JPH02202324A

JPH02202324A - 高圧電源装置

Info

Publication number: JPH02202324A
Application number: JP1019638A
Authority: JP
Inventors: Nagataka Seki; 関　長隆
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-10
Anticipated expiration: 2012-08-27
Also published as: JP2647182B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、０　（Ｈｚ、　）から所要濁波数までの可変
周波数運転に適した大容量の高圧電源装置に関する。

（従来の技術）第１０図は従来技術の１例を示すもので、１は電源、２
は変圧器、３はリアクトル、４は３相電圧形自励変換器
、５は単相ブリッジ電圧形自励変換器、６は昇圧用の変
圧器、７は負荷である。

３相電圧形自励変換器４と単相ブリッジ電圧形自励変換
器はここでは１組しか示していないが、総称として交流
電源ユニット１０ということにする。

第１０図の構成において、電源１は変圧器２で変圧され
た後、リアクトル３を介して３相電圧形自励変換器４の
第１交流端子４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに接続され、その第１直
流端子ＪＰ、４Ｎは単相ブリッジ電圧形自励変換器５の
第２直流端子ＳＰ、５Ｎに接続されている。単相ブリッ
ジ電圧形自励変換器の第２交流端子５Ｕ、５Ｖは変圧器
６の１次側と接続されその２次側に負荷７が接続される
。

３相電圧形自励変換器４や単相電圧形自励変換器５の具
体的な回路の１例を第１１図、第１２図にそれぞれ示す
。この回路は従来直流を交流に変換するインバータとし
て知られたものであるが、交流から直流への変換も可能
であるので、ここでは電圧形自励変換器の名称を用いて
いる。

第１１図、第１２図において１０１はＧＴＯサイリスタ
、１０２はダイオード０．１０３はヒユーズ、１０４は
コンデンサである。この回路には実用上スナバ回路、ｆ
−）回路などが必要である。この回路の動作については
よく知られており、例えば電気学会発行「半導体電力変
換回路Ｊ　（１９８７年３月）の６章や９章に詳しく説
明されているので説明は省略する。この回路構成は単相
ブリッジ電圧形自励変換器５を整流器として、また３相
電圧形自励変換器４ｆ！：インバータとしても動作させ
ることが出来る。

第１０図に戻って、負荷７には直流のＯＨｚから２５Ｈ
ｚｔでの任意の周波数の正弦波交流を、最高１１ｋＶの
高電圧で印加する必要がある用途を考えると、変圧器６
が有るために直流を負荷側に伝達することが出来々いと
いう基本的な問題がある。

変圧器を使えないとすると電圧形自励変換器の４と５は
１１　ｋＶの交流を直接出力できるようにするために、
直流電圧を約１８ｋＶに選ぶことになる。

しかし変換回路を構成する部品例えば半導体素子はそれ
に耐えるものがないので、１０数個直列に接続して使用
する必要がでてくる。

ＧＴＯなどの半導体素子の直列接続は既に行われている
が、電圧分担をよくするためにアノードリアクトルやス
ナバコンデンサが必要である。しかし半導体素子がオン
となるたびにスナバコンデンサの電荷の放電が生じこれ
が損失となり、一方半導体素子がオフするたびにアノー
ド９リアクトルの蓄積エネルギーが損失となる。これら
の損失を減らす研究も行われているが、直列接続の場合
の効果的手段はまだ見つかっていない。そこで出来る限
シスイツチング周波数を減らさねばならないために、正
弦波の交流を供給することが困難となる。

第１３図は負荷に直流を伝達することが出来るように改
良された従来回路例である。第１０図との違いは単相ブ
リッジ電圧形変換器５を複数個持ち、その一つの出力は
変圧器を介さずに負荷に接続している点である。直流を
も供給できること。

ＰＷＭ　（／？ルス幅変調）制御によシ正弦波の交流を
出せることなど従来の問題が解決されている。

（発明が解決しようとする課題）第１３図の回路構成は上述のような従来の問題点は解決
されているが、しかしなお変圧器が入力側と出力側に必
要なため機器の占有面積が広いこと、とシわけ出力側は
低周波のために、変圧器の外形が商用周波用の変圧器の
大きさに比べ２倍近くになること、その変圧器が直流で
偏磁されないように特別な制御が必要となること、信頼
性向上のための冗長度を持たせた設計あるいは部分運転
の機能設計が為されていないことなどの問題点が残る。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、直
流から所望の周波数まで正弦波の交流を発生することが
でき、変圧器を減らし、信頼性向上のための部分運転機
能を持つ優れた大容量の高圧電源装置を提供することに
ある。

［発明の構成コ（１！Ｉｆ！題を解決するための手段）本発明は、前記
目的を達成するために、交流を直流に或いは直流を交流
に変換する第１の電圧形自励変換器と、この変換器の直
流が供給され直流を交流に或いは交流を直流に変換する
第２の電圧形自励変換器から成る交流電源ユニットをｎ
組設け、この交流電源ユニットの入力側にそれぞれ絶縁
変圧器を設けて交流電源に接続し、出方側端子をそれぞ
れ直列接続してその直列接続端子間に負荷を接続し、更
に各交流電源ユニットの交流端子間に通常は開路状態の
開閉装置を具備したものである。

（作用）前述のように構成することにより、負荷には各交流電源
ユニットの出力電圧が直列的に加算されて加わるため高
電圧が得られる。

又、交流電源ユニットの出力側に変圧器を持たないため
、装置を小形化出来、更に又、いずれかの交流電源ユニ
ットが故障した場合には、その故障し九交流電源ユニッ
トの運転を停止し、故障した交流電源ユニットに設けら
れている開閉装置を閉路することによシ残りの健全な交
流電源ユニットで運転を継続出来るため信頼性を向上出
来る。

（実施例）第１図は本発明の１実施例である。従来図の説明に用い
たものと同一のものはその説明を省略する。但し添字は
同一のものが複数組有る場合に区別のために付けている
。１ｏの交流電源二二ツトは第１０図のものと構成上は
同じであるが、３組あって入力側は３個のリアクトル３
．．３．．３゜を介して変圧器２にそれぞれ接続されて
いる。出力側は厘次直列に接続されて負荷７につながる
。

電圧形自励変換器５の第２交流端子５Ｕ、５ｖ間には、
開閉装置１１が設けられている。

第１図の動作を説明する。交流電源ユニット１０１　、
１０１　＊　１　’３のそれぞれは３相電圧形自励変換
器４を整流器動作、単相ブリッジ電圧形自励変換器５を
インバータ動作とすることにより、直流を介して一方の
交流から、所望の交流を得ることが出来る。それぞれの
発生電圧は直列的に加算されて高電圧となり、負荷７に
供給される。逆に単相ブリッジ電圧形自励変換器５を整
流器動作、３相電圧形自励変換器４をインバータ動作と
することにより負荷７のエネルギーを電源に回生ずるこ
とが出来る。開閉装置１１１，１１．．１１．は常時開
いているが、例えば交流電源ユニット１θ！が故障した
場合は、その交流電源ユニットのみを運転停止すると共
に、開閉装置１１．を閉じることによシ、残りの交流電
源ユニット１０：と１０３を使って負荷７に電力を供給
できる。この例では交流電源ユニットの数が３台しかな
いので電圧は２／３に落ちるが、交流電源ユニット数が
多いときには、おるいは予め冗長度を持たせることによ
り、故障の影響をほとんど受けずに運転を継続すること
が出来る。万一交流電源ユニット１０の内部の部品が不
良とがっても内部回路のヒユーズが溶断して、他の健全
な交流電源ユニットの運転に支障を与えないようになっ
ている。ヒユーズの代わりに別の開閉装置を交流電源ユ
ニット１０毎に、必要に応じ設けることもある。

本発明によって得られる効果を列記すると次のようにな
る。

（１）交流電源ユニットと負荷との間には変圧器が無い
ので、負荷に直流を供給することが出来る。

（２）直列接続に伴うスイッチングの制約は無いので、
単相ブリッジ電圧形自励変換器５は開制御を行うことに
よりて、波形歪の少ない正弦波の交流を負荷に与えるこ
とが出来る。

（３）変圧器は電源側にのみ設けるので、据え付は面積
の縮小とコストの低減が期待される。

（４）一部の交流電源ユニットの故障に対しては。

その部分の運転を停止して、残シの交流電源ユニットで
部分運転を行わせることが出来るので、例えば公共機関
の重要な負荷の電源として用いる場合にも、無用な混乱
を与えずに済む。

（５）　　第１０図と比較すると交流電源ユニットの数
が多く不経済のように見えるが、対象とする負荷の容量
が非常に大きい場合を想定すると、第１０図の場合は多
数の半導体素子を並列に用いて１組の交流電源ユニット
としているのに対し、第１図の場合はユニット数を増し
て大容量化しているので、半導体素子の数としては同じ
かむしろ少ないくらいである。

第２図は他の実施例の一つである。第１図との違いは電
圧形自励変換器４が単相になっている点である。電圧形
自励変換器４は単相ブリッジ電圧形自励変換器５と全く
同一のものでよい。動作としては３相と単相の違いだけ
である。

第３図は同じく他の実施例の一つであって、第１図との
違いは３台の単相ブリッジ電圧形自励変換器５のうち１
台を単相ノ・−ツブリッジ電圧形自励変換器８に代えた
ものである。１０１，１０．は第１図と同様の交流電源
ユニットである。２０は直流回路に中性点を有する中性
点付き単相交流電源ユニットで、３相電圧形自励変換器
４と単相ハーフブリッジ電圧形自励変換器８で構成され
る。単相ハーフブリッジ電圧形自励変換器８は、第４図
に示すような回路をいい、その出力電圧は第１２図の回
路のそれの半分になる他は動作上の違いはがい。交流側
には第３交流端子を有し、直流には正極８Ｐと魚種８Ｎ
の他に中性点８Ｃを有する第３直流端子が有る。第３図
の構成上のメリットは、多相構成に適している点である
。第５図は一例として２相出力Ａ、Ｂを得るための電源
装置の構成を示したものである。添字に付し九Ａ及びＢ
はそれぞれ人相とＢ相を区別する必要があるとき圧用い
た。二つの中性点を結んでいる他Ｋ、図に示していない
制御装置によって交流出力電圧の位相を互いに９０°ず
らすことによシ、２相出力が得られる。

第６図は第５図と同様に２相出力を得るための電源であ
るが、変圧器２を各相共通にしたことと、中性点付き交
流電源ユニットの一部を共通にしている点である。３０
は２０とは出力端子数の異なる中性点付き交流電源ユニ
ットで、９は中性点付き２相ハーフブリツジ電圧形自励
変換器である。

電圧形自励変換器４の第１直流端子には、中性点付き２
相ハーフブリツジ電圧形自励変換器９の第・３直流端子
が接続されている。第７図はその中性点付き２相ハーフ
ブリツジ電圧形自励変換器９の詳細図である。この回路
は第４図の回路２組の直流と中性点同士を共通にしたも
のと考えればよい。

第５図及び第６図において１相のなかの交流電源ユニッ
トの一つが故障した場合には、該当する交流電源ユニッ
トの運転を停止しその出力に設けられた開閉装置１１は
閉として部分運転するが、同時に健全な他相も一部の交
流電源ユニットの運転を停止しその出力に設けられた開
閉装置も閉として部分運転することが、電圧の不平衡を
来さないために望ましい。

第１図に代表される本発明の電源装置においては、リア
クトル３と変圧器２は別々になっているが、変圧器の漂
遊リアクタンスをリアクトルとして利用するなら見かけ
上リアクトルのない回路構成も成立することは明かであ
る。また開閉装置１１は機械的な亀のに限定されず、第
２交流端子間または第３交流端子と中性点間を短絡する
機能を持つものの総称である。

これまで述べてきた電源装置は基本的に電源から負荷に
、また負荷から電源にエネルギーの移動が可能でありた
が、負荷の種類によっては必ずしも可逆の機能ばかりが
必要とは限らない。第８図は非可逆の電源装置の１例で
ある。４０は交流電源ユニット、４１は他励整流器、４
２はＬｆｉＬＣフィルタである。４１の具体的な回路は
第９図に示す通シ、３相ブリツジ整流器としてよく知ら
れた回路である。他励整流器４１の＠４交流端子４１Ｕ
、４２Ｖ、４ＺＷＫは変圧器２の２次が接続されておシ
、入力の交流を直流に変換後り型ＬＣフィルタで平滑に
する。その出力は第４直流端子４２Ｐ、４２Ｎから得ら
れる。第４直流端子と単相ブリッジ電圧形自励変換器５
の第２直流端子が接続されており、単相ブリッジ電圧形
自励変換器で再変換された交流は第２交流端子から得ら
れる。非可逆という点及び他励整流器は力率の制御機能
が無い点を除けばそれ以外の動作は第１図と同じである
。

［発明の効果コ以上詳述した本発明は、従来のものと比較して出力側の
変圧器が不用になることによって機器の占有面積が縮小
し、かつ高い運転信頼性を確保できる。従って、直流Ｏ
Ｈｚから比較的低周波までの正弦波交流を必要のする大
容量かつ高圧の電源。

例えば交通機関のリニア同期電動機駆動用の電源として
最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第５図、第６図。第８図、第９図は本発明のそれぞれ異る実施例を示す構
成図、第１０図は従来装置の構成図、第４図、第７図、
第１１図、第１２図、第１３図は説明のための図である
。１・・・電源、２および６・・・変圧器、３・・・リア
クトル、４・・・電圧形自励変換器、５・・・単相ブリ
ッジ電圧形自励変換器、７・・・負荷、８・・・中性点
付き単相ハーフブリッジ電圧形自励変換器、９・・・中
性点付き２相ハーフブリツジ電圧形自励変換器、１０・
・・交流電源ユニット、ＩＩ・・・負荷、２０・・・中
性点付き単相交流電源ユニット、３０・・・中性点付き
２相交流電源ユニツト、４０・・・非可逆交流電源ユニ
ット、４１・・・他励整流器、４２・・・Ｌ型ＬＣフィ
ルタ、１０１・・・ＧＴＯサイリスタ、１０２・・・ダ
イオード、１０３・・・ヒシーズ、１０４・・・コンデ
ンサ、１０５・・・サイリスタ。出願代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第図第図第図第図第１゜図第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１交流端子と第１直流端子を有する第１の多相
または単相ブリッジ電圧形自励変換器と、第２直流端子
と第２交流端子を有する第２の単相ブリッジ電圧形自励
変換器とが前記第１の直流端子と前記第２の直流端子と
を接続し、この直流回路を介して前記第１交流端子から
供給される交流から別の交流を前記第２交流端子に発生
する機能を持つ交流電源ユニットをｎ組設け、ｎ組の第
１交流端子はそれぞれｎ組のリアクトル及び絶縁変圧器
を介して交流電源に接続され、前記ｎ組の第２交流端子
は直列接続して、この直列接続端子間に負荷を接続し、
且つ前記ｎ組のそれぞれの第２交流端子間に通常は開路
されている開閉装置を設け、前記交流電源ユニットのい
ずれかが故障した際はその故障電源ユニットは運転を停
止してその故障電源ユニットに設けられている前記開閉
装置を閉路して部分的に運転を継続できるようにしたこ
とを特徴とする高電圧電源装置。
（２）請求項（１）に記載の高圧電源装置において、ｎ
組のリアクトルは絶縁変圧器の持つ漂遊リアクタンスの
機能で代替したことを特徴とする高圧電源装置。
（３）請求項（１）に記載の高圧電源装置において、第
１の多相または単相ブリッジ電圧形自励変換器の代りに
、第４交流端子と第４直流端子を有する多相または単相
ブリッジ他励整流器とＬ形ＬＣフィルタで構成したこと
を特徴とする高圧電源装置。
（４）第１交流端子と第１直流端子を有する第１の多相
または単相ブリッジ電圧形自励変換器と、第２直流端子
と第２交流端子を有する第２の単相ブリッジ電圧形自励
変換器とが前記第１の直流端子と前記第２の直流端子と
を接続して直流連系して、前記第１交流端子から供給さ
れる交流から別の交流を前記第２交流端子に発生する機
能を持つ交流電源ユニットを（ｎ−１）組、前記第１の
多相または単相ブリッジ電圧形自励変換器と同様な変換
器と、正極端子と負極端子と中間電位端子付きの第３直
流端子と第３交流端子を有する第３のハーフブリッジ電
圧形自励変換器とが前記第１直流端子と前記第３直流端
子の正極端子、負極端子とを接続し、この直流回路を介
して前記第１交流から供給される交流から別の交流を前
記第３交流端子と前記正極端子及び前記負極端子間に発
生する機能を持つ直流中性点付き交流電源ユニットを１
組設け、ｎ組の第１交流端子はそれぞれｎ組のリアクト
ル及び絶縁変圧器を介して交流電源に接続され、前記（
ｎ−１）組の交流電源ユニットの第２交流端子及び前記
直流中性点付き交流電源ユニットの第３交流端子と中間
電位端子とを直列接続して、この直列接続端子間に負荷
を接続し、且つ前記（ｎ−１）組のそれぞれの第２交流
端子間及び前記１組の第３交流端子と中間電位端子にそ
れぞれ通常は開路されている開閉装置を設け、前記交流
電源ユニットのいずれかが故障した際はその故障電源ユ
ニットは運転を停止してその故障電源ユニットに設けら
れている前記開閉装置を閉路して部分的に運転を継続で
きるようにしたことを特徴とする高圧電源装置。
（５）請求項（４）に記載の高圧電源装置において、複
数組の高圧電源装置を設け、それぞれの中性点を接続す
ると共に各高圧電源装置は位相差を持たせて運転するこ
とにより位相の異る交流出力を発生するようにしたこと
を特徴とする多相の高圧電源装置。
（６）請求項（５）に記載の多相の高圧電源装置におい
て、中性点付き交流電源ユニットの第１の多相または単
相ブリッジ電圧形自励変換器及びそれに接続されるリア
クトルと絶縁変圧器巻線は複数組の高圧電源装置に共通
に設けることを特徴とする多相の高圧電源装置。
（７）請求項（５）に記載の多相の高圧電源装置におい
て、一相の高圧電源装置が一部の交流電源ユニットの故
障で部分運転を行う場合には、他相の高圧電源装置も同
様の部分運転を行うことを特徴とする多相の高圧電源装
置。
（８）請求項（６）に記載の多相の高圧電源装置におい
て、一相の高圧電源装置の故障で部分運転を行う場合に
は、他相の高圧電源装置も同様の部分運転を行うことを
特徴とする多相の高圧電源装置。
（９）請求項（４）乃至請求項（８）に記載の高圧電源
装置において、ｎ組のリアクトルは絶縁変圧器の持つ漂
遊リアクタンスの機能で代替したことを特徴とする高圧
電源装置。