JP3967706B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、複数のインバータを組み合わせて、階調制御により所望の出力波形を得ることが可能な電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power converter capable of combining a plurality of inverters and obtaining a desired output waveform by gradation control.
複数のインバータを組み合わせて、階調制御により出力する電力変換装置は、例えば、電力系統の瞬時的電圧低下(以下、瞬低と称す)などの電圧変動を監視して電圧低下を補償する電圧変動補償装置に用いられる。
従来の電圧変動補償装置は、電力系統に直列に接続され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する複数の電圧補償回路で構成される。各電圧補償回路には、ダイオードが逆並列に接続された4個の半導体スイッチング素子から成るフルブリッジインバータ、および充電コンデンサが備えられ、充電コンデンサの直流電圧を交流に変換して出力する。また、各電圧補償回路の出力端には、高速機械式の定常短絡スイッチが並列に設けられる。各電圧補償回路内の充電コンデンサは、充電ダイオードと充電用トランスによってそれぞれ異なる電圧が充電される(例えば、特許文献1参照)。
Power converters that combine multiple inverters and output by gradation control, for example, voltage fluctuations that compensate for voltage drops by monitoring voltage fluctuations such as instantaneous voltage drops (hereinafter referred to as instantaneous drops) in the power system. Used in compensation devices.
A conventional voltage fluctuation compensator is configured by a plurality of voltage compensation circuits that are connected in series to a power system and output a compensation voltage with either positive or negative polarity. Each voltage compensation circuit is provided with a full bridge inverter composed of four semiconductor switching elements with diodes connected in antiparallel, and a charging capacitor, which converts the DC voltage of the charging capacitor into AC and outputs it. In addition, a high-speed mechanical steady short-circuit switch is provided in parallel at the output terminal of each voltage compensation circuit. The charging capacitors in each voltage compensation circuit are charged with different voltages by a charging diode and a charging transformer (see, for example, Patent Document 1).
このような従来の電力変換装置では、それぞれ独立に構成された複数の単相インバータの交流側を直列に接続し、各単相インバータの直流入力側の各充電コンデンサは、それぞれ異なる電圧が充電される。この各充電コンデンサは、それぞれ独立に設けられた充電ダイオード、充電抵抗、充電用トランスの2次巻線によって電圧が充電され、充電用トランスの1次巻線は電力系統に接続される。このように、各単相インバータの入力となる複数のエネルギ蓄積手段(充電コンデンサ)には、それぞれ充電回路が独立に設けられ、単相インバータの直列数が増加するに従って充電回路数も増加し、また大容量の充電トランスが必要となるという問題点があった。 In such a conventional power converter, the AC sides of a plurality of independent single-phase inverters are connected in series, and each charging capacitor on the DC input side of each single-phase inverter is charged with a different voltage. The Each charging capacitor is charged with a voltage by a charging diode, a charging resistor, and a secondary winding of the charging transformer provided independently, and the primary winding of the charging transformer is connected to the power system. In this way, the plurality of energy storage means (charging capacitors) that are input to each single-phase inverter are each provided with a charging circuit independently, and the number of charging circuits increases as the series number of single-phase inverters increases. In addition, there is a problem that a large capacity charging transformer is required.
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、複数の単相インバータの交流側を直列接続して多重化した電力変換装置で、各単相インバータの入力となる複数のエネルギ蓄積手段を充電するための充電回路が、直列接続される単数インバータの数の増加に伴って大型化するのを防止し、充電のために要する回路を簡略化して装置構成の小型化、簡略化を図ることを目的とする。 The present invention was made to solve the above-described problems, and is a power conversion device in which the AC sides of a plurality of single-phase inverters are connected in series and multiplexed, and the input of each single-phase inverter The charging circuit for charging a plurality of energy storage means is prevented from increasing in size as the number of single inverters connected in series is increased, and the circuit required for charging is simplified and the device configuration is reduced. It aims at miniaturization and simplification.
この発明による電力変換装置は、
接続される負荷に交流電力を出力する電力変換装置であって、
交流側を直列に接続される複数の単相インバータと、
前記複数の単相インバータの直流側にそれぞれ接続される複数のエネルギ蓄積手段と、
前記エネルギ蓄積手段に直流電力を出力する充電回路と、
前記複数の単相インバータを制御して、所定の交流電圧にて前記負荷に出力する電力を制御する制御回路と
を備え、
前記複数の単相インバータは、前記制御回路の制御に基づいて、接続される前記エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を前記交流側に出力することを可能とし、
前記複数のエネルギ蓄積手段の充電電圧は、前記エネルギ蓄積手段毎に設定され、
前記充電回路の一端は、前記複数のエネルギ蓄積手段のうち第1のエネルギ蓄積手段に接続され、
前記充電回路の他端は、前記複数の単相インバータに対して並列な線路に接続され、
前記制御回路は、前記第1のエネルギ蓄積手段以外の他の複数のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合に、前記他の複数のエネルギ蓄積手段のうち蓄積動作の対象となる複数のエネルギ蓄積手段が前記充電回路に対して直列に接続され、かつ、前記蓄積動作の対象となる複数のエネルギ蓄積手段のうち前記充電回路の一端から最も遠いエネルギ蓄積手段が前記線路に接続されるように、前記複数の単相インバータと前記充電回路とを制御すること
としたものである。
The power conversion device according to the present invention includes:
A power converter that outputs AC power to a connected load,
A plurality of single-phase inverters connected in series on the AC side ;
A plurality of energy storage means respectively connected to the DC side of the plurality of single-phase inverters ;
A charging circuit for outputting DC power to the energy storage means;
A control circuit for controlling the plurality of single-phase inverters and controlling the power output to the load at a predetermined AC voltage ;
The plurality of single-phase inverters can output the electric power stored in the energy storage means connected to the AC side based on the control of the control circuit,
The charging voltage of the plurality of energy storage means is set for each energy storage means,
One end of the charging circuit is connected to a first energy storage unit among the plurality of energy storage units,
The other end of the charging circuit is connected to a line parallel to the plurality of single-phase inverters ,
The control circuit, when storing power in a plurality of energy storage means other than the first energy storage means, a plurality of energy storage means to be subjected to a storage operation among the plurality of other energy storage means. Is connected in series with the charging circuit, and the energy storage means farthest from one end of the charging circuit among the plurality of energy storage means to be stored is connected to the line. A plurality of single-phase inverters and the charging circuit are controlled.
このような電力変換装置では、単相多重変換器内の1つの単相インバータに接続された充電回路を用いて、単相多重変換器内の各単相インバータの各エネルギ蓄積手段を充電できるため、直列接続される単数インバータの数に拘わらず充電回路を小型化、簡略化でき、装置構成が小型化、簡略化できる。 In such a power converter, each energy storage means of each single-phase inverter in the single-phase multiple converter can be charged using a charging circuit connected to one single-phase inverter in the single-phase multiple converter. Regardless of the number of single inverters connected in series, the charging circuit can be reduced in size and simplified, and the device configuration can be reduced in size and simplified.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電力変換装置を図について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置を電圧変動補償装置に適用した概略構成図である。図1に示すように、複数(この場合3個)の単相インバータ11、12、13の交流側を直列に接続して単相多重変換器110を構成する。各単相インバータ11〜13は、ダイオードが逆並列に接続された4個のMOSトランジスタ9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34から成るフルブリッジインバータで構成され、エネルギー蓄積手段としての充電コンデンサ10(10pn1〜10pn3)が備えられて各電圧補償ユニット15を構成する。
Hereinafter, a power converter according to
FIG. 1 is a schematic configuration diagram in which a power conversion device according to
単相多重変換器110は、電力系統等、交流電源に直列に接続され、充電コンデンサ10の充電電圧V1〜V3は、MOSトランジスタ9(9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34)のオン/オフ制御により正負いずれかの極性で各単相インバータ11〜13から出力されて交流電源に接続される。
また、単相多重変換器110の出力端には、並列に機械式の定常短絡スイッチ8が設けられ、通常時にはこの定常短絡スイッチ8を通して負荷側に電力が供給される。なお、単相インバータ11〜13はMOSトランジスタ9以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。
The single-phase
In addition, a mechanical steady short-
単相インバータ11〜13の中で、最もコンデンサ電圧の大きな充電コンデンサ10pn3を入力とする単相インバータ13は、各充電コンデンサ10を充電するためのDC/DCコンバータとしてのスイッチングレギュレータ120と接続される。各充電コンデンサ10に充電される電圧の比は概ね2のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
V3=2×V2=2×2×V1
なお、充電方法の詳細については後述する。
Among the single-
V3 = 2 × V2 = 2 × 2 × V1
The details of the charging method will be described later.
定常短絡スイッチ8および各MOSトランジスタ9は制御回路30に接続され、制御回路30からの指令信号z、g11〜g14、g21〜g24、g31〜g34により動作する。この制御回路30の構成および動作について、図2に基づいて以下に説明する。
交流電源からの交流電圧Vは制御回路30に入力され、瞬時電圧低下(以下瞬低と略す)が発生すると、瞬低検出部37で瞬低を検出し、信号zにより単相多重変換器110の定常短絡スイッチ8をオフする。そして、補償電圧算出部33において、交流電圧Vおよび設定電圧31に基づいて、交流電圧Vの電圧変動を補償するように補償電圧Viaを算出する。このとき設定電圧31は、正常時の電圧とする。
The steady short-
When the AC voltage V from the AC power source is input to the
補償電圧Viaが算出されると、図2に示すように、増幅回路35にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、A/Dコンバータ36にて3ビットのデジタル信号(D1〜D3)に変換する。補償電圧Viaの大きさが、充電コンデンサ10pn1の充電電圧V1と等しくなったとき、A/Dコンバータ36からの出力信号における最下位ビットD1のみが1、即ち゛001゛となるよう、また、同様に゛010゛・・・゛111゛の場合も、充電コンデンサ10の充電電圧の組み合わせと等しくなるように増幅回路35のゲインは予め調整しておく。
When the compensation voltage Via is calculated, as shown in FIG. 2, the signal is amplified by the
一方、算出された補償電圧Viaは、極性判定回路38にも入力され、極性が判定される。その後、駆動信号発生器39により、補償電圧Viaの極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号D1〜D3にてアクテイブとなる信号を選択し、単相多重変換器110に対して駆動信号g11〜g14、g21〜g24、g31〜g34をそれぞれ発生させる。
例えば、図1で示す電圧変動補償装置においては、最下位ビットD1=1のときに、電圧極性が正の場合、MOSトランジスタ9sw11、9sw14をオンし、MOSトランジスタ9sw12、9sw13をオフすることにより、充電電圧V1を正極性で出力する。また電圧極性が負の場合、MOSトランジスタ9sw12、9sw13をオンし、MOSトランジスタ9sw11、9sw14をオフすることにより、充電電圧V1を負極性で出力する。またD1=0のとき、MOSトランジスタ9sw11〜9sw14、のうち上アーム側9sw12、9sw14あるいは下アーム側9sw11、9sw13のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、単相インバータ11の出力をほぼゼロとする。
On the other hand, the calculated compensation voltage Via is also input to the
For example, in the voltage fluctuation compensation device shown in FIG. 1, when the least significant bit D1 = 1, when the voltage polarity is positive, the MOS transistors 9sw11 and 9sw14 are turned on and the MOS transistors 9sw12 and 9sw13 are turned off. The charging voltage V1 is output with a positive polarity. When the voltage polarity is negative, the MOS transistors 9sw12 and 9sw13 are turned on and the MOS transistors 9sw11 and 9sw14 are turned off, so that the charging voltage V1 is output with a negative polarity. When D1 = 0, one of the upper arm side 9sw12 and 9sw14 or the lower arm side 9sw11 and 9sw13 of the MOS transistors 9sw11 to 9sw14 is turned on, the other is turned off, and the output terminal is short-circuited. 11 output is set to almost zero.
図3に示すように、各単相インバータ11〜13の出力G1〜G3は組み合わされ、単相多重変換器110は、゛000゛〜゛111゛の8階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、V1+V2+V3となる。ここで、例えば、全8階調で電圧出力する場合、図3に示すように各単相インバータ11〜13の出力G1〜G3を組み合わせると、模擬的な交流電圧を生成することができる。
As shown in FIG. 3, the outputs G1 to G3 of the single-
次に、各充電コンデンサ10を充電する方法について以下に説明する。
上述したように、単相インバータ11〜13の中で、最もコンデンサ電圧の大きな充電コンデンサ10pn3を入力とする単相インバータ13は、各充電コンデンサ10を充電するためのスイッチングレギュレータ120と接続される。
スイッチングレギュレータ120は、図1に示すように、ダイオード41、充電制限抵抗42および平滑用コンデンサ43で構成される半波整流回路と、リアクトル44、ダイオードが逆並列に接続されたMOSトランジスタ45および充電用ダイオード46で構成されるチョッパ回路とから成る。充電用ダイオード46のカソード側は、単相インバータ13の直流入力である充電コンデンサ10pn3のプラス側に接続され、充電電力を供給する。尚、チョッパ回路のスイッチは、MOSトランジスタ45以外の半導体スイッチング素子を使用してもよい。
Next, a method for charging each charging capacitor 10 will be described below.
As described above, of the single-
As shown in FIG. 1, the
次に、充電の詳細な動作を、各動作時の電流の流れを示す図4〜図7を参照して以下に説明する。
まず、交流電源を半波整流回路41〜43で直流平滑し、MOSトランジスタ45をオンして、図4に示すように、平滑用コンデンサ43からリアクトル44に電流を流す。これによりリアクトル44にエネルギが蓄積される。
その後、MOSトランジスタ45をオフすると、平滑用コンデンサ43から流れ出す電流はゼロになる。ここで各単相インバータ11〜13のMOSトランジスタ9(9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34)を全てオフしておくと、リアクトル44は電流を流し続けようと働くために、図5に示すように、リアクトル44に蓄積されたエネルギは充電用ダイオード46を通して充電コンデンサ10pn3に電力を供給し、単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw34の逆並列ダイオードを通って充電電流が流れる。これにより、充電コンデンサ10pn3は充電される。
Next, the detailed operation of charging will be described below with reference to FIGS. 4 to 7 showing the flow of current during each operation.
First, the AC power supply is DC smoothed by the half-wave rectifier circuits 41 to 43, the
Thereafter, when the
次に、充電コンデンサ10pn3の電圧V3が所定の値にまで充電されると、単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31をオンする。これにより充電電流は、図6に示すように、充電用ダイオード46から単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31を通って、単相インバータ12、11、充電コンデンサ10pn2、10pn1、さらに定常短絡スイッチ8を通ってリアクトル44に戻る閉ループを流れ、充電コンデンサ10pn2、10pn1が充電される。この時の充電電流の経路の詳細は、単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31〜単相インバータ12のMOSトランジスタ9sw23の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn2〜MOSトランジスタ9sw22の逆並列ダイオード〜単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw13の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn1〜MOSトランジスタ9sw12の逆並列ダイオード〜定常短絡スイッチ8〜リアクトル44となる。なお、定常短絡スイッチ8は、充電コンデンサ10の充電時には閉状態としておく。
Next, when the voltage V3 of the charging capacitor 10pn3 is charged to a predetermined value, the MOS transistor 9sw31 of the single-
この時、2つの充電コンデンサ10pn1、10pn2は直列に充電されるために、充電される電圧V1、V2の比は充電コンデンサ10pn1、10pn2の静電容量比で決定される。従って、V1とV2の所定電圧比と充電コンデンサ10pn1と充電コンデンサ10pn2との静電容量比が異なるときには、所定電圧までの充電時間は異なる。
充電コンデンサ10pn1の電圧V1が先に所定電圧まで充電された場合には、単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw11をオンする。これにより、図6に示す経路で流れていた充電電流は、図7に示すように、単相インバータ11においてMOSトランジスタ9sw11を通って流れ、充電コンデンサ10pn1は充電電流の経路から外れて充電されない。従って、単相インバータ12の直流入力である充電コンデンサ10pn2のみが充電されることになる。
At this time, since the two charging capacitors 10pn1 and 10pn2 are charged in series, the ratio of the charged voltages V1 and V2 is determined by the capacitance ratio of the charging capacitors 10pn1 and 10pn2. Therefore, when the predetermined voltage ratio between V1 and V2 and the capacitance ratio between the charging capacitor 10pn1 and the charging capacitor 10pn2 are different, the charging time until the predetermined voltage is different.
When the voltage V1 of the charging capacitor 10pn1 is charged to a predetermined voltage first, the MOS transistor 9sw11 of the single-
その後、充電コンデンサ10pn2の電圧V2も所定の電圧にまで充電された時点で、MOSトランジスタ45のオンオフ動作を停止して充電動作を終了する。以上の充電方法でのコンデンサ電圧の上昇は図8のようになる。
なお、充電コンデンサ10pn2の電圧V2が、充電コンデンサ10pn1の電圧V1より先に所定電圧まで充電された場合には、単相インバータ12のMOSトランジスタ9sw21をオンして充電コンデンサ10pn2を充電電流の経路から外して、以後充電コンデンサ10pn1のみを充電する。
Thereafter, when the voltage V2 of the charging capacitor 10pn2 is also charged to a predetermined voltage, the on / off operation of the
When the voltage V2 of the charging capacitor 10pn2 is charged up to a predetermined voltage before the voltage V1 of the charging capacitor 10pn1, the MOS transistor 9sw21 of the single-
上述したように、スイッチングレギュレータ120のMOSトランジスタ45をオンして、リアクトル44にエネルギを蓄積し、MOSトランジスタ45をオフしてリアクトル44から充電電流を流して各充電コンデンサ10を充電する動作を、MOSトランジスタ45のオンオフにより繰り返して行う。この時のMOSトランジスタ45は、PWM制御によりオンオフDUTYを制御し、各充電コンデンサ10の電圧V1、V2、V3が全て所定の電圧になった時、オフオフ動作を停止することで充電を終了する。
As described above, the
以上のように、スイッチングレギュレータ120を単相インバータ13に接続し、このスイッチングレギュレータ120の動作により、単相多重変換器110内の全ての単相インバータ11〜13の直流入力である充電コンデンサ10pn1〜10pn3は充電される。このように、1つの充電回路(スイッチングレギュレータ120)により全ての充電コンデンサ10pn1〜10pn3が充電できるため、直列接続される単数インバータの数が増えても充電回路の数は1つでよく、充電のために要する回路が簡略化でき装置構成の小型化、簡略化が図れる。
As described above, the
またスイッチングレギュレータ120により充電を行うため、従来のようにトランスを用いた場合と比べ、充電電力の実効値を高くすることができるため、充電を高速に行うことができる。
さらに、スイッチングレギュレータ120は、コンデンサ電圧の最も大きな充電コンデンサ10pn3を入力とする単相インバータ13に接続するため、各充電コンデンサ10を所定の電圧にまで確実に充電することが可能となる。また、充電コンデンサ10の電圧が所定の電圧になると、対応する単相インバータ11〜13の所定のMOSトランジスタ9をオフして、その充電コンデンサ10を充電電流の経路から外すようにしたため、簡略な制御で信頼性よく所望の電圧に充電できる。
さらにまた、スイッチングレギュレータ120内のMOSトランジスタ45のオンオフDUTYをPWM制御を用いて変化させるため、信頼性の高い制御により充電電流実効値を大きくすることができて充電時間を短縮することができる。
In addition, since charging is performed by the
Furthermore, since switching
Furthermore, since the on / off DUTY of the
また、この実施の形態では、電圧変動補償装置の主回路の交流電源を用い、その交流を整流した直流入力を充電回路を構成するスイッチングレギュレータ120内のチョッパ回路44〜46の入力とした。このため、電圧変動補償装置の充電回路を容易で簡略に構成できるが、主回路の電源とは独立してチョッパ回路44〜46の直流入力を構成してもよく、その場合、スイッチングレギュレータ120で構成される充電回路が接続される単相インバータ13の配設位置は、交流電源側の端に限らず、単相多重変換器110内のいずれでも良い。また、充電回路のスイッチングレギュレータ120はチョッパ回路の構成で説明したが、例えばフライバックコンバータのようにチョッパ回路以外の構成としても良い。
さらに、電圧変動補償装置に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、エネルギ蓄積手段を備えた複数の単相インバータの交流側を直列接続して単相多重変換器を構成して階調制御する電力変換器を用いたものであれば適用できる。
Further, in this embodiment, the AC power source of the main circuit of the voltage fluctuation compensator is used, and the DC input obtained by rectifying the AC is used as the input of the
Further, the case where the present invention is applied to a voltage fluctuation compensation device has been described, but the present invention is not limited to this, and a single-phase multiple converter is configured by connecting AC sides of a plurality of single-phase inverters having energy storage means in series. Any device using a power converter for gradation control can be applied.
実施の形態2.
上記実施の形態1では、各充電コンデンサ10の充電開始時に、単相インバータ11〜13のMOSトランジスタ9(9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34)を全てオフにしておき、単相インバータ13の充電コンデンサ10pn3の電圧V3が所定値になった後、単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31をオンして、充電コンデンサ10pn1、10pn2を充電した。
この実施の形態2では、充電開始時から同時に充電コンデンサ10pn1〜10pn3を充電する場合について説明する。なお、スイッチングレギュレータ120を含む電圧変動補償装置の回路構成は、上記実施の形態1と同様である。
In the first embodiment, when charging of each charging capacitor 10 is started, the MOS transistors 9 (9sw11 to 9sw14, 9sw21 to 9sw24, 9sw31 to 9sw34) of the single-
In the second embodiment, a case where charging capacitors 10pn1 to 10pn3 are charged simultaneously from the start of charging will be described. The circuit configuration of the voltage fluctuation compensator including the
図9に示すように、充電開始時から単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31のみをオンする。これによりエネルギが蓄積されたリアクトル44から流れる充電電流は2つに分岐して、一方は充電用ダイオード46から単相インバータ13の充電コンデンサ10pn3〜MOSトランジスタ9sw34の逆並列ダイオード〜リアクトル44に戻り、充電コンデンサ10pn3を充電する。もう一方は、充電用ダイオード46から単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw31〜単相インバータ12のMOSトランジスタ9sw23の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn2〜MOSトランジスタ9sw22の逆並列ダイオード〜単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw13の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn1〜MOSトランジスタ9sw12の逆並列ダイオード〜定常短絡スイッチ8〜リアクトル44に戻り、充電コンデンサ10pn2、10pn1を充電する。
As shown in FIG. 9, only the MOS transistor 9sw31 of the single-
すなわち充電コンデンサ10pn3と充電コンデンサ10pn2、10pn1との並列充電となる。
図10は、この実施の形態における各充電コンデンサ10の電圧上昇を示す図である。この場合、図10に示すように、充電開始からV3=V1+V2の関係を保ちながら電圧上昇していき、いずれかが所定の値に達する。
ここでは、まず初めに電圧V1が所定の値に達した場合を例に説明する。充電コンデンサ10pn1の電圧V1が先に所定電圧まで充電されると、単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw11をオンする。これにより、図9に示す経路で流れていた充電電流は、図11に示すように、単相インバータ11においてMOSトランジスタ9sw11を通って流れ、充電コンデンサ10pn1は充電電流の経路から外れて充電されない。従って、充電コンデンサ10pn3と充電コンデンサ10pn2との並列充電に変更になる。
That is, charging is performed in parallel with charging capacitor 10pn3 and charging capacitors 10pn2, 10pn1.
FIG. 10 is a diagram showing a voltage increase of each charging capacitor 10 in this embodiment. In this case, as shown in FIG. 10, the voltage increases from the start of charging while maintaining the relationship of V3 = V1 + V2, and one of them reaches a predetermined value.
Here, a case where the voltage V1 first reaches a predetermined value will be described as an example. When the voltage V1 of the charging capacitor 10pn1 is charged to a predetermined voltage first, the MOS transistor 9sw11 of the single-
この時、V3>V2のため、V3=V2になるまでは充電用コンデンサ10pn2のみが充電される。そしてV3=V2になった後はこの関係を保ったまま、V2が所定の電圧に到達するまで、図11で示す充電電流の経路で充電する。
V2が所定の電圧に到達した後は、MOSトランジスタ9を全てオフにすることで、上記実施の形態1で示した図5の状態になり充電用コンデンサ10pn3のみが充電される。
各充電コンデンサ10の電圧V1、V2、V3が全て所定の電圧になった時、チョッパ回路のMOSトランジスタ45のオンオフ動作を停止することで充電を終了する。
At this time, since V3> V2, only the charging capacitor 10pn2 is charged until V3 = V2. After V3 = V2, while maintaining this relationship, charging is performed through the charging current path shown in FIG. 11 until V2 reaches a predetermined voltage.
After V2 reaches a predetermined voltage, all the
When the voltages V1, V2, and V3 of the respective charging capacitors 10 all become predetermined voltages, the charging is terminated by stopping the on / off operation of the
この実施の形態においても、1つの充電回路(スイッチングレギュレータ120)により全ての充電コンデンサ10pn1〜10pn3が充電でき、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。 Also in this embodiment, all charging capacitors 10pn1 to 10pn3 can be charged by one charging circuit (switching regulator 120), and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
実施の形態3.
また、上記実施の形態1、2では充電用ダイオード46のカソード側を単相コンバータ13の直流入力である充電コンデンサ10pn3のプラス側に接続する構成であった。この実施の形態では、図12に示すように、スイッチングレギュレータ120aを構成する半波整流回路のダイオード41aと平滑用コンデンサ43aの極性を上記実施の形態1のものと逆にし、同様に、チョッパ回路の充電用ダイオード46aおよびMOSトランジスタ45aの極性も逆とし、さらに、充電用ダイオード46aのアノード側を充電コンデンサ10pn3のマイナス側に接続した。
In the first and second embodiments, the cathode side of the charging
このような回路構成にしても、各充電コンデンサ10を充電することができ、以下に説明する。
まず、交流電源を半波整流回路41a、42、43aで直流平滑し、MOSトランジスタ45aをオンして、図13に示すように、平滑用コンデンサ43aからリアクトル44に電流を流す。これによりリアクトル44にエネルギが蓄積される。
その後、MOSトランジスタ45aをオフすると、平滑用コンデンサ43aから流れ出す電流はゼロになる。ここで各単相インバータ11〜13のMOSトランジスタ9(9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34)を全てオフしておくと、リアクトル44は電流を流し続けようと働くために、図14に示すように、リアクトル44に蓄積されたエネルギは単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw33の逆並列ダイオードを通って充電コンデンサ10pn3に電力を供給し、充電用ダイオード46aを通して充電電流が流れる。これにより、充電コンデンサ10pn3は充電される。
Even with such a circuit configuration, each charging capacitor 10 can be charged, which will be described below.
First, the AC power supply is DC smoothed by the half-
Thereafter, when the
次に、充電コンデンサ10pn3の電圧V3が所定の値にまで充電されると、単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw32をオンする。これにより充電電流は、図15に示すように、リアクトル44〜定常短絡スイッチ8〜単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw11の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn1〜MOSトランジスタ9sw14の逆並列ダイオード〜単相インバータ12のMOSトランジスタ9sw21の逆並列ダイオード〜充電コンデンサ10pn2〜MOSトランジスタ9sw24の逆並列ダイオード〜単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw32〜充電用ダイオード46a〜リアクトル44の経路で流れ、充電コンデンサ10pn2、10pn1が充電される。なお、定常短絡スイッチ8は、充電コンデンサ10の充電時には閉状態としておく。
Next, when the voltage V3 of the charging capacitor 10pn3 is charged to a predetermined value, the MOS transistor 9sw32 of the single-
この時、2つの充電コンデンサ10pn1、10pn2は直列に充電されるために、充電される電圧V1、V2の比は充電コンデンサ10pn1、10pn2の静電容量比で決定される。
充電コンデンサ10pn1の電圧V1が先に所定電圧まで充電された場合には、単相インバータ11のMOSトランジスタ9sw13をオンする。これにより、図15に示す経路で流れていた充電電流は、図16に示すように、単相インバータ11においてMOSトランジスタ9sw13を通って流れ、充電コンデンサ10pn1は充電電流の経路から外れて充電されない。従って、単相インバータ12の直流入力である充電コンデンサ10pn2のみが充電されることになる。
At this time, since the two charging capacitors 10pn1 and 10pn2 are charged in series, the ratio of the charged voltages V1 and V2 is determined by the capacitance ratio of the charging capacitors 10pn1 and 10pn2.
When voltage V1 of charging capacitor 10pn1 is charged to a predetermined voltage first, MOS transistor 9sw13 of single-
その後、充電コンデンサ10pn2の電圧V2も所定の電圧にまで充電された時点で、MOSトランジスタ45aのオンオフ動作を停止して充電動作を終了する。以上の充電方法での各コンデンサ電圧の上昇は、上記実施の形態1で示した図8と同様になる。
Thereafter, when the voltage V2 of the charging capacitor 10pn2 is also charged to a predetermined voltage, the on / off operation of the
なお、上記実施の形態2と同様に、充電開始時から同時に充電コンデンサ10pn1〜10pn3を充電することもでき、その場合は、充電開始時から単相インバータ13のMOSトランジスタ9sw32のみをオンすることで充電可能であり、各コンデンサ電圧の上昇は、上記実施の形態2で示した図10と同様になる。
As in the second embodiment, the charging capacitors 10pn1 to 10pn3 can be charged simultaneously from the start of charging. In this case, by turning on only the MOS transistor 9sw32 of the single-
実施の形態4.
上記実施の形態1〜3では、充電電流が一定となるようにスイッチングレギュレータ120、120a内のMOSトランジスタ45、45aのオンオフDUTYを変化させたが、MOSトランジスタ45、45aのオンオフDUTYは一定にしても、各充電コンデンサ10の充電電圧の調整は、単相インバータ11〜13のMOSトランジスタ9(9sw11〜9sw14、9sw21〜9sw24、9sw31〜9sw34)で行っているため、各充電コンデンサ10を所望の電圧に充電できる。
この場合、MOSトランジスタ45、45aのオンオフDUTYは固定にすればよいため、PWM制御などによる制御が必要なく、スイッチングレギュレータ120、120aの制御が簡略化できる。
In the first to third embodiments, the on / off DUTY of the
In this case, since the ON / OFF DUTY of the
8 短絡スイッチ、
10(10pn1〜10pn3) エネルギー蓄積手段としての充電コンデンサ、
11〜13 単相インバータ、41,41a ダイオード、
43,43a 平滑コンデンサ、44 リアクトル、
45,45a MOSトランジスタ、46,46a 充電用ダイオード、
110 単相多重変換器、
120,120a DC/DCコンバータとしてのスイッチングレギュレータ、
G1〜G3 単相インバータ出力。
8 Short-circuit switch
10 (10 pn1 to 10 pn3) charging capacitor as energy storage means,
11-13 single phase inverter, 41, 41a diode,
43, 43a Smoothing capacitor, 44 reactors,
45, 45a MOS transistor, 46, 46a charging diode,
110 single phase multiple converter,
120, 120a Switching regulator as a DC / DC converter,
G1 to G3 Single-phase inverter output.
Claims (9)
交流側を直列に接続される複数の単相インバータと、
前記複数の単相インバータの直流側にそれぞれ接続される複数のエネルギ蓄積手段と、
前記エネルギ蓄積手段に直流電力を出力する充電回路と、
前記複数の単相インバータを制御して、所定の交流電圧にて前記負荷に出力する電力を制御する制御回路と
を備え、
前記複数の単相インバータは、前記制御回路の制御に基づいて、接続される前記エネルギ蓄積手段に蓄積された電力を前記交流側に出力することを可能とし、
前記複数のエネルギ蓄積手段の充電電圧は、前記エネルギ蓄積手段毎に設定され、
前記充電回路の一端は、前記複数のエネルギ蓄積手段のうち第1のエネルギ蓄積手段に接続され、
前記充電回路の他端は、前記複数の単相インバータに対して並列な線路に接続され、
前記制御回路は、前記第1のエネルギ蓄積手段以外の他の複数のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する場合に、前記他の複数のエネルギ蓄積手段のうち蓄積動作の対象となる複数のエネルギ蓄積手段が前記充電回路に対して直列に接続され、かつ、前記蓄積動作の対象となる複数のエネルギ蓄積手段のうち前記充電回路の一端から最も遠いエネルギ蓄積手段が前記線路に接続されるように、前記複数の単相インバータと前記充電回路とを制御すること
を特徴とする電力変換装置。 A power converter that outputs AC power to a connected load,
A plurality of single-phase inverters connected to the AC side in series,
A plurality of energy storage means respectively connected to the DC side of the plurality of single-phase inverters ;
A charging circuit for outputting DC power to the energy storage means;
A control circuit for controlling the plurality of single-phase inverters and controlling the power output to the load at a predetermined AC voltage ;
The plurality of single-phase inverters can output the electric power stored in the energy storage means connected to the AC side based on control of the control circuit,
The charging voltage of the plurality of energy storage means is set for each energy storage means,
One end of the charging circuit is connected to a first energy storage unit among the plurality of energy storage units,
The other end of the charging circuit is connected to a line parallel to the plurality of single-phase inverters ,
The control circuit, when storing power in a plurality of energy storage means other than the first energy storage means, a plurality of energy storage means to be subjected to a storage operation among the plurality of other energy storage means. Is connected in series with the charging circuit, and the energy storage means farthest from one end of the charging circuit among the plurality of energy storage means to be stored is connected to the line. A power conversion device that controls a plurality of single-phase inverters and the charging circuit.
前記他の複数のエネルギ蓄積手段の充電電圧以上であること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The charging voltage of the first energy storage means to which the charging circuit is connected is:
The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is equal to or higher than a charging voltage of the plurality of other energy storage units.
前記第1のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する際の蓄積開始のタイミングを、前記他の複数のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する際の蓄積開始のタイミングと異ならせるように、
前記複数の単相インバータと前記充電回路とを制御すること
を特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
The timing of starting storage when storing power in the first energy storage means is different from the timing of starting storage when storing power in the other plurality of energy storage means.
Power converter according to claim 1 or 2, characterized in that for controlling said charging circuit and said plurality of single-phase inverters.
前記第1のエネルギ蓄積手段の蓄積電圧が所定値になる場合に、前記他の複数のエネルギ蓄積手段への電力の蓄積を開始すること
を特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
4. The power conversion device according to claim 3, wherein when the storage voltage of the first energy storage unit reaches a predetermined value, the storage of power in the plurality of other energy storage units is started.
前記第1のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する際の蓄積開始のタイミングを、前記他の複数のエネルギ蓄積手段に電力を蓄積する際の蓄積開始のタイミングと同じになるように、
前記複数の単相インバータと前記充電回路とを制御すること
を特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
The storage start timing when storing power in the first energy storage means is the same as the storage start timing when storing power in the plurality of other energy storage means.
The power converter according to claim 1, wherein the plurality of single-phase inverters and the charging circuit are controlled.
所定のエネルギ蓄積手段の蓄積電圧が所定値になる場合に、前記所定のエネルギ蓄積手段が蓄積動作の対象から外れるように、前記所定のエネルギ蓄積手段が接続される所定の前記単相インバータを制御すること
を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
When the storage voltage of the predetermined energy storage means reaches a predetermined value, the predetermined single-phase inverter connected to the predetermined energy storage means is controlled so that the predetermined energy storage means is excluded from the target of the storage operation. The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein:
入力される交流電力を直流電力に整流する整流回路と、
前記整流された直流電力を出力するスイッチング回路と
を備え、
前記整流回路は、前記複数の単相インバータの交流側に接続される交流電源が出力する交流電力を整流すること
を特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The charging circuit is
A rectifier circuit that rectifies input AC power into DC power;
A switching circuit that outputs the rectified DC power,
The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein the rectifier circuit rectifies AC power output from an AC power supply connected to an AC side of the plurality of single-phase inverters .
PWM制御により前記スイッチング回路を制御すること
を特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。 The control circuit includes:
The power converter according to claim 7, wherein the switching circuit is controlled by PWM control.
スイッチング素子をフルブリッジに接続して構成された回路を備えること
を特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The single-phase inverter is
Power converter according to any one of the switching elements from claim 1, characterized in that it comprises a circuit configured to connect to the full-bridge 8.
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