JP5910584B2 - 電圧型マルチレベル変換器 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態における電圧型マルチレベル変換器の回路構成図であり、本実施形態では5レベルの電圧型電力変換装置を例にして説明する。図1に示すように、本実施形態における電圧型マルチレベル変換器は、直流電圧源(図示省略)の正負極端間に第1,第2コンデンサC1,C2を直列接続し、その第1,第2コンデンサC1,C2の共通接続点を出力端子Bとする。また、以下の説明では、直流電圧源の正極端をP、負極端をNとする。
第1,第2,第3スイッチング素子S1,S2,S3がオン、第4,第5,第6,第7,第8スイッチング素子S4,S5,S6,S7,S8がオフとなり、電流IAは出力端子B→第1コンデンサC1→P→S1→S2→S3→出力端子Aの経路で流れる。出力端子AB間には第1コンデンサC1の負側→正側が接続され、出力端子A,B間の電圧は2Eとなる。
第1,第3,第4スイッチング素子S1,S3,S4がオン、第2,第5,第6,第7,第8スイッチング素子S2,S5,S6,S7,S8がオフとなり、電流IAは出力端子B→第1コンデンサC1→P→S1→フライングキャパシタC3→D1→S3→出力端子A(または、出力端子B→第1コンデンサC1→P→S1→フライングキャパシタC3→D2→S4→出力端子A)の経路で流れる。出力端子AB間には第1コンデンサC1の負側→正側→フライングキャパシタC3の正側→負側が直列に接続され、出力端子A,B間の電圧は2E−E=Eとなる。このモード2では電流IA>0のときフライングキャパシタC3は充電される。
第2,第3,第7,第8スイッチング素子S2,S3,S7,S8がオン、第1,第4,第5,第6スイッチング素子S1,S4,S5,S6がオフとなり、電流IAは出力端子B→S7→S8→フライングキャパシタC3→S2→S3→出力端子Aの経路で流れる。出力端子AB間にはフライングキャパシタC3の負側→正側が接続され、出力端子A,B間の電圧はEとなる。このモード3では電流IA>0のときフライングキャパシタC3は充電される。
第3,第4,第7,第8スイッチング素子S3,S4,S7,S8がオン、第1,第2,第5,第6スイッチング素子S1,S2,S5,S6がオフとなり、電流は出力端子B→S7→S8→D1→S3→出力端子A(または、電流IAが負の時、出力端子B→S7→S8→D2→S4→出力端子A)の経路で流れる。出力端子AB間には第7,第8,第1スイッチング素子S7,S8,S1(または、電流IAが負の時は第7,第8,第2スイッチング素子S7,S8,S2)を介して直送され、出力端子AB間の電圧は0となる。
第4,第5,第7,第8スイッチング素子S4,S5,S7,S8がオン、第1,第2,第3,第6スイッチング素子S1,S2,S3,S6がオフとなり、電流IAは出力端子B→S7→S8→フライングキャパシタC4→S5→S4→出力端子Aの経路で流れる。出力端子AB間にはフライングキャパシタC4の正側→負側が直列に接続され、出力端子A,B間の電圧は−Eとなる。このモード5では電流IA>0のときフライングキャパシタC4は放電される。
第3,第4,第6スイッチング素子S3,S4,S6がオン、第1,第2,第5,第7,第8スイッチング素子S1,S2,S5,S7,S8がオフとなり、電流IAは出力端子B→第2コンデンサC2→N→S6→フライングキャパシタC4→D1→S3→出力端子A(または、電流IAが負の時、出力端子B→第2コンデンサC2→N→S6→フライングキャパシタC4→D2→S4→出力端子A)の経路で流れる。出力端子AB間には第2コンデンサC2の正側→負側→フライングキャパシタC4の負側→正側が直列に接続され、出力端子A,B間の電圧は−2E+E=−Eとなる。このモード6では電流IA>0のときフライングキャパシタC4は充電される。
第4,第5,第6スイッチング素子S4,S5,S6がオン、第1,第2,第3,第7,第8スイッチング素子S1,S2,S3,S7,S8がオフとなり、電流IAは出力端子B→第2コンデンサC2→N→S6→S5→S4→出力端子Aの経路で流れる。出力端子AB間には第2コンデンサC2の正側→負側が接続され、出力端子A,B間の電圧は−2Eとなる。
(1)素子自体の破損
(2)誤点弧による場合
(3)装置としての外部での短絡、例えばU相とV相を直に短絡する場合である。
予め、電圧変化率dV/dtを測定する場合、スイッチング素子S1のみ素子のエミッタ−コレクタ間を導体で短絡しておき、スイッチング素子S2,S3,S4,S5,S6に全て同時にオン信号を入れて測定する。
予め、(1)の破損素子とみたスイッチング素子も他のスイッチング素子と同時にオンの信号を入れ、電圧変化率dV/dtを測定する。
例えば、U相のスイッチング素子S1、S2、S3がオン、V相のスイッチング素子S4、S5、S6がオンで、U相−V相が短絡した場合、第1,第2コンデンサC1、C2,フライングキャパシタC3から短絡電流が流れる。
C3,C4…フライングキャパシタ
S1〜S8…スイッチング素子
2a,2b…電圧変化率検出部
4(4a,4b,4c)…相モジュール
Claims (1)
- 直流電圧を複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成する電圧型マルチレベル変換器であって、
直流電圧源の両端子間に直列に接続された各相共通のコンデンサと、
各相ごとに設けられ、前記コンデンサと異なる電圧が充電されるフライングキャパシタと、
各相ごとに複数のスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を選択的にON,OFF制御することにより、前記コンデンサおよびフライングキャパシタの電圧に基づいて複数の電圧レベルを選択的に出力する電圧選択回路と、
前記フライングキャパシタ両端の電圧変化率を検出する電圧変化率検出部と、
を備え、
前記フライングキャパシタ両端の電圧変化率が閾値を超えた場合、短絡として検出し、短絡異常信号を相モジュール内のコントローラに出力し、
前記フライングキャパシタ両端の電圧変化率の値と、予め設定した閾値とを比較することにより、出力側の低インピーダンス短絡、スイッチング素子の異常、ドライブ回路の誤動作のうちどの要因により短絡が生じたか推定することを特徴とする電圧型マルチレベル変換器。
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