JPWO2013077250A1 - 単相電力変換器、三相二相電力変換器および三相電力変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
直列接続された2つの半導体スイッチと、2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、半導体スイッチのスイッチング動作に応じて直流コンデンサから放電若しくは直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの単位セル、または入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の単位セル、からなる第1および第2のアームであって、第1および第2のアームは同数の単位セルを有する第1および第2のアームと、
第1のアームの一端が接続される第1の端子と、第2のアームの一端が接続される第2の端子と、直流電源の一端が接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に中間端子を有する変圧器であって、2次側巻線の2つの末端端子には、第1のアームの、アーム結合部の第1の端子が接続されない側の端子と、第2のアームの、アーム結合部の第2の端子が接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、中間端子には、直流電源の、アーム結合部の第3の端子が接続されない側の端子が接続される変圧器と、
を備える。
直列接続された2つの半導体スイッチと、2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、半導体スイッチのスイッチング動作に応じて直流コンデンサから放電若しくは直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの単位セル、または入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の単位セル、からなる第1および第2のアームであって、第1および第2のアームは同数の単位セルを有する第1および第2のアームと、
第1のアームの一端との間で直流電源が接続される第1の端子と、第2のアームの一端との間でさらに別の直流電源が接続される第2の端子と、第1の端子および第2の端子に接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に3端子結合リアクトルを有する変圧器であって、2次側巻線の2つの末端端子には、第1のアームの、直流電源が接続されない側の端子と、第2のアームの、上記さらに別の直流電源が接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、3端子結合リアクトルの両端端子間の巻線上に位置する中間端子には、第3の端子が接続される変圧器と、
を備える。
直列接続された2つの半導体スイッチと、2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、半導体スイッチのスイッチング動作に応じて直流コンデンサから放電若しくは直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの単位セル、または入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の単位セル、からなる第1および第2のアームであって、第1および第2のアームは同数の単位セルを有する第1および第2のアームと、
第1のアームの、直流電源が接続される側の端子に接続される第1のコンデンサと、
第2のアームの、直流電源が接続される側の端子に接続される第2のコンデンサと、
第1のコンデンサの、第1のアームが接続されない側の端子が接続される第1の端子と、前2のコンデンサの、第2のアームが接続されない側の端子が接続される第2の端子と、第1の端子および第2の端子に接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に3端子結合リアクトルを有する変圧器であって、2次側巻線の2つの末端端子には、第1のアームの、第1のコンデンサが接続されない側の端子と、第2のアームの、第2のコンデンサが接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、3端子結合リアクトルの両端端子間の巻線上に位置する中間端子には、第3の端子が接続される変圧器と、
を備える。
2 三相電力変換器
3 三相二相電力変換器
11−1、・・・、11−M 単位セル
12−P 第1のアーム
12−N 第2のアーム
13 アーム結合部
14、14’ 変圧器
15 3端子結合リアクトル
24 三相変圧器
25 スコット変圧器
50 直流コンデンサ制御装置
51 指令値作成手段
52 制御手段
61 直流成分作成手段
62 基本波成分作成手段
63 スイッチング制御手段
a 第1の端子
b 第2の端子
c 第3の端子
D 還流ダイオード
S 半導体スイッチング素子
SW 半導体スイッチ
T1−1、T1−2 交流入出力端子
T2−1、T2−2 2次側巻線の末端端子
T2−3 中間端子
Vdc 直流電源
Claims (15)
- 直列接続された2つの半導体スイッチと、前記2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、前記半導体スイッチのスイッチング動作に応じて前記直流コンデンサから放電若しくは前記直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの前記単位セル、または前記入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の前記単位セル、からなる第1および第2のアームであって、前記第1および第2のアームは同数の前記単位セルを有する第1および第2のアームと、
前記第1のアームの一端が接続される第1の端子と、前記第2のアームの一端が接続される第2の端子と、直流電源の一端が接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に中間端子を有する変圧器であって、前記2次側巻線の2つの末端端子には、前記第1のアームの、前記第1の端子が接続されない側の端子と、前記第2のアームの、前記第2の端子が接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、前記中間端子には、前記直流電源の、前記第3の端子が接続されない側の端子が接続される変圧器と、
を備えることを特徴とする単相電力変換器。 - 前記アーム結合部は、前記第1の端子と、前記第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間の巻線上に位置する中間タップである前記第3の端子と、を有する3端子結合リアクトル、からなる請求項1に記載の単相電力変換器。
- 前記アーム結合部は、互いに直列接続された2つのリアクトルであって、前記直列接続された2つのリアクトルの一方の端子である前記第1の端子と、前記直列接続された2つのリアクトルの他方の端子である前記第2の端子と、前記直列接続された2つのリアクトルの直列接続点である前記第3の端子と、を有する2つのリアクトル、からなる請求項1に記載の単相電力変換器。
- 前記第1のアームおよび前記第2のアームそれぞれにおいて、互いにカスケード接続された前記単位セル間の任意の位置に接続されるリアクトルを備え、
前記アーム結合部において、前記第1の端子と、前記第2の端子と、前記第3の端子とは互いに接続される請求項1に記載の単相電力変換器。 - 直列接続された2つの半導体スイッチと、前記2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、前記半導体スイッチのスイッチング動作に応じて前記直流コンデンサから放電若しくは前記直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの前記単位セル、または前記入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の前記単位セル、からなる第1および第2のアームであって、前記第1および第2のアームは同数の前記単位セルを有する第1および第2のアームと、
前記第1のアームの一端との間で直流電源が接続される第1の端子と、前記第2のアームの一端との間でさらに別の直流電源が接続される第2の端子と、前記第1の端子および前記第2の端子に接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に3端子結合リアクトルを有する変圧器であって、前記2次側巻線の2つの末端端子には、前記第1のアームの、前記直流電源が接続されない側の端子と、前記第2のアームの、前記さらに別の直流電源が接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、前記3端子結合リアクトルの両端端子間の巻線上に位置する中間端子には、前記第3の端子が接続される変圧器と、
を備えることを特徴とする単相電力変換器。 - 直列接続された2つの半導体スイッチと、前記2つの半導体スイッチに並列接続された直流コンデンサと、前記半導体スイッチのスイッチング動作に応じて前記直流コンデンサから放電若しくは前記直流コンデンサへ充電される電流の入出力端子と、を有する単位セルと、
1つの前記単位セル、または前記入出力端子を介して互いにカスケード接続された複数の前記単位セル、からなる第1および第2のアームであって、前記第1および第2のアームは同数の前記単位セルを有し、前記第1のアームの一端と前記第2のアームとの間に直流電源が接続される第1および第2のアームと、
前記第1のアームの、前記直流電源が接続される側の端子に接続される第1のコンデンサと、
前記第2のアームの、前記直流電源が接続される側の端子に接続される第2のコンデンサと、
前記第1のコンデンサの、前記第1のアームが接続されない側の端子が接続される第1の端子と、前記第2のコンデンサの、前記第2のアームが接続されない側の端子が接続される第2の端子と、前記第1の端子および前記第2の端子に接続される第3の端子と、を有するアーム結合部と、
1次側に交流入出力端子、2次側巻線上に3端子結合リアクトルを有する変圧器であって、前記2次側巻線の2つの末端端子には、前記第1のアームの、前記第1のコンデンサが接続されない側の端子と、前記第2のアームの、前記第2のコンデンサが接続されない側の端子と、がそれぞれ接続され、前記3端子結合リアクトルの両端端子間の巻線上に位置する中間端子には、前記第3の端子が接続される変圧器と、
を備えることを特徴とする単相電力変換器。 - 前記第1のアーム内の前記直流コンデンサの電圧値と前記第2のアーム内の前記直流コンデンサの電圧値とに基づいて、循環電流指令値を作成する指令値作成手段と、
前記循環電流指令値に、前記第1のアームを流れる電流と前記第2のアームを流れる電流との和の半分である循環電流が追従するよう制御する制御手段と、
を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の単相電力変換器。 - 前記指令値生成手段は、前記第1のアーム内および前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値を用いて、前記第1のアーム内および前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値が所定の直流電圧指令値に追従するよう制御するための前記循環電流指令値を生成する請求項7に記載の単相電力変換器。
- 前記指令値生成手段は、
前記第1のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値と前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値との差を用いて、前記循環電流指令値の、前記交流入出力端子間の端子電圧と同相の基本波成分を生成する基本波成分生成手段と、
前記第1のアーム内および前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値を用いて、前記第1のアーム内および前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値が所定の直流電圧指令値に追従するよう制御するための前記循環電流指令値の直流成分を生成する直流成分生成手段と、
を有し、
前記基本波成分と前記直流成分とを加算して前記循環電流指令値を生成する請求項7に記載の単相電力変換器。 - 前記基本波成分は、前記第1のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値と、前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値と、の差をゼロにするよう制御するための値である請求項9に記載の単相電力変換器。
- 前記制御手段は、前記第1のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値に、前記第1のアーム内の各前記直流コンデンサの電圧値をそれぞれ追従させる制御、および、前記第2のアーム内の全ての前記直流コンデンサの電圧値を平均して得られた値に、前記第2のアーム内の各前記直流コンデンサの電圧値をそれぞれ追従させる制御、をさらに実行する請求項7〜10のいずれか一項に記載の単相電力変換器。
- 前記制御手段は、前記追従させる制御に対応して前記半導体スイッチをスイッチング動作させるスイッチング指令手段を有する請求項11に記載の単相電力変換器。
- 各前記半導体スイッチは、
オン時に一方向に電流を通す半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子に逆並列に接続された帰還ダイオードと、
を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載の単相電力変換器。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の単相電力変換器を3相分備える三相電力変換器であって、
各前記単相電力変換器内の前記変圧器は、1次側にスター結線を有し2次側にオープンスター結線を有する三相変圧器における各相をそれぞれ構成し、
各前記単相電力変換器には共通の前記直流電源が接続される、
ことを特徴とする三相電力変換器。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の単相電力変換器を2相分備える三相二相電力変換器であって、
各前記単相電力変換器内の前記変圧器の2次側巻線は、スコット変圧器の2次側における各相の巻線をそれぞれ構成し、
各前記単相電力変換器には共通の前記直流電源が接続される、
ことを特徴とする三相二相電力変換器。
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