さいパルス振幅変調
方式の電力変換装置は、コンバータにより１段階の直流
電圧を複数段階の直流電圧に変換した後に、インバータ
により直流電力を交流電力に変換するものであるため、
装置が複雑であるという問題がある。
方式の電力変換装置は、コンバータにより１段階の直流
電圧を複数段階の直流電圧に変換した後に、インバータ
により直流電力を交流電力に変換するものであるため、
装置が複雑であるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、燃料電池によって与えられる直流電力を簡
単な回路構成で交流電力に変換するパルス振幅変調方式
の電力変換装置を提供することである。
する課題は、燃料電池によって与えられる直流電力を簡
単な回路構成で交流電力に変換するパルス振幅変調方式
の電力変換装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する燃料
電池電源の直流電力を交流電力に変換して単相負荷に供
給するパルス振幅変調方式の電力変換装置を、複数個の
同一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給
できる複数の電源端子を備えた燃料電池電源と、負荷の
一端が接続される出力端子と、前記燃料電池電源の各電
源端子と前記出力端子との間に夫々接続された複数の半
導体電力変換素子と、前記複数の半導体電力変換素子の
制御電極に幅と振幅が一定の駆動パルスを選択的に印加
する制御手段とで構成した。
電池電源の直流電力を交流電力に変換して単相負荷に供
給するパルス振幅変調方式の電力変換装置を、複数個の
同一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給
できる複数の電源端子を備えた燃料電池電源と、負荷の
一端が接続される出力端子と、前記燃料電池電源の各電
源端子と前記出力端子との間に夫々接続された複数の半
導体電力変換素子と、前記複数の半導体電力変換素子の
制御電極に幅と振幅が一定の駆動パルスを選択的に印加
する制御手段とで構成した。
【０００６】また、上記課題を解決する燃料電池電源の
直流電力を三相交流電力に変換して三相負荷に供給する
パルス振幅変調方式の電力変換装置を、Ｕ相用単相イン
バータ、Ｖ相用単相インバータ、Ｗ相用単相インバータ
及びコントローラとで構成した。
直流電力を三相交流電力に変換して三相負荷に供給する
パルス振幅変調方式の電力変換装置を、Ｕ相用単相イン
バータ、Ｖ相用単相インバータ、Ｗ相用単相インバータ
及びコントローラとで構成した。
【０００７】前記Ｕ相用単相インバータは、複数個の同
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＵ相用燃料電池電源と、中
性点を有する三相負荷のＵ相巻線の一端が接続されるＵ
相用出力端子と、前記Ｕ相用燃料電池電源の各電源端子
と前記出力端子との間に夫々接続された複数の半導体電
力変換素子と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電
極に幅と振幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＵ
相用ドライバとで構成されている。
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＵ相用燃料電池電源と、中
性点を有する三相負荷のＵ相巻線の一端が接続されるＵ
相用出力端子と、前記Ｕ相用燃料電池電源の各電源端子
と前記出力端子との間に夫々接続された複数の半導体電
力変換素子と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電
極に幅と振幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＵ
相用ドライバとで構成されている。
【０００８】前記Ｖ相用単相インバータは、複数個の同
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＶ相用燃料電池電源と、前
記三相負荷のＶ相巻線の一端が接続されるＶ相用出力端
子と、前記Ｖ相用燃料電池電源の各電源端子と前記出力
端子との間に夫々接続された複数の半導体電力変換素子
と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電極に幅と振
幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＶ相用ドライ
バとで構成されている。
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＶ相用燃料電池電源と、前
記三相負荷のＶ相巻線の一端が接続されるＶ相用出力端
子と、前記Ｖ相用燃料電池電源の各電源端子と前記出力
端子との間に夫々接続された複数の半導体電力変換素子
と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電極に幅と振
幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＶ相用ドライ
バとで構成されている。
【０００９】前記Ｗ相用単相インバータは、複数個の同
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＷ相用燃料電池電源と、前
記三相負荷のＷ相巻線の一端が接続されるＷ相用出力端
子と、前記Ｗ相用燃料電池電源の各電源端子と前記出力
端子との間に夫々接続された複数の半導体電力変換素子
と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電極に幅と振
幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＷ相用ドライ
バとで構成されている。
一定格の燃料電池を直列接続し複数段階の電圧を供給で
きる複数の電源端子を備えたＷ相用燃料電池電源と、前
記三相負荷のＷ相巻線の一端が接続されるＷ相用出力端
子と、前記Ｗ相用燃料電池電源の各電源端子と前記出力
端子との間に夫々接続された複数の半導体電力変換素子
と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電極に幅と振
幅が一定の駆動パルスを選択的に印加するＷ相用ドライ
バとで構成されている。
【００１０】更に、前記コントローラは制御信号に従っ
て、前記Ｕ相用ドライバとＶ相用ドライバとＷ相用ドラ
イバを制御するものである。
て、前記Ｕ相用ドライバとＶ相用ドライバとＷ相用ドラ
イバを制御するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態のパルス振
幅変調方式の電力変換装置は、図１に示す如く、５個の
独立した同一定格の燃料電池１a、１b、１c、１d、１e
を直列接続した燃料電池電源１の直流電力を単相交流電
力に変換し、単相負荷６に供給するものである。単相負
荷６は一端が接地され、他端が電力変換装置の出力端子
５に接続されている。
幅変調方式の電力変換装置は、図１に示す如く、５個の
独立した同一定格の燃料電池１a、１b、１c、１d、１e
を直列接続した燃料電池電源１の直流電力を単相交流電
力に変換し、単相負荷６に供給するものである。単相負
荷６は一端が接地され、他端が電力変換装置の出力端子
５に接続されている。
【００１２】その一端が接地された燃料電池電源１は、
最大電圧端子１aoと接地電位の間を燃料電池の定格電圧
Ｅ（Ｖ）で分割した段階的な電圧を供給できるように構
成されている。即ち、最大電圧端子である第１電圧端子
１ao は５Ｅ（Ｖ）を、第２電圧端子1boは４Ｅ（Ｖ）
を、第３電圧端子1coは３Ｅ（Ｖ）を、第４電圧端子1do
は２Ｅ（Ｖ）を、そして第５電圧端子1eoはＥ（Ｖ）を
供給できるように構成されている。
最大電圧端子１aoと接地電位の間を燃料電池の定格電圧
Ｅ（Ｖ）で分割した段階的な電圧を供給できるように構
成されている。即ち、最大電圧端子である第１電圧端子
１ao は５Ｅ（Ｖ）を、第２電圧端子1boは４Ｅ（Ｖ）
を、第３電圧端子1coは３Ｅ（Ｖ）を、第４電圧端子1do
は２Ｅ（Ｖ）を、そして第５電圧端子1eoはＥ（Ｖ）を
供給できるように構成されている。
【００１３】５個の独立した同一定格の燃料電池１a、
１b、１c、１d、１eを直列接続した燃料電池電源１の直
流電力を単相交流電力に変換するために、コントローラ
３で選択的にオンオフ制御される５個のＮＰＮトランジ
スタ２a、２b、２c、２d、２eが、燃料電池電源１の電
源端子と電力変換装置の出力端子５との間に接続されて
いる。
１b、１c、１d、１eを直列接続した燃料電池電源１の直
流電力を単相交流電力に変換するために、コントローラ
３で選択的にオンオフ制御される５個のＮＰＮトランジ
スタ２a、２b、２c、２d、２eが、燃料電池電源１の電
源端子と電力変換装置の出力端子５との間に接続されて
いる。
【００１４】即ち、第１ＮＰＮトランジスタ２aは、そ
のコレクタを第１電源端子１aoに、そのエミッタを出力
端子５に、そのベースをコントローラ３に夫々接続され
ている。第２ＮＰＮトランジスタ２bは、そのコレクタ
を第２電源端子1boに、そのエミッタを出力端子５に、
そのベースをコントローラ３に夫々接続されている。第
３ＮＰＮトランジスタ２cは、そのコレクタを第３電源
端子１coに、そのエミッタを出力端子５に、そのベース
をコントローラ３に夫々接続されている。第４ＮＰＮト
ランジスタ２dは、そのコレクタを第４電源端子１do
に、そのエミッタを出力端子５に、そのベースをコント
ローラ３に夫々接続されている。更に、第５ＮＰＮトラ
ンジスタ２eは、そのコレクタを第５電源端子１eoに、
そのエミッタを出力端子５に、そのベースをコントロー
ラ３に夫々接続されている。
のコレクタを第１電源端子１aoに、そのエミッタを出力
端子５に、そのベースをコントローラ３に夫々接続され
ている。第２ＮＰＮトランジスタ２bは、そのコレクタ
を第２電源端子1boに、そのエミッタを出力端子５に、
そのベースをコントローラ３に夫々接続されている。第
３ＮＰＮトランジスタ２cは、そのコレクタを第３電源
端子１coに、そのエミッタを出力端子５に、そのベース
をコントローラ３に夫々接続されている。第４ＮＰＮト
ランジスタ２dは、そのコレクタを第４電源端子１do
に、そのエミッタを出力端子５に、そのベースをコント
ローラ３に夫々接続されている。更に、第５ＮＰＮトラ
ンジスタ２eは、そのコレクタを第５電源端子１eoに、
そのエミッタを出力端子５に、そのベースをコントロー
ラ３に夫々接続されている。
【００１５】コントローラ３による半導体電力変換素子
２a〜２eの選択的な制御は、例えば図２の上段に示す如
き駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５を半導体電力変換素子であるト
ランジスタ２a〜２eに夫々印加することで行われる。す
ると、半導体電力変換素子２a〜２eは選択的にオンオフ
制御され、電力変換装置の出力端子５には、図２の下段
に示す如き階段的に規則的に変化する電圧波形が現れ
る。このようにして、複数の同一定格の燃料電池を直列
接続して構成された燃料電池電源１の直流電力は単相交
流電力に変換される。
２a〜２eの選択的な制御は、例えば図２の上段に示す如
き駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ１、
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５を半導体電力変換素子であるト
ランジスタ２a〜２eに夫々印加することで行われる。す
ると、半導体電力変換素子２a〜２eは選択的にオンオフ
制御され、電力変換装置の出力端子５には、図２の下段
に示す如き階段的に規則的に変化する電圧波形が現れ
る。このようにして、複数の同一定格の燃料電池を直列
接続して構成された燃料電池電源１の直流電力は単相交
流電力に変換される。
【００１６】上述の如く、本発明の第１実施形態の電力
変換装置は、複数の同一定格の燃料電池を直列接続して
複数の段階的電圧を供給できる燃料電池電源１と、この
燃料電池電源１の複数の電圧端子１ao〜１eoと電力変換
装置の出力端子５との間に、夫々の一対のアームを接続
された複数の半導体電力変換素子２a〜２eと、これら半
導体電力変換素子２a〜２eを幅と振幅が一定の駆動パル
スで選択的にオンオフ制御するコントローラ３とで構成
されたものである。
変換装置は、複数の同一定格の燃料電池を直列接続して
複数の段階的電圧を供給できる燃料電池電源１と、この
燃料電池電源１の複数の電圧端子１ao〜１eoと電力変換
装置の出力端子５との間に、夫々の一対のアームを接続
された複数の半導体電力変換素子２a〜２eと、これら半
導体電力変換素子２a〜２eを幅と振幅が一定の駆動パル
スで選択的にオンオフ制御するコントローラ３とで構成
されたものである。
【００１７】次に、本発明の第２実施形態の電力変換装
置は、図３に構成を示し、また図４に駆動パルスと出力
波形を示す如く、燃料電池電源の直流電力を三相交流電
力に変換し、スター結線の三相交流モータ６に供給する
ものである。なお、スター結線の中性点は接地されてい
る。
置は、図３に構成を示し、また図４に駆動パルスと出力
波形を示す如く、燃料電池電源の直流電力を三相交流電
力に変換し、スター結線の三相交流モータ６に供給する
ものである。なお、スター結線の中性点は接地されてい
る。
【００１８】即ち、本発明の第２実施形態の電力変換装
置は、図３に示す如く、Ｕ相用単相インバータ１０u、
Ｖ相用単相インバータ１０v、Ｗ相用単相インバータ１
０w、及びコントローラ３とで構成されている。
置は、図３に示す如く、Ｕ相用単相インバータ１０u、
Ｖ相用単相インバータ１０v、Ｗ相用単相インバータ１
０w、及びコントローラ３とで構成されている。
【００１９】Ｕ相用単相インバータ１０uは、Ｕ相用燃
料電池電源、Ｕ相用半導体電力変換素子群、及びＵ相用
ドライバ４ｕとで構成されている。Ｕ相用単相インバー
タ１０uのＵ相用出力端子５ｕには、中性点が接地され
た三相交流モータ６のＵ相巻線の一端が接続されてい
る。
料電池電源、Ｕ相用半導体電力変換素子群、及びＵ相用
ドライバ４ｕとで構成されている。Ｕ相用単相インバー
タ１０uのＵ相用出力端子５ｕには、中性点が接地され
た三相交流モータ６のＵ相巻線の一端が接続されてい
る。
【００２０】Ｕ相用燃料電池電源は、４個の同一定格の
燃料電池１au、１bu、１cu、１duを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
燃料電池１au、１bu、１cu、１duを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
【００２１】Ｕ相用半導体電力変換素子群を形成する６
個のトランジスタ２au、２bu、２cu、２du、２eu、２fu
は、前記Ｕ相用燃料電池電源の各電源端子とＵ相用出力
端子５ｕとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２auは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２buは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cuは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２duは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２euは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fuは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＵ相用出力端子５ｕに
夫々接続されている。
個のトランジスタ２au、２bu、２cu、２du、２eu、２fu
は、前記Ｕ相用燃料電池電源の各電源端子とＵ相用出力
端子５ｕとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２auは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２buは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cuは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２duは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２euは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＵ相用出力端子５ｕに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fuは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＵ相用出力端子５ｕに
夫々接続されている。
【００２２】６個のトランジスタ２au、２bu、２cu、２
du、２eu、２fuのベースは、いずれもＵ相用ドライバ４
ｕに接続されている。Ｕ相用ドライバ４ｕは、６個のト
ランジスタ２au、２bu、２cu、２du、２eu、２fuを選択
的にオンオフ制御する。
du、２eu、２fuのベースは、いずれもＵ相用ドライバ４
ｕに接続されている。Ｕ相用ドライバ４ｕは、６個のト
ランジスタ２au、２bu、２cu、２du、２eu、２fuを選択
的にオンオフ制御する。
【００２３】Ｕ相用ドライバ４ｕによるトランジスタ２
au〜２fuの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５をトランジスタ
２au〜２fuに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２au〜２fuは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＵ相用出力端子５ｕには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＵ相電圧波形が現れ
る。
au〜２fuの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５をトランジスタ
２au〜２fuに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２au〜２fuは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＵ相用出力端子５ｕには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＵ相電圧波形が現れ
る。
【００２４】また、Ｖ相用単相インバータ１０vは、Ｖ
相用燃料電池電源、Ｖ相用半導体電力変換素子群、及び
Ｖ相用ドライバ４vとで構成されている。Ｖ相用単相イ
ンバータ１０vのＶ相用出力端子５vには、中性点が接地
された三相交流モータ６のＶ相巻線の一端が接続されて
いる。
相用燃料電池電源、Ｖ相用半導体電力変換素子群、及び
Ｖ相用ドライバ４vとで構成されている。Ｖ相用単相イ
ンバータ１０vのＶ相用出力端子５vには、中性点が接地
された三相交流モータ６のＶ相巻線の一端が接続されて
いる。
【００２５】Ｖ相用燃料電池電源は、４個の同一定格の
燃料電池１av、１bv、１cv、１dvを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
燃料電池１av、１bv、１cv、１dvを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
【００２６】Ｖ相用半導体電力変換素子群を形成する６
個のトランジスタ２av、２bv、２cv、２dv、２ev、２fv
は、前記Ｖ相用燃料電池電源の各電源端子とＶ相用出力
端子５ｕとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２avは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２bvは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cvは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２dvは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２evは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fvは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＶ相用出力端子５vに
夫々接続されている。
個のトランジスタ２av、２bv、２cv、２dv、２ev、２fv
は、前記Ｖ相用燃料電池電源の各電源端子とＶ相用出力
端子５ｕとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２avは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２bvは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cvは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２dvは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２evは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＶ相用出力端子５vに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fvは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＶ相用出力端子５vに
夫々接続されている。
【００２７】６個のトランジスタ２av、２bv、２cv、２
dv、２ev、２fvのベースは、いずれもＶ相用ドライバ４
vに接続されている。Ｖ相用ドライバ４vは、６個のトラ
ンジスタ２av、２bv、２cv、２dv、２ev、２fvを選択的
にオンオフ制御する。
dv、２ev、２fvのベースは、いずれもＶ相用ドライバ４
vに接続されている。Ｖ相用ドライバ４vは、６個のトラ
ンジスタ２av、２bv、２cv、２dv、２ev、２fvを選択的
にオンオフ制御する。
【００２８】Ｖ相用ドライバ４vによるトランジスタ２a
v〜２fvの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５をトランジスタ
２av〜２fvに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２av〜２fvは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＶ相用出力端子５vには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＶ相電圧波形、即ちＵ
相電圧波形と２π／３だけ位相が遅れた電圧波形が現れ
る。
v〜２fvの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５をトランジスタ
２av〜２fvに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２av〜２fvは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＶ相用出力端子５vには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＶ相電圧波形、即ちＵ
相電圧波形と２π／３だけ位相が遅れた電圧波形が現れ
る。
【００２９】更に、Ｗ相用単相インバータ１０wは、Ｗ
相用燃料電池電源、Ｗ相用半導体電力変換素子群、及び
Ｗ相用ドライバ４wとで構成されている。Ｗ相用単相イ
ンバータ１０wのＷ相用出力端子５wには、中性点が接地
された三相交流モータ６ののＷ相巻線の一端が接続され
ている。
相用燃料電池電源、Ｗ相用半導体電力変換素子群、及び
Ｗ相用ドライバ４wとで構成されている。Ｗ相用単相イ
ンバータ１０wのＷ相用出力端子５wには、中性点が接地
された三相交流モータ６ののＷ相巻線の一端が接続され
ている。
【００３０】Ｗ相用燃料電池電源は、４個の同一定格の
燃料電池１aw、１bw、１cw、１dwを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
燃料電池１aw、１bw、１cw、１dwを直列接続し５段階の
電圧、即ち＋２Ｅ（Ｖ）、＋Ｅ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｅ
（Ｖ）、−２Ｅ（Ｖ）を供給できる５個の電源端子を備
えた燃料電池電源である。
【００３１】Ｗ相用半導体電力変換素子群を形成する６
個のトランジスタ２aw、２bw、２cw、２dw、２ew、２fw
は、前記Ｗ相用燃料電池電源の各電源端子とＷ相用出力
端子５wとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２awは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２bwは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cwは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２dwは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２ewは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fwは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＷ相用出力端子５wに
夫々接続されている。
個のトランジスタ２aw、２bw、２cw、２dw、２ew、２fw
は、前記Ｗ相用燃料電池電源の各電源端子とＷ相用出力
端子５wとの間に接続されている。即ち、ＮＰＮトラン
ジスタ２awは、そのコレクタとエミッタが＋２Ｅ電源端
子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されている。ＮＰＮ
トランジスタ２bwは、そのコレクタとエミッタが＋Ｅ電
源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されている。Ｎ
ＰＮトランジスタ２cwは、そのコレクタとエミッタが零
電位電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続されてい
る。ＰＮＰトランジスタ２dwは、そのコレクタとエミッ
タが零電位電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接続さ
れている。ＰＮＰトランジスタ２ewは、そのコレクタと
エミッタが−Ｅ電源端子とＷ相用出力端子５wに夫々接
続されている。ＰＮＰトランジスタ２fwは、そのコレク
タとエミッタが−２Ｅ電源端子とＷ相用出力端子５wに
夫々接続されている。
【００３２】６個のトランジスタ２aw、２bw、２cw、２
dw、２ew、２fwのベースは、いずれもＷ相用ドライバ４
wに接続されている。Ｗ相用ドライバ４wは、６個のトラ
ンジスタ２aw、２bw、２cw、２dw、２ew、２fwを選択的
にオンオフ制御する。
dw、２ew、２fwのベースは、いずれもＷ相用ドライバ４
wに接続されている。Ｗ相用ドライバ４wは、６個のトラ
ンジスタ２aw、２bw、２cw、２dw、２ew、２fwを選択的
にオンオフ制御する。
【００３３】Ｗ相用ドライバ４wによるトランジスタ２a
w〜２fwの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５をトランジスタ
２aw〜２fwに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２aw〜２fwは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＷ相用出力端子５wには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＷ相電圧波形、即ちＶ
相電圧波形と２π／３だけ位相が遅れた電圧波形が現れ
る。
w〜２fwの選択的なオンオフ制御は、例えば図４の左欄
に示す駆動パルス、即ち幅と振幅が一定の駆動パルスＳ
３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５をトランジスタ
２aw〜２fwに夫々印加することで行われる。すると、ト
ランジスタ２aw〜２fwは選択的にオンオフ制御され、電
力変換装置のＷ相用出力端子５wには、図４の右欄に示
す如き階段的に規則的に変化するＷ相電圧波形、即ちＶ
相電圧波形と２π／３だけ位相が遅れた電圧波形が現れ
る。
【００３４】コントローラ３は制御信号に従って、前記
Ｕ相用ドライバ４uとＶ相用ドライバ４vとＷ相用ドライ
バ４wを制御し、変換される三相交流の周波数又は電力
を所定の値に保持する。
Ｕ相用ドライバ４uとＶ相用ドライバ４vとＷ相用ドライ
バ４wを制御し、変換される三相交流の周波数又は電力
を所定の値に保持する。
【００３５】以上、第１実施形態と第２実施形態につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定
されるものではない。また、これらの実施形態を構成す
る構成要素も図示のものに限定されない。例えば、半導
体電力変換素子は、ＮＰＮトランジスタやＰＮＰトラン
ジスタでなく、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等も用い
られる。
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定
されるものではない。また、これらの実施形態を構成す
る構成要素も図示のものに限定されない。例えば、半導
体電力変換素子は、ＮＰＮトランジスタやＰＮＰトラン
ジスタでなく、サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等も用い
られる。
【００３６】
【発明の効果】本発明により、燃料電池電源の直流電力
を交流電力に変換するパルス振幅変調方式の電力変換装
置であって、簡単な回路構成の電力変換装置を実現でき
た。従って、本発明に係るパルス振幅変調方式の電力変
換装置においては、周辺機器への悪影響を低減でき、電
磁雑音も少なくすることが可能になった。更に、本発明
によれば燃料電池を電源とするシステムの大容量化が行
えるので、燃料電池電車の実現が可能となった。
を交流電力に変換するパルス振幅変調方式の電力変換装
置であって、簡単な回路構成の電力変換装置を実現でき
た。従って、本発明に係るパルス振幅変調方式の電力変
換装置においては、周辺機器への悪影響を低減でき、電
磁雑音も少なくすることが可能になった。更に、本発明
によれば燃料電池を電源とするシステムの大容量化が行
えるので、燃料電池電車の実現が可能となった。
【図１】本発明の第１実施形態の直流電力を単相交流電
力に変換する電力変換装置の回路構成図である。
力に変換する電力変換装置の回路構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の直流電力を単相交流電
力に変換する電力変換装置の駆動パルスと単相交流出力
の波形図である。
力に変換する電力変換装置の駆動パルスと単相交流出力
の波形図である。
【図３】本発明の第２実施形態の直流電力を三相交流電
力に変換する電力変換装置の回路構成図である。
力に変換する電力変換装置の回路構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態の直流電力を三相交流電
力に変換する電力変換装置の駆動パルスと三相交流出力
の波形図である。
力に変換する電力変換装置の駆動パルスと三相交流出力
の波形図である。
１a 〜１e 燃料電池
１au 〜１du 燃料電池
１av 〜１dv 燃料電池
１aw 〜１dw 燃料電池
１ao 〜1eo 電圧端子
２a 〜２e 半導体電力変換素子
２au 〜２fu 半導体電力変換素子
２av 〜２fv 半導体電力変換素子
２aw 〜２fw 半導体電力変換素子
３ コントローラ
４u、４v、４w ドライバ
５、５u、５v、５w 出力端子
６ 負荷
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H007 BB06 BB07 CA01 CB02 CB07
CB08 CC04 CC06 DA06 EA01
5H027 AA02 KK52 MM27
5H420 BB04 BB12 CC03 DD04 DD06
EA10 EA39 EA42 EA47 EB10
Claims (2)
- 【請求項１】 複数個の同一定格の燃料電池を直列接続
し複数段階の電圧を供給できる複数の電源端子を備えた
燃料電池電源と、一端が接地された単相負荷の他端が接
続される出力端子と、前記燃料電池電源の各電源端子と
前記出力端子との間に夫々接続された複数の半導体電力
変換素子と、前記複数の半導体電力変換素子の制御電極
に幅と振幅が一定の駆動パルスを選択的に印加する制御
手段とから構成され、燃料電池電源の直流電力を交流電
力に変換して単相負荷に供給するパルス振幅変調方式の
電力変換装置。 - 【請求項２】 複数個の同一定格の燃料電池を直列接続
し複数段階の電圧を供給できる複数の電源端子を備えた
Ｕ相用燃料電池電源と、中性点を有する三相負荷のＵ相
巻線の一端が接続されるＵ相用出力端子と、前記Ｕ相用
燃料電池電源の各電源端子と前記出力端子との間に夫々
接続された複数の半導体電力変換素子と、前記複数の半
導体電力変換素子の制御電極に幅と振幅が一定の駆動パ
ルスを選択的に印加するＵ相用ドライバとから構成され
たＵ相用単相インバータと、複数個の同一定格の燃料電
池を直列接続し複数段階の電圧を供給できる複数の電源
端子を備えたＶ相用燃料電池電源と、前記三相負荷のＶ
相巻線の一端が接続されるＶ相用出力端子と、前記Ｖ相
用燃料電池電源の各電源端子と前記出力端子との間に夫
々接続された複数の半導体電力変換素子と、前記複数の
半導体電力変換素子の制御電極に幅と振幅が一定の駆動
パルスを選択的に印加するＶ相用ドライバとから構成さ
れたＶ相用単相インバータと、複数個の同一定格の燃料
電池を直列接続し複数段階の電圧を供給できる複数の電
源端子を備えたＷ相用燃料電池電源と、前記三相負荷の
Ｗ相巻線の一端が接続されるＷ相用出力端子と、前記Ｗ
相用燃料電池電源の各電源端子と前記出力端子との間に
夫々接続された複数の半導体電力変換素子と、前記複数
の半導体電力変換素子の制御電極に幅と振幅が一定の駆
動パルスを選択的に印加するＷ相用ドライバとから構成
されたＷ相用単相インバータと、前記Ｕ相用ドライバと
Ｖ相用ドライバとＷ相用ドライバを制御するコントロー
ラとから構成され、燃料電池電源の直流電力を三相交流
電力に変換して三相負荷に供給するパルス振幅変調方式
の電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001376755A JP2003180086A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 振幅変調方式の電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001376755A JP2003180086A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 振幅変調方式の電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003180086A true JP2003180086A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=19184885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001376755A Pending JP2003180086A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 振幅変調方式の電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003180086A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006025520A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置、及びこれを搭載した燃料電池車両 |
| JP2007028860A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換装置及びこれを備えた鉄道車輌 |
| JP2007189817A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置の制御方法 |
| JP2015012769A (ja) * | 2013-07-02 | 2015-01-19 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置および電気・機械エネルギ変換システム |
| CN106452155A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-02-22 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 基于dsp2812的多路叠加式高频高压电源 |
| JP2017046467A (ja) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
-
2001
- 2001-12-11 JP JP2001376755A patent/JP2003180086A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006025520A (ja) * | 2004-07-07 | 2006-01-26 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置、及びこれを搭載した燃料電池車両 |
| JP4639668B2 (ja) * | 2004-07-07 | 2011-02-23 | 日産自動車株式会社 | 電力変換装置、及びこれを搭載した燃料電池車両 |
| JP2007028860A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換装置及びこれを備えた鉄道車輌 |
| JP2007189817A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置の制御方法 |
| JP2015012769A (ja) * | 2013-07-02 | 2015-01-19 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置および電気・機械エネルギ変換システム |
| JP2017046467A (ja) * | 2015-08-27 | 2017-03-02 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
| CN106452155A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-02-22 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 基于dsp2812的多路叠加式高频高压电源 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060125 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060530 |