JP2012010542A - Serial multiple inverter device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の単位インバータの出力側を直列接続して得られる高電圧出力を、交流負荷に供給する直列多重インバータ装置に関する。 The present invention relates to a series multiple inverter device for supplying a high voltage output obtained by connecting the output sides of a plurality of unit inverters in series to an AC load.
電力変換器としての直列多重インバータ装置として、複数の単位インバータの出力を直列接続し、高電圧出力を行う構成が知られている。このような直列多重インバータ装置において、単位インバータが故障した場合、単位インバータは回路に直列に接続されている為、電流経路がなくなり、電流を流すことが出来なくなる。このため、単位インバータが故障した場合は、装置全体を停止させていた。
また、装置全体の停止を避けるための方法としては、特許文献1があり、単位インバータの出力をバイパスするバイパス回路を持たせ、単位インバータ故障時にバイパス回路を動作させることによって、電流経路を作り、単位インバータ故障時も運転の継続を行っていた。
As a series multiple inverter device as a power converter, a configuration in which outputs of a plurality of unit inverters are connected in series to perform high voltage output is known. In such a serial multiple inverter device, when the unit inverter fails, the unit inverter is connected in series to the circuit, so that there is no current path and no current can flow. For this reason, when the unit inverter fails, the entire apparatus is stopped.
Moreover, as a method for avoiding the stop of the entire apparatus, there is
しかしながら、特許文献1に示した、単位インバータが短絡故障や開放故障等をした場合において、単位インバータの出力を短絡し、故障した単位インバータを回路から切り離して、運転を継続する方法では、切り離した単位インバータの分の出力電圧が低下するため、出力電圧が不足し、故障前の出力条件に一致させた運転が出来なくなるという問題がある。
However, when the unit inverter has a short circuit failure or an open failure shown in
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、複数の単位インバータのうちの少なくとも1個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することである。 Therefore, the present invention solves such problems, and the object of the present invention is to operate the remaining healthy unit inverters even if a failure occurs in at least one of the plurality of unit inverters. It is to provide a series multiple inverter device capable of continuing the operation of an AC load at the same output voltage as before the failure without stopping the operation.
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備えた。
In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, the present invention is configured as follows.
That is, a rectifier that converts AC power into DC power, and DC power that is the output of the rectifier is converted into AC power, and a plurality of unit inverters formed by bridge-connecting a plurality of semiconductor switch elements are provided, A unit inverter series connection group in which the input side of each unit inverter is connected in parallel to the output of the rectifier via a smoothing capacitor, the output side of each unit inverter is connected in series and connected to an AC load, and the unit inverter Unit inverter control means for giving an open / close control command in a predetermined order to the semiconductor switch elements constituting the unit, an operation abnormality detection means for detecting an operation abnormality state of the unit inverter, and the operation abnormality detection means is the unit When an abnormality in the inverter is detected, the unit corresponding to the corresponding unit inverter is opened to open the unit. Corresponding to circuit protection means for protecting the inverter, bypass switch connected in parallel to the unit inverter and forming a flow path for circulating load current when electrically closed, and corresponding unit inverter when the operation abnormality is detected The bypass switch control means for short-circuiting the output of the unit inverter by giving a closing command to the bypass switch, and the function of compensating for the output voltage that is insufficient when bypassing the unit inverter, Output voltage margin supply means provided in series.
かかる構成により、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチによって前記単位インバータの出力側を短絡する、それと同時に、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡することによって生じた出力電圧の不足分を、前記出力電圧余裕分供給手段によって補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行う。 With this configuration, when the operation abnormality detecting means detects an abnormality of the unit inverter, the output side of the unit inverter is short-circuited by the bypass switch corresponding to the corresponding unit inverter, and at the same time, the unit inverter is protected. The unit inverter is opened by the circuit protection means to perform protection. At this time, the output voltage shortage caused by the bypass circuit short-circuiting the output of the unit inverter is compensated by the output voltage margin supply means, and the power supply equivalent to that before the failure to the AC load is continuously performed. .
本発明によれば、複数の単位インバータのうちの少なくとも1個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することが出来る。 According to the present invention, even if a failure or the like occurs in at least one of the plurality of unit inverters, the operation of the AC load is performed with the same output voltage as before the failure without stopping the operation of the remaining healthy unit inverters. Can be provided.
本発明の実施形態を次に説明する。実施形態の全体的な構成や、実施形態を構成する個々の要素について、述べる。 Embodiments of the present invention will now be described. The overall configuration of the embodiment and individual elements constituting the embodiment will be described.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の直列多重インバータ装置の第1の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図1において、交流電力1(111〜11m、・・・、1n1〜1nm)、から整流器2(211〜21m、・・・、2n1〜2nm)、平滑コンデンサ4(411〜41m、・・・、4n1〜4nm)を通して供給される直流電圧を交流電圧に変換する単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nm)の出力を直列にm個接続し、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)を構成し、その第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)をn個並列に接続し、その出力端を交流負荷7に接続し交流電力を供給するものである。出力電圧余裕分供給手段8は、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)に直列接続され、インバータ故障時に不足する電圧を保障する。
なお、図1において、出力電圧余裕分供給手段8は装置の中性点(NP)901側に接続されているが、交流負荷(ACLoad)7側や、単位インバータ5の直列接続間などに接続されていても良い。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main configuration of a first embodiment of a serial multiple inverter device of the present invention.
In FIG. 1, AC power 1 (1 11 to 1 1 m ,..., 1 n1 to 1 nm ), rectifier 2 (2 11 to 2 1 m ,..., 2 n1 to 2 nm ), smoothing capacitor 4 ( Output of unit inverter 5 (5 11 to 51 m ,..., 5 n1 to 5 nm ) for converting a DC voltage supplied through 4 11 to 41 m ,..., 4 n1 to 4 nm to an AC voltage m pieces connected in series, the second unit
In FIG. 1, the output voltage margin supply means 8 is connected to the neutral point (NP) 901 side of the apparatus, but is connected to the AC load (ACLLoad) 7 side or between the series connection of the
また、以上において、交流電力1(111〜11m、・・・、1n1〜1nm)、整流器2(211〜21m、・・・、2n1〜2nm)、平滑コンデンサ4(411〜41m、・・・、4n1〜4nm)、単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nm)、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)と表現したが、これらを簡略して、それぞれ交流電力1、整流器2、平滑コンデンサ4、単位インバータ5、第2単位インバータ直列接続群9と表記することもある。
なお、第2単位インバータ直列接続群9には、単位インバータ5以外にも交流電力1、整流器2、平滑コンデンサ4も含まれている。しかし、これらの交流電力1、整流器2、平滑コンデンサ4を含まず、単位インバータ5のみに着目し、単位インバータ5の出力を直列に例えばm個接続した構成(511+512+・・・+51m)を単位インバータ直列接続群と表記し、第2単位インバータ直列接続群9とは区別するものとする。
In addition, in the above, AC power 1 (1 11 to 1 1 m ,..., 1 n1 to 1 nm ), rectifier 2 (2 11 to 2 1 m ,..., 2 n1 to 2 nm ), smoothing capacitor 4 ( 4 11 ~4 1m, ···, 4 n1 ~4 nm), unit inverters 5 (5 11 ~5 1m, ··· , 5 n1 ~5 nm), the second unit inverter series group 9 (9 1 - 9 n ), these may be simplified and expressed as
The second unit inverter series connection group 9 includes the
図1の直列多重インバータ装置の主回路の動作、機能の詳細を述べるために、図1に示した個々の回路の構成、機能、動作を先に説明する。
第2単位インバータ直列接続群9に含まれた構成要素を順に説明する。
In order to describe the details of the operation and function of the main circuit of the series multiple inverter device of FIG. 1, the configuration, function, and operation of each circuit shown in FIG. 1 will be described first.
The components included in the second unit inverter series connection group 9 will be described in order.
<交流電力>
交流電力1(図1)の具体的な構成を図2で示す。
図2(a)は3相交流用の変圧器1の二次側の構成を示している。変圧器1の変圧器二次側巻線104、105、106によって、変圧器出力端子(u)101、(v)102、(w)103から(u、v、w)の組み合わせの3相交流が出力される。
図2(a)においては、変圧器1の一次側は図示していないが、3相交流用の変圧器1を図1においては交流電力1(111〜11m、1n1〜1nm)と表記している。なお、図2(a)では変圧器の構成をΔ結線(デルタ結線)の場合を示したが、Y結線(スター結線)の場合もある。また、同じΔ結線の構成の変圧器を用いる場合でも、交流電力1(111〜11m、1n1〜1nm)の相互間において、3相の位相の異なる組み合わせの場合もある。
<AC power>
A specific configuration of AC power 1 (FIG. 1) is shown in FIG.
FIG. 2A shows the configuration of the secondary side of the three-
Although the primary side of the
図2(b)はよく知られている3相交流の電圧波形を示すものである。各相の電圧は正弦波形の交流であって、3相からなる各相(相1、相2、相3)が120度ずつ位相の異なる組み合わせによって構成されている。なお、前記3相からなる各相は、図2(a)においては(u、v、w)の組み合わせの3相交流に対応している。
FIG. 2B shows a well-known three-phase AC voltage waveform. The voltage of each phase is a sinusoidal alternating current, and each of the three phases (
<第1直流ユニット、その1>
図3は整流器2と平滑コンデンサ4と単位インバータ5からなる第1直流ユニット500の構成を示す回路図である。図3に示した第1直流ユニット500の回路は第2単位インバータ直列接続群9、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置の基本的な動作を説明するために示したものであるので、図1の第2単位インバータ直列接続群9から後記する回路保護手段3(図1)とバイパススイッチ6(図1)は除いて示している。
以下に、第1直流ユニット500の主構成要素であるダイオード整流器401と平滑コンデンサ4と単位インバータ5について、順に述べる。
<First DC unit,
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a
Below, the diode rectifier 401, the smoothing
<整流器と平滑コンデンサ>
整流器2はダイオード211、212、221、222、231、232から構成されている。ダイオード211のカソードは正極端子501に接続され、アノードはダイオード212のカソードに接続されている。ダイオード212のアノードは負極端子502に接続されている。また、ダイオード211のアノードとダイオード212のカソードの接続点には、第1直流ユニット端子(u)111から3相交流の1相分が入力されている。ダイオード211のアノードとダイオード212のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード211を通り正極端子501に到達する。また、負であればダイオード212を通り負極端子502に到達する。
以上から、第1直流ユニット端子(u)111から3相交流の1相分の入力はダイオード211とダイオード212によって全波整流され正極端子501と負極端子502に到達し、かつ平滑コンデンサ(C)4によって蓄積され、かつ平滑化される。
<Rectifier and smoothing capacitor>
The
From the above, the input for one phase of the three-phase alternating current from the first direct current unit terminal (u) 111 is full-wave rectified by the
ダイオード221のカソードは正極端子501に接続され、アノードはダイオード222のカソードに接続されている。ダイオード222のアノードは負極端子502に接続されている。また、ダイオード221のアノードとダイオード222のカソードの接続点には、第1直流ユニット端子(v)112から3相交流の1相分が入力されている。ダイオード221のアノードとダイオード222のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード221を通り正極端子501に到達する。また、負であればダイオード222を通り負極端子502に到達する。
以上から、第1直流ユニット端子(v)112から3相交流の1相分の入力はダイオード221とダイオード222によって全波整流され正極端子501と負極端子502に到達し、かつ平滑コンデンサ(C)4によって蓄積され、かつ平滑化される。
The cathode of the
From the above, the input for one phase of the three-phase alternating current from the first DC unit terminal (v) 112 is full-wave rectified by the
ダイオード231のカソードは正極端子501に接続され、アノードはダイオード232のカソードに接続されている。ダイオード232のアノードは負極端子502に接続されている。また、ダイオード231のアノードとダイオード232のカソードの接続点には、第1直流ユニット端子(w)113から3相交流の1相分が入力されている。ダイオード231のアノードとダイオード232のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード231を通り正極端子501に到達する。また、負であればダイオード232を通り負極端子502に到達する。以上から、第1直流ユニット端子(w)103から3相交流の1相分の入力はダイオード231とダイオード232によって全波整流され正極端子501と負極端子502に到達し、かつ平滑コンデンサ(C)4によって蓄積され、かつ平滑化される。
The cathode of the
整流器2には第1直流ユニット端子(u)111、(v)112、(w)113から3相交流の位相の異なる各相が入力しているので、さらに平均化され、正極端子501と負極端子502の間に接続された平滑コンデンサ4には、より平滑化された直流電力(電圧Vdc)が蓄積される。
なお、図2(a)の変圧器1の変圧器出力端子(u)101、(v)102、(w)103はそれぞれ、図3の第1直流ユニット端子(u)111、(v)112、(w)113に接続されている。
Since the
Note that the transformer output terminals (u) 101, (v) 102, and (w) 103 of the
<単位インバータの構成>
図3において、単位インバータ5は半導体スイッチ素子となる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor 以下、IGBTと略す)511〜514で構成される。
IGBT(S1)511はコレクタが正極端子501に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子(a)503に接続されている。IGBT(S3)513はエミッタが負極端子502に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子(a)503に接続されている。IGBT(S2)512はコレクタが正極端子501に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子(b)504に接続されている。IGBT(S4)514はエミッタが負極端子502に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子(b)504に接続されている。また、IGBT511〜514の各入力端子(ゲート端子)には単位インバータ制御手段10(図8)の制御信号がそれぞれ接続されている。
なお、以上の半導体スイッチ素子(IGBT511〜IGBT514)の構成をブリッジ接続と呼ぶものとする。
<Configuration of unit inverter>
In FIG. 3, the
IGBT (S1) 511 has a collector connected to
The configuration of the above semiconductor switch elements (
このとき、IGBT(S1、S3、S2、S4)のオン(ON)、オフ(OFF)の制御を図4に示したように行うと、単位インバータ出力端子(a)503と、単位インバータ出力端子(b)504間には+Vdc、0、−Vdcを意図的に発生させることができる。なお、IGBT(S1、S3、S2、S4)のオン(ON)、オフ(OFF)の制御は単位インバータ制御手段10(図8)が一括して行う。
なお、半導体スイッチ素子は必ずしもIGBTで構成する必要はないが、IGBTが比較的に絶縁性と耐圧性に優れ、単位インバータ5(図3)として、または第2単位インバータ直列接続群9(図1)、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置として、高電圧を容易に得やすい。
At this time, when the ON (ON) and OFF (OFF) control of the IGBTs (S1, S3, S2, S4) is performed as shown in FIG. 4, the unit inverter output terminal (a) 503 and the unit inverter output terminal (B) Between +504, + Vdc, 0, -Vdc can be generated intentionally. The unit inverter control means 10 (FIG. 8) collectively controls the IGBTs (S1, S3, S2, S4) to be turned on (ON) and off (OFF).
The semiconductor switch element is not necessarily composed of an IGBT, but the IGBT is relatively excellent in insulation and pressure resistance, and is used as the unit inverter 5 (FIG. 3) or the second unit inverter series connection group 9 (FIG. 1). ), Or as a series multiple inverter device of this embodiment, it is easy to obtain a high voltage.
<単位インバータの出力波形例>
図5は単位インバータ5(図3)の単位インバータ出力端子(a)503と、単位インバータ出力端子(b)504間の出力を0と+Vdcとの間に発生させる場合におけるそれぞれの期間による出力電圧の相違を示す図である。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
0と+Vdcの発生期間を等しくとった場合の出力電圧波形を示したのが図5(a)であり、0の発生期間よりも、+Vdcの発生期間を長くとった場合の出力電圧波形を示したのが図5(b)である。出力電圧の絶対値としては、ともに0と+Vdcしか出力していないが、出力電圧の平均値としては図5(b)の方が高くなる。
したがって、単位インバータ制御手段10(図8)による単位インバータ5(図3)の制御を単にオン(ON)、オフ(OFF)のみならず、オン(ON)、オフ(OFF)の期間を制御すれば出力電圧の平均値として電圧値を設定する場合には、更に選択の自由度が高まる。
<Example of output waveform of unit inverter>
FIG. 5 shows output voltages according to respective periods when the output between the unit inverter output terminal (a) 503 and the unit inverter output terminal (b) 504 of the unit inverter 5 (FIG. 3) is generated between 0 and + Vdc. It is a figure which shows the difference. The vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time.
FIG. 5A shows the output voltage waveform when the generation period of 0 and + Vdc is equal, and shows the output voltage waveform when the generation period of + Vdc is longer than the generation period of 0. This is shown in FIG. As the absolute value of the output voltage, only 0 and + Vdc are output, but the average value of the output voltage is higher in FIG. 5B.
Therefore, the control of the unit inverter 5 (FIG. 3) by the unit inverter control means 10 (FIG. 8) can be controlled not only simply on (ON) and off (OFF) but also on (ON) and off (OFF) periods. For example, when the voltage value is set as the average value of the output voltage, the degree of freedom of selection is further increased.
<第1直流ユニット、その2>
図3の第1直流ユニット500を構成する要素として、整流器2、平滑コンデンサ4、および単位インバータ5について、それぞれ述べたので、第1直流ユニット500としての動作を説明する。
図3において、第1直流ユニット入力端子(u)111、(v)112、(w)113から3相交流を入力している。入力した3相交流は複数のダイオードからなる整流器2に入力する。整流器2は、入力した3相交流を全波整流して、交流を直流(平均電圧がVdc)に変換する。整流器2の出力は平滑コンデンサ(C)4を経て、単位インバータ5に供給され、単位インバータ出力端子(a)503、(b)504間に+Vdc、0、−Vdcの直流電圧を単位インバータ制御手段10(図8)の制御状況に応じて出力する。
<First DC unit,
Since the
In FIG. 3, three-phase alternating current is input from the first direct current unit input terminals (u) 111, (v) 112, and (w) 113. The input three-phase alternating current is input to the
<単位インバータ直列接続群の構成>
出力電圧を高く、あるいは出力電圧の種類を増やすために、複数の第1直流ユニット500(図3)において、単位インバータ5の出力を直列に接続したものを単位インバータ直列接続群(511+512+・・・+51m)(図1)と表記する。
また、第1直流ユニット500(図3)に回路保護手段3とバイパススイッチ6と交流電力1を更に具備したことから第2直流ユニット600(図15)が構成されている。
そして、図1において、第2単位インバータ直列接続群9は第2直流ユニット600(図15)における単位インバータ5(図3)の単位インバータ出力端子(a)、(b)を直列に連続して接続して構成される。この構成によって、第2単位インバータ直列接続群9の出力端子からは、合成されて、より高圧の電圧や様々の電圧が出力されることが可能となる。
<Configuration of unit inverter series connection group>
In order to increase the output voltage or increase the number of types of output voltage, a plurality of first DC units 500 (FIG. 3) in which the outputs of the
Further, since the first DC unit 500 (FIG. 3) is further provided with the circuit protection means 3, the
In FIG. 1, the second unit inverter series connection group 9 includes the unit inverter output terminals (a) and (b) of the unit inverter 5 (FIG. 3) in the second DC unit 600 (FIG. 15) continuously connected in series. Connected and configured. With this configuration, from the output terminal of the second unit inverter series connection group 9, it is possible to synthesize and output a higher voltage or various voltages.
なお、第2単位インバータ直列接続群9は第2直流ユニット600(図15)を直列に連続して接続して構成されるので「直流ユニット直列接続群」、もしくは「第2直流ユニット直列接続群」とも表現できるが、ここでは出力電圧を合成するのであり、かつ出力電圧を直接出力しているのは単位インバータ5であるので「第2単位インバータ直列接続群」と称している。
また、前記したように第2単位インバータ直列接続群9から、交流電力1、整流器2、回路保護手段3、平滑コンデンサ4、バイパススイッチ6を除いた単位インバータ5にのみに着目して、単位インバータ5の直列接続群と捉えた場合にも単位インバータ直列接続群(511+512+・・・+51m、・・・、5n1+5n2+・・・+5nm)(図1)と表記する。
Since the second unit inverter series connection group 9 is configured by connecting the second DC units 600 (FIG. 15) continuously in series, the “DC unit series connection group” or the “second DC unit series connection group”. However, since the
Further, as described above, focusing on only the
また、1個の第1直流ユニット500(図3)の単位インバータ5(図3)には、1個の単位インバータ制御手段10(図8)が備えられ、それにより開閉が制御されている。したがって、図1に示すように第2単位インバータ直列接続群9として、複数の第2直流ユニット600(図15)があり、かつ複数の第2単位インバータ直列接続群(91〜9n)があるので、多数の単位インバータ制御手段10(図8)がある。図1の回路に含まれるこれら多数の単位インバータ制御手段10(図8)を連携して動作させるため、これらを統括する統括インバータ制御手段(不図示)がある。 Further, the unit inverter 5 (FIG. 3) of one first DC unit 500 (FIG. 3) is provided with one unit inverter control means 10 (FIG. 8), and the opening / closing thereof is controlled. Therefore, as shown in FIG. 1, as the second unit inverter series connection group 9, there are a plurality of second DC units 600 (FIG. 15), and a plurality of second unit inverter series connection groups (9 1 to 9 n ). There are a large number of unit inverter control means 10 (FIG. 8). In order to operate these many unit inverter control means 10 (FIG. 8) included in the circuit of FIG. 1 in cooperation with each other, there is a general inverter control means (not shown) that controls them.
<単位インバータ直列接続群の出力電圧波形例>
図6は第2単位インバータ直列接続群9(図1)において、直列の段数mが3段の場合での出力波形例を示すものである。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
図6においては第2単位インバータ直列接続群91相の電圧波形を+2Vdcと+3Vdcとの間で発生させていることを示している。これは、直列に接続された3個の単位インバータの内の2個の単位インバータの出力電圧を+Vdcとし、残りの1個を0と+Vdcとの間で変化させたものである。
<Example of output voltage waveform of unit inverter series connection group>
FIG. 6 shows an example of an output waveform in the case where the number m of series stages is 3 in the second unit inverter series connection group 9 (FIG. 1). The vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time.
FIG. 6 shows that the voltage waveform of the second unit inverter series connection group 9 1 phase is generated between +2 Vdc and +3 Vdc. In this case, the output voltage of two unit inverters of three unit inverters connected in series is + Vdc, and the other one is changed between 0 and + Vdc.
また、0、+Vdc、+2Vdc、+3Vdc、およびこれらの負極性の電圧の階段状の波形(不図示)も発生できる。
なお、これらの電圧を発生させる制御は単位インバータ制御手段10(図8)が行う。
また、第2単位インバータ直列接続群9において、第2単位インバータ直列接続群91による出力である91相のみならず、第2単位インバータ直列接続群92による出力である92相から、第2単位インバータ直列接続群9nによる出力である9n相においても同様に制御し、階段状の波形を発生させることができる。
Also, stepped waveforms (not shown) of 0, + Vdc, + 2Vdc, + 3Vdc, and negative voltages thereof can be generated.
The control for generating these voltages is performed by the unit inverter control means 10 (FIG. 8).
Further, from the second unit inverter series group 9, not only the second unit inverter series group 9 1 9 1 phase is output by, the output of the second unit inverter series group 9 2 9 2 phase, The same control can be applied to the 9 n phase output from the second unit inverter series connection group 9 n to generate a stepped waveform.
図7は単位インバータ5(もしくは第2直流ユニット600(図15))の段数を3段より、更に増やした場合の単位インバータ直列接続群(511+512+・・・+51m)(図1)の出力電圧波形例を示すものである。前記したように、単位インバータ5の出力は+Vdc、0、−Vdcを選択でき、第2単位インバータ直列接続群9においては単位インバータ5の直列の段数を3段を超して構成でき、かつ単位インバータ5の出力の期間を単位インバータ制御手段10(図8)で制御すれば図7(a)に示すような平均値としては曲線に近く、かつ最大値が高電圧の電圧波形を発生することができる。
FIG. 7 shows unit inverter series connection groups (5 11 +5 12 +... +5 1m ) when the number of stages of unit inverter 5 (or second DC unit 600 (FIG. 15)) is further increased from three. ) Shows an example of an output voltage waveform. As described above, the output of the
なお、図7(a)が91相〜9n相の単相の出力電圧波形であるのに対して、図7(b)は例えば91相と92相との相間の線間電圧の一例を表したものである。相電圧のみならず線間電圧で考えると自由度が高くなるので、更に刻み幅が細かくなり、より正弦波に近似された電圧波形も形成できる。 Incidentally, whereas the output voltage waveform of the single-phase in FIG. 7 (a) 9 1 phase to 9 n-phase, FIG. 7 (b) example 9 1-phase and phase line voltage between 9 2 phases It shows an example. Considering not only the phase voltage but also the line voltage, the degree of freedom is high, so that the step size is further reduced, and a voltage waveform more approximate to a sine wave can be formed.
<3相出力でモータ負荷の場合>
図1において、交流負荷(ACLoad)7が3相交流モータである場合には、n組からなる第2単位インバータ直列接続群9nが、n=3の3組の第2単位インバータ直列接続群91〜第2単位インバータ直列接続群93からなり、かつその出力電圧が3相(u、v、w)交流であることが究極的には望ましい。
単位インバータ制御手段10(図8)もしくは統括インバータ制御手段(不図示)で単位インバータの半導体スイッチ素子(S1〜S4)を開閉する周波数を変えれば、より近似した三相交流の波形が得られるとともに三相交流としての周波数も変えられる。
<Three-phase output and motor load>
In FIG. 1, when the AC load (ACLLoad) 7 is a three-phase AC motor, n sets of second unit inverter series connection groups 9 n include three sets of second unit inverter series connection groups of n = 3. 9 1 consists second unit inverter series group 9 3, and the output voltage 3-phase (u, v, w) is ultimately desired is AC.
If the unit inverter control means 10 (FIG. 8) or the overall inverter control means (not shown) changes the frequency for opening and closing the semiconductor switch elements (S1 to S4) of the unit inverter, a more approximate three-phase AC waveform can be obtained. The frequency as three-phase alternating current can also be changed.
なお、幾ら単位インバータ5(もしくは第2直流ユニット600(図15))の段数を増やしても電圧波形の段差は完全には解消されないが、負荷が電動機の場合には電動機を構成する巻線(コイル)のインダクタンスが大きく、電流は滑らかに変化するので電動機の回転は電圧波形の段差の影響をあまり受けない。
また、後記するように、インバータと負荷との間に交流リアクトル(コイル)を直列接続して電圧・電流波形を滑らかにすることもある。
Even if the number of stages of the unit inverter 5 (or the second DC unit 600 (FIG. 15)) is increased, the step of the voltage waveform is not completely eliminated, but when the load is an electric motor, the winding ( The inductance of the coil) is large and the current changes smoothly, so the rotation of the motor is not affected by the step of the voltage waveform.
Further, as will be described later, an AC reactor (coil) is connected in series between the inverter and the load to smooth the voltage / current waveform.
また、図1において、第2単位インバータ直列接続群91における第1直流ユニット500(図3)の整流器(211〜21m)は交流電力(111〜11m)から、それぞれ別々に3相交流電力を受けている。これは同じ3相交流だからといって、単に配線を分けて、同一交流電力から複数の第1直流ユニット500(図3)に接続すると、単位インバータ5(もしくは第1直流ユニット500)を直列に接続して高い電圧を発生されることが必ずしもできなくなるからである。したがって、それぞれの第1直流ユニット500、つまりは図1におけるそれぞれの整流器(211〜21m)には、少なくとも直流的には隔離された別の交流電力(111〜11m)を用いる必要がある。
Further, in FIG. 1, the
<出力電圧の異常検出と補償>
図8は本発明の第1の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路ブロック図である。
図8においては、図1の第2単位インバータ直列接続群9のうちの1個の単位インバータ5に係る回路を主として示している。なお、交流電力1、整流器2、回路保護手段3、平滑コンデンサ4、単位インバータ5、バイパススイッチ6によって第2直流ユニット600(図15)が構成されている。
交流電力1と整流器2と平滑コンデンサ4については前述した通りである。
また、単位インバータ5と単位インバータ制御手段10の基本的な動作については説明した。ただし、本実施形態に係る異常時の動作については以下において説明を加える。
回路保護手段3、バイパススイッチ6、出力電圧余裕分供給手段8、運転異常検出手段11、およびバイパススイッチ制御手段12については、この後に説明する。
<Output voltage abnormality detection and compensation>
FIG. 8 is a partial circuit block diagram showing only the following related elements for explaining the first embodiment of the present invention.
8 mainly shows a circuit related to one
The
The basic operations of the
The circuit protection means 3, the
図8において、単位インバータ5が正常に動作可能な状態にあるとき、単位インバータ制御手段10により単位インバータ5の半導体スイッチ素子S1〜S4を開閉(OFF、ON)制御することにより、適正な出力電圧が供給される。そして、図1の複数のすべての単位インバータ5が正常に動作可能な状態にあるとき、交流負荷7に交流電力が供給される。
この場合、各単位インバータ5が正常であるため、運転異常検出手段11から異常検出信号が出力されないので、バイパススイッチ制御手段12からバイパススイッチ6に対して閉路指令が与えられない。このため、バイパススイッチ6はオフ(OFF)状態のままである。
In FIG. 8, when the
In this case, since each
なお、運転異常検出手段11は各単位インバータ5で短絡故障などが発生した場合に、交流出力側の電圧・電流異常や、直流入力側の電圧低下などを検出する。そして、運転異常検出手段11は、バイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号を出力する。
この運転異常検出信号により、バイパススイッチ制御手段12はバイパススイッチ6に閉路指令を出力する。
そして、バイパススイッチ6がオン(ON)し、交流負荷7に半導体スイッチ素子S1〜S4を通して流れていた電流がバイパススイッチを通して流れることになる。
The operation abnormality detecting means 11 detects an AC output side voltage / current abnormality, a DC input side voltage drop, or the like when a short circuit failure or the like occurs in each
By this operation abnormality detection signal, the bypass switch control means 12 outputs a closing command to the
The
また、運転異常検出信号は、回路保護手段3と出力電圧余裕分供給手段8にも出力される。
回路保護手段3では、運転異常検出信号によって電源側回路を開放することで、故障した単位インバータ5と交流電力1が損傷することを防止する。
出力電圧余裕分供給手段8では、運転異常検出信号の検出により、単位インバータ5の故障により不足する出力電圧分を、故障した単位インバータ5の代わりに出力する。
これらの結果、故障等の発生していない健全な単位インバータ5と、出力電圧余裕分供給手段8から供給される交流電圧によって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷7(図1)の運転が継続できる。
なお、出力電圧余裕分供給手段8の具体的な構成、動作等については後述する。
The operation abnormality detection signal is also output to the circuit protection means 3 and the output voltage margin supply means 8.
The circuit protection means 3 prevents the damaged
The output voltage margin supply means 8 outputs, instead of the failed
As a result, the AC load 7 (FIG. 1) can be operated with the same output voltage as before the failure by the
The specific configuration and operation of the output voltage margin supply means 8 will be described later.
(第2の実施形態、ヒューズ)
図9は本発明の第2の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図9はヒューズ13と関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図9において、ヒューズ13は単位インバータ5を含めた第2直流ユニット600(図15)の回路で異常が発生し、過電流が流れた場合に、溶断もしくは遮断して回路を保護する。
(Second embodiment, fuse)
FIG. 9 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for signals related to the
In FIG. 9, when an abnormality occurs in the circuit of the second DC unit 600 (FIG. 15) including the
図9では、回路保護手段3とヒューズ13は分けているが、ヒューズ13が回路保護手段3をかねても良い。また、図9で整流器2と平滑コンデンサ4の間に回路保護手段3とヒューズ13は接続されているが、平滑コンデンサ4と単位インバータ5の間でも良い。
また、ヒューズ13の溶断に伴って動作する動作接点により、溶断が電気信号となって、運転異常検出手段11が運転異常を検出する。運転異常検出により、バイパススイッチ6が閉路されるのは図8と同様である。
In FIG. 9, the circuit protection means 3 and the
In addition, due to the operating contact that operates in conjunction with the fusing of the
(第3の実施形態、レベル判定<1>)
図10は本発明の第3の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図10は電圧検出手段14とレベル判定手段15と、これらに関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図10において、電圧検出手段14が整流器2の出力端子(正極端子501、負極端子502(図3))の両端に備えられている。また、電圧検出手段14の信号を判定するようにレベル判定手段15が接続されている。
(Third embodiment, level determination <1>)
FIG. 10 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for the voltage detection means 14, the level determination means 15, and signals related thereto. Therefore, description of the same configuration and operation as in FIG. 8 is omitted as appropriate.
In FIG. 10, the voltage detection means 14 is provided at both ends of the output terminals (
この構成により、単位インバータ5に印加される直流電圧を電圧検出手段14により検出し、レベル判定手段15は、電圧検出手段14による検出値が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段15はその検出信号を運転異常検出手段11に信号を送る。運転異常検出手段11はバイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ6が閉路される。
With this configuration, the DC voltage applied to the
(第4の実施形態、レベル判定<2>)
図11は本発明の第4の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図11は電流検出手段16とレベル判定手段17と、これらに関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図11において、電流検出手段16が整流器2の出力端子(正極端子501(図3))と回路保護手段3との間に備えられている。また、電流検出手段16の信号を判定するようにレベル判定手段17が接続されている。
(Fourth embodiment, level determination <2>)
FIG. 11 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for the current detection means 16, the level determination means 17, and signals related thereto. Therefore, description of the same configuration and operation as in FIG. 8 is omitted as appropriate.
In FIG. 11, the current detection means 16 is provided between the output terminal (positive terminal 501 (FIG. 3)) of the
この構成により、レベル判定手段17は、整流器2もしくは平滑コンデンサ4に流れる電流を電流検出手段16により検出し、この検出電圧が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ5の異常を検出する。レベル判定手段17はその検出信号を運転異常検出手段11に信号を送る。運転異常検出手段11によってバイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ6が閉路される。
With this configuration, the level determination means 17 detects the current flowing through the
(第5の実施形態、レベル判定<3>)
図12は本発明の第5の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図12は電圧検出手段18とレベル判定手段19と、これらに関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図12において、電圧検出手段18が単位インバータ5の出力端子((a)503、(b)504(図3))間に備えられている。また、電圧検出手段18の信号を判定するようにレベル判定手段19が接続されている。
(Fifth embodiment, level determination <3>)
FIG. 12 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for the voltage detection means 18 and the level determination means 19 and signals related thereto. Therefore, description of the same configuration and operation as in FIG. 8 is omitted as appropriate.
In FIG. 12, the voltage detection means 18 is provided between the output terminals ((a) 503, (b) 504 (FIG. 3)) of the
この構成により、レベル判定手段19は、単位インバータ5の出力交流電圧を電圧検出手段18により検出し、単位インバータ5が出力する電圧を電圧検出手段18により検出し、レベル判定手段19は、電圧検出手段18による検出値が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ5の異常を検出する。レベル判定手段19はその検出信号を運転異常検出手段11に信号を送る。運転異常検出手段11によってバイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ6が閉路される。
With this configuration, the level determination means 19 detects the output AC voltage of the
(第6の実施形態、レベル判定<4>)
図13は本発明の第6の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図13は電圧検出手段20とレベル判定手段21と、これらに関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図13において、電圧検出手段20が整流器2の入力交流電圧の間に備えられている。また、電圧検出手段20の信号を判定するようにレベル判定手段21が接続されている。
(Sixth embodiment, level determination <4>)
FIG. 13 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for the voltage detection means 20, the level determination means 21, and signals related thereto. Therefore, description of the same configuration and operation as in FIG. 8 is omitted as appropriate.
In FIG. 13, the voltage detection means 20 is provided between the input AC voltages of the
この構成により、整流器2の入力交流電圧を電圧検出手段20により検出し、レベル判定手段21は、電圧検出手段20による検出値が基準値に対して、過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段21はその検出信号を運転異常検出手段11に信号を送る。運転異常検出手段11はバイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ6が閉路される。
With this configuration, the input AC voltage of the
(第7の実施形態、レベル判定<5>)
図14は本発明の第7の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図14は出力検出器22〜25と電圧検出手段26と、これらに関連する信号を除けば、図8の回路と同じ構成である。したがって、図8と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図14において、出力検出器22〜25が単位インバータ5の半導体スイッチ素子S1〜S4のそれぞれのエミッタとゲート間に備えられている。また電圧検出手段26が単位インバータの出力端子((a)503、(b)504(図3))間に備えられている。また、出力検出器22〜25と電圧検出手段20の信号を運転異常検出手段11に送るように接続されている。
(Seventh embodiment, level determination <5>)
FIG. 14 is a partial circuit diagram showing only the following related elements for explaining the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 has the same configuration as the circuit of FIG. 8 except for the
In FIG. 14,
この構成において、単位インバータ制御手段10の出力検出器22〜25に検出された電圧波形を運転異常検出手段11に入力し、該電圧波形と基準電圧波形、もしくは電圧検出手段26によって検出される単位インバータ5の出力交流電圧波形との比較によって、外部要因による異常を判別する。運転異常検出手段11によってバイパススイッチ制御手段12に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ6が閉路される。
In this configuration, the voltage waveform detected by the
(第8の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<1>)
図15は、第8の実施形態の主な構成を示す回路図である。
出力電圧余裕分供給手段8(図1、図8)として、各第2単位インバータ直列接続群9にそれぞれ出力電圧余裕分を生み出す単位インバータ5を含む第2直流ユニット600を接続したものである。
図15において、出力電圧余裕分供給手段8は第2直流ユニット60010(交流電力110+整流器210+回路保護手段310+平滑コンデンサ410+単位インバータ510+バイパススイッチ610)と第2直流ユニット600n0(交流電力1n0+整流器2n0+回路保護手段3n0+平滑コンデンサ4n0+単位インバータ5n0+バイパススイッチ6n0)が第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)に接続されたものである。
(Eighth embodiment, output voltage margin supply means <1>)
FIG. 15 is a circuit diagram showing a main configuration of the eighth embodiment.
As the output voltage margin supply means 8 (FIGS. 1 and 8), the
In FIG. 15, the output voltage margin supply means 8 includes a second DC unit 600 10 (
図15においては、出力電圧余裕分供給手段となる第2直流ユニット600は第2直流ユニット60010と第2直流ユニット600n0の2個しか示していないが、3個以上の複数個であってもよく、またn個の全数を備えてもよい。
In Figure 15, the
また、図15においては、出力電圧余裕分供給手段となる第2直流ユニット600は各第2単位インバータ直列接続群9に対して直列方向に1段しか接続されていないが、直列方向に複数段、接続されていても良い。このとき、段数に応じて出力電圧余裕分は大きな値となり、電圧調整の範囲が広がる。
Further, in FIG. 15, the
図15において、通常の場合は出力電圧余裕分供給手段8の単位インバータ5(510、5n0)は零電圧(図4参照)を出力するか、もしくはバイパススイッチ6(610、6n0)をオンしてパイパスしておく。
また、ある第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)中の単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nmのいずれか)にて故障発生した場合は、図8に示す運転異常検出手段11から、バイパススイッチ制御手段12と出力電圧余裕分供給手段8に運転異常検出信号が送信される。
15, in the normal case, the unit inverter 5 (5 10 , 5 n0 ) of the output voltage margin supply means 8 outputs a zero voltage (see FIG. 4) or the bypass switch 6 (6 10 , 6 n0 ). Turn on and keep bypassing.
Further, there is a second unit
運転異常検出信号を受けたバイパススイッチ制御手段12は、故障発生した単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nmのいずれか)に対応するバイパススイッチ6(611〜61m、・・・、6n1〜6nmのいずれか)をオン(ON)してパイパスする。 Upon receipt of the operation abnormality detection signal, the bypass switch control means 12 bypasses the bypass switch 6 (6 11 to 5 1m to 5 n1 to 5 nm ) corresponding to the unit inverter 5 (5 11 to 51 m ,. 6 1m ,..., 6 n1 to 6 nm ) are turned on (ON) and bypassed.
運転異常検出信号を受けた出力電圧余裕分供給手段8は故障発生した単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nmのいずれか)を含む第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)に対応する出力電圧余裕分供給手段8の単位インバータ5(510、5n0)を動作させて、故障発生した単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nmのいずれか)の替わりに所定の出力電圧を発生することによって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
なお、出力電圧余裕分供給手段8の単位インバータ5(510、5n0)を動作させる場合には、それに対応するバイパススイッチ6(610、6n0)はオフ(OFF)する。
In response to the operation abnormality detection signal, the output voltage margin supply means 8 includes a second unit inverter series connection group including unit inverters 5 (any of 5 11 to 51 m ,..., 5 n1 to 5 nm ) in which a failure has occurred. The unit inverter 5 (5 10 , 5 n0 ) of the output voltage margin supply means 8 corresponding to 9 (9 1 to 9 n ) is operated to cause the unit inverter 5 (5 11 to 51 m ,... By generating a predetermined output voltage instead of any one of 5 n1 to 5 nm , the operation of the AC load is continued at the same output voltage as before the failure.
When the unit inverter 5 (5 10 , 5 n0 ) of the output voltage margin supply means 8 is operated, the corresponding bypass switch 6 (6 10 , 6 n0 ) is turned off.
(第9の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<2>)
図16と図17を参照して、本発明の第9の実施形態について説明する。
図16は、第9の実施形態の出力電圧余裕分を発生させる回路の構成と、出力電圧余裕分と、単位インバータ定格出力電圧と負荷定格出力電圧の関係を示す各出力電圧の波形を示している。
図16の第9の実施形態においては、図1に示す出力電圧余裕分供給手段8として、各単位インバータ5の定格出力電圧を負荷定格出力電圧よりも大きなものにし、負荷の定格出力運転に対する電圧余裕分としている。
(Ninth embodiment, output voltage margin supply means <2>)
The ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 16 shows the configuration of the circuit for generating the output voltage margin of the ninth embodiment, the output voltage margin, and the waveform of each output voltage indicating the relationship between the unit inverter rated output voltage and the load rated output voltage. Yes.
In the ninth embodiment of FIG. 16, as the output voltage margin supply means 8 shown in FIG. 1, the rated output voltage of each
つまり、第9の実施形態においては、図1に示す出力電圧余裕分供給手段8として、図15に示した余分の第2直流ユニット60010(交流電力110+整流器210+回路保護手段310+平滑コンデンサ410+単位インバータ510+バイパススイッチ610)もしくは600n0を設けるのではなく、図1の単位インバータ5(511〜51m、・・・、5n1〜5nm)の個々の出力電圧を調整する制御をして、故障時の電圧低下を補う方法をとっている。
That is, in the ninth embodiment, the extra second DC unit 600 10 (
これを図示したのが、図17であり、第9の実施形態の主な構成を示す回路図である。
ある第2単位インバータ直列接続群9中の単位インバータ5にて故障発生した場合、図8に示す運転異常検出手段11より、単位インバータ制御手段に対して、運転異常検出信号が送信され、出力電圧余裕分供給手段8を用いて、故障していない各単位インバータ5からの出力電圧を増すことにより、故障によって不足にする出力電圧を補償し、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
This is illustrated in FIG. 17, which is a circuit diagram showing a main configuration of the ninth embodiment.
When a failure occurs in the
図17において、第2単位インバータ直列接続群(91+81)、(92+82)、・・・、(9n+8n)において、(91)、(92)、・・・、(9n)は通常時の第2単位インバータ直列接続群9の出力を発生させる回路と制御に相当するものを意味し、(81)、(82)、・・・、(8n)は単位インバータ5の故障時において、発生させる余裕分の回路と制御に相当するものを意味している。
これは、もともと通常の場合においては最大の出力電圧が負荷定格出力電圧よりも大きく、余裕分として調整していた電圧を、故障発生時に使用するものである。この方法について、以下に説明を加える。
17, in the second unit inverter series connection groups (9 1 +8 1 ), (9 2 +8 2 ),..., (9 n +8 n ), (9 1 ), (9 2 ),. , (9 n ) means a circuit for generating an output of the second unit inverter series connection group 9 and control corresponding to the normal state, and (8 1 ), (8 2 ) ,. ) Means a circuit corresponding to the circuit and control to be generated when the
In this case, the maximum output voltage is originally larger than the load rated output voltage in the normal case, and the voltage adjusted as a margin is used when a failure occurs. This method will be described below.
図5において、図5(a)、図5(b)ともに単位インバータ5としては0と+Vdcの2値を出力している。図5(a)では0と+Vdcをそれぞれ出力している時間(期間)は同一であるので平均としての出力電圧は概ね+(0.5)Vdcである。一方、図5(b)では0よりも+Vdcを出力している期間が長く(概ね6倍)、平均としての出力電圧は概ね+(0.85)Vdcである。したがって、単位インバータ5としては0と+Vdcの2値の出力でありながら、平均出力電圧は単位インバータ5のオン(ON)、オフ(OFF)の制御の仕方で調整できる。
In FIG. 5, the
図16の第9の実施形態においてはこの方法を用いている。通常は前記したように、出力電圧に余裕がある分を単位インバータ5のオン(ON)、オフ(OFF)の制御を負荷定格出力電圧になるように抑える方法をとり、故障の際には、故障した単位インバータ5の電圧を補うように他の単位インバータ5の制御方法を変える。
この単位インバータ5の制御は個々の単位インバータ制御手段10のみが単独で行うのではなく、複数の単位インバータ5を統括して制御する統括インバータ制御手段(不図示)と運転異常検出手段11の連携のもとに行う。
This method is used in the ninth embodiment shown in FIG. Normally, as described above, a method of suppressing the ON (ON) and OFF (OFF) control of the
The control of the
(第10の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<3>)
図18は、第10の実施形態を示す図である。第8の実施形態における、出力電圧余裕分供給手段8として、全ての第2単位インバータ直列接続群9に余分な単位インバータ5を接続したものである。第8の実施形態における限定された回路であるので、詳細な説明は省略する。
(Tenth embodiment, output voltage margin supply means <3>)
FIG. 18 is a diagram illustrating the tenth embodiment. As the output voltage margin supply means 8 in the eighth embodiment, an
(第11の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<4>)
図19及び図20は本発明の第11の実施形態を説明する為の図であって、それぞれ出力電圧のベクトル図、制御を行う際の制御ブロック図である。
図19は、図1のような主回路において、3相交流を供給する際に、その出力電圧をベクトル図に展開したものである。ある相にて単位インバータが故障した際に、バイパスによりその出力相電圧は故障前より低下し、そのままだと、故障前と同等の出力線間電圧が確保できない。そこで、他の相において、出力電圧余裕分にて故障相で不足する電圧と逆方向に相電圧を増すことで、故障後も故障前と同等の出力線間電圧を保つことができる。
(Eleventh embodiment, output voltage margin supply means <4>)
19 and 20 are diagrams for explaining an eleventh embodiment of the present invention, and are a vector diagram of output voltages and a control block diagram when performing control, respectively.
FIG. 19 is a vector diagram of the output voltage when supplying a three-phase alternating current in the main circuit as shown in FIG. When a unit inverter breaks down in a certain phase, the output phase voltage is lowered from before the failure due to the bypass, and if it is left as it is, an output line voltage equivalent to that before the failure cannot be secured. Therefore, in the other phases, by increasing the phase voltage in the opposite direction to the voltage that is insufficient in the failure phase by the output voltage margin, it is possible to maintain the same output line voltage after the failure as before the failure.
これは、図7において前述したように、出力電圧の制御は単独の相のみで行う方法もあれば、相と相の間の線間での電圧を用いる方法もある。これは第2単位インバータ直列接続群9において、単独で出力電圧の制御を行う方法以外に、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)において、線間でも制御できることを示している。 As described above with reference to FIG. 7, there are a method in which the output voltage is controlled only in a single phase, and a method in which a voltage between lines between phases is used. This indicates that the second unit inverter series connection group 9 (9 1 to 9 n ) can be controlled even between lines in addition to the method of controlling the output voltage independently in the second unit inverter series connection group 9. .
図20は、以上の制御を行う際の一例を示す制御ブロック図である。
図20において、電圧リミット手段81V1〜81Vnは制御前の電圧指令値V1〜Vnを規定された出力できる最大電圧値に抑える機能を有している。故障時にはバイパスを行った相において、通常時よりも出力できる最大電圧値が減少するため、電圧リミット手段81V1〜81Vnは運転異常検出手段11V1〜11Vnから故障情報を受け取り、適宜出力できる最大電圧値を変更する役目を有している。電圧リミット手段81V1〜81Vnにおける電圧指令値V1〜Vnは図5を参照して前述したように単位インバータ5(図8)の0や+Vdcを出力する割合や、図6、図7(a)、(b)を参照して前述したように第2単位インバータ直列接続群9(図1)における単位インバータ5(図8)の連携や、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)(図1)の相互の線間電圧における連携によって調整される。この調整は、単位インバータ制御手段10(図8)や統括インバータ制御手段(不図示)の制御によって行っている。
FIG. 20 is a control block diagram illustrating an example when the above control is performed.
In FIG. 20, the voltage limit means 81V 1 to 81V n have a function of suppressing the voltage command values V 1 to V n before control to a prescribed maximum voltage value that can be output. In phase was bypassed in the event of a fault, because the maximum voltage value that can be output than at the normal time decreases, the voltage limit means 81V 1 ~81V n receives failure information from the abnormal
したがって、故障がない場合には電圧指令値V1〜Vnは比較的に余裕があって、規定された最大電圧値よりも低い電圧となっている。電圧リミット手段81V1〜81Vnは制御前の電圧指令値V1〜Vnを規定された出力できる最大電圧値に抑える。前記した故障がない場合には電圧指令値V1〜Vnは電圧リミット手段81V1〜81Vnの出力電圧より低い電圧となる。
電圧リミット手段81V1〜81Vnの出力と、電圧指令値V1〜Vnはともに、それぞれ比較手段82V1〜82Vnに入力される。比較手段82V1〜82Vnはその比較結果を集計手段83Vsに送る。集計手段83Vsは比較手段82V1〜82Vnから送られた比較結果を合計する。
Therefore, when there is no failure, the voltage command values V 1 to V n have a relatively large margin and are lower than the specified maximum voltage value. The voltage limit means 81V 1 to 81V n suppress the voltage command values V 1 to V n before the control to the specified maximum voltage value that can be output.
The output of the voltage limit means 81V 1 ~81V n, the
出力電圧調整手段84V1〜84VnのそれぞれのA端子には、それぞれ電圧リミット手段81V1〜81Vnの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段84V1〜84VnのそれぞれのB端子には、集計手段83Vsの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段84V1〜84VnのそれぞれのC端子には、それぞれ電圧指令値V1〜Vnが入力する。
Each A terminal of the
Each B terminals of the
Voltage command values V 1 to V n are respectively input to the C terminals of the output voltage adjusting means
出力電圧調整手段84V1〜84Vnにおいて、A端子の入力電圧とC端子の入力電圧とが比較され、A=Cであれば、A端子の入力電圧からB端子の入力電圧を引いたものが、それぞれ出力電圧調整手段84V1〜84Vnの出力電圧として出力する。
また、A=CでなければA端子の入力電圧を出力電圧調整手段84V1〜84Vnの出力電圧として出力する。
これは、制御前の電圧指令値V1〜Vnは、出力できる最大電圧値V*limit(*は1〜n)にてリミットされ、リミットが掛かっていない場合、他の相のリミットオーバー値の総和を減算され、出力電圧指令V1’〜Vn’となる。
この処理によって、故障した相でリミットに掛かり出力できなかった分の電圧を、他の相によって補い、線間電圧は故障前と同等の値を維持することが可能となる。
In the output voltage adjusting means
If A = C, the input voltage at the A terminal is output as the output voltage of the output voltage adjusting means
This is because the voltage command values V 1 to V n before control are limited by the maximum voltage value V * limit (* is 1 to n) that can be output, and when there is no limit, the limit over value of the other phase Are subtracted, and output voltage commands V 1 ′ to V n ′ are obtained.
By this process, the voltage that could not be output due to the limit in the failed phase is compensated for by other phases, and the line voltage can be maintained at the same value as before the failure.
なお、図20において、示した電圧リミット手段81V1〜81Vn、比較手段82V1〜82Vn、集計手段83Vs、出力電圧調整手段84V1〜84Vnは図1の回路図において、必ずしも、さらに加えられるものではなく、図1の出力電圧余裕分供給手段8や、単位インバータ制御手段10(図8)、統括インバータ制御手段(不図示)、運転異常検出手段11(図8)等が機能を分担して兼ねることができる。
20, the voltage limit means 81V 1 to 81V n , the comparison means 82V 1 to 82V n , the totaling means 83V s , and the output voltage adjustment means
(第12の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<5>)
図21は、第12の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図21において、第2単位インバータ直列接続群9(91、92〜9n)に対して、出力電圧余裕分供給手段8の第2直流ユニット60020、・・・、600n0がそれぞれに対応して、すべて用意されてはいない。
第11の実施例に示す制御を使用すれば、出力電圧余裕分供給手段8は、全ての第2単位インバータ直列接続群9に備わっている必要はない。余分な単位インバータが存在する群でバイパスを行う際は、余分な単位インバータにより不足する相電圧を補償し、余分な単位インバータが存在しない群でバイパスを行う際には、他の群において、第11の実施例に示す制御を使用することで、故障前と同等の線間電圧を確保することが出来る。この実施形態は、余分な単位インバータを少なくすることが出来る為、コストダウンとなる。
(Twelfth embodiment, output voltage margin supply means <5>)
FIG. 21 is a circuit diagram showing the main configuration of the twelfth embodiment.
In FIG. 21, the
If the control shown in the eleventh embodiment is used, the output voltage margin supply means 8 need not be provided in all the second unit inverter series connection groups 9. When bypassing in a group where an extra unit inverter exists, the phase voltage that is deficient is compensated by the extra unit inverter, and when bypassing in a group where no extra unit inverter exists, By using the control shown in the eleventh embodiment, a line voltage equivalent to that before the failure can be secured. Since this embodiment can reduce the number of unit inverters, the cost is reduced.
(第13の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<6>)
図22は、第13の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図22において、出力電圧余裕分供給手段8としての、第2直流ユニット60010は1個のみを備えている。スイッチS1A〜SnAはそれぞれ第2直流ユニット60010における単位インバータ510の一方の端子と第2単位インバータ直列接続群91〜9nの出力端子との間に接続されている。また、スイッチS1B〜SnBはそれぞれ第2直流ユニット60010における単位インバータ510の他方の端子、つまり中性点(NP)901と第2単位インバータ直列接続群91〜9nの出力端子との間に接続されている。
(Thirteenth embodiment, output voltage margin supply means <6>)
FIG. 22 is a circuit diagram showing the main configuration of the thirteenth embodiment.
In Figure 22, as the output voltage margin supply means 8, the second DC unit 600 10 is provided with only one. Switch S 1A to S nA is connected between the respective one of the terminals and an output terminal of the second unit
通常の場合である単位インバータの故障の前は、半導体スイッチ素子などで構成されるスイッチS1B〜SnBをオン(ON)しておき、故障時に運転異常検出手段11からの信号により、故障した単位インバータ5がある回路のスイッチS*Bをオフ(OFF)し、スイッチS*Aをオン(ON)することにより、余分な単位インバータを故障した単位インバータの補償に当てることができる。なお、S*BやS*Aにおいて、*に1〜nの第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)に相当する番号が対応するものとする。
また、スイッチS1A〜SnAを故障時ONスイッチ、スイッチS1B〜SnBを非故障時ONスイッチと表記する。またスイッチS1A〜SnAとスイッチS1B〜SnBを故障時切換スイッチと表記する。
Before the failure of the unit inverter, which is a normal case, the switches S 1B to S nB composed of semiconductor switch elements or the like are turned on (ON), and the failure is caused by a signal from the operation abnormality detecting means 11 at the time of failure. By turning off the switch S * B of the circuit having the
Further, the switches S 1A to S nA are referred to as ON switches when a failure occurs, and the switches S 1B to S nB are referred to as ON switches when a failure does not occur. The switches S 1A to S nA and the switches S 1B to S nB are referred to as failure changeover switches.
このような故障時ONスイッチS1A〜SnAと非故障時ONスイッチS1B〜SnBとからなるスイッチ回路を組むことで、出力電圧余裕分供給手段8に必要な単位インバータを少なくすることが出来る。
また、図22においては、第2直流ユニット600は1個のみの場合を示したが、複数個を備えてもよい。ただし、このとき、この切り替えのためのスイッチと配線をさらに備える必要がある。
By constructing such a switch circuit comprising ON switches S 1A to S nA at the time of failure and ON switches S 1B to S nB at the time of non-failure, the unit inverter necessary for the output voltage margin supply means 8 can be reduced. I can do it.
Moreover, in FIG. 22, although the case where only the
(第14の実施形態、出力電圧余裕分供給手段<7>)
図23は、第14の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図23において、第2単位インバータ直列接続群9(91〜9n)の出力に直列に変圧器27(271〜27n)をそれぞれ接続し、変圧器27の他方の巻線に出力電圧余裕分に相当する第2直流ユニット600(60010〜600n0)の出力をそれぞれ接続して、故障時のバイパスによる出力電圧不足を、変圧器27を通して補償する。
図23では、変圧器27は中性点(NP)901側に接続したが、交流負荷(ACLoad)7側でもかまわない。
(Fourteenth embodiment, output voltage margin supply means <7>)
FIG. 23 is a circuit diagram showing the main configuration of the fourteenth embodiment.
In FIG. 23, a transformer 27 (27 1 to 27 n ) is connected in series to the output of the second unit inverter series connection group 9 (9 1 to 9 n ), and an output voltage is connected to the other winding of the
In FIG. 23, the
直列多重インバータの負荷側にはフィルタやインピーダンスとしての目的で、交流リアクトルが接続されることがある。図7(a)、(b)で示した階段状の出力電圧波形であっても、このリアクトルによって電流の変化を滑らかにすることができる。
図23における変圧器27は交流リアクトルと構成が似ている為、同様の目的で接続できることが、さらなる効果となる。
An AC reactor may be connected to the load side of the series multiple inverter for the purpose of a filter or impedance. Even with the step-like output voltage waveform shown in FIGS. 7A and 7B, the current can be smoothly changed by this reactor.
Since the
(その他の実施形態)
以上、本発明が適用される直列多重インバータ装置としての全体的な構成としての実施形態を述べてきたが、個々の回路、手段においては前述したものに限らない。以下に個々の要素の実施形態について述べる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment as a whole structure as a serial multiple inverter apparatus to which the present invention is applied has been described, the individual circuits and means are not limited to those described above. In the following, embodiments of the individual elements are described.
<回路保護手段の実施形態>
図24は、回路保護手段3の位置の実施例を示すものである。前記の各実施形態における回路保護手段3は、図24(a)に示すように、交流電力1と整流器2との間でも良い。
また、回路保護手段3は、図24(b)のように整流器2と平滑コンデンサ4との間でもよい。なお、この位置関係は図1で示した回路保護手段3と整流器2と平滑コンデンサ4の関係と同一である。
また、回路保護手段3は、図24(c)のように平滑コンデンサ4と単位インバータ5との間でも良い。
また、回路保護手段3は、図24(d)のように単位インバータ5とバイパススイッチ6の間のいずれであっても良い。
<Embodiment of Circuit Protection Means>
FIG. 24 shows an example of the position of the circuit protection means 3. The circuit protection means 3 in each of the above embodiments may be between the
Further, the circuit protection means 3 may be provided between the
The circuit protection means 3 may be provided between the smoothing
Further, the circuit protection means 3 may be any one between the
また、回路保護手段3に使用する素子としては図25に示すように様々な実施形態がある。
図25(a)は入力信号によってオン(ON)、オフ(OFF)ができる自己消弧型半導体素子(例えばIGBT)である半導体スイッチ素子が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。
図25(b)は規定値以上の過電流によって溶断するヒューズである。
図25(c)は規定値以上の過電流によって遮断する遮断器である。
また、故障時の単位インバータ5の半導体スイッチ素子を開放とすることで、回路保護手段の代替としても良い。但しその場合、半導体スイッチ素子の短絡故障からは回路を保護できない。
Further, as an element used for the circuit protection means 3, there are various embodiments as shown in FIG.
FIG. 25A shows a configuration in which semiconductor switch elements, which are self-extinguishing semiconductor elements (for example, IGBTs) that can be turned on and off by input signals, are connected in parallel with opposite polarities. .
FIG. 25B shows a fuse that is blown by an overcurrent exceeding a specified value.
FIG. 25 (c) shows a circuit breaker that is interrupted by an overcurrent exceeding a specified value.
Moreover, it is good also as an alternative of a circuit protection means by opening the semiconductor switch element of the
<バイパススイッチの実施形態>
図26(図26A、図26B、図26C、図26D、図26E)はバイパススイッチの実施形態を示すものである。
図26Aは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子(6A1、6A2)が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。この回路が単位インバータ5の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子(6A1、6A2)のゲート端子を制御する。
なお、自己消弧型半導体素子として前記したようにIGBTがある。この回路の場合、逆方向電圧によって破壊されないように、IGBTは逆方向電圧阻止型IGBT(逆阻止型IGBT)を使用する。
<Embodiment of Bypass Switch>
FIG. 26 (FIGS. 26A, 26B, 26C, 26D, and 26E) shows an embodiment of a bypass switch.
FIG. 26A shows a self-extinguishing semiconductor device. The semiconductor switch elements (6A1, 6A2), which are self-extinguishing semiconductor elements, are connected in parallel in the reverse direction. This circuit is connected to the output terminal of the
As described above, there is an IGBT as a self-extinguishing semiconductor element. In the case of this circuit, a reverse voltage blocking IGBT (reverse blocking IGBT) is used as the IGBT so as not to be destroyed by the reverse voltage.
図26Bは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子(6B1、6B2)が極性を逆方向で、直列に接続された構成である。半導体スイッチ素子(6B1、6B2)に対して逆方向電流を流す為に、ダイオード(6B3、6B4)が半導体スイッチ素子(6B1、6B2)に並列に接続されている。この回路が単位インバータ5の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子(6B1、6B2)のゲート端子を制御する。
FIG. 26B shows a self-extinguishing semiconductor device. The semiconductor switch elements (6B1, 6B2), which are self-extinguishing semiconductor elements, are connected in series with opposite polarities. Diodes (6B3, 6B4) are connected in parallel to the semiconductor switch elements (6B1, 6B2) in order to allow a reverse current to flow to the semiconductor switch elements (6B1, 6B2). This circuit is connected to the output terminal of the
図26Cはダイオード6C1、6C2、6C3、6C4がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ(Thyristor、短絡用制御極付半導体素子)6C5が接続されている。この回路が単位インバータ5の出力端子に接続されている。このとき、サイリスタ6C5のゲート端子を制御する。
In FIG. 26C, diodes 6C1, 6C2, 6C3, and 6C4 are bridge-connected, and a thyristor 6C5 is connected to the DC output thereof. This circuit is connected to the output terminal of the
図26Dはダイオード6D1、6D2、6D3、6D4がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ6D5が接続されている。この回路が単位インバータ5の電源間(正極端子501と負極端子502間(図3))、つまり、平滑コンデンサ4(図3)に並列に接続されている。このとき、サイリスタ6D5のゲート端子を制御する。なお、この回路は図26Cの回路と同一の構成であるが、バイパスをする経路が異なっている。
In FIG. 26D, diodes 6D1, 6D2, 6D3, and 6D4 are bridge-connected, and a thyristor 6D5 is connected to a DC output thereof. This circuit is connected in parallel between the power supplies of the unit inverter 5 (between the
図26Eは1個のサイリスタ6E5が単位インバータ5の電源間(正極端子501と負極端子502間(図3))、つまり、平滑コンデンサ4(図3)に並列に接続されている。このとき、サイリスタ6E5のゲート端子を制御する。
In FIG. 26E, one thyristor 6E5 is connected in parallel between the power supplies of the unit inverter 5 (between the
なお、図26Dと図26Eのバイパス回路については、直流側の短絡(平滑コンデンサ4(図3)の両端)も行う為、回路保護手段3での直流回路保護が必須となる。
また、図26Eに関しては、単位インバータ5の半導体スイッチ素子としてよく使われているIGBTに常備されているフリーホイールダイオードを利用して負荷側電流を通流するが、フリーホイールダイオードは通常、IGBT定格電流よりも容量が少ない為、素子の選定に注意が必要となる。
In addition, since the bypass circuit of FIG. 26D and FIG. 26E also performs a short circuit on the DC side (both ends of the smoothing capacitor 4 (FIG. 3)), DC circuit protection by the circuit protection means 3 is essential.
As for FIG. 26E, a load-side current is passed using a free wheel diode that is normally used in an IGBT that is often used as a semiconductor switch element of the
また、前記のバイパススイッチの他に、ナイフスイッチや電磁接触器など、機械的接点でのスイッチングでもバイパスは可能である。しかし、時間応答性の問題から、前記のような半導体スイッチ素子を用いることが望ましい。 In addition to the bypass switch described above, bypassing is also possible by switching at a mechanical contact such as a knife switch or an electromagnetic contactor. However, it is desirable to use the semiconductor switch element as described above because of the problem of time response.
<交流電力>
図1、図2において、交流電力1は3相交流の場合を説明したが、単相や2相、あるいは4相以上で構成してもよい。相の数が多いほど、一般的には整流器2(図1、図2)を通った後の出力電圧のリップルが少ない。
<AC power>
1 and 2, the
また、図1、図15、図17、図18、図21〜図23において、交流電力1(111〜11m、・・・、1n1〜1nm)が記載されているが、3相交流そのものが供給される場合には、本実施形態に交流電力1(111〜11m、・・・、1n1〜1nm)が装置として含まれていなくともよい。 Further, FIGS. 1, 15, 17, 18, in FIGS. 21 to 23, the AC power 1 (1 11 ~1 1m, ··· , 1 n1 ~1 nm) has been described, three-phase When the alternating current itself is supplied, the present embodiment does not need to include the alternating current power 1 (1 11 to 11 m ,..., 1 n1 to 1 nm ) as a device.
<単位インバータ制御手段>
図8〜図14において、単位インバータ制御手段10は、単位インバータ5毎にそれぞれ備えられていることを示し、これら複数の単位インバータ制御手段10を統括して制御する統括単位インバータ制御手段(不図示)が別にさらに備えられていると説明した。しかし、前記した単位インバータ制御手段10は必ずしも個々の単位インバータ5毎に具備する必要はなく、共有してもよい。また、統括単位インバータ制御手段(不図示)が直接、複数の単位インバータ5を制御してもよい。
<Unit inverter control means>
8 to 14, it is shown that the unit inverter control means 10 is provided for each
<バイパススイッチ制御手段>
図8〜図14において、バイパススイッチ制御手段12は、単位インバータ5毎にそれぞれ備えられているバイパススイッチ6を制御している。このとき、バイパススイッチ制御手段12がバイパススイッチ6に対して、それぞれ具備する場合もあるし、また、ひとつのバイパススイッチ制御手段12が複数のバイパススイッチ6を一括して制御する場合もある。
<Bypass switch control means>
8 to 14, the bypass switch control means 12 controls the
以上、本実施形態は、整流器の直流電力を交流電力に変換するものであって、単位インバータを複数個準備し、その入力側が平滑コンデンサを介して整流器に並列に接続され、各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する直列多重式インバータにおいて、運転異常検出手段が異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応するバイパス回路によって単位インバータの出力側を短絡し、同時に、単位インバータを保護する保護回路によって単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡するので出力電圧が不足となるが、装置の出力電圧余裕分によって、不足分となる電圧を補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行うものである。 As mentioned above, this embodiment converts the direct current power of a rectifier into alternating current power, prepares several unit inverters, the input side is connected in parallel to a rectifier via a smoothing capacitor, and the output of each unit inverter In the series multiplex inverter connected in series and connected to an AC load, when the operation abnormality detecting means detects an abnormality, the output side of the unit inverter is short-circuited by a bypass circuit corresponding to the corresponding unit inverter, The protection circuit that protects the unit inverter opens the unit inverter and protects it. At this time, the output voltage becomes insufficient because the bypass circuit short-circuits the output of the unit inverter, but the insufficient output voltage is compensated for by the output voltage margin of the device, and power supply equivalent to that before the failure is supplied to the AC load. It will be done continuously.
したがって、複数の単位インバータのうちの少なくとも1個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供する。
また、直列多重インバータ装置の構成のみではなく、直列多重インバータの制御方法についても示している。
Therefore, even if a failure or the like occurs in at least one of the plurality of unit inverters, the series of AC loads can be continuously operated with the same output voltage as before the failure without stopping the remaining healthy unit inverters. A multiple inverter device is provided.
Further, not only the configuration of the serial multiple inverter device but also a control method of the serial multiple inverter is shown.
1、110〜1n0、111〜11m、1n1〜1nm 交流電力、変圧器
2、210〜2n0、211〜21m、2n1〜2nm 整流器
3、310〜3n0、311〜31m、3n1〜3nm 回路保護手段
4、410〜4n0、411〜41m、4n1〜4nm 平滑コンデンサ
5、510〜5n0、511〜51m、5n1〜5nm 単位インバータ
6、610〜6n0、611〜61m、6n1〜6nm バイパススイッチ
6A1、6A2、6B1、6B2 半導体スイッチ素子
6B3、6B4、6C1〜6C4、6D1〜6D4 ダイオード
6C5、6D5、6E5 サイリスタ、短絡用制御極付半導体素子
7 交流負荷、ACLoad
8、81〜8n 出力電圧余裕分供給手段
9、91〜9n 第2単位インバータ直列接続群
10 単位インバータ制御手段
11、111〜11n 運転異常検出手段
12 バイパススイッチ制御手段
13 ヒューズ、回路保護手段
14、18、20、26 電圧検出手段
15、17、19、21 レベル判定手段
16 電流検出手段
22〜25 出力検出器
27、271〜27n 変圧器
81V1〜81Vn 電圧リミット手段
82V1〜82Vn 比較手段
83Vs 集計手段
84V1〜84Vn 出力電圧調整手段
101〜103 変圧器出力端子((u)、(v)、(w))
104、105、106 変圧器二次側巻線
111〜113 第1直流ユニット端子((u)、(v)、(w))
211、212、221、222、231、232 ダイオード
500 第1直流ユニット
501 正極端子
502 負極端子
503 単位インバータ出力端子(a)
504 単位インバータ出力端子(b)
511〜514、S1〜S4 半導体スイッチ素子、IGBT
600、60020〜600n0 第2直流ユニット
901 中性点(NP)
V1〜Vn 制御前電圧指令
V1’〜Vn’ 制御後電圧指令
S1A〜SnA スイッチ、故障時ONスイッチ、故障時切換スイッチ
S1B〜SnB スイッチ、非故障時ONスイッチ、故障時切換スイッチ
1, 1 10 to 1 n0 , 1 11 to 1 1 m , 1 n1 to 1 nm AC power,
8, 8 1 to 8 n Output voltage margin supply means 9, 9 1 to 9 n Second unit inverter
104, 105, 106 Transformer secondary winding 111-113 First DC unit terminal ((u), (v), (w))
211, 212, 221, 222, 231, 232
503 unit inverter output terminal (a)
504 Unit inverter output terminal (b)
511-514, S1-S4 Semiconductor switch element, IGBT
600, 600 20 to 600 n0 second DC unit 901 Neutral point (NP)
V 1 ~V n control before the voltage command V 1 '~V n' post-control voltage command S 1A to S nA switches, fault-ON switch, the failure-time change-over switch S 1B to S nB switches, non-failure-time ON switch failure Time selector switch
Claims (29)
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡せしめるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。 A rectifier that converts AC power into DC power;
DC power that is the output of the rectifier is converted to AC power, and a plurality of unit inverters are formed by bridge-connecting a plurality of semiconductor switch elements, and the input side of each unit inverter is connected to the above-mentioned via a smoothing capacitor. Unit inverter series connection group connected in parallel to the output of the rectifier, connecting the output side of each unit inverter in series, and connecting to an AC load;
Unit inverter control means for giving an open / close control command in a predetermined order to the semiconductor switch elements constituting the unit inverter;
An operation abnormality detecting means for detecting an operation abnormality state of the unit inverter;
Circuit protection means for protecting the unit inverter by opening a circuit corresponding to the corresponding unit inverter when the operation abnormality detection means detects an abnormality of the unit inverter;
A bypass switch connected in parallel to the unit inverter and forming a flow path for circulating load current when electrically closed;
A bypass switch control means for short-circuiting the output of the unit inverter by giving a closing command to the bypass switch corresponding to the corresponding unit inverter when the operation abnormality is detected;
An output voltage margin supply means provided in series with the output of the unit inverter;
A serial multiple inverter device comprising:
前記整流器の出力端子間に接続された平滑コンデンサと、
複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータと、
を具備し、前記単位インバータの直流入力側が前記平滑コンデンサの両端子と前記整流器の出力に並列に接続されて第1直流ユニットが構成され、
複数の前記第1直流ユニットに含まれる複数の前記単位インバータの出力が直列に接続されて単位インバータ直列接続群が構成され、
複数の前記単位インバータ直列接続群が交流負荷に並列に接続されてなる直流多重インバータ装置であって、
さらに、
複数の前記単位インバータの開閉をそれぞれ制御する複数の単位インバータ制御手段と、
複数の前記単位インバータの運転異常状態をそれぞれ検出する複数の運転異常検出手段と、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記第1直流ユニットの回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
複数の前記単位インバータの出力に並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路をそれぞれに形成する複数のバイパススイッチと、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータ直列接続群に直列に接続され、前記バイパススイッチが閉路して該バイパススイッチに対応する前記単位インバータの不足する出力電圧分を補う出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。 A rectifier that converts AC power into DC power;
A smoothing capacitor connected between the output terminals of the rectifier;
A unit inverter formed by bridge-connecting a plurality of semiconductor switch elements;
And the DC input side of the unit inverter is connected in parallel to both terminals of the smoothing capacitor and the output of the rectifier to constitute a first DC unit,
Outputs of the plurality of unit inverters included in the plurality of first DC units are connected in series to form a unit inverter series connection group,
A plurality of unit inverter series connection groups are connected to an AC load in parallel.
further,
A plurality of unit inverter control means for respectively controlling the opening and closing of the plurality of unit inverters;
A plurality of operation abnormality detecting means for detecting operation abnormality states of the plurality of unit inverters;
When any one of the plurality of operation abnormality detection means detects an operation abnormality state of the unit inverter, the unit of the first DC unit corresponding to the unit inverter corresponding to the operation abnormality state is opened, thereby the unit Circuit protection means for protecting the inverter;
A plurality of bypass switches that are connected in parallel to the outputs of the plurality of unit inverters and that each form a flow path for circulating a load current when electrically closed;
When any one of the plurality of operation abnormality detecting means detects an operation abnormality state of the unit inverter, a bypass switch control means for giving a closing instruction to the bypass switch corresponding to the unit inverter corresponding to the operation abnormality state;
An output voltage margin supply means connected in series to the unit inverter series connection group, and the bypass switch is closed to compensate for an insufficient output voltage of the unit inverter corresponding to the bypass switch;
A serial multiple inverter device comprising:
前記出力電圧余裕分供給手段は、複数の前記単位インバータ直列接続群の出力にそれぞれ複数の前記変圧器の二次側巻線を直列接続し、複数の前記変圧器の一次側巻線に出力電圧を補う複数の単位インバータをそれぞれ接続した構成からなり、
いずれかの前記単位インバータ直列接続群中の単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスを行う際に、前記変圧器の一次側巻線に接続された前記複数の単位インバータの出力電圧で、不足する単位インバータの出力電圧を補うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の直列多重インバータ装置。 In addition, with multiple transformers,
The output voltage margin supply means serially connects the secondary side windings of the plurality of transformers to the outputs of the plurality of unit inverter series connection groups, and outputs the output voltage to the primary side windings of the plurality of transformers. Consists of multiple unit inverters connected to each other,
When the unit inverter in any one of the unit inverter series connection groups is bypassed by the bypass switch, the unit inverter that is insufficient with the output voltage of the plurality of unit inverters connected to the primary winding of the transformer The series multiple inverter device according to claim 1, wherein the output voltage of the serial multiple inverter device is supplemented.
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備え、
複数の前記単位インバータのいずれかに異常が発生した場合において、前記運転異常検出手段によって異常を検出し、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記バイパススイッチ制御手段に出力し、前記バイパススイッチ制御手段は前記バイパススイッチに閉路指令を出して、異常が発生した前記単位インバータの出力を短絡し、
また、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行い、
また、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記出力電圧余裕分供給手段に出力して、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補うことを特徴とする直列多重インバータ制御方法。 A rectifier that converts AC power into DC power;
DC power that is the output of the rectifier is converted to AC power, and a plurality of unit inverters are formed by bridge-connecting a plurality of semiconductor switch elements, and the input side of each unit inverter is connected to the above-mentioned via a smoothing capacitor. Unit inverter series connection group connected in parallel to the output of the rectifier, connecting the output side of each unit inverter in series, and connecting to an AC load;
Unit inverter control means for giving an open / close control command in a predetermined order to the semiconductor switch elements constituting the unit inverter;
An operation abnormality detecting means for detecting an operation abnormality state of the unit inverter;
Circuit protection means for protecting the unit inverter by opening a circuit corresponding to the corresponding unit inverter when the operation abnormality detection means detects an abnormality of the unit inverter;
A bypass switch connected in parallel to the unit inverter and forming a flow path for circulating load current when electrically closed;
A bypass switch control means for short-circuiting the output of the unit inverter by giving a closing command to the bypass switch corresponding to the corresponding unit inverter when the operation abnormality is detected;
An output voltage margin supply means provided in series with the output of the unit inverter, having a function of compensating for an output voltage component that is insufficient at the time of bypassing the unit inverter;
When an abnormality occurs in any of the plurality of unit inverters, the operation abnormality detection unit detects an abnormality, the operation abnormality detection unit outputs an operation abnormality detection signal to the bypass switch control unit, and the bypass switch The control means issues a closing command to the bypass switch, short-circuits the output of the unit inverter in which an abnormality has occurred,
Moreover, the unit inverter is opened by the circuit protection means for protecting the unit inverter, and protection is performed.
Further, the operation abnormality detection means outputs an operation abnormality detection signal to the output voltage margin supply means so as to compensate for an output voltage that is insufficient when the unit inverter is bypassed.
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