JP2017192297A - Multilevel power conversion device and method for controlling multilevel power conversion device - Google Patents

Multilevel power conversion device and method for controlling multilevel power conversion device Download PDF

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一徳 森田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multilevel power conversion device capable of evenly charging initial voltages of a plurality of smoothing capacitors at low cost.SOLUTION: A multilevel power conversion device includes a converter 210 converting AC power into DC power, an inverter 220 converting DC power of the converter unit 210 into AC power; and a plurality of smoothing capacitors C1-C4 connected in series to the converter 210 and a DC link of the inverter 220, and outputs a multi-level voltage. The multilevel power conversion device further includes: a Scotto transformer 700 to which three-phase AC from a three-phase AC power supply is input and from which two sets of single phase AC with a phase difference of 90 degrees is output; and a diode rectifier 900 performing half-wave rectification to the current output from a secondary side of the Scotto transformer 700 by diodes D1-D4 that are provided corresponding to the plurality of smoothing capacitors C1-C4, respectively, and guiding the half-wave rectified current to each of the smoothing capacitors C1-C4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マルチレベル電力変換装置に係り、直流リンク部の平滑コンデンサの予備充電に関する。   The present invention relates to a multi-level power converter, and relates to precharging a smoothing capacitor in a DC link unit.

直流リンク部に平滑コンデンサを持つ電力変換装置には、電源投入時に平滑コンデンサに流れる突入電流を抑制するための予備充電回路が必要である。予備充電回路を持つ電力変換装置の先行技術としては、例えば特許文献1に記載のもの(特許文献1の図1および段落番号「0022」〜「0048」)がある。   A power converter having a smoothing capacitor in the DC link portion needs a precharge circuit for suppressing an inrush current flowing through the smoothing capacitor when the power is turned on. As a prior art of a power converter having a precharge circuit, for example, there is one described in Patent Document 1 (FIG. 1 of Patent Document 1 and paragraph numbers “0022” to “0048”).

この特許文献1には、主インバータ装置の起動前に、主インバータ装置内の平滑コンデンサを一定電流で充電するための制御信号により駆動制御される補機用インバータ装置から、交流リアクトル、昇圧トランスおよび整流器を介して平滑コンデンサへプリチャージ(予備充電)を行うことが記載されている。   This patent document 1 discloses an auxiliary inverter device driven and controlled by a control signal for charging a smoothing capacitor in a main inverter device with a constant current before starting the main inverter device, an AC reactor, a step-up transformer, It is described that precharging (preliminary charging) is performed on a smoothing capacitor via a rectifier.

特開平10−66388号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-66388 特開平7−79574号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-79574 特開2003−169480号公報JP 2003-169480 A

「トランジスタ技術」、CQ出版社、pp.100〜101、2016年4月号"Transistor Technology", CQ Publisher, pp. 100-101, April 2016 issue

前述した特許文献1には、出力電圧のレベル数が3以上であるマルチレベル電力変換装置の場合、すなわち平滑コンデンサが複数ある場合について考慮されていない。   Patent Document 1 described above does not consider the case of a multi-level power conversion device in which the number of output voltage levels is 3 or more, that is, the case where there are a plurality of smoothing capacitors.

ここで、特許文献1の技術を、5レベル電力変換装置に適用した場合の構成を図4に示す。図4において、図示省略の高圧電源は、高圧遮断器100(第1の遮断器)および5レベル電力変換装置200を介して負荷、例えば電動機300に接続されている。   Here, FIG. 4 shows a configuration in a case where the technique of Patent Document 1 is applied to a five-level power converter. In FIG. 4, a high-voltage power supply (not shown) is connected to a load, for example, an electric motor 300 via a high-voltage circuit breaker 100 (first circuit breaker) and a five-level power converter 200.

5レベル電力変換装置200の210は、入力された高圧電源の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部であり、220はコンバータ部210の直流出力を交流電力に変換するインバータ部であり、C1〜C4はコンバータ部210およびインバータ部220の直流リンク部の直流電圧を分圧するために直列接続された平滑コンデンサである。   210 of the five-level power converter 200 is a converter unit that converts the input AC power of the high-voltage power source into DC power, 220 is an inverter unit that converts the DC output of the converter unit 210 into AC power, and C4 is a smoothing capacitor connected in series to divide the DC voltage of the DC link section of the converter section 210 and the inverter section 220.

コンバータ部210およびインバータ部220を構成する複数の半導体スイッチング素子は、図示省略の制御部によってON/OFF制御され、これによって平滑コンデンサC1〜C4に各々蓄えられたエネルギーを用いてインバータ部220には4分圧に対応する5レベルの電位を有する交流出力が生成される。   The plurality of semiconductor switching elements constituting the converter unit 210 and the inverter unit 220 are ON / OFF controlled by a control unit (not shown), and thereby the inverter unit 220 uses energy stored in the smoothing capacitors C1 to C4. An AC output having a five level potential corresponding to the four partial pressures is generated.

図示省略の低圧3相電源の3相交流出力は、遮断器400(第2の遮断器)、補機用インバータ810、交流リアクトル820および昇圧トランス600を介して整流器830の交流入力側に接続され、整流器830の、正側出力端は平滑コンデンサC1の正極に、負側出力端は平滑コンデンサC4の負極に各々接続されている。   A three-phase AC output of a low-voltage three-phase power supply (not shown) is connected to the AC input side of the rectifier 830 via a circuit breaker 400 (second circuit breaker), an auxiliary inverter 810, an AC reactor 820, and a step-up transformer 600. The positive output terminal of the rectifier 830 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1, and the negative output terminal is connected to the negative electrode of the smoothing capacitor C4.

5レベル電力変換装置200の起動前に、制御部が遮断器400をONし、平滑コンデンサC1〜C4を定電流充電するための制御信号を補機用インバータ装置810に与えて駆動させることで、整流器830の直流出力によって平滑コンデンサC1〜C4を充電(予備充電)するものである。   Before starting the five-level power conversion device 200, the control unit turns on the circuit breaker 400, and gives a drive signal to the auxiliary inverter device 810 to drive the smoothing capacitors C1 to C4 with a constant current. The smoothing capacitors C1 to C4 are charged (preliminarily charged) by the DC output of the rectifier 830.

この場合平滑コンデンサC1〜C4は、各々の平滑コンデンサの内部抵抗値により分圧された電圧で充電され、各々の内部抵抗値にはばらつきがあるため均等な電圧とならない。平滑コンデンサC1〜C4の電圧のばらつきが大きくなれば、一部の平滑コンデンサやそれに接続される半導体スイッチング素子に過大な電圧が印加され、半導体スイッチング素子の過電圧破壊につながる。   In this case, the smoothing capacitors C1 to C4 are charged with a voltage divided by the internal resistance values of the respective smoothing capacitors, and the internal resistance values are not uniform because they vary. If the voltage variation of the smoothing capacitors C1 to C4 increases, an excessive voltage is applied to some of the smoothing capacitors and the semiconductor switching elements connected to the smoothing capacitors, leading to overvoltage breakdown of the semiconductor switching elements.

また5レベル電力変換装置200の交流側電圧波形(出力電圧波形)へも影響を及ぼし、交流側電流(出力電流)の波形歪の原因ともなる。   It also affects the AC voltage waveform (output voltage waveform) of the five-level power converter 200 and causes waveform distortion of the AC current (output current).

マルチレベル電力変換装置において、平滑コンデンサの電圧を制御し均等化する方法は種々提案されており、例えば特許文献2、3に公開されている。しかしながらこれらの方法は電力変換装置の起動後(すなわち半導体スイッチング素子のON/OFF動作による出力電圧の生成後)、交流出力電圧指令に補償値を加算する等の方法で平滑コンデンサの電圧を制御する手法であり、電力変換装置の起動前の平滑コンデンサの初期電圧は制御できない。そのため、電力変換装置の起動直後の出力電流の波形歪みの原因となるという問題は、これら提案では解決できない。   Various methods for controlling and equalizing the voltage of the smoothing capacitor in the multilevel power conversion device have been proposed. For example, these methods are disclosed in Patent Documents 2 and 3. However, these methods control the voltage of the smoothing capacitor by a method such as adding a compensation value to the AC output voltage command after starting up the power conversion device (that is, after generating the output voltage by the ON / OFF operation of the semiconductor switching element). This is a technique, and the initial voltage of the smoothing capacitor before starting the power converter cannot be controlled. Therefore, these proposals cannot solve the problem of causing waveform distortion of the output current immediately after the power conversion device is started.

また、図4と同様に構成された5レベル電力変換装置200において、図5のように平滑コンデンサC1〜C4と並列にバランス抵抗R1〜R4を接続することにより、平滑コンデンサC1〜C4の電圧ばらつきを緩和する手法がある。しかしこの方法でも、平滑コンデンサC1〜C4の電圧はバランス抵抗R1〜R4の抵抗値のばらつきの影響を受ける。またこれらのバランス抵抗R1〜R4は5レベル電力変換装置200の直流リンク部に電圧が印加されるかぎり常に電力を消費するため、電力変換装置の損失が大きくなるという問題がある。   Further, in the five-level power conversion device 200 configured in the same manner as in FIG. 4, voltage dispersion of the smoothing capacitors C1 to C4 is achieved by connecting balance resistors R1 to R4 in parallel with the smoothing capacitors C1 to C4 as shown in FIG. There is a method to alleviate this. However, even with this method, the voltages of the smoothing capacitors C1 to C4 are affected by variations in the resistance values of the balance resistors R1 to R4. Moreover, since these balance resistors R1 to R4 always consume power as long as a voltage is applied to the DC link portion of the five-level power converter 200, there is a problem that the loss of the power converter increases.

また、特許文献1の技術を適用し、マルチレベル電力変換装置の平滑コンデンサ1つずつに充電する場合には、図4、図5に示す補機用インバータ装置810、交流リアクトル820、昇圧トランス600が平滑コンデンサの個数分必要となる。   In addition, when the technology of Patent Document 1 is applied and each smoothing capacitor of the multilevel power converter is charged one by one, the auxiliary inverter device 810, the AC reactor 820, and the step-up transformer 600 shown in FIGS. Is required for the number of smoothing capacitors.

従って、先行技術では、
・各平滑コンデンサに並列にバランス抵抗を接続しないと、マルチレベル電力変換装置の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することが困難である。
Therefore, in the prior art,
If it is not connected in parallel to each smoothing capacitor, it is difficult to charge the initial voltage of the smoothing capacitor of the multi-level power converter evenly.

・各平滑コンデンサに並列にバランス抵抗を接続すれば電圧ばらつきは緩和できるが、バランス抵抗の抵抗値のばらつきの影響を受ける。また、バランス抵抗による電力損失も大きくなる。さらにバランス抵抗の設置は電力変換装置のコスト増と製作作業時間増となる。   ・ Connecting a balancing resistor in parallel to each smoothing capacitor can alleviate voltage variations, but it is affected by variations in resistance values of the balancing resistors. In addition, power loss due to the balance resistance also increases. Furthermore, the installation of the balance resistor increases the cost of the power conversion device and the manufacturing time.

・各平滑コンデンサに充電回路を接続すると、高価な交流リアクトルや昇圧トランスを平滑コンデンサの個数分使用するため、電力変換装置全体のコスト増となる。   If a charging circuit is connected to each smoothing capacitor, an expensive AC reactor or step-up transformer is used for the number of smoothing capacitors, which increases the cost of the entire power converter.

・上記の場合、体積・重量ともに大きな交流リアクトル、昇圧トランスを平滑コンデンサの個数分使用するため、電力変換装置の体積・重量が大きくなりそれらを支持する構造部材も高価となる。これにより、電力変換装置のコスト増となる。さらに、電力変換装置の製作時の配線作業増となる。   In the above case, since AC reactors and step-up transformers having a large volume and weight are used as many as the number of smoothing capacitors, the volume and weight of the power converter increases and the structural members that support them become expensive. This increases the cost of the power conversion device. Furthermore, the wiring work is increased when the power converter is manufactured.

という問題があった。   There was a problem.

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、低コストにより複数の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができるマルチレベル電力変換装置およびその制御方法を提供することにある。   The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multilevel power conversion device and a control method therefor that can uniformly charge initial voltages of a plurality of smoothing capacitors at low cost.

上記課題を解決するための請求項1に記載のマルチレベル電力変換装置は、第1の交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、コンバータ部の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、コンバータ部およびインバータ部の直流リンク部に直列接続された複数の平滑コンデンサとを有し、複数レベルの電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
第2の交流電源から単相交流電流を導入し、該単相交流電流によって前記複数の平滑コンデンサ各々に対して、充電電流を個別に供給する個別充電電流供給手段を備えたことを特徴としている。
The multilevel power conversion device according to claim 1 for solving the above-described problem is a converter unit that converts AC power from a first AC power source into DC power, and converts DC power of the converter unit into AC power. A multi-level power converter that has an inverter unit and a plurality of smoothing capacitors connected in series to the DC link unit of the converter unit and the inverter unit, and outputs a plurality of levels of voltage,
A single-phase alternating current is introduced from a second alternating-current power source, and individual charging current supply means for individually supplying a charging current to each of the plurality of smoothing capacitors by the single-phase alternating current is provided. .

また、請求項2に記載のマルチチレベル電力変換装置は、請求項1において、前記第1の交流電源と前記第2の交流電源は共通化されていることを特徴とする。   A multi-level power converter according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the first AC power supply and the second AC power supply are shared.

また、請求項3に記載のマルチレベル電力変換装置は、請求項1又は2において、
前記個別充電電流供給手段は、
3相交流電源からの3相交流を入力とし、90度位相差の2組の単相交流を出力するスコットトランスと、
前記スコットトランスの2次側から出力される電流を前記複数の平滑コンデンサに対応して設けたダイオードによって各々半波整流して前記各平滑コンデンサに導くダイオード整流部と、を備えたことを特徴としている。
The multilevel power conversion device according to claim 3 is the multilevel power conversion device according to claim 1 or 2,
The individual charging current supply means includes
A Scott transformer that receives three-phase alternating current from a three-phase alternating current power supply and outputs two sets of single-phase alternating current with a phase difference of 90 degrees;
A diode rectifier that half-wave rectifies the current output from the secondary side of the Scott transformer with a diode provided corresponding to the plurality of smoothing capacitors and guides the current to each smoothing capacitor; Yes.

また、請求項4に記載のマルチレベル電力変換装置は、請求項3において、
前記マルチレベル電力変換装置は、直列接続された第1〜第4の平滑コンデンサを有して5レベルの電圧を出力する5レベル電力変換装置であり、
前記スコットトランスは、1次側に主座1次コイルと、その中点に接続されたT座1次コイルを有し、2次側に互いに絶縁された主座2次コイルとT座2次コイルを有しており、
前記ダイオード整流部は、
前記第1〜第4の平滑コンデンサに対応した第1〜第4のダイオードを有し、前記スコットトランスの主座2次コイルの一端を、第1のダイオードのアノード、カソードを介して第1の平滑コンデンサの正極に接続し、第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点をスコットトランスの主座2次コイルの他端に接続し、第2の平滑コンデンサの負極を、第2のダイオードのアノード、カソードを介して前記主座2次コイルの一端に接続し、スコットトランスのT座2次コイルの一端を、第3のダイオードのアノード、カソードを介して第3の平滑コンデンサの正極に接続し、第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点を前記T座2次コイルの他端に接続し、第4の平滑コンデンサの負極を、第4のダイオードのアノード、カソードを介して前記T座2次コイルの一端に接続して構成されていることを特徴とする。
A multi-level power conversion device according to claim 4 is characterized in that in claim 3,
The multi-level power converter is a 5-level power converter that has first to fourth smoothing capacitors connected in series and outputs a 5-level voltage,
The Scott transformer has a main seat primary coil on the primary side and a T seat primary coil connected to the midpoint thereof, and a main seat secondary coil and a T seat secondary insulated from each other on the secondary side. Has a coil,
The diode rectifier is
The first to fourth diodes corresponding to the first to fourth smoothing capacitors are provided, and one end of the main secondary coil of the Scott transformer is connected to the first diode via the anode and cathode of the first diode. Connect to the positive electrode of the smoothing capacitor, connect the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor to the other end of the main secondary coil of the Scott transformer, and connect the negative electrode of the second smoothing capacitor to the second Is connected to one end of the main seat secondary coil via the anode and cathode of the diode, and one end of the T seat secondary coil of the Scott transformer is connected to the third smoothing capacitor via the anode and cathode of the third diode. Connect to the positive electrode, connect the common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor to the other end of the T-seat secondary coil, and connect the negative electrode of the fourth smoothing capacitor to the fourth Wherein the diode anode of, through the cathode is constituted by connecting one end of the T locus secondary coil.

また、請求項5に記載のマルチレベル電力変換装置は、請求項1又は2において、
前記個別充電電流供給手段は、
前記第2の交流電源からの単相交流を入力とし、前記複数の平滑コンデンサに第3の遮断器を介して各々接続され、該平滑コンデンサを各々の出力側コンデンサとして構成した単位昇圧整流回路を、前記平滑コンデンサと同数直列に接続したコッククロフト・ウォルトン回路部を備えたことを特徴としている。
Further, the multilevel power conversion device according to claim 5 is characterized in that in claim 1 or 2,
The individual charging current supply means includes
A unit boosting rectifier circuit having a single-phase alternating current from the second alternating-current power supply as an input, connected to each of the plurality of smoothing capacitors via a third circuit breaker, and comprising the smoothing capacitors as respective output-side capacitors; And a Cockcroft-Walton circuit section connected in series with the same number as the smoothing capacitor.

また、請求項6に記載のマルチレベル電力変換装置は、請求項5において、
前記マルチレベル電力変換装置は、直列接続された第1〜第4の平滑コンデンサを有して5レベルの電圧を出力する5レベル電力変換装置であり、
前記コッククロフト・ウォルトン回路部は、
第1の入力側コンデンサと、アノードが第1の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第1の接点を介して第1の平滑コンデンサの正極に接続された第5のダイオードと、カソードが第1の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第2の接点を介して第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第6のダイオードと、を有した第1の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第1の入力側コンデンサの他端に接続された第2の入力側コンデンサと、アノードが第2の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第2の接点を介して第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第7のダイオードと、カソードが第2の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第3の接点を介して第2の平滑コンデンサおよび第3の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第8のダイオードと、を有した第2の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第2の入力側コンデンサの他端に接続された第3の入力側コンデンサと、アノードが第3の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第3の接点を介して第2の平滑コンデンサおよび第3の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第9のダイオードと、カソードが第3の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第4の接点を介して第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第10のダイオードと、を有した第3の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第3の入力側コンデンサの他端に接続され、他端が第2の交流電源の一端に接続された第4の入力側コンデンサと、アノードが第4の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第4の接点を介して第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第11のダイオードと、カソードが第4の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第5の接点を介して第4の平滑コンデンサの負極および第2の交流電源の他端に接続された第12のダイオードと、を有した第4の単位昇圧整流回路と、
を備えていることを特徴とする。
A multi-level power conversion device according to claim 6 is characterized in that, in claim 5,
The multi-level power converter is a 5-level power converter that has first to fourth smoothing capacitors connected in series and outputs a 5-level voltage,
The Cockcroft-Walton circuit section is
A first input-side capacitor and a fifth anode having an anode connected to one end of the first input-side capacitor and a cathode connected to the positive electrode of the first smoothing capacitor via the first contact of the third circuit breaker; The diode and the cathode are connected to one end of the first input side capacitor, and the anode is connected to the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor via the second contact of the third circuit breaker. A first unit boost rectifier circuit having a sixth diode;
A second input side capacitor having one end connected to the other end of the first input side capacitor, an anode connected to one end of the second input side capacitor, and a cathode serving as the second contact of the third circuit breaker. A seventh diode connected to the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor, a cathode connected to one end of the second input-side capacitor, and an anode connected to the third of the third circuit breaker An eighth diode connected to a common connection point of the second smoothing capacitor and the third smoothing capacitor through the contact of the second unit boosting rectifier circuit,
A third input-side capacitor having one end connected to the other end of the second input-side capacitor, an anode connected to one end of the third input-side capacitor, and a cathode serving as the third contact of the third circuit breaker A ninth diode connected to the common connection point of the second smoothing capacitor and the third smoothing capacitor via the first input terminal, a cathode connected to one end of the third input side capacitor, and an anode connected to the fourth of the third circuit breaker. A third unit boost rectifier circuit having a tenth diode connected to a common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor via the contact of
One end is connected to the other end of the third input side capacitor, the other end is connected to one end of the second AC power source, and the anode is connected to one end of the fourth input side capacitor. An eleventh diode whose cathode is connected to a common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor via a fourth contact of the third circuit breaker, and a cathode of the fourth input side capacitor. A fourth diode having one end connected to one end and an anode connected to the negative electrode of the fourth smoothing capacitor and the other end of the second AC power source via the fifth contact of the third circuit breaker; Unit boost rectifier circuit,
It is characterized by having.

また、請求項7に記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法は、
第1の交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、コンバータ部の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、コンバータ部およびインバータ部の直流リンク部に直列接続された複数の平滑コンデンサとを有し、複数レベルの電圧を出力する装置において、
第2の交流電源から単相交流電流を導入し、該単相交流電流によって前記複数の平滑コンデンサ各々に対して、充電電流を個別に供給する個別充電電流供給手段と、前記第1の交流電源とコンバータ部の間に設けられた第1の遮断器と、前記第2の交流電源と個別充電電流供給手段の間に設けられた第2の遮断器と、を設けたマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
制御部が、
前記第1、第2の遮断器がオフであるときに第2の遮断器を投入制御するステップと、
前記各平滑コンデンサの端子電圧が目標電圧に達したら、第2の遮断器を開放した後、第1の遮断器を投入するステップと、
前記コンバータ部、インバータ部の運転を開始させるステップと、
を備えたことを特徴としている。
The control method of the multilevel power conversion device according to claim 7 is:
A converter unit that converts AC power from the first AC power source into DC power, an inverter unit that converts DC power of the converter unit into AC power, and a plurality of units connected in series to the DC link unit of the converter unit and the inverter unit In a device that has a smoothing capacitor and outputs a plurality of levels of voltage,
Individual charging current supply means for introducing a single-phase alternating current from a second alternating-current power supply and individually supplying a charging current to each of the plurality of smoothing capacitors by the single-phase alternating current; and the first alternating-current power supply And a first circuit breaker provided between the converter unit and a second circuit breaker provided between the second AC power source and the individual charging current supply means. A control method,
The control unit
Controlling the closing of the second circuit breaker when the first and second circuit breakers are off;
When the terminal voltage of each of the smoothing capacitors reaches the target voltage, opening the second circuit breaker, and then turning on the first circuit breaker;
Starting the converter unit and the inverter unit;
It is characterized by having.

また、請求項8に記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法は、請求項7において、
前記第1の交流電源と第2の交流電源は共通化されており、前記第1の遮断器は前記共通化された交流電源とコンバータ部の間に設けられ、前記第2の遮断器は前記共通化された交流電源と個別充電電流供給手段の間に設けられていることを特徴とする。
A control method of a multilevel power conversion device according to claim 8 is the method according to claim 7,
The first AC power supply and the second AC power supply are shared, the first circuit breaker is provided between the shared AC power supply and the converter unit, and the second circuit breaker is It is provided between the common AC power supply and the individual charging current supply means.

また、請求項9に記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法は、請求項7又は8において、
前記個別充電電流供給手段は、
前記第2の交流電源からの単相交流を入力とし、前記複数の平滑コンデンサに第3の遮断器を介して各々接続され、該平滑コンデンサを各々の出力側コンデンサとして構成した単位昇圧整流回路を、前記平滑コンデンサと同数直列に接続したコッククロフト・ウォルトン回路部を備え、
制御部が、
前記第1、第2および第3の遮断器がオフであるときに第2および第3の遮断器を投入制御するステップと、
前記各平滑コンデンサの端子電圧が目標電圧に達したら、第2および第3の遮断器を開放した後、第1の遮断器を投入するステップと、
前記コンバータ部、インバータ部の運転を開始させるステップと、
を備えたことを特徴としている。
A control method for a multilevel power conversion device according to claim 9 is the method according to claim 7 or 8,
The individual charging current supply means includes
A unit boosting rectifier circuit having a single-phase alternating current from the second alternating-current power supply as an input, connected to each of the plurality of smoothing capacitors via a third circuit breaker, and comprising the smoothing capacitors as respective output-side capacitors; The same number of the smoothing capacitor connected in series with the Cockcroft-Walton circuit unit,
The control unit
Controlling the closing of the second and third circuit breakers when the first, second and third circuit breakers are off;
When the terminal voltage of each smoothing capacitor reaches the target voltage, opening the second and third circuit breakers, and then turning on the first circuit breaker;
Starting the converter unit and the inverter unit;
It is characterized by having.

(1)請求項1〜8に記載の発明によれば、マルチレベル電力変換装置の起動前に複数の平滑コンデンサを予備充電する際、複数の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができる。このため、平滑コンデンサや、コンバータ部、インバータ部のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることはなく、スイッチング素子が過電圧破壊することが防止される。 (1) According to the first to eighth aspects of the invention, when precharging the plurality of smoothing capacitors before starting the multilevel power converter, the initial voltages of the plurality of smoothing capacitors can be charged uniformly. . For this reason, an excessive voltage is not applied to the smoothing capacitor, the switching element of the converter part, and the inverter part, and the switching element is prevented from being destroyed by overvoltage.

また、複数の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができるため、マルチレベル電力変換装置の交流側電流の波形歪を抑制することができる。   In addition, since the initial voltages of the plurality of smoothing capacitors can be charged uniformly, waveform distortion of the AC side current of the multilevel power converter can be suppressed.

また、簡単な構成によって、複数の平滑コンデンサの予備充電回路が形成されるので、マルチレベル電力変換装置全体のコストを低減することができる。
(2)請求項2、8に記載の発明によれば、複数の平滑コンデンサを予備充電するための専用の交流電源を設ける必要がなくなる。
(3)請求項4、6に記載の発明によれば、5レベル電力変換装置の起動前に第1〜第4の平滑コンデンサを予備充電する際、第1〜第4の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができ、これによって、平滑コンデンサや、コンバータ部、インバータ部のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることはなく、スイッチング素子が過電圧破壊することが防止される。
(4)請求項5,6に記載の発明によれば、個別充電電流供給手段にコッククロフト・ウォルトン回路を用いているので、該コッククロフト・ウォルトン回路の入力側の電圧のピーク値の2倍の直流電圧で各平滑コンデンサを充電することができる。
In addition, since a plurality of smoothing capacitor precharge circuits are formed with a simple configuration, the cost of the entire multilevel power conversion device can be reduced.
(2) According to the second and eighth aspects of the present invention, there is no need to provide a dedicated AC power source for precharging a plurality of smoothing capacitors.
(3) According to the inventions of claims 4 and 6, when precharging the first to fourth smoothing capacitors before starting the five-level power converter, the initial voltages of the first to fourth smoothing capacitors Can be charged evenly, so that an excessive voltage is not applied to the smoothing capacitor, the switching element of the converter part, and the inverter part, and the switching element is prevented from being destroyed by overvoltage.
(4) According to the inventions of claims 5 and 6, since the Cockcroft-Walton circuit is used as the individual charging current supply means, the direct current is twice the peak value of the voltage on the input side of the Cockcroft-Walton circuit. Each smoothing capacitor can be charged with a voltage.

このため、コッククロフト・ウォルトン回路に単相交流を導入するための変圧器の出力電圧は低い電圧値でよく、該変圧器を小型化することができる。これによって、マルチレベル電力変換装置全体のコストを低減することができる。
(5)請求項7,8に記載の発明によれば、複数の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電した後、マルチレベル電力変換装置を起動させることができる。このため、平滑コンデンサや、コンバータ部、インバータ部のスイッチング素子に過大な電圧が印加されることはなく、スイッチング素子が過電圧破壊することが防止される。
For this reason, the output voltage of the transformer for introducing a single-phase alternating current into the Cockcroft-Walton circuit may be a low voltage value, and the transformer can be miniaturized. Thereby, the cost of the entire multilevel power conversion device can be reduced.
(5) According to the inventions described in claims 7 and 8, the multilevel power conversion device can be started after the initial voltages of the plurality of smoothing capacitors are charged uniformly. For this reason, an excessive voltage is not applied to the smoothing capacitor, the switching element of the converter part, and the inverter part, and the switching element is prevented from being destroyed by overvoltage.

また、複数の平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができるため、マルチレベル電力変換装置の交流側電流の波形歪を抑制することができる。   In addition, since the initial voltages of the plurality of smoothing capacitors can be charged uniformly, waveform distortion of the AC side current of the multilevel power converter can be suppressed.

本発明の実施例1による5レベル電力変換装置の構成図。The block diagram of the 5 level power converter device by Example 1 of this invention. 本発明の実施例2による5レベル電力変換装置の構成図。The block diagram of the 5 level power converter device by Example 2 of this invention. 非特許文献1に記載のコッククロフト・ウォルトン回路を表し、(a)は回路図、(b)は図3(a)の出力側の各点の電圧波形図。The Cockcroft-Walton circuit of a nonpatent literature 1 is represented, (a) is a circuit diagram, (b) is a voltage waveform figure of each point of the output side of Fig.3 (a). 特許文献1の技術を適用した5レベル電力変換装置の構成図。The block diagram of the 5 level power converter device to which the technique of patent document 1 is applied. 図4の装置に、平滑コンデンサの電圧ばらつきを緩和する手法を適用した5レベル電力変換装置の構成図。The block diagram of the 5 level power converter device which applied the method of relieving the voltage variation of a smoothing capacitor to the apparatus of FIG.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本発明を5レベル電力変換装置に適用した実施例1の構成を示しており、図4と同一部分は同一符号をもって示している。   FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment in which the present invention is applied to a five-level power converter, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

5レベル電力変換装置200のコンバータ部210とインバータ部220を結ぶ直流リンク部において、平滑コンデンサC1〜C4には、各平滑コンデンサの電圧を検出する電圧検出部231〜234が各々並列に接続されている。   In the DC link unit that connects the converter unit 210 and the inverter unit 220 of the five-level power converter 200, voltage detecting units 231 to 234 that detect the voltage of each smoothing capacitor are connected in parallel to the smoothing capacitors C1 to C4, respectively. Yes.

一端が図示省略の低圧3相電源に接続された遮断器400の他端は、限流抵抗器500を介して昇圧トランス600の1次側に接続されている。昇圧トランス600の2次側は、3相交流(U,V,W)を入力とし、90度位相差の2相の単相交流(u,v)を出力するスコットトランス700の1次側に接続されている。   The other end of the circuit breaker 400 whose one end is connected to a low-voltage three-phase power supply (not shown) is connected to the primary side of the step-up transformer 600 via a current limiting resistor 500. The secondary side of the step-up transformer 600 is input to the primary side of the Scott transformer 700 which receives a three-phase alternating current (U, V, W) and outputs a two-phase single-phase alternating current (u, v) having a phase difference of 90 degrees. It is connected.

このスコットトランス700における主座1次コイル711の、一端はU相端子に接続され、他端はW相端子に接続され、中点はT座1次コイル721の一端に接続されている。T座1次コイル721の他端はV相端子に接続されている。   One end of the main seat primary coil 711 in the Scott transformer 700 is connected to the U-phase terminal, the other end is connected to the W-phase terminal, and the middle point is connected to one end of the T-seat primary coil 721. The other end of the T seat primary coil 721 is connected to the V phase terminal.

スコットトランス700における主座2次コイル712の、一端はu端子に接続され、他端は0u端子に接続されている。スコットトランス700における主座2次コイル712とは絶縁されたT座2次コイル722の、一端は0v端子に接続され、他端はv端子に接続されている。   One end of the main secondary coil 712 in the Scott transformer 700 is connected to the u terminal, and the other end is connected to the 0u terminal. In the Scott transformer 700, one end of the T seat secondary coil 722 insulated from the main seat secondary coil 712 is connected to the 0v terminal, and the other end is connected to the v terminal.

スコットトランス700の2次側は、交流電圧を直流電圧に変換する半波ダイオード整流器として機能するダイオードD1〜D4を有した整流部900を介して、5レベル電力変換装置200の直流リンク部に接続されている。   The secondary side of the Scott transformer 700 is connected to the DC link unit of the five-level power converter 200 via a rectifier unit 900 having diodes D1 to D4 that function as half-wave diode rectifiers that convert AC voltage into DC voltage. Has been.

すなわち、主座2次コイル712の一端のu端子はダイオードD1のアノード、カソードを介して平滑コンデンサC1の正極に接続され、主座2次コイル712の他端の0u端子は平滑コンデンサC1およびC2の共通接続点に接続されている。   That is, the u terminal at one end of the main seat secondary coil 712 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C1 via the anode and cathode of the diode D1, and the 0 u terminal at the other end of the main seat secondary coil 712 is connected to the smoothing capacitors C1 and C2. Connected to the common connection point.

T座2次コイル722の一端の0v端子は、ダイオードD3のアノード、カソードを介して、ダイオードD2のアノードと、平滑コンデンサC2およびC3の共通接続点とに接続されている。ダイオードD2のカソードはu端子およびダイオードD1のアノードに接続されている。T座2次コイル722の他端のv端子は、平滑コンデンサC3およびC4の共通接続点に接続されている。   The 0v terminal at one end of the T-seat secondary coil 722 is connected to the anode of the diode D2 and the common connection point of the smoothing capacitors C2 and C3 via the anode and cathode of the diode D3. The cathode of the diode D2 is connected to the u terminal and the anode of the diode D1. The v terminal at the other end of the T seat secondary coil 722 is connected to a common connection point of the smoothing capacitors C3 and C4.

平滑コンデンサC4の負極は、ダイオードD4のアノード、カソードを介して0v端子とダイオードD3のアノードに接続されている。   The negative electrode of the smoothing capacitor C4 is connected to the 0v terminal and the anode of the diode D3 via the anode and cathode of the diode D4.

尚、本実施例1では、スコットトランス700および整流部900によって本発明の個別充電電流供給手段を構成している。   In the first embodiment, the Scott transformer 700 and the rectifying unit 900 constitute the individual charging current supply means of the present invention.

5レベル電力変換装置200内の制御部240は、コンバータ部210、インバータ部220の各半導体スイッチング素子をON/OFF制御(スイッチング制御)する機能と、電圧検出部231〜234により検出された電圧検出値を取り込む機能と、高圧遮断器100、遮断器400にON/OFFの指令を与えてON/OFFの切換え制御を行い、それらのON/OFF状態を確認する機能とを備えている。   The control unit 240 in the five-level power conversion device 200 has a function for ON / OFF control (switching control) of each semiconductor switching element of the converter unit 210 and the inverter unit 220, and voltage detection detected by the voltage detection units 231 to 234. A function of taking in values, and a function of giving ON / OFF commands to the high-voltage circuit breaker 100 and the circuit breaker 400 to perform ON / OFF switching control and confirming the ON / OFF state thereof are provided.

次に、上記のように構成された5レベル電力変換装置の動作を説明する。電動機300を起動する場合、まず制御部240は高圧遮断器100および遮断器400がOFFであることを確認する。次に、制御部240は遮断器400の投入を指示し、遮断器400をONとする。   Next, the operation of the 5-level power conversion device configured as described above will be described. When starting up the electric motor 300, the control part 240 confirms first that the high voltage circuit breaker 100 and the circuit breaker 400 are OFF. Next, the control unit 240 instructs the circuit breaker 400 to be turned on, and turns on the circuit breaker 400.

遮断器400がONされると、低圧3相電源からの3相交流電力は限流抵抗器500および昇圧トランス600を経由して高圧の3相交流電力となり、スコットトランス700に入力される。スコットトランス700に入力された3相交流電力はu−0uと0v−vの絶縁された2回路の単相交流電力となる。   When the circuit breaker 400 is turned on, the three-phase AC power from the low-voltage three-phase power source becomes high-voltage three-phase AC power via the current limiting resistor 500 and the step-up transformer 600 and is input to the Scott transformer 700. The three-phase AC power input to the Scott transformer 700 becomes two-phase isolated single-phase AC power of u-0u and 0v-v.

0u端子電位を基準としたとき、u−0u間電圧が正の時、電流はu端子→ダイオードD1→平滑コンデンサC1→0u端子の経路で流れ、平滑コンデンサC1を充電する。u−0u間電圧が負の時、電流は0u端子→平滑コンデンサC2→ダイオードD2→u端子の経路で流れ、平滑コンデンサC2を充電する。   When the 0u terminal potential is used as a reference, when the voltage between u and 0u is positive, current flows through a path of u terminal → diode D1 → smoothing capacitor C1 → 0u terminal, and charges the smoothing capacitor C1. When the voltage between u-0u is negative, the current flows through the path of 0u terminal → smoothing capacitor C2 → diode D2 → u terminal, and charges the smoothing capacitor C2.

同様に、v端子電位を基準としたとき、0v−v間電圧が正の時、電流は0v端子→ダイオードD3→平滑コンデンサC3→v端子の経路で流れ、平滑コンデンサC3を充電する。0v−v間電圧が負の時、電流はv端子→平滑コンデンサC4→ダイオードD4→0v端子の経路で流れ、平滑コンデンサC4を充電する。   Similarly, when the voltage at the v terminal is used as a reference, when the voltage between 0 v and v is positive, the current flows through a path of 0 v terminal → diode D3 → smoothing capacitor C3 → v terminal, and charges the smoothing capacitor C3. When the voltage between 0v and v is negative, the current flows through the path of v terminal → smoothing capacitor C4 → diode D4 → 0v terminal, and charges the smoothing capacitor C4.

5レベル電力変換装置200内の電圧検出部231〜234により検出された検出値は制御部240に入力され、平滑コンデンサC1〜C4各々の電圧が目標電圧に達したとき予備充電が完了する。   Detection values detected by the voltage detection units 231 to 234 in the five-level power conversion device 200 are input to the control unit 240, and the preliminary charging is completed when the voltages of the smoothing capacitors C1 to C4 reach the target voltage.

そして予備充電が完了すると、制御部240は遮断器400の開放を指示し、遮断器400をOFFとする。   When the preliminary charging is completed, the control unit 240 instructs opening of the circuit breaker 400 and turns off the circuit breaker 400.

その後、制御部240は高圧遮断器100の投入を指示し、高圧遮断器100をONとする。   Thereafter, the control unit 240 instructs the high voltage circuit breaker 100 to be turned on and turns on the high voltage circuit breaker 100.

次に、5レベル電力変換装置200内のコンバータ部210およびインバータ部220の半導体スイッチング素子のON/OFF動作を開始することによって、コンバータ部210とインバータ部220の運転を開始する。   Next, the operation of the converter unit 210 and the inverter unit 220 is started by starting the ON / OFF operation of the semiconductor switching elements of the converter unit 210 and the inverter unit 220 in the five-level power converter 200.

インバータ部220内の各半導体スイッチング素子は所定のON/OFFパターンによりON/OFF制御されることによって、平滑コンデンサC1〜C4の各々の電圧をEとすると、2E、E、0、−E、−2Eの5レベルの電圧が出力される。   Each semiconductor switching element in the inverter unit 220 is ON / OFF controlled by a predetermined ON / OFF pattern, and assuming that each voltage of the smoothing capacitors C1 to C4 is E, 2E, E, 0, -E,- 5E voltage of 2E is output.

インバータ部220は出力電圧を電動機300へ印加するため、電動機300は起動を開始する。   Since the inverter unit 220 applies the output voltage to the electric motor 300, the electric motor 300 starts to start.

尚、コンバータ部210とインバータ部220の運転開始後は、半導体スイッチング素子のON/OFF動作によって各平滑コンデンサC1〜C4の電圧が一定値となるように制御する。したがって、運転開始後の動作においても図3で述べたバランス抵抗(R1〜R4)は不要である。   In addition, after the converter part 210 and the inverter part 220 start operation, the voltage of each of the smoothing capacitors C1 to C4 is controlled to be a constant value by the ON / OFF operation of the semiconductor switching element. Therefore, the balance resistors (R1 to R4) described in FIG. 3 are not required even in the operation after the start of operation.

尚、限流抵抗器500は、平滑コンデンサC1〜C4充電時の充電電流が過大になる事を抑制するために設置されるが、昇圧トランス600やスコットトランス700のインピーダンスにより、充電電流が過大とならない場合は省略することができる。   The current limiting resistor 500 is installed to suppress an excessive charging current during charging of the smoothing capacitors C1 to C4. However, the charging current is excessive due to the impedance of the step-up transformer 600 and the Scott transformer 700. If not, it can be omitted.

また図1では、平滑コンデンサの予備充電用電源として低圧3相電源を用いているが、高圧3相電源から遮断器400を経由して予備充電することも可能であり、このように構成することにより低圧3相電源を用意する必要がなくなるという利点がある。   In FIG. 1, a low-voltage three-phase power source is used as a pre-charging power source for the smoothing capacitor. However, it is also possible to pre-charge from the high-voltage three-phase power source via the circuit breaker 400, and thus configured. This has the advantage that it is not necessary to prepare a low-voltage three-phase power source.

尚、上記説明において、電圧検出部231〜234の検出電圧が目標電圧に達したときに予備充電を終了しているが、変換器の試運転時に目標電圧に到達する予備充電時間を計測しておけば、電圧検出部231〜234で電圧を測定することなく、試運転で計測した予備充電時間の経過時に、遮断器400を遮断する制御も可能である。この場合、電圧検出部231〜234が不要となる利点がある。   In the above description, the preliminary charging is finished when the detection voltage of the voltage detectors 231 to 234 reaches the target voltage, but the preliminary charging time to reach the target voltage during the test run of the converter can be measured. For example, the voltage detectors 231 to 234 can be controlled to shut off the circuit breaker 400 when the precharge time measured in the trial operation has elapsed without measuring the voltage. In this case, there is an advantage that the voltage detection units 231 to 234 are unnecessary.

また図1では5レベル電力変換装置について説明したが、スコットトランス700および整流部900を各々n個(n=自然数)用意することにより、(4n+1)レベルを持つマルチレベル電力変換装置についても同様に構成することができることは自明である。   In FIG. 1, the five-level power conversion device has been described. However, by preparing n (n = natural number) Scott transformers 700 and rectification units 900, a multi-level power conversion device having (4n + 1) levels is similarly applied. It is obvious that it can be configured.

すなわち、図1における昇圧トランス600の出力側にn個のスコットトランスとそれに接続された整流部900とを並設し、n個の整流部900の各整流出力側を図1と同様に(4n+1)レベルを持つマルチレベル電力変換装置の直流リンク部に各々接続するものである。   That is, n Scott transformers and rectifiers 900 connected thereto are arranged in parallel on the output side of the step-up transformer 600 in FIG. 1, and each rectified output side of the n rectifiers 900 is (4n + 1) as in FIG. ) Are respectively connected to the DC link part of the multi-level power converter having a level.

以上のように、本実施例1によれば次のような効果が得られる。   As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

(1)予備充電時に、複数ある平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができ、平滑コンデンサやコンバータ部、インバータ部内の各半導体スイッチング素子に過大な電圧が印加されて半導体スイッチング素子が過電圧破壊することが防止される。   (1) During preliminary charging, the initial voltage of a plurality of smoothing capacitors can be charged evenly, and an excessive voltage is applied to each semiconductor switching element in the smoothing capacitor, converter section, and inverter section, causing the semiconductor switching element to be overvoltage destroyed. Is prevented.

(2)平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することにより、マルチレベル電力変換装置の交流側電流の波形歪が抑制される。   (2) By uniformly charging the initial voltage of the smoothing capacitor, the waveform distortion of the AC side current of the multilevel power converter is suppressed.

(3)平滑コンデンサ電圧のばらつきを緩和するためのバランス抵抗が不要となり、バランス抵抗で消費していた電力損失も削減できる。さらにバランス抵抗のコストの削減と、バランス抵抗接続に要する作業時間を削減することができる。   (3) A balance resistor for reducing variations in the smoothing capacitor voltage is not necessary, and the power loss consumed by the balance resistor can be reduced. Furthermore, the cost of the balance resistor can be reduced, and the work time required for connecting the balance resistor can be reduced.

(4)高価な交流リアクトルを使用しなくともよく、また、高価な昇圧トランスを平滑コンデンサの個数よりも少ない個数のみ使用するため、電力変換装置全体のコストが低減できる。   (4) It is not necessary to use an expensive AC reactor, and since an expensive step-up transformer is used only in a number smaller than the number of smoothing capacitors, the cost of the entire power converter can be reduced.

(5)体積・重量ともに大きな交流リアクトルを使用しなくともよく、また、体積・重量ともに大きな昇圧トランスを平滑コンデンサの個数より少ない個数のみ使用するため、電力変換装置の体積・重量が低減できる。   (5) It is not necessary to use an AC reactor having a large volume and weight, and since the step-up transformer having a large volume and weight is smaller than the number of smoothing capacitors, the volume and weight of the power converter can be reduced.

(6)上記理由により電力変換装置の体積・重量が低減できるため、電力変換装置を支持する構造部材が安価となるため、電力変換装置全体のコストが低減できる。   (6) Since the volume and weight of the power conversion device can be reduced for the above reason, the structural member that supports the power conversion device is inexpensive, and the cost of the entire power conversion device can be reduced.

(7)交流リアクトルを使用しなくともよく、また、昇圧トランスを平滑コンデンサの個数より少ない個数のみ使用するため、構造が簡素化でき、配線に要する作業時間を低減することができる。   (7) There is no need to use an AC reactor, and since only a number of step-up transformers less than the number of smoothing capacitors are used, the structure can be simplified and the working time required for wiring can be reduced.

(8)前記コンバータ部の入力側の交流電源と前記スコットトランスの入力側の3相交流電源を共通化した場合は、複数の平滑コンデンサを予備充電するための専用の交流電源を設ける必要がなくなる。   (8) When the AC power source on the input side of the converter unit and the three-phase AC power source on the input side of the Scott transformer are shared, there is no need to provide a dedicated AC power source for precharging a plurality of smoothing capacitors. .

図2は本発明を5レベル電力変換装置に適用した実施例2の構成を示しており、図1と同一部分は同一符号をもって示している。図2において図1と異なる点は、前記低圧3相電源の代わりに低圧単相電源を設け、昇圧トランス600の二次側巻線を単相巻線とし、前記スコットトランス700および整流部900の代わりにコッククロフト・ウォルトン回路部1000および遮断器1100(第3の遮断器)を設けた点にあり、その他の部分は図1と同一に構成されている。つまり本実施例2では、コッククロフト・ウォルトン回路部1000および遮断器1100によって、本発明の個別充電電流供給手段を構成している。   FIG. 2 shows a configuration of a second embodiment in which the present invention is applied to a five-level power converter, and the same parts as those in FIG. 2 differs from FIG. 1 in that a low-voltage single-phase power supply is provided instead of the low-voltage three-phase power supply, the secondary winding of the step-up transformer 600 is a single-phase winding, and the Scott transformer 700 and the rectifying unit 900 are Instead, the cockcroft-Walton circuit unit 1000 and the circuit breaker 1100 (third circuit breaker) are provided, and the other parts are the same as those in FIG. That is, in the second embodiment, the Cockcroft-Walton circuit unit 1000 and the circuit breaker 1100 constitute the individual charging current supply means of the present invention.

コッククロフト・ウォルトン回路部1000は、平滑コンデンサC1〜C4に対して、同数の第1〜第4の単位昇圧整流回路1011〜1014を、遮断器1100を介して設け、平滑コンデンサC1〜C4各々が単位昇圧整流回路1011〜1014の各々の出力側コンデンサとなるように接続して構成される。   The Cockcroft-Walton circuit unit 1000 includes the same number of first to fourth unit boosting rectifier circuits 1011 to 1014 via the circuit breaker 1100 with respect to the smoothing capacitors C1 to C4, and each of the smoothing capacitors C1 to C4 is a unit. The boost rectifier circuits 1011 to 1014 are connected to be output side capacitors.

すなわち、第1の単位昇圧整流回路1011は、入力側コンデンサC11と、アノードが前記入力側コンデンサC11の一端に接続され、カソードが遮断器1100の接点11(第1の接点)を介して平滑コンデンサC1の正極に接続されたダイオードD11(第5のダイオード)と、カソードが入力側コンデンサC11の一端に接続されアノードが遮断器1100の接点12(第2の接点)を介して平滑コンデンサC1およびC2の共通接続点に接続されたダイオードD12(第6のダイオード)とを有している。   That is, the first unit boost rectifier circuit 1011 has an input side capacitor C11, an anode connected to one end of the input side capacitor C11, and a cathode connected to a smoothing capacitor via the contact 11 (first contact) of the circuit breaker 1100. The smoothing capacitors C1 and C2 are connected to the diode D11 (fifth diode) connected to the positive electrode of C1, the cathode is connected to one end of the input side capacitor C11, and the anode is connected to the circuit breaker 1100 via the contact 12 (second contact). And a diode D12 (sixth diode) connected to the common connection point.

第2の単位昇圧整流回路1012は、一端が入力側コンデンサC11の他端に接続された入力側コンデンサC12と、アノードが入力側コンデンサC11およびC12の共通接続点に接続され、カソードが前記接点12を介して平滑コンデンサC1およびC2の共通接続点に接続されたダイオードD13(第7のダイオード)と、カソードが入力側コンデンサC11およびC12の共通接続点に接続され、アノードが遮断器1100の接点13(第3の接点)を介して平滑コンデンサC2およびC3の共通接続点に接続されたダイオードD14(第8のダイオード)とを有している。   The second unit boost rectifier circuit 1012 has one end connected to the input side capacitor C12 connected to the other end of the input side capacitor C11, the anode connected to the common connection point of the input side capacitors C11 and C12, and the cathode connected to the contact 12. The diode D13 (seventh diode) connected to the common connection point of the smoothing capacitors C1 and C2 via the cathode, the cathode is connected to the common connection point of the input side capacitors C11 and C12, and the anode is the contact 13 of the circuit breaker 1100. And a diode D14 (eighth diode) connected to the common connection point of the smoothing capacitors C2 and C3 via the (third contact).

第3の単位昇圧整流回路1013は、一端が入力側コンデンサC12の他端に接続された入力側コンデンサC13と、アノードが入力側コンデンサC12およびC13の共通接続点に接続され、カソードが前記接点13を介して平滑コンデンサC2およびC3の共通接続点に接続されたダイオードD15(第9のダイオード)と、カソードが入力側コンデンサC12およびC13の共通接続点に接続され、アノードが遮断器1100の接点14(第4の接点)を介して平滑コンデンサC3およびC4の共通接続点に接続されたダイオードD16(第10のダイオード)とを有している。   The third unit boost rectifier circuit 1013 has one end connected to the input side capacitor C13 connected to the other end of the input side capacitor C12, the anode connected to the common connection point of the input side capacitors C12 and C13, and the cathode connected to the contact 13 The diode D15 (the ninth diode) connected to the common connection point of the smoothing capacitors C2 and C3 through the cathode, the cathode is connected to the common connection point of the input side capacitors C12 and C13, and the anode is the contact 14 of the circuit breaker 1100. And a diode D16 (tenth diode) connected to the common connection point of the smoothing capacitors C3 and C4 via the (fourth contact).

第4の単位昇圧整流回路1014は、一端が入力側コンデンサC13の他端に接続され、他端が昇圧トランス600の二次側の単相巻線の一端に接続された入力側コンデンサC14と、アノードが入力側コンデンサC13およびC14の共通接続点に接続され、カソードが前記接点14を介して平滑コンデンサC3およびC4の共通接続点に接続されたダイオードD17(第11のダイオード)と、カソードが入力側コンデンサC13およびC14の共通接続点に接続され、アノードが、昇圧トランス600の二次側単相巻線の他端に接続され、且つ遮断器1100の接点15(第5の接点)を介して平滑コンデンサC4の負極に接続されたダイオードD18(第12のダイオード)とを有している。   The fourth unit boost rectifier circuit 1014 has one end connected to the other end of the input-side capacitor C13 and the other end connected to one end of the secondary-side single-phase winding of the step-up transformer 600; A diode D17 (11th diode) whose anode is connected to the common connection point of the input side capacitors C13 and C14 and whose cathode is connected to the common connection point of the smoothing capacitors C3 and C4 via the contact 14, and the cathode is input Is connected to the common connection point of the side capacitors C13 and C14, the anode is connected to the other end of the secondary single-phase winding of the step-up transformer 600, and via the contact 15 (fifth contact) of the circuit breaker 1100 And a diode D18 (a twelfth diode) connected to the negative electrode of the smoothing capacitor C4.

コッククロフト・ウォルトン回路部1000は、入力電圧Vin(昇圧トランス600の単相交流出力電圧)に対して2倍の電圧を、各単位昇圧整流回路1011〜1014の出力側コンデンサとなる平滑コンデンサC1〜C4に各々出力できる回路であり、図3に示す、非特許文献1に開示されているコッククロフト・ウォルトン回路と同様の動作を行う。   The Cockcroft-Walton circuit unit 1000 applies a voltage twice as large as the input voltage Vin (single-phase AC output voltage of the step-up transformer 600) to the smoothing capacitors C1 to C4 that serve as output side capacitors of the unit step-up rectifier circuits 1011 to 1014. Each of these circuits can output the same signal as the Cockcroft-Walton circuit disclosed in Non-Patent Document 1 shown in FIG.

図3(a)において、単位昇圧回路(1)は、例えば500VPEAK、10kHzを出力する単相交流電源の両端間に直列に接続された入力側コンデンサC1および図示極性のダイオードD1と、ダイオードD1のカソード、アノード間に直列に接続された図示極性のダイオードD2および出力側コンデンサC2とで構成されている。 In FIG. 3A, the unit booster circuit (1) includes, for example, an input side capacitor C1 connected in series between both ends of a single-phase AC power source that outputs 500 V PEAK and 10 kHz, a diode D1 of the illustrated polarity, and a diode D1. The diode D2 and the output-side capacitor C2 are connected in series between the cathode and the anode.

このように構成された単位昇圧回路を10段接続(単位昇圧回路(1)〜(10))し最終段から出力電圧Voutが出力される。   The unit booster circuits configured in this way are connected in 10 stages (unit booster circuits (1) to (10)), and the output voltage Vout is output from the final stage.

単位昇圧回路(1)の入力電圧Vinが正のときは、ダイオードD2を通して出力側コンデンサC2が充電され、入力電圧Vinが負のときは、ダイオードD1を通して入力側コンデンサC1が充電されるとともに、出力側コンデンサC2は前記充電電圧を保持する動作が繰り返される。   When the input voltage Vin of the unit booster circuit (1) is positive, the output side capacitor C2 is charged through the diode D2, and when the input voltage Vin is negative, the input side capacitor C1 is charged through the diode D1 and the output The operation of holding the charging voltage is repeated for the side capacitor C2.

その結果、コンデンサC1の図示P1点の電圧は500Vを中心にした±500Vの正弦波となり、出力側コンデンサC2の図示O1点の電圧は1000V(入力電圧Vinのピーク値の2倍)の直流電圧となる。   As a result, the voltage at the indicated point P1 of the capacitor C1 becomes a sine wave of ± 500V centered on 500V, and the voltage at the indicated point O1 of the output side capacitor C2 is a DC voltage of 1000V (twice the peak value of the input voltage Vin). It becomes.

したがって、最終段の出力電圧Voutは、各点(O1〜O9)と出力端子の電圧変化を示す図3(b)のように10kVとなる(コッククロフト・ウォルトン回路の出力電圧Voutは、単位昇圧回路の段数をNとすると、入力電圧Vinのピーク値の2・N倍となる)。   Therefore, the output voltage Vout at the final stage becomes 10 kV as shown in FIG. 3B showing the voltage change at each point (O1 to O9) and the output terminal (the output voltage Vout of the Cockcroft-Walton circuit is a unit booster circuit). If the number of stages is N, it is 2 · N times the peak value of the input voltage Vin).

図3から、単位昇圧回路(1)〜(10)の各出力側コンデンサC2、C4、…C20が均等な電圧で充電されていることがわかる。   3, it can be seen that the output side capacitors C2, C4,... C20 of the unit booster circuits (1) to (10) are charged with an equal voltage.

このような図3のコッククロフト・ウォルトン回路の動作と同様の動作が図2のコッククロフト・ウォルトン回路部1000で行われるものであり、以下、本実施例2の動作を説明する。   The operation similar to the operation of the Cockcroft-Walton circuit of FIG. 3 is performed in the Cockcroft-Walton circuit unit 1000 of FIG. 2, and the operation of the second embodiment will be described below.

電動機300を起動する場合、まず制御部240は高圧遮断器100および遮断器400、1100がOFFであることを確認する。次に制御部240は遮断器400、1100をONとする。   When starting up the electric motor 300, the control part 240 confirms first that the high voltage circuit breaker 100 and the circuit breakers 400 and 1100 are OFF. Next, the control unit 240 turns on the circuit breakers 400 and 1100.

遮断器400、1100(の各接点11〜15)がONされると、低圧単相電源からの電力が限流抵抗器500および昇圧トランス600を経由してコッククロフト・ウォルトン回路部1000に入力される。そしてコッククロフト・ウォルトン回路部1000の動作により平滑コンデンサC1〜C4に直流電圧が充電される。   When the circuit breakers 400, 1100 (respective contacts 11 to 15) are turned ON, power from the low-voltage single-phase power supply is input to the Cockcroft-Walton circuit unit 1000 via the current limiting resistor 500 and the step-up transformer 600. . The smoothing capacitors C1 to C4 are charged with a DC voltage by the operation of the Cockcroft-Walton circuit unit 1000.

すなわち、第1の単位昇圧整流回路1011の入力電圧Vin(昇圧トランス600の二次側電圧)が正の電圧のとき、昇圧トランス600→入力側コンデンサC14→ダイオードD17→接点14→平滑コンデンサC4→接点15→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC4が充電される。   That is, when the input voltage Vin (secondary voltage of the step-up transformer 600) of the first unit step-up rectifier circuit 1011 is a positive voltage, the step-up transformer 600 → the input side capacitor C14 → the diode D17 → the contact 14 → the smoothing capacitor C4 → A current flows through the path of the contact 15 → the step-up transformer 600, and the smoothing capacitor C4 is charged.

また、昇圧トランス600→入力側コンデンサC14→入力側コンデンサC13→ダイオードD15→接点13→平滑コンデンサC3→平滑コンデンサC4→接点15→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC3、C4が充電される。   Further, current flows through a path of step-up transformer 600 → input side capacitor C14 → input side capacitor C13 → diode D15 → contact 13 → smoothing capacitor C3 → smoothing capacitor C4 → contact 15 → step-up transformer 600, and smoothing capacitors C3 and C4 are charged. Is done.

また、昇圧トランス600→入力側コンデンサC14→入力側コンデンサC13→入力側コンデンサC12→ダイオードD13→接点12→平滑コンデンサC2→平滑コンデンサC3→平滑コンデンサC4→接点15→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC2、C3、C4が充電される。   Further, the current flows through the step-up transformer 600 → input side capacitor C14 → input side capacitor C13 → input side capacitor C12 → diode D13 → contact 12 → smoothing capacitor C2 → smoothing capacitor C3 → smoothing capacitor C4 → contact 15 → step up transformer 600. The smoothing capacitors C2, C3, C4 are charged.

また、昇圧トランス600→入力側コンデンサC14→入力側コンデンサC13→入力側コンデンサC12→入力側コンデンサC11→ダイオードD11→接点11→平滑コンデンサC1→平滑コンデンサC2→平滑コンデンサC3→平滑コンデンサC4→接点15→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC1、C2、C3、C4が充電される。   Step-up transformer 600 → input side capacitor C14 → input side capacitor C13 → input side capacitor C12 → input side capacitor C11 → diode D11 → contact 11 → smoothing capacitor C1 → smoothing capacitor C2 → smoothing capacitor C3 → smoothing capacitor C4 → contact 15 → Current flows through the path of the step-up transformer 600, and the smoothing capacitors C1, C2, C3, and C4 are charged.

また、前記入力電圧Vinが負の電圧のとき、昇圧トランス600→接点15→平滑コンデンサC4→平滑コンデンサC3→平滑コンデンサC2→接点12→ダイオードD12→入力側コンデンサC11→入力側コンデンサC12→入力側コンデンサC13→入力側コンデンサC14→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC4、C3、C2が放電される。   When the input voltage Vin is negative, the step-up transformer 600 → contact 15 → smoothing capacitor C4 → smoothing capacitor C3 → smoothing capacitor C2 → contact 12 → diode D12 → input side capacitor C11 → input side capacitor C12 → input side A current flows through the path of the capacitor C13 → the input side capacitor C14 → the step-up transformer 600, and the smoothing capacitors C4, C3, and C2 are discharged.

また、昇圧トランス600→接点15→平滑コンデンサC4→平滑コンデンサC3→接点13→ダイオードD14→入力側コンデンサC12→入力側コンデンサC13→入力側コンデンサC14→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC4、C3が放電される。   Further, a current flows through a path of the step-up transformer 600 → the contact 15 → the smoothing capacitor C4 → the smoothing capacitor C3 → the contact 13 → the diode D14 → the input side capacitor C12 → the input side capacitor C13 → the input side capacitor C14 → the step-up transformer 600. C4 and C3 are discharged.

また、昇圧トランス600→接点15→平滑コンデンサC4→接点14→ダイオードD16→入力側コンデンサC13→入力側コンデンサC14→昇圧トランス600の経路で電流が流れ、平滑コンデンサC4が放電される。
また、昇圧トランス600→ダイオードD18→昇圧トランス600の経路で電流が流れる。
Further, a current flows through a path of step-up transformer 600 → contact 15 → smoothing capacitor C4 → contact 14 → diode D16 → input side capacitor C13 → input side capacitor C14 → step-up transformer 600, and smoothing capacitor C4 is discharged.
Further, a current flows through a path of the step-up transformer 600 → the diode D 18 → the step-up transformer 600.

上記の、入力電圧Vinが正の電圧のときの動作とVinが負の電圧のときの動作を繰り返すことにより、平滑コンデンサC1〜C4はそれぞれVinの電圧のピーク値の2倍の直流電圧に充電される。つまり平滑コンデンサC1〜C4は均等電圧に充電される。   By repeating the operation when the input voltage Vin is positive and the operation when Vin is negative, the smoothing capacitors C1 to C4 are charged to a DC voltage twice the peak value of the voltage of Vin, respectively. Is done. That is, the smoothing capacitors C1 to C4 are charged to a uniform voltage.

5レベル電力変換装置200内の電圧検出部231〜234により検出された検出値は制御部240に入力され、平滑コンデンサC1〜C4各々の電圧が目標電圧に達したとき予備充電が完了する。   Detection values detected by the voltage detection units 231 to 234 in the five-level power conversion device 200 are input to the control unit 240, and the preliminary charging is completed when the voltages of the smoothing capacitors C1 to C4 reach the target voltage.

そして予備充電が完了すると、制御部240は遮断器400、1100の開放を指示し、遮断器400、1100をOFFとする。   When the preliminary charging is completed, the control unit 240 instructs opening of the circuit breakers 400 and 1100, and turns off the circuit breakers 400 and 1100.

その後、制御部240は高圧遮断器100の投入を指示し、高圧遮断器100をONとする。   Thereafter, the control unit 240 instructs the high voltage circuit breaker 100 to be turned on and turns on the high voltage circuit breaker 100.

次に、5レベル電力変換装置200内のコンバータ部210およびインバータ部220の半導体スイッチング素子のON/OFF動作を開始することによって、コンバータ部210とインバータ部220の運転を開始する。   Next, the operation of the converter unit 210 and the inverter unit 220 is started by starting the ON / OFF operation of the semiconductor switching elements of the converter unit 210 and the inverter unit 220 in the five-level power converter 200.

インバータ部220内の各半導体スイッチング素子は所定のON/OFFパターンによりON/OFF制御されることによって、平滑コンデンサC1〜C4の各々の電圧をEとすると、2E、E、0、−E、−2Eの5レベルの電圧が出力される。   Each semiconductor switching element in the inverter unit 220 is ON / OFF controlled by a predetermined ON / OFF pattern, and assuming that each voltage of the smoothing capacitors C1 to C4 is E, 2E, E, 0, -E,- 5E voltage of 2E is output.

インバータ部220は出力電圧を電動機300へ印加するため、電動機300は起動を開始する。   Since the inverter unit 220 applies the output voltage to the electric motor 300, the electric motor 300 starts to start.

尚、コンバータ部210とインバータ部220の運転開始後は、半導体スイッチング素子のON/OFF動作によって各平滑コンデンサC1〜C4の電圧が一定値となるように制御する。したがって、運転開始後の動作においても図5で述べたバランス抵抗(R1〜R4)は不要である。   In addition, after the converter part 210 and the inverter part 220 start operation, the voltage of each of the smoothing capacitors C1 to C4 is controlled to be a constant value by the ON / OFF operation of the semiconductor switching element. Therefore, the balance resistors (R1 to R4) described in FIG. 5 are not required even in the operation after the start of operation.

また、上記説明において、電圧検出部231〜234の検出電圧が目標電圧に達したときに予備充電を終了しているが、変換器の試運転時に目標電圧に到達する予備充電時間を計測しておけば、電圧検出部231〜234で電圧を測定することなく、試運転で計測した予備充電時間の経過時に、遮断器400、1100を遮断する制御も可能である。この場合、電圧検出部231〜234が不要となる利点がある。   In the above description, the preliminary charging is finished when the detection voltage of the voltage detectors 231 to 234 reaches the target voltage, but the preliminary charging time for reaching the target voltage during the test run of the converter can be measured. For example, it is possible to control the circuit breakers 400 and 1100 to be disconnected when the precharge time measured in the trial operation has elapsed without measuring the voltage with the voltage detection units 231 to 234. In this case, there is an advantage that the voltage detection units 231 to 234 are unnecessary.

また、上記説明において、平滑コンデンサの予備充電用電源として低圧単相電源を用いているが、5レベル電力変換装置200に入力する3相高圧電源の2相(例えばR相とS相)から遮断器400を経由して予備充電することも可能であり、このように構成することにより低圧単相電源を用意する必要がなくなるという利点がある。   In the above description, the low-voltage single-phase power supply is used as the pre-charging power supply for the smoothing capacitor, but it is cut off from the two phases (for example, R phase and S phase) of the three-phase high-voltage power input to the five-level power converter 200. It is also possible to perform preliminary charging via the battery 400, and this configuration has the advantage that it is not necessary to prepare a low-voltage single-phase power source.

また、図2では、平滑コンデンサが4直列されている5レベル電力変換装置(200)について説明したが、コッククロフト・ウォルトン回路部1000の単位昇圧整流回路(例えば1011)をn段(n=偶数)用意することにより、平滑コンデンサがn直列されている(n+1)レベル電力変換装置についても同様に構成することができることは自明である。   FIG. 2 illustrates the five-level power converter (200) in which four smoothing capacitors are connected in series. However, the unit boost rectifier circuit (for example, 1011) of the Cockcroft-Walton circuit unit 1000 includes n stages (n = even number). It is self-evident that the (n + 1) level power conversion device in which n smoothing capacitors are connected in series can be configured in the same manner.

以上のように、本実施例2によれば次のような効果が得られる。   As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained.

(1)予備充電時に、複数ある平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することができ、平滑コンデンサやコンバータ部、インバータ部内の各半導体スイッチング素子に過大な電圧が印加されて半導体スイッチング素子が過電圧破壊することが防止される。   (1) During preliminary charging, the initial voltage of a plurality of smoothing capacitors can be charged evenly, and an excessive voltage is applied to each semiconductor switching element in the smoothing capacitor, converter section, and inverter section, causing the semiconductor switching element to be overvoltage destroyed. Is prevented.

(2)平滑コンデンサの初期電圧を均等に充電することにより、マルチレベル電力変換装置の交流側電流の波形歪が抑制される。   (2) By uniformly charging the initial voltage of the smoothing capacitor, the waveform distortion of the AC side current of the multilevel power converter is suppressed.

(3)平滑コンデンサ電圧のばらつきを緩和するためのバランス抵抗が不要となり、バランス抵抗で消費していた電力損失も削減できる。さらにバランス抵抗のコストの削減と、バランス抵抗接続に要する作業時間を削減することができる。   (3) A balance resistor for reducing variations in the smoothing capacitor voltage is not necessary, and the power loss consumed by the balance resistor can be reduced. Furthermore, the cost of the balance resistor can be reduced, and the work time required for connecting the balance resistor can be reduced.

(4)高価な交流リアクトルを使用しなくともよく、また、高価な昇圧トランスを平滑コンデンサの個数よりも少ない個数のみ使用するため、電力変換装置全体のコストが低減できる。   (4) It is not necessary to use an expensive AC reactor, and since an expensive step-up transformer is used only in a number smaller than the number of smoothing capacitors, the cost of the entire power converter can be reduced.

(5)体積・重量ともに大きな交流リアクトルを使用しなくともよく、また、体積・重量ともに大きな昇圧トランスを平滑コンデンサの個数より少ない個数のみ使用するため、電力変換装置の体積・重量が低減できる。   (5) It is not necessary to use an AC reactor having a large volume and weight, and since the step-up transformer having a large volume and weight is smaller than the number of smoothing capacitors, the volume and weight of the power converter can be reduced.

(6)上記理由により電力変換装置の体積・重量が低減できるため、電力変換装置を支持する構造部材が安価となるため、電力変換装置全体のコストが低減できる。   (6) Since the volume and weight of the power conversion device can be reduced for the above reason, the structural member that supports the power conversion device is inexpensive, and the cost of the entire power conversion device can be reduced.

(7)交流リアクトルを使用しなくともよく、また、昇圧トランスを平滑コンデンサの個数より少ない個数のみ使用するため、構造が簡素化でき、配線に要する作業時間を低減することができる。   (7) There is no need to use an AC reactor, and since only a number of step-up transformers less than the number of smoothing capacitors are used, the structure can be simplified and the working time required for wiring can be reduced.

(8)コッククロフト・ウォルトン回路を用いているため、平滑コンデンサC1〜C4はそれぞれ昇圧トランス600の出力電圧、すなわちコッククロフト・ウォルトン回路部1000の入力電圧Vinの電圧のピーク値の2倍の直流電圧に充電される。このため、図2の昇圧トランス600の出力電圧(Vin)は従来技術の図4、図5の昇圧トランス600の出力電圧より低い電圧値でよい。   (8) Since the Cockcroft-Walton circuit is used, the smoothing capacitors C1 to C4 each have a DC voltage that is twice the output voltage of the step-up transformer 600, that is, the peak value of the input voltage Vin of the Cockcroft-Walton circuit unit 1000. Charged. For this reason, the output voltage (Vin) of the step-up transformer 600 of FIG. 2 may be a voltage value lower than the output voltage of the step-up transformer 600 of FIGS.

したがって、本実施例2では昇圧トランス600の出力電圧が低減されるため、昇圧トランス600の耐電圧仕様も低減される。このことは昇圧トランス600の小型化、低コスト化、さらには電力変換装置の小型化、低コスト化につながる。また、実施例1の図1の構成と比較し、スコットトランス700を使用しないため、小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。   Therefore, in the second embodiment, since the output voltage of the step-up transformer 600 is reduced, the withstand voltage specification of the step-up transformer 600 is also reduced. This leads to downsizing and cost reduction of the step-up transformer 600, and further downsizing and cost reduction of the power converter. Further, since the Scott transformer 700 is not used as compared with the configuration of FIG. 1 according to the first embodiment, the size, weight, and cost can be reduced.

11〜15…接点
100…高圧遮断器
200…5レベル電力変換装置
210…コンバータ部
220…インバータ部
231〜234…電圧検出部
240…制御部
300…電動機
400、1100…遮断器
500…限流抵抗器
600…昇圧トランス
700…スコットトランス
900…整流部
1000…コッククロフト・ウォルトン回路部
1011〜1014…単位昇圧整流回路
C1〜C4…平滑コンデンサ
C11〜C14…入力側コンデンサ
D1〜D4、D11〜D18…ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11-15 ... Contact 100 ... High voltage circuit breaker 200 ... 5-level power converter 210 ... Converter part 220 ... Inverter part 231-234 ... Voltage detection part 240 ... Control part 300 ... Motor 400, 1100 ... Circuit breaker 500 ... Current limiting resistance Unit 600 ... Step-up transformer 700 ... Scott transformer 900 ... Rectifier unit 1000 ... Cockcroft-Walton circuit unit 1011-1014 ... Unit step-up rectifier circuit C1-C4 ... Smoothing capacitor C11-C14 ... Input side capacitor D1-D4, D11-D18 ... Diode

Claims (9)

第1の交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、コンバータ部の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、コンバータ部およびインバータ部の直流リンク部に直列接続された複数の平滑コンデンサとを有し、複数レベルの電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
第2の交流電源から単相交流電流を導入し、該単相交流電流によって前記複数の平滑コンデンサ各々に対して、充電電流を個別に供給する個別充電電流供給手段を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
A converter unit that converts AC power from the first AC power source into DC power, an inverter unit that converts DC power of the converter unit into AC power, and a plurality of units connected in series to the DC link unit of the converter unit and the inverter unit A multi-level power converter that has a smoothing capacitor and outputs a plurality of levels of voltage,
A single charge current supply means is provided for introducing a single phase alternating current from a second alternating current power supply and individually supplying a charging current to each of the plurality of smoothing capacitors by the single phase alternating current. Multi-level power converter.
前記第1の交流電源と前記第2の交流電源は共通化されていることを特徴とする請求項1に記載のマルチレベル電力変換装置。   The multilevel power converter according to claim 1, wherein the first AC power supply and the second AC power supply are shared. 前記個別充電電流供給手段は、
3相交流電源からの3相交流を入力とし、90度位相差の2組の単相交流を出力するスコットトランスと、
前記スコットトランスの2次側から出力される電流を前記複数の平滑コンデンサに対応して設けたダイオードによって各々半波整流して前記各平滑コンデンサに導くダイオード整流部と、
を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のマルチレベル電力変換装置。
The individual charging current supply means includes
A Scott transformer that receives three-phase alternating current from a three-phase alternating current power supply and outputs two sets of single-phase alternating current with a phase difference of 90 degrees;
A diode rectifying unit that half-wave rectifies the current output from the secondary side of the Scott transformer by a diode provided corresponding to the plurality of smoothing capacitors and leads the current to each smoothing capacitor;
The multilevel power conversion device according to claim 1 or 2, further comprising:
前記マルチレベル電力変換装置は、直列接続された第1〜第4の平滑コンデンサを有して5レベルの電圧を出力する5レベル電力変換装置であり、
前記スコットトランスは、1次側に主座1次コイルと、その中点に接続されたT座1次コイルを有し、2次側に互いに絶縁された主座2次コイルとT座2次コイルを有しており、
前記ダイオード整流部は、
前記第1〜第4の平滑コンデンサに対応した第1〜第4のダイオードを有し、前記スコットトランスの主座2次コイルの一端を、第1のダイオードのアノード、カソードを介して第1の平滑コンデンサの正極に接続し、第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点をスコットトランスの主座2次コイルの他端に接続し、第2の平滑コンデンサの負極を、第2のダイオードのアノード、カソードを介して前記主座2次コイルの一端に接続し、スコットトランスのT座2次コイルの一端を、第3のダイオードのアノード、カソードを介して第3の平滑コンデンサの正極に接続し、第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点を前記T座2次コイルの他端に接続し、第4の平滑コンデンサの負極を、第4のダイオードのアノード、カソードを介して前記T座2次コイルの一端に接続して構成されていることを特徴とする請求項3に記載のマルチレベル電力変換装置。
The multi-level power converter is a 5-level power converter that has first to fourth smoothing capacitors connected in series and outputs a 5-level voltage,
The Scott transformer has a main seat primary coil on the primary side and a T seat primary coil connected to the midpoint thereof, and a main seat secondary coil and a T seat secondary insulated from each other on the secondary side. Has a coil,
The diode rectifier is
The first to fourth diodes corresponding to the first to fourth smoothing capacitors are provided, and one end of the main secondary coil of the Scott transformer is connected to the first diode via the anode and cathode of the first diode. Connect to the positive electrode of the smoothing capacitor, connect the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor to the other end of the main secondary coil of the Scott transformer, and connect the negative electrode of the second smoothing capacitor to the second Is connected to one end of the main seat secondary coil via the anode and cathode of the diode, and one end of the T seat secondary coil of the Scott transformer is connected to the third smoothing capacitor via the anode and cathode of the third diode. Connect to the positive electrode, connect the common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor to the other end of the T-seat secondary coil, and connect the negative electrode of the fourth smoothing capacitor to the fourth Aether anode, a multi-level power converter according to claim 3, characterized in that through the cathode is constituted by connecting one end of the T locus secondary coil.
前記個別充電電流供給手段は、
前記第2の交流電源からの単相交流を入力とし、前記複数の平滑コンデンサに第3の遮断器を介して各々接続され、該平滑コンデンサを各々の出力側コンデンサとして構成した単位昇圧整流回路を、前記平滑コンデンサと同数直列に接続したコッククロフト・ウォルトン回路部を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のマルチレベル電力変換装置。
The individual charging current supply means includes
A unit boosting rectifier circuit having a single-phase alternating current from the second alternating-current power supply as an input, connected to each of the plurality of smoothing capacitors via a third circuit breaker, and comprising the smoothing capacitors as respective output-side capacitors; The multilevel power conversion device according to claim 1, further comprising a Cockcroft-Walton circuit unit connected in series with the same number as the smoothing capacitor.
前記マルチレベル電力変換装置は、直列接続された第1〜第4の平滑コンデンサを有して5レベルの電圧を出力する5レベル電力変換装置であり、
前記コッククロフト・ウォルトン回路部は、
第1の入力側コンデンサと、アノードが第1の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第1の接点を介して第1の平滑コンデンサの正極に接続された第5のダイオードと、カソードが第1の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第2の接点を介して第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第6のダイオードと、を有した第1の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第1の入力側コンデンサの他端に接続された第2の入力側コンデンサと、アノードが第2の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第2の接点を介して第1の平滑コンデンサおよび第2の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第7のダイオードと、カソードが第2の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第3の接点を介して第2の平滑コンデンサおよび第3の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第8のダイオードと、を有した第2の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第2の入力側コンデンサの他端に接続された第3の入力側コンデンサと、アノードが第3の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第3の接点を介して第2の平滑コンデンサおよび第3の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第9のダイオードと、カソードが第3の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第4の接点を介して第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第10のダイオードと、を有した第3の単位昇圧整流回路と、
一端が前記第3の入力側コンデンサの他端に接続され、他端が第2の交流電源の一端に接続された第4の入力側コンデンサと、アノードが第4の入力側コンデンサの一端に接続されカソードが第3の遮断器の第4の接点を介して第3の平滑コンデンサおよび第4の平滑コンデンサの共通接続点に接続された第11のダイオードと、カソードが第4の入力側コンデンサの一端に接続されアノードが第3の遮断器の第5の接点を介して第4の平滑コンデンサの負極および第2の交流電源の他端に接続された第12のダイオードと、を有した第4の単位昇圧整流回路と、
を備えていることを特徴とする請求項5に記載のマルチレベル電力変換装置。
The multi-level power converter is a 5-level power converter that has first to fourth smoothing capacitors connected in series and outputs a 5-level voltage,
The Cockcroft-Walton circuit section is
A first input-side capacitor and a fifth anode having an anode connected to one end of the first input-side capacitor and a cathode connected to the positive electrode of the first smoothing capacitor via the first contact of the third circuit breaker; The diode and the cathode are connected to one end of the first input side capacitor, and the anode is connected to the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor via the second contact of the third circuit breaker. A first unit boost rectifier circuit having a sixth diode;
A second input side capacitor having one end connected to the other end of the first input side capacitor, an anode connected to one end of the second input side capacitor, and a cathode serving as the second contact of the third circuit breaker. A seventh diode connected to the common connection point of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor, a cathode connected to one end of the second input-side capacitor, and an anode connected to the third of the third circuit breaker An eighth diode connected to a common connection point of the second smoothing capacitor and the third smoothing capacitor through the contact of the second unit boosting rectifier circuit,
A third input-side capacitor having one end connected to the other end of the second input-side capacitor, an anode connected to one end of the third input-side capacitor, and a cathode serving as the third contact of the third circuit breaker A ninth diode connected to the common connection point of the second smoothing capacitor and the third smoothing capacitor via the first input terminal, a cathode connected to one end of the third input side capacitor, and an anode connected to the fourth of the third circuit breaker. A third unit boost rectifier circuit having a tenth diode connected to a common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor via the contact of
One end is connected to the other end of the third input side capacitor, the other end is connected to one end of the second AC power source, and the anode is connected to one end of the fourth input side capacitor. An eleventh diode whose cathode is connected to a common connection point of the third smoothing capacitor and the fourth smoothing capacitor via a fourth contact of the third circuit breaker, and a cathode of the fourth input side capacitor. A fourth diode having one end connected to one end and an anode connected to the negative electrode of the fourth smoothing capacitor and the other end of the second AC power source via the fifth contact of the third circuit breaker; Unit boost rectifier circuit,
The multilevel power conversion device according to claim 5, comprising:
第1の交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、コンバータ部の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、コンバータ部およびインバータ部の直流リンク部に直列接続された複数の平滑コンデンサとを有し、複数レベルの電圧を出力する装置において、
第2の交流電源から単相交流電流を導入し、該単相交流電流によって前記複数の平滑コンデンサ各々に対して、充電電流を個別に供給する個別充電電流供給手段と、前記第1の交流電源とコンバータ部の間に設けられた第1の遮断器と、前記第2の交流電源と個別充電電流供給手段の間に設けられた第2の遮断器と、を設けたマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
制御部が、
前記第1、第2の遮断器がオフであるときに第2の遮断器を投入制御するステップと、
前記各平滑コンデンサの端子電圧が目標電圧に達したら、第2の遮断器を開放した後、第1の遮断器を投入するステップと、
前記コンバータ部、インバータ部の運転を開始させるステップと、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
A converter unit that converts AC power from the first AC power source into DC power, an inverter unit that converts DC power of the converter unit into AC power, and a plurality of units connected in series to the DC link unit of the converter unit and the inverter unit In a device that has a smoothing capacitor and outputs a plurality of levels of voltage,
Individual charging current supply means for introducing a single-phase alternating current from a second alternating-current power supply and individually supplying a charging current to each of the plurality of smoothing capacitors by the single-phase alternating current; and the first alternating-current power supply And a first circuit breaker provided between the converter unit and a second circuit breaker provided between the second AC power source and the individual charging current supply means. A control method,
The control unit
Controlling the closing of the second circuit breaker when the first and second circuit breakers are off;
When the terminal voltage of each of the smoothing capacitors reaches the target voltage, opening the second circuit breaker, and then turning on the first circuit breaker;
Starting the converter unit and the inverter unit;
A control method for a multi-level power conversion device, comprising:
前記第1の交流電源と第2の交流電源は共通化されており、前記第1の遮断器は前記共通化された交流電源とコンバータ部の間に設けられ、前記第2の遮断器は前記共通化された交流電源と個別充電電流供給手段の間に設けられていることを特徴とする請求項7に記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法。   The first AC power supply and the second AC power supply are shared, the first circuit breaker is provided between the shared AC power supply and the converter unit, and the second circuit breaker is 8. The control method for a multilevel power conversion device according to claim 7, wherein the control method is provided between a common AC power supply and the individual charging current supply means. 前記個別充電電流供給手段は、
前記第2の交流電源からの単相交流を入力とし、前記複数の平滑コンデンサに第3の遮断器を介して各々接続され、該平滑コンデンサを各々の出力側コンデンサとして構成した単位昇圧整流回路を、前記平滑コンデンサと同数直列に接続したコッククロフト・ウォルトン回路部を備え、
制御部が、
前記第1、第2および第3の遮断器がオフであるときに第2および第3の遮断器を投入制御するステップと、
前記各平滑コンデンサの端子電圧が目標電圧に達したら、第2および第3の遮断器を開放した後、第1の遮断器を投入するステップと、
前記コンバータ部、インバータ部の運転を開始させるステップと、
を備えたことを特徴とする請求項7又は8に記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法。
The individual charging current supply means includes
A unit boosting rectifier circuit having a single-phase alternating current from the second alternating-current power supply as an input, connected to each of the plurality of smoothing capacitors via a third circuit breaker, and comprising the smoothing capacitors as respective output-side capacitors; The same number of the smoothing capacitor connected in series with the Cockcroft-Walton circuit unit,
The control unit
Controlling the closing of the second and third circuit breakers when the first, second and third circuit breakers are off;
When the terminal voltage of each smoothing capacitor reaches the target voltage, opening the second and third circuit breakers, and then turning on the first circuit breaker;
Starting the converter unit and the inverter unit;
The control method of the multilevel power converter device of Claim 7 or 8 characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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