JP6943723B2 - 電力変換装置及びエレベーター - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置やコンバータ装置等に好適な電力変換装置及びエレベーターに関する。

電力変換装置として、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置や、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置がある。これらの電力変換装置では、パワー半導体素子のスイッチング動作によって電力変換を行う。電力変換装置は、パワー半導体素子、ダイオード（整流素子）、瞬時電力を供給するキャパシタ、パワー半導体素子の駆動回路、電力変換装置の出力電流及び出力電圧を監視するセンサ、及びセンサが出力するデータに基づいて所望の動作を演算し、必要な動作を行わせるための指令信号を駆動回路に送出する制御回路部等から構成される。例えばパワー半導体素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）などが用いられる。

電力変換装置は、様々な出力電流や出力電圧などの仕様、電力変換装置に期待される利用期間（寿命）に応じ、前述の構成部品が設計される。また電力変換装置では、変換電力容量を増大させることを目的として、複数のパワー半導体素子を並列に接続し、これら複数のパワー半導体素子を同時にスイッチング駆動するようにしている。この場合、パワー半導体素子を搭載した出力電流の小さな規格化された電力変換回路（小容量の電力変換回路）が、並列に接続される。電力変換回路は、同じような特性を持つパワー半導体素子同士を組み合わせ構成される。

このような電力変換装置において、故障等による計画外の停止を予防するため、電力変換回路の入力側と出力側に遮断回路を設ける。そして、電力変換回路が故障したときには、故障した電力変換回路を遮断回路で切り離し、残る健全な電力変換回路で運転を継続したいという要望がある。

例えば特許文献１には、「各電力変換ユニットと直流電源ユニットとの間に、各電力変換ユニットに給電される電力を制限する複数の半導体スイッチ素子をそれぞれ個別に介装すると共に、各電力変換ユニットに生じる短絡電流をそれぞれ監視する制御回路により、短絡電流が流れた電力変換ユニットに接続された半導体スイッチ素子をオフ制御して当該電力変換ユニットに対する電力供給を遮断する」と記載されている。

特開２０１４−２３６５３０号公報

ところで、すべての電力変換回路に遮断回路を接続すると、その遮断回路及び遮断回路に付帯する信号線や処理回路が増え、電力変換装置の体積が増大する。また、これらの回路に用いられる部品や回路を組み立てるための製造作業が必要になり、コストが増加する。

本発明は、上記の状況を考慮してなされたものであり、複数の電力変換回路を並列に接続して構成される電力変換装置において、電力変換装置に接続する遮断回路の数量を効果的に削減することを目的とする。

本発明の一態様における電力変換装置は、少なくとも一つの電力変換回路を並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、第１の電力変換回路群の電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成される第２の電力変換回路群と、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、を備える。

本発明の少なくとも一態様によれば、故障する電力変換回路を高精度に予測することができるため、従来技術に比べて遮断回路の数量を削減することができる。それゆえ、電力変換装置の製造に必要な回路、部品、及び作業を軽減し、コストを削減することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る電力変換装置が適用されたモーター駆動システムの構成例を示す回路図である。 本発明に係る電力変換装置が備える各電力変換回路の特性を示す説明図である。図２の上図は各電力変換回路の平均出力の例を示すグラフであり、図２の下図は各電力変換回路の余寿命の例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置に用いられる小容量の電力変換回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る第１の電力変換回路群の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る第１の電力変換回路群及び第２の電力変換回路群を備える電力変換装置の構成例を示す回路図である。 第１の電力変換回路群が故障した場合における第２の電力変換回路群の動作を示す説明図である。図７の上図は電力変換装置の出力の時間変化例を示す説明図であり、図７の下図は電力変換装置を構成する各電力変換回路の平均出力を示す説明図である。 電力変換回路の平均出力について説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の緩和運転の第１の実施例を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の緩和運転の第２の実施例を示す説明図であって、電力変換装置を構成する複数の電力変換回路が出力する電流の合計（合計電流）の時間変化例、及び各電力変換回路が出力する電流の時間変化例を模式的に示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の緩和運転の第３の実施例を示す説明図である。図１１の上図は複数の電力変換回路が出力する電流の合計（合計電流）の時間変化例を示すグラフであり、図１１の下図は各電力変換回路が出力する電流の時間変化例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の緩和運転の第４の実施例を示す説明図であって、各電力変換回路が出力する電流の時間変化例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る、第１の電力変換回路群を構成する複数の電力変換回路に共通の遮断回路が設けられた電力変換装置の構成例を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る、第１の電力変換回路群を構成する複数の電力変換回路の各々に遮断回路が設けられた電力変換装置の構成例を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置が適用されたエレベーターシステムの構成例を示す回路図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）の例について、添付図面を参照しながら説明する。添付図面において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜１．概要＞
電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ機能（インバータ装置）、あるいは、交流電力を直流電力に変換する又は直流電力を直流電力に変換するコンバータ機能（コンバータ装置）を有する。この種の電力変換装置は、例えば、蓄電池などに蓄えられたエネルギーを使って、サーバなどの負荷に対して交流の電力を途切れることなく供給することを目的とした無停電電源装置（Uninterruptible Power System：ＵＰＳ）に用いることができる。

ただし、ここで例示した用途は一例であって、無停電電源装置への用途に限られるものではない。すなわち、無停電電源装置の他、産業機器向け電力変換装置、鉄道向け電力変換装置、エレベーター向け電力変換装置、自動車向け電力変換装置、家庭用電気製品向け電力変換装置など、種々の用途に用いることができる。以下、本発明に係る電力変換装置をモーター駆動システムに適用した例を用いて、本発明に係る電力変換装置の概要を説明する。

［モーター駆動システム］
図１は、本発明に係る電力変換装置が適用されたモーター駆動システムの構成例を示す回路図である。モーター駆動システムは、一般的に三相であるが、図１はそのうちの一相分のみを図示したものである。図１に示すモーター駆動システム１は、直流電源２、インバータシステム３、負荷装置４、及び制御回路部７を備える。この負荷装置４は、例えばエレベーターシステムの乗りかご９５（後述する図１５）を昇降させる巻上機（モーター）である。インバータシステム３は、小容量の電力変換回路１００−１，１００−２，・・・，１００−Ｎを並列に接続した回路構成を有している。電力変換回路１００−１，１００−２，・・・，１００−Ｎの各々は、直流電源２の直流電力を交流電力に変換し、負荷装置４であるモーター（巻上機）を駆動する。

遮断回路５，６（遮断部の一例）が接続された電力変換回路１００−１は、後述する第１の電力変換回路群を構成し、遮断回路５，６が接続されていない電力変換回路１００−２〜１００−Ｎは、後述する第２の電力変換回路群を構成する。以下では、電力変換回路１００−１，１００−２，・・・，１００−Ｎを区別しない場合には、電力変換回路１００−１，１００−２，・・・，１００−Ｎを単に「電力変換回路１００」と記述する。

モーター駆動システム１は、並列接続された電力変換回路１００−１，１００−２，・・・，１００−Ｎのうち、電力変換回路１００−１に主回路の経路を遮断する遮断回路５，６が接続されている。電力変換回路１００−１の入力側と直流電源２の間に遮断回路５が接続され、電力変換回路１００−１の出力側と負荷装置４の間に遮断回路６が接続されている。この遮断回路５，６により主回路の電力を遮断することにより、インバータシステム３から電力変換回路１００−１が切り離される。

遮断回路５，６には、例えばヒューズや遮断器などが用いられ、異常発生時に経路を開放して回路（電力）を遮断する。ヒューズは、主回路に過大な電流が流れたときに溶けて回路を遮断する配線部材である。遮断器は、ある量以上の電力を消費したり主回路に異常電流が流れたりすると、回路を自動的に遮断する。

制御回路部７（制御回路の例）は、各電力変換回路１００が備える駆動回路３０（後述する図３参照）を制御する。駆動回路３０は、電力変換回路１００が備えるパワー半導体素子（後述する図３のパワー半導体素子１１，１２）に駆動信号を出力し、パワー半導体素子を駆動する。

［各電力変換回路の特性］
ここで、インバータシステム３が備える各電力変換回路１００の特性について説明する。図２は、インバータシステム３が備える各電力変換回路１００の特性を示す説明図である。図２の上図は各電力変換回路１００の平均出力電流の例を示すグラフであり、図２の下図は各電力変換回路１００の余寿命の例を示すグラフである。図２の上図及び下図ともに、横軸は時間を示す。

制御回路部７は、平常時、電力変換回路１００−２（ＩＮＶ２）から電力変換回路１００−Ｎ（ＩＮＶＮ）の各々の時間平均の出力が、遮断回路５，６が接続された電力変換回路１００−１（ＩＮＶ１）の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する（図２上図）。例えば電力変換回路１００−１は定格運転する。このため、電力変換回路１００−１は、運転が継続されると他の電力変換回路１００−２〜１００−Ｎよりも確実に寿命が短くなり、最初に壊れることが予想できる（図２下図）。制御回路部７は、電力変換回路１００−１が故障して遮断回路５及び／又は６が開放されると、電力変換回路１００−２〜１００−Ｎ（ＩＮＶ１〜Ｎ）を用いてインバータシステム３の運転を継続する。このとき制御回路部７は、電力変換回路１００−２〜１００−Ｎの一台あたりの平均出力を、遮断回路５，６の開放前と比べて大きくする（図２の上図破線）。

このような構成により、最初に故障する電力変換回路１００を高精度に予測することができる。それにより、従来技術に比べて電力変換回路１００に接続する遮断回路５，６の数量を削減し、電力変換装置をより経済的に製造できる。電力変換回路１００−１〜１００−Ｎの時間平均の出力が、遮断回路５，６が接続された電力変換回路１００−１の時間平均の出力よりも小さくなるように運転（以下「緩和運転」とも称する）する方法については、後述する。

＜２．第１の実施形態＞
［電力変換回路］
次に、本発明に係る電力変換装置についてさらに詳細に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置に用いられる小容量の電力変換回路１００の構成例を示す回路図である。電力変換回路１００は、本発明に係る電力変換装置の主たる電力変換機能を担う。

図３において、電力変換回路１００は、並列接続された３個のパワー半導体モジュール１０−１，１０−２，１０−３、及び駆動回路３０を備える。パワー半導体モジュール１０−１，１０−２，１０−３はそれぞれ、上アームパワー半導体素子１１、下アームパワー半導体素子１２、及びダイオード１３，１４で構成されるレグ（スイッチング回路部）である。上アームパワー半導体素子１１、下アームパワー半導体素子１２、及びダイオード１３，１４がモジュール化されて各パワー半導体モジュール１０−１，１０−２，１０−３が構成される。パワー半導体素子１１には、ダイオード１３が逆極性で接続されており、パワー半導体素子１２にはダイオード１４が逆極性で接続されている。

以下では、パワー半導体モジュール１０−１，１０−２，１０−３を区別しない場合には、パワー半導体モジュール１０−１，１０−２，１０−３を単に「パワー半導体モジュール１０」と記述する。本実施形態では、パワー半導体モジュール１０は、上アームとしてパワー半導体素子１１を、下アームとしてパワー半導体素子１２を搭載した２ｉｎ１構成である。

上アームパワー半導体素子１１及び下アームパワー半導体素子１２は、高電圧の電源電圧をゲート電圧に応じてスイッチングする半導体スイッチング素子であり、このスイッチング動作によって電力変換を行う。以下、上アームパワー半導体素子１１及び下アームパワー半導体素子１２を単に、「パワー半導体素子１１」及び「パワー半導体素子１２」と記述することがある。パワー半導体素子１１，１２としては、電圧駆動型の素子の一例である、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）などを用いることができる。

上アームパワー半導体素子１１及び下アームパワー半導体素子１２は、電力変換回路１００の主回路に設けられ、高電位側電源と低電位側電源との間に直列に接続される。すなわち、上アームパワー半導体素子１１のコレクタが高電位側電源に接続され、下アームパワー半導体素子１２のエミッタが低電位側電源に接続される。さらに、上アームパワー半導体素子１１のエミッタと下アームパワー半導体素子１２のコレクタとが不図示の出力端子に共通に接続されている。そして、出力端子に導出される電圧（出力電圧）は、モーター等の負荷装置４（図１参照）に供給される。

各パワー半導体モジュール１０には、直流電源２の瞬時電力を供給するキャパシタ１５が並列に接続される。上アームパワー半導体素子１１のコレクタと接続する正極２２及びキャパシタ１５の正極１６ｐは、バスバー等の直流配線２０Ｐに接続される。また、下アームパワー半導体素子１２のエミッタと接続する負極２３及びキャパシタ１５の負極１６ｎは、バスバー等の直流配線２０Ｎに接続される。電力変換回路１００は、外部回路と接続可能な正極１０１及び負極１０２からなる外部直流端子を有し、正極１０１がキャパシタ１５の正極１６ｐに接続し、正極１０１がキャパシタ１５の負極１６ｎに接続する。

また、パワー半導体モジュール１０−１の出力端子と電力変換回路１００の外部交流端子２１Ｕが接続されている。さらに、パワー半導体モジュール１０−２の出力端子と外部交流端子２１Ｖが接続され、パワー半導体モジュール１０−３の出力端子と外部交流端子２１Ｗが接続される。パワー半導体素子１１，１２のゲート及びエミッタはそれぞれ、信号伝達配線３１を介して、駆動回路３０と接続する。制御回路部７（図１参照）で生成された制御信号は、制御信号端子１０３を介して駆動回路３０に入力される。

駆動回路３０は、制御回路部７（図１、後述する図６）から受信したゲート電圧指令に基づき、パワー半導体素子１１，１２に供給するゲート電圧を調整する。オン状態（定常状態）におけるパワー半導体素子１１，１２の出力電流（コレクタ電流）は、ゲート印加電圧（Ｖｇｅ）と閾値電圧との差分に比例し、オン電圧は出力電流に比例する。よって、ゲート印加電圧を調整することにより、パワー半導体素子１１，１２の出力電流を制御することができる。

さらに電力変換回路１００は、温度検知素子（温度センサ）４０を備える。温度検知素子４０は、上アームパワー半導体素子１１又は下アームパワー半導体素子１２の近傍に設置され、測定対象のパワー半導体素子のジャンクション温度（「接合温度」、「素子温度」とも呼ばれる）に応じた信号を駆動回路３０へ出力する。駆動回路３０は、この信号を制御回路部７へ送出する。温度検知素子４０は、パワー半導体素子１１，１２の正確なジャンクション温度を得る上で、パワー半導体モジュール１０内に設けられていることが望ましい。

制御回路部７は、パワー半導体素子１１，１２のジャンクション温度から、後述する図８、図１０、及び図１１に示す電力変換回路１００の出力電流を計算により求めることができる。なお、温度検知素子４０に代えて、コアレス電流センサ（例えばロゴスキコイル）等の電流センサを使用してもよい。この場合、電流センサは、下アームパワー半導体素子１２のエミッタと負極２３の間に配置される。

なお、電力変換回路１００に、高電位側の上アームパワー半導体素子１１、及び低電位側の下アームパワー半導体素子１２の両方を搭載した２ｉｎ１構成のパワー半導体モジュール１０を例示したが、これに限られない。すなわち、本実施形態のパワー半導体モジュール１０は、２ｉｎ１構成の他、片方のアームのパワー半導体素子を搭載した１ｉｎ１構成であってもよい。

［第１の電力変換回路群］
図４は、第１の実施形態に係る第１の電力変換回路群の構成例を示す回路図である。本明細書において、遮断回路によって電流が遮断され得る電力変換回路１００で構成される電力変換回路群を、第１の電力変換回路群という。

図４に示す第１の電力変換回路群２００は、並列に接続された複数の電力変換回路１００を有する。複数の電力変換回路１００の正極１０１及び負極１０２はそれぞれ、直流外部配線２０５を介して、直流連結点２０１Ｐ及び直流連結点２０１Ｎと電気的に接続される。直流連結点２０１Ｐ，２０１Ｎはそれぞれ、バスバー等の電気配線によってヒューズなどの直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎ（遮断部の一例）の一端と接続する。直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎのそれぞれの他端は、バスバー等の電気配線によって第１の電力変換回路群２００の外部直流端子２１１，２１２と接続する。

また、複数の電力変換回路１００の外部交流端子２１Ｕ，２１Ｖ、２１Ｗはそれぞれ、交流外部配線を介して、交流連結点２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗと電気的に接続される。交流連結点２０２Ｕ，２０２Ｖ，２０２Ｗのそれぞれは、バスバー等の電気配線によって電磁接触器などの交流遮断スイッチ２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗ（遮断部の一例）の一端と接続する。交流遮断スイッチ２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗのそれぞれの他端は、バスバー等の電気配線によって第１の電力変換回路群２００の外部交流端子２１３Ｕ，２１３Ｖ，２１３Ｗと接続する。制御回路部７（図１、図６参照）から第１の電力変換回路群２００の制御信号端子２１４に入力された制御信号は、対応する電力変換回路１００の制御信号端子１０３に入力される。

以下では、直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎを区別しない場合には、直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎを単に「直流遮断スイッチ２０３」と記述する。同様に、交流遮断スイッチ２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗを区別しない場合には、交流遮断スイッチ２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗを単に「交流遮断スイッチ２０４」と記述する。なお、直流遮断スイッチ２０３と交流遮断スイッチ２０４は、いずれか一方のみでもよい。

いずれかの電力変換回路１００が故障、又は直流外部配線２０５もしくは交流外部配線に地絡等の異常が発生した場合には、直流遮断スイッチ２０３又は交流遮断スイッチ２０４が開放して電力を遮断する。

なお、図４では、第１の電力変換回路群２００が複数の電力変換回路１００を備える例を示したが、第１の電力変換回路群２００は少なくとも一つの電力変換回路１００を備えていればよい。

［第２の電力変換回路群］
図５は、第１の実施形態に係る第２の電力変換回路群の構成例を示す回路図である。本明細書において、遮断回路が接続されていない電力変換回路１００で構成される電力変換回路群を、第２の電力変換回路群という。

図５に示す第２の電力変換回路群３００は、第１の電力変換回路群２００と同様に、並列に接続された複数の電力変換回路１００を有する。複数の電力変換回路１００の正極１０１及び負極１０２はそれぞれ、直流外部配線３０５を介して、直流連結点３０１Ｐ及び直流連結点３０１Ｎと電気的に接続される。直流連結点３０１Ｐ，３０１Ｎはそれぞれ、バスバー等の電気配線によって第２の電力変換回路群３００の外部直流端子３１１，３１２と接続する。

また、複数の電力変換回路１００の外部交流端子２１Ｕ，２１Ｖ、２１Ｗはそれぞれ、交流外部配線を介して、交流連結点３０２Ｕ，３０２Ｖ，３０２Ｗと電気的に接続される。交流連結点３０２Ｕ，３０２Ｖ，３０２Ｗのそれぞれは、バスバー等の電気配線によって第２の電力変換回路群３００の外部交流端子３１３Ｕ，３１３Ｖ，３１３Ｗと接続する。制御回路部７（図１、図６参照）から第２の電力変換回路群３００の制御信号端子３１４に入力された制御信号は、対応する電力変換回路１００の制御信号端子１０３に入力される。

図４及び図５に示すように、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００では、複数の電力変換回路１００が互いに並列接続されて用いられる。すなわち、一の電力変換回路１００に搭載されたパワー半導体モジュール１０の上アームパワー半導体素子１１のコレクタと、他の電力変換回路１００に搭載されたパワー半導体モジュール１０の上アームパワー半導体素子１１のコレクタが、直流連結点で電気的に同電位に接続される。

また、一の電力変換回路１００に搭載されたパワー半導体モジュール１０の下アームパワー半導体素子１２のエミッタと、他の電力変換回路１００に搭載されたパワー半導体モジュール１０の下アームパワー半導体素子１２のエミッタが、直流連結点で電気的に同電位に接続される。そして、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相ごとに、パワー半導体モジュール１０の上アームパワー半導体素子１１のエミッタと下アームパワー半導体素子１２のコレクタが同電位に接続されるとともに、各接続点が交流連結点で電気的に接続される。

このように上アームパワー半導体素子１１及び下アームパワー半導体素子１２を搭載した電力変換回路１００を並列接続し、これら複数の電力変換回路１００内のパワー半導体素子１１，１２を同時にスイッチング駆動することにより、変換電力容量の増大を図ることができる。電力変換回路１００（パワー半導体素子１１，１２）の並列接続数が多いほど、変換電力容量の増大化の効果が大きくなる。

本発明では、第１の電力変換回路群２００を構成する電力変換回路１００と第２の電力変換回路群３００を構成する電力変換回路１００は、遮断スイッチの有無を除き、同等のハード構成で同等程度の出力容量を備える構成としてよい。すなわち、電力変換回路１００として、同じ又は実質的に同じ特性を持つものを使用する。これら電力変換回路１００を同等のハード構成とすることで、部品種類数を最小限にできるなど、製造上の利点がある。さらに、このようにすることで、故障する電力変換回路１００をさらに高精度に予測することができる。

なお、図５において、第２の電力変換回路群３００が複数の電力変換回路１００を備える例を示した。本実施形態では、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００が故障した際に、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の出力を上昇させて故障により不足した分の出力責務を補うため、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００は複数であることが望ましい。

［電力変換装置］
次に、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００を備える電力変換装置の構成について図６を参照して説明する。図６は、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００を備える電力変換装置の構成例を示す回路図である。

電力変換装置４００は、第１の電力変換回路群２００、第２の電力変換回路群３００、及び制御回路部７を備える。第１の電力変換回路群２００の外部直流端子２１１，２１２の各々と、第２の電力変換回路群３００の外部直流端子３１１，３１２の各々は、直流連結点４０１Ｐ，４０１Ｎを介して接続される。この直流連結点４０１Ｐ，４０１Ｎは、直流電源２と接続される。また、第１の電力変換回路群２００の外部交流端子２１３Ｕ，２１３Ｖ，２１３Ｗの各々と、第２の電力変換回路群３００の外部交流端子３１３Ｕ，３１３Ｖ，３１３Ｗの各々は、交流連結点４０２Ｕ，４０２Ｖ，４０２Ｗを介して接続される。また、交流連結点４０２Ｕ，４０２Ｖ，４０２Ｗは、モーター等の負荷装置４と接続される。

さらに、第１の電力変換回路群２００の各制御信号端子２１４が信号伝達配線４０３−１を介して、また、第２の電力変換回路群３００の各制御信号端子３１４が信号伝達配線４０３−２を介して、制御回路部７に接続される。

制御回路部７は、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００が備える各電力変換回路１００の駆動回路３０に対して、これらを制御するための制御信号としてパルス列信号を供給する。パルス列信号は、例えば、一定の周波数でパルスのオンの時間幅が変化する搬送波を使用したパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）信号である。パルス列信号がＰＷＭ信号である場合、搬送波の周波数を高くすることにより、制御の精度を高めることができる。

制御回路部７は、不揮発性のメモリ７Ｍを有している。メモリ７Ｍには、各電力変換回路１００の運転パターンのデータが記憶されている。メモリ７Ｍは、制御回路部７の外部に設けられていてもよい。例えば制御回路部７は、メモリ７Ｍから運転パターンのデータを読み出し、運転パターンに基づいて各パワー半導体素子１１，１２に対する制御信号を生成し、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００へ制御信号を供給する。

また制御回路部７は、温度検知素子４０を用いて得られたパワー半導体素子１１，１２の温度情報に基づいて、駆動回路３０に対して制御信号を出力（フィードバック制御）するようにしてもよい。

［電力変換装置の基本動作］
次に、電力変換装置４００における基本的な動作について説明する。初期状態では、全ての電力変換回路１００のパワー半導体素子１１，１２がオフ状態であり、負荷装置４への電力供給は停止している。初動時（初充電時）、直流電源２から供給される直流電力は、直流外部配線、直流連結点４０１Ｐ，４０１Ｎを経由して、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００に入力される。各々に分配された直流電力は、第１の電力変換回路群２００の内部で直流連結点２０１Ｐ，２０１Ｎを経由して、電力変換回路１００に入力されるとともに、第２の電力変換回路群３００の内部で直流連結点３０１Ｐ，３０１Ｎを経由して、電力変換回路１００に入力される。

各電力変換回路１００内では、キャパシタ１５に直流電力が供給されて充電される。負荷装置４の動作時、制御回路部７は、各電力変換回路１００の駆動回路３０に、信号伝達配線４０３−１，４０３−２を経由してオン／オフの制御信号を送出する。駆動回路３０は、制御信号を受信すると駆動信号を形成し、信号伝達配線３１を経由して各パワー半導体モジュール１０のパワー半導体素子１１，１２に駆動信号を送出する。各パワー半導体素子１１，１２は、所望の運転動作に従って形成されたオンとオフの組み合わせパターンに沿って送られる制御回路部７からの制御信号に基づいて直流電力を交流電力へと変換し、交流電力を負荷装置４へ供給する。

［第１の電力変換回路群故障時の動作］
次に、電力変換装置４００、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００の出力特性、故障発生時の動作について、図７を参照して説明する。図７は、第１の電力変換回路群２００が故障した場合における第２の電力変換回路群３００の動作を示す説明図である。図７の上図は電力変換装置４００の出力の時間変化例を示す説明図であり、図７の下図は電力変換装置４００を構成する各電力変換回路１００の平均出力を示す説明図である。

本実施形態では、制御回路部７によって、第２の電力変換回路群３００を構成する電力変換回路１００の一台あたりの平均出力電流（ＩＮＧＶ２）が、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００（ＩＮＧＶ１）の一台あたりの平均出力電流に比べて、小さくなるように制御信号が形成される（図７の下図）。電力変換装置４００の出力は、第１の電力変換回路群２００の各電力変換回路及び第２の電力変換回路群３００の合計出力である（図７の上図）。図７の上図では、第１の電力変換回路群２００を構成する電力変換回路１００のうちどれか一台の電力変換回路１００が故障し、該当電力変換回路１００の出力がゼロになっていることを示している。

各電力変換回路１００では、パワー半導体素子１１，１２の電流の通流及びスイッチングにより電力損失が発生し、パワー半導体素子１１，１２が発熱する。パワー半導体素子１１，１２は、不図示のヒートシンクや送風機により、所定の温度以下となるように温度上昇が抑制されるものの、長期間の利用によって熱的な疲労（ジュール損失等に起因する疲労）が蓄積し、一定期間を経過した後に破損に至る。

そこで、制御回路部７は、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の一台あたりの平均出力電流が小さくなるように、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００を交互に運転するなどして、第２の電力変換回路群３００を緩和的に運転する。あるいは、制御回路部７は、運転周期Ｔ内において、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の出力電流が、第１の電力変換回路群２００のそれと比べて小さくなるよう制御してもよい。

［電力変換回路の平均出力］
ここで、電力変換回路１００の平均出力について説明する。図８は、電力変換回路１００の平均出力について説明するためのグラフである。電力変換回路１００の平均出力は所定時間平均の出力電流であり、例えば任意の運転周期Ｔ内の平均の出力電流である。図８に示すように、電力変換回路１００の故障前の平均出力電流の電流値はＩｂであるが、故障後に出力時間を同一にして出力電流を大きくすることにより、平均出力電流の電流値をＩａに上げることができる。また、運転周期Ｔ内の出力時間を長くすることにより、平均出力電流の電流値を上げることもできる。さらに運転周期Ｔ内の出力時間と出力電流の両方を調整して平均出力電流の電流値を上げるようにしてもよい。

例えば電力変換装置４００において、第１の運転周期では第２の電力変換回路群３００のうち１番目の電力変換回路１００を休止し、第２の運転周期では２番目の電力変換回路１００を休止するなどの運転を行う。このように、休止する電力変換回路１００を、運転周期ごとに順次入れ替え、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００に熱的な疲労の蓄積を緩和する。

このような操作によって、第１の電力変換回路群２００に比べて、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の運転疲労を抑制できる。相対的に運転負荷が大きい第１の電力変換回路群２００は、第２の電力変換回路群３００に比べて、早期に故障に至る。故障に際して、直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎ及び交流遮断スイッチ２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗを開放し、第１の電力変換回路群２００の運転を休止する。

一方、残る第２の電力変換回路群３００によって電力変換装置４００の運転を継続する。運転の継続に際しては、休止する第１の電力変換回路群２００の出力責務を、第２の電力変換回路群３００の出力責務に加える。すなわち、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の平均出力電流の電流値をＩａからＩｂへ瞬時に引き上げる（図７の下図）。これにより、第１の電力変換回路群２００の切り離し前と同等の出力責務が担保され、電力変換装置４００の出力を維持することができる（図７の上図）。

故障前の平均出力電流の電流値Ｉａから平均出力電流をどの程度上げる必要があるかは、電力変換装置４００の出力目標値や第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００の各々を構成する電力変換回路１００の台数によって異なる。

上述した構成の第１の実施形態では、特定の電力変換回路１００を他の電力変換回路１００よりも負荷をかけて運転するため、故障する電力変換回路１００（第１の電力変換回路群２００）を高精度に予測することができる。そのため、第１の実施形態は、従来技術に比べて遮断スイッチの数量を削減し、電力変換装置４００をより経済的に製造できる。

また、第１の実施形態では、故障する電力変換回路１００を高精度に予測することができるため、電力変換装置４００の故障を高精度に予測することができる。それにより、電力変換装置４００の計画外の故障（停止）を防止できる。そして、該当する電力変換回路１００から構成される第１の電力変換回路群２００が故障した際に、計画的に第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００を交換することにより、上述の計画外の停止を予防する機能を継続的に利用することができる。

さらに、第１の実施形態では、電力変換回路１００の故障を高精度に予測できることから、電力変換装置４００の故障を高精度に予測することができる。それゆえ、電力変換装置４００の計画外の停止を防止し、電力変換装置４００の信頼性を向上させることができる。

以下、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の種々の実施例について図９〜図１２を参照して詳細に説明する。

［第１の実施例］
まず、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の第１の実施例として、休止する電力変換回路１００を運転周期ごとに順次入れ替える例を説明する。第１の実施例及び以降の第２〜第４の実施例では、図９に示した構成の電力変換装置４００を前提とする。

図９は、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の第１の実施例を示す回路図である。この電力変換装置４００は、（Ｎ−１）台の電力変換回路１００を用いて定格運転を行う。図９に示す例では、電力変換装置４００を構成する電力変換回路１００のうち、電力変換回路１００−１に直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎ及び交流遮断スイッチ２０４Ｕ〜２０４Ｗが接続され、電力変換回路１００−２〜１００−Ｎには遮断スイッチは接続されていない。電力変換回路１００−１は第１の電力変換回路群２００を構成し、電力変換回路１００−２〜１００−Ｎは第２の電力変換回路群３００を構成する。ただし図９では、各電力変換回路群の枠線及び符番の記載を省略している。制御回路部７のメモリ７Ｍには、運転パターンテーブル７Ｔが格納されている。

運転パターンテーブル７Ｔには、運転サイクル数（運転周期の番号）ごとに、運転又は停止（休止）する電力変換回路１００の番号（♯）が規定されている。図中、○印は運転、×印は停止を表す。運転パターンテーブル７Ｔによれば、遮断回路が接続された電力変換回路１００−１は、常時運転を行うように規定されている。また、運転パターンテーブル７Ｔによれば、第１の運転周期では第２の電力変換回路群３００のうち１番目の電力変換回路１００−２を休止し、第２の運転周期では２番目の電力変換回路１００−３を休止し、第Ｎの運転周期では（Ｎ−１）番目の電力変換回路１００−Ｎを休止するように規定されている。このように、休止する電力変換回路１００を、運転周期ごとに順次入れ替える。すなわち、運転パターンテーブル７Ｔには、休止する電力変換回路１００のローテーションの情報が格納されている。

第１の実施例は、エレベーターシステムに用いられるような、ある特定の運転パターンを繰り返し実施する電力変換装置の例である。例えば複数の乗りかご９５（巻上機）を備えるエレベーターシステム（図１５参照）では、乗客のかご呼び登録に応じて複数の乗りかご９５を順次稼働させている。図９の１つの運転周期（運転サイクル）は、かご呼び登録に応じて乗りかご９５が移動を開始してから目的階に到着するなどして乗りかご９５が停止するまでの時間である。この場合の運転周期は、数秒から数十秒のオーダーである。

電力変換回路１００−１に異常が発生した場合には、直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎ及び交流遮断スイッチ３０４Ｐ，３０４Ｎにより電力変換回路１００−１が主回路から切り離される。そして、制御回路部７は、正常な電力変換回路１００−２〜１００−Ｎで運転を継続するよう制御する。

上述した第１の実施例における緩和運転の方法によれば、エレベーターなどの負荷装置４の運転周期に応じて、第２の電力変換回路群３００において休止する電力変換回路１００を順次入れ替えることにより、第２の電力変換回路群３００の負荷を緩和することができる。運転パターンテーブル７Ｔに規定されたローテーションに基づいて、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００の運転／休止を制御すればよいから、制御が簡単である。

［第２の実施例］
次に、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の第２の実施例を説明する。上記第１の実施例では、負荷の運転周期ごとに休止する電力変換回路１００を入れ替えたが、より長い１日や１週間などの一定期間ごとに休止する電力変換回路を入れ替えることもできる。

図１０は、第２の電力変換回路群３００の第２の実施例を示す説明図であって、電力変換装置４００を構成する複数の電力変換回路１００が出力する電流の合計（合計電流）の時間変化例、及び各電力変換回路１００が出力する電流の時間変化例を模式的に示すグラフである。なお、この図１０のグラフの縦軸は電流を示しているが、温度検知素子４０で測定された温度を用いても同じような波形となる。

オフィスビルに設置されたエレベーターでは、図１０に示すように、電力変換装置４００が備える複数の電力変換回路１００が出力する電流の合計（合計電流）は、１日単位の周期を有する。一般に、オフィスビルにおけるエレベーターの利用状況として、１日の中で出勤時、昼食時、退勤時などの利用者数が増える時間帯が存在する。合計電流の波形から、朝から昼にかけて利用者が増えるとともに、夕方から夜にかけて利用者が急激に減少することがわかる。１日単位の電流波形における６箇所のスパイク状のピーク部分の各々は、前述した運転周期Ｔを表している。１日のエレベーターの利用は頻繁に行われるため、実際にはこの運転周期Ｔに相当するピーク部分が多数存在する。

この第２の実施例では、遮断回路が接続された電力変換回路１００−１は、常時運転を行うように規定される。また、１日目の運転周期では第２の電力変換回路群３００のすべての電力変換回路１００が運転し、２日目の運転周期では１番目の電力変換回路１００−２（ＩＮＶ２）を休止し、３日目の運転周期では２番目の電力変換回路１００−３（ＩＮＶ３）を休止するように規定される。このように、休止する電力変換回路１００を、１日単位の運転周期ごとに順次入れ替える。すなわち、運転パターンテーブル７Ｔには、１日単位の運転周期で休止する電力変換回路１００のローテーションの情報が格納される。

上述した第２の実施例における緩和運転の方法によれば、エレベーターなどの負荷装置４の運転周期よりも長い周期（１日や１週間など）に応じて、第２の電力変換回路群３００において休止する電力変換回路１００を順次入れ替える。第２の実施例は、第１の実施例よりも休止する電力変換回路１００の入れ替え周期が長いため、制御が煩雑ではなく簡単である。

［第３の実施例］
次に、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の第３の実施例として、運転周期Ｔ内で電力変換回路１００を停止する例を説明する。

図１１は、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の第３の実施例を示す説明図であって、図１１の上図は複数の電力変換回路１００が出力する電流の合計（合計電流）の時間変化例を示すグラフであり、図１１の下図は各電力変換回路１００が出力する電流の時間変化例を示すグラフである。この図１０は、エレベーターシステムに適用された電力変換装置４００の出力特性の例である。

図１１の上図に示すように、電力変換装置４００を構成する複数の電力変換回路１００が出力する電流の合計（合計電流）、すなわち電力変換装置４００の出力は、エレベーター（乗りかご９５）の加速運転（力行）、定速運転（定格）、減速運転（回生）ごとに変化する（図１１の上図）。まずエレベーターの運転が開始されると、乗りかご９５を加速させるために電力変換装置４００の出力が上昇する。次に、乗りかご９５の運転が加速から定速に切り替わると、電力変換装置４００の出力は、一定期間減少した後に一定値を継続する。その後、乗りかご９５を目的階に停止させるために乗りかご９５を減速させるため、電力変換装置４００の出力は減少し、乗りかご９５が目的階に到着した時点で電力変換装置４００の出力がゼロになる。

このとき、制御回路部７は、第１の電力変換回路群２００を構成する電力変換回路１００−１（ＩＮＶ１）の出力を、実線で示すように乗りかご９５の加速に合わせて大きくする。したがって、電力変換装置４００の出力波形（運転パターン）と電力変換回路１００−１の出力波形は類似する（図１１の下図）。これに対し、制御回路部７は、電力変換装置４００の出力が大きくなる期間で、一点鎖線で示すように第２の電力変換回路群３００の全ての電力変換回路１００−２〜１００−Ｎ（ＩＮＶ２〜Ｎ）を停止る制御を行う。この間、第１の電力変換回路群２００のＩＮＶ１の出力を、ＩＮＶ２〜Ｎの停止の分だけ大きくする。

そして、制御回路部７は、乗りかご９５の運転が加速から定速に切り替わった時点で、乗りかご９５の定速を維持するために、第２の電力変換回路群３００の全ての電力変換回路１００の出力を大きくする制御を行う。その後、制御回路部７は、例えば第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の出力を、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００の出力と同じレベルに制御する。なお、図１１の各電力変換回路１００の出力制御は一例であり、この例に限らない。

上述した第３の実施例における緩和運転の方法によれば、負荷装置４（電力変換装置４００）の運転周期Ｔ内の出力が大きくなる期間で、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００を停止することにより、第２の電力変換回路群３００を緩和運転することができる。また、第３の実施例は、負荷装置４の運転周期Ｔ内の出力波形に合わせて、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００の運転／停止を制御するため、細かな緩和運転が可能となる。さらに、第３の実施例は、運転周期Ｔ内で第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００の運転を停止するため、後述する第４の実施例と比べて、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００が長寿命化する。

なお、第３の実施例において、第２の電力変換回路群３００のすべての電力変換回路１００を停止するのではなく、運転周期ごとに順次、一部の電力変換回路１００のみを停止させてもよい。このようにした場合、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００を長寿命化させることができる。

［第４の実施例］
第４の実施例は、運転周期Ｔ内の電力変換装置４００の出力が大きくなる期間で、第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の出力を、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００よりも小さく制御する例である。

図１２は、第２の電力変換回路群３００の第４の実施例を示す説明図であって、各電力変換回路１００が出力する電流の時間変化例を示すグラフである。第３の実施例おいて、制御回路部７は、電力変換装置４００の出力が大きくなる期間で、一点鎖線で示すように第２の電力変換回路群３００の全ての電力変換回路１００−２〜１００−Ｎ（ＩＮＶ２〜Ｎ）の出力を、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００−１（ＩＮＶ１）の出力よりも小さくする制御を行う。この間、第１の電力変換回路群２００のＩＮＶ１の出力を、ＩＮＶ２〜Ｎの出力が低下した分だけ大きくしてもよい。

そして、制御回路部７は、乗りかご９５の運転が加速から定速に切り替わった時点で、乗りかご９５の定速を維持するために、第２の電力変換回路群３００の全ての電力変換回路１００の出力を小さくする制御を行う。その後、制御回路部７は、例えば第２の電力変換回路群３００の電力変換回路１００の出力を、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００の出力と同じレベルに制御する。なお、図１２の各電力変換回路１００の出力制御は一例であり、この例に限らない。

上述した第４の実施例における緩和運転の方法によれば、負荷装置４（電力変換装置４００）の運転周期Ｔ内の出力が大きくなる期間で、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００の出力を小さくすることにより、第２の電力変換回路群３００を緩和運転することができる。また、第４の実施例は、負荷装置４の運転周期Ｔ内の出力波形に合わせて、第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００の出力を制御するため、実施例３よりもさらに細かな緩和運転が可能となる。

さらに、第４の実施例は、運転周期Ｔ内で第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００を停止しないため、第１の電力変換回路群２００を構成する電力変換回路１００にかかる負担が、第３の実施例よりも少ない。それゆえ、第１の電力変換回路群２００の電力変換回路１００が長寿命化し、電力変換装置４００の寿命も長くなる。

なお、第２の電力変換回路群３００の緩和運転の方法は、上述した方法に限定されない。例えば、制御回路部７は、第３の実施例と第４の実施例の方法を組み合わせて、第２の電力変換回路群３００を緩和運転することが可能である。

＜３．第２の実施形態＞
図１３は、第２の実施形態における、第１の電力変換回路群２００を構成する複数の電力変換回路１００に共通の遮断回路が設けられた電力変換装置の構成例を示す回路図である。なお、図３は、負荷装置４が単相交流であるが三相でもよい。

図１３において、並列接続されたＩＮＶＧ１−１，ＩＮＶＧ１−２はそれぞれ、第１の電力変換回路群２００を構成する電力変換回路である。また、並列接続されたＩＮＶＧ２−１，ＩＮＶＧ２−２はそれぞれ、第２の電力変換回路群３００を構成する電力変換回路である。ただし、図１３では、各電力変換回路群の枠線及び符番の記載を省略している。図１３において、第１の電力変換回路群２００及び第２の電力変換回路群３００の各々の構成は、図４及び図５に示した構成と同じである。

図１３に示すように、第１の電力変換回路群２００を構成するＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々の正極１０１（図４参照）は、直流連結点４０１Ｐで接続する。また、ＩＮＶＧ１−１とＩＮＶＧ１−２の各々の負極１０２は、直流連結点４０１Ｎで接続する。そして、直流連結点４０１Ｐは、直流遮断スイッチ２０３Ｐを介して、直流電源２の正極に接続されている。また、直流連結点４０１Ｎは、直流遮断スイッチ２０３Ｎを介して、直流電源２の負極に接続されている。

一方、ＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々のＲ相の出力端子（図５参照）は、交流連結点４０２Ｒで接続する。また、ＩＮＶＧ１−１とＩＮＶＧ１−２の各々のＴ相の出力端子は、交流連結点４０２Ｔで接続する。そして、交流連結点４０２Ｒは、交流遮断スイッチ２０４Ｒを介して、負荷装置４のＲ相に接続されている。また、交流連結点４０２Ｔは、交流遮断スイッチ２０４Ｔを介して、負荷装置４のＴ相に接続されている。

上述した第２の実施形態では、第１の電力変換回路群２００を構成する複数の電力変換回路ＩＮＶＧ１−１，ＩＮＶＧ１−２を、直流遮断スイッチ２０３Ｐ，２０３Ｎ及び交流遮断スイッチ２０４Ｒ，２０４Ｔにより、電力変換装置４００からまとめて切り離すことができる。

＜４．第３の実施形態＞
図１４は、第３の実施形態における、第１の電力変換回路群２００を構成する複数の電力変換回路１００の各々に遮断回路が設けられた電力変換装置の構成例を示す回路図である。

図１４に示すように、第１の電力変換回路群２００を構成するＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々の正極１０１と直流連結点４０１Ｐの間に、直流遮断スイッチ２０３Ｐが個別に接続されている。また、ＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々の負極１０２と直流連結点４０１Ｎの間に、直流遮断スイッチ２０３Ｎが個別に接続されている。直流連結点４０１Ｐ，４０１Ｎはそれぞれ、直流電源２の正極及び負極に接続されている。

一方、ＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々のＲ相の出力端子と交流連結点４０２Ｒの間に、交流遮断スイッチ２０４Ｒが個別に接続されている。また、ＩＮＶＧ１−１及びＩＮＶＧ１−２の各々のＴ相の出力端子と交流連結点４０２Ｔの間に、交流遮断スイッチ２０４Ｔが接続されている。交流連結点４０２Ｒ，４０２Ｔはそれぞれ、負荷装置４のＲ相及びＴ相に接続されている。

上述した第３の実施形態では、第１の電力変換回路群２００を構成する複数の電力変換回路ＩＮＶＧ１−１及び電力変換回路ＩＮＶＧ１−２のうち、電力変換装置４００から故障した電力変換回路のみを個別に切り離すことができる。それゆえ、第２の実施形態と比較して、故障後の第２の電力変換回路群３００の各電力変換回路１００にかかる負荷を低減できる。

＜５．第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態として、本発明に係る電力変換装置をエレベーターシステムに適用した場合の例について、図１５を参照して説明する。図１５は、第４の実施形態に係る電力変換装置が適用されたエレベーターシステムの構成例を示す概略図である。なお、図１５の例は、三相交流であるが単相でもよい。

図１５に示すエレベーターシステム９０は、系統９１から供給される交流の電力を、高周波等のノイズを除去するフィルタ回路９２を介して、コンバータシステム５００により直流の電力に変換する。コンバータシステム５００は、第１の電力変換回路群６００と第２の電力変換回路群７００を備え、交流電力を直流電力に変換する。第１の電力変換回路群６００は、第１の電力変換回路群２００と同様に、複数（例えば３個）のパワー半導体モジュール１０及び駆動回路３０を格納した１以上の電力変換回路により構成される。また、第２の電力変換回路群７００は、第２の電力変換回路群３００と同様に、複数（例えば３個）のパワー半導体モジュール１０及び駆動回路３０を格納した複数の電力変換回路により構成される。各電力変換回路のパワー半導体モジュール１０を駆動する駆動回路３０は、制御回路部７の指令に基づいて動作する。

また、エレベーターシステム９０は、コンバータシステム５００から出力される直流電力を、インバータシステム３により交流電力に変換する。インバータシステム３は、上述した第１の電力変換回路群２００と第２の電力変換回路群３００を備える。各電力変換回路１０のパワー半導体モジュール１０を駆動する駆動回路３０は、制御回路部７の指令に基づいて動作する。そして、エレベーターシステム９０は、インバータシステム３から出力される交流電力を、フィルタ回路９３を介して負荷装置４（巻上機：モーター）に供給し、負荷装置４を駆動する。

負荷装置４の負荷としては、ロープ９４に繋がれたエレベーターシステム９０のかご９５と、かご９５と釣り合いをとるためのおもり９６とがある。負荷装置４の電力は、ロープ９４を介してかご９５を上下させるために消費される。

なお、コンバータシステム５００及びインバータシステム３に対し、別個に制御回路部７を設けてもよい。

かご９５に載せた重量物を速く移動させるためには、負荷装置４の出力パワーを増やす必要があり、出力パワーを増やすためには、コンバータシステム５００及びインバータシステム３に搭載された電力変換回路の並列数を増加させる必要がある。電力変換回路の並列数が増加しても、上述した第１〜第３の実施形態に係る構成を用いることにより、故障する電力変換回路を高精度に予測できるので、計画外の停電を防止し、エレベーターシステム９０の信頼性を向上させることが期待できる。

さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成要素に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成要素を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成要素の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上記の各構成要素、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路の設計などによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成要素、機能等は、例えば制御回路部７が備えるプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ（例えばメモリ７Ｍ）やハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成要素が相互に接続されていると考えてもよい。

２…直流電源、 ４…負荷装置、 ５，６…遮断回路、 ７…制御回路部、 ７Ｍ…メモリ、 ７Ｔ…運転パターンテーブル、 １０，１０−１〜１０−３…パワー半導体モジュール、 １１…上アームパワー半導体素子、 １２…下アームパワー半導体素子、 １３，１４…ダイオード、 １５…キャパシタ、 ３０…駆動回路、 ９０…エレベーターシステム、 １００，１００−１〜１００〜Ｎ…電力変換回路、 ２００…第１の電力変換回路群、 ３００…第２の電力変換回路群、 ２０３Ｐ，２０３Ｎ…直流遮断スイッチ、 ２０４Ｒ，２０４Ｔ，２０４Ｕ，２０４Ｖ，２０４Ｗ…交流遮断スイッチ

Claims (11)

1. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
   前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において負荷の運転周期ごとに休止させる電力変換回路を入れ替える
   電力変換装置。
2. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
   前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において運転周期よりも長い一定期間ごとに休止させる電力変換回路を入れ替える
   電力変換装置。
3. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
   前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において、電力変換装置自身の一運転周期内の出力が大きくなる期間で、前記第２の電力変換回路群のすべて、又は、一部の電力変換回路を休止させる
   電力変換装置。
4. 前記制御回路は、前記遮断部の開放時に、前記第２の電力変換回路群を用いて電力変換装置の運転を継続する
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御回路は、前記遮断部の開放時に、前記第２の電力変換回路群を構成する電力変換回路の一台あたりの平均出力を、前記遮断部の開放前と比べて大きくする
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換回路は、
   複数の半導体スイッチング素子及び整流素子が逆並列接続されたスイッチング回路部と、
   前記スイッチング回路部と並列に接続されるキャパシタと、
   複数の半導体スイッチング素子と整流素子の逆並列接続を含むスイッチング回路部と、
   前記半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備える
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記第１の電力変換回路群及び前記第２の電力変換回路群の出力電力が、負荷としてのモーターで消費される
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記第１の電力変換回路群を構成する電力変換回路は１台であり、
   前記第２の電力変換回路群を構成する電力変換回路は２台以上であり、
   前記電力変換回路は、半導体スイッチング素子と整流素子が逆並列接続された上アームと、半導体スイッチング素子と整流素子が逆並列接続された下アームとが直列に接続されてなるスイッチング回路部と、前記スイッチング回路部に並列に接続されるキャパシタと、各半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備える
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
   前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
   前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、
   昇降移動する乗りかごと、
   前記第１の電力変換回路群、及び前記第２の電力変換回路群から出力される電力を利用して前記乗りかごを昇降させる巻上機と、を備え、
   前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において負荷の運転周期ごとに休止させる電力変換回路を入れ替える
   エレベーター。
10. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
    前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
    前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
    前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、
    昇降移動する乗りかごと、
    前記第１の電力変換回路群、及び前記第２の電力変換回路群から出力される電力を利用して前記乗りかごを昇降させる巻上機と、を備え、
    前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において運転周期よりも長い一定期間ごとに休止させる電力変換回路を入れ替える
    エレベーター。
11. 少なくとも一つの電力変換回路を単独又は並列に接続して構成される第１の電力変換回路群と、
    前記第１の電力変換回路群の前記電力変換回路と同じ又は実質的に同じ特性を持つ複数の電力変換回路を並列に接続して構成され、前記第１の電力変換回路群と並列運転動作をする第２の電力変換回路群と、
    前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の入力側及び／又は出力側に接続され、異常発生時に回路を遮断する遮断部と、
    前記第２の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力が、前記第１の電力変換回路群の電力変換回路の時間平均の出力よりも小さくなるように運転する制御回路と、
    昇降移動する乗りかごと、
    前記第１の電力変換回路群、及び前記第２の電力変換回路群から出力される電力を利用して前記乗りかごを昇降させる巻上機と、を備え、
    前記制御回路は、前記第２の電力変換回路群において、前記第１の電力変換回路群と前記第２の電力変換回路群の一運転周期内の出力が大きくなる期間で、前記第２の電力変換回路群のすべて、又は、一部の電力変換回路を休止させる
    エレベーター。
    

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