JPH09182451A - High-voltage output power converter - Google Patents

High-voltage output power converter

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JPH09182451A
JPH09182451A JP7333411A JP33341195A JPH09182451A JP H09182451 A JPH09182451 A JP H09182451A JP 7333411 A JP7333411 A JP 7333411A JP 33341195 A JP33341195 A JP 33341195A JP H09182451 A JPH09182451 A JP H09182451A
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voltage
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power conversion
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Akio Hirata
田 昭 生 平
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-voltage output power converter by which a high voltage can be output well without connecting switching elements in series. SOLUTION: A high-voltage output power converter is provided with DC power supplies Ed1 to Ed3 which are installed independently at every phase of three phases, with first and second multilevel single-phase power conversion circuits 15R1 to 15T1, 15R2 to 15T2 which comprise at least four switching elements S1 to S4 connected in series across output terminals of corresponding DC power supplies at every phase and with three sets of single-phase inverter circuits in which AC terminals U's of the first multilevel single-phase power conversion circuits are connected to a common bus O which is common to every phase and from which AC output terminals R's, S's, T's, at phases corresponding to the AC terminals of the second multilevel single-phase power conversion circuits are derived.

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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an output voltage of 3 kV.
The present invention relates to a high voltage output power converter that exceeds the above range, and particularly to a high voltage output power converter that uses a switching element composed of a self-extinguishing type 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 As a power converter capable of outputting a high voltage, various circuit converters have been proposed. In particular, a multi-level inverter, particularly a 3-level inverter, is well known as a power converter for high voltage output whose output voltage exceeds 3 kV (see Japanese Patent Laid-Open No. 55-43996). FIG. 5 shows the 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。
The power conversion apparatus shown in FIG. 5 relates to a three-level inverter apparatus, in which AC power input from an AC input terminal 11 is converted into DC power by a converter 12 and the DC power is output to DC busbars P and N. To do. Between the DC buses P and N, two series voltage dividing capacitors 13 and 14 having a common connection point as a neutral point C are connected. These voltage dividing capacitors 13 and 14 form a voltage dividing circuit. Three sets of three-level power conversion circuits 1 are provided on the DC buses P and N.
5R, 15S, and 15T are connected in parallel on the DC side. Internal structure of these three sets of three-level power converter circuit are the same and will be described for the first power conversion circuit 15R, respectively diodes D 1 to D 4 are four of the connected in series connected in antiparallel Semiconductor switching elements S 1 to S
4 and two diodes D 5 and D 6 in the same direction as the antiparallel diode. Switching element S 1 ,
S 2 and diodes D 1 and D 2 anti-parallel to them constitute a positive arm, and switching elements S 3 and S 4
And the negative side arm is constituted by the diodes D 3 and D 4 which are anti-parallel to them. The cathode of the diode D 5 is connected to the cathode of the diode D 2 , and the diode D 5 ,
The common connection point of D 6 is connected to the voltage dividing capacitor neutral point C, and the anode of the diode D 6 is connected to the anode of the diode D 3 . Power conversion circuits 15R, 15S,
15T has the same internal connection as described above, and the common connection points of the diodes D 5 and D 6 are commonly connected to the neutral point C of the voltage dividing capacitor. AC output terminals R, S, T are derived from the connection points of the switching elements S 2 , S 3 of the first, second, and third power conversion circuits 15R, 15S, 15T, and the AC output terminals R, S, The load motor 16 is connected to T. The semiconductor switching elements S 1 to S 4 are generally GTO (gate turn-off thyristor).
And IGBT (gate insulation type bipolar transistor)
Self-extinguishing devices such as are 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。
[0004] According to the three-level inverter main circuit shown in FIG. 5, it is possible to obtain the switching element S 1 to S 4 of the AC output terminal R by selective on-off operation, S, a 3-level voltage to T, moreover outputs The harmonic components contained in the AC power generated are small, and the load motor 16 can be operated stably.

【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 voltage dividing capacitors 13 and 14 divide the switching elements S 1 to S 2 and S 3 to S 4 of each arm. Only the voltage is applied, and the elements S 1 to S 4 are characterized in that the voltage utilization rate is improved as compared with the case where two switching elements having the same rating are connected in series and used.

【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-dividing type N-level inverter main circuit is proposed, including a multi-level one, for example, a five-level one (for example, a five-level type). , Institute of Electrical Engineers, Semiconductor Power Conversion Workshop Material SPC-93-71, Ikuo Ide et al. “SV using a capacitor voltage dividing multi-level inverter
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, it is common to use self-turn-off devices as the switching elements S 1 to S 4 . In addition to the GTO and IGBT described above, self-extinguishing devices include MOS devices such as IEGT (injection promoting transistor) and SI thyristor (static induction thyristor), which are relatively new devices. GTO has the highest voltage rating for arc-extinguishing devices so far, and GTO with 4.5 kV or 6 kV rated voltage has been commercialized. The rated voltage of other self-extinguishing devices is still low, but it is 4.5
Research to improve to the kV class continues in various fields. From these points, when commercializing a high-voltage output power converter, a GTO is used as a self-extinguishing device, and the 3-level inverter main circuit configuration of FIG. 5 that actually uses a GTO with a rated voltage of 4.5 kV or 6 kV is used. Therefore, 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 into 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, including overseas, the load motor 16
Has various voltage ratings, such as 4.2kV class,
It is often used in the area exceeding 3 kV such as 6 kV class and 10 kV class. When the load motor 16 has a large capacity, a high rated voltage is generally selected in many cases. For example, when configuring a power conversion device that supplies AC power to the load motor 16 having a rated voltage of 6 kV class, the switching element S is used in the related art as shown in FIG.
Since the rated voltage of 1 to S 4 and the diodes D 1 to D 6 are insufficient, it is necessary to use two or more self-extinguishing devices or diodes connected in series. In this way, in order to use self-extinguishing devices and diodes connected in series, it is configured by combining resistors and series circuits of capacitors and capacitors so that the shared voltages of the self-extinguishing devices connected in series are equal. It is necessary to connect a voltage balancing circuit to each self-extinguishing device or diode in parallel. The voltage balancing circuit for these self-extinguishing type devices and diodes has a drawback that not only increases the number of main circuit connecting components, but also increases power loss, as is 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 the self-arc-extinguishing type device and the diode connected in series to completely divide the applied voltage evenly under the transient operating condition in the main circuit. It is generally used in consideration of the unbalance of the voltage sharing of at least about 10%, though it varies depending on the number and the operating conditions. Therefore, the constant voltage utilization rate of the self-arc-extinguishing device and the diode is correspondingly reduced, resulting in an uneconomical power conversion device.

【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 devices that constitute the switching elements S 1 to S 4 are switching elements capable of turning on or off the main circuit current according to a control signal. The DC power can be PWM-controlled by the main circuit configuration of the three-level inverter shown in FIG. 5, for example, to supply the variable-voltage AC power to the load motor 16. When the PWM control is performed in this way, an AC output voltage of an arbitrary voltage can be obtained, so that various power conversion devices use the PWM control method. By the way, P
When performing WM control, the allowable switching frequency depends on the type of self-extinguishing device. For example, G
Allowable switching frequency for TO is generally 500H
z, and generally 2 to 10 kHz in the case of IGBT
It is a degree. Generally, the self-extinguishing type device has a lower switching frequency as the rated value of voltage / current increases.
This is PW rather than the ohmic loss generated by passing a current in the power loss generated by the self-extinguishing device.
This is because the switching loss becomes large when the self-extinguishing device is turned on / off by the M control. On the other hand, in the power conversion device, it is desirable to increase the switching frequency in order to obtain an AC output close to a sinusoidal waveform with a small amount of harmonics, but a self-extinguishing device is generated by suppressing an increase in switching loss. To reasonably dissipate the heat loss and cool the device, the switching frequency as described above is selected and used according to each self-turn-off 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, since the switching loss increases as the voltage increases, a power converter capable of supplying the alternating-current power with a reduced harmonic content while keeping the switching frequency as low as possible 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 the AC power supply for supplying the AC power through the AC input terminal 11 can also supply the AC power with a small amount of harmonics, but it is also known that the size of the harmonics is generally determined by the condition of the converter 12 side. 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。
When the self-extinguishing type device outlined above is used as the semiconductor switching elements S 1 to S 4 to obtain a high voltage AC output, the self-extinguishing type device is functionally operated. In a 3-level inverter configured using the minimum number of required elements, the limit is to obtain an output voltage of 3kV class, and 4.2kV class or 6kV class.
And outputs the class of voltage to the high voltage output power converter, the series connection of two or more self-arc-extinguishing devices each switching element S 1 to S 4 in FIG. 5 a self-extinguishing type device Had to consist of. As described above, the high-voltage output power converter configured by connecting the self-extinguishing type devices in series could not sufficiently solve various technical problems described below.

【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 type devices constituting the semiconductor switching elements S 1 to S 4 are used in series connection in a high voltage output power converter exceeding 3 kV, the following problems have occurred. (1) Since the self-extinguishing type devices used in series connection turn off at a relatively high speed of a few microseconds, the series connection technology itself is extremely effective, such as selecting and combining the turn-off characteristics of the self-extinguishing type devices. was difficult. (2) The self-extinguishing type devices connected in series had to have a margin of 10% or more in voltage rating in order to cope with 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 would be as even as possible. When the voltage balance circuit is provided, the number of main circuit connecting components increases and the reliability of the power conversion device also decreases. (4) When the self-extinguishing type devices are connected in series, the number of main circuit connecting components increases, which not only increases the size of the power conversion device but also is 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, in the case of PWM control of the power converter constituted by using the self-extinguishing type device, it is practically 5
It is desirable to perform switching operation at a switching frequency of 00 Hz or higher, but this causes the following problems. (5) In the self-extinguishing type device, since the switching loss increases more than the ohmic loss during the ON operation due to the increase of the switching frequency, it becomes necessary to reduce the energizing current. (6) If the electric power loss generated by the self-extinguishing type device is large, the cooling device for dissipating the lost heat must be upsized.

【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。
Furthermore, from the viewpoint of the AC power supply side that supplies AC power to the power conversion device, it is desirable that the harmonic components generated on the power conversion device side 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, according to the present invention, the switching element composed of the self-extinguishing type device is not connected in series.
It is possible to output a high voltage exceeding kV, and the main circuit configuration is simple and highly reliable, economical and highly efficient.
It is an object of the present invention to provide a high voltage output power conversion device that can be downsized.

【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 invention of claim 1 provides a DC power source independently provided for each of the three phases and an output terminal of the DC power source corresponding to each phase. A voltage dividing circuit consisting of at least two voltage dividing capacitors connected in series between each, and at least four voltage dividing circuits connected in series between the output terminals of the corresponding DC power source for each phase.
A first arm and a second multi-level single-phase power conversion circuit having switching elements composed of self-extinguishing devices, and a positive arm in the first and second multi-level single-phase power conversion circuits; The voltage dividing potential is applied from the voltage dividing circuit to the series connection point of the switching elements of the negative arm through the diode unique to the AC terminal of the first multilevel single-phase power conversion circuit to the common bus common to each phase. Connected, second
The high voltage output power conversion device is provided with three sets of single-phase inverter circuits in which the AC output terminals of the corresponding phases are derived from the AC terminals of the multilevel 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 apparatus according to the first aspect, the voltage dividing circuit is composed of two voltage dividing capacitors, and the first and second multilevel single-phase power conversion circuits are respectively 4
It is characterized in that it is a three-level single-phase power conversion circuit composed 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 apparatus according to the first or second aspect, the switching element is a module type self-extinguishing type device, and the common busbar 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 apparatus according to the first or second aspect, the switching element is a module type self-extinguishing type device, and the common busbar is provided with 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 that generates a carrier wave for PWM control, a first modulation circuit that PWM-controls a first multilevel single-phase power conversion circuit based on a voltage command signal and a carrier wave, and a first modulation circuit that is based on the voltage command signal and the carrier wave And a second modulation circuit for PWM-controlling the second multilevel 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 wave input from the carrier wave generation circuit to the first modulation circuit and the carrier wave input to the second modulation circuit. Are different from each other in phase.

【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 conversion device according to the second aspect, the DC power source 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 source has three sets of secondary windings for outputting insulated AC voltages having different voltage phases. It is characterized by comprising a multi-winding insulation 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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a high voltage output power converter according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG.
The power converter shown in (3) includes three sets of DC power supplies E d1 , E d2 , and E d3 which are insulated from each other according to the number of output phases (three phases). Each DC power supply has a voltage dividing capacitor 13, 1
4 and 2 sets of 3 level power conversion circuits are provided.
That is, the R-phase has three-level power conversion circuits 15R1, 1
5R2 is provided, and a 3-level power conversion circuit 15 is provided for the S phase.
S1 and 15S2 are provided, the T-phase is provided with three-level power conversion circuits 15T1 and 15T2, and two sets of three-level power conversion circuits in each phase constitute a single-phase inverter circuit. 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 the elements corresponding to each other have the same reference numerals. Add explanation about the difference between input and output. As the switching elements S 1 to S 4 , GTO, which is one type of self-extinguishing type device, is used here. It has already been stated that the DC side of the power conversion circuit of each phase is connected to the DC power source insulated from each other. The connection mode between the power conversion circuits of two sets for each phase and the diodes D 5 , D 6 and the voltage dividing capacitor neutral point C is no different from the case of FIG. Here, the difference from FIG. 5 is that each phase 2
It is a connection of AC output terminals of a pair of power conversion circuits. That is, the first power conversion circuits 15R1, 15S1, 1 for each phase
The AC output terminal U of 5T1 is connected to the common bus O to form the neutral point of the three-phase circuit, and the second power conversion circuit 15 of each phase is formed.
The AC output terminals of R2, 15S2 and 15T2 form 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, T and is 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 formed by using two sets of three-level power conversion circuits have DC power supplied from DC power supplies E d1 , E d2 , and E d3. Is converted into three-phase AC power, and AC output terminals R,
Supply to the load motor 16 via S and T. At this time, each single-phase inverter circuit outputs the phase voltage of each phase of R, S, and T of the three-phase AC power, but since the AC output terminal U side is connected to the common bus O, the three-phase total The output voltage of each single-phase inverter circuit is 3 −1/2 (= 0.58) times the input voltage of the load motor 16 because of the Y-connection configuration. Thus, the fact that the AC output voltage of each single-phase inverter circuit becomes 3 -1/2 times the input voltage of the load motor 16 means that the three-level power conversion circuit 15 can be compared with the conventional system of FIG.
It means that the DC input voltage of R, 15S, and 15T can also be multiplied by 3 -1/2 . 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 It means that it is possible to realize a high-voltage output power converter capable of operating the load motor 16 of FIG.

【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 3-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 have a multi-stage waveform with a maximum of 5 levels, and a clean (that is, close to a sine wave) waveform. Of the switching elements S 1 to S, which can output the AC output voltage of
By converting 4 into the configuration shown in FIG.
AC output voltage up to V class can be obtained. Therefore, without connecting switching elements in series,
Since the power conversion device that outputs a higher voltage can be configured by using the level power conversion circuit, it is possible to prevent a decrease in the voltage utilization rate due to the conventional series connection of switching elements, which is technically difficult. It is not necessary to provide a voltage balance circuit associated with the series connection, the reliability and economy of the power conversion device can be improved, and the size of the device can be 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. 1, JP-A-55-439 is used.
As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 96-96, a main circuit configuration composed of three sets of single-phase inverter circuits configured by using two sets of three-level power conversion circuits for each phase has been illustrated. Even if the multi-level power conversion circuit as disclosed in Japanese Patent No. 36711 is used as a main circuit configuration instead of the three-level power conversion circuit of FIG. 1, the above-described actions and effects can be achieved.

【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 shown in FIG. 1, three sets of DC power sources E d1 , E d2 and E d3 which are insulated from each other are provided. Independent DC power supplies E d1 , E d2 , E electrically separated in this way
By providing d3 , it is possible to eliminate cross currents flowing between the three phases of the single-phase inverter circuit, prevent mutual interference due to cross currents, 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. The device of FIG. 2 is characterized in that in the circuit device of FIG. 1, the common bus O forming the neutral point is grounded via the parallel connection body of the fuse 17 and the impedance element 18. In some cases, the fuse 17 or the impedance element 18 may be omitted and the impedance element 1
It is also possible to connect the ground via only 8 or only through the 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 via 7 and the impedance element 18, the common bus O is fixed to the ground potential, and the switching elements S 1 to S 4 used in the three-level power conversion circuit are constituted by self-extinguishing type devices. In doing so, the ground insulation voltage of those self-extinguishing devices and main circuit components is equivalent to 3 -1/2 times the AC output voltage (line voltage), which is the output voltage (phase voltage) of the single-phase inverter circuit. It becomes possible to select it as a standard. Fuse 17 due to ground fault current
If the fuse is blown, the common bus line O becomes the impedance element 18
The fault current is cut off or the fault current is controlled by the impedance element 18 for a short time until the device is stopped, while suppressing the rise of the ground potential of the device. 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。
Self-extinguishing devices include flat devices and modular devices. The flat device dissipates heat by attaching cooling fins on both sides of the device. In contrast,
In the module type device, one of the heatsinks is electrically insulated and the device chip is attached, and the heatsink is electrically insulated. Therefore, a common cooling fin is used to cool the devices of different potentials. In this way, the modular self-extinguishing device has the advantage that a common cooling fin can be used to dissipate the heat loss inside the device. Therefore, the modular self-extinguishing device can be used in the IGBT and recent new MOS devices. A structure for an arc extinguishing device is desired. However, in the module type device, it is difficult to electrically insulate the heat sink from the device chip, and it is difficult to significantly improve the withstand voltage of the module type self-extinguishing type 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 configured by a modular self-extinguishing device with a low ground insulation voltage. By using the module type self-extinguishing type device, it is possible to reduce the size of the power conversion device and improve the economical 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 the flat type device and the module type device are compared with each other, it is known that the module type device is weaker in terms of mechanical withstanding capacity in addition to the dielectric strength withstand voltage performance. When a power conversion device is configured by using a switching element composed of a module type self-extinguishing type device, the electrical insulation between the heat sink and the device chip deteriorates due to a fault current due to a DC short circuit accident, and the power is formed via the common bus O. There is a risk of large ground fault currents flowing through the ground loops. In such a case, it is necessary to promptly suppress the ground fault current. However, as shown in FIG. 2, the fuse 17 or the impedance element 1
Ground fault current can be suppressed by grounding common bus O through 8 or both, and
The reliability of protection against ground 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 functionally substantially the same as that of FIG. 1, but here, as the switching elements S 1 to S 4 , the IGBT, which is a kind of self-extinguishing type device like the GTO, is used. The one using is shown. The characteristic of the device of FIG. 3 lies in the part of the control device. Here, as a control device, a voltage control circuit 20, a carrier wave generation circuit 21, a first modulation circuit 221, and a second modulation circuit 22 are provided.
2 are provided. The voltage control circuit 20 is a modulation circuit 22.
It outputs the voltage command signals e c1 and e c2 for inputting to 1, 222. The carrier waves e 1 and e 2 are also input from the carrier wave generation circuit 21 to the modulation circuits 221 and 222. Modulation circuit 22
1 is PW based on the voltage command signal e c1 and the carrier wave e 1.
A control signal for M control is created and supplied to the first three-level power conversion circuits 15R1, 15S1, 15T1 to control the respective switching elements. Similarly, the modulation circuit 2
22 is P based on the voltage command signal e c2 and the carrier wave e 2.
A control signal for WM control is created and supplied to the second three-level power conversion circuits 15R2, 15S2, 15T2 to control the respective switching elements.

【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 the respective power conversion circuits are PWM-controlled by the two sets of modulation circuits 221, 222, the phase difference between the two sets of voltage command signals e c1 and e c2 is controlled, and carrier waves e 1 and e similar to the above are used. 2 may be used for PWM control, and the phase difference between the voltage command signals e c1 and e c2 is not controlled, but the phase difference of 180 ° is provided between the carrier waves e 1 and e 2. 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 output voltage of five levels closer to a sine wave is obtained. Can be generated and supplied to the load motor 16, and the switching frequencies for PWM control are combined. Therefore, even if the switching frequencies of the switching elements forming the respective three-level power conversion circuits are reduced, 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 high rated voltage self-extinguishing devices,
At a switching frequency of about 500 Hz, the switching loss is usually 70% and the ohmic loss is 30%. However, if the switching frequency could be reduced to about 300 Hz, the switching loss of the self-extinguishing type device is shown. Is 28 (= 70-70 × 300/500)
It can be reduced to%. In addition, this effect not only reduces the switching loss of the self-extinguishing type device but also reduces the additional power loss in the snubber circuit and other main circuit parts attached to each switching element, so that the power consumption of the entire device is reduced. The loss can be significantly 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 is characterized by the direct current power source portion of the main circuit. That is, in this embodiment, a common primary winding 240 and three sets of secondary windings 24 are provided.
A multi-winding isolation transformer 24 having 1,242,243,
Converters 251, 252, 2 connected to each secondary winding
The DC power supply is separated from each of the components 53 and 53 for each phase. The output voltage of the three secondary windings of the transformer 24 is 20
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 secondary windings 241 and 243 are + 20 ° to −20 ° or −. The internal winding configuration and connection of the secondary windings 241 to 243 are performed so as to be 20 °. 20 such transformers
A known phase-shifting 18-phase rectifier transformer can be used. By configuring the 18-phase rectifier circuit in this manner, the harmonic current component seen from the AC power source to which the primary winding 240 of the transformer 24 is connected is the (18n ± 1) th.
(n is a positive integer) harmonics only, and can be equal to or less than the harmonic current component corresponding to the harmonic regulation. In the case of the circuit of FIG. 4 as well, there is no interference between the DC power supplies of each phase, so stable operation is possible, and it is possible to realize a high-voltage output power converter that reduces the effects of harmonics on the input AC power supply side. 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 internal configuration of the multilevel power conversion circuit and the PWM control method described above.
Various changes can be made and implemented within the scope of not changing the gist.

【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, it is possible to provide a high voltage output power converter having the following effects. (1) According to the invention described in claim 1, it is possible to supply an output voltage that is 3 1/2 times (= 1.73 times) higher than the conventional output voltage without connecting the self-extinguishing type devices in series. . As a result, a) It is not necessary to use the voltage balancing circuit that was required in the past when connecting the self-extinguishing devices in series for high voltage output, and it is necessary to connect the self-extinguishing devices in series, which is technically difficult. There is no. As a result, the number of main circuit connecting parts is reduced, and it is possible to provide a compact and highly reliable power conversion device.

【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 factor of the self-arc-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 can be omitted, and a power conversion system with a simplified main circuit can be provided. You can (2) According to the invention described in claim 3 or claim 4, in addition to the above effects, high voltage output power that makes the withstand voltage insulation voltage 3 -1/2 times (= 0.58 times) that of the conventional one. A conversion device can be provided. As a result, a) A power converter using a module-type self-arc-extinguishing device can be provided. By adopting the module-type self-arc-extinguishing device, cooling and assembling of the power converter can be simplified and economical power consumption can be reduced. It can be a conversion device. b) The protection of the module type self-extinguishing type device is also improved, and the power conversion device with high reliability against a grounding accident can be provided. (3) According to the invention described in claim 5 or claim 6, in addition to the above effects, it is possible to supply alternating-current power with less harmonic components even if the switching frequency of the self-arc-extinguishing device is reduced. it can. As a result, a) the power loss of the self-extinguishing type device can be reduced by about 28% as compared with the conventional type. b) Since the power loss of the snubber circuit for the self-extinguishing type device and other main circuit components is also reduced, it is possible to obtain a power conversion device that has high operating efficiency and that requires a small cooling device. (4) According to the invention described in claim 7, in addition to the above effects, there is provided a high voltage output power converter capable of preventing mutual interference on the DC power supply side and improving the reliability of stable operation. be able to. (5) According to the invention described in claim 8, in addition to the above effects, it is possible to provide a high-voltage output power converter capable of significantly 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 wiring 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 wiring 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 wiring 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 wiring diagram of a high voltage output power converter 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 high-voltage output power converter according to the related art.

【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 wave generation circuit 221, 222 Modulation circuit 24 Multiple winding Line insulation transformer 251,252,253 converter

Claims (8)

【特許請求の範囲】[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。
1. A component comprising a DC power supply provided independently for each of the three phases and at least two voltage dividing capacitors connected in series between the output terminals of the corresponding DC power supply for each phase. First and second multi-level single-phase power having a voltage circuit and a switching element composed of at least four self-extinguishing type devices connected in series between output terminals of corresponding DC power supplies for each phase The voltage dividing circuit has a conversion circuit, and is divided from the voltage dividing circuit via a diode unique to the series connection point of the switching elements of the positive side arm and the negative side arm in the first and second multilevel single-phase power conversion circuits. A piezo-electric potential is applied, the AC terminals of the first multi-level single-phase power conversion circuit are connected to a common bus common to each phase, and the corresponding AC terminals of the second multi-level single-phase power conversion circuit are connected. 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 device according to claim 1, wherein the voltage dividing circuit comprises two voltage dividing capacitors, and each of the first and second multilevel single-phase power conversion circuits comprises four switching elements. A high-voltage output power converter that is a three-level single-phase power converter 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. The high voltage output power converter according to claim 1, wherein the switching element is a module type self-extinguishing type device, and the 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. The apparatus according to claim 1, wherein the switching element is a module type self-extinguishing type device, and the common busbar 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. The high-voltage output power converter according to claim 1, wherein a common voltage control circuit that generates a voltage command signal for the 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 PWM-controls a first multilevel single-phase power conversion circuit based on the voltage command signal and the carrier wave, and a second modulation circuit based on the voltage command signal and the carrier wave. A high-voltage output power conversion device comprising a second modulation circuit that PWM-controls a 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 the phase of the carrier wave input from the carrier wave generation circuit to the first modulation circuit and the phase of the carrier wave input to the second modulation circuit. High voltage output power converter with different output.
【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 source is insulated for each of the single-phase power converter circuits.
【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. A high voltage output power converter according to claim 7, wherein said DC power supply has three sets of secondary windings for outputting isolated AC voltages having mutually different voltage phases. A high-voltage output power converter comprising a transformer and a converter for rectifying the AC output of the secondary winding corresponding to each phase.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010051645A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-14 Socovar S.E.C. Multilevel electric power converter
JP2015035948A (en) * 2013-08-08 2015-02-19 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Method for determining phase angle in phase shift transformer for high voltage inverter
US9287797B2 (en) 2012-10-30 2016-03-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Electric power converting device and electric power converting method
US9374030B2 (en) 2013-06-28 2016-06-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Generator excitation apparatus and power conversion system
US9923484B2 (en) 2014-10-31 2018-03-20 Ecole De Technologie Superieure Method and system for operating a multilevel electric power inverter
JPWO2017187577A1 (en) * 2016-04-27 2018-07-19 三菱電機株式会社 Inverter device
CN108923626A (en) * 2018-08-15 2018-11-30 东北大学 A kind of negative pressure Bootstrapping drive circuit of three level T-type common source current transformer
CN109039032A (en) * 2018-08-15 2018-12-18 东北大学 A kind of three level T-type common source current transformer driving circuits

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010051645A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-14 Socovar S.E.C. Multilevel electric power converter
US9287797B2 (en) 2012-10-30 2016-03-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Electric power converting device and electric power converting method
US9374030B2 (en) 2013-06-28 2016-06-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Generator excitation apparatus and power conversion system
JP2015035948A (en) * 2013-08-08 2015-02-19 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Method for determining phase angle in phase shift transformer for high voltage inverter
US9923484B2 (en) 2014-10-31 2018-03-20 Ecole De Technologie Superieure Method and system for operating a multilevel electric power inverter
JPWO2017187577A1 (en) * 2016-04-27 2018-07-19 三菱電機株式会社 Inverter device
CN108923626A (en) * 2018-08-15 2018-11-30 东北大学 A kind of negative pressure Bootstrapping drive circuit of three level T-type common source current transformer
CN109039032A (en) * 2018-08-15 2018-12-18 东北大学 A kind of three level T-type common source current transformer driving circuits
CN108923626B (en) * 2018-08-15 2019-08-27 东北大学 A kind of negative pressure Bootstrapping drive circuit of three level T-type common source current transformer

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