JP3171551B2 - High voltage output power converter - Google Patents

High voltage output power converter

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JP3171551B2 JP33341195A JP33341195A JP3171551B2 JP 3171551 B2 JP3171551 B2 JP 3171551B2 JP 33341195 A JP33341195 A JP 33341195A JP 33341195 A JP33341195 A JP 33341195A JP 3171551 B2 JP3171551 B2 JP 3171551B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧が3kV
を超えるような高電圧出力の電力変換装置、特に自己消
弧型デバイスからなるスイッチング素子を用いた高電圧
出力電力変換装置に関するものである。
The present invention relates to an output voltage of 3 kV.
More particularly, the present invention relates to a high-voltage output power converter using a switching element including a self-extinguishing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】高電圧を出力しうる電力変換装置として
種々の回路方式のものが提案されている。特に出力電圧
が3kVを超えるような高電圧出力用の電力変換装置と
して、多レベルインバータ、特に3レベルインバータが
良く知られている(特開昭55−43996号公報参
照)。図5は、この公開公報に記載されている3レベル
インバータの主回路を示すものである。
2. Description of the Related Art Various power converters capable of outputting a high voltage have been proposed. In particular, a multi-level inverter, particularly a three-level inverter, is well known as a power converter for outputting a high voltage whose output voltage exceeds 3 kV (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-43996). FIG. 5 shows a main circuit of the three-level inverter described in this publication.

【0003】図5に示す電力変換装置は3レベルインバ
ータ装置に関するものであって、交流入力端子11から
入力された交流電力をコンバータ12により直流電力に
変換し、それを直流母線P,Nに出力する。直流母線
P,N間には、共通接続点を中性点Cとした2個直列の
分圧コンデンサ13,14が接続されている。これらの
分圧コンデンサ13,14は分圧回路を構成する。直流
母線P,Nには、さらに3組の3レベル電力変換回路1
5R,15S,15Tが直流側で並列に接続されてい
る。これら3組の3レベル電力変換回路の内部構成は同
一であって、第1の電力変換回路15Rについて説明す
れば、それぞれダイオードD1 〜D4 が逆並列に接続さ
れた直列接続の4個の半導体スイッチング素子S1 〜S
4 と、逆並列ダイオードと同一向きの2個のダイオード
5 ,D6 とからなっている。スイッチング素子S1
2 およびそれらに逆並列のダイオードD1 ,D2 によ
り正側アームが構成され、スイッチング素子S3 ,S4
およびそれらに逆並列のダイオードD3 ,D4 により負
側アームが構成される。ダイオードD5 のカソードがダ
イオードD2 のカソードに接続され、ダイオードD5
6 の共通接続点が分圧コンデンサ中性点Cに接続さ
れ、ダイオードD6 のアノードがダイオードD3 のアノ
ードに接続されている。電力変換回路15R,15S,
15Tは上述のごとく同一内部結線を有し、ダイオード
5 ,D6 の共通接続点はそれぞれ分圧コンデンサ中性
点Cに共通に接続される。第1、第2、第3の電力変換
回路15R,15S,15Tの、スイッチング素子
2 ,S3 の接続点から交流出力端子R,S,Tが導出
され、その交流出力端子R,S,Tに負荷電動機16が
接続される。半導体スイッチング素子S1 〜S4 として
は、一般にGTO(ゲート・ターンオフ・サイリスタ)
やIGBT(ゲート絶縁型バイポーラ・トランジスタ)
などの自己消弧型デバイスが使用される。
[0003] The power converter shown in FIG. 5 relates to a three-level inverter device, which converts AC power input from an AC input terminal 11 into DC power by a converter 12 and outputs the DC power to DC buses P and N. I do. Two series voltage dividing capacitors 13 and 14 having a common connection point as a neutral point C are connected between the DC buses P and N. These voltage dividing capacitors 13 and 14 constitute a voltage dividing circuit. DC buses P and N are further provided with three sets of three-level power conversion circuits 1.
5R, 15S and 15T are connected in parallel on the DC side. The internal configuration of these three sets of three-level power conversion circuits is the same, and if the first power conversion circuit 15R is described, four series-connected four diodes D 1 to D 4 are connected in anti-parallel. Semiconductor switching elements S 1 to S
4 and two diodes D 5 and D 6 in the same direction as the anti-parallel diode. The switching elements S 1 ,
S2 and the diodes D 1 and D 2 in antiparallel to S 2 constitute a positive side arm, and the switching elements S 3 and S 4
A negative arm is formed by the diodes D 3 and D 4 in antiparallel to them. The cathode of the diode D 5 is connected to the cathode of the diode D 2, a diode D 5,
Common connection point of the D 6 is connected to the dividing capacitors neutral C, the anode of the diode D 6 is connected to the anode of the diode D 3. The power conversion circuits 15R, 15S,
15T has the same internal connection as described above, and the common connection point of the diodes D 5 and D 6 is commonly connected to the neutral point C of the voltage dividing capacitor. First, second, third power conversion circuit 15R, 15S, of 15T, the switching element S 2, AC output terminals from a connection point S 3 R, S, T is derived, the AC output terminals R, S, The load motor 16 is connected to T. Generally, GTO (Gate Turn-Off Thyristor) is used as the semiconductor switching elements S 1 to S 4.
And IGBT (gate-insulated bipolar transistor)
A self-extinguishing device such as is used.

【0004】図5に示す3レベルインバータ主回路によ
れば、スイッチング素子S1 〜S4の選択的オンオフ動
作によって交流出力端子R,S,Tに3レベルの電圧を
得ることができ、しかも出力する交流電力に含まれる高
調波成分が少なく、負荷電動機16を安定に運転するこ
とができる。
According to the three-level inverter main circuit shown in FIG. 5, three-level voltages can be obtained at the AC output terminals R, S and T by the selective on / off operation of the switching elements S 1 to S 4 , and the output can be obtained. Thus, the load motor 16 can be stably operated with less harmonic components contained in the AC power.

【0005】コンバータ12から出力される直流電圧は
分圧コンデンサ13,14によって2分割され、各アー
ムのスイッチング素子S1 〜S2 ,S3 〜S4 には分圧
コンデンサ13または14の分圧電圧が印加されるのみ
であり、素子S1 〜S4 には同一定格のスイッチング素
子を2個直列接続して使用するよりも電圧利用率が向上
するなどの特徴がある。
The DC voltage output from the converter 12 is divided into two by the voltage dividing capacitors 13 and 14, and the switching elements S 1 to S 2 and S 3 to S 4 of each arm are divided by the voltage dividing capacitors 13 and 14 respectively. Only a voltage is applied, and the elements S 1 to S 4 are characterized in that the voltage utilization is improved as compared with using two switching elements of the same rating connected in series.

【0006】図5に示す3レベルインバータ主回路のほ
かに、より多レベルの、例えば5レベル型のものをはじ
めとして、一般的にコンデンサ分圧型のNレベルインバ
ータ主回路も提案されている(例えば、電気学会、半導
体電力変換研究会資料SPC−93−71、井出育夫ほ
か「コンデンサ分圧多レベルインバータを用いたSV
G」平成5年12月)。
In addition to the three-level inverter main circuit shown in FIG. 5, a capacitor-divided type N-level inverter main circuit including a multi-level, for example, five-level type main circuit has also been proposed (for example, FIG. 5). , The Institute of Electrical Engineers of Japan, SPC-93-71, Semiconductor Power Conversion Study Group, Ikuo Ikuo et al.
G "December 1993).

【0007】図5に示す3レベルインバータ主回路にお
いて、スイッチング素子S1 〜S4としては自己消弧型
デバイスを使用するのが一般的である。自己消弧型デバ
イスとしては上述のGTOやIGBTのほかに、比較的
新しいデバイスであるIEGT(注入促進型トランジス
タ)やSIサイリスタ(静電誘導型サイリスタ)などの
MOS系デバイスなどがあるが、自己消弧型デバイスの
電圧定格は今のところGTOが最も高く、4.5kVや
6kV定格電圧のGTOが商品化されている。他の自己
消弧型デバイスの定格電圧はまだ低いが、それを4.5
kVクラスにまで向上させる研究が各方面で続けられて
いる。これらの点から高電圧出力電力変換装置を製品化
する場合、自己消弧型デバイスとしてGTOが使用さ
れ、現実に4.5kVや6kV定格電圧のGTOを利用
した図5の3レベルインバータ主回路構成で負荷電動機
16に交流出力電圧3kVクラスで電力を供給する高電
圧出力電力変換装置が実用化されている。
In the three-level inverter main circuit shown in FIG. 5, a self-extinguishing type device is generally used as the switching elements S 1 to S 4 . As the self-extinguishing device, in addition to the above-mentioned GTO and IGBT, there are MOS devices such as relatively new devices such as IEGT (injection promoting transistor) and SI thyristor (static induction thyristor). At present, the voltage rating of the arc-extinguishing type device is the highest in GTO, and GTO with a rated voltage of 4.5 kV or 6 kV is commercialized. Other self-extinguishing devices are still rated at a lower voltage, but at 4.5
Research to improve it to the kV class is continuing in various fields. When commercializing a high-voltage output power converter from these points, a GTO is used as a self-extinguishing device, and the three-level inverter main circuit configuration of FIG. 5 actually uses a 4.5 kV or 6 kV rated voltage GTO. A high-voltage output power converter that supplies power to the load motor 16 at an AC output voltage of 3 kV class has been put to practical use.

【0008】しかし、海外を含めると、負荷電動機16
には種々の電圧定格があり、例えば4.2kVクラス,
6kVクラス,10kVクラスなど、3kVを超える領
域でも多く使用されている。負荷電動機16の容量が大
きくなれば、一般にその定格電圧も高い値が選ばれるこ
とが多い。例えば6kVクラスの定格電圧の負荷電動機
16に交流電力を供給する電力変換装置を構成する場
合、図5に示すような従来技術ではスイッチング素子S
1 〜S4 やダイオードD1 〜D6 はその定格電圧が不足
するので、それぞれ2個以上の自己消弧型デバイスやダ
イオードを直列接続して使用する必要が出てくる。この
ように自己消弧型デバイスやダイオードを直列接続して
使用するには直列接続する自己消弧型デバイスの分担電
圧が等しくなるように、抵抗器やそれとコンデンサの直
列回路などの組み合わせで構成される電圧バランス回路
をそれぞれの自己消弧型デバイスやダイオードに並列に
接続する必要がある。これら自己消弧型デバイスやダイ
オードのための電圧バランス回路は種々の文献で公知の
ごとく主回路接続部品数を増加させるだけでなく、電力
損失も大きくするという欠点がある。
However, when including overseas, the load motor 16
Has various voltage ratings, for example, 4.2 kV class,
It is often used in a region exceeding 3 kV, such as a 6 kV class and a 10 kV class. In general, as the capacity of the load motor 16 increases, the rated voltage thereof is often set to a higher value. For example, when a power converter for supplying AC power to the load motor 16 having a rated voltage of 6 kV class is configured, the switching element S in the related art shown in FIG.
Since 1 to S 4 and diodes D 1 to D 6 is insufficient its rated voltage, it becomes necessary to use two or more self-arc-extinguishing devices and diodes respectively connected in series. In order to use a self-extinguishing device or diode connected in series in this way, a combination of a resistor or a series circuit of a capacitor and such is used so that the shared voltage of the self-extinguishing device connected in series is equal. Voltage balancing circuits need to be connected in parallel with each self-extinguishing device or diode. Voltage balancing circuits for these self-extinguishing devices and diodes not only increase the number of parts connected to the main circuit, but also increase power loss, as is well known in various documents.

【0009】また、直列接続した自己消弧型デバイスや
ダイオードは主回路での過渡的な運転状況の下では印加
される電圧を完全に等分に分担することは大変難しいの
で、直列接続する素子の数や運転状況によっても異なる
が、少なくとも10%程度の電圧分担の不平衡を考慮し
て使用するのが一般的である。したがって、その分だけ
自己消弧型デバイスやダイオードの常時の電圧利用率が
低下し、不経済な電力変換装置となってしまっていた。
Further, it is very difficult for a self-extinguishing device or diode connected in series to completely share the applied voltage evenly under transient operating conditions in the main circuit. Although it differs depending on the number and operating conditions, it is common to use at least about 10% of the voltage sharing imbalance. Therefore, the constant voltage utilization rate of the self-extinguishing device and the diode is reduced by that much, and the power conversion device is uneconomical.

【0010】他方、スイッチング素子S1 〜S4 を構成
する自己消弧型デバイスは制御信号によって主回路電流
をオンまたはオフにすることができるスイッチ素子であ
り、この特性を利用して一定電圧の直流電力を例えば図
5の3レベルインバータの主回路構成でPWM制御を行
って可変電圧の交流電力を負荷電動機16に供給するこ
とができる。このようにPWM制御を行うと、任意電圧
の交流出力電圧を得ることができるので、種々の電力変
換装置がPWM制御方式を利用している。ところで、P
WM制御を行う時は、許容できるスイッチング周波数が
自己消弧型デバイスの種類によって異なる。例えば、G
TOの場合の許容スイッチング周波数は一般に500H
z程度であり、IGBTの場合は一般に2〜10kHz
程度である。一般に自己消弧型デバイスは電圧・電流の
定格値が大きくなるとスイッチング周波数が低くなる。
これは、自己消弧型デバイスの発生する電力損失の中で
電流を流すことによって発生するオーム損失よりもPW
M制御によって自己消弧型デバイスをオン・オフさせる
ときのスイッチング損失が大きくなるためである。他
方、電力変換装置において、高調波分の少ない、正弦波
形に近い交流出力を得るためには、スイッチング周波数
を高くすることが望ましいが、スイッチング損失の増加
を抑えて自己消弧型デバイスの発生する損失熱を合理的
に放散してデバイスを冷却するために、上述したような
スイッチング周波数が各自己消弧型デバイスに応じて選
択使用される訳である。
On the other hand, the self-extinguishing type device constituting the switching elements S 1 to S 4 is a switching element capable of turning on or off a main circuit current by a control signal. For example, the DC power can be subjected to PWM control in the main circuit configuration of the three-level inverter in FIG. 5 to supply variable load AC power to the load motor 16. When the PWM control is performed in this manner, an AC output voltage of an arbitrary voltage can be obtained, and thus various power converters use the PWM control method. By the way, P
When performing WM control, an allowable switching frequency differs depending on the type of the self-extinguishing type device. For example, G
The allowable switching frequency for TO is generally 500H
z, and generally 2 to 10 kHz for IGBT
It is about. In general, the switching frequency of a self-extinguishing device decreases as the rated values of voltage and current increase.
This is PW less than the ohmic loss caused by flowing current in the power loss generated by the self-extinguishing device.
This is because the switching loss when the self-extinguishing device is turned on and off by the M control increases. On the other hand, in the power converter, in order to obtain an AC output close to a sine waveform with less harmonic components, it is desirable to increase the switching frequency, but a self-extinguishing device is generated by suppressing an increase in switching loss. In order to rationally dissipate the heat loss and cool the device, the switching frequency as described above is selectively used according to each self-extinguishing device.

【0011】したがって、高電圧出力電力変換装置で
は、電圧が高くなる分だけスイッチング損失が増加する
から、スイッチング周波数をできるだけ低く抑えて高調
波分の少ない交流電力を供給できる電力変換装置が望ま
れる。
Therefore, in the high-voltage output power converter, the switching loss increases as the voltage becomes higher. Therefore, a power converter capable of suppressing the switching frequency as low as possible and supplying AC power with less harmonics is desired.

【0012】また、交流入力端子11を通して交流電力
を供給する交流電源も高調波分の少ない交流電力を供給
できることが望ましいが、一般にコンバータ12側の条
件によって高調波分の大小が決まることも知られてい
る。
It is desirable that an AC power supply for supplying AC power through the AC input terminal 11 can also supply AC power with a small amount of harmonics. However, it is also known that the magnitude of the harmonics is generally determined by the condition of the converter 12. ing.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】以上概説した、自己消
弧型デバイスを半導体スイッチング素子S1 〜S4 とし
て使用して高電圧交流出力を得ようとするとき、自己消
弧型デバイスを機能的に最低限必要な素子数を用いて構
成された3レベルインバータでは、3kVクラスの出力
電圧を得るのが限度であり、4.2kVクラスや6kV
クラスの電圧を出力する高電圧出力電力変換装置とする
ためには、自己消弧型デバイスを図5におけるスイッチ
ング素子S1 〜S4 のそれぞれを2個以上の自己消弧型
デバイスの直列接続体から構成する必要があった。この
ように自己消弧型デバイスを直列接続して構成する高電
圧出力電力変換装置では、次に述べる種々の技術的課題
を十分に解決することができなかった。
Outlined INVENTION Problems to be Solved] above, when trying to obtain a high-voltage AC output by using a self-arc-extinguishing devices as semiconductor switching elements S 1 to S 4, functional self arc-extinguishing device In a three-level inverter configured using the minimum required number of elements, the output voltage of the 3 kV class is limited, and the 4.2 kV class or 6 kV
In order to provide a high-voltage output power converter that outputs a voltage of a class, the self-extinguishing device is formed by connecting each of the switching elements S 1 to S 4 in FIG. 5 to a series connection of two or more self-extinguishing devices. Had to be composed of As described above, in the high-voltage output power converter configured by connecting the self-arc-extinguishing devices in series, the following various technical problems cannot be sufficiently solved.

【0014】すなわち、3kVを超える高電圧出力電力
変換装置において半導体スイッチング素子S1 〜S4
構成する自己消弧型デバイスを直列接続して使用する場
合、次のような問題が生じていた。 (1) 直列接続して使用する自己消弧型デバイスは数
マイクロ秒という比較的高速でターンオフ動作するた
め、自己消弧型デバイスのターンオフ特性を選別して組
み合わせるなど、直列接続技術そのものが非常に難しか
った。 (2) 直列接続された自己消弧型デバイスは、過渡的
な電圧分担の不平衡に対処して、電圧定格に10%以上
の余裕を持たせる必要があった。 (3) 自己消弧型デバイスを直列接続するためには、
電圧分担ができるだけ等分になるように電圧バランス回
路を設ける必要があった。電圧バランス回路を設ける
と、主回路接続部品数が増大し、電力変換装置の信頼性
も低下する。 (4) 自己消弧型デバイスを直列接続して構成する場
合、主回路接続部品数が増大して電力変換装置が大型化
するばかりでなく、経済的にも不利になる。
That is, when the self-extinguishing devices constituting the semiconductor switching elements S 1 to S 4 are connected in series and used in a high-voltage output power converter exceeding 3 kV, the following problems occur. (1) Since the self-extinguishing device used in series is turned off at a relatively high speed of several microseconds, the serial connection technology itself is very useful, for example, by selectively combining the turn-off characteristics of the self-extinguishing device. was difficult. (2) The self-extinguishing type devices connected in series need to have a margin of 10% or more in the voltage rating in order to cope with the transient imbalance of voltage sharing. (3) To connect self-extinguishing devices in series,
It was necessary to provide a voltage balance circuit so that the voltage sharing was as even as possible. When the voltage balance circuit is provided, the number of main circuit connection components increases, and the reliability of the power conversion device also decreases. (4) When the self-arc-extinguishing devices are configured in series, the number of main circuit connecting parts increases, which not only increases the size of the power converter, but also becomes economically disadvantageous.

【0015】他方、自己消弧型デバイスを用いて構成さ
れた電力変換装置をPWM制御する場合、実用的には5
00Hz以上のスイッチング周波数でスイッチング動作
させることが望ましいが、それは次のような問題を派生
する。 (5) 自己消弧型デバイスではスイッチング周波数の
上昇によりオン動作時のオーム損失よりもスイッチング
損失が増加するため、通電電流を低減する必要性が生ず
る。 (6) 自己消弧型デバイスの発生する電力損失が大き
いと損失熱を放散させるための冷却装置も大型化せざる
を得ない。
On the other hand, when PWM control is performed on a power converter configured using a self-extinguishing type device, practically 5
It is desirable to perform the switching operation at a switching frequency of 00 Hz or more, but this causes the following problem. (5) In the self-extinguishing type device, the switching frequency increases due to an increase in the switching frequency compared to the ohmic loss at the time of the ON operation. (6) If the power loss generated by the self-extinguishing type device is large, the cooling device for dissipating the heat loss must be increased in size.

【0016】さらに、電力変換装置に交流電力を供給す
る交流電源側から見れば、電力変換装置側で発生する高
調波成分の少ないことが望まれる。
Further, from the side of the AC power supply that supplies the AC power to the power converter, it is desired that the harmonic components generated on the power converter be small.

【0017】したがって本発明は、自己消弧型デバイス
からなるスイッチング素子の直列接続を行うことなく3
kVを超えるような高電圧を出力することができ、しか
も主回路構成が簡素で信頼性も高く、経済的で高効率・
小型化を実現しうる高電圧出力電力変換装置を提供する
ことを目的とする。
Therefore, the present invention provides a method for connecting a switching element consisting of a self-extinguishing type device without connecting in series.
It can output a high voltage exceeding kV, has a simple main circuit configuration and high reliability, and is economical and highly efficient.
It is an object of the present invention to provide a high-voltage output power converter capable of realizing miniaturization.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、3相各相毎に独立に設けられた直
流電源と、各相毎に、対応する直流電源の出力端子間に
それぞれ直列に接続された少なくとも2個の分圧コンデ
ンサからなる分圧回路と、各相毎に、対応する直流電源
の出力端子間にそれぞれ直列に接続された少なくとも4
個の自己消弧型デバイスからなるスイッチング素子を有
する第1および第2の多レベル単相電力変換回路を有
し、これら第1および第2の多レベル単相電力変換回路
内の正側アームおよび負側アームのスイッチング素子ど
うしの直列接続点に固有のダイオードを介して分圧回路
から分圧電位が与えられ、第1の多レベル単相電力変換
回路の交流端子が各相共通の共通母線に接続され、第2
の多レベル単相電力変換回路の交流端子から対応する相
の交流出力端子が導出される3組の単相インバータ回路
とを備えた高電圧出力電力変換装置を要旨とするもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention is directed to a DC power supply provided independently for each of three phases, and an output terminal of a DC power supply corresponding to each phase. A voltage-dividing circuit comprising at least two voltage-dividing capacitors connected in series with each other, and at least four voltage-dividing circuits connected in series between output terminals of the corresponding DC power supply for each phase.
First and second multi-level single-phase power conversion circuits each having a switching element composed of a plurality of self-arc-extinguishing devices. A divided potential is applied from a voltage dividing circuit to a series connection point of the switching elements of the negative arm through a unique diode, and an AC terminal of the first multilevel single-phase power conversion circuit is connected to a common bus common to each phase. Connected, second
And a three-phase single-phase inverter circuit from which an AC output terminal of a corresponding phase is derived from an AC terminal of the multi-level single-phase power conversion circuit.

【0019】請求項2の発明は、請求項1記載の装置に
おいて、分圧回路が2個の分圧コンデンサからなり、第
1および第2の多レベル単相電力変換回路がそれぞれ4
個のスイッチング素子からなる3レベル単相電力変換回
路であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the device according to the first aspect, the voltage dividing circuit includes two voltage dividing capacitors, and the first and second multi-level single-phase power conversion circuits each include four capacitors.
It is a three-level single-phase power conversion circuit including a plurality of switching elements.

【0020】請求項3の発明は、請求項1または2記載
の装置において、スイッチング素子がモジュール型自己
消弧型デバイスからなっており、共通母線がインピーダ
ンス素子を介して接地されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the device according to the first or second aspect, the switching element is a modular self-extinguishing device, and the common bus is grounded via an impedance element. And

【0021】請求項4の発明は、請求項1または2記載
の装置において、スイッチング素子がモジュール型自己
消弧型デバイスからなっており、共通母線がヒューズあ
るいはヒューズとインピーダンス素子の並列回路を介し
て接地されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the device according to the first or second aspect, the switching element is formed of a modular self-extinguishing device, and the common bus is connected through a fuse or a parallel circuit of a fuse and an impedance element. It is characterized by being grounded.

【0022】請求項5の発明は、請求項1記載の高電圧
出力電力変換装置において、3組の単相インバータ回路
に対し電圧指令信号を発生する共通の電圧制御回路と、
PWM制御のための搬送波を発生する搬送波発生回路
と、電圧指令信号および搬送波に基づいて第1の多レベ
ル単相電力変換回路をPWM制御する第1の変調回路
と、電圧指令信号および搬送波に基づいて第2の多レベ
ル単相電力変換回路をPWM制御する第2の変調回路と
を備えたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the high-voltage output power converter according to the first aspect, a common voltage control circuit for generating a voltage command signal for three sets of single-phase inverter circuits;
A carrier generation circuit for generating a carrier for PWM control; a first modulation circuit for performing PWM control on a first multi-level single-phase power conversion circuit based on the voltage command signal and the carrier; A second modulation circuit that performs PWM control on the second multi-level single-phase power conversion circuit.

【0023】請求項6の発明は、請求項5記載の高電圧
出力電力変換装置において、搬送波発生回路から第1の
変調回路に入力される搬送波の位相と第2の変調回路に
入力される搬送波の位相とが互いに異なっていることを
特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the high-voltage output power converter according to the fifth aspect, the phase of the carrier inputted from the carrier generation circuit to the first modulation circuit and the carrier inputted to the second modulation circuit are provided. Are different from each other.

【0024】請求項7の発明は、請求項2記載の高電圧
出力電力変換装置において、直流電源が単相電力変換回
路ごとに絶縁されていることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the high voltage output power converter according to the second aspect, the DC power supply is insulated for each single-phase power conversion circuit.

【0025】請求項8の発明は、請求項7記載の高電圧
出力電力変換装置において、直流電源が、電圧位相が相
互に異なる絶縁された交流電圧を出力する3組の二次巻
線を有する多巻線絶縁変圧器と、各相毎に対応する二次
巻線の交流出力を整流するコンバータとからなっている
ことを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the high voltage output power converter according to the seventh aspect, the DC power supply has three sets of secondary windings for outputting insulated AC voltages having different voltage phases. It is characterized by comprising a multi-winding insulating transformer and a converter for rectifying the AC output of the secondary winding corresponding to each phase.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明によ
る高電圧出力電力変換装置の実施の形態を説明する。図
1は本発明の第1の実施の形態を示すものである。図1
に示す電力変換装置は出力相数(3相)に応じ、互いに
絶縁された3組の直流電源Ed1,Ed2,Ed3を備えてい
る。各直流電源にはそれぞれ、分圧コンデンサ13,1
4と、2組の3レベル電力変換回路が備えられている。
すなわち、R相には3レベル電力変換回路15R1,1
5R2が備えられ、S相には3レベル電力変換回路15
S1,15S2が備えられ、T相には3レベル電力変換
回路15T1,15T2が備えられており、それぞれ各
相において2組の3レベル電力変換回路により単相イン
バータ回路を構成している。各3レベル電力変換回路の
内部構成は、図5を参照してすでに述べた3レベル電力
変換回路15R,15S,15Tと変わりがなく、互い
に対応する素子には同一符号を付しており、その違いで
ある入出力の部分につき説明を加える。なお、スイッチ
ング素子S1 〜S4 として、ここでは自己消弧型デバイ
スの1種であるGTOが用いられるものとする。各相の
電力変換回路の直流側が、互いに絶縁された直流電源に
接続されていることはすでに述べたところである。各相
2組の電力変換回路とダイオードD5 ,D6 および分圧
コンデンサ中性点Cとの接続態様も、図5の場合と全く
変わりがない。ここで図5の場合と異なるのは、各相2
組の電力変換回路の交流出力端子の接続である。すなわ
ち、各相の第1の電力変換回路15R1,15S1,1
5T1の交流出力端子Uは共通母線Oに接続されて3相
回路の中性点を形成し、各相の第2の電力変換回路15
R2,15S2,15T2の交流出力端子が3相インバ
ータ回路の交流出力端子R,S,Tを構成する。交流出
力端子R,S,Tに所望の3相交流電圧が出力され、そ
れが負荷電動機16に供給される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a high-voltage output power converter according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG.
The power converter shown in (1) includes three sets of DC power supplies E d1 , E d2 , and E d3 insulated from each other in accordance with the number of output phases (three phases). Each DC power supply has a voltage dividing capacitor 13, 1
Four and two sets of three-level power conversion circuits are provided.
That is, the three-level power conversion circuits 15R1, 1
5R2, and a three-level power conversion circuit 15 for the S phase.
S1 and 15S2 are provided, and the T phase is provided with three-level power conversion circuits 15T1 and 15T2, and each phase constitutes a single-phase inverter circuit with two sets of three-level power conversion circuits. The internal configuration of each three-level power conversion circuit is the same as that of the three-level power conversion circuits 15R, 15S, and 15T already described with reference to FIG. 5, and elements corresponding to each other are denoted by the same reference numerals. The difference between input and output will be explained. Here, as the switching elements S 1 to S 4 , a GTO, which is a kind of a self-extinguishing type device, is used here. It has already been mentioned that the DC side of the power conversion circuit of each phase is connected to DC power supplies insulated from each other. The connection mode between the two sets of power conversion circuits of each phase and the diodes D 5 , D 6 and the neutral point C of the voltage dividing capacitor is not different from that of FIG. Here, the difference from the case of FIG.
This is the connection of the AC output terminals of the set of power conversion circuits. That is, the first power conversion circuits 15R1, 15S1, 1 of each phase
The AC output terminal U of 5T1 is connected to the common bus O to form a neutral point of the three-phase circuit, and the second power conversion circuit 15 of each phase is connected.
The AC output terminals of R2, 15S2, and 15T2 constitute the AC output terminals R, S, and T of the three-phase inverter circuit. A desired three-phase AC voltage is output to the AC output terminals R, S, and T, and supplied to the load motor 16.

【0027】図1に示す回路装置において、2組の3レ
ベル電力変換回路を用いて構成された3組の単相インバ
ータ回路は各直流電源Ed1,Ed2,Ed3から供給される
直流電力を3相交流電力に変換し、交流出力端子R,
S,Tを介して負荷電動機16に供給する。この時、各
単相インバータ回路は3相交流電力のR,S,T各相の
相電圧を出力するが、交流出力端子U側は共通母線Oに
接続されているため、3相分全体でY結線構成となって
おり、それぞれの単相インバータ回路の出力電圧は負荷
電動機16の入力電圧の3-1/2(=0.58)倍とな
る。このように各単相インバータ回路の交流出力電圧が
負荷電動機16の入力電圧の3-1/2倍になるということ
は、図5の従来方式に比して3レベル電力変換回路15
R,15S,15Tの直流入力電圧も3-1/2倍にするこ
とができるということである。すなわち、3レベル電力
変換回路を構成する自己消弧デバイスからなるスイッチ
ング素子S1 〜S4 にとっては直列接続をしなくても図
1の構成によって従来方式に比し31/2 倍の定格電圧の
負荷電動機16を運転することの可能な高電圧出力電力
変換装置を実現することができる、ということを意味す
る。
In the circuit device shown in FIG. 1, three sets of single-phase inverter circuits constituted by using two sets of three-level power conversion circuits are provided with DC power supplied from respective DC power supplies E d1 , E d2 , and E d3. Is converted to three-phase AC power, and AC output terminals R,
The electric power is supplied to the load motor 16 via S and T. At this time, each single-phase inverter circuit outputs the phase voltages of R, S, and T phases of the three-phase AC power. However, since the AC output terminal U is connected to the common bus O, the entire three-phase AC power is output. The output voltage of each single-phase inverter circuit is 3 -1/2 (= 0.58) times the input voltage of the load motor 16. Thus, the fact that the AC output voltage of each single-phase inverter circuit is 3 -1/2 times the input voltage of the load motor 16 means that the three-level power conversion circuit 15
This means that the DC input voltages of R, 15S and 15T can be increased by 3 -1/2 times. That is, 31/2 times the rated voltage than the conventional method by the configuration of FIG. 1 without the series connected to the switching element S 1 to S 4 consisting of self-turn-off device constituting a three-level power converter circuit Means that a high-voltage output power conversion device capable of operating the load motor 16 can be realized.

【0028】2組の3レベル電力変換回路を使用した3
組の単相インバータ回路を図1のように構成することに
よって、負荷電動機16に供給される交流出力電圧も最
大5レベルの多段波形とすることができ、きれいな(す
なわち、正弦波に近い)波形の交流出力電圧を得ること
ができるとともに、前述したように従来3kVクラス程
度までしか出力できなかったスイッチング素子S1 〜S
4 を図1の構成にそのまま転用することによって、6k
Vクラスまでの交流出力電圧を得ることができる。した
がって、スイッチング素子を直列接続することなく、3
レベル電力変換回路を用いて、より高電圧を出力する電
力変換装置を構成できるので、スイッチング素子の従来
のような直列接続に伴う電圧利用率の低下を防止するこ
とができ、技術的にも難しい直列接続に伴う電圧バラン
ス回路を設ける必要もなくなり、電力変換装置の信頼性
や経済性を向上させ、さらに装置の小型化を達成するこ
とができる。
3 using two sets of three-level power conversion circuits
By configuring the set of single-phase inverter circuits as shown in FIG. 1, the AC output voltage supplied to the load motor 16 can also be a multi-stage waveform with a maximum of five levels, and a clean (ie, close to a sine wave) waveform Of the switching elements S 1 to S 1 which can output only up to about 3 kV class as described above.
By directly converting 4 to the configuration of FIG.
An AC output voltage up to the V class can be obtained. Therefore, without connecting the switching elements in series,
Using a level power conversion circuit, a power conversion device that outputs a higher voltage can be configured, so that it is possible to prevent a reduction in the voltage utilization rate due to a conventional series connection of switching elements, and it is technically difficult. There is no need to provide a voltage balance circuit associated with the series connection, so that the reliability and economy of the power converter can be improved, and the size of the device can be further reduced.

【0029】図1の実施の形態では特開昭55−439
96号公報に示されているように各相ごとに2組の3レ
ベル電力変換回路を用いて構成された3組の単相インバ
ータ回路からなる主回路構成を例示したが、例えば特公
昭60−36711号公報に開示されているような多レ
ベル電力変換回路を図1の3レベル電力変換回路の代わ
りに用いた主回路構成としても前記した作用・効果を奏
することができる。
In the embodiment shown in FIG.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 96-96, a main circuit configuration including three sets of single-phase inverter circuits configured using two sets of three-level power conversion circuits for each phase has been exemplified. The above-described operation and effect can be obtained even when a multi-level power conversion circuit as disclosed in Japanese Patent No. 36711 is used in place of the three-level power conversion circuit in FIG.

【0030】また図1の実施の形態では互いに絶縁され
た3組の直流電源Ed1,Ed2,Ed3を備えている。この
ように電気的に分離した独立の直流電源Ed1,Ed2,E
d3を備えることによって、単相インバータ回路の3相相
互間に流れる横流を無くし、横流による相互干渉を防止
して安定な運転特性を得ることができる。
In the embodiment of FIG. 1, three sets of DC power supplies E d1 , E d2 and E d3 are provided which are insulated from each other. Independently separated DC power supplies E d1 , E d2 , E
By providing d3 , it is possible to eliminate a cross current flowing between the three phases of the single-phase inverter circuit, prevent mutual interference due to the cross current, and obtain stable operation characteristics.

【0031】図2は本発明の第2の実施の形態を示すも
のである。図2の装置の特徴は、図1の回路装置におい
て、中性点を形成する共通母線Oを、ヒューズ17およ
びインピーダンス素子18の並列接続体を介して接地し
たことにある。場合によっては、ヒューズ17またはイ
ンピーダンス素子18を省略し、インピーダンス素子1
8のみ、またはヒューズ17のみを介して接地すること
もできる。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. A feature of the device of FIG. 2 is that in the circuit device of FIG. 1, a common bus O forming a neutral point is grounded via a parallel connection of a fuse 17 and an impedance element 18. In some cases, the fuse 17 or the impedance element 18 may be omitted and the impedance element 1 may be omitted.
It is also possible to ground only through 8 or only through fuse 17.

【0032】図2に示すように共通母線Oをヒューズ1
7およびインピーダンス素子18を介して接地すること
により、共通母線Oが接地電位に固定されることにな
り、3レベル電力変換回路に使用するスイッチング素子
1 〜S4 を自己消弧型デバイスにより構成する際、そ
れらの自己消弧型デバイスや主回路部品の大地絶縁電圧
は交流出力電圧(線間電圧)の3-1/2倍に相当する、単
相インバータ回路の出力電圧(相電圧)を基準に選定す
ることが可能になる。接地事故電流によりヒューズ17
が溶断した場合、共通母線Oはインピーダンス素子18
を介して接地されることになり、事故電流を遮断し、あ
るいは装置停止となるまでの短時間の間、インピーダン
ス素子18により接地事故電流を抑制しつつ、デバイス
の対接地電位の上昇を抑制することができる。
As shown in FIG. 2, the common bus O is connected to the fuse 1
By grounding through 7 and the impedance element 18, will be common bus O is fixed to the ground potential, constituting a self-extinguishing type device the switching element S 1 to S 4 for use in the three-level power converter circuit In this case, the ground insulation voltage of these self-arc-extinguishing devices and main circuit components is the output voltage (phase voltage) of a single-phase inverter circuit, which is equivalent to 3 -1/2 times the AC output voltage (line voltage). It can be selected as a standard. Fuse 17 due to ground fault current
Is blown, the common bus O is connected to the impedance element 18.
, The fault current is interrupted, or the ground fault current is suppressed by the impedance element 18 for a short time until the device stops, and the rise of the device with respect to the ground is suppressed. be able to.

【0033】自己消弧型デバイスには平型デバイスとモ
ジュール型デバイスがある。平型デバイスはデバイスの
両面に冷却フィンを取り付けて放熱する。これに対し、
モジュール型デバイスは放熱板の一方を電気的に絶縁し
てデバイスチップを取付け、放熱板は電気的に絶縁され
るため、共通の冷却フィンで異なる電位のデバイスを冷
却する方式がとられる。このようにモジュール型の自己
消弧型デバイスはデバイス内部の損失熱を放散するのに
共通の冷却フィンを使用できるなどの長所を持ってお
り、そのためIGBTや最近の新しいMOS系デバイス
ではモジュール型自己消弧型デバイスとする構造が望ま
れている。しかし、モジュール型デバイスでは放熱板と
デバイスチップ間を電気的に絶縁する技術が難しく、モ
ジュール型自己消弧型デバイスの耐地絶縁電圧を大幅に
向上させることは困難であった。
The self-extinguishing device includes a flat device and a modular device. Flat devices dissipate heat by attaching cooling fins to both sides of the device. In contrast,
In the module type device, a device chip is attached by electrically insulating one of the heat sinks, and the heat sink is electrically insulated. Therefore, a method of cooling devices having different potentials by a common cooling fin is adopted. As described above, the modular type self-extinguishing device has an advantage that a common cooling fin can be used to dissipate heat loss inside the device. Therefore, a modular type self-extinguishing device is used in IGBTs and recent new MOS devices. A structure that is an arc-extinguishing device is desired. However, in the case of a modular device, it is difficult to electrically insulate the heatsink from the device chip, and it has been difficult to significantly improve the withstand voltage of the modular self-extinguishing device.

【0034】図2に示すごとく、共通母線Oを、インピ
ーダンス素子18などを介して接地し、共通母線Oの電
位を大地電位に固定することによって、使用されるスイ
ッチング素子S1 〜S4 も耐地絶縁電圧の低いモジュー
ル型自己消弧型デバイスによって構成することができ
る。モジュール型自己消弧型デバイスを使用することに
よって、電力変換装置の小型化を計り、経済性の向上を
計ることができる。
As shown in FIG. 2, the common bus O is grounded via the impedance element 18 and the like, and the potential of the common bus O is fixed to the ground potential, so that the switching elements S 1 to S 4 used are also resistant. It can be constituted by a modular self-extinguishing device having a low ground insulation voltage. By using a modular self-extinguishing device, it is possible to reduce the size of the power converter and improve the economic efficiency.

【0035】平型デバイスとモジュール型デバイスを比
較した場合、耐地絶縁電圧性能のほかに、機械構造的な
耐量の面でもモジュール型デバイスの方が弱いことが知
られている。モジュール型自己消弧型デバイスからなる
スイッチング素子を用いて電力変換装置を構成した場
合、直流短絡事故などによる事故電流によって放熱板と
デバイスチップ間の電気絶縁が劣化し、共通母線Oを介
して形成される接地ループを通して大きな接地事故電流
が流れる危険性がある。このような場合、接地事故電流
は速やかに抑制する必要がある。しかしながら、図2に
示すように、ヒューズ17またはインピーダンス素子1
8またはその両者を介して共通母線Oを接地することに
より接地事故電流を抑制することができ、したがって、
接地事故に対する保護の信頼性を一層向上させることが
できる。
When a flat device and a module device are compared, it is known that the module device is weaker in terms of mechanical structural resistance in addition to the ground insulation voltage resistance. When a power converter is configured by using a switching element composed of a module type self-extinguishing device, the electrical insulation between the heat sink and the device chip is deteriorated due to a fault current caused by a DC short circuit fault and the like, and the power converter is formed via a common bus O. There is a risk that a large ground fault current will flow through the ground loop that is created. In such a case, the ground fault current needs to be suppressed promptly. However, as shown in FIG.
8 or both can ground the common bus O to reduce ground fault currents,
The reliability of protection against grounding accidents can be further improved.

【0036】図3は本発明の第3の実施の形態を示すも
のである。この実施の形態における主回路は機能的には
図1のものと実質的に同一であるが、ここではスイッチ
ング素子S1 〜S4 としてGTOと同様に自己消弧型デ
バイスの1種であるIGBTを用いたものを図示してい
る。図3の装置の特徴は制御装置の部分にある。ここに
は制御装置として、電圧制御回路20、搬送波発生回路
21、第1の変調回路221および第2の変調回路22
2が設けられている。電圧制御回路20は変調回路22
1,222に入力するための電圧指令信号ec1,ec2
出力する。変調回路221,222には搬送波発生回路
21から搬送波e1 ,e2 も入力される。変調回路22
1は電圧指令信号ec1および搬送波e1 に基づいてPW
M制御のための制御信号を作り、それを第1の3レベル
電力変換回路15R1,15S1,15T1に供給して
その各スイッチング素子を制御する。同様に変調回路2
22は電圧指令信号ec2および搬送波e2 に基づいてP
WM制御のための制御信号を作り、それを第2の3レベ
ル電力変換回路15R2,15S2,15T2に供給し
てその各スイッチング素子を制御する。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. The main circuit in this embodiment is substantially the same as that of FIG. 1 except that the switching elements S 1 to S 4 are IGBTs, which are one type of self-extinguishing type devices similar to GTO. Is shown in FIG. The feature of the apparatus of FIG. 3 lies in the control unit. Here, as a control device, a voltage control circuit 20, a carrier generation circuit 21, a first modulation circuit 221 and a second modulation circuit 22
2 are provided. The voltage control circuit 20 includes a modulation circuit 22
Output voltage command signals e c1 and e c2 to be input to 1, 222 . The carrier waves e 1 and e 2 are also input to the modulation circuits 221 and 222 from the carrier generation circuit 21. Modulation circuit 22
1 is a PW based on the voltage command signal e c1 and the carrier wave e 1.
A control signal for M control is generated and supplied to the first three-level power conversion circuits 15R1, 15S1, 15T1 to control each switching element. Similarly, the modulation circuit 2
22 is P based on the voltage command signal e c2 and the carrier e 2.
A control signal for WM control is generated and supplied to the second three-level power conversion circuits 15R2, 15S2, 15T2 to control each switching element.

【0037】2組の変調回路221,222によって各
電力変換回路をPWM制御する場合、2組の電圧指令信
号ec1,ec2間の位相差を制御し、上記と同様の搬送波
1,e2 を用いてPWM制御をしてもよく、また電圧
指令信号ec1,ec2間の位相差は制御することなく、搬
送波e1 ,e2 間に180°の位相差を持たせるように
してもよい。
When PWM control of each power conversion circuit is performed by the two sets of modulation circuits 221 and 222, the phase difference between the two sets of voltage command signals e c1 and e c2 is controlled, and the same carrier waves e 1 and e as described above. 2 may be used for PWM control, and the phase difference between the voltage command signals e c1 and e c2 is not controlled, and a 180 ° phase difference is provided between the carrier waves e 1 and e 2. Is also good.

【0038】同一相において第1および第2の電力変換
回路を以上のような2組の変調回路221,222によ
って制御する図3の回路構成においては、より正弦波に
近似した5レベルの出力電圧を発生させ、それを負荷電
動機16に供給することができ、しかもPWM制御する
スイッチング周波数が合成されるので、それぞれの3レ
ベル電力変換回路を構成するスイッチング素子のスイッ
チング周波数を低減しても、高調波の少ない出力電圧を
得ることができる。
In the circuit configuration of FIG. 3 in which the first and second power conversion circuits are controlled by the two sets of modulation circuits 221 and 222 in the same phase, the five-level output voltage more approximated to a sine wave Can be supplied to the load motor 16 and the switching frequency for PWM control is synthesized. Therefore, even if the switching frequency of the switching element constituting each three-level power conversion circuit is reduced, the harmonic An output voltage with few waves can be obtained.

【0039】高い定格電圧の自己消弧型デバイスでは、
500Hz程度のスイッチング周波数の下で、通常、ス
イッチング損失が70%、オーム損失が30%という割
合になっているが、スイッチング周波数を300Hz程
度まで低減できたとすれば、自己消弧型デバイスのスイ
ッチング損失は28(=70−70×300/500)
%にまで低減させることができる。また、この効果は自
己消弧型デバイスのスイッチング損失の低減だけではな
く、各スイッチング素子に付属するスナバ回路や他の主
回路部品における付加的な電力損失低減効果をもたらす
ので、装置全体としての電力損失を大幅に低減すること
ができる。
In a self-extinguishing device with a high rated voltage,
Under a switching frequency of about 500 Hz, the switching loss is usually 70% and the ohmic loss is 30%. However, if the switching frequency can be reduced to about 300 Hz, the switching loss of the self-arc-extinguishing type device can be reduced. Is 28 (= 70−70 × 300/500)
%. In addition, this effect not only reduces the switching loss of the self-extinguishing type device, but also provides an additional power loss reducing effect in the snubber circuit and other main circuit components attached to each switching element. Loss can be greatly reduced.

【0040】図4は本発明の第4の実施の形態を示すも
のである。この実施の形態は主回路の直流電源部分に特
徴を持たせたものである。すなわち、この実施の形態で
は、共通の一次巻線240および3組の二次巻線24
1,242,243を有する多巻線絶縁変圧器24と、
各二次巻線に接続されたコンバータ251,252,2
53とから各相毎に分離された直流電源を構成したもの
である。変圧器24の3組の二次巻線の出力電圧は20
°ずつの位相差を持つように、例えば二次巻線242の
出力電圧位相を基準として0°とした場合、他の2組の
二次巻線241,243の出力電圧位相が+20°ない
し−20°となるように、二次巻線241〜243の内
部巻線構成および結線を行う。このような変圧器は20
°移相18相整流器用変圧器として周知のものを用いる
ことができる。このようにして18相整流回路を構成す
ることにより、変圧器24の一次巻線240が接続され
る交流電源から見た高調波電流成分が第(18n±1。
nは正の整数)調波のみとなり、高調波規制に対応する
高調波電流成分以下とすることができる。図4の回路の
場合も各相の直流電源相互間に干渉がないので安定運転
をすることができ、高調波の影響を入力交流電源側でも
軽減した高電圧出力電力変換装置を実現することができ
る。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. This embodiment has a feature in a DC power supply portion of a main circuit. That is, in this embodiment, a common primary winding 240 and three sets of secondary windings 24 are provided.
A multi-winding insulated transformer 24 having 1,242,243;
Converters 251, 252, 2 connected to each secondary winding
53 constitutes a DC power supply separated for each phase. The output voltage of the three secondary windings of the transformer 24 is 20
For example, when the output voltage phase of the secondary winding 242 is set to 0 ° so as to have a phase difference of 0 °, the output voltage phases of the other two sets of secondary windings 241 and 243 are from + 20 ° to −−. The internal winding configuration and connection of the secondary windings 241 to 243 are performed so as to be 20 °. Such a transformer has 20
° A known phase-shifting 18-phase rectifier transformer can be used. By configuring the 18-phase rectifier circuit in this way, the harmonic current component viewed from the AC power supply to which the primary winding 240 of the transformer 24 is connected is (18n ± 1).
(n is a positive integer) only harmonics, which can be less than the harmonic current component corresponding to harmonic regulation. Also in the case of the circuit of FIG. 4, since there is no interference between the DC power supplies of each phase, a stable operation can be performed, and a high-voltage output power conversion device in which the influence of harmonics is reduced on the input AC power supply side can be realized. it can.

【0041】本発明は上述した多レベル電力変換回路の
内部構成やPWM制御方式に限定されるものではなく、
要旨を変更しない範囲内で種々の変更を加えて実施する
ことができる。
The present invention is not limited to the above-described internal configuration of the multi-level power conversion circuit or the PWM control method.
Various changes can be made without departing from the spirit of the invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
の効果を奏する高電圧出力電力変換装置を提供すること
ができる。 (1) 請求項1に記載の発明によれば、自己消弧型デ
バイスを直列接続することなく、従来よりも31/2
(=1.73倍)高い出力電圧を供給することができ
る。その結果、 a)高電圧出力とするために自己消弧型デバイスを直列
接続する時に従来必要とした電圧バランス回路を必要と
せず、技術的にも難しい自己消弧型デバイスの直列接続
を行う必要がない。この結果、主回路接続部品が減少
し、小型で信頼性の高い電力変換装置を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, a high-voltage output power conversion device having the following effects can be provided. (1) According to the invention described in claim 1, it is possible to supply a self-extinguishing type device without series, 3 1/2 times (= 1.73-fold) higher output voltage than the conventional . As a result, a) when connecting self-extinguishing devices in series in order to obtain a high voltage output, a voltage balancing circuit which was conventionally required is not required, and it is necessary to perform series connection of self-extinguishing devices which are technically difficult. There is no. As a result, the number of main circuit connection parts is reduced, and a compact and highly reliable power converter can be provided.

【0043】b)直列接続をしなくてもすむことによ
り、自己消弧型デバイス自体の電圧利用率が10%以上
向上し、経済的な電力変換装置とすることができる。 c)直列接続をしない自己消弧型デバイスを用いて高電
圧出力電力変換装置を構成できるので、出力電圧を昇圧
するための変圧器を省略し、主回路を簡素化した電力変
換システムとすることができる。 (2) 請求項3または請求項4に記載の発明によれ
ば、上記効果に加えて、耐地絶縁電圧を従来の3-1/2
(=0.58倍)とする高電圧出力電力変換装置を提供
することができる。その結果、 a)モジュール型自己消弧型デバイスを採用した電力変
換装置とすることができ、モジュール型自己消弧型デバ
イスの採用によって、電力変換装置の冷却や組立を簡素
化し、経済的な電力変換装置とすることができる。 b)モジュール型自己消弧型デバイスの保護性も向上
し、接地事故に対する信頼性の高い電力変換装置とする
ことができる。 (3) 請求項5または請求項6に記載の発明によれ
ば、上記の効果に加えて、自己消弧型デバイスのスイッ
チング周波数を低減しても高調波成分の少ない交流電力
を供給することができる。その結果、 a)自己消弧型デバイスの電力損失を従来型のものより
約28%も低減することができる。 b)自己消弧型デバイス用のスナバ回路や他の主回路部
品の電力損失も減少するので、運転効率の高い、小型の
冷却装置で足りる電力変換装置とすることができる。 (4) 請求項7に記載の発明によれば、上記の効果に
加えて、直流電源側での相互干渉を防止でき、安定運転
の信頼性を向上させうる高電圧出力電力変換装置を提供
することができる。 (5) 請求項8に記載の発明によれば、上記の効果に
加えて、入力交流電源側でも高調波成分を大幅に低減で
きる高電圧出力電力変換装置を提供することができる。
B) By eliminating the need for series connection, the voltage utilization rate of the self-extinguishing device itself is improved by 10% or more, and an economical power converter can be obtained. c) Since a high-voltage output power converter can be configured using a self-extinguishing device that is not connected in series, a transformer for boosting the output voltage is omitted and a power conversion system with a simplified main circuit is provided. Can be. (2) According to the third or fourth aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, a high-voltage output power that makes the ground withstand voltage 3 -1/2 times (= 0.58 times) the conventional value. A conversion device can be provided. As a result, a) a power converter using a modular self-extinguishing device can be obtained, and the adoption of a modular self-extinguishing device simplifies the cooling and assembly of the power converter and achieves economical power consumption. It can be a conversion device. b) The protection of the modular self-extinguishing device is also improved, and a highly reliable power converter against grounding accidents can be provided. (3) According to the invention described in claim 5 or claim 6, in addition to the above-described effects, even if the switching frequency of the self-extinguishing type device is reduced, it is possible to supply AC power with less harmonic components. it can. As a result, a) the power loss of the self-extinguishing device can be reduced by about 28% compared with the conventional device. b) Since the power loss of the snubber circuit and other main circuit components for the self-extinguishing type device is also reduced, it is possible to provide a power converter that has a high operating efficiency and is sufficient for a small cooling device. (4) According to the invention as set forth in claim 7, in addition to the above-mentioned effects, a high-voltage output power converter capable of preventing mutual interference on the DC power supply side and improving reliability of stable operation is provided. be able to. (5) According to the invention described in claim 8, in addition to the above-described effects, it is possible to provide a high-voltage output power converter capable of greatly reducing harmonic components even on the input AC power supply side.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による高電圧出力電
力変換装置の主回路結線図。
FIG. 1 is a main circuit connection diagram of a high-voltage output power converter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態による高電圧出力電
力変換装置の主回路結線図。
FIG. 2 is a main circuit connection diagram of a high-voltage output power converter according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態による高電圧出力電
力変換装置の主回路結線図。
FIG. 3 is a main circuit connection diagram of a high-voltage output power converter according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態による高電圧出力電
力変換装置の主回路結線図。
FIG. 4 is a main circuit connection diagram of a high-voltage output power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】従来技術による高電圧出力電力変換装置の主回
路結線図。
FIG. 5 is a main circuit connection diagram of a conventional high-voltage output power converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

d1,Ed2,Ed3 直流電源 13,14 分圧コンデンサ 15R1,15S1,15T1 第1の3レベル単相電
力変換回路 15R2,15S2,15T2 第2の3レベル単相電
力変換回路 S1 ,S2 ,S3 ,S4 スイッチング素子 D1 〜D6 ダイオード O 共通母線 R,S,T 交流出力端子 16 負荷電動機 17 ヒューズ 18 インピーダンス素子 20 電圧制御回路 21 搬送波発生回路 221,222 変調回路 24 多巻線絶縁変圧器 251,252,253 コンバータ
E d1, E d2, E d3 DC power supply 13 and 14 voltage dividing capacitors 15R1,15S1,15T1 first 3 levels single-phase power conversion circuit 15R2,15S2,15T2 second three-level single-phase power conversion circuit S 1, S 2 , S 3 , S 4 Switching element D 1 to D 6 Diode O Common bus R, S, T AC output terminal 16 Load motor 17 Fuse 18 Impedance element 20 Voltage control circuit 21 Carrier generation circuit 221, 222 Modulation circuit 24 Multi-turn Wire insulated transformer 251,252,253 Converter

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】3相各相毎に独立に設けられた直流電源
と、 各相毎に、対応する直流電源の出力端子間にそれぞれ直
列に接続された少なくとも2個の分圧コンデンサからな
る分圧回路と、 各相毎に、対応する直流電源の出力端子間にそれぞれ直
列に接続された少なくとも4個の自己消弧型デバイスか
らなるスイッチング素子を有する第1および第2の多レ
ベル単相電力変換回路を有し、これら第1および第2の
多レベル単相電力変換回路内の正側アームおよび負側ア
ームのスイッチング素子どうしの直列接続点に固有のダ
イオードを介して前記分圧回路から分圧電位が与えら
れ、前記第1の多レベル単相電力変換回路の交流端子が
各相共通の共通母線に接続され、前記第2の多レベル単
相電力変換回路の交流端子から対応する相の交流出力端
子が導出される3組の単相インバータ回路とを備えた高
電圧出力電力変換装置。
A DC power supply provided independently for each of three phases, and at least two voltage dividing capacitors connected in series between output terminals of the corresponding DC power supply for each phase. First and second multilevel single-phase power having a voltage circuit and, for each phase, at least four self-turn-off devices connected in series between output terminals of a corresponding DC power supply. A conversion circuit, and separates the voltage dividing circuit from the voltage dividing circuit via a diode unique to a series connection point between the switching elements of the positive arm and the negative arm in the first and second multi-level single-phase power conversion circuits. A voltage potential is applied, an AC terminal of the first multi-level single-phase power conversion circuit is connected to a common bus common to each phase, and a voltage of a corresponding phase is supplied from the AC terminal of the second multi-level single-phase power conversion circuit. AC output end There high voltage output power converter and a single-phase inverter circuit 3 sets of derived.
【請求項2】請求項1記載の装置において、前記分圧回
路が2個の分圧コンデンサからなり、前記第1および第
2の多レベル単相電力変換回路がそれぞれ4個のスイッ
チング素子からなる3レベル単相電力変換回路である高
電圧出力電力変換装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said voltage dividing circuit comprises two voltage dividing capacitors, and said first and second multi-level single-phase power converting circuits each comprise four switching elements. A high-voltage output power conversion device that is a three-level single-phase power conversion circuit.
【請求項3】請求項1または2記載の装置において、前
記スイッチング素子がモジュール型自己消弧型デバイス
からなっており、前記共通母線がインピーダンス素子を
介して接地されている高電圧出力電力変換装置。
3. A high-voltage output power converter according to claim 1, wherein said switching element comprises a modular self-extinguishing device, and said common bus is grounded via an impedance element. .
【請求項4】請求項1または2記載の装置において、前
記スイッチング素子がモジュール型自己消弧型デバイス
からなっており、前記共通母線がヒューズあるいはヒュ
ーズとインピーダンス素子の並列回路を介して接地され
ている高電圧出力電力変換装置。
4. An apparatus according to claim 1, wherein said switching element comprises a modular self-extinguishing device, and said common bus is grounded via a fuse or a parallel circuit of a fuse and an impedance element. High voltage output power converter.
【請求項5】請求項1記載の高電圧出力電力変換装置に
おいて、前記3組の単相インバータ回路に対し電圧指令
信号を発生する共通の電圧制御回路と、PWM制御のた
めの搬送波を発生する搬送波発生回路と、前記電圧指令
信号および前記搬送波に基づいて第1の多レベル単相電
力変換回路をPWM制御する第1の変調回路と、前記電
圧指令信号および前記搬送波に基づいて第2の多レベル
単相電力変換回路をPWM制御する第2の変調回路とを
備えた高電圧出力電力変換装置。
5. A high-voltage output power converter according to claim 1, wherein a common voltage control circuit for generating a voltage command signal for said three sets of single-phase inverter circuits and a carrier wave for PWM control are generated. A carrier generation circuit; a first modulation circuit that performs PWM control on a first multi-level single-phase power conversion circuit based on the voltage command signal and the carrier; and a second modulation circuit based on the voltage command signal and the carrier. A high-voltage output power conversion device comprising: a second modulation circuit that performs PWM control on the level single-phase power conversion circuit.
【請求項6】請求項5記載の高電圧出力電力変換装置に
おいて、前記搬送波発生回路から前記第1の変調回路に
入力される搬送波の位相と第2の変調回路に入力される
搬送波の位相とが互いに異なっている高電圧出力電力変
換装置。
6. The high-voltage output power converter according to claim 5, wherein a phase of a carrier inputted from said carrier generation circuit to said first modulation circuit and a phase of a carrier inputted to said second modulation circuit are determined. The high-voltage output power converters are different from each other.
【請求項7】請求項2記載の高電圧出力電力変換装置に
おいて、前記直流電源が前記単相電力変換回路ごとに絶
縁されている高電圧出力電力変換装置。
7. The high-voltage output power converter according to claim 2, wherein the DC power supply is insulated for each single-phase power conversion circuit.
【請求項8】請求項7記載の高電圧出力電力変換装置に
おいて、前記直流電源が、電圧位相が相互に異なる絶縁
された交流電圧を出力する3組の二次巻線を有する多巻
線絶縁変圧器と、各相毎に対応する前記二次巻線の交流
出力を整流するコンバータとからなっている高電圧出力
電力変換装置。
8. The high voltage output power converter according to claim 7, wherein said DC power supply has three sets of secondary windings outputting insulated AC voltages having mutually different voltage phases. A high-voltage output power converter comprising a transformer and a converter for rectifying an AC output of the secondary winding corresponding to each phase.
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