WO2007074710A1

WO2007074710A1 - 電力変換装置及び電力変換システム

Info

Publication number: WO2007074710A1
Application number: PCT/JP2006/325494
Authority: WO
Inventors: Abdallah Mechi
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US20090034305A1; JP4618121B2; AU2006329365B2; CN101326704B; KR20080078695A; US8064232B2; CN101326704A; KR100966973B1; JP2007174858A; EP1968177A1; AU2006329365A1

Abstract

　本発明は電力変換装置及び電力変換システムに関し、特に３相／２相変換において、スイッチング素子数を低減することでコストの増加及び変換効率の低下を抑え、しかも電源での高調波の発生を防止することが目的とされる。上記目的を達成するために、電力変換装置（１）は、入力端子（１２１～１２３）、第１の出力端子（１３１，１３２）、第２の出力端子（１４１，１４２）及び絶縁変圧器（１１）を備える。絶縁変圧器は、インダクタンスの等しい１次コイル（Ｌ１）及び２次コイル（Ｌ２）を有する。１次コイルの一端側は、２次コイルの他端側と極性が等しい。第１の出力端子の一方は、入力端子及び１次コイルの一端に接続される。第１の出力端子の他方は、入力端子及び２次コイルの一端に接続される。第２の出力端子の一方は、１次コイルの他端及び２次コイルの他端に接続される。第２の出力端子の他方は、入力端子に接続される。

Description

明細書

電力変換装置及び電力変換システム

技術分野

[0001] 本発明は電力変換装置及び電力変換システムに関し、特に 3相 Z2相変換に関する。

背景技術

[0002] 3相電力を直流電力に変換する場合、電源で発生する高調波を低減するために、電力変換装置にはアクティブコンバータやマトリックスコンバータが採用されている。

[0003] なお、本発明に関連する技術を以下に示す。

[0004] 特許文献 1：特開 2004— 215406号公報

特許文献 2：特開 2004— 215408号公報

特許文献 3：特開 2004— 215407号公報

特許文献 4 :米国特許第 4648022号明細書

特許文献 5 :米国特許第 6580621号明細書

非特許文献 1： Boon Teck 001、外 5名、 "An Integrated AC Drive System Using a C ontrolled- Current PWM Rectifier/Inverter Link", IEEE TRANSACTIONS ON POW ER ELECTRONICSゝ pp.64— 71、 VOL3、 N01、 JANUARY 1988

特許文献 2 : E.R.Motto、外 5名、 "Application Characteristics of an Experimental R B-IGBT(Reverse Blocking IGBT)Moduie 、 Industry Applications Conference, 2004. 39th IAS Annual Meeting.Conference Record of the 2004 IEEE, Volume 3,3—7 Oct. 2004 Page(s):1540 - 1544 vol.3

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 単相のシステムでは、 PFC (Power Factor Correction)回路が既に商業化されて！/ヽる。しかし、 3相のシステムでは、アクティブコンバータにスイッチング素子が 6個必要とされ、マトリックスコンバータにスイッチング素子が 18個必要とされ、コストの増加、更にはスイッチング損失による変換効率の低下を招!、てヽた。 [0006] 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子数を低減することでコストの増加及び変換効率の低下を抑え、しかも電源での高調波の発生を防止することが目的とされる。

課題を解決するための手段

[0007] この発明に力かる電力変換装置の第 1の態様は、インダクタンスが等しい 1次コイル

(L1)及び 2次コイル (L2)を有する絶縁変圧器（11)と、第 1乃至第 3の入力端子（12 1〜123)と、第 1の出力端子の一対（131, 132)と、第 2の出力端子の一対（141, 1 42)とを備え、前記第 1の出力端子の一方（131)は、前記第 1の入力端子（121)及び前記 1次コイルの一端（111)に接続され、前記第 1の出力端子の他方（132)は、前記第 2の入力端子（122)及び前記 2次コイルの一端（113)に接続され、前記第 2 の出力端子の一方（141)は、前記 1次コイルの他端（112)及び前記 2次コイルの他端（114)に接続され、前記第 2の出力端子の他方（142)は、前記第 3の入力端子（1 23)に接続され、前記 1次コイルの前記一端側の極性は、前記 2次コイルの前記他端側の極性に等しい。

[0008] この発明にかかる電力変換装置の第 2の態様は、第 1のコイル (L3)と、第 1乃至第 3の入力端子（221〜223)と、第 1の出力端子の一対 (231, 232)と、第 2の出力端子の一対（241, 242)とを備え、前記第 1の出力端子の一方（231)は、前記第 1の入力端子（221)及び前記コイルの一端 (211)に接続され、前記第 1の出力端子の他方（232)は、前記第 2の入力端子（222)及び前記コイルの他端（212)に接続され、前記第 2の出力端子の一方（241)は、前記コイルの前記一端と前記他端との間の位置（213)で前記コイルに接続され、前記第 2の出力端子の他方（242)は、前記第 3の入力端子（223)に接続され、前記コイルの前記一端と前記位置との間のインダクタンスと、前記コイルの前記他端と前記位置との間のインダクタンスとが等、。

[0009] この発明に力かる電力変換装置の第 3の態様は、その第 2の態様であって、前記第 1の出力端子の前記一対（231, 232)と、前記第 1及び前記第 2の入力端子（221, 222)との間に接続される第 1の絶縁変圧器 (22)を更に備え、前記第 1の出力端子の前記一対は、前記第 1の絶縁変圧器の 2次コイル (L4)の両端（214, 215)に接続され、前記第 1の絶縁変圧器は、前記第 1のコイル (L3)を 1次コイルとする。 [0010] この発明にかかる電力変換装置の第 4の態様は、その第 3の態様であって、第 1のコンデンサ（C1)を更に備え、前記第 1のコンデンサは、前記第 1の絶縁変圧器（22) の前記 2次コイル (L4)の両端（214, 215)の間に接続される。

[0011] この発明にかかる電力変換装置の第 5の態様は、その第 3または第 4の態様であつて、前記第 2の出力端子の前記一対 (241, 242)と、前記第 3の入力端子 (223)及び前記位置（213)との間に接続される第 2の絶縁変圧器 (23)を更に備え、前記第 3 の入力端子及び前記位置は、前記第 2の絶縁変圧器の 1次コイル (L5)の両端（231 , 232)に接続され、前記第 2の出力端子の前記一対は、前記第 2の絶縁変圧器の 2 次コイル (L6)の両端（233, 234)に接続される。

[0012] この発明に力かる電力変換装置の第 6の態様は、その第 5の態様であって、第 2のコンデンサ（C2)を更に備え、前記第 2のコンデンサは、前記第 2の絶縁変圧器の前記 2次コイル (L6)の前記両端（233, 234)の間に接続される。

[0013] この発明にかかる電力変換システムの第 1の態様は、電力変換装置（1)の第 1乃至第 6の態様のいずれか一つと、一対の入力端（311, 312 ; 321, 322)と一対の出力端（313, 314 ; 323, 324)とを有する第 1のコンバータ（31 ; 32)とを備え、前記第 1 のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子のいずれか一方の前記一対（131, 132 ; 141, 142)に接続される。

[0014] この発明に力かる電力変換システムの第 2の態様は、その第 1の態様であって、一対の人力端（321, 322 ; 311, 312)と一対の出力端（323, 324 ; 313, 314)とを有する第 2のコンバータ（32 ; 31)を更に備え、前記第 2のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子の他方の前記一対（141, 142 ; 13 1, 132)に接続される。

発明の効果

[0015] この発明にかかる電力変換装置の第 1または第 2の態様によれば、第 1乃至第 3の入力端子に接続される 3相電源の線間電圧に等しい交流電圧を第 1の出力端子から出力し、当該交流電圧と位相が 90° だけ異なる交流電圧を第 2の出力端子から出力することができる。すなわち、第 1乃至第 3の入力端子に入力される 3相交流電圧を 2相交流電圧に変換することができる。 [0016] し力も、第 1の出力端子から出力される電力と、第 2の出力端子から出力される電力とを等しくするために、第 1の出力端子及び第 2の出力端子に単相の PFC回路を接続するだけで良い。これにより、第 1乃至第 3の入力端子に入力される電力のそれぞれを等しくでき、以つて 3相電源での高調波の発生が防止できる。さらには、スィッチング素子数が減少し、以つてコストが低減する。

[0017] この発明にかかる電力変換装置の第 3の態様によれば、 3相電源の線間電圧に等しい交流電圧を所望の交流電圧に変換して第 1の出力端子力出力することができる。よって、第 1の出力端子力も出力される交流電圧を、第 2の出力端子から出力される交流電圧に等しくすることができる。

[0018] この発明にかかる電力変換装置の第 4の態様によれば、第 1のコンデンサと第 2のコイルとでフィルタが構成される。よって、当該フィルタでノイズが除去される。

[0019] この発明にかかる電力変換装置の第 5の態様によれば、第 2の絶縁変圧器の 1次コィルに印加される交流電圧を、所望の交流電圧に変換して第 2の出力端子力出力することができる。

[0020] この発明にかかる電力変換装置の第 6の態様によれば、第 1のコンデンサと第 2のコイルとでフィルタが構成される。よって、当該フィルタでノイズが除去される。

[0021] この発明に力かる電力変換システムの第 1の態様によれば、第 1のコンバータは、電力変換装置から出力される交流電圧を所望の直流電圧に変換して、自身の出力端へと出力できるので、当該一方の出力端子力出力される電力を所望の値にすることができる。よって、当該電力を、他方の出力端子力も出力される電力に等しくでき、以つて第 1乃至第 3の入力端子力入力される電力のそれぞれを等しくできる。これにより、第 1乃至第 3の入力端子に接続される 3相電源での高調波の発生が防止できる。

[0022] この発明に力かる電力変換システムの第 2の態様によれば、第 2のコンバータは、電力変換装置から出力される交流電圧を所望の直流電圧に変換して、自身の出力端へと出力できる。よって、第 1のコンバータのみで制御するよりも、一方の出力端子から出力される電力と、他方の出力端子から出力される電力とを等しくしゃすい。

[0023] この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによつて、より明白となる。

図面の簡単な説明

[図 1]第 1の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である。

[図 2]第 1の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である。

[図 3]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 4]3相交流電圧 Va, Vb, Vcの波形を示す図である。

[図 5]3相交流 la, lb, Icの波形を示す図である。

[図 6]交流電圧 VI, V2の波形を示す図である。

[図 7]交流 II, 12の波形を示す図である。

[図 8]3相交流電圧 Va, Vb, Vcの波形を示す図である。

[図 9]3相交流 la, lb, Icの波形を示す図である。

[図 10]交流電圧 VI, V2の波形を示す図である。

[図 11]交流 II, 12の波形を示す図である。

[図 12]第 2の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 13]第 2の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 14]第 3の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 15]第 3の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 16]3相交流電圧 Va, Vb, Vcの波形を示す図である。

[図 17]3相交流 la, lb, Icの波形を示す図である。

[図 18]交流電圧 VI, V2の波形を示す図である。

[図 19]交流 II, 12の波形を示す図である。

[図 20]3相交流電圧 Va, Vb, Vcの波形を示す図である。

[図 21]3相交流 la, lb, Icの波形を示す図である。

[図 22]交流電圧 VI, V2の波形を示す図である。 [図 23]交流 II, 12の波形を示す図である。

[図 24]第 4の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 25]第 4の実施の形態にかかる、電力変換システムを概念的に示す回路図である

[図 26]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 27]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 28]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 29]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 30]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 31]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 32]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 33]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 34]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 35]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 36]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 37]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 38]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 39]PFC回路を概念的に示す回路図である。

[図 40]PFC回路を概念的に示す回路図である。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 第 1の実施の形態.

図 1及び図 2は、本実施の形態に力かる電力変換システムを概念的に示す回路図である。当該電力変換システムは、電力変換装置 1及びコンバータ 31, 32を備える。

[0026] 図 1では、 3相電源 201及び負荷 211も示されている。図 2では、更に負荷 212が示されている。 3相電源 201は、電力変換システムに電力を供給する。負荷 211, 21

2には、電力変換システムから出力される電力が供給される。

[0027] 電力変換装置 1は、入力端子 121〜123、第 1の出力端子 131, 132、第 2の出力端子 141, 142及び絶縁変圧器 11を備える。

[0028] 入力端子 121〜123は、 3相電源 201に接続され、 3相電源 201から電力が供給される。

[0029] 絶縁変圧器 11は、インダクタンスの等しい 1次コイル L1及び 2次コイル L2を有する。 1次コイル L1の一端 111側の極性は、 2次コイル L2の他端 114側の極性に等しい

[0030] 第 1の出力端子の一方 131は、入力端子 121及び 1次コイル L1の一端 111に接続される。第 1の出力端子の他方 132は、入力端子 122及び 2次コイル L2の一端 113 に接続される。

[0031] 第 2の出力端子の一方 141は、 1次コイル L1の他端 112及び 2次コイル L2の他端 114に接続される。第 2の出力端子の他方 142は、入力端子 123に接続される。

[0032] 電力変換装置 1によれば、入力端子 121〜123に接続される 3相電源 201の線間電圧 V0に等しい交流電圧 VIを第 1の出力端子 131, 132から出力することができる。しカゝも、交流電圧 VIと位相が 90° だけ異なる交流電圧 V2を第 2の出力端子 141 , 142から出力することができる。なぜなら、 1次コイル L1と 2次コイル L2のそれぞれのインダクタンスが等しいので、第 2の出力端子の一方 141の電位力入力端子 121 の電位と入力端子 122の電位との中間の値となるからである。

[0033] すなわち、入力端子 121〜123に入力される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 1及び図 2)を、直交する 2相交流電圧 VI, V2に変換することができる。なお、交流電圧 V2 の実効値は、線間電圧の実効値の 3Z2倍である。

[0034] 第 1の出力端子 131, 132の間にコンデンサ C1を接続することが、第 1の出力端子 131, 132から出力される交流電圧 VIのノイズを除去する点で望ま、。

[0035] 第 2の出力端子 141, 142の間にコンデンサ C2を接続することが、第 2の出力端子 141, 142から出力される交流電圧 V2のノイズを除去する点で望ましい。し力も、コンデンサ C2とコイル LI, L2とでフィルタが構成され、以つて当該フィルタでノイズが除去される。

[0036] コンノータ 31は、人力端 311, 312と出力端 313, 314とを有する。人力端 311, 3 12はそれぞれ、第 1の出力端子 131, 132に接続される。 [0037] 第 1の出力端子 131, 132に出力される交流電圧 VIは、第 2の出力端子 141, 14 2に出力される交流電圧 V2に直交するので、第 2の出力端子 141, 142側とは独立して、第 1の出力端子 131, 132に出力される電力を制御することができる。

[0038] 具体的には、コンバータ 31は、電力変換装置 1から出力される交流電圧 VIを所望の直流電圧 Vdlに変換して、出力端 313, 314へと出力できるので、出力端子 131, 132から出力される電力 P1を所望の値にすることができる。

[0039] よって、電力 P1を、出力端子 141, 142から出力される電力 P2に等しくすることができ、以つて入力端子 121〜123から入力される電力 P11〜P13のそれぞれを等しくできる。これにより、 3相電源 201での高調波の発生が防止できる。

[0040] コンノータ 32は、人力端 321, 322と出力端 323, 324とを有する。人力端 321, 3 22はそれぞれ、第 2の出力端子 141, 142に接続される。

[0041] 第 2の出力端子 141, 142に出力される交流電圧 V2は、第 1の出力端子 131, 13 2に出力される交流電圧 VIに直交するので、コンバータ 31とは独立してコンバータ 3 2を制御することができる。

[0042] 具体的には、コンバータ 32は、電力変換装置 1から出力される交流電圧 V2を所望の直流電圧 Vd2に変換して、出力端 323, 324へと出力できる。よって、コンバータ 3 1のみで制御するよりも、電力 P1と電力 P2とを等しくしゃすい。

[0043] 電力変換装置 1は、 3相交流電圧 Va, Vb, Vcを 2相交流電圧 VI, V2に変換するので、コンバータ ₃₁, 32にはそれぞれ単相の交流電圧が入力される。よって、コンパータ 31, 32には単相の PFC回路を採用すれば良い。これらの制御は相互に独立して行えるので、周知の単相の PFC回路の制御方法を流用できる。当該単相の PFC 回路には、例えば図 3及び図 26〜40に示されるような既に知られた回路が適用できる。 PFC回路の具体例については後述する。

[0044] そして、電力変換装置 1にはスイッチング素子は不要である。よって、電力変換システムに含まれるスイッチング素子数は、アクティブコンバータやマトリックスコンバータなどに含まれる素子数より少なくなり、以つてコストが低減する。

[0045] 図 1では、負荷 211がコンバータ 31の出力端 313, 314に接続され、かつ出力端 3 13, 314のそれぞれにコンバータ 32の出力端 323, 324が接続された場合が示されている。この場合、直流電圧 Vdlと直流電圧 Vd2とは等しぐコンバータ 31側を流れる電流 Idlとコンバータ 32側を流れる電流 Id2も等しくなる。よって、コンバータ 31から出力される電力とコンバータ 32から出力される電力とは等しぐ以つて電力 P1と電力 P2とはほぼ等しい。なお、出力端 313, 314の間にコンデンサ Cdを接続すること力コンバータ ₃₁, 32からの出力に含まれた脈動を除去できる点で望ましぐかかる態様が図 1に示されている。

[0046] 図 2では、負荷 211がコンバータ 31の出力端 313, 314に接続され、負荷 212がコンバータ 32の出力端 323, 324に接続された場合が示されている。この場合、コンパータ 31, 32を制御することで、コンバータ 31から出力される電力とコンバータ 32から出力される電力とを等しくすることで、電力 P1と電力 P2とがほぼ等しくなる。なお、出力端 313, 314の[¾【こ=3ンデンサじ(11を、出力端 323, 324の【こンデンサ Cd2をそれぞれ接続することが、コンバータ 31, 32からの出力に含まれた脈動を除去できる点で望ましぐ力かる態様が図 2に示されている。

[0047] 図 3は、コンバータ 31, 32に採用できる PFC回路 501を示す。 PFC回路 501は、ダイオードブリッジ DB、コンデンサ Cf、コイル L 7及びダイオード Dl, D2及びスイツチ SW1を有する。

[0048] PFC回路 501は、更に入力端 101, 102及び出力端 103, 104を有する。入力端 1 01, 102及び出力端 103, 104はそれぞれ、 PFC回路 501がコンバータ 31に採用される場合には入力端 311, 312及び出力端 313, 314と把握でき、コンバータ 32に採用される場合には入力端 321, 322及び出力端 323, 324と把握できる。後述する図 26〜40に示されるコンバータにおいて同様である。

[0049] ダイオードブリッジ DBは、入力端 151, 152と出力端 153, 154とを有する。入力端 151, 152はそれぞれ入力端 101, 102に接続される。コンデンサ Cfは、入力端 101 , 102の間に接続される。ダイオード D1は、アノードがコイル L7を介して出力端 153 に接続され、力ソードが出力端 103に接続される。ダイオード D2は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードが出力端 154に接続される。スィッチ SW1は、ダイォード D1のアノードと、ダイオード D2の力ソードとの間に接続される。力かる PFC回路 50 1は、昇降圧チヨツバとして機能する。 [0050] 図 1で示される電圧変換システムのコンバータ 31, 32に PFC回路 501を採用した場合の、 3相交流 la, lb, Ic (図 1)の波形を図 5に、交流電圧 VI, V2の波形を図 6に、交流 II, 12の波形を図 7にそれぞれ示す。ここで、入力端子 121〜123には、図 4 で示される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 1)がそれぞれ入力される。交流 II (図 1)は第 1の出力端子 131, 132を流れ、交流 12(図 1)は第 2の出力端子 141, 142を流れ、図 2に示される電圧変換システムでも同様である。

[0051] また、図 2で示される電圧変換システムのコンバータ 31, 32に PFC回路 501を採用した場合の、 3相交流 la, lb, Ic (図 2)の波形を図 9に、交流電圧 VI, V2の波形を図 10に、交流 II, 12の波形を図 11にそれぞれ示す。ここで、入力端子 121〜123には、図 8で示される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 2)がそれぞれ入力される。

[0052] 3相交流 la, lb, Ic (図 5及び図 9)、交流電圧 VI, V2(図 6及び図 10)及び交流 II , 12(図 7及び図 11)はいずれも正弦波であり、 PFC回路 501のチヨッパリングノイズの他にはノイズがほとんど含まれて、な、。

[0053] 本実施の形態に力かる電圧変換システムでは、 1次コイル L1及び 2次コイル L2にはそれぞれ、線間電圧 VOの 1/2倍の電圧がかかり、入力端子 121〜122に流れる電流 Ia(=Ib=Ic)の 1Z2倍の電流が流れる。このとき、電力変換装置 1の電力容量 Prlは、式（1)で表される。ここで、符号 Vrl, Irlは、それぞれ 1次コイルの電圧及び電流の実効値、符号 Vr2, Ir2は、それぞれ 2次コイルの電圧及び電流の実効値を、符号 Vr, Irは、それぞれ線間電圧 VO及び電流 la ( = lb = Ic)の実効値を表す。

[0054] [数 1]

P「1=VMXl「1=Vr2Xlr2

∑ VrnXlrn

= -^^— = -^VrXlr · · - (1)

2 4

[0055] そうすると、電力変換システムに入力される入力容量 Pinは 3· Vr*Irであるので、電力容量 Prlは入力容量 Pinの 14.4%となる。

[0056] アクティブコンバータと比較すれば、 1次コイル L1及び 2次コイル L2に流れる電流は、アクティブコンバータの 3相交流リアクタに流れる電流の半分で良い。また、 1次コィル及び 2次コイルのそれぞれの銅損は、 3相交流リアクタでの銅損の 1Z12倍まで低減される。

[0057] 第 2の実施の形態.

図 12及び図 13は、本実施の形態に力かる電力変換システムを概念的に示す回路図である。当該電力変換システムは、電力変換装置 2a及びコンバータ 31, 32を備える。

[0058] 電力変換装置 2aは、入力端子 221〜223、第 1の出力端子 231, 232、第 2の出力端子 241, 242及び単卷変圧器 21を備える。

[0059] 入力端子 221, 223は、 3相電源 201に接続され、 3相電源 201から電力が供給される。

[0060] 単卷変圧器 21は、コイル L3を有する。図 12及び図 13では、コイル L3の一端 211 と他端 212の間の位置 213が示されている。コイル L3の一端 211と位置 213との間のインダクタンスと、コイル L3の他端 212と位置 213との間のインダクタンスとは等しよって、コィノレ L3は一端 211と位置 213との間、及び位置 213と他端 212との間力それぞれ第 1の実施の形態のコイル LI, L2 (図 1及び図 2)として機能する。よつて、単卷変圧器 21は絶縁変圧器 11と同じ機能を果たす。

[0061] 第 1の出力端子の一方 231は、入力端子 221及びコイル L3の一端 211に接続される。第 1の出力端子の他方 232は、入力端子 222及びコイル L3の他端 212に接続される。

[0062] 第 2の出力端子の一方 241は、位置 213でコイル L3に接続される。第 2の出力端子の他方 242は、入力端子 223に接続される。

[0063] 電力変換装置 2aによれば、上述した電力変換装置 1と同様に、入力端子 221〜22 3に接続される 3相電源 201の線間電圧 V0に等しい交流電圧 VIを第 1の出力端子 231, 232から出力することができる。しかも、交流電圧 VIと位相が 90° だけ異なる交流電圧 V2を第 2の出力端子 241, 242から出力することができる。すなわち、入力端子 221〜223に入力される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 1及び図 2)を 2相交流電圧 VI, V2に変換することができる。

[0064] 電力変換装置 1と同様に、第 1の出力端子 231, 232の間にはコンデンサ C1を、第 2の出力端子 241, 242の間にはコンデンサ C2を、それぞれ接続することが望ましい

[0065] コンバータ 31の入力端 311, 312はそれぞれ、第 1の出力端子 231, 232に接続され、第 1の実施の形態と同様の効果を生ずる。

[0066] コンバータ 32の入力端 321, 322はそれぞれ、第 2の出力端子 241, 242に接続され、第 1の実施の形態と同様の効果を生ずる。

[0067] 電力変換装置 2aは、 3相交流電圧 Va, Vb, Vcを 2相交流電圧 VI, V2に変換するので、コンバータ 31, 32にはそれぞれ単相の交流電圧が入力される。よって、コンバータ 31, 32には単相の PFC回路（図 3及び図 26〜40)を採用すれば良い。また、第 1の実施の形態と同様に、コストが低減できる。

[0068] 図 12では、負荷 211がコンバータ 31の出力端 313, 314に接続され、かつ主力端 313, 314のそれぞれにコンバータ 32の出力端 323, 324が接続された場合が示されている。この場合、第 1の実施の形態で説明したように、電力 P1と電力 P2とはほぼ等しい。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314 の間にコンデンサ Cdを接続することが望ましい。

[0069] 図 13では、負荷 211がコンバータ 31の出力端 313, 314に接続され、負荷 212がコンバータ 32の出力端 323, 324に接続された場合が示されている。この場合、第 1 の実施の形態で説明したように、コンバータ 31, 32の制御によって、電力 P1と電力 P 2とがほぼ等しくなる。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314の[¾【こ=3ンデンサじ(11を、出力端 323, 324の【こンデンサ Cd2をそれぞれ接続することが望まし、。

[0070] コンバータ 31, 32に PFC回路 501 (図 3)を採用した場合、図 12で示される電力変換システムにおいては、図 5で示される 3相交流 la, lb, Icの波形、図 6で示される交流電圧 VI, V2の波形、及び図 7で示される交流 II, 12の波形がそれぞれ得られる。また、図 13で示される電力変換システムにおいては、図 9で示される 3相交流 la, lb, Icの波形、図 10で示される交流電圧 VI, V2の波形、及び図 11で示される交流 II, 12の波形がそれぞれ得られる。

[0071] 本実施の形態に力かる電力変換システムでは、コイル L3の一端 211と位置 213との間及び他端 212と位置 213との間には、それぞれ線間電圧 VOの 1Z2倍の電圧がかかり、電流 laの 1Z2倍の電流が流れる。このとき、電力変換装置 2aの電力容量 Pr 2は、式（2)で表される。ここで、符号 Vlowは、コイル L3の位置 213での、電圧 Vbを基準とした電圧の実効値（=VrZ2)を表す。また、符号 Vhiは、コイル L3の一端 211 での、電圧 Vbを基準とした電圧の実効値（=Vr)を表す。

[0072] [数 2]

(Vhi— I ow)

Pr2=(VlowXlr) X——―™™ -

Vh j

^VrXlr ' ·.

4 M

[0073] そうすると、当該電力容量 Prは入力容量 Pinの 14.4%となる。

[0074] アクティブコンバータと比較すれば、コイル L3の一端 211と位置 213との間及び他端 212と位置 213との間に流れる電流は、アクティブコンバータの 3相交流リアクタに流れる電流の半分で良い。また、コイル L3の一端 211と位置 213との間及び他端 21 2と位置 213との間のそれぞれの銅損は、 3相交流リアクタでの銅損の 1Z12倍まで低減される。

[0075] 第 3の実施の形態.

図 14及び図 15は、本実施の形態に力かる電力変換システムを概念的に示す回路図である。当該電力変換システムはそれぞれ、図 12及び図 13で示される電力変換システムであって、電力変換装置 2aが更に絶縁変圧器 22を備える。なお、図 14及び図 15では、当該電力変換装置に符号 2bを付している。

[0076] 絶縁変圧器 22は、第 1の出力端子 231, 232と、入力端子 221, 222との間に接続される。絶縁変圧器 22は、 1次コイル及び 2次コイル L4を有し、コイル L3を 1次コイルとする。 2次コイル L4の両端 214, 215には、第 1の出力端子 231, 232が接続される。

[0077] 電力変換装置 2bによれば、コイル L3の両端 211, 212の間に発生する、 3相電源 201の線間電圧 V0に等しい交流電圧 VIを、所望の交流電圧 V3に変換して出力端子 231, 232から出力することができる。よって、交流電圧 V3を、出力端子 241, 24 2から出力される交流電圧 V2に等しくすることができる。

[0078] 2次コイル L4の両端 214, 215の間にコンデンサ C1を接続することが望ましい。なぜなら、コンデンサ C1と 2次コイル L4とでフィルタが構成され、以つて当該フィルタでノイズが除去されるからである。

[0079] コンバータ 31, 32は、第 2の実施の形態と同様に電力変換装置 2bに接続され、第 2の実施の形態と同様の効果を生じる。コンバータ 31, 32には、 PFC回路（図 3及び図 26〜40)が採用できる。

[0080] 図 12で示される回路と同様に、負荷 211がコンバータ 31, 32に接続された場合が図 14に示されている。この場合、第 1の実施の形態で説明したように、電力 P1と電力 P2とはほぼ等しい。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314の間にコンデンサ Cdを接続することが望ましい。

[0081] 図 13で示される回路と同様に、負荷 211, 212がそれぞれコンバータ 31, 32に接続された場合が図 15に示されている。この場合、第 1の実施の形態で説明したように、コンバータ ₃₁, 32の制御によって、電力 P1と電力 P2と力 Sほぼ等しくなる。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314の間にコンデンサ Cdlを、出力端 323, 324の間にコンデンサ Cd2をそれぞれ接続することが望ましい

[0082] 図 14で示される電圧変換システムのコンバータ 31, 32に PFC回路 501 (図 3)を採用した場合の、 3相交流 la, lb, Ic (図 14)の波形を図 17に、交流電圧 VI, V2の波形を図 18に、交流 II, 12の波形を図 19にそれぞれ示す。ここで、入力端子 221〜2 23には、図 16で示される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 14)がそれぞれ入力される。

[0083] また、図 15で示される電圧変換システムのコンバータ 31, 32に PFC回路 501 (図 3 )を採用した場合の、 3相交流 la, lb, Ic (図 15)の波形を図 21に、交流電圧 VI, V2 の波形を図 22に、交流 II, 12の波形を図 23にそれぞれ示す。ここで、入力端子 221 〜223には、図 20で示される 3相交流電圧 Va, Vb, Vc (図 15)がそれぞれ入力される。

[0084] 3相交流 la, lb, Ic (図 17及び図 21)、交流電圧 VI, V2 (図 18及び図 22)及び交流 II, 12 (図 19及び図 23)はいずれも正弦波であり、 PFC回路 501のチヨッパリングノイズの他にはノイズがほとんど含まれて!/ヽな!、。

[0085] 本実施の形態に力かる電力変換システムでは、電力変換装置 2bの電力容量 Pr3 は、式（3)で表される。

[0086] [数 3]

P r3=∑ Vr n X l r n 二 ( ¾ X V r X l r ) - ' · ( 3 )

[0087] そうすると、電力容量 Pr3は入力容量の 57. 7%となる。

[0088] 第 4の実施の形態.

図 24及び図 25は、本実施の形態に力かる電力変換システムを概念的に示す回路図である。当該電力変換システムはそれぞれ、図 14及び図 15で示される電力変換システムであって、電力変圧器 2bが更に絶縁変圧器 23を備える。なお、図 24及び図 25では、当該電力変換装置に符号 2cを付している。

[0089] 絶縁変圧器 23は、出力端子 241, 242と、入力端子 223及び位置 213との間に接続される。絶縁変圧器 23は 1次コイル L5及び 2次コイル L6を有する。 1次コイル L5 の両端 231, 232にはそれぞれ、位置 213及び入力端子 223が接続される。 2次コィル L6の両端 233, 234にはそれぞれ、出力端子 241, 242が接続される。

[0090] 電力変換装置 2cによれば、 1次コイル L5に印加される交流電圧 V2を、所望の交流電圧 V4に変換して出力端子 241, 242に出力することができる。

[0091] 2次コイル L6の両端 233, 234の間にコンデンサ C2を接続することが望ましい。なぜなら、コンデンサ C2と 2次コイル L6とでフィルタが構成され、以つて当該フィルタでノイズが除去されるからである。

[0092] コンバータ 31, 32は、第 3の実施の形態と同様に電力変換装置 2cに接続され、第 3の実施の形態と同様の効果を生じる。

[0093] 図 14で示される回路と同様に、負荷 211がコンバータ 31, 32に接続された場合が図 24に示されている。この場合、第 1の実施の形態で説明したように、電力 P1と電力 P2とはほぼ等しい。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314の間にコンデンサ Cdを接続することが望ましい。

[0094] 図 15で示される回路と同様に、負荷 211, 212がそれぞれコンバータ 31, 32に接続された場合が図 25に示されている。この場合、第 1の実施の形態で説明したように、コンバータ ₃₁, 32の制御によって、電力 P1と電力 P2と力 Sほぼ等しくなる。なお、第 1の実施の形態で説明したのと同様の観点から、出力端 313, 314の間にコンデンサ Cdlを、出力端 323, 324の間にコンデンサ Cd2をそれぞれ接続することが望ましい

[0095] コンバータ 31, 32には、第 3の実施の形態と同様に、例えば PFC回路 501 (図 3) が採用できる。この場合、図 24で示される電力変換システムにおいては、図 17で示される 3相交流 la, lb, Icの波形、図 18で示される交流電圧 VI, V2の波形、及び図 19で示される交流 II, 12の波形がそれぞれ得られる。また、図 25で示される電力変換システムにおいては、図 21で示される 3相交流 la, lb, Icの波形、図 22で示される交流電圧 VI, V2の波形、及び図 23で示される交流 II, 12の波形がそれぞれ得られる。

実施例

[0096] コンバータ 31, 32には、図 3で示される PFC回路 501の他に、例えば図 26〜40で示される PFC回路が採用できる。

[0097] 図 26で示される PFC回路は、図 3で示される PFC回路 501であって、コイル L7、ダィオード Dl, D2及びスィッチ SW1が以下のように構成される。

[0098] すなわち、コイル L7は、並列接続された 3つのコイルからなる。ダイオード Dl, D2 は各々、並列接続された 3つのダイオード力もなる。当該 3つのダイオードは、ァノード同士及び力ソード同士がそれぞれ接続されている。スィッチ SW1は、並列接続された 3つスィッチからなる。

[0099] 図 27で示される PFC回路は、 PFC回路 501であって、コイル L8、ダイオード D3,

D4及びコンデンサ C3を更に有する。

[0100] ダイオード D3は、アノードがダイオードブリッジ DBの出力端 153に接続され、カソードがコイル L8を介してダイオード D4のアノードに接続される。ダイオード D4のカソードは、出力端 103に接続される。コンデンサ C3は、ダイオード D1のアノードと、ダイオード D4のアノードとの間に接続される。

[0101] 図 28で示される PFC回路は、ダイオードブリッジ DB、コンデンサ Cf、コイル L9及びスィッチ SW2を有する。

[0102] ダイオードブリッジ DBは、入力端 151がコイル L9を介して入力端 101に接続され、入力端 152が入力端 102に接続される。出力端 153, 154はそれぞれ出力端 103, 104に接続される。コンデンサ Cfは入力端 101, 102の間に接続される。スィッチ S W2は、入力端 151, 152の間に接続される。

[0103] 図 29で示される PFC回路は、コンデンサ Cf、コイル L10、ダイオード D5, D6及びスィッチ SW3, SW4を有する。

[0104] ダイオード D5は、アノードがコイル L10を介して入力端 101に接続され、力ソードが出力端 103に接続される。ダイオード D6は、アノードが入力端 102に接続され、カソードが出力端 103に接続される。スィッチ SW3は、ダイオード D5のアノードと出力端 104との間に接続される。スィッチ SW4は、ダイオード D6のアノードと出力端 104との間に接続される。コンデンサ Cfは、入力端 101, 102の間に接続される。かかる PF C回路によれば、 PWM (Pulse Width Modulation)制御を行うことができる。

[0105] 図 30で示される PFC回路は、図 29で示される PFC回路について、ダイオード D5, D6に代えてスィッチ SW5, SW6を採用したものである。

[0106] 図 31で示される PFC回路は、ダイオードブリッジ DB、コンデンサ Cf、コイル Ll l、ダイオード D7及びスィッチ SW7を有する。

[0107] ダイオードブリッジ DBの入力端 151, 152はそれぞれ、入力端 101, 102に接続される。出力端 153は、スィッチ SW7及びコイル L11をこの順に介して出力端 103に接続される。出力端 154は出力端 104に接続される。ダイオード D7は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードがスィッチ SW7とコイル L11との間に接続される。コンデンサ Cfは入力端 101, 102の間に接続される。かかる PFC回路は、降圧チヨツバとして機能する。

[0108] 図 32で示される PFC回路は、図 31で示される PFC回路であって、コイル Ll l、ダィオード D7及びスィッチ SW7が以下のように構成される。

[0109] すなわち、コイル L11は、並列接続された 3つのコイルからなる。ダイオード D7は、並列接続された 3つのダイオードからなる。当該 3つのダイオードは、アノード同士及び力ソード同士がそれぞれ接続されている。スィッチ SW7は、並列接続された 3っスイッチからなる。

[0110] 図 33で示される PFC回路は、コンデンサ Cf、コイル Ll l、ダイオード D7〜D9及びスィッチ SW8, SW9を有する。

[0111] ダイオード D7は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードがコイル 11を介して出力端 103に接続される。ダイオード D8は、アノードが入力端 101に接続され、カソードがダイオード D7の力ソードに接続される。ダイオード D9は、アノードが入力端 10 2に接続され、力ソードがダイオード D7の力ソードに接続される。スィッチ SW8は、ダィオード D8のアノードと、出力端 104との間に接続される。スィッチ SW9は、ダイォード D9のアノードと、出力端 104との間に接続される。コンデンサ Cfは入力端 101, 102の間に接続される。かかる PFC回路は、降圧チヨッパとして機能し、しカゝも PWM 制御を行うことができる。

[0112] 図 34で示される PFC回路は、コンデンサ Cf、コイル Ll l、ダイオード D7, D10〜D 17及び IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 71, 72を有する。

[0113] ダイオード D7は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードがコイル 11を介して出力端 103に接続される。ダイオード D10は、アノードが IGBT71のェミッタに接続され、力ソードがダイオード D7の力ソードに接続される。ダイオード D11は、アノード力 GBT72のェミッタに接続され、力ソードがダイオード D7の力ソードに接続される。ダィオード D12は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードが IGBT71のコレクタに接続される。ダイオード D13は、アノードが出力端 104に接続され、力ソードが IGBT 72のコレクタに接続される。

[0114] ダイオード D14は、アノードが IGBT71のェミッタに接続され、力ソードが入力端 10 1に接続される。ダイオード D15は、アノードが入力端 101に接続され、力ソードが IG BT71のコレクタに接続される。ダイオード D16は、アノード力 GBT72のェミッタに接続され、力ソードが入力端 102に接続される。ダイオード D17は、アノードが入力端 102に接続され、力ソードが IGBT72のコレクタに接続される。コンデンサ Cfは入力端 101, 102の間に接続される。かかる PFC回路は、降圧チヨッパとして機能し、しかも PWM制御を行うことができる。

[0115] 図 35で示される PFC回路は、図 33で示される PFC回路について、ダイオード D8, D9に代えてスィッチ SWIO, SW11を採用したものである。

[0116] 図 36〜40で示される PFC回路はそれぞれ、図 31〜35で示される PFC回路について、コイル L 11に代えてダイオード D 18を接続し、ダイオード D7に代えてコイル L1 2を接続したものである。ダイオード D18のアノードは、出力端 103に接続される。か力る PFC回路は、昇圧チヨッパとして機能する。特に図 38〜40で示される PFC回路によれば、 PWM制御を行うことができる。

[0117] 図 26〜40に示される PFC回路では、スイッチング素子を多くても 4つしか含まない。よって、上述したいずれの実施の形態においても、電力変換システムに含まれるスイッチング素子数は、アクティブコンバータやマトリックスコンバータに含まれるスイツチング素子数よりも小さくなる。

[0118] この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力この発明の範囲力外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

請求の範囲

[1] インダクタンスが等し!/ヽ 1次コイル (L1)及び 2次コイル (L2)を有する絶縁変圧器 ( 1 1)と、

第 1乃至第 3の入力端子（121〜123)と、

第 1の出力端子の一対（131, 132)と、

第 2の出力端子の一対（141, 142)と

を備え、

前記第 1の出力端子の一方（131)は、前記第 1の入力端子（121)及び前記 1次コィルの一端（111)に接続され、

前記第 1の出力端子の他方（ 132)は、前記第 2の入力端子（122)及び前記 2次コィルの一端（113)に接続され、

前記第 2の出力端子の一方（ 141)は、前記 1次コイルの他端（112)及び前記 2次コイルの他端（114)に接続され、

前記第 2の出力端子の他方（142)は、前記第 3の入力端子（123)に接続され、前記 1次コイルの前記一端側の極性は、前記 2次コイルの前記他端側の極性に等しい、電力変換装置。

[2] 第 1のコイル (L3)と、

第 1乃至第 3の入力端子（221〜223)と、

第 1の出力端子の一対 (231, 232)と、

第 2の出力端子の一対 (241, 242)と

を備え、

前記第 1の出力端子の一方（231)は、前記第 1の入力端子（221)及び前記コイルの一端（211)に接続され、

前記第 1の出力端子の他方（232)は、前記第 2の入力端子（222)及び前記コイルの他端（212)に接続され、

前記第 2の出力端子の一方（241)は、前記コイルの前記一端と前記他端との間の位置（213)で前記コイルに接続され、

前記第 2の出力端子の他方（242)は、前記第 3の入力端子（223)に接続され、前記コイルの前記一端と前記位置との間のインダクタンスと、前記コイルの前記他端と前記位置との間のインダクタンスとが等しい、電力変換装置。

[3] 前記第 1の出力端子の前記一対 (231, 232)と、前記第 1及び前記第 2の入力端子（221, 222)との間に接続される第 1の絶縁変圧器（22)

を更に備え、

前記第 1の出力端子の前記一対は、前記第 1の絶縁変圧器の 2次コイル (L4)の両端（214, 215)に接続され、

前記第 1の絶縁変圧器は、前記第 1のコイル (L3)を 1次コイルとする、請求項 2記載の電力変換装置。

[4] 第 1のコンデンサ（C1)

を更に備え、

前記第 1のコンデンサは、前記第 1の絶縁変圧器（22)の前記 2次コイル (L4)の両端 (214, 215)の間に接続される、請求項 3記載の電力変換装置。

[5] 請求項 1乃至請求項 4のいずれか一つに記載の電力変換装置（1)と、

一対の人力端（311, 312 ; 321, 322)と一対の出力端（313, 314 ; 323, 324)とを有する第 1のコンバータ（31； 32)と

を備え、

前記第 1のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子のいずれか一方の前記一対（131, 132 ; 141, 142)に接続される、電力変換システム。

[6] 一対の人力端（321, 322 ; 311, 312)と一対の出力端（323, 324 ; 313, 314)とを有する第 2のコンバータ（32 ; 31)

を更に備え、

前記第 2のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子の他方の前記一対（141, 142 ; 131, 132)に接続される、請求項 5記載の電力変換システム。

[7] 前記第 2の出力端子の前記一対 (241, 242)と、前記第 3の入力端子 (223)及び前記位置（213)との間に接続される第 2の絶縁変圧器（23) を更に備え、

前記第 3の入力端子及び前記位置は、前記第 2の絶縁変圧器の 1次コイル (L5)の両端（231, 232)に接続され、

前記第 2の出力端子の前記一対は、前記第 2の絶縁変圧器の 2次コイル (L6)の両端（233, 234)に接続される、請求項 3または請求項 4記載の電力変換装置。

[8] 請求項 7記載の電力変換装置（1)と、

一対の人力端（311, 312;321, 322)と一対の出力端（313, 314;323, 324)とを有する第 1のコンバータ（31； 32)と

を備え、

前記第 1のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子のいずれか一方の前記一対（131, 132;141, 142)に接続される、電力変換システム。

[9] 一対の人力端（321, 322;311, 312)と一対の出力端（323, 324;313, 314)とを有する第 2のコンバータ（32 ;31)

を更に備え、

前記第 2のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子の他方の前記一対（141, 142;131, 132)に接続される、請求項 8記載の電力変換システム。

[10] 第 2のコンデンサ（C2)

を更に備え、

前記第 2のコンデンサは、前記第 2の絶縁変圧器の前記 2次コイル (L6)の前記両端 (233, 234)の間に接続される、請求項 7記載の電力変換装置。

[11] 請求項 10記載の電力変換装置（1)と、

を備え、

一対の人力端（321, 322;311, 312)と一対の出力端（323, 324;313, 314)とを有する第 2のコンバータ（32 ;31)

を更に備え、

前記第 2のコンバータの前記一対の前記入力端は、前記第 1及び前記第 2の出力端子の他方の前記一対（141, 142;131, 132)に接続される、請求項 11記載の電力変換システム。