JP2003259654A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ハード構成が特定されず、汎用性があり、個々
のレグや単位インバータの使用頻度が平均化されて熱集
中がなく故障率が低く、故障時には故障箇所を切り離し
て継続して運転することのできる電力変換装置を提供す
る。 【解決手段】複数のスイッチング素子ＳＡ，ＳＡ−，Ｓ
Ｂ，ＳＢ−のオンオフにより２以上の電圧レベルを出力
可能な複数のレグ群９を備え、直流電力を可変周波数、
可変電圧の多相交流電力に変換する電力変換装置におい
て、前記レグ群９は、前記スイッチング素子と、前記ス
イッチング素子に過大な電流が流れたとき自己を前記レ
グ群９から切り離す切り離し手段（１１Ｐ，１１Ｎ，１
２Ｐ，１２Ｎ，１４）とを備えている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変周波数、可変
電圧の多相交流電力を得る電力変換装置の信頼性向上の
ための冗長化に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動機の運転継続性と信頼性を向
上させるために、電動機の駆動システムを２重化する方
法や、単位インバータを多重接続したインバータの構成
で、故障した単位インバータの出力を短絡する方法等を
用いることが知られている。

【０００３】図１１は、変換器１Ａ，１Ｂを用いた待機
２重系の電力変換装置の回路図である。この電力変換装
置においては、変換器１Ａ，１Ｂとも正常なとき、変換
器１Ａだけを使用して直流電源２から直流電力を供給
し、各スイッチング素子のオン・オフ制御により、交流
電動機３に可変周波数、可変電圧の３相交流電力を供給
する。また、変換器１Ａ，１Ｂは常時、監視用信号を切
換制御器４に送り続けている。切換制御器４は変換器１
Ａからの監視用信号を監視し、変換器１Ａに異常が発生
した場合は、出力切換器５により、変換器１Ａの出力を
切り離し、変換器１Ｂの出力を交流電動機３に接続し、
変換器１Ｂにて運転を継続する。

【０００４】図１２は、３個の単位インバータ６を直列
に接続したものを１相とし、それを３組スター接続した
構成の電力変換装置であり、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから交
流電動機３に可変周波数、可変電圧の交流電力を供給す
る。

【０００５】図１３に単位インバータ６の構成を示す。
ここでは単位インバータ６として、単相インバータの場
合を示しており、直流電源２と、単相ブリッジ逆変換器
７と、単位インバータ６の出力を短絡する単位インバー
タ出力短絡器８で構成される。

【０００６】故障時の冗長運転方法としては、特開平１
１−２５２９９２号公報に記載されているように、各単
位インバータ６は、故障時に単位インバータ出力短絡器
８を閉じ、単位インバータ６の出力を０とすることで、
故障回路に電流を流すことなく運転を継続する方法が一
般的に行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た待機２重系の電力変換装置では、一方が故障しない限
り他方は全く使われず、運転が１つの変換器に集中する
ため熱集中し故障率が高くなるという問題や、変換器自
体が２つ必要であり高コストである等の問題がある。ま
た、単位インバータの多重方式では、ハード構成がこの
方式に限られ、汎用性に乏しいという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々のレグや単位インバータの使用
頻度が平均化されて熱集中がなく故障率が低く、故障時
には故障箇所を切り離して継続して運転することのでき
る電力変換装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、複数のスイッチング素子のオン
オフにより２以上の電圧レベルを出力可能な複数のレグ
群を備え、直流電力を可変周波数、可変電圧の多相交流
電力に変換する電力変換装置において、各レグは、前記
スイッチング素子と、前記スイッチング素子に過大な電
流が流れたとき自己を前記レグ群から切り離す切り離し
手段とを備えている構成とする。

【００１０】この発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々のレグの使用頻度が平均化され
て熱集中がなく故障率が低く、故障時には故障箇所を切
り離して継続して運転することのできる電力変換装置を
提供することができる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、切り離し手段は、過電流検出器と前記過電流検出器
から信号を受けて動作するスイッチとからなる構成とす
る。この発明によれば、過大な電流の流れたレグをレグ
群から確実に切り離すことができる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、切り離し手段はヒューズである構成とする。この発
明によれば、過大な電流の流れたレグをレグ群から確実
に切り離すことができる。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、同一のレグ群内の複数（ｎ個）のレグに均等な電流
が流れるように同一の制御信号で各スイッチング素子を
制御し、（ｎ−ｍ）個（ｎ＞ｍ）のレグがレグ群から切
り離された場合、ｍ個のレグをｍ／ｎの電流で運転継続
するようにした構成とする。

【００１４】この発明によれば、（ｎ−ｍ）個のレグが
レグ群から切り離されたのちにも、それ以前と同様に円
滑に運転することのできる電力変換装置を提供すること
ができる。

【００１５】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、同一のレグ群内の複数のレグ（ｎ個）のうち、ｍ個
（ｎ＞ｍ）のレグにだけ均等な電流が流れるように同一
の制御信号で各スイッチング素子を制御し、（ｎ−ｍ）
個のレグがレグ群から切り離された場合でも、継続して
前記ｍ個のレグを同一の制御信号を用いて運転を継続す
るようにした構成とする。

【００１６】この発明によれば、（ｎ−ｍ）個のレグが
レグ群から切り離されたのちにも、それ以前と同様に円
滑に運転することのできる電力変換装置を提供すること
ができる。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、同一のレグ群内の複数のレグのうち、運転すべきレ
グ数を決定するレグ数決定器と、どのレグを運転するか
を選択するレグ接続切換器とを備え、選択されたレグに
だけ均等な電流が流れるように同一の制御信号で各スイ
ッチング素子を制御するようにした構成とする。この発
明によれば、運転すべきレグ数とレグを状況に応じて決
定することのできる電力変換装置を提供することができ
る。

【００１８】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、レグ数決定器は、電力変換装置の出力電流の実効値
または瞬時値、または出力電流指令値の実効値または瞬
時値、または電力を供給する交流電動機の回転数に応じ
て、運転すべきレグ数を決定する構成とする。この発明
によれば、運転すべきレグ数を合理的に決定することが
できる。

【００１９】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、レグ接続切換器は、故障していないレグを固定的に
選択し切り換える構成とする。この発明によれば、特定
のレグが故障している場合にも確実に継続運転すること
のできる電力変換装置を提供することができる。

【００２０】請求項９の発明は、請求項６の発明におい
て、レグ接続切換器は、一定期間毎に、あるいはレグの
スイッチング毎に、各レグのスイッチング回数が均等に
なるように運転するレグを選択し切り換える構成とす
る。この発明によれば、レグ群内の各レグの負担を均等
にすることができる。

【００２１】請求項１０の発明は、請求項９の発明にお
いて、レグ接続切換器は、各レグのスイッチングの回数
を数えるカウンタと、このカウンタの出力の少ないレグ
を必要な数だけ選択する選択手段とを備えている構成と
する。この発明によれば、レグ群内の各レグの負担を均
等にすることができる。

【００２２】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、出力端に交流電動機が接続され、前記交流電動機
への出力電流が所定値を超過した場合に、前記出力電流
が所定値以下となるように前記交流電動機の回転数を低
減する回転数低減手段を具備した構成とする。この発明
によれば、過負荷を生じることなく交流電動機を駆動す
ることのできる電力変換装置を提供することができる。

【００２３】請求項１２の発明は、複数のスイッチング
素子のオンオフにより２以上の電圧レベルを出力可能な
複数のレグ群を備え、直流電力を可変周波数、可変電圧
の多相交流電力に変換する電力変換装置において、前記
レグ群から独立した補助レグ群と、前記複数のレグ群の
故障を検出するレグ群故障検出器と、このレグ群故障検
出器によって制御されて前記故障したレグ群の出力に前
記補助レグ群の出力を接続する補助レグ群切換器とを備
えた構成とする。

【００２４】この発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々のレグの使用頻度が平均化され
て熱集中がなく故障率が低く、故障時には故障箇所を切
り離して継続して運転することのできる電力変換装置を
提供することができる。

【００２５】請求項１３の発明は、複数のスイッチング
素子のオンオフにより２以上の電圧レベルを出力可能な
複数の単位インバータ群を備え、可変周波数、可変電圧
の多相交流電力出力する電力変換装置において、前記単
位インバータ群は、前記スイッチング素子を備えた複数
の単位インバータと、前記単位インバータの故障を検出
する故障検出器と、この故障検出器によって制御されて
前記故障した単位インバータを切り離す切り離し手段と
を備えている構成とする。

【００２６】この発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々の単位インバータの使用頻度が
平均化されて熱集中がなく故障率が低く、故障時には故
障箇所を切り離して継続して運転することのできる電力
変換装置を提供することができる。

【００２７】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、同一の単位インバータ群内の複数（ｎ個）の単
位インバータに均等な電流が流れるように同一の制御信
号で各スイッチング素子を制御し、（ｎ−ｍ）個（ｎ＞
ｍ）の単位インバータが単位インバータ群から切り離さ
れた場合、ｍ個の単位インバータをｍ／ｎの電流で運転
継続するようにした構成とする。

【００２８】この発明によれば、（ｎ−ｍ）個の単位イ
ンバータが単位インバータ群から切り離されたのちに
も、それ以前と同様に円滑に運転することのできる電力
変換装置を提供することができる。

【００２９】請求項１５の発明は、請求項１３の発明に
おいて、同一の単位インバータ群内の複数の単位インバ
ータ（ｎ個）のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ）の単位インバータ
にだけ均等な電流が流れるように同一の制御信号で各ス
イッチング素子を制御し、（ｎ−ｍ）個の単位インバー
タが単位インバータ群から切り離された場合でも、継続
して前記ｍ個の単位インバータを同一の制御信号を用い
て運転継続するようにした構成とする。

【００３０】この発明によれば、（ｎ−ｍ）個の単位イ
ンバータが単位インバータ群から切り離されたのちに
も、それ以前と同様に円滑に運転することのできる電力
変換装置を提供することができる。

【００３１】請求項１６の発明は、請求項１３の発明に
おいて、同一の単位インバータ群内の複数の単位インバ
ータのうち、運転すべき単位インバータ数を決定する単
位インバータ数決定器と、どの単位インバータを運転す
るかを選択する単位インバータ接続切換器とを備え、選
択された単位インバータにだけ均等な電流が流れるよう
に同一の制御信号で各スイッチング素子を制御するよう
にした構成とする。この発明によれば、運転すべき単位
インバータ数と単位インバータを状況に応じて決定する
ことのできる電力変換装置を提供することができる。

【００３２】請求項１７の発明は、請求項１６の発明に
おいて、単位インバータ数決定器は、電力変換装置の出
力電流の実効値または瞬時値、または出力電流指令値の
実効値または瞬時値、または電力を供給する交流電動機
の回転数に応じて、運転すべき単位インバータ数を決定
する構成とする。この発明によれば、運転すべき単位イ
ンバータ数を合理的に決定することができる。

【００３３】請求項１８の発明は、請求項１６の発明に
おいて、単位インバータ接続切換器は、故障していない
単位インバータを固定的に選択し切り換える構成とす
る。この発明によれば、特定の単位インバータが故障し
ている場合にも確実に継続運転することのできる電力変
換装置を提供することができる。

【００３４】請求項１９の発明は、請求項１６の発明に
おいて、単位インバータ接続切換器は、一定期間毎に、
あるいは単位インバータのスイッチング毎に、各単位イ
ンバータのスイッチング回数が均等になるように運転す
る単位インバータを選択し切り換える構成とする。この
発明によれば、単位インバータ群内の各単位インバータ
の負担を均等にすることができる。

【００３５】請求項２０の発明は、請求項１６の発明に
おいて、単位インバータ接続切換器は、各単位インバー
タのスイッチングの回数を数えるカウンタと、このカウ
ンタの出力の少ない単位インバータを必要な数だけ選択
する選択手段とを備えている構成とする。この発明によ
れば、単位インバータ群内の各単位インバータの負担を
均等にすることができる。

【００３６】請求項２１の発明は、請求項１３の発明に
おいて、出力端に交流電動機が接続され、前記交流電動
機への出力電流が所定値を超過した場合に、前記出力電
流が所定値以下となるよう前記に交流電動機の回転数を
低減する回転数低減手段を具備した構成とする。この発
明によれば、過負荷を生じることなく交流電動機を駆動
することのできる電力変換装置を提供することができ
る。

【００３７】請求２２の発明は、複数のスイッチング素
子のオンオフにより２以上の電圧レベルを出力可能な複
数の単位インバータ群を備え、直流電力を可変周波数、
可変電圧の多相交流電力に変換する電力変換装置におい
て、前記単位インバータ群から独立した補助単位インバ
ータ群と、前記複数の単位インバータ群の故障を検出す
る単位インバータ群故障検出器と、この単位インバータ
群故障検出器によって制御されて前記故障した単位イン
バータ群の出力に前記補助単位インバータ群の出力を接
続する補助単位インバータ群切換器とを備えた構成とす
る。

【００３８】この発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々の単位インバータの使用頻度が
平均化されて熱集中がなく故障率が低く、故障時には故
障箇所を切り離して継続して運転することのできる電力
変換装置を提供することができる。

【００３９】請求項２３の発明は、複数のスイッチング
素子のオンオフにより３以上の電圧レベルを出力可能な
レグを２つ持つ単位インバータを２相以上備え、可変周
波数、可変電圧の多相交流電力を出力する電力変換装置
において、前記単位インバータは、レグ毎に設けられた
過電流検出器と、ひとつのレグを他方のレグから切り離
すスイッチと、ひとつのレグの出力を単位インバータの
中性点に接続するスイッチとを備え、ひとつのレグが過
電流を検出したとき、当該レグを切り離しスイッチによ
って他方のレグから切り離し、かつ当該レグの出力と単
位インバータの中性点を接続して運転を継続するように
した構成とする。

【００４０】この発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々のレグや単位インバータの使用
頻度が平均化されて熱集中がなく故障率が低く、故障時
には故障箇所を切り離して継続して運転することのでき
る電力変換装置を提供することができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図１，２は本発明の第１の実
施の形態の電力変換装置を示す回路図である。すなわ
ち、本実施の形態の電力変換装置は、図１に示すよう
に、直流電源２に接続されたＵ，Ｖ，Ｗ３相のレグ群９
をもつ構成であり、各相の出力は、交流電動機３に接続
されている。

【００４２】レグ群９の詳細を図２に示す。図２は、２
つのレグ１０Ａ，１０Ｂを備えている構成を示してお
り、レグ１０Ａ，１０Ｂの出力レベルが２レベルの場合
を示している。各レグ１０Ａ，１０Ｂには、レグ電流検
出器１１Ｐ，１１Ｎと、レグ遮断器１２Ｐ，１２Ｎを備
えている。また、自己消弧素子ＳＡ，ＳＡ−，ＳＢ，Ｓ
Ｂ−をオン・オフ制御するゲート信号を生成するゲート
制御回路１３と、レグ１０Ａ，１０Ｂのいずれにゲート
信号を送るかを選択するレグ選択スイッチ１４とを備え
ている。

【００４３】レグ電流検出器１１Ｐ，１１Ｎは、ある設
定された値以上の電流が流れた場合、過電流信号を、レ
グ選択スイッチ１４および、レグ遮断器１２Ｐ，１２Ｎ
へ送る。レグ選択スイッチ１４は、レグ電流検出器１１
Ｐ，１１Ｎからの過電流信号を常時監視し、２つのレグ
１０Ａ，１０Ｂからの過電流信号がない場合は、ゲート
制御回路１３からのゲート信号をレグ１０Ａに送る。

【００４４】レグ遮断器１２Ｐ，１２Ｎは、レグ電流検
出器１１Ｐまたは１１Ｎで、過電流信号が検出された場
合、両方の遮断器が開き、レグ１０Ａが回路から完全に
切り離される。また、このとき同時に、レグ選択スイッ
チ１４は、レグ１０Ａに送っていたオン・オフ制御信号
をレグ１０Ｂに送るように切り換える。このようにする
ことによって、あるひとつのレグ１０Ａまたは１０Ｂに
何らかの異常が発生し、過電流が流れた場合でも、該当
レグ１０Ａまたは１０Ｂを回路から切り離し、残ったレ
グ１０Ｂまたは１０Ａにて運転を継続することができ
る。

【００４５】図１の回路は、３相交流を供給する例であ
るが、２相あるいは、４相以上の交流電力を供給する場
合でも同様である。また、図２の回路は、２レベルのレ
グの例であるが、３レベル以上のレグの場合でも同様の
効果が得られる。また、図２では、レグが２つの場合を
示したが、レグが３つ以上の場合も同様の効果が得られ
る。

【００４６】また、電流検出器１１Ｐ，１１Ｎの過電流
検出時に、内部短絡無しに自己消弧素子ＳＡ，ＳＡ−，
ＳＢ，ＳＢ−をオフできるのであれば、レグ遮断器１２
Ｐ，１２Ｎを設けることなく、自己消弧素子ＳＡ，ＳＡ
−，ＳＢ，ＳＢ−をオフし続けるようにすればよい。

【００４７】つぎに本発明の第２の実施の形態の電力変
換装置を図３を参照して説明する。図２と同一の構成要
素については同一の符号をつけることによりその説明を
省略する。図２と異なる点は、レグ電流検出器１１Ｐ，
１１Ｎおよびレグ遮断器１２Ｐ，１２Ｎに代えて、所定
値以上の電流が所定以上の時間流れた場合に溶断する速
断ヒューズ１５Ｐ，１５Ｎを備えている点である。

【００４８】この実施の形態では、過電流が検出された
場合、速断ヒューズ１５Ｐ，１５Ｎが溶断することによ
り、レグ１０Ａまたは１０Ｂが回路から切り離されるた
め、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。図３の例では、２レベルのレグの例であるが、３レ
ベル以上のレグの場合でも同様の効果が得られる。ま
た、図３では、レグが２つの場合を示したが、レグが３
つ以上の場合も同様の効果が得られる。

【００４９】つぎに本発明の第３の実施の形態の電力変
換装置を図４を参照して説明する。図２と同一の構成要
素については同一の符号をつけることによりその説明を
省略する。図２と異なる点は、レグ選択スイッチ１４の
代わりに、ゲート切り離しイッチ１６を設けた点であ
る。

【００５０】ゲート切り離しスイッチ１６は、レグ電流
検出器１１Ｐ，１１Ｎからの過電流信号を受け取らない
場合、両方のレグ１０Ａ，１０Ｂに同じゲート信号を送
る。そして、ひとつのレグ１０Ａまたは１０Ｂの過電流
信号を受け取ると、該当レグ１０Ａまたは１０Ｂのゲー
ト信号をオフし続けるように制御し、残った健全なレグ
１０Ｂまたは１０Ａだけで運転を継続する。

【００５１】この実施の形態では、正常時は、使用でき
る全てのレグ１０Ａ，１０Ｂを利用し、自己消弧素子Ｓ
Ａ，ＳＡ−，ＳＢ，ＳＢ−に流れる電流を分担させるこ
とができる。このような自己消弧素子ＳＡ，ＳＡ−，Ｓ
Ｂ，ＳＢ−は、一般に流れる電流の二乗に比例して導通
損失が増加するので、ひとつのレグ１０Ａまたは１０Ｂ
に流す電流を少なくすることは、トータルの損失および
温度上昇を抑える効果がある。また、ひとつのレグ１０
Ａまたは１０Ｂが故障しても、他方のレグ１０Ｂまたは
１０Ａで運転継続できるので、装置の信頼性が高められ
る。

【００５２】図４の例では２レベルのレグの例である
が、３レベル以上のレグの場合でも同様の効果を得るこ
とができる。また、図４ではレグが２つの場合を示した
が、レグが３つ以上の場合も同様の効果を得ることがで
きる。

【００５３】つぎに本発明の第４の実施の形態の電力変
換装置を図５を参照して説明する。図４と同一の構成要
素については同一の符号をつけることによりその説明を
省略する。図４と異なる点は、ゲート切り離しスイッチ
１６の操作入力側に、健全レグ検出回路１７、出力相電
流検出器１８、レグ数決定回路１９、スイッチングカウ
ンタ２０およびレグ選択制御回路２１を設けた点であ
る。

【００５４】健全レグ検出回路１７は、レグ電流検出器
１１Ｐ，１１Ｎからの過電流信号を受け取り、健全なレ
グ１０Ａまたは１０Ｂの番号をレグ選択制御回路２１に
送る。また、レグ数決定回路１９は、出力相電流検出器
１８からの電流値から、主電流を流すべきレグ１０Ａ，
１０Ｂの数をレグ選択制御回路２１に送る。スイッチン
グカウンタ２０は、各レグ１０Ａ，１０Ｂがスイッチン
グした回数を記憶し、その数をレグ選択制御回路２１に
送る。

【００５５】レグ選択制御回路２１は下記の（１）から
（５）のアルゴリズムで、次にスイッチングするレグ１
０Ａ，１０Ｂを決定し、ゲート切り離しスイッチ１６に
より切り換え、各レグ１０Ａ，１０Ｂにゲート信号を送
る。すなわち、 （１）動作させるべきレグの数を、レグ数決定回路１９
から受け取る。 （２）故障していないレグの番号を健全レグ検出回路１
７から受け取る。 （３）スイッチングカウンタ２０から、各レグのスイッ
チング回数を受け取る。 （４）故障していないレグのうち、スイッチングカウン
タ２０の値が少ない順に、動作さるべきレグの数だけを
抽出する。 （５）動作させるレグにゲート信号を与えるように、ゲ
ート切り離しスイッチ１６に信号を送る。

【００５６】以上により、冗長なレグを持つ電力変換装
置において、必要な数のレグだけを出力電流に応じて有
効に使うことができ、また、レグのスイッチング回数が
均等になるように制御できることから、スイッチングの
集中による熱集中がなく自己消弧素子ＳＡ，ＳＡ−，Ｓ
Ｂ，ＳＢ−の温度上昇を抑えられ装置寿命を延ばすこと
ができると共に、運転継続の信頼性を向上することがで
きる。

【００５７】図５では、動作させるべきレグの数を出力
相電流検出器１８からの値で決定したが、電流指令値か
ら決定しても同様な効果が得られる。また、出力電流あ
るいは電流指令値の、実効値あるいは瞬時値どちらから
決定しても、同様な効果が得られる。切り換えるタイミ
ングも、スイッチング毎に随時行う方法を示したが、一
定時間毎としたり、故障時だけの切換としてもよい。

【００５８】また、交流電動機３の速度が電流に応じて
増減する場合には、交流電動機３への回転数指令値に応
じてレグ数を決定しても、同様な効果が得られる。同様
に、交流電動機３の速度が電流に応じて増減する場合、
健全なレグ全てを駆動しても交流電動機３を駆動するこ
とができなくなった場合は、交流電動機３の指令値を低
減すれば、交流電動機３の運転を継続することができ
る。

【００５９】図５の例では、２レベルのレグの例である
が、３レベル以上のレグの場合でも同様の効果が得られ
る。また、図５ではレグが２つの場合を示したが、レグ
が３つ以上の場合も同様の効果が得られる。

【００６０】つぎに本発明の第５の実施の形態の電力変
換装置を図６を参照して説明する。図１と同一の構成要
素については同一の符号をつけることによりその説明を
省略する。図１と異なる点は、補助レグ群９Ｓと、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相のレグ群９の故障を検出するレグ群故障検出器
２２と、補助レグ群９Ｓを各相出力に接続する補助レグ
群切り換え器２３とを設けた点である。

【００６１】補助レグ群９Ｓは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のレグ群
９と同じ構成であり、例えば図２〜図５の構成でよい。
また、各レグ群９，９Ｓ内のレグは１つであってもよ
く、または３つ以上であってもよい。

【００６２】レグ群故障検出器２２は、各相のレグ群９
からの故障信号を監視しており、あるレグ群９に故障が
発生した場合、補助レグ群切り替え器２３によって、該
当レグ群９の出力に補助レグ群９Ｓの出力を接続し、運
転を継続する。このように、本実施の形態の電力変換装
置は、冗長運転に変換器２台分のレグ群を必要としない
ため、低コストを実現することができる。

【００６３】なお、図６の例では、３相電力用変換装置
の例を示したが、２相あるいは４相以上の場合も、同様
の効果が得られる。また、図６では、各相が共通の直流
電圧源２に接続された場合を示したが、個々に直流電圧
源２を持たせた場合でも同様の効果があり、この場合に
は、直流電圧の異常による故障に対しても、冗長運転す
ることができ、さらに信頼性が向上する。

【００６４】つぎに本発明の第６の実施の形態の電力変
換装置を図７および図８を参照して説明する。図７の回
路は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の単位インバータ群２４をもつ構成
であり、各相の出力は、交流電動機３に接続されてい
る。単位インバータ群２４の詳細を図８に示す。

【００６５】図８は、単位インバータ２５Ａ，２５Ｂを
有する構成を示しており、単位インバータ２５Ａ，２５
Ｂが単相２レベルインバータの場合を示している。各単
位インバータ２５Ａ，２５Ｂには、単位インバータ故障
検出器２６および、単位インバータ切り離し器２７を備
え、単位インバータ２５Ａ，２５Ｂ内で故障が発生した
場合、当該単位インバータ２５Ａ，２５Ｂの出力を単位
インバータ切り離し器２７で切り離す。単位インバータ
２５Ａ，２５Ｂのゲート制御のための構成は、前記第１
から第５の実施の形態の電力変換装置におけると同様で
ある。

【００６６】図８では、２レベルの単位インバータの例
であるが、３レベル以上の単位インバータの場合でも同
様の効果が得られる。また、図８では、単位インバータ
が２つの場合を示したが、単位インバータが３つ以上の
場合も同様の効果が得られる。

【００６７】また、図８に示されている単位インバータ
２５Ａ，２５Ｂの各レグが、前記第１から第５の実施の
形態と同じ構成の場合、各実施の形態と同様の効果が得
られる。

【００６８】つぎに本発明の第７の実施の形態の電力変
換装置を図９を参照して説明する。図７と同一の構成要
素については、同一の符号をつけることによりその説明
は省略する。図７と異なる点は、補助単位インバータ群
２４Ｓと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の単位インバータ群２４の故障
を検出する単位インバータ群故障検出器２８と、補助単
位インバータ群２４Ｓを各相出力に接続する補助単位イ
ンバータ群切り換え器２９とを備えている点である。

【００６９】補助単位インバータ群２４Ｓは、Ｕ，Ｖ，
Ｗ相の単位インバータ群２４と同じ構成であり、例えば
図８の構成でよい。また、単位インバータが１つまたは
３つ以上であってもよい。

【００７０】単位インバータ群故障検出器２８は、Ｕ，
Ｖ，Ｗ相の単位インバータ群２４からの故障信号を監視
しており、ある単位インバータ群２４に故障が発生した
場合、補助単位インバータ群切り替え器２９によって、
該当単位インバータ２４群の出力に補助単位インバータ
群２４Ｓの出力を接続し、運転を継続する。

【００７１】このように、本実施の形態の電力変換装置
は、冗長運転させる場合でも変換器２台分の単位インバ
ータ群を必要としないため、低コストを実現することが
できる。なお、図９の例では、３相電力用変換器の例を
示したが、２相あるいは４相以上の場合も、同様の効果
が得られる。

【００７２】つぎに本発明の第８の実施の形態の電力変
換装置を図１０を参照して説明する。この実施の形態
は、図７に示した単位インバータ群２４のひとつの実現
例であり、単相３レベルインバータひとつからなり、各
レグの出力を中性点に接続する中性点短絡スイッチ３０
を備えている。

【００７３】正常時、単相３レベルインバータは、＋
２，＋１，０，−１，−２の５つの電圧レベルを出力で
きる。ひとつのレグ故障時、当該レグの中性点短絡スイ
ッチ３０を閉じることで、当該レグの出力を中性点に固
定する。こうすることで、この単位インバータの出力
は、＋１，０，−１に減るが、故障レグを切り離すこと
で、運転を継続することができる。なお、図１０では単
相３レベルインバータの場合を示したが、４レベル以上
の場合でも、同様の効果が得られる。

【００７４】以上述べたように本発明の各実施の形態の
電力変換装置においては、各レグ毎あるいは単位インバ
ータ毎に、冗長レグ、冗長単位インバータ等の冗長ユニ
ットを設けることで、信頼性の高いシステムが構築さ
れ、電力変換装置の継続運転が実現される。また、冗長
ユニットを通常ユニットと均等に動作させ、あるいは、
出力電流等に応じて、動作させるユニットの数を制御す
ることで、自己消弧素子の導通ロスを減らし、熱集中を
防ぐことができると共に、装置の信頼性の向上を図るこ
とができる。

【００７５】また、図示しないが、第６の実施の形態等
の各単位インバータについて、各相を第１の実施の形態
のように複数のレグからなるレグ群により構成すること
により、より装置の信頼性を向上させることができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、ハード構成が特定され
ず、汎用性があり、個々のレグや単位インバータの使用
頻度が平均化されて熱集中がなく故障率が低く、故障時
には故障箇所を切り離して継続して運転することのでき
る電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電力変換装置の構
成を示す図。

【図２】上記第１の実施の形態の電力変換装置における
レグ群の構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の電力変換装置にお
けるレグ群の構成を示す図。

【図４】本発明の第３の実施の形態の電力変換装置にお
けるレグ群の構成を示す図。

【図５】本発明の第４の実施の形態の電力変換装置にお
けるレグ群の構成を示す図。

【図６】本発明の第５の実施の形態の電力変換装置の構
成を示す図。

【図７】本発明の第６の実施の形態の電力変換装置の構
成を示す図。

【図８】上記第６の実施の形態の電力変換装置における
単位インバータ群の構成を示す図。

【図９】本発明の第７の実施の形態の電力変換装置の構
成を示す図。

【図１０】本発明の第８の実施の形態の電力変換装置に
おける単位インバータの構成を示す図。

【図１１】従来の待機２重系インバータ装置の構成を示
す図。

【図１２】従来の単相インバータ多重装置の構成を示す
図。

【図１３】従来の単相インバータ多重装置における単相
インバータの構成を示す図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…変換器、２…直流電源、３…交流電動機、
４…切換制御器、５…出力切換器、６…単位インバー
タ、７…単相ブリッジ逆変換器、８…単位インバータ出
力短絡器、９…レグ群、９Ｓ…補助レグ群、１０Ａ，１
０Ｂ…レグ、１１Ｐ，１１Ｎ…レグ電流検出器、１２
Ｐ，１２Ｎ…レグ遮断器、１３…ゲート制御回路、１４
…レグ選択スイッチ、１５Ｐ，１５Ｎ…速断ヒューズ、
１６…ゲート切り離しスイッチ、１７…健全レグ検出回
路、１８…出力相電流検出器、１９…レグ数決定回路、
２０…スイッチングカウンタ、２１…レグ選択制御回
路、２２…レグ群故障検出器、２３…補助レグ群切り換
器、２４…単位インバータ群、２４Ｓ…補助単位インバ
ータ群、２５Ａ，２５Ｂ…単位インバータ、２６…単位
インバータ故障検出器、２７…単位インバータ切り離し
器、２８…単位インバータ群故障検出器、２９…補助単
位インバータ群切り換え器、３０…中性点短絡スイッ
チ。

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のスイッチング素子のオンオフによ
   り２以上の電圧レベルを出力可能な複数のレグ群を備
   え、直流電力を可変周波数、可変電圧の多相交流電力に
   変換する電力変換装置において、各レグは、前記スイッ
   チング素子と、 前記スイッチング素子に過大な電流が流れたとき自己を
   前記レグ群から切り離す切り離し手段とを備えているこ
   とを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 切り離し手段は、過電流検出器と前記過
   電流検出器から信号を受けて動作するスイッチとからな
   ることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 切り離し手段はヒューズであることを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 同一のレグ群内の複数（ｎ個）のレグに
   均等な電流が流れるように同一の制御信号で各スイッチ
   ング素子を制御し、（ｎ−ｍ）個（ｎ＞ｍ）のレグがレ
   グ群から切り離された場合、ｍ個のレグをｍ／ｎの電流
   で運転継続するようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 同一のレグ群内の複数のレグ（ｎ個）の
   うち、ｍ個（ｎ＞ｍ）のレグにだけ均等な電流が流れる
   ように同一の制御信号で各スイッチング素子を制御し、
   （ｎ−ｍ）個のレグがレグ群から切り離された場合で
   も、継続して前記ｍ個のレグを同一の制御信号を用いて
   運転を継続するようにしたことを特徴とする請求項１記
   載の電力変換装置。
6. 【請求項６】 同一のレグ群内の複数のレグのうち、運
   転すべきレグ数を決定するレグ数決定器と、どのレグを
   運転するかを選択するレグ接続切換器とを備え、前記選
   択されたレグにだけ均等な電流が流れるように同一の制
   御信号で各スイッチング素子を制御するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 レグ数決定器は、電力変換装置の出力電
   流の実効値または瞬時値、または出力電流指令値の実効
   値または瞬時値、または電力を供給する交流電動機の回
   転数に応じて、運転すべきレグ数を決定することを特徴
   とする請求項６記載の電力変換装置。
8. 【請求項８】 レグ接続切換器は、故障していないレグ
   を固定的に選択し切り換えることを特徴とする請求項６
   記載の電力変換装置。
9. 【請求項９】 レグ接続切換器は、一定期間毎に、ある
   いはレグのスイッチング毎に、各レグのスイッチング回
   数が均等になるように運転するレグを選択し切り換える
   ことを特徴とする請求項６記載の電力変換装置。
10. 【請求項１０】 レグ接続切換器は、各レグのスイッチ
    ングの回数を数えるカウンタと、このカウンタの出力の
    少ないレグを必要な数だけ選択する選択手段とを備えて
    いることを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
11. 【請求項１１】 出力端に交流電動機が接続され、前記
    交流電動機への出力電流が所定値を超過した場合に、前
    記出力電流が所定値以下となるように前記交流電動機の
    回転数を低減する回転数低減手段を具備したことを特徴
    とする請求項１記載の電力変換装置。
12. 【請求項１２】 複数のスイッチング素子のオンオフに
    より２以上の電圧レベルを出力可能な複数のレグ群を備
    え、直流電力を可変周波数、可変電圧の多相交流電力に
    変換する電力変換装置において、前記レグ群から独立し
    た補助レグ群と、前記複数のレグ群の故障を検出するレ
    グ群故障検出器と、このレグ群故障検出器によって制御
    されて前記故障したレグ群の出力に前記補助レグ群の出
    力を接続する補助レグ群切換器とを備えたことを特徴と
    する電力変換装置。
13. 【請求項１３】 複数のスイッチング素子のオンオフに
    より２以上の電圧レベルを出力可能な複数の単位インバ
    ータ群を備え、可変周波数、可変電圧の多相交流電力出
    力する電力変換装置において、前記単位インバータ群
    は、前記スイッチング素子を備えた複数の単位インバー
    タと、前記単位インバータの故障を検出する故障検出器
    と、この故障検出器によって制御されて前記故障した単
    位インバータを切り離す切り離し手段とを備えているこ
    とを特徴とする電力変換装置。
14. 【請求項１４】 同一の単位インバータ群内の複数（ｎ
    個）の単位インバータに均等な電流が流れるように同一
    の制御信号で各スイッチング素子を制御し、（ｎ−ｍ）
    個（ｎ＞ｍ）の単位インバータが単位インバータ群から
    切り離された場合、ｍ個の単位インバータをｍ／ｎの電
    流で運転継続するようにしたことを特徴とする請求項１
    ３記載の電力変換装置。
15. 【請求項１５】 同一の単位インバータ群内の複数の単
    位インバータ（ｎ個）のうち、ｍ個（ｎ＞ｍ）の単位イ
    ンバータにだけ均等な電流が流れるように同一の制御信
    号で各スイッチング素子を制御し、（ｎ−ｍ）個の単位
    インバータが単位インバータ群から切り離された場合で
    も、継続して前記ｍ個の単位インバータを同一の制御信
    号を用いて運転継続するようにしたことを特徴とする請
    求項１３記載の電力変換装置。
16. 【請求項１６】 同一の単位インバータ群内の複数の単
    位インバータのうち、運転すべき単位インバータ数を決
    定する単位インバータ数決定器と、どの単位インバータ
    を運転するかを選択する単位インバータ接続切換器とを
    備え、選択された単位インバータにだけ均等な電流が流
    れるように同一の制御信号で各スイッチング素子を制御
    するようにしたことを特徴とする請求項１３記載の電力
    変換装置。
17. 【請求項１７】 単位インバータ数決定器は、電力変換
    装置の出力電流の実効値または瞬時値、または出力電流
    指令値の実効値または瞬時値、または電力を供給する交
    流電動機の回転数に応じて、運転すべき単位インバータ
    数を決定することを特徴とする請求項１６記載の電力変
    換装置。
18. 【請求項１８】 単位インバータ接続切換器は、故障し
    ていない単位インバータを固定的に選択し切り換えるこ
    とを特徴とする請求項１６記載の電力変換装置。
19. 【請求項１９】 単位インバータ接続切換器は、一定期
    間毎に、あるいは単位インバータのスイッチング毎に、
    各単位インバータのスイッチング回数が均等になるよう
    に運転する単位インバータを選択し切り換えることを特
    徴とする請求項１６記載の電力変換装置。
20. 【請求項２０】 単位インバータ接続切換器は、各単位
    インバータのスイッチングの回数を数えるカウンタと、
    このカウンタの出力の少ない単位インバータを必要な数
    だけ選択する選択手段とを備えていることを特徴とする
    請求項１６記載の電力変換装置。
21. 【請求項２１】 出力端に交流電動機が接続され、前記
    交流電動機への出力電流が所定値を超過した場合に、前
    記出力電流が所定値以下となるよう前記に交流電動機の
    回転数を低減する回転数低減手段を具備したことを特徴
    とする請求項１３記載の電力変換装置。
22. 【請求項２２】 複数のスイッチング素子のオンオフに
    より２以上の電圧レベルを出力可能な複数の単位インバ
    ータ群を備え、直流電力を可変周波数、可変電圧の多相
    交流電力に変換する電力変換装置において、前記単位イ
    ンバータ群から独立した補助単位インバータ群と、前記
    複数の単位インバータ群の故障を検出する単位インバー
    タ群故障検出器と、この単位インバータ群故障検出器に
    よって制御されて前記故障した単位インバータ群の出力
    に前記補助単位インバータ群の出力を接続する補助単位
    インバータ群切換器とを備えたことを特徴とする電力変
    換装置。
23. 【請求項２３】 複数のスイッチング素子のオンオフに
    より３以上の電圧レベルを出力可能なレグを２つ持つ単
    位インバータを２相以上備え、可変周波数、可変電圧の
    多相交流電力を出力する電力変換装置において、前記単
    位インバータは、レグ毎に設けられた過電流検出器と、
    ひとつのレグを他方のレグから切り離すスイッチと、ひ
    とつのレグの出力を単位インバータの中性点に接続する
    スイッチとを備え、ひとつのレグが過電流を検出したと
    き、当該レグを切り離しスイッチによって他方のレグか
    ら切り離し、かつ当該レグの出力と単位インバータの中
    性点を接続して運転を継続するようにしたことを特徴と
    する電力変換装置。