JPH1066343A - Power converter - Google Patents

Power converter

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JPH1066343A
JPH1066343A JP8221995A JP22199596A JPH1066343A JP H1066343 A JPH1066343 A JP H1066343A JP 8221995 A JP8221995 A JP 8221995A JP 22199596 A JP22199596 A JP 22199596A JP H1066343 A JPH1066343 A JP H1066343A
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JP
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power
switch elements
current
voltage
power supply
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Application number
JP8221995A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosaku Ichikawa
耕作 市川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH1066343A publication Critical patent/JPH1066343A/en
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487Neutral point clamped inverters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the modulation frequency of the PWM control higher, suppress high frequency components leaked into an AC system side and, further, reduce the power loss of switching devices and improve the operation efficiency when an NPC inverter is used as an NPC converter. SOLUTION: When a 1st and 3rd switching devices S1 and S3 are turned on and off alternately by PWM control while a 2nd switching device S2 is in an on-state and a 4th switching device S4 is in an on-state or, when the 2nd and 4th switching devices S2 and S4 are turned on and off alternately by PWM control while the 1st switching device S1 is in an off-state and the 3rd switching device S3 is in an on-state in order to convert an AC power into a DC power, a current is cut off by the switching devices S2 and S3 with the modulation frequency of the PWM control and the switching loss is proportional to the modulation frequency. Switching devices whose characteristics are such that switching lossess for one on-off operation are smaller than the loss of an ordinary devices are used as the switching devices S2 and S3 to improve the conversion efficiency.

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、交流電力を直流電
力に変換する電力変換装置に係り、特に、交流系統側へ
流出する高調波電流を低減するとともに電力損失を低減
し運転効率を向上させるようにした電力変換装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter for converting AC power into DC power, and more particularly to reducing harmonic current flowing to an AC system, reducing power loss and improving operating efficiency. The present invention relates to a power conversion device as described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】PWM制御により直流電圧を高調波の少
ない交流電圧に変換する電力変換装置としてNPCイン
バータが用いられている。このNPCインバータは、図
8に示すように、直流電圧源1の直流母線P,Nから供
給される直流電圧をPWM制御して所望の交流電圧に変
換し交流端子U,V,Wを介して負荷30に交流電力を
供給する変換回路20を備え、直流母線P,N間に中性
点電位Cを得る2個のコンデンサ2、3の直列回路が接
続され、変換回路20が交流端子U,V,Wに交流電圧
を出力する際に、正極P、負極N、中性点Cのいずれか
の電位を出力するように3レベルの電位でPWM制御を
行うものである。
2. Description of the Related Art An NPC inverter is used as a power converter for converting a DC voltage into an AC voltage having less harmonics by PWM control. As shown in FIG. 8, the NPC inverter converts a DC voltage supplied from the DC buses P and N of the DC voltage source 1 into a desired AC voltage by PWM control, and converts the converted DC voltage through AC terminals U, V and W. A conversion circuit 20 for supplying AC power to a load 30 is provided. A series circuit of two capacitors 2 and 3 for obtaining a neutral point potential C is connected between DC buses P and N, and the conversion circuit 20 is connected to AC terminals U and When an AC voltage is output to V and W, PWM control is performed at three levels of potentials so as to output one of the positive electrode P, the negative electrode N, and the neutral point C.

【0003】変換回路20は、U相、V相、W相のブリ
ッジ回路20u,20v,20w で成り、U相のブリッジ回
路20u は4個のスイッチ素子Su1〜Su4の直列回路が
直流母線P,N間に接続され、中間点(スイッチ素子S
u2とSu3の接続点)が交流端子Uに接続され、各スイッ
チ素子Su1〜Su4にはダイオードDu1〜Du4が逆並列に
接続されている。また、ダイオードDu2とDu3の直列回
路と並列に中性点クランプダイオードDu5とDu6の直列
回路が接続され、中性点クランプダイオードDu5とDu6
の接続点が中性点Cに接続されている。V相、W相のブ
リッジ回路20v,20w も同様に構成されている。
The conversion circuit 20 includes U-phase, V-phase, and W-phase bridge circuits 20u, 20v, and 20w. The U-phase bridge circuit 20u includes a series circuit of four switch elements Su1 to Su4. N and an intermediate point (switch element S
A connection point between u2 and Su3) is connected to the AC terminal U, and diodes Du1 to Du4 are connected in antiparallel to the respective switch elements Su1 to Su4. Also, a series circuit of neutral point clamp diodes Du5 and Du6 is connected in parallel with the series circuit of diodes Du2 and Du3, and neutral point clamp diodes Du5 and Du6.
Are connected to the neutral point C. The V-phase and W-phase bridge circuits 20v and 20w are similarly configured.

【0004】図9は上述NPCインバータにより誘導電
動機などの誘導性負荷に交流電力を供給する場合の動作
波形例を示したもので、U相のブリッジ回路20u の作
用を代表して示している。ブリッジ回路20u がU相の
交流電圧の正側の電圧を出力するとき、スイッチ素子S
u2がオン、Su4がオフとされ、スイッチ素子Su1とSu3
がPWM制御により交互にオン、オフされ、正弦半波の
正の電圧が出力される。また、U相の交流電圧の負側の
電圧を出力するとき、スイッチ素子Su1がオフ、Su3が
オンとされ、スイッチ素子Su2とSu4がPWM制御によ
り交互にオン、オフされ、正弦半波の負の電圧が出力さ
れる。図9はU相の負荷電流Iu が遅れ力率で流れてい
る状態を示したものである。
FIG. 9 shows an example of operation waveforms when AC power is supplied to an inductive load such as an induction motor by the above-mentioned NPC inverter, and shows the operation of the U-phase bridge circuit 20u as a representative. When the bridge circuit 20u outputs a positive voltage of the U-phase AC voltage, the switching element S
u2 is turned on, Su4 is turned off, and switch elements Su1 and Su3 are turned on.
Are alternately turned on and off by PWM control, and a positive voltage of a half sine wave is output. When outputting the negative voltage of the U-phase AC voltage, the switching element Su1 is turned off and the switching element Su3 is turned on, and the switching elements Su2 and Su4 are alternately turned on and off by the PWM control. Is output. FIG. 9 shows a state in which the U-phase load current Iu flows at a delayed power factor.

【0005】このようにPWM制御を行い直流電圧を交
流電圧に変換するインバータとして動作する場合、スイ
ッチ素子Su1とSu4は直流母線P,Nから供給されるU
相の負荷電流Iu をPWM制御の変調周波数で遮断と導
通を繰り返し、スイッチ素子Su1とSu4には図9のIu1
とIu4に示すようなパルス幅変調された電流が流れる。
従って、スイッチ素子Su1とSu4のスイッチング損失は
PWM制御の変調周波数に比例する。
When operating as an inverter for converting a DC voltage to an AC voltage by performing PWM control in this manner, the switching elements Su1 and Su4 are connected to the U bus supplied from the DC buses P and N.
The load current Iu of the phase is repeatedly cut off and turned on at the modulation frequency of the PWM control, and the switch elements Su1 and Su4 have Iu1 of FIG.
And Iu4, a pulse-width modulated current flows.
Accordingly, the switching loss of the switching elements Su1 and Su4 is proportional to the modulation frequency of the PWM control.

【0006】一方、スイッチ素子Su2とSu3は交流電圧
の半サイクル期間毎に交互にオン状態とされ、上記電流
Iu1とIu4が流れると共に、スイッチ素子Su1とSu4が
オフしたときにも中性点クランプダイオードDu5とDu6
を介して負荷電流Iu が、Iu5d 、Iu6d とし還流して
流れる。そして半サイクルが経過するとオフ状態とされ
次の半サイクルのPWM制御によるオン、オフの制御が
行われる。従って、スイッチ素子Su2とSu3には図9の
Iu2とIu3に示すような電流が流れ、交流電圧の基本波
成分がゼロ電圧となる時点で遅れ力率により残留する負
荷電流を遮断し、その後、正弦波状に電流が減少してゼ
ロ電流になるまでの僅かな期間のみPWM制御による電
流遮断が行われる。従って、スイッチ素子Su2とSu3の
スイッチング損失はほぼ交流電圧の出力周波数に比例す
る。
On the other hand, the switching elements Su2 and Su3 are alternately turned on every half cycle of the AC voltage, so that the currents Iu1 and Iu4 flow and the neutral point clamp is performed when the switching elements Su1 and Su4 are turned off. Diodes Du5 and Du6
, The load current Iu flows back as Iu5d and Iu6d. After a lapse of a half cycle, the state is turned off, and on / off control is performed by PWM control in the next half cycle. Therefore, currents such as Iu2 and Iu3 in FIG. 9 flow through the switch elements Su2 and Su3, and when the fundamental wave component of the AC voltage becomes zero voltage, the load current remaining due to the delayed power factor is cut off. The current interruption by the PWM control is performed only for a short period of time until the current decreases in a sinusoidal manner and becomes zero current. Therefore, the switching loss of the switching elements Su2 and Su3 is almost proportional to the output frequency of the AC voltage.

【0007】PWM制御の変調周波数は交流電圧の基本
周波数より遥かに高いので、スイッチ素子Su1とSu4の
スイッチング損失はスイッチ素子Su2とSu3のスイッチ
ング損失より遥かに大きくなる。しかし、1サイクル期
間中のU相の負荷電流Iu を通電する時間はスイッチ素
子Su2とSu3の方がスイッチ素子Su1とSu4より長くな
るので、導通損失はスイッチ素子Su2とSu3の方がスイ
ッチ素子Su1とSu4より大きくなる。V相、W相のブリ
ッジ回路20v,20w もそれぞれ120°の位相差を有
する交流電圧を出力し同様に動作する。U相とV相の線
間電圧Vuvは図9に示すように3レベルの電位でPWM
制御され高調波の少ない交流電圧が得られる。なお、図
9において、Iu1d 〜Iu4d はダイオードDu1〜Du4に
流れる電流であり、Iu5d 、Iu6d は中性点クランプダ
イオードDu5、Du6に流れる電流である。
Since the modulation frequency of the PWM control is much higher than the fundamental frequency of the AC voltage, the switching loss of the switching elements Su1 and Su4 is much larger than the switching loss of the switching elements Su2 and Su3. However, since the time during which the U-phase load current Iu is supplied during one cycle period is longer for the switch elements Su2 and Su3 than for the switch elements Su1 and Su4, the conduction loss is lower for the switch elements Su2 and Su3 than for the switch element Su1. And larger than Su4. The V-phase and W-phase bridge circuits 20v and 20w also output AC voltages having a phase difference of 120 ° and operate in the same manner. The U-phase and V-phase line voltages Vuv are PWM at three levels of potentials as shown in FIG.
Controlled AC voltage with less harmonics can be obtained. In FIG. 9, Iu1d to Iu4d are currents flowing through the diodes Du1 to Du4, and Iu5d and Iu6d are currents flowing through the neutral point clamp diodes Du5 and Du6.

【0008】このようなNPCインバータの動作上の特
徴を利用して、本出願人はスイッチ素子Su1とSu4には
スイッチング損失の小さい高速動作のスイッチ素子を用
い、スイッチ素子Su2とSu3にはオン電圧が小さく導通
損失の小さいスイッチ素子を用い、スイッチ素子の電力
損失を低減し運転効率を向上させたNPCインバータを
提案(特開平7−245960)している。
Utilizing such operational characteristics of the NPC inverter, the present applicant uses high-speed switching elements with small switching loss for the switching elements Su1 and Su4, and turns on the on-state voltage for the switching elements Su2 and Su3. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-245960 proposes an NPC inverter using a switch element having a small conduction loss and reducing the power loss of the switch element to improve the operation efficiency.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】近年では、GTO(Ga
te Turn off Thyristor )などの大容量のスイッチ素子
が開発され、NPCインバータが大容量化へと進展して
おり、直流電圧が数kVの高圧大容量の装置が実用化さ
れてきている。NPCインバータは可逆の電力変換が可
能であり、交流電圧を直流電圧に変換するNPCコンバ
ータ(整流器)として用いることができ、この場合、交
流系統に流出する高調波電流が低減し、高力率の制御が
可能となる点で注目されている。
In recent years, GTO (Ga
Large-capacity switch elements such as te Turn off Thyristor) have been developed, and NPC inverters have been increasing in capacity, and high-voltage, large-capacity devices with a DC voltage of several kV have been put to practical use. The NPC inverter is capable of reversible power conversion and can be used as an NPC converter (rectifier) for converting an AC voltage to a DC voltage. In this case, harmonic current flowing into the AC system is reduced, and the NPC inverter has a high power factor. It is noted that control becomes possible.

【0010】しかし、図8のNPCインバータをNPC
コンバータとして使用する場合には、NPCインバータ
における回生動作モードで運転することになり、スイッ
チ素子Su2,Su3が後述するようにPWM制御の変調周
波数で負荷電流を遮断する動作となり、スイッチング損
失がスイッチ素子Su1,Su4よりも大きくなり運転効率
が低下し、変換器容量や変調周波数が制限されるという
問題がある。
However, the NPC inverter shown in FIG.
When used as a converter, the NPC inverter is operated in a regenerative operation mode, and the switching elements Su2 and Su3 operate to cut off the load current at a PWM control modulation frequency as described later. It is larger than Su1 and Su4, and the operating efficiency is reduced, and there is a problem that the capacity of the converter and the modulation frequency are limited.

【0011】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
ので、NPCインバータをNPCコンバータとして使用
する場合に、PWM制御の変調周波数を上げ、交流系統
側に流出する高調波成分を低減させると共に、スイッチ
素子の電力損失を低減して運転効率の向上した電力変換
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and when an NPC inverter is used as an NPC converter, the modulation frequency of PWM control is increased to reduce harmonic components flowing out to the AC system side. Another object of the present invention is to provide a power conversion device in which power loss of a switch element is reduced and operation efficiency is improved.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電力変換装置は、ダイオードが逆並列接続
された第1、第2、第3、第4のスイッチ素子が直流母
線の正極と負極間に順次直列に接続され、前記第2、第
3のスイッチ素子の接続点がリアクトルを介して交流電
源に接続され、前記正極と負極間の直流電圧を分圧し中
性点を得る直列接続された2個のコンデンサと、前記第
1、第2のスイッチ素子の接続点及び前記第3、第4の
スイッチ素子の接続点と前記中性点との間にそれぞれ接
続された中性点クランプダイオードを前記交流電源の各
相毎に備え、前記第2、第3のスイッチ素子の1回当り
のスイッチング損失が通常のものより小さい特性のスイ
ッチ素子とし、交流電力を直流電力に変換するときの変
換効率を向上させる。(請求項1) また、前記第2、第3のスイッチ素子の並列数を前記第
1、第4のスイッチ素子の並列数より多くする。(請求
項2) また、前記第2、第3のスイッチ素子の定格電流を前記
第1、第4のスイッチ素子の定格電流より大きく選定す
る。(請求項3) 更に、電流指令に基づいて前記交流電源の電圧に同期し
た正弦波状の電流基準を出力する電流基準発生手段と、
前記電流基準と前記交流電源から供給される電流検出値
との偏差に基づいて電流制御信号を出力する電流制御手
段と、前記電流制御信号と前記交流電源の交流電圧に同
期した同期信号に基づいて前記偏差が減少するように前
記第1、第2、第3、第4のスイッチ素子をオン、オフ
し、前記第2、第3のスイッチ素子の接続点の電位を直
流母線の正極と負極及び中性点のいずれかの電位に制御
するPWM制御手段とを備え、交流電源から供給される
電流を正弦波状に制御しながら交流電力を直流電力に変
換する。(請求項4) 更に、前記第2、第3のスッチ素子のターンオフ時のテ
イル電流が通常より小さい特性或いはテイル電流の流れ
る時間が通常より短い特性のスイッチ素子とし、交流電
力を直流電力に変換するときのスイッチング損失を低減
し変換効率を向上させる。(請求項5) 更に、前記第1、第4のスイッチ素子に逆並列接続した
ダイオードは、前記第2、第3のスイッチ素子に逆並列
接続したダイオードよりも蓄積キャリアの少ない特性の
ダイオードを使用し、交流電力を直流電力に変換すると
きのスイッチング損失を低減し変換効率を向上させる。
(請求項6)
In order to achieve the above object, a power converter according to the present invention is characterized in that the first, second, third and fourth switch elements having diodes connected in anti-parallel are connected to a positive terminal of a DC bus. And a negative electrode are sequentially connected in series, a connection point of the second and third switch elements is connected to an AC power supply via a reactor, and a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode is divided to obtain a neutral point. Two connected capacitors, and a neutral point connected between the connection point of the first and second switch elements and the connection point of the third and fourth switch elements and the neutral point, respectively. When a clamp diode is provided for each phase of the AC power supply, and the second and third switching elements have switching characteristics per switching loss smaller than usual, and convert AC power to DC power. The conversion efficiency of (Claim 1) Further, the number of the second and third switch elements arranged in parallel is made larger than the number of the first and fourth switch elements arranged in parallel. (Claim 2) The rated currents of the second and third switch elements are selected to be larger than the rated currents of the first and fourth switch elements. (Claim 3) Further, current reference generating means for outputting a sinusoidal current reference synchronized with the voltage of the AC power supply based on a current command;
A current control unit that outputs a current control signal based on a deviation between the current reference and a current detection value supplied from the AC power supply, based on a synchronization signal synchronized with the AC voltage of the AC power supply and the current control signal. The first, second, third, and fourth switch elements are turned on and off so that the deviation is reduced, and the potential at the connection point of the second and third switch elements is set to the positive and negative DC bus and PWM control means for controlling the potential to any one of the neutral points, and converts the AC power to the DC power while controlling the current supplied from the AC power supply in a sine wave shape. (Claim 4) Further, the second and third switch elements are switch elements having a characteristic in which a tail current at the time of turning off is smaller than usual or a characteristic in which the tail current flows for a shorter time than usual, and convert AC power into DC power. The switching loss at the time of the conversion is reduced and the conversion efficiency is improved. (Claim 5) Further, as the diode connected in anti-parallel to the first and fourth switch elements, a diode having a characteristic having less accumulated carriers than the diode connected in anti-parallel to the second and third switch elements is used. Then, the switching loss when converting the AC power to the DC power is reduced, and the conversion efficiency is improved.
(Claim 6)

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1〜4に対応する
電力変換装置の実施例を図1に示す。図1において、2
0は交流電力を直流電力に変換するコンバータとして動
作する変換回路であり、その回路構成は従来(図8)と
同じである。但し、この場合、変換回路20の交流母線
U,V,Wは交流リアクトル4を介して交流電源5に接
続され、直流母線P,N側に負荷6が接続される。ま
た、変換回路20のスイッチ素子Su2、Su3、Sv2、S
v3、Sw2、Sw3には、スイッチ素子Su1、Su4、Sv1、
Sv4、Sw1、Sw4よりもターンオフ損失の小さい特性を
有する高速スイッチ素子を使用する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of a power converter according to claims 1 to 4 of the present invention. In FIG. 1, 2
Reference numeral 0 denotes a conversion circuit that operates as a converter that converts AC power into DC power, and its circuit configuration is the same as that of the related art (FIG. 8). However, in this case, the AC buses U, V, W of the conversion circuit 20 are connected to the AC power supply 5 via the AC reactor 4, and the load 6 is connected to the DC buses P, N. Also, the switching elements Su2, Su3, Sv2, S
v3, Sw2, and Sw3 include switch elements Su1, Su4, Sv1,
A high-speed switching element having a characteristic of a smaller turn-off loss than Sv4, Sw1, and Sw4 is used.

【0014】制御部は、直流電圧を検出する電圧検出器
7、交流電圧を検出する電圧検出器8、交流電流を検出
する電流検出器9、同期信号を出力する同期回路10、
直流電圧を制御する電圧制御回路11、正弦波の電流基
準を生成する電流基準回路12、交流電流を制御する電
流制御回路13、変換回路20のスイッチング制御を行
うPWM制御回路14で構成される。
The control unit includes a voltage detector 7 for detecting a DC voltage, a voltage detector 8 for detecting an AC voltage, a current detector 9 for detecting an AC current, a synchronization circuit 10 for outputting a synchronization signal,
It comprises a voltage control circuit 11 for controlling a DC voltage, a current reference circuit 12 for generating a sine-wave current reference, a current control circuit 13 for controlling an AC current, and a PWM control circuit 14 for performing switching control of the conversion circuit 20.

【0015】上記構成において、交流電源5から供給さ
れる交流電圧が変換回路20で直流電圧Vd に変換され
負荷6に供給される。この直流電圧Vd は電圧検出器7
で検出され、電圧制御回路11で電圧基準V* と比較さ
れその電圧偏差が減少するように電流振幅基準Im が出
力される。一方、交流電源5から供給される交流電圧V
a が電圧検出器8で検出され、同期回路10から交流電
圧Va の位相に同期した同期信号Sが出力され電流基準
回路12に入力されると共にPWM制御回路14に入力
される。電流基準回路12は同期信号Sに基づいて単位
正弦波を生成し電流振幅基準Im と乗算して交流電源5
の交流電圧と同相の電流基準I* を出力する。この電流
基準I* は電流制御回路13で電流検出器9で検出され
た交流電流Ia と比較されその電流偏差が減少するよう
に制御信号Cが出力されPWM制御回路14に入力され
る。PWM制御回路14は、同期信号Sに基づいて、交
流電源5の各相の線間電圧の極性を判定すると共に、制
御信号Cに基づいてPWM制御のパルス幅を決定し、変
換回路20をPWM制御するためのゲート信号Gを出力
する。変換回路20はゲート信号Gにより交流母線U,
V,Wの電位をP,N,Cのいずれかの電位にPWM制
御して、交流電源5から供給される負荷電流Iu 、Iv
、Iw を正弦波状に制御する。(請求項4) 例えば、交流電源5のU相とV相の線間電圧Vuvが正の
半サイクル期間において、U相のスイッチ素子Su2をオ
ン、Su4をオフとし、スイッチ素子Su1とSu3をPWM
制御により交互にオン、オフさせると、Su1がオフでS
u3がオンの期間に、U相の交流リアクトル4−U相のス
イッチ素子Su3−U相の中性点クランプダイオードDu6
−コンデンサ3−V相のダイオードDv4、Dv3−V相の
交流リアクトル4を介して交流電源5から電流が流れ、
U相とV相の交流リアクトル4にエネルギーが蓄積され
る。図2のIu3とIu6d はスイッチ素子Su3と中性点ク
ランプダイオードDu6に流れる電流を示している。ま
た、Su1がオンでSu3がオフの期間に、U相の交流リア
クトル4−U相のダイオードDu2、Du1−コンデンサ
2、3−V相のダイオードDv3、Dv4−V相の交流リア
クトル4を介して放電電流が流れ、U相とV相の交流リ
アクトル4に蓄積されたエネルギーがコンデンサ2、3
に移行する。図2のIu1d とIu2d はダイオードDu1と
Du2に流れる電流を示している。スイッチ素子Su1には
遅れ力率による回生電流のみがIu1として僅かに流れ
る。図2の電流波形は正弦波状で示したが実際の波形は
平均値が正弦波状になるようにPWM制御される。
In the above configuration, the AC voltage supplied from the AC power supply 5 is converted into the DC voltage Vd by the conversion circuit 20 and supplied to the load 6. This DC voltage Vd is applied to the voltage detector 7
, And compared with the voltage reference V * by the voltage control circuit 11 to output the current amplitude reference Im such that the voltage deviation decreases. On the other hand, AC voltage V supplied from AC power supply 5
a is detected by the voltage detector 8, a synchronization signal S synchronized with the phase of the AC voltage Va is output from the synchronization circuit 10, input to the current reference circuit 12, and input to the PWM control circuit 14. The current reference circuit 12 generates a unit sine wave based on the synchronization signal S and multiplies the unit sine wave by a current amplitude reference Im to obtain an AC power supply 5.
And outputs a current reference I * having the same phase as the AC voltage. The current reference I * is compared with the AC current Ia detected by the current detector 9 in the current control circuit 13, and a control signal C is output and input to the PWM control circuit 14 so that the current deviation is reduced. The PWM control circuit 14 determines the polarity of the line voltage of each phase of the AC power supply 5 based on the synchronization signal S, determines the pulse width of the PWM control based on the control signal C, and controls the conversion circuit 20 to perform PWM control. A gate signal G for controlling is output. The conversion circuit 20 uses the gate signal G to generate an AC bus U,
PWM control of the potentials of V and W to any one of P, N, and C to control the load currents Iu and Iv supplied from the AC power supply 5.
, Iw are controlled in a sinusoidal manner. (Claim 4) For example, during the positive half cycle of the U-phase and V-phase line voltage Vuv of the AC power supply 5, the U-phase switch element Su2 is turned on, the Su4 is turned off, and the switch elements Su1 and Su3 are PWM-switched.
When it is turned on and off alternately by control, Su1 is off and S
While u3 is on, U-phase AC reactor 4-U-phase switch element Su3-U-phase neutral point clamp diode Du6
-Capacitor 3-current flows from AC power supply 5 via V-phase diodes Dv4, Dv3-V-phase AC reactor 4,
Energy is stored in the U-phase and V-phase AC reactors 4. Iu3 and Iu6d in FIG. 2 indicate currents flowing through the switch element Su3 and the neutral point clamp diode Du6. Also, during the period when Su1 is on and Su3 is off, the U-phase AC reactor 4-U-phase diode Du2, Du1-capacitor 2, 3-V-phase diode Dv3, Dv4-V-phase AC reactor 4 The discharge current flows, and the energy stored in the U-phase and V-phase AC reactors 4 is transferred to the capacitors 2 and 3.
Move to Iu1d and Iu2d in FIG. 2 indicate currents flowing through the diodes Du1 and Du2. Only the regenerative current due to the delayed power factor flows through the switch element Su1 slightly as Iu1. Although the current waveform in FIG. 2 is shown as a sine wave, the actual waveform is PWM-controlled so that the average value becomes a sine wave.

【0016】また、線間電圧Vuvが負の半サイクル期間
において、U相のスイッチ素子Su1をオフSu3をオンと
し、スイッチ素子Su2とSu4をPWM制御により交互に
オン、オフさせると、Su2がオンでSu4がオフの期間
に、V相の交流リアクトル4−V相のダイオードDv2、
Dv1−コンデンサ2−U相の中性点クランプダイオード
Du5−U相のスイッチ素子Su2−U相の交流リアクトル
4を介して交流電源5から電流が流れ、U相とV相の交
流リアクトル4にエネルギーが蓄積され、Su2がオフで
Su4がオンの期間に、V相の交流リアクトル4−V相の
ダイオードDv2、Dv1−コンデンサ2、3−U相のダイ
オードDu4、Dv3−U相の交流リアクトル4を介して放
電電流が流れ、U相とV相の交流リアクトル4に蓄積さ
れたエネルギーがコンデンサ2、3に移行する。
When the line element Vuv is in the negative half cycle, the U-phase switch element Su1 is turned off and Su3 is turned on, and the switch elements Su2 and Su4 are turned on and off alternately by PWM control. In the period when Su4 is off, a V-phase AC reactor 4-V-phase diode Dv2,
Dv1-capacitor 2-U-phase neutral point clamp diode Du5-U-phase switch element Su2-Current flows from the AC power supply 5 via the U-phase AC reactor 4, and energy is supplied to the U-phase and V-phase AC reactors 4. During the period when Su2 is off and Su4 is on, the V-phase AC reactor 4-V-phase diodes Dv2, Dv1-condenser 2, 3-U-phase diodes Du4, Dv3-U-phase AC reactor 4 A discharge current flows through the capacitor, and energy stored in the U-phase and V-phase AC reactors 4 is transferred to the capacitors 2 and 3.

【0017】他相についても同様のPWM制御が行わ
れ、高調波が少なく高力率で交流電力を直流電力に変換
し、電圧基準V* に対応した直流電圧を得ることができ
る。また、このようにPWM制御を行う場合、スイッチ
素子Su2、Su3、Sv2、Sv3、Sw2、Sw3がPWM制御
の変調周期で電流をオン、オフするが、スイッチ素子S
u2、Su3、Sv2、Sv3、Sw2、Sw3は、スイッチ素子S
u1、Su4、Sv1、Sv4、Sw1、Sw4よりもターンオフ損
失の小さい特性の高速スイッチ素子を使用するので、ス
イッチング周波数を上げて交流電源側に流れる電流の高
調波成分を低減すると共に、スイッチング損失を抑制
し、コンバータとしての電力変換効率を向上させ、小形
化することができる。
Similar PWM control is performed for the other phases, so that AC power can be converted to DC power at a high power factor with less harmonics, and a DC voltage corresponding to the voltage reference V * can be obtained. When the PWM control is performed in this manner, the switching elements Su2, Su3, Sv2, Sv3, Sw2, and Sw3 turn on and off the current in the modulation cycle of the PWM control.
u2, Su3, Sv2, Sv3, Sw2, Sw3 are switch elements S
U1, Su4, Sv1, Sv4, Sw1, and Sw4 use a high-speed switch element having characteristics of smaller turn-off loss, so that the switching frequency is increased to reduce the harmonic components of the current flowing to the AC power supply side and reduce the switching loss. Thus, the power conversion efficiency as a converter can be improved and the size can be reduced.

【0018】図3はGTOのオン電圧VTMとスイッチン
グ一回当たりのターンオフ損失Eoff との関係を示した
特性図であり、GTOは同一形名の製品群の中ではオン
電圧VTMを低く設計するとターンオフ損失Eoff が大き
くなるというトレードオフの関係がある。図3に示すよ
うに、GTO1のオン電圧VTM1 がGTO2のオン電圧
VTM2 より低い場合、GTO1の導通損失はGTO2の
導通損失より小さくなるが、GTO1のターンオフ損失
Eoff1はGTO2のターンオフ損失Eoff2より大きくな
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the ON voltage VTM of the GTO and the turn-off loss Eoff per switching operation. There is a trade-off relationship that the loss Eoff increases. As shown in FIG. 3, when the ON voltage VTM1 of GTO1 is lower than the ON voltage VTM2 of GTO2, the conduction loss of GTO1 is smaller than the conduction loss of GTO2, but the turn-off loss Eoff1 of GTO1 is larger than the turn-off loss Eoff2 of GTO2. .

【0019】例えば、GTO1のオン電圧VTM1 が3
V、ターンオフ損失Eoff1が10ジュールとし、GT0
2のオン電圧VTM2 が4V、ターンオフ損失Eoff2が5
ジュールとすると、2000A、500Hzで動作させ
たときのGTO1の電力損失P1 とGTO2の電力損失
P2 は、
For example, if the ON voltage VTM1 of GTO1 is 3
V, turn-off loss Eoff1 is 10 joules, GT0
2 has an on-voltage VTM2 of 4 V and a turn-off loss Eoff2 of 5
When operating at 2000 A and 500 Hz, the power loss P1 of GTO1 and the power loss P2 of GTO2 are as follows:

【0020】[0020]

【数1】P1 =3×2000/2+10×500=80
00(W) P2 =4×2000/2+ 5×500=5500
(W) となり、GTO1の電力損失P1 がGT02の電力損失
P2 より大きくなる。また、2000A、50Hz(商
用周波数)で動作させたときのGTO1の電力損失P1
とGTO2の電力損失P2 は、
## EQU1 ## P1 = 3.times.2000 / 2 + 10.times.500 = 80
00 (W) P2 = 4 × 2000/2 + 5 × 500 = 5500
(W), and the power loss P1 of GTO1 becomes larger than the power loss P2 of GT02. Also, the power loss P1 of the GTO 1 when operated at 2000 A and 50 Hz (commercial frequency)
And the power loss P2 of GTO2 is

【0021】[0021]

【数2】 P1 =3×2000/2+10×50=3500(W) P2 =4×2000/2+ 5×50=4250(W) となり、GTO2の電力損失P2 がGT01の電力損失
P1 より大きくなる。
P1 = 3 × 2000/2 + 10 × 50 = 3500 (W) P2 = 4 × 2000/2 + 5 × 50 = 4250 (W), and the power loss P2 of the GTO2 is larger than the power loss P1 of the GT01.

【0022】従って、図1の変換回路20を、例えば、
交流電源5の周波数が50Hz、PWM制御の変調周波
数を500Hzで動作させるとき、スイッチ素子Su2、
Su3をGTO2の特性とすることにより、変調周波数を
高くして交流電力を直流電力に変換するコンバータとし
て使用する場合、電力損失を低減し変換効率の向上した
運転を行うことができる。(請求項1) 図4はGTOや静電誘導型サイリスタ等のスイッチ素子
がターンオフする場合の電流i、電圧v、電力損失pを
示した波形図である。スイッチ素子がターンオフする場
合、電流iが急速に減少して電圧vが急速に立上がりス
イッチ素子が絶縁を回復するとき、蓄積キャリアの放出
によるテイル電流i1 が流れる。電力損失pは電圧vと
電流iの積で定まり、テイル電流i1 による電力損失p
1 が加わりターンオフ損失に大きな影響を与える。テイ
ル電流はスイッチ素子の特性で定まり、テイル電流のピ
ーク値Itailが小さくテイル時間ttailが短い図3のi
2に示すような特性のスイッチ素子とすればテイル電流
i2 による電力損失がp2のように小さくなりターンオ
フ損失が少なくなる。従って、図1の変換回路20のス
イッチ素子Su2、Su3にテイル電流のピーク値が小さく
テイル時間の短い素子を適用することにより、変調周波
数を高くして交流電力を直流電力に変換するコンバータ
として使用する場合、電力損失を低減し変換効率の向上
した運転を行うことができる。(請求項5) 大容量の電力変換装置の場合、スイッチ素子を複数個並
列接続して電流容量を増大させる方法が用いられる。図
5は変換回路20のU相のブリッジ回路20uを示した
もので、スイッチ素子Su2、Su3にそれぞれスイッチ
素子Su21 、Su31 を並列接続して2パラとし、他相の
回路も同様に構成した実施例である。
Therefore, the conversion circuit 20 shown in FIG.
When the frequency of the AC power supply 5 is operated at 50 Hz and the modulation frequency of the PWM control is operated at 500 Hz, the switch elements Su2,
By using Su3 as a characteristic of GTO2, when using as a converter for converting AC power to DC power by increasing the modulation frequency, it is possible to perform operation with reduced power loss and improved conversion efficiency. (Claim 1) FIG. 4 is a waveform diagram showing a current i, a voltage v, and a power loss p when a switch element such as a GTO or an electrostatic induction thyristor is turned off. When the switching element is turned off, when the current i decreases rapidly and the voltage v rises rapidly and the switching element recovers the insulation, a tail current i1 due to the discharge of accumulated carriers flows. The power loss p is determined by the product of the voltage v and the current i, and the power loss p due to the tail current i1
The addition of 1 has a large effect on turn-off loss. The tail current is determined by the characteristics of the switch element. The tail current peak value Itail is small and the tail time ttail is short i in FIG.
If the switching element has the characteristic shown in FIG. 2, the power loss due to the tail current i2 is reduced as shown by p2, and the turn-off loss is reduced. Therefore, by using an element having a small tail current peak value and a short tail time for the switching elements Su2 and Su3 of the conversion circuit 20 of FIG. 1, the switching frequency can be increased to increase the modulation frequency and be used as a converter for converting AC power to DC power. In this case, it is possible to perform operation with reduced power loss and improved conversion efficiency. (Claim 5) In the case of a large-capacity power converter, a method of increasing the current capacity by connecting a plurality of switch elements in parallel is used. FIG. 5 shows a U-phase bridge circuit 20u of the conversion circuit 20, in which switch elements Su21 and Su31 are respectively connected in parallel to switch elements Su2 and Su3 to form two parallel circuits, and the other phase circuits are similarly configured. It is an example.

【0023】この実施例によれば、変換回路20を交流
電力を直流電力に変換する3レベルのコンバータとして
動作させるとき、スイッチ素子Su2、Su3、Su21 、S
u31に流れる電流が半減して導通損失が半減し、PWM
制御の変調周波数の回数だけ電流を遮断してもスイッチ
素子Su2、Su3、Su21 、Su31 の許容電力損失内に収
めることができ、変換回路20の容量を増大させること
が可能となる。
According to this embodiment, when operating the conversion circuit 20 as a three-level converter for converting AC power to DC power, the switching elements Su2, Su3, Su21, S
The current flowing through u31 is halved, the conduction loss is halved, and PWM
Even if the current is interrupted by the number of times of the control modulation frequency, the current can be kept within the allowable power loss of the switching elements Su2, Su3, Su21, and Su31, and the capacity of the conversion circuit 20 can be increased.

【0024】なお、この実施例ではスイッチ素子Su2、
Su3を2パラとする例で示したが、スイッチ素子Su1、
Su4を2パラとしスイッチ素子Su2、Su3を3パラで構
成しても良く、スイッチ素子Su2、Su3の並列数をスイ
ッチ素子Su1、Su4の並列数より多くすることにより同
様の効果を得ることができる。(請求項2) また、各スイッチ素子を1パラで構成する場合、スイッ
チ素子Su1、Su4の定格電流をスイッチ素子Su2、Su3
の定格電流より小さい種別のスイッチ素子に選定して、
小形化すると共に各スイッチ素子の負荷率をバランスさ
せることができる。(請求項3) 図6はスイッチ素子Su2がオン、スイッチ素子Su4がオ
フの状態でスイッチ素子Su1とSu3がPWM制御により
交互にオン、オフするときの動作状態を示したもので、
図6(a) はスイッチ素子Su1がオンでスイッチ素子Su3
がオフした状態で、前述したように交流リアクトル4に
蓄積されたエネルギーがダイオードDu1、Du2を介して
放電電流I1 として流れコンデンサ2、3が充電され
る。図6(b) はスイッチ素子Su1がオフしスイッチ素子
Su3がオンした状態で、前述したように中性点クランプ
ダイオードDu6を介して充電電流I0 が流れ、交流リア
クトル4にエネルギーが蓄積される。図6(a) の状態に
おいてスイッチ素子Su1がオフしスイッチ素子Su3がオ
ンして図6(b) の状態に移行するとき、ダイオードDu1
にコンデンサ2の充電電圧Ed1が逆電圧として印加され
ダイオードDu1が逆回復し、ダイオードDu1、Du2に流
れていた電流I1 はゼロとなる。ダイオードは順電流が
流れた直後に逆電圧回復する時、図7に示すように半導
体内の蓄積電荷Qrrが流出するため、一時的に逆電流I
rrが流れる。この時逆回復電圧Ed1と逆電流Irrの積に
よる電力損失が発生する。ダイオードDu1、Du4、Dv
1、Dv4、Dw1、Dw4を蓄積電荷量Qrrの小さく逆電流
Irrの流れる時間の短いものに選定することでスイッチ
ング損失が小さくなり電力損失を低減し変換効率を向上
させることができる。(請求項6)
In this embodiment, the switching elements Su2,
Although the example in which Su3 has two parameters has been described, the switch elements Su1,
The switch elements Su2 and Su3 may be composed of three parameters with Su4 being 2 paras. The same effect can be obtained by making the parallel number of the switch elements Su2 and Su3 larger than the parallel number of the switch elements Su1 and Su4. . (Claim 2) When each switch element is composed of one parameter, the rated currents of the switch elements Su1 and Su4 are changed to the switch elements Su2 and Su3.
Select a switch element of a type smaller than the rated current of
The size can be reduced, and the load factor of each switch element can be balanced. (Claim 3) FIG. 6 shows an operation state when the switch elements Su1 and Su3 are alternately turned on and off by PWM control while the switch element Su2 is on and the switch element Su4 is off.
FIG. 6A shows that the switching element Su1 is turned on and the switching element Su3 is turned on.
Is turned off, the energy stored in the AC reactor 4 flows as the discharge current I1 through the diodes Du1 and Du2 as described above, and the capacitors 2 and 3 are charged. FIG. 6B shows a state in which the switching element Su1 is turned off and the switching element Su3 is turned on, the charging current I0 flows through the neutral point clamp diode Du6 as described above, and energy is accumulated in the AC reactor 4. When the switching element Su1 is turned off and the switching element Su3 is turned on in the state shown in FIG. 6A to shift to the state shown in FIG.
, The charging voltage Ed1 of the capacitor 2 is applied as a reverse voltage, the diode Du1 reversely recovers, and the current I1 flowing through the diodes Du1 and Du2 becomes zero. When the diode recovers the reverse voltage immediately after the forward current flows, the accumulated charge Qrr in the semiconductor flows out as shown in FIG.
rr flows. At this time, a power loss occurs due to the product of the reverse recovery voltage Ed1 and the reverse current Irr. Diodes Du1, Du4, Dv
By selecting 1, Dv4, Dw1, and Dw4 as those having a small accumulated charge amount Qrr and a short time for the reverse current Irr to flow, the switching loss is reduced, the power loss is reduced, and the conversion efficiency can be improved. (Claim 6)

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の電力変換装置によれば、NPC
コンバータで交流電力を直流電力に変換する場合に、P
WM制御の変調周波数を高くして交流系統側に流出する
高調波成分電流を低減すると共に、スイッチング損失を
抑制し電力損失を低減して電力変換効率を向上させ、小
形化を図ることができる。
According to the power converter of the present invention, the NPC
When converting AC power to DC power with a converter, P
The modulation frequency of the WM control is increased to reduce the harmonic component current flowing out to the AC system side, and the switching loss is suppressed, the power loss is reduced, the power conversion efficiency is improved, and the size can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の請求項1〜4に対応する電力変換装置
の実施例の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a power converter according to claims 1 to 4 of the present invention.

【図2】上記実施例の作用を説明するための電流波形
図。
FIG. 2 is a current waveform diagram for explaining the operation of the embodiment.

【図3】GTOのオン電圧VTMとスイッチング一回当た
りのターンオフ損失Eoff との関係を示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an ON voltage VTM of a GTO and a turn-off loss Eoff per one switching operation.

【図4】スイッチ素子のターンオフ時の電流電圧の波形
図。
FIG. 4 is a waveform diagram of current and voltage when a switch element is turned off.

【図5】図1のU相の変換回路20u の実施例の構成
図。
FIG. 5 is a configuration diagram of an embodiment of a U-phase conversion circuit 20u of FIG. 1;

【図6】図1のU相の変換回路20u の転流動作を説明
するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining the commutation operation of the U-phase conversion circuit 20u of FIG. 1;

【図7】ダイオードの逆電圧回復時の電流電圧の波形
図。
FIG. 7 is a waveform diagram of a current voltage at the time of reverse voltage recovery of a diode.

【図8】従来のNPCインバータの構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional NPC inverter.

【図9】上記NPCインバータの動作を説明するための
タイムチャート
FIG. 9 is a time chart for explaining the operation of the NPC inverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2、3…コンデンサ 4…交流リア
クトル 5…交流電源 6…負荷 7…電圧検出器(直流電圧) 8…電圧検出
器(交流電圧) 9…電流検出器 10…同期回路 11…電圧制御回路 12…電流基
準回路 13…電流制御回路 14…PWM
制御回路 20…変換回路 Su1、Sv1、Sw1…第1のスイッチ素子 Su2、Sv2、Sw2…第2のスイッチ素子 Su3、Sv3、Sw3…第3のスイッチ素子 Su4、Sv4、Sw4…第4のスイッチ素子 Du1〜Du4、Dv1〜Dv4、Dw1〜Dw4…ダイオード Du5、Du6、Dv5、Dv6、Dw5、Dw6…中性点クランプ
ダイオード
2, 3, a capacitor 4, an AC reactor 5, an AC power supply 6, a load 7, a voltage detector (DC voltage) 8, a voltage detector (AC voltage) 9, a current detector 10, a synchronous circuit 11, a voltage control circuit 12, and the like. Current reference circuit 13 ... Current control circuit 14 ... PWM
Control circuit 20 ... Conversion circuit Su1, Sv1, Sw1 ... First switch element Su2, Sv2, Sw2 ... Second switch element Su3, Sv3, Sw3 ... Third switch element Su4, Sv4, Sw4 ... Fourth switch element Du1 to Du4, Dv1 to Dv4, Dw1 to Dw4 ... diodes Du5, Du6, Dv5, Dv6, Dw5, Dw6 ... neutral point clamp diodes

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ダイオードが逆並列接続された第1、第
2、第3、第4のスイッチ素子が直流母線の正極と負極
間に順次直列に接続され、前記第2、第3のスイッチ素
子の接続点がリアクトルを介して交流電源に接続され、
前記正極と負極間の直流電圧を分圧し中性点を得る直列
接続された2個のコンデンサと、前記第1、第2のスイ
ッチ素子の接続点及び前記第3、第4のスイッチ素子の
接続点と前記中性点との間にそれぞれ接続された中性点
クランプダイオードを前記交流電源の各相毎に備え、前
記第2、第3のスイッチ素子の1回当りのスイッチング
損失が通常のものより小さい特性のスイッチ素子とし、
交流電力を直流電力に変換するときの変換効率を向上さ
せることを特徴とする電力変換装置。
A first, second, third, and fourth switch element having a diode connected in anti-parallel is connected in series between a positive electrode and a negative electrode of a DC bus, and the second and third switch elements are connected in series. Is connected to the AC power supply via the reactor,
Two capacitors connected in series to divide a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode to obtain a neutral point, a connection point of the first and second switch elements, and a connection of the third and fourth switch elements A neutral point clamp diode connected between each point and the neutral point for each phase of the AC power supply, and the switching loss per operation of the second and third switch elements is normal. Switch element with smaller characteristics
A power conversion device for improving conversion efficiency when converting AC power into DC power.
【請求項2】ダイオードが逆並列接続された第1、第
2、第3、第4のスイッチ素子が直流母線の正極と負極
間に順次直列に接続され、前記第2、第3のスイッチ素
子の接続点がリアクトルを介して交流電源に接続され、
前記正極と負極間の直流電圧を分圧し中性点を得る直列
接続された2個のコンデンサと、前記第1、第2のスイ
ッチ素子の接続点及び前記第3、第4のスイッチ素子の
接続点と前記中性点との間にそれぞれ接続された中性点
クランプダイオードを前記交流電源の各相毎に備え、前
記第2、第3のスイッチ素子の並列数を前記第1、第4
のスイッチ素子の並列数より多くすることを特徴とする
電力変換装置。
2. The first, second, third, and fourth switch elements having diodes connected in anti-parallel are sequentially connected in series between a positive electrode and a negative electrode of a DC bus, and the second and third switch elements are connected in series. Is connected to the AC power supply via the reactor,
Two capacitors connected in series to divide a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode to obtain a neutral point, a connection point of the first and second switch elements, and a connection of the third and fourth switch elements A neutral point clamp diode connected between each point of the AC power supply and a neutral point connected between the neutral point and the neutral point.
A power conversion device, wherein the number of switch elements is larger than the number of switch elements in parallel.
【請求項3】ダイオードが逆並列接続された第1、第
2、第3、第4のスイッチ素子が直流母線の正極と負極
間に順次直列に接続され、前記第2、第3のスイッチ素
子の接続点がリアクトルを介して交流電源に接続され、
前記正極と負極間の直流電圧を分圧し中性点を得る直列
接続された2個のコンデンサと、前記第1、第2のスイ
ッチ素子の接続点及び前記第3、第4のスイッチ素子の
接続点と前記中性点との間にそれぞれ接続された中性点
クランプダイオードを前記交流電源の各相毎に備え、前
記第2、第3のスイッチ素子の定格電流を前記第1、第
4のスイッチ素子の定格電流より大きく選定することを
特徴とする電力変換装置。
3. A first, second, third, and fourth switch element having a diode connected in anti-parallel is connected in series between a positive electrode and a negative electrode of a DC bus, and the second and third switch elements are connected in series. Is connected to the AC power supply via the reactor,
Two capacitors connected in series to divide a DC voltage between the positive electrode and the negative electrode to obtain a neutral point, a connection point of the first and second switch elements, and a connection of the third and fourth switch elements A neutral point clamp diode connected between a point and the neutral point for each phase of the AC power supply, and the rated current of the second and third switch elements is set to the first and fourth switch elements. A power converter, wherein the power converter is selected to be larger than the rated current of the switch element.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
電力変換装置において、電流指令に基づいて前記交流電
源の電圧に同期した正弦波状の電流基準を出力する電流
基準発生手段と、前記電流基準と前記交流電源から供給
される電流検出値との偏差に基づいて電流制御信号を出
力する電流制御手段と、前記電流制御信号と前記交流電
源の交流電圧に同期した同期信号に基づいて前記偏差が
減少するように前記第1、第2、第3、第4のスイッチ
素子をオン、オフし、前記第2、第3のスイッチ素子の
接続点の電位を直流母線の正極と負極及び中性点のいず
れかの電位に制御するPWM制御手段とを備え、交流電
源から供給される電流を正弦波状に制御しながら交流電
力を直流電力に変換することを特徴とする電力変換装
置。
4. A power converter according to claim 1, wherein a current reference generating means for outputting a sine-wave current reference synchronized with a voltage of the AC power supply based on a current command; A current control unit that outputs a current control signal based on a deviation between the current reference and a current detection value supplied from the AC power supply, based on a synchronization signal synchronized with the AC voltage of the AC power supply and the current control signal. The first, second, third, and fourth switch elements are turned on and off so that the deviation is reduced, and the potential at the connection point of the second and third switch elements is set to the positive and negative DC bus and A power converter, comprising: PWM control means for controlling a potential at any one of neutral points, and converting AC power to DC power while controlling a current supplied from an AC power supply in a sine wave shape.
【請求項5】請求項1に記載の電力変換装置において、
前記第2、第3のスッチ素子のターンオフ時のテイル電
流が通常より小さい特性或いはテイル電流の流れる時間
が通常より短い特性のスイッチ素子とし、交流電力を直
流電力に変換するときのスイッチング損失を低減し変換
効率を向上させたことを特徴とする電力変換装置。
5. The power converter according to claim 1,
The second and third switch elements are switch elements having a characteristic in which the tail current at the time of turn-off is smaller than usual or a characteristic in which the tail current flows for a shorter time than usual, thereby reducing switching loss when converting AC power to DC power. A power converter characterized by improved conversion efficiency.
【請求項6】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
電力変換装置において、前記第1、第4のスイッチ素子
に逆並列接続したダイオードは、前記第2、第3のスイ
ッチ素子に逆並列接続したダイオードよりも蓄積キャリ
アの少ない特性のダイオードを使用し、交流電力を直流
電力に変換するときのスイッチング損失を低減し変換効
率を向上させたことを特徴とする電力変換装置。
6. The power converter according to claim 1, wherein a diode connected in antiparallel to said first and fourth switch elements is connected to said second and third switch elements. A power conversion device using a diode having less characteristics of accumulated carriers than a diode connected in anti-parallel, reducing switching loss when converting AC power to DC power, and improving conversion efficiency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002078346A (en) * 2000-08-29 2002-03-15 Toshiba Corp Pwm-controlled power conversion device
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