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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of a problem caused by higher harmonics while suppressing a device being large-sized and increase in a cost.SOLUTION: A conversion device of the embodiment, a conversion device for converting three-phase AC voltage output from an AC power supply to single-phase AC voltage, comprises: a plurality of transformers to which the three-phase AC voltage is input; a plurality of converters for converting AC output from the converters to DC; and a plurality of single-phase full-bridge circuits to which DC voltage output from the converters is input. At least two of the transformers have output voltage having voltage values differing from each other. At least two of the transformers have output voltage having phases differing from each other At least two of the single-phase full-bridge circuits have supplied DC voltage having voltage values differing from each other. At least two of the single-phase full-bridge circuits have ignition phases differing from each other. Respective output of the single-phase full-bridge circuits is connected in series in multiple stages. Single-phase AC voltage is output from both ends of the respective output connected in series.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、変換装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a conversion apparatus.

今後、例えば電気自動車への非接触給電などの高周波分野を中心として単相インバータの需要が拡大することが予想されている。単相インバータに供給される直流電圧を三相の交流電圧から生成する場合には三相コンバータが必要となり、これら三相コンバータおよび単相インバータにより、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置が構成されることになる。   In the future, demand for single-phase inverters is expected to increase mainly in the high-frequency field such as non-contact power supply to electric vehicles. When generating the DC voltage supplied to the single-phase inverter from the three-phase AC voltage, a three-phase converter is required. With these three-phase converter and single-phase inverter, the three-phase AC voltage is converted into a single-phase AC voltage. A conversion device for conversion is configured.

このような構成において、高調波による誘導障害や電波障害などが問題となることが懸念される。現状、このような高調波による問題に対し、種々の対策が考案されつつあるが、それらの対策のほとんどはフィルタの作用により高調波電圧を除去する、といったものであった。フィルタの作用により、周波数の比較的低い高調波(例えば、5次や7次の高調波など)をも除去しようとすると、フィルタを構成する回路素子が大きくなり、その結果、装置の大型化やコストの増加を招く、などの問題が生じる。   In such a configuration, there is a concern that inductive interference due to harmonics, radio interference, or the like becomes a problem. At present, various countermeasures are being devised for the problem due to such harmonics, but most of those countermeasures are to remove the harmonic voltage by the action of the filter. If an attempt is made to remove harmonics having a relatively low frequency (for example, fifth-order or seventh-order harmonics) due to the action of the filter, the circuit elements constituting the filter become large. Problems such as an increase in cost occur.

特開2011−036063号公報JP 2011-036063 A 特開2013−158064号公報JP 2013-158064 A

そこで、装置の大型化やコストの増加を抑制しつつ、高調波による問題の発生を抑制することができる変換装置を提供する。   Therefore, a conversion device is provided that can suppress the occurrence of problems due to harmonics while suppressing the increase in size and cost of the device.

本実施形態の変換装置は、交流電源から出力される三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置であって、三相の交流電圧が入力される複数の変圧器と、それら複数の変圧器から出力される交流を直流に変換する複数のコンバータと、それら複数のコンバータから出力される直流電圧が入力される複数の単相フルブリッジ回路と、を備える。複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の電圧値が異なる。複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の位相が異なる。複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに供給される直流電圧の電圧値が異なる。複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに点弧位相が異なる。複数の単相フルブリッジ回路の各出力が多段に直列接続されている。直列接続された各出力の両端から単相の交流電圧が出力される。   The conversion device of the present embodiment is a conversion device that converts a three-phase AC voltage output from an AC power source into a single-phase AC voltage, a plurality of transformers to which the three-phase AC voltage is input, and those A plurality of converters that convert alternating current output from the plurality of transformers into direct current, and a plurality of single-phase full bridge circuits to which direct current voltages output from the plurality of converters are input. At least two of the plurality of transformers have different output voltage values. At least two of the plurality of transformers have different output voltage phases. At least two of the plurality of single-phase full bridge circuits have different voltage values of the DC voltage supplied to each other. At least two of the plurality of single-phase full bridge circuits have different firing phases. Outputs of a plurality of single-phase full bridge circuits are connected in series in multiple stages. A single-phase AC voltage is output from both ends of each output connected in series.

一実施形態に係る変換装置を含む非接触給電装置の構成を模式的に示す図The figure which shows typically the structure of the non-contact electric power feeder containing the converter concerning one Embodiment 変圧器の出力側の線間電圧を模式的に示す図A diagram schematically showing the line voltage on the output side of the transformer 変圧器の出力側の相電流を模式的に示す図Diagram showing phase current on the output side of the transformer 各インバータ部から出力される電圧の波形を模式的に示す図The figure which shows the waveform of the voltage output from each inverter part typically 単相インバータの各部の電圧波形と、トランスの二次側に現れる電圧および電流の波形とを模式的に示す図The figure which shows typically the voltage waveform of each part of a single phase inverter, and the waveform of the voltage and current which appear on the secondary side of a transformer

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示す変換装置1は、三相から単相への変換を行う装置であり、例えば商用電源である交流電源2から出力される三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する。変換装置1は、トランス3およびローパスフィルタ4(以下、LPF4と呼ぶ)とともに非接触給電装置5を構成している。非接触給電装置5は、例えば電気自動車への非接触給電を行う用途に用いられる。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
A conversion device 1 shown in FIG. 1 is a device that performs conversion from three phases to a single phase, and converts, for example, a three-phase AC voltage output from an AC power source 2 that is a commercial power source into a single-phase AC voltage. The conversion device 1 constitutes a non-contact power supply device 5 together with a transformer 3 and a low-pass filter 4 (hereinafter referred to as LPF 4). The non-contact power supply device 5 is used, for example, for applications that perform non-contact power supply to an electric vehicle.

変換装置1は、交流電源2から出力される三相の交流電圧が入力される変圧器6〜9と、変圧器6〜9から出力される交流を直流に変換するコンバータ10〜13と、コンバータ10〜13から出力される直流電圧を単相の交流電圧に変換する単相インバータ14とを備えている。   Converter 1 includes transformers 6 to 9 to which three-phase AC voltage output from AC power supply 2 is input, converters 10 to 13 that convert AC output from transformers 6 to 9 into DC, and a converter And a single-phase inverter 14 that converts a DC voltage output from 10 to 13 into a single-phase AC voltage.

変圧器6〜9は、三相交流を入出力とする三相の電源トランスである。変圧器6、7は、一次側がY結線されるとともに二次側がΔ結線された「Y−Δ」結線方式となっている。変圧器8、9は、一次側および二次側がともにY結線された「Y−Y」結線方式となっている。   The transformers 6 to 9 are three-phase power transformers that input and output three-phase alternating current. The transformers 6 and 7 have a “Y-Δ” connection system in which the primary side is Y-connected and the secondary side is Δ-connected. The transformers 8 and 9 have a “YY” connection system in which the primary side and the secondary side are both Y-connected.

変圧器6、7の変成比(巻数比)は「1:1」となっている。変圧器8、9の変成比(巻数比)は「1:31/2/2」となっている。なお、以下の説明においては、「31/2」を「√3」とも表す。変圧器6〜9の三相(U相、V相、W相)の出力は、それぞれコンバータ10〜13に入力されている。 The transformation ratio (turn ratio) of the transformers 6 and 7 is “1: 1”. The transformation ratio (turn ratio) of the transformers 8 and 9 is “1: 3 1/2 / 2”. In the following description, “3 1/2 ” is also expressed as “√3”. The three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) outputs of transformers 6-9 are input to converters 10-13, respectively.

このような構成により、変圧器6、7のU相−V相の線間電圧、V相−W相の線間電圧およびW相−U相の線間電圧(以下、これらをまとめて線間電圧Eac1と称す)と、変圧器8、9のU相−V相の線間電圧、V相−W相の線間電圧およびW相−U相の線間電圧(以下、これらをまとめて線間電圧Eac2と称す)とは、下記(1)式の関係となる。
Eac1:Eac2=1:√3/2 …(1)
With such a configuration, the U-phase to V-phase line voltage, the V-phase to W-phase line voltage, and the W-phase to U-phase line voltage of the transformers 6 and 7 (hereinafter collectively referred to as line-to-line). Voltage Eac1), U-phase to V-phase line voltage, V-phase to W-phase line voltage, and W-phase to U-phase line voltage of transformers 8 and 9 (hereinafter collectively referred to as line) (Referred to as inter-voltage Eac2) is represented by the following equation (1).
Eac1: Eac2 = 1: √3 / 2 (1)

このように、本実施形態では、変圧器6、7と変圧器8、9とは、互いに出力電圧(線間電圧)の電圧値が異なっている。また、図2に示すように、変圧器6、7の線間電圧Eac1と変圧器8、9の線間電圧Eac2とは、30°の位相差がある。つまり、本実施形態では、変圧器6、7と変圧器8、9とは、互いに出力電圧(線間電圧)の位相が異なっている。   Thus, in the present embodiment, the transformers 6 and 7 and the transformers 8 and 9 have different output voltage (line voltage) voltage values. Also, as shown in FIG. 2, the line voltage Eac1 of the transformers 6 and 7 and the line voltage Eac2 of the transformers 8 and 9 have a phase difference of 30 °. In other words, in the present embodiment, the transformers 6 and 7 and the transformers 8 and 9 are different from each other in the phase of the output voltage (line voltage).

また、上記構成により、変圧器6、7の線電流Iac1と、変圧器8、9の線電流Iac2とは、下記(2)式の関係となる。
Iac1:Iac2=1:2/√3 …(2)
Further, with the above configuration, the line current Iac1 of the transformers 6 and 7 and the line current Iac2 of the transformers 8 and 9 have the relationship of the following equation (2).
Iac1: Iac2 = 1: 2 / √3 (2)

さらに、図3に示すように、変圧器6、7の線電流Iac1と変圧器8、9の線電流Iac2とは、30°の位相差がある。なお、図3において「S1、S2、…S6」という符号が付された各期間は、コンバータ10〜13を構成する6つのスイッチS1〜S6(後述する)のうち、その符号に対応したスイッチがオンしている期間を表している。   Further, as shown in FIG. 3, the line current Iac1 of the transformers 6 and 7 and the line current Iac2 of the transformers 8 and 9 have a phase difference of 30 °. In FIG. 3, each period marked with “S1, S2,... S6” has a switch corresponding to that sign among the six switches S1 to S6 (described later) constituting the converters 10-13. Represents the period of on time.

コンバータ10〜13は、いずれも三相の交流を直流に変換するものであり、互いに同一の回路構成となっている。そのため、ここでは、コンバータ10の構成について説明を行い、コンバータ11〜13の各構成については、コンバータ10と同様の符号を付し、その説明を省略する。   Converters 10 to 13 all convert three-phase alternating current into direct current, and have the same circuit configuration. Therefore, here, the configuration of converter 10 will be described, and the configurations of converters 11 to 13 will be denoted by the same reference numerals as those of converter 10 and description thereof will be omitted.

コンバータ10は、整流回路15、直流リアクトル16およびコンデンサ17を備えている。整流回路15は、6つのスイッチS1〜S6が三相フルブリッジの形態となるように接続された構成であり、変圧器6から出力される三相の交流を全波整流する。スイッチS1〜S6としては、例えばパワーMOSFETやIGBTなどの半導体スイッチング素子を用いることができる。スイッチS1〜S6のオンオフは、スイッチ制御部18により制御される。   The converter 10 includes a rectifier circuit 15, a DC reactor 16, and a capacitor 17. The rectifier circuit 15 has a configuration in which six switches S1 to S6 are connected to form a three-phase full bridge, and full-wave rectifies the three-phase alternating current output from the transformer 6. As the switches S1 to S6, for example, semiconductor switching elements such as power MOSFETs and IGBTs can be used. ON / OFF of the switches S1 to S6 is controlled by the switch control unit 18.

整流回路15の出力電源線19、20間には、スイッチS1、S2の直列回路、スイッチS3、S4の直列回路およびスイッチS5、S6の直列回路がそれぞれ接続されている。スイッチS1、S2の相互接続ノードNuは、変圧器6のU相の出力端子に接続されている。スイッチS3、S4の相互接続ノードNvは、変圧器6のV相の出力端子に接続されている。スイッチS5、S6の相互接続ノードNwは、変圧器6のU相の出力端子に接続されている。   A series circuit of switches S1 and S2, a series circuit of switches S3 and S4, and a series circuit of switches S5 and S6 are connected between the output power lines 19 and 20 of the rectifier circuit 15, respectively. The interconnection node Nu of the switches S1 and S2 is connected to the U-phase output terminal of the transformer 6. The interconnection node Nv of the switches S3 and S4 is connected to the V-phase output terminal of the transformer 6. The interconnection node Nw of the switches S5 and S6 is connected to the U-phase output terminal of the transformer 6.

直流リアクトル16の一方の端子は出力電源線19に接続され、その他方の端子はコンデンサ17を介して出力電源線20に接続されている。これら直流リアクトル16およびコンデンサ17により、整流回路15から出力される脈動のある直流電圧が平滑化される。コンデンサ17の端子間電圧、つまりコンバータ10から出力される直流電圧は、単相インバータ14に供給される。   One terminal of the DC reactor 16 is connected to the output power supply line 19, and the other terminal is connected to the output power supply line 20 via the capacitor 17. The DC reactor 16 and the capacitor 17 smooth the pulsating DC voltage output from the rectifier circuit 15. A voltage between terminals of the capacitor 17, that is, a DC voltage output from the converter 10 is supplied to the single-phase inverter 14.

上記構成において、コンバータ10、11から出力される直流電圧の電圧値(第1電圧値Edc1)と、コンバータ12、13から出力される直流電圧の電圧値(第2電圧値Edc2)との関係は、変圧器6、7の線間電圧Eac1と変圧器8、9の線間電圧Eac2との関係と同様の関係、つまり下記(3)式の関係となる。
Edc1:Edc2=1:√3/2 …(3)
In the above configuration, the relationship between the DC voltage value (first voltage value Edc1) output from the converters 10 and 11 and the DC voltage value (second voltage value Edc2) output from the converters 12 and 13 is as follows. The relationship between the line voltage Eac1 of the transformers 6 and 7 and the line voltage Eac2 of the transformers 8 and 9 is the same as that of the following equation (3).
Edc1: Edc2 = 1: √3 / 2 (3)

また、コンバータ10、11の出力電流Idc1とコンバータ12、13の出力電流Idc2との関係は、変圧器6、7の線電流Iac1と変圧器8、9の線電流Iac2との関係と同様の関係、つまり下記(4)式の関係となる。
Idc1:Idc2=1:2/√3 …(4)
The relationship between the output current Idc1 of the converters 10 and 11 and the output current Idc2 of the converters 12 and 13 is similar to the relationship between the line current Iac1 of the transformers 6 and 7 and the line current Iac2 of the transformers 8 and 9. In other words, the following equation (4) is satisfied.
Idc1: Idc2 = 1: 2 / √3 (4)

単相インバータ14は、複数のインバータ部INV1〜INV4を備えている。インバータ部INV1〜INV4は、いずれも単相フルブリッジ回路として構成されており、入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。なお、本実施形態では、インバータ部INV1、INV2、INV3、INV4は、それぞれ第1フルブリッジ回路、第2フルブリッジ回路、第3フルブリッジ回路、第4フルブリッジ回路に相当する。   The single-phase inverter 14 includes a plurality of inverter units INV1 to INV4. Each of the inverter units INV1 to INV4 is configured as a single-phase full bridge circuit, and converts an input DC voltage into an AC voltage and outputs the AC voltage. In the present embodiment, the inverter units INV1, INV2, INV3, and INV4 correspond to a first full bridge circuit, a second full bridge circuit, a third full bridge circuit, and a fourth full bridge circuit, respectively.

インバータ部INV1には、コンバータ10から電源線21、22を介して供給される第1電圧値Edc1の直流電圧が入力されている。インバータ部INV1は、4つのスイッチS11〜S14を備えている。スイッチS11〜S14としては、例えばパワーMOSFETやIGBTなどの半導体スイッチング素子を用いることができる。   A DC voltage having a first voltage value Edc1 supplied from the converter 10 via the power supply lines 21 and 22 is input to the inverter unit INV1. The inverter unit INV1 includes four switches S11 to S14. As the switches S11 to S14, for example, semiconductor switching elements such as power MOSFETs and IGBTs can be used.

電源線21、22間には、スイッチS11、S12の直列回路およびスイッチS13、S14の直列回路が接続されている。スイッチS11、S12の相互接続ノードN1aはインバータ部INV1の高電位側の出力ノードとなり、スイッチS13、S14の相互接続ノードN1bはインバータ部INV1の低電位側の出力ノードとなる。   A series circuit of switches S11 and S12 and a series circuit of switches S13 and S14 are connected between the power supply lines 21 and 22. The interconnection node N1a of the switches S11 and S12 is an output node on the high potential side of the inverter unit INV1, and the interconnection node N1b of the switches S13 and S14 is an output node on the low potential side of the inverter unit INV1.

インバータ部INV2には、コンバータ11から電源線23、24を介して供給される第1電圧値Edc1の直流電圧が入力されている。インバータ部INV2は、4つのスイッチS21〜S24を備えている。スイッチS21〜S24としては、スイッチS11〜S14と同様の構成を採用することができる。   A DC voltage of the first voltage value Edc1 supplied from the converter 11 via the power lines 23 and 24 is input to the inverter unit INV2. The inverter unit INV2 includes four switches S21 to S24. As the switches S21 to S24, the same configuration as the switches S11 to S14 can be adopted.

電源線23、24間には、スイッチS21、S22の直列回路およびスイッチS23、S24の直列回路が接続されている。スイッチS21、S22の相互接続ノードN2aはインバータ部INV2の高電位側の出力ノードとなり、スイッチS23、S24の相互接続ノードN2bはインバータ部INV2の低電位側の出力ノードとなる。   A series circuit of switches S21 and S22 and a series circuit of switches S23 and S24 are connected between the power supply lines 23 and 24. The interconnection node N2a of the switches S21 and S22 is an output node on the high potential side of the inverter unit INV2, and the interconnection node N2b of the switches S23 and S24 is an output node on the low potential side of the inverter unit INV2.

インバータ部INV3には、コンバータ12から電源線25、26を介して供給される第2電圧値Edc2の直流電圧が入力されている。インバータ部INV3は、4つのスイッチS31〜S34を備えている。スイッチS31〜S34としては、スイッチS11〜S14などと同様の構成を採用することができる。   A DC voltage of the second voltage value Edc2 supplied from the converter 12 via the power lines 25 and 26 is input to the inverter unit INV3. The inverter unit INV3 includes four switches S31 to S34. As the switches S31 to S34, the same configuration as the switches S11 to S14 and the like can be adopted.

電源線25、26間には、スイッチS31、S32の直列回路およびスイッチS33、S34の直列回路が接続されている。スイッチS31、S32の相互接続ノードN3aはインバータ部INV3の高電位側の出力ノードとなり、スイッチS33、S34の相互接続ノードN3bはインバータ部INV3の低電位側の出力ノードとなる。   Between the power lines 25 and 26, a series circuit of switches S31 and S32 and a series circuit of switches S33 and S34 are connected. The interconnection node N3a of the switches S31 and S32 is an output node on the high potential side of the inverter unit INV3, and the interconnection node N3b of the switches S33 and S34 is an output node on the low potential side of the inverter unit INV3.

インバータ部INV4には、コンバータ13から電源線27、28を介して供給される第2電圧値Edc2の直流電圧が入力されている。インバータ部INV4は、4つのスイッチS41〜S44を備えている。スイッチS41〜S44としては、スイッチS11〜S14などと同様の構成を採用することができる。   A DC voltage of the second voltage value Edc2 supplied from the converter 13 via the power lines 27 and 28 is input to the inverter unit INV4. The inverter unit INV4 includes four switches S41 to S44. As the switches S41 to S44, the same configuration as that of the switches S11 to S14 can be adopted.

電源線27、28間には、スイッチS41、S42の直列回路およびスイッチS43、S44の直列回路が接続されている。スイッチS41、S42の相互接続ノードN4aはインバータ部INV4の高電位側の出力ノードとなり、スイッチS43、S44の相互接続ノードN4bはインバータ部INV4の低電位側の出力ノードとなる。   A series circuit of switches S41 and S42 and a series circuit of switches S43 and S44 are connected between the power supply lines 27 and 28. The interconnection node N4a of the switches S41 and S42 is an output node on the high potential side of the inverter unit INV4, and the interconnection node N4b of the switches S43 and S44 is an output node on the low potential side of the inverter unit INV4.

このように、インバータ部INV1およびINV2と、インバータ部INV3およびINV4とは、互いに供給される直流電圧の電圧値が異なっている。具体的には、インバータ部INV1およびINV2に供給される直流電圧の電圧値である第1電圧値Edc1と、インバータ部INV3およびINV4に供給される直流電圧の電圧値である第2電圧値Edc2とは、上記した(3)式の関係となっている。   Thus, the inverter units INV1 and INV2 and the inverter units INV3 and INV4 have different voltage values of the DC voltage supplied to each other. Specifically, the first voltage value Edc1 that is the voltage value of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 and INV2, and the second voltage value Edc2 that is the voltage value of the DC voltage supplied to the inverter units INV3 and INV4, Is the relationship of the above-mentioned formula (3).

スイッチ制御部18は、インバータ部INV1〜INV4の各スイッチのオンオフを制御する。各スイッチのオンオフの詳細なタイミングは後述するが、インバータ部INV1とインバータ部INV2の点弧位相は、互いに異なる点弧位相となる。また、インバータ部INV3とインバータ部INV4の点弧位相は、同一の点弧位相となる。また、インバータ部INV1とインバータ部INV3、INV4の点弧位相は、互いに異なる点弧位相となる。また、インバータ部INV2とインバータ部INV3、INV4の点弧位相は、互いに異なる点弧位相となる。   The switch control unit 18 controls on / off of each switch of the inverter units INV1 to INV4. Although detailed timings of ON / OFF of each switch will be described later, the ignition phases of the inverter unit INV1 and the inverter unit INV2 are different from each other. Moreover, the ignition phase of inverter part INV3 and inverter part INV4 becomes the same ignition phase. Moreover, the ignition phases of the inverter unit INV1 and the inverter units INV3 and INV4 are different from each other. Moreover, the ignition phases of the inverter unit INV2 and the inverter units INV3 and INV4 are different from each other.

上記構成において、インバータ部INV1の低電位側の出力ノードN1bは、インバータ部INV2の高電位側の出力ノードN2aに接続されている。また、インバータ部INV2の低電位側の出力ノードN2bは、インバータ部INV3の高電位側の出力ノードN3aに接続されている。また、インバータ部INV3の低電位側の出力ノードN3bは、インバータ部INV4の高電位側の出力ノードN4aに接続されている。   In the above configuration, the output node N1b on the low potential side of the inverter unit INV1 is connected to the output node N2a on the high potential side of the inverter unit INV2. The output node N2b on the low potential side of the inverter unit INV2 is connected to the output node N3a on the high potential side of the inverter unit INV3. The output node N3b on the low potential side of the inverter unit INV3 is connected to the output node N4a on the high potential side of the inverter unit INV4.

そして、インバータ部INV1の高電位側の出力ノードN1aと、インバータ部INV4の低電位側の出力ノードN4bとの間から出力される交流電圧が、トランス3の一次側巻線3aに印加される。つまり、上記構成の単相インバータ14では、インバータ部INV1〜INV4の各出力が多段で直列接続され、その直列接続された各出力の両端から交流電圧が出力されるようになっている。   Then, an AC voltage output from between the output node N1a on the high potential side of the inverter unit INV1 and the output node N4b on the low potential side of the inverter unit INV4 is applied to the primary winding 3a of the transformer 3. That is, in the single-phase inverter 14 having the above-described configuration, the outputs of the inverter units INV1 to INV4 are connected in series in multiple stages, and an alternating voltage is output from both ends of the serially connected outputs.

単相インバータ1から出力される単相の交流電圧は、トランス3の一次側巻線3aに印加される。本実施形態では、トランス3の変圧比は、例えば「1:1」となっている。トランス3の二次側巻線3bから出力される交流電圧Ehfは、LPF4に入力されている。LPF4は、例えばインダクタおよびキャパシタからなるL型やπ型のLCフィルタとして構成されている。   A single-phase AC voltage output from the single-phase inverter 1 is applied to the primary winding 3 a of the transformer 3. In the present embodiment, the transformation ratio of the transformer 3 is “1: 1”, for example. The AC voltage Ehf output from the secondary winding 3b of the transformer 3 is input to the LPF 4. The LPF 4 is configured as an L-type or π-type LC filter including an inductor and a capacitor, for example.

LPF4は、交流電圧Ehfに含まれる高調波の最低次数以上の成分を阻止するように設計されている。なお、この場合、詳細は後述するが、交流電圧Ehfに含まれる高調波の最低次数は「11」である。そのため、本実施形態では、LPF4は、交流電圧Ehfに含まれる11次以上の高調波成分を阻止するように設計されている。LPF4の出力電圧は、給電対象の負荷(図示略)に供給される。   The LPF 4 is designed so as to block components of the higher order harmonics included in the AC voltage Ehf. In this case, although details will be described later, the lowest order of the harmonics included in the AC voltage Ehf is “11”. Therefore, in the present embodiment, the LPF 4 is designed so as to block higher-order 11th-order harmonic components included in the AC voltage Ehf. The output voltage of the LPF 4 is supplied to a load (not shown) to be fed.

次に、上記構成の作用について図4および図5も参照して説明する。なお、図4および図5では、単相インバータ14から出力される交流電圧の1周期の開始時点を0°とし、その終了時点を360°として示している。また、図5における縦軸は、各電圧を電圧Edc1で除算したもの、つまり電圧Edc1で正規化した各電圧を示している。   Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS. 4 and FIG. 5, the start point of one cycle of the AC voltage output from the single-phase inverter 14 is set to 0 °, and the end point is set to 360 °. In addition, the vertical axis in FIG. 5 indicates each voltage divided by the voltage Edc1, that is, each voltage normalized by the voltage Edc1.

[1]インバータ部INV1の動作
交流電圧の1周期において、インバータ部INV1のスイッチS11〜S14のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜120°では、スイッチS11、S14がオンされるとともにスイッチS12、S13がオフされる。また、120°〜180°および300°〜360°では全てのスイッチS11〜S14がオフされる。また、180°〜300°では、スイッチS11、S14がオフされるとともにスイッチS12、S13がオンされる。
[1] Operation of Inverter Unit INV1 In one cycle of the AC voltage, on / off of the switches S11 to S14 of the inverter unit INV1 is controlled as follows. That is, from 0 ° to 120 °, the switches S11 and S14 are turned on and the switches S12 and S13 are turned off. In addition, all the switches S11 to S14 are turned off at 120 ° to 180 ° and 300 ° to 360 °. Further, at 180 ° to 300 °, the switches S11 and S14 are turned off and the switches S12 and S13 are turned on.

スイッチS11〜S14が上述したように制御されることにより、インバータ部INV1の出力ノードN1a、N1b間には、図4(a)に示すような交流電圧が現れる。すなわち、インバータ部INV1から出力される交流電圧は、0°〜120°では+Edc1となり、120°〜180°では0となり、180°〜300°では−Edc1となり、300°〜360°では0となる。   By controlling the switches S11 to S14 as described above, an AC voltage as shown in FIG. 4A appears between the output nodes N1a and N1b of the inverter unit INV1. That is, the AC voltage output from the inverter unit INV1 is + Edc1 at 0 ° to 120 °, 0 at 120 ° to 180 °, −Edc1 at 180 ° to 300 °, and 0 at 300 ° to 360 °. .

[2]インバータ部INV2の動作
交流電圧の1周期において、インバータ部INV2のスイッチS21〜S24のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜60°および180°〜240°では全てのスイッチS21〜S24がオフされる。また、60°〜180°では、スイッチS21、S24がオンされるとともにスイッチS22、S23がオフされる。また、240°〜360°では、スイッチS21、S24がオフされるとともにスイッチS22、S23がオンされる。
[2] Operation of Inverter Unit INV2 In one cycle of the AC voltage, on / off of the switches S21 to S24 of the inverter unit INV2 is controlled as follows. That is, all the switches S21 to S24 are turned off at 0 ° to 60 ° and 180 ° to 240 °. Further, at 60 ° to 180 °, the switches S21 and S24 are turned on and the switches S22 and S23 are turned off. Further, at 240 ° to 360 °, the switches S21 and S24 are turned off and the switches S22 and S23 are turned on.

スイッチS21〜S24が上述したように制御されることにより、インバータ部INV2の出力ノードN2a、N2b間には、図4(b)に示すような交流電圧が現れる。すなわち、インバータ部INV2から出力される交流電圧は、0°〜60°では0となり、60°〜180°では+Edc1となり、180°〜240°では0となり、240°〜360°では−Edc1となる。   By controlling the switches S21 to S24 as described above, an AC voltage as shown in FIG. 4B appears between the output nodes N2a and N2b of the inverter unit INV2. That is, the AC voltage output from the inverter unit INV2 is 0 at 0 ° to 60 °, + Edc1 at 60 ° to 180 °, 0 at 180 ° to 240 °, and −Edc1 at 240 ° to 360 °. .

[3]インバータ部INV3の動作
交流電圧の1周期において、インバータ部INV3のスイッチS31〜S34のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜30°および150°〜210°では全てのスイッチS31〜S34がオフされる。また、30°〜150°では、スイッチS31、S34がオンされるとともにスイッチS32、S33がオフされる。また、210°〜330°では、スイッチS31、S34がオフされるとともにスイッチS32、S33がオンされる。
[3] Operation of Inverter Unit INV3 In one cycle of the AC voltage, on / off of the switches S31 to S34 of the inverter unit INV3 is controlled as follows. That is, all the switches S31 to S34 are turned off at 0 ° to 30 ° and 150 ° to 210 °. Further, at 30 ° to 150 °, the switches S31 and S34 are turned on and the switches S32 and S33 are turned off. Further, at 210 ° to 330 °, the switches S31 and S34 are turned off and the switches S32 and S33 are turned on.

スイッチS31〜S34が上述したように制御されることにより、インバータ部INV3の出力ノードN3a、N3b間には、図4(c)に示すような交流電圧が現れる。すなわち、インバータ部INV3から出力される交流電圧は、0°〜30°では0となり、30°〜150°では+Edc2となり、150°〜210°では0となり、210°〜330°では−Edc2となり、330°〜360°では0となる。   By controlling the switches S31 to S34 as described above, an AC voltage as shown in FIG. 4C appears between the output nodes N3a and N3b of the inverter unit INV3. That is, the AC voltage output from the inverter unit INV3 is 0 at 0 ° to 30 °, + Edc2 at 30 ° to 150 °, 0 at 150 ° to 210 °, and −Edc2 at 210 ° to 330 °. It is 0 at 330 ° to 360 °.

[4]インバータ部INV4の動作
交流電圧の1周期において、インバータ部INV4のスイッチS41〜S44のオンオフは、次のように制御される。すなわち、0°〜30°および150°〜210°では全てのスイッチS41〜S44がオフされる。また、30°〜150°では、スイッチS41、S44がオンされるとともにスイッチS42、S43がオフされる。また、210°〜330°では、スイッチS41、S44がオフされるとともにスイッチS42、S43がオンされる。
[4] Operation of Inverter Unit INV4 In one cycle of the AC voltage, ON / OFF of the switches S41 to S44 of the inverter unit INV4 is controlled as follows. That is, all the switches S41 to S44 are turned off at 0 ° to 30 ° and 150 ° to 210 °. Further, at 30 ° to 150 °, the switches S41 and S44 are turned on and the switches S42 and S43 are turned off. Further, at 210 ° to 330 °, the switches S41 and S44 are turned off and the switches S42 and S43 are turned on.

スイッチS41〜S44が上述したように制御されることにより、インバータ部INV4の出力ノードN4a、N4b間には、図4(d)に示すような交流電圧が現れる。すなわち、インバータ部INV4から出力される交流電圧は、0°〜30°では0となり、30°〜150°では+Edc2となり、150°〜210°では0となり、210°〜330°では−Edc2となり、330°〜360°では0となる。   By controlling the switches S41 to S44 as described above, an AC voltage as shown in FIG. 4D appears between the output nodes N4a and N4b of the inverter unit INV4. That is, the AC voltage output from the inverter unit INV4 is 0 at 0 ° to 30 °, + Edc2 at 30 ° to 150 °, 0 at 150 ° to 210 °, and −Edc2 at 210 ° to 330 °. It is 0 at 330 ° to 360 °.

[5]全体の動作
インバータ部INV1、INV2が上述したような動作を行うことにより、ノードN1a、N2b間に図5(a)に示すような電圧が現れる。すなわち、ノードN1a、N2b間の電圧Ehf1は、0°〜60°では1となり、60°〜120°では2となり、120°〜180°では1となり、180°〜240°では−1となり、240°〜300°では−2となり、300°〜360°では−1となる。
[5] Overall Operation When the inverter units INV1 and INV2 perform the operation as described above, a voltage as shown in FIG. 5A appears between the nodes N1a and N2b. That is, the voltage Ehf1 between the nodes N1a and N2b is 1 at 0 ° to 60 °, 2 at 60 ° to 120 °, 1 at 120 ° to 180 °, −1 at 180 ° to 240 °, 240 It becomes -2 at 300 ° to 300 °, and -1 at 300 ° to 360 °.

また、インバータ部INV3、INV4が上述したような動作を行うことにより、ノードN3a、N4b間に図5(b)に示すような電圧が現れる。すなわち、ノードN3a、N4b間の電圧Ehf2は、0°〜30°では0となり、30°〜150°では√3となり、150°〜210°では0となり、210°〜330°では−√3となり、330°〜360°では0となる。   Further, when the inverter units INV3 and INV4 perform the operation as described above, a voltage as shown in FIG. 5B appears between the nodes N3a and N4b. That is, the voltage Ehf2 between the nodes N3a and N4b is 0 at 0 ° to 30 °, √3 at 30 ° to 150 °, 0 at 150 ° to 210 °, and −√3 at 210 ° to 330 °. , 330 ° to 360 ° is zero.

なお、この場合、電圧Ehf1の実効値と電圧Ehf2の実効値とは、下記(5)式に示すように互いに等しい値となる。
Ehf1:Ehf2=1:1 …(5)
単相インバータ14から出力される交流電圧、ひいてはトランス3の二次側巻線3bから出力される交流電圧Ehfは、図5(c)に示すように、電圧Ehf1と電圧Ehf2が合成された階段状の波形となる。すなわち、交流電圧Ehfは、0°〜30°では1となり、30°〜60°では1+√3となり、60°〜120°では2+√3となり、120°〜150°では1+√3となり、150°〜180°では1となる。また、交流電圧Ehfは、180°〜210°では−1となり、210°〜240°では−1+√3となり、240°〜300°では−2+√3となり、300°〜330°では−1+√3となり、330°〜360°では1となる。
In this case, the effective value of the voltage Ehf1 and the effective value of the voltage Ehf2 are equal to each other as shown in the following equation (5).
Ehf1: Ehf2 = 1: 1 (5)
As shown in FIG. 5 (c), the AC voltage output from the single-phase inverter 14 and the AC voltage Ehf output from the secondary winding 3b of the transformer 3 are steps obtained by combining the voltage Ehf1 and the voltage Ehf2. It becomes a waveform. That is, the AC voltage Ehf is 1 at 0 ° to 30 °, 1 + √3 at 30 ° to 60 °, 2 + √3 at 60 ° to 120 °, 1 + √3 at 120 ° to 150 °, 150 It becomes 1 in the case of ° to 180 °. The AC voltage Ehf is −1 at 180 ° to 210 °, −1 + √3 at 210 ° to 240 °, −2 + √3 at 240 ° to 300 °, and −1 + √ at 300 ° to 330 °. 3 and 1 at 330 ° to 360 °.

また、トランス3の二次側巻線3bに流れる電流Ihfは、LPF4の作用により、交流電圧Ehfの波形を鈍らせた波形となる。すなわち、電流Ihfは、図5(c)に示すような正弦波状の波形となる。   Further, the current Ihf flowing through the secondary winding 3b of the transformer 3 has a waveform in which the waveform of the AC voltage Ehf is blunted by the action of the LPF 4. That is, the current Ihf has a sinusoidal waveform as shown in FIG.

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
一般的な単相インバータから出力される電圧は、矩形波状の波形となる。このような矩形波状の出力電圧には、非常に多くの高調波成分が含まれている。そのような高調波電圧を除去するためには、低次数の高調波をも除去する仕様のフィルタが必要であり、装置の大型化やコストの増加などの問題が発生する。そこで、本実施形態の単相インバータ1は、一般的な単相インバータと同様の構成の4つのインバータ部INV1〜INV4を備え、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つについて互いに供給される直流電圧の電圧値を異ならせるとともに、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つについて互いに点弧位相を異ならせている。そして、4つのインバータ部INV1〜INV4の各出力が多段で直列接続されており、その直列接続された各出力の両端から交流電圧が出力される。
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
A voltage output from a general single-phase inverter has a rectangular waveform. Such a rectangular wave output voltage includes a large number of harmonic components. In order to remove such a harmonic voltage, a filter having a specification for removing low-order harmonics is necessary, which causes problems such as an increase in the size of the apparatus and an increase in cost. Therefore, the single-phase inverter 1 of the present embodiment includes four inverter units INV1 to INV4 having a configuration similar to that of a general single-phase inverter, and DC voltages supplied to at least two of the inverter units INV1 to INV4. And the ignition phases of at least two of the inverter units INV1 to INV4 are different from each other. The outputs of the four inverter units INV1 to INV4 are connected in series in multiple stages, and an alternating voltage is output from both ends of the serially connected outputs.

このような構成の単相インバータ1から出力される交流電圧は、図4(a)〜(d)に示したインバータ部INV1〜INV4の各出力電圧を組み合わせて得られる波形であり、図5(c)に示したような階段状の波形となる。このような階段状の電圧波形は、矩形波状の電圧波形に比べ、正弦波に近い波形となっているため、これに含まれる高調波成分が少なくなる。したがって、LPF4としては、矩形波状の電圧に含まれる高調波成分を除去するためのフィルタに比べ、小型且つ安価なものを用いることができる。したがって、本実施形態によれば、装置の大型化やコストの増加を抑制しつつ、高調波による問題の発生を抑制することができるという効果が得られる。   The AC voltage output from the single-phase inverter 1 having such a configuration is a waveform obtained by combining the output voltages of the inverter units INV1 to INV4 shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d). It becomes a step-like waveform as shown in c). Such a step-like voltage waveform is a waveform closer to a sine wave than a rectangular wave-like voltage waveform, so that the harmonic component contained therein is reduced. Accordingly, as the LPF 4, a small and inexpensive filter can be used as compared with a filter for removing harmonic components contained in a rectangular wave voltage. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain an effect that it is possible to suppress the occurrence of problems due to harmonics while suppressing the increase in size and cost of the apparatus.

単相インバータ14から出力される交流電圧の高調波成分を低減する効果は、その電圧波形のパルス数pを増加するほど顕著に得られる。なお、パルス数pは、交流電圧の1周期中に同時に生じることのない転流の数に相当する。交流電圧に含まれる高調波の次数nは、下記(6)式により表される。ただし、mは正の整数である。
n=p×m±1 …(6)
The effect of reducing the harmonic component of the AC voltage output from the single-phase inverter 14 becomes more prominent as the number of pulses p of the voltage waveform is increased. The number of pulses p corresponds to the number of commutations that do not occur simultaneously during one cycle of the AC voltage. The harmonic order n included in the AC voltage is expressed by the following equation (6). However, m is a positive integer.
n = p × m ± 1 (6)

また、交流電圧に含まれる高調波の発生量Enは、基本波の大きさを1とすると、下記(7)式により表される。
En=1/n …(7)
Further, the generation amount En of harmonics included in the AC voltage is expressed by the following equation (7), where the magnitude of the fundamental wave is 1.
En = 1 / n (7)

上記(7)式から明らかなように、パルス数pが12の場合、交流電圧に含まれる高調波の次数nは、「11、13、23、25、…」となり、5次および7次の高調波は含まれない。また、上記(3)式から明らかなように、5次、7次の高調波の発生量Inは、それより高次の高調波の発生量Enに比べると大きい。   As is apparent from the above equation (7), when the number of pulses p is 12, the harmonic order n included in the AC voltage is “11, 13, 23, 25,. Harmonics are not included. As is clear from the above equation (3), the generation amount In of the fifth and seventh harmonics is larger than the generation amount En of higher harmonics.

そこで、本実施形態では、パルス数pが12となるように、インバータ部INV1〜INV4に供給される直流電圧の電圧値およびインバータ部INV1〜INV4の点弧位相が設定されている。具体的には、本実施形態では、インバータ部INV1、INV2に供給される直流電圧の電圧値Edc1とインバータ部INV3、INV4に供給される直流電圧の電圧値Edc2を、上記(3)式を満たすように設定している。   Therefore, in this embodiment, the voltage value of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 to INV4 and the ignition phase of the inverter units INV1 to INV4 are set so that the number of pulses p is 12. Specifically, in this embodiment, the voltage value Edc1 of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 and INV2 and the voltage value Edc2 of the DC voltage supplied to the inverter units INV3 and INV4 satisfy the above expression (3). It is set as follows.

また、本実施形態では、インバータ部INV1の点弧位相を基準とすると、インバータ部INV2の点弧位相を60°遅らせるとともに、インバータ部INV3、INV4の点弧位相を30°遅らせるようにしている。これにより、単相インバータ14から出力される交流電圧のパルス数pが12となり、その交流電圧には5次および7次の高調波が含まれない。そのため、単相インバータ14から出力される交流電圧に含まれる高調波の最低次数は11次となり、LPF4としては、11次の高調波成分を阻止することができるものであればよく、5次、7次の高調波成分を阻止できるフィルタに比べ、小型且つ安価なものを用いることができる。   In this embodiment, when the ignition phase of the inverter unit INV1 is used as a reference, the ignition phase of the inverter unit INV2 is delayed by 60 °, and the ignition phases of the inverter units INV3 and INV4 are delayed by 30 °. Thereby, the pulse number p of the AC voltage output from the single-phase inverter 14 becomes 12, and the AC voltage does not include fifth and seventh harmonics. Therefore, the lowest order harmonics included in the AC voltage output from the single-phase inverter 14 is the 11th order, and the LPF 4 only needs to be able to block the 11th order harmonic components. A small and inexpensive filter can be used as compared with a filter capable of blocking seventh-order harmonic components.

単相インバータ14は、一般的な単相インバータと同様の構成をなす4つのインバータ部INV1〜INV4を備えているが、それらを直列多段に接続することで所望する出力を得る構成となっているため、各インバータ部INV1〜INV4の容量は、単相インバータ14と同程度の出力を得ることができる一般的な単相インバータの容量の1/4程度でよい。したがって、本実施形態によれば、従来の一般的な単相インバータに対し、装置の大型化やコストの大幅な増加を招くことなく、上述した高調波を低減する効果が得られる。   The single-phase inverter 14 includes four inverter units INV1 to INV4 having a configuration similar to that of a general single-phase inverter, and is configured to obtain a desired output by connecting them in series in multiple stages. Therefore, the capacity of each of the inverter units INV1 to INV4 may be about 1/4 of the capacity of a general single-phase inverter that can obtain the same output as the single-phase inverter 14. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain the effect of reducing the above-described harmonics without increasing the size of the device or significantly increasing the cost compared to the conventional general single-phase inverter.

高調波の低減効果を期待して、単相インバータ14の各スイッチS11〜S44の駆動制御として、PWM制御を採用することも考えられる。しかし、PWM制御を用いた場合、スイッチングロスが増大するおそれがある。本実施形態の単相インバータ14は、PWM制御を用いていないため、スイッチングロスの増大を招くことなく、上述した高調波の低減効果を得ることができる。   It is also conceivable to employ PWM control as drive control of the switches S11 to S44 of the single-phase inverter 14 in anticipation of the effect of reducing harmonics. However, when PWM control is used, the switching loss may increase. Since the single-phase inverter 14 of this embodiment does not use PWM control, the above-described harmonic reduction effect can be obtained without causing an increase in switching loss.

本実施形態の変換装置1は、交流電源2から出力される三相の交流電圧から単相インバータ14に供給する直流電圧を生成するための構成として、変圧器6〜9およびコンバータ10〜13を備えている。単相インバータ14による上述した効果を得るためには、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つについて互いに供給される直流電圧の電圧値を異ならせる必要がある。具体的には、インバータ部INV1、INV2に供給される直流電圧の電圧値Edc1と、インバータ部INV3、INV4に供給される直流電圧の電圧値Edc2とが上記(3)式の関係を満たすようにする必要がある。   The conversion device 1 of the present embodiment includes transformers 6 to 9 and converters 10 to 13 as a configuration for generating a DC voltage to be supplied to the single-phase inverter 14 from a three-phase AC voltage output from the AC power supply 2. I have. In order to obtain the above-described effect by the single-phase inverter 14, it is necessary to vary the voltage values of the DC voltages supplied to at least two of the inverter units INV1 to INV4. Specifically, the voltage value Edc1 of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 and INV2 and the voltage value Edc2 of the DC voltage supplied to the inverter units INV3 and INV4 satisfy the relationship of the above expression (3). There is a need to.

そこで、変圧器6〜9の結線方式および変成比などの仕様を上述したように設定することにより、変圧器6〜9のうち少なくとも2つについて互いに出力電圧の電圧値を異ならせるとともに、少なくとも2つについて互いに出力電圧の位相を異ならせている。具体的には、本実施形態では、変圧器6、7の線間電圧Eac1と変圧器8、9の線間電圧Eac2とが上記(1)式の関係を満たすようにするとともに、線間電圧Eac1と線間電圧Eac2とが30°の位相差を有するようにしている。   Therefore, by setting specifications such as the wiring method and the transformation ratio of the transformers 6 to 9 as described above, the voltage values of the output voltages of the transformers 6 to 9 are made different from each other, and at least 2 The phases of the output voltages are different from each other. Specifically, in the present embodiment, the line voltage Eac1 of the transformers 6 and 7 and the line voltage Eac2 of the transformers 8 and 9 satisfy the relationship of the above formula (1), and the line voltage Eac1 and line voltage Eac2 have a phase difference of 30 °.

このようにすることで、コンバータ10、11から出力される直流電圧、つまりインバータ部INV1、INV2に供給される直流電圧の電圧値Edc1と、コンバータ12、13から出力される直流電圧、つまりインバータ部INV3、INV4に供給される直流電圧の電圧値Edc2とが上記(3)式の関係を満たすような値となる。   By doing so, the DC voltage output from the converters 10 and 11, that is, the voltage value Edc1 of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 and INV2, and the DC voltage output from the converters 12 and 13, that is, the inverter unit. The voltage value Edc2 of the DC voltage supplied to INV3 and INV4 is a value that satisfies the relationship of the above expression (3).

また、交流電源2に流れる電流に含まれる高調波の次数nは、下記(8)式により表される。
n=p×m±1 …(8)
Further, the harmonic order n included in the current flowing in the AC power supply 2 is expressed by the following equation (8).
n = p × m ± 1 (8)

さらに、交流電源2に流れる電流に含まれる高調波の発生量Inは、基本波の大きさを1とすると、下記(9)式により表される。
In=1/n …(9)
Furthermore, the harmonic generation amount In contained in the current flowing in the AC power supply 2 is expressed by the following equation (9), where the magnitude of the fundamental wave is 1.
In = 1 / n (9)

そこで、本実施形態では、パルス数pが12となるように、変圧器6〜9の出力電圧(線間電圧Eac1、Eac2)の電圧値および移相が設定されている。このようにすれば、変圧器6〜9の一次側の合成電流は、従来の12パルス整流回路と同様の波形となる。したがって、本実施形態によれば、変換装置1の出力側の高調波を低減するだけでなく、変換装置1の入力側における高調波についても低減することができる。   Therefore, in this embodiment, the voltage values and phase shifts of the output voltages (line voltages Eac1, Eac2) of the transformers 6 to 9 are set so that the number of pulses p is 12. If it does in this way, the synthetic | combination current of the primary side of the transformers 6-9 will become a waveform similar to the conventional 12 pulse rectifier circuit. Therefore, according to this embodiment, not only the harmonics on the output side of the converter 1 can be reduced, but also the harmonics on the input side of the converter 1 can be reduced.

(その他の実施形態)
変換装置1は、上記実施形態で例示した電気自動車への非接触給電を行う用途に限らず、例えば誘導加熱など、様々な用途に用いることができる。つまり、本発明は、三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置全般に適用することができる。したがって、トランス3、LPF4などは、必要に応じて設ければよい。
(Other embodiments)
The converter 1 is not limited to the use for performing non-contact power feeding to the electric vehicle exemplified in the above embodiment, and can be used for various purposes such as induction heating. That is, the present invention can be applied to all conversion devices that convert a three-phase AC voltage into a single-phase AC voltage. Therefore, the transformer 3, LPF 4 and the like may be provided as necessary.

上記実施形態では、インバータ部INV1〜INV4の各出力が多段で直列接続され、その直列接続された各出力の両端から得られる交流電圧がトランス3の一次側巻線3aに印加される構成、つまりトランス3の一次側で多重化される構成を採用していたが、インバータ部INV1〜INV4の各出力を入力とする4つのトランスを設け、それら4つのトランスの各出力(二次側)を多段で直列接続する構成、つまりトランスの二次側で多重化される構成に変更してもよい。   In the above embodiment, the outputs of the inverter units INV1 to INV4 are connected in series in multiple stages, and an AC voltage obtained from both ends of the serially connected outputs is applied to the primary side winding 3a of the transformer 3, that is, Although the configuration of multiplexing on the primary side of the transformer 3 was adopted, four transformers having inputs of the outputs of the inverter units INV1 to INV4 are provided, and the outputs (secondary side) of these four transformers are multistage. The configuration may be changed to a configuration in which they are connected in series, that is, a configuration in which they are multiplexed on the secondary side of the transformer.

インバータ部INV1〜INV4に供給される直流電圧の電圧値およびインバータ部INV1〜INV4の点弧位相は、上記実施形態で示したものに限らずともよく、単相インバータ14から出力される交流電圧が所望する階段状の波形、ひいては交流電圧のパルス数が所望する数となるように適宜設定すればよい。すなわち、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つに供給される直流電圧の電圧値が異なるように設定するとともに、インバータ部INV1〜INV4のうち少なくとも2つの点弧位相が異なるように設定すればよい。   The voltage value of the DC voltage supplied to the inverter units INV1 to INV4 and the ignition phase of the inverter units INV1 to INV4 are not limited to those shown in the above embodiment, and the AC voltage output from the single-phase inverter 14 is What is necessary is just to set suitably so that the desired stepped waveform and by extension, the pulse number of an alternating voltage may turn into a desired number. In other words, the voltage values of the DC voltages supplied to at least two of the inverter units INV1 to INV4 may be set different from each other, and at least two firing phases of the inverter units INV1 to INV4 may be set to be different from each other. .

インバータ部INV3、INV4は、1つのインバータ部に置き換えることが可能である。ただし、置き換えられるインバータ部としては、インバータ部INV3、INV4の容量に比べて2倍の容量が必要となる。また、上記インバータ部に供給される直流電圧の電圧値としては、インバータ部INV3、INV4に供給される直流電圧の電圧値Edc2の2倍の電圧値(=√3)が必要となる。そのため、このような変更に対応するように、変圧器6〜9の結線方式や変成比などの仕様も、これに合わせて変更すればよい。   The inverter units INV3 and INV4 can be replaced with one inverter unit. However, the inverter unit to be replaced requires twice the capacity of the inverter units INV3 and INV4. Further, as the voltage value of the DC voltage supplied to the inverter unit, a voltage value (= √3) twice the voltage value Edc2 of the DC voltage supplied to the inverter units INV3 and INV4 is required. Therefore, in order to cope with such a change, specifications such as the connection method and the transformation ratio of the transformers 6 to 9 may be changed accordingly.

単相インバータ1は、4つの単相フルブリッジ回路(インバータ部INV1〜INV4)を備え、その各出力が多段で直列接続された構成となっていたが、単相フルブリッジ回路の数は、2つ、3つまたは5つ以上でもよい。   The single-phase inverter 1 includes four single-phase full-bridge circuits (inverter units INV1 to INV4), and each output is connected in series in multiple stages. However, the number of single-phase full-bridge circuits is 2 There may be three, three or more.

変圧器6〜9の結線方式や変成比などの仕様は、上記実施形態で示したものに限らずともよく、単相インバータ14に供給する直流電圧の電圧値Edc1、Edc2が所望する電圧値となるものであれば適宜変更可能である。例えば、変圧器6〜9の一次側をY結線からΔ結線に変更することが可能である。つまり、変圧器6、7を「Δ−Δ」結線方式にするとともに変圧器8、9を「Δ−Y」結線方式にすることが可能である。
コンバータ10〜13の6つのスイッチS1〜S6は、ダイオードなどの整流素子に置き換えることが可能である。
The specifications of the transformers 6 to 9 such as the connection method and the transformation ratio are not limited to those shown in the above embodiment, and the voltage values Edc1 and Edc2 of the DC voltage supplied to the single-phase inverter 14 are the desired voltage values. If it becomes, it can change suitably. For example, it is possible to change the primary side of the transformers 6 to 9 from the Y connection to the Δ connection. That is, the transformers 6 and 7 can be set to the “Δ-Δ” connection method, and the transformers 8 and 9 can be set to the “Δ-Y” connection method.
The six switches S1 to S6 of the converters 10 to 13 can be replaced with rectifying elements such as diodes.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

図面中、1は変換装置、2は交流電源、4はローパスフィルタ、6〜9は変圧器、10〜13はコンバータ、INV1はインバータ部(単相フルブリッジ回路、第1フルブリッジ回路)、INV2はインバータ部(単相フルブリッジ回路、第2フルブリッジ回路)、INV3はインバータ部(単相フルブリッジ回路、第3フルブリッジ回路)、INV4はインバータ部(単相フルブリッジ回路、第4フルブリッジ回路)を示す。   In the drawings, 1 is a conversion device, 2 is an AC power supply, 4 is a low-pass filter, 6 to 9 are transformers, 10 to 13 are converters, INV1 is an inverter unit (single-phase full-bridge circuit, first full-bridge circuit), INV2 Is an inverter unit (single phase full bridge circuit, second full bridge circuit), INV3 is an inverter unit (single phase full bridge circuit, third full bridge circuit), and INV4 is an inverter unit (single phase full bridge circuit, fourth full bridge circuit). Circuit).

Claims (5)

交流電源から出力される三相の交流電圧を単相の交流電圧に変換する変換装置であって、
前記三相の交流電圧が入力される複数の変圧器と、
前記複数の変圧器から出力される交流を直流に変換する複数のコンバータと、
前記複数のコンバータから出力される直流電圧が入力される複数の単相フルブリッジ回路と、
前記複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の電圧値が異なり、
前記複数の変圧器のうち少なくとも2つは、互いに出力電圧の位相が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに供給される前記直流電圧の電圧値が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路のうち少なくとも2つは、互いに点弧位相が異なり、
前記複数の単相フルブリッジ回路の各出力が多段に直列接続され、
前記直列接続された各出力の両端から単相の交流電圧が出力される変換装置。
A conversion device that converts a three-phase AC voltage output from an AC power source into a single-phase AC voltage,
A plurality of transformers to which the three-phase AC voltage is input;
A plurality of converters for converting alternating current output from the plurality of transformers into direct current;
A plurality of single-phase full bridge circuits to which DC voltages output from the plurality of converters are input;
At least two of the plurality of transformers have different output voltage values,
At least two of the plurality of transformers have different output voltage phases from each other,
At least two of the plurality of single-phase full bridge circuits have different voltage values of the DC voltage supplied to each other,
At least two of the plurality of single-phase full bridge circuits have different firing phases from each other,
Each output of the plurality of single-phase full bridge circuits is connected in series in multiple stages,
A converter that outputs a single-phase AC voltage from both ends of each of the series-connected outputs.
高調波の次数をnとし、パルス数をpとし、正の整数をmとすると、
前記交流電源に流れる電流に含まれる高調波の次数nが次式
n=p×m±1
を満たすように、且つ
基本波の大きさを1とすると、前記交流電源に流れる電流に含まれる高調波の発生量Inが次式
In=1/n
を満たすように、前記変圧器の出力電圧の電圧値および位相が設定される請求項1に記載の変換装置。
If the harmonic order is n, the number of pulses is p, and the positive integer is m,
The harmonic order n included in the current flowing in the AC power supply is expressed by the following equation: n = p × m ± 1
Assuming that the fundamental wave magnitude is 1 and the harmonic generation amount In contained in the current flowing in the AC power supply is expressed by the following formula: In = 1 / n
The converter according to claim 1, wherein a voltage value and a phase of the output voltage of the transformer are set so as to satisfy the above.
高調波の次数をnとし、パルス数をpとし、正の整数をmとすると、
前記単相の交流電圧に含まれる高調波の次数nが次式
n=p×m±1
を満たすように、且つ
基本波の大きさを1とすると、前記単相の交流電圧に含まれる高調波の発生量Enが次式
En=1/n
を満たすように、前記直流電圧の電圧値および前記点弧位相が設定される請求項1または2に記載の変換装置。
If the harmonic order is n, the number of pulses is p, and the positive integer is m,
The harmonic order n included in the single-phase AC voltage is expressed by the following equation: n = p × m ± 1
Assuming that the fundamental wave size is 1 and the harmonic generation amount En included in the single-phase AC voltage is expressed by the following formula: En = 1 / n
The converter according to claim 1 or 2, wherein a voltage value of the DC voltage and the ignition phase are set so as to satisfy the above.
さらに、前記単相の交流電圧に含まれる高調波の最低次数以上の成分を阻止するローパスフィルタを備える請求項1から3のいずれか一項に記載の変換装置。   4. The conversion device according to claim 1, further comprising a low-pass filter that blocks a component of a harmonic higher than the lowest order included in the single-phase AC voltage. 5. 前記複数の単相フルブリッジ回路は、第1フルブリッジ回路、第2フルブリッジ回路、第3フルブリッジ回路および第4フルブリッジ回路であり、
前記第1フルブリッジ回路および前記第2フルブリッジ回路に供給される前記直流電圧の電圧値は、第1電圧値であり、
前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路に供給される前記直流電圧の電圧値は、前記第1電圧値とは異なる第2電圧値であり、
前記第1フルブリッジ回路と前記第2フルブリッジ回路の前記点弧位相は互いに異なる点弧位相であり、
前記第3フルブリッジ回路および前記第4フルブリッジ回路の前記点弧位相は同一の点弧位相である請求項1から4のいずれか一項に記載の変換装置。
The plurality of single-phase full bridge circuits are a first full bridge circuit, a second full bridge circuit, a third full bridge circuit, and a fourth full bridge circuit,
The voltage value of the DC voltage supplied to the first full bridge circuit and the second full bridge circuit is a first voltage value,
The voltage value of the DC voltage supplied to the third full bridge circuit and the fourth full bridge circuit is a second voltage value different from the first voltage value,
The firing phases of the first full bridge circuit and the second full bridge circuit are firing phases different from each other;
5. The conversion device according to claim 1, wherein the ignition phases of the third full bridge circuit and the fourth full bridge circuit are the same ignition phase. 6.
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