JP2000224862A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電力変換装置が出力する交流回路に中性線を付
加した回路構成にしたい場合や、出力交流電圧が高くな
っても、直流中間回路に接続する機器の電圧定格の上昇
を回避して、装置の重量・寸法の低減と、信頼性低下の
回避とを図ることにある。 【解決手段】２組の半導体スイッチ素子の直列回路でな
る中性相出力アーム２１を電力変換装置の直流中間回路
に接続してこれらを交互にオン・オフ動作させ、この中
性相出力アームの中間点に接続したリアクトル２３の他
端を中性線１２として引き出し、三相４線式の三相交流
または単相３線式の単相交流を得る。また、平滑コンデ
ンサを偶数個のコンデンサの直列接続で構成するとき
は、これの中間点を前記の中性線１２に接続する。また
は偶数個のコンデンサの直列接続でなる平滑コンデンサ
の中間点と直流中間回路の正負いずれかの極との間にバ
ッテリー４を接続する。
加した回路構成にしたい場合や、出力交流電圧が高くな
っても、直流中間回路に接続する機器の電圧定格の上昇
を回避して、装置の重量・寸法の低減と、信頼性低下の
回避とを図ることにある。 【解決手段】２組の半導体スイッチ素子の直列回路でな
る中性相出力アーム２１を電力変換装置の直流中間回路
に接続してこれらを交互にオン・オフ動作させ、この中
性相出力アームの中間点に接続したリアクトル２３の他
端を中性線１２として引き出し、三相４線式の三相交流
または単相３線式の単相交流を得る。また、平滑コンデ
ンサを偶数個のコンデンサの直列接続で構成するとき
は、これの中間点を前記の中性線１２に接続する。また
は偶数個のコンデンサの直列接続でなる平滑コンデンサ
の中間点と直流中間回路の正負いずれかの極との間にバ
ッテリー４を接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、中性線を備えた
交流回路を得ると共に、電力変換装置の出力電圧が上昇
した場合でも、直流中間回路に接続する機器の電圧定格
を低い値のままにすることができる電力変換装置に関す
る。
交流回路を得ると共に、電力変換装置の出力電圧が上昇
した場合でも、直流中間回路に接続する機器の電圧定格
を低い値のままにすることができる電力変換装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】三相交流電力を送電・配電する場合に、
日本では三相３線式の回路構成が一般的であるが、これ
に中性線を加えて三相４線式回路にすれば、２種類の電
圧を得ることができて便利である。例えば、三相４線式
回路での線間電圧が３８０Ｖならば相電圧は２２０Ｖと
なる。そこでヨーロッパなどでは三相４線式回路で配電
することが多く、通常の単相電気品は２２０Ｖの電圧で
使用するが、ヒーターなど大容量の単相または三相電気
品は３８０Ｖの電圧で使用している。また、単相交流回
路も中性線を加えた単相３線式回路にすれば、例えば１
００Ｖと２００Ｖの二重電圧が得られるので、近年では
日本の配電回路の大部分で、二重電圧が得られる単相３
線式回路が採用されている。
日本では三相３線式の回路構成が一般的であるが、これ
に中性線を加えて三相４線式回路にすれば、２種類の電
圧を得ることができて便利である。例えば、三相４線式
回路での線間電圧が３８０Ｖならば相電圧は２２０Ｖと
なる。そこでヨーロッパなどでは三相４線式回路で配電
することが多く、通常の単相電気品は２２０Ｖの電圧で
使用するが、ヒーターなど大容量の単相または三相電気
品は３８０Ｖの電圧で使用している。また、単相交流回
路も中性線を加えた単相３線式回路にすれば、例えば１
００Ｖと２００Ｖの二重電圧が得られるので、近年では
日本の配電回路の大部分で、二重電圧が得られる単相３
線式回路が採用されている。
【０００３】商用交流電源は、電圧や周波数が変動する
ことがあるし、停電することもある。そこで電圧や周波
数が変動すると悪影響を受ける恐れのある負荷は、商用
交流電源に接続した所謂ＣＶＣＦインバータ（定電圧定
周波数インバータ）から交流電力を受電することで、電
圧や周波数の変動を回避している。また、負荷への電力
供給が絶対に中断されたくないという要望に対しては、
商用交流電源に所謂ＵＰＳ（無停電電源装置）を接続
し、このＵＰＳを介して交流電力を受電することで、停
電の恐れを回避している。これらＣＶＣＦインバータや
ＵＰＳは、三相交流ならば３線回路で出力し、単相交流
ならば２線回路で出力する。
ことがあるし、停電することもある。そこで電圧や周波
数が変動すると悪影響を受ける恐れのある負荷は、商用
交流電源に接続した所謂ＣＶＣＦインバータ（定電圧定
周波数インバータ）から交流電力を受電することで、電
圧や周波数の変動を回避している。また、負荷への電力
供給が絶対に中断されたくないという要望に対しては、
商用交流電源に所謂ＵＰＳ（無停電電源装置）を接続
し、このＵＰＳを介して交流電力を受電することで、停
電の恐れを回避している。これらＣＶＣＦインバータや
ＵＰＳは、三相交流ならば３線回路で出力し、単相交流
ならば２線回路で出力する。
【０００４】図７は三相３線式の三相交流を出力する電
力変換装置の一般的な例を示した主回路接続図であっ
て、無停電電源装置の場合を示しているが、図７の一般
例回路において、交流電源１からの交流電力を直流電力
に変換する電源側変換器としての整流器２，この直流電
力を三相交流電力に変換する負荷側変換器としての三相
インバータ５，これら整流器２の直流側と三相インバー
タ５の直流側とを結合している直流中間回路に接続した
平滑コンデンサ３，およびバッテリー４とで三相無停電
電源装置１０が構成されている。この三相無停電電源装
置１０が出力する三相交流電力は、フィルターリアクト
ル６とフィルターコンデンサ７とでなるフィルター回路
で波形整形されたのちに、三相３線負荷８へ供給され
る。なお、三相無停電電源装置１０の動作は本発明とは
無関係であるから、その説明は省略する。
力変換装置の一般的な例を示した主回路接続図であっ
て、無停電電源装置の場合を示しているが、図７の一般
例回路において、交流電源１からの交流電力を直流電力
に変換する電源側変換器としての整流器２，この直流電
力を三相交流電力に変換する負荷側変換器としての三相
インバータ５，これら整流器２の直流側と三相インバー
タ５の直流側とを結合している直流中間回路に接続した
平滑コンデンサ３，およびバッテリー４とで三相無停電
電源装置１０が構成されている。この三相無停電電源装
置１０が出力する三相交流電力は、フィルターリアクト
ル６とフィルターコンデンサ７とでなるフィルター回路
で波形整形されたのちに、三相３線負荷８へ供給され
る。なお、三相無停電電源装置１０の動作は本発明とは
無関係であるから、その説明は省略する。
【０００５】図８は電力変換装置が出力する三相３線式
の三相交流から三相４線式の三相交流を得る従来例を示
した主回路接続図であって、無停電電源装置の場合を示
しているが、図８の従来例回路は、図７で既述の一般的
な無停電電源装置の交流出力側に、リアクトルのスター
接続でなる中性点発生用リアクトル１１を接続した構成
である。この中性点発生用リアクトル１１のスター接続
点から引き出した線が中性線１２であって、三相無停電
電源装置１０の出力側の三相３線式回路にこの中性線１
２を合体させることで三相４線式回路が得られ、これを
三相４線負荷１３に接続すれば良い。
の三相交流から三相４線式の三相交流を得る従来例を示
した主回路接続図であって、無停電電源装置の場合を示
しているが、図８の従来例回路は、図７で既述の一般的
な無停電電源装置の交流出力側に、リアクトルのスター
接続でなる中性点発生用リアクトル１１を接続した構成
である。この中性点発生用リアクトル１１のスター接続
点から引き出した線が中性線１２であって、三相無停電
電源装置１０の出力側の三相３線式回路にこの中性線１
２を合体させることで三相４線式回路が得られ、これを
三相４線負荷１３に接続すれば良い。
【０００６】なお図示は省略しているが、中性点発生用
リアクトル１１の代わりに３組の単巻変圧器をスター接
続すれば、そのスター接続点から中性線１２を引き出す
ことができて三相４線式回路が得られるし、このスター
接続した単巻変圧器のタップを三相４線負荷１３に接続
すれば、三相無停電電源装置１０の出力電圧とは異なっ
た電圧を三相４線負荷１３に印加することができる。更
にこれも図示は省略しているが、三相無停電電源装置１
０と三相４線負荷１３との間に、例えば一次側巻線がデ
ルタ接続で二次側巻線がスター接続の三相変圧器を挿入
し、二次側巻線のスター接続点を引き出して中性線１２
にすれば、三相無停電電源装置１０と三相４線負荷１３
とを絶縁し、且つ三相４線負荷１３の電圧が三相無停電
電源装置１０の出力電圧とは異なった値となる三相４線
式回路が得られる。なお単相２線式回路に、単相用の中
性点発生用リアクトルや単相用の単巻変圧器または２巻
線変圧器を前述と同様にして使用することにより単相３
線式回路が得られるが、その図示と説明は省略する。
リアクトル１１の代わりに３組の単巻変圧器をスター接
続すれば、そのスター接続点から中性線１２を引き出す
ことができて三相４線式回路が得られるし、このスター
接続した単巻変圧器のタップを三相４線負荷１３に接続
すれば、三相無停電電源装置１０の出力電圧とは異なっ
た電圧を三相４線負荷１３に印加することができる。更
にこれも図示は省略しているが、三相無停電電源装置１
０と三相４線負荷１３との間に、例えば一次側巻線がデ
ルタ接続で二次側巻線がスター接続の三相変圧器を挿入
し、二次側巻線のスター接続点を引き出して中性線１２
にすれば、三相無停電電源装置１０と三相４線負荷１３
とを絶縁し、且つ三相４線負荷１３の電圧が三相無停電
電源装置１０の出力電圧とは異なった値となる三相４線
式回路が得られる。なお単相２線式回路に、単相用の中
性点発生用リアクトルや単相用の単巻変圧器または２巻
線変圧器を前述と同様にして使用することにより単相３
線式回路が得られるが、その図示と説明は省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】三相インバータの出力
回路は通常は三相３線式であり、単相インバータの出力
回路も単相２線式が通常であるから、これらに中性線を
増やして三相４線式回路または単相３線式回路を得よう
とすると、中性点発生用リアクトルあるいは単巻変圧器
あるいは２巻線変圧器などを使用しなければならない
が、これらはいずれも鉄と銅が主要材料であるために、
大きな重量と寸法を必要とすることから、装置全体を大
形化，大重量化させる欠点を有し、価格も高くなる不都
合がある。また電力変換装置の出力電圧が、例えば４０
０Ｖ程度に上昇するとこれに比例して直流中間回路電圧
もほぼ６００Ｖに上昇する。直流中間回路に接続する平
滑コンデンサは極めて大きな静電容量を必要とすること
から、一般にアルミ電解コンデンサを使用するが、高耐
圧のアルミ電解コンデンサは製作が困難である。そこで
複数のアルミ電解コンデンサを直列に接続して使用する
ことになるが、このとき各コンデンサが分担する電圧を
均等化させるために抵抗を接続するが、この抵抗の発生
損失が無視できない大きさになって装置の効率を低下さ
せると共に温度を上昇させる不具合を生じる。
回路は通常は三相３線式であり、単相インバータの出力
回路も単相２線式が通常であるから、これらに中性線を
増やして三相４線式回路または単相３線式回路を得よう
とすると、中性点発生用リアクトルあるいは単巻変圧器
あるいは２巻線変圧器などを使用しなければならない
が、これらはいずれも鉄と銅が主要材料であるために、
大きな重量と寸法を必要とすることから、装置全体を大
形化，大重量化させる欠点を有し、価格も高くなる不都
合がある。また電力変換装置の出力電圧が、例えば４０
０Ｖ程度に上昇するとこれに比例して直流中間回路電圧
もほぼ６００Ｖに上昇する。直流中間回路に接続する平
滑コンデンサは極めて大きな静電容量を必要とすること
から、一般にアルミ電解コンデンサを使用するが、高耐
圧のアルミ電解コンデンサは製作が困難である。そこで
複数のアルミ電解コンデンサを直列に接続して使用する
ことになるが、このとき各コンデンサが分担する電圧を
均等化させるために抵抗を接続するが、この抵抗の発生
損失が無視できない大きさになって装置の効率を低下さ
せると共に温度を上昇させる不具合を生じる。
【０００８】更に、無停電電源装置の場合は、直流中間
回路電圧の上昇に伴って停電をバックアップするバッテ
リーの電圧も高くせざるを得ない。そのためにバッテリ
ーセルの直列数が多くなって信頼性が低下する不具合を
生じるし、高圧化によりバッテリー保護装置も大形化，
高価格化する不具合を有する。
回路電圧の上昇に伴って停電をバックアップするバッテ
リーの電圧も高くせざるを得ない。そのためにバッテリ
ーセルの直列数が多くなって信頼性が低下する不具合を
生じるし、高圧化によりバッテリー保護装置も大形化，
高価格化する不具合を有する。
【０００９】そこでこの発明の目的は、電力変換装置が
出力する交流回路に中性線を付加した回路構成にしたい
場合や、出力交流電圧が高くなっても、直流中間回路に
接続する機器の電圧定格の上昇を回避して、装置の重量
・寸法の低減と、信頼性低下の回避とを図ることにあ
る。
出力する交流回路に中性線を付加した回路構成にしたい
場合や、出力交流電圧が高くなっても、直流中間回路に
接続する機器の電圧定格の上昇を回避して、装置の重量
・寸法の低減と、信頼性低下の回避とを図ることにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の電力変換装置は、２組の半導体スイッ
チ素子を直列接続した構成の中性相出力アームを電力変
換装置の直流中間回路の正負極間に接続してこれら両素
子を交互にオン・オフ動作させるが、この中性相出力ア
ームの中間点に接続したリアクトルの他端を中性線とし
て引き出すことで、三相電力変換装置ならば三相４線式
の三相交流を得るし、単相電力変換装置ならば単相３線
式の単相交流を得るものとする。
めに、この発明の電力変換装置は、２組の半導体スイッ
チ素子を直列接続した構成の中性相出力アームを電力変
換装置の直流中間回路の正負極間に接続してこれら両素
子を交互にオン・オフ動作させるが、この中性相出力ア
ームの中間点に接続したリアクトルの他端を中性線とし
て引き出すことで、三相電力変換装置ならば三相４線式
の三相交流を得るし、単相電力変換装置ならば単相３線
式の単相交流を得るものとする。
【００１１】または、電力変換装置を構成する直流中間
回路の正負極間に接続する平滑コンデンサは偶数個のコ
ンデンサの直列接続で構成し、２組の半導体スイッチ素
子を直列接続した構成の中性相出力アームを前記直流中
間回路の正負極間に接続してこれら両素子を交互にオン
・オフ動作させるが、この中性相出力アームの中間点に
接続したリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの中間
点とを短絡し、このリアクトルの他端を中性線として引
き出すことで、三相電力変換装置ならば三相４線式の三
相交流を得るし、単相電力変換装置ならば単相３線式の
単相交流を得るものとする。
回路の正負極間に接続する平滑コンデンサは偶数個のコ
ンデンサの直列接続で構成し、２組の半導体スイッチ素
子を直列接続した構成の中性相出力アームを前記直流中
間回路の正負極間に接続してこれら両素子を交互にオン
・オフ動作させるが、この中性相出力アームの中間点に
接続したリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの中間
点とを短絡し、このリアクトルの他端を中性線として引
き出すことで、三相電力変換装置ならば三相４線式の三
相交流を得るし、単相電力変換装置ならば単相３線式の
単相交流を得るものとする。
【００１２】または、電力変換装置を構成する直流中間
回路の正負極間に接続する平滑コンデンサは偶数個のコ
ンデンサの直列接続で構成し、２組の半導体スイッチ素
子を直列接続した構成の中性相出力アームを前記直流中
間回路の正負極間に接続してこれら両素子を交互にオン
・オフ動作させるが、この中性相出力アームの中間点に
接続したリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの中間
点とを短絡し、前記平滑コンデンサの中間点と前記直流
中間回路の正負いずれかの極との間にバッテリーを接続
し、前記リアクトルの他端を中性線として引き出すこと
で、三相電力変換装置ならば三相４線式の三相交流を得
るし、単相電力変換装置ならば単相３線式の単相交流を
得るものとする。
回路の正負極間に接続する平滑コンデンサは偶数個のコ
ンデンサの直列接続で構成し、２組の半導体スイッチ素
子を直列接続した構成の中性相出力アームを前記直流中
間回路の正負極間に接続してこれら両素子を交互にオン
・オフ動作させるが、この中性相出力アームの中間点に
接続したリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの中間
点とを短絡し、前記平滑コンデンサの中間点と前記直流
中間回路の正負いずれかの極との間にバッテリーを接続
し、前記リアクトルの他端を中性線として引き出すこと
で、三相電力変換装置ならば三相４線式の三相交流を得
るし、単相電力変換装置ならば単相３線式の単相交流を
得るものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を表し
た主回路接続図であって、請求項１に対応するが、この
図１に図示の交流電源１，整流器２，平滑コンデンサ
３，バッテリー４，三相インバータ５，フィルターリア
クトル６，フィルターコンデンサ７，および三相４線負
荷１３の名称・用途・機能は、図７で既述の一般例回路
の場合と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
た主回路接続図であって、請求項１に対応するが、この
図１に図示の交流電源１，整流器２，平滑コンデンサ
３，バッテリー４，三相インバータ５，フィルターリア
クトル６，フィルターコンデンサ７，および三相４線負
荷１３の名称・用途・機能は、図７で既述の一般例回路
の場合と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
【００１４】図１の第１実施例回路では、中性相出力ア
ーム２１，中性相アーム駆動回路２２，および中性点出
力リアクトル２３を追加して三相無停電電源装置２０を
構成している。すなわちＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタ）などの半導体スイッチ素子の２組を直
列接続している中性相出力アーム２１を直流中間回路の
正負極間に接続し、正極側ＩＧＢＴと負極側ＩＧＢＴを
中性相アーム駆動回路２２からの信号により交互にオン
・オフ動作させるのであるが、この中性相アーム駆動回
路２２の中間点（正極側ＩＧＢＴと負極側ＩＧＢＴの結
合点）に中性点出力リアクトル２３を接続し、当該中性
点出力リアクトル２３の他端を中性線１２として三相４
線負荷１３に接続する。
ーム２１，中性相アーム駆動回路２２，および中性点出
力リアクトル２３を追加して三相無停電電源装置２０を
構成している。すなわちＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポー
ラトランジスタ）などの半導体スイッチ素子の２組を直
列接続している中性相出力アーム２１を直流中間回路の
正負極間に接続し、正極側ＩＧＢＴと負極側ＩＧＢＴを
中性相アーム駆動回路２２からの信号により交互にオン
・オフ動作させるのであるが、この中性相アーム駆動回
路２２の中間点（正極側ＩＧＢＴと負極側ＩＧＢＴの結
合点）に中性点出力リアクトル２３を接続し、当該中性
点出力リアクトル２３の他端を中性線１２として三相４
線負荷１３に接続する。
【００１５】中性相アーム駆動回路２２により正極側Ｉ
ＧＢＴと負極側ＩＧＢＴとを交互に１対１の時間比率で
オン・オフ動作させるのであるが、このときのオン・オ
フ周波数は任意である。このオン・オフ動作に伴って発
生する高周波数成分は中性点出力リアクトル２３で吸収
されるから、当該中性点出力リアクトル２３の出力電圧
は仮想中性点電位と等しくなる。三相インバータ５は交
流出力の線間電圧を制御するだけであるが、これにより
仮想中性点電位に対する相電圧が制御されるので、三相
無停電電源装置２０は三相４線式の三相交流を三相４線
負荷１３へ与えることができる。
ＧＢＴと負極側ＩＧＢＴとを交互に１対１の時間比率で
オン・オフ動作させるのであるが、このときのオン・オ
フ周波数は任意である。このオン・オフ動作に伴って発
生する高周波数成分は中性点出力リアクトル２３で吸収
されるから、当該中性点出力リアクトル２３の出力電圧
は仮想中性点電位と等しくなる。三相インバータ５は交
流出力の線間電圧を制御するだけであるが、これにより
仮想中性点電位に対する相電圧が制御されるので、三相
無停電電源装置２０は三相４線式の三相交流を三相４線
負荷１３へ与えることができる。
【００１６】図２は本発明の第２実施例を表した主回路
接続図であって、請求項２に対応するが、この第２実施
例回路は単相３線式回路を実現するために、前述した第
１実施例回路の三相インバータ５を単相インバータ３５
に変更することで単相無停電電源装置３０が得られる
し、三相のフィルターリアクトル６とフィルターコンデ
ンサ７を単相のフィルターリアクトル３６とフィルター
コンデンサ３７に交換すれば、単相３線式の単相交流電
力を単相３線負荷１４へ供給できるが、これらの動作説
明は省略する。
接続図であって、請求項２に対応するが、この第２実施
例回路は単相３線式回路を実現するために、前述した第
１実施例回路の三相インバータ５を単相インバータ３５
に変更することで単相無停電電源装置３０が得られる
し、三相のフィルターリアクトル６とフィルターコンデ
ンサ７を単相のフィルターリアクトル３６とフィルター
コンデンサ３７に交換すれば、単相３線式の単相交流電
力を単相３線負荷１４へ供給できるが、これらの動作説
明は省略する。
【００１７】図３は本発明の第３実施例を表した主回路
接続図であって、請求項３に対応するが、この第３実施
例回路は、図１で既述の第１実施例回路の直流中間回路
に接続している平滑コンデンサ３として、偶数個（図３
では２個）の平滑コンデンサ４３Ｐと４３Ｎの直列接続
を採用することで三相無停電電源装置４０を構成してい
るのが、図１の第１実施例回路とは異なる点であり、こ
れを除けばすべて同じであるから、同じ部分の説明は省
略する。
接続図であって、請求項３に対応するが、この第３実施
例回路は、図１で既述の第１実施例回路の直流中間回路
に接続している平滑コンデンサ３として、偶数個（図３
では２個）の平滑コンデンサ４３Ｐと４３Ｎの直列接続
を採用することで三相無停電電源装置４０を構成してい
るのが、図１の第１実施例回路とは異なる点であり、こ
れを除けばすべて同じであるから、同じ部分の説明は省
略する。
【００１８】この第３実施例回路では、平滑コンデンサ
４３Ｐと４３Ｎとの接続部を中性点出力リアクトル２３
の他端（すなわち中性線１２）に接続しているので、こ
の地点の電位は前述したように仮想中性点電位となる。
よって平滑コンデンサ４３Ｐの電圧と平滑コンデンサ４
３Ｎの電圧とは等しくなり、電圧分担をバランスさせる
抵抗は不要になる。
４３Ｐと４３Ｎとの接続部を中性点出力リアクトル２３
の他端（すなわち中性線１２）に接続しているので、こ
の地点の電位は前述したように仮想中性点電位となる。
よって平滑コンデンサ４３Ｐの電圧と平滑コンデンサ４
３Ｎの電圧とは等しくなり、電圧分担をバランスさせる
抵抗は不要になる。
【００１９】図４は本発明の第４実施例を表した主回路
接続図であって、請求項４に対応するが、この第４実施
例回路は単相３線式回路は、前述した第３実施例回路の
三相インバータ５を単相インバータ３５に変えた単相無
停電電源装置５０と、三相のフィルターリアクトル６と
フィルターコンデンサ７を単相のフィルターリアクトル
３６とフィルターコンデンサ３７に交換することで実現
できる。従ってこの第４実施例の動作説明は省略する。
接続図であって、請求項４に対応するが、この第４実施
例回路は単相３線式回路は、前述した第３実施例回路の
三相インバータ５を単相インバータ３５に変えた単相無
停電電源装置５０と、三相のフィルターリアクトル６と
フィルターコンデンサ７を単相のフィルターリアクトル
３６とフィルターコンデンサ３７に交換することで実現
できる。従ってこの第４実施例の動作説明は省略する。
【００２０】図５は本発明の第５実施例を表した主回路
接続図であって、請求項５に対応するが、この第５実施
例回路は、図３で既述の第３実施例回路の直流中間回路
に接続しているバッテリー４を、平滑コンデンサ４３Ｐ
と４３Ｎの結合点と直流中間回路の負極との間（結合点
と直流中間回路の正極との間であっても同じ）に接続す
ることで三相無停電電源装置を構成しているのが異なる
点であり、これを除けばすべて同じであるから、同じ部
分の説明は省略する。
接続図であって、請求項５に対応するが、この第５実施
例回路は、図３で既述の第３実施例回路の直流中間回路
に接続しているバッテリー４を、平滑コンデンサ４３Ｐ
と４３Ｎの結合点と直流中間回路の負極との間（結合点
と直流中間回路の正極との間であっても同じ）に接続す
ることで三相無停電電源装置を構成しているのが異なる
点であり、これを除けばすべて同じであるから、同じ部
分の説明は省略する。
【００２１】この第５実施例回路では、平滑コンデンサ
４３Ｐと４３Ｎの電圧は、前述したようにいずれも直流
中間回路電圧の半分になることから、バッテリー４の電
圧を従来よりも低下させることができる。
４３Ｐと４３Ｎの電圧は、前述したようにいずれも直流
中間回路電圧の半分になることから、バッテリー４の電
圧を従来よりも低下させることができる。
【００２２】図６は本発明の第６実施例を表した主回路
接続図であって、請求項６に対応するが、この第６実施
例回路は、前述した第５実施例回路の三相インバータ５
を単相インバータ３５に変えた単相無停電電源装置７０
にすることと、三相のフィルターリアクトル６とフィル
ターコンデンサ７を単相のフィルターリアクトル３６と
フィルターコンデンサ３７に交換することで単相３線式
回路を実現できる。従ってこの第６実施例の動作説明は
省略する。
接続図であって、請求項６に対応するが、この第６実施
例回路は、前述した第５実施例回路の三相インバータ５
を単相インバータ３５に変えた単相無停電電源装置７０
にすることと、三相のフィルターリアクトル６とフィル
ターコンデンサ７を単相のフィルターリアクトル３６と
フィルターコンデンサ３７に交換することで単相３線式
回路を実現できる。従ってこの第６実施例の動作説明は
省略する。
【００２３】
【発明の効果】通常の電力変換装置は三相３線式か単相
２線式の交流を出力する構成であるから、中性線を備え
た三相４線式か単相３線式の交流を得るには、変圧器や
リアクトルのように鉄と銅を主要材料にした大形で大重
量の機器が必要であった。また電力変換装置の出力交流
電圧の上昇に伴って直流中間回路電圧も上昇することか
ら、この直流中間回路に接続するアルミ電解コンデンサ
を使用した平滑コンデンサや、電源の停電をバックアッ
プするバッテリーの電圧が高くなることで、装置の効率
低下，発熱の増大，信頼性の低下，保護用機器の大形化
や高価格化など、いろいろな不具合が発生するようにな
ってきている。
２線式の交流を出力する構成であるから、中性線を備え
た三相４線式か単相３線式の交流を得るには、変圧器や
リアクトルのように鉄と銅を主要材料にした大形で大重
量の機器が必要であった。また電力変換装置の出力交流
電圧の上昇に伴って直流中間回路電圧も上昇することか
ら、この直流中間回路に接続するアルミ電解コンデンサ
を使用した平滑コンデンサや、電源の停電をバックアッ
プするバッテリーの電圧が高くなることで、装置の効率
低下，発熱の増大，信頼性の低下，保護用機器の大形化
や高価格化など、いろいろな不具合が発生するようにな
ってきている。
【００２４】本発明は、電力変換装置の直流中間回路に
半導体スイッチ素子でなる中性相出力アームを接続し
て、これを１対１の時間比率で交互にオン・オフ動作さ
せる。これにより、この中性相出力アームの中間点に接
続した中性点出力リアクトルを介して仮想中性点電位を
得ることができるのでここから中性線を引き出せば、徹
や銅を使った大形・大重量機器を使用せずに、三相４線
式または単相３線式の交流が簡単に得られるから、装置
の大形化や大重量化を回避し、価格を低減できる効果が
得られる。
半導体スイッチ素子でなる中性相出力アームを接続し
て、これを１対１の時間比率で交互にオン・オフ動作さ
せる。これにより、この中性相出力アームの中間点に接
続した中性点出力リアクトルを介して仮想中性点電位を
得ることができるのでここから中性線を引き出せば、徹
や銅を使った大形・大重量機器を使用せずに、三相４線
式または単相３線式の交流が簡単に得られるから、装置
の大形化や大重量化を回避し、価格を低減できる効果が
得られる。
【００２５】更に直流中間回路に接続する平滑コンデン
サを偶数個のコンデンサの直列接続で構成し、これの中
間点を前記の仮想中性点電位発生地点に接続すれば、電
圧バランス用抵抗を使用しなくても直列接続した各コン
デンサの電圧を均等化できるから、直流中間回路が高電
圧化しても装置の効率低下や発熱を回避できる効果が得
られる。
サを偶数個のコンデンサの直列接続で構成し、これの中
間点を前記の仮想中性点電位発生地点に接続すれば、電
圧バランス用抵抗を使用しなくても直列接続した各コン
デンサの電圧を均等化できるから、直流中間回路が高電
圧化しても装置の効率低下や発熱を回避できる効果が得
られる。
【００２６】更に電源停電時のバックアップ用バッテリ
ーを、前記の分割した平滑コンデンサの一部に並列接続
することが可能になるので、直流中間回路が高電圧化し
てもバッテリー電圧を低く維持できる。従ってバッテリ
ー保護装置が簡略化できるし、バッテリーセルの直列数
を少なくできることで信頼性の低下を回避できる効果も
得られる。
ーを、前記の分割した平滑コンデンサの一部に並列接続
することが可能になるので、直流中間回路が高電圧化し
てもバッテリー電圧を低く維持できる。従ってバッテリ
ー保護装置が簡略化できるし、バッテリーセルの直列数
を少なくできることで信頼性の低下を回避できる効果も
得られる。
【図１】本発明の第１実施例を表した主回路接続図
【図２】本発明の第２実施例を表した主回路接続図
【図３】本発明の第３実施例を表した主回路接続図
【図４】本発明の第４実施例を表した主回路接続図
【図５】本発明の第５実施例を表した主回路接続図
【図６】本発明の第６実施例を表した主回路接続図
【図７】三相３線式の三相交流を出力する電力変換装置
の一般的な例を示した主回路接続図
の一般的な例を示した主回路接続図
【図８】電力変換装置が出力する三相３線式の三相交流
から三相４線式の三相交流を得る従来例を示した主回路
接続図
から三相４線式の三相交流を得る従来例を示した主回路
接続図
１ 交流電源 ２ 電源側変換器としての整流器 ３ 平滑コンデンサ ４ バッテリー ５ 負荷側変換器としての三相インバータ ６，３６ フィルターリアクトル ７，３７ フィルターコンデンサ ８ 三相３線負荷 １０ 三相無停電電源装置 １１ 中性点発生用リアクトル １２ 中性線 １３ 三相４線負荷 １４ 単相３線負荷 ２０，４０，６０ 三相無停電電源装置 ２１ 中性相出力アーム ２２ 中性相アーム駆動回路 ２３ 中性点出力リアクトル ３０，５０，７０ 単相無停電電源装置 ３５ 負荷側変換器としての単相インバー
タ ４３Ｐ，４３Ｎ 平滑コンデンサ
タ ４３Ｐ，４３Ｎ 平滑コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野中 孝宏 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H007 AA06 BB05 CA01 CB05 CC01 CC09 HA02
Claims (7)
- 【請求項１】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を三相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して三相３線式の三相交流を出力す
る電力変換装置において、 ２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中性相出力
アームを前記電力変換装置を構成している直流中間回路
の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オフ動作さ
せ、この中性相出力アームの中間点にリアクトルの一端
を接続し、このリアクトルの他端を中性線にして三相４
線式の三相交流を得ることを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を単相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して単相２線式の単相交流を出力す
る電力変換装置において、 ２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中性相出力
アームを前記電力変換装置を構成している直流中間回路
の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オフ動作さ
せ、この中性相出力アームの中間点にリアクトルの一端
を接続し、このリアクトルの他端を中性線にして単相３
線式の単相交流を得ることを特徴とする電力変換装置。 - 【請求項３】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を三相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して三相３線式の三相交流を出力す
る電力変換装置において、 前記平滑コンデンサは偶数個のコンデンサの直列接続で
構成し、２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中
性相出力アームを前記電力変換装置を構成している直流
中間回路の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オ
フ動作させ、この中性相出力アームの中間点にリアクト
ルの一端を接続し、前記平滑コンデンサの中間点と前記
リアクトルの他端とを短絡し、このリアクトルの他端を
中性線にして三相４線式の三相交流を得ることを特徴と
する電力変換装置。 - 【請求項４】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を単相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して単相２線式の単相交流を出力す
る電力変換装置において、 前記平滑コンデンサは偶数個のコンデンサの直列接続で
構成し、２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中
性相出力アームを前記電力変換装置を構成している直流
中間回路の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オ
フ動作させ、この中性相出力アームの中間点にリアクト
ルの一端を接続し、前記平滑コンデンサの中間点と前記
リアクトルの他端とを短絡し、このリアクトルの他端を
中性線にして単相３線式の単相交流を得ることを特徴と
する電力変換装置。 - 【請求項５】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を三相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して三相３線式の三相交流を出力す
る電力変換装置において、 前記平滑コンデンサは偶数個のコンデンサの直列接続で
構成し、２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中
性相出力アームを前記電力変換装置を構成している直流
中間回路の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オ
フ動作させ、この中性相出力アームの中間点にリアクト
ルの一端を接続し、前記平滑コンデンサの中間点と前記
リアクトルの他端とを短絡し、前記平滑コンデンサの中
間点と前記直流中間回路の正負いずれかの極との間にバ
ッテリーを接続し、前記リアクトルの他端を中性線にし
て三相４線式の三相交流を得ることを特徴とする電力変
換装置。 - 【請求項６】交流を直流に変換する電源側変換器と、直
流を単相交流に変換する負荷側変換器と、これら電源側
変換器の直流側と負荷側変換器の直流側とを結合してい
る直流中間回路と、この直流中間回路に接続した平滑コ
ンデンサと、で構成して単相２線式の単相交流を出力す
る電力変換装置において、 前記平滑コンデンサは偶数個のコンデンサの直列接続で
構成し、２組の半導体スイッチ素子の直列接続でなる中
性相出力アームを前記電力変換装置を構成している直流
中間回路の正負極間に接続して両素子を交互にオン・オ
フ動作させ、この中性相出力アームの中間点とリアクト
ルの一端を接続し、前記平滑コンデンサの中間点と前記
リアクトルの他端とを短絡し、前記平滑コンデンサの中
間点と前記直流中間回路の正負いずれかの極との間にバ
ッテリーを接続し、前記リアクトルの他端を中性線にし
て単相３線式の単相交流を得ることを特徴とする電力変
換装置。 - 【請求項７】請求項１乃至請求項６に記載の電力変換装
置において、前記中性相出力アームを構成する直列接続
した２組の半導体スイッチ素子には、オンとオフが交互
で且つオンとオフが等しい時間となる動作をさせること
を特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02108999A JP3724238B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02108999A JP3724238B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 電力変換装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000224862A true JP2000224862A (ja) | 2000-08-11 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| KR100729852B1 (ko) | 2005-12-14 | 2007-06-18 | 한국전기연구원 | 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의제어장치 |
| JP2007159276A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 三相４線式交流−交流変換装置 |
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| JP2007274825A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 電力変換装置 |
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| RU2403667C1 (ru) * | 2009-07-27 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Автономный инвертор напряжения |
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| CN112865554A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-05-28 | 江苏金智科技股份有限公司 | 一种单相或三相交流电源复用型的电力电子负载装置 |
| JP2021168586A (ja) * | 2020-01-31 | 2021-10-21 | アルストム トランスポート テクノロジーズ | 三相回路及び単相回路のための電気エネルギー供給デバイス、関連する補助エネルギー変換系統並びに電気ビークル |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP02108999A patent/JP3724238B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2010187431A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 無停電電源装置 |
| RU2403667C1 (ru) * | 2009-07-27 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" | Автономный инвертор напряжения |
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| DE102012005622A1 (de) * | 2012-03-22 | 2013-09-26 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg | Schaltungsanordnung und Anordnung von Kondensatoren |
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