(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３以上の巻線を有する多重巻線高周波絶縁トランスと、
前記巻線に接続され、複数のスイッチから構成されたスイッチング・整流部を有する双方向に電力変換可能な３以上の自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング動作をＰＷＭ制御するためのパルス信号を生成するパルス発生器であって、３以上の前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器に対してパルスパターンが等しい同期されたパルス信号を出力する、パルス発生器と、
前記巻線に接続された少なくとも１つに電流検出器と、
を備え、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング・整流部の各スイッチに入力される前記パルス信号は、同一レグ上の直列接続されたスイッチ間でデューティ比が等しく、異なるレグ上の並列接続されたスイッチ間でオンタイミングの位相又はスイッチング周波数が異なるパルスパターンであり、
前記パルス発生器は、前記電流検出器で検出された電流値に応じて、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の同一レグ上のスイッチ間のデューティ比の一方を他方に比べて大きくしたパルスパターンのパルス信号を出力することを特徴とする直流入力高周波絶縁交流母線。
【請求項２】
前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の１つに接続された電力貯蔵装置をさらに備えことを特徴とする請求項１に記載の直流入力高周波絶縁交流母線。
【請求項３】
前記電力貯蔵装置が接続された前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記電力貯蔵装置の定格電圧に応じて巻線比が設定された前記巻線に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の直流入力高周波絶縁交流母線。
【請求項４】
前記パルス発生器は、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の動作開始時には前記デューティ比を徐々に大きくしていき、定常運転時に前記デューティ比が所定の大きさに達するパルスパターンのパルス信号を出力するよう制御されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の直流入力高周波絶縁交流母線。
【請求項５】
直流入力高周波絶縁交流母線のＤＣ入出力部にそれぞれ接続された３以上のＤＣ／ＡＣ変換器であって、前記直流入力高周波絶縁交流母線は、
３以上の巻線を有する多重巻線高周波絶縁トランスと、
前記巻線に接続され、複数のスイッチから構成されたスイッチング・整流部を有する双方向に電力変換可能な３以上の自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング動作をＰＷＭ制御するためのパルス信号を生成するパルス発生器であって、３以上の前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器に対してパルスパターンが等しい同期されたパルス信号を出力する、パルス発生器と、
を備え、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング・整流部の各スイッチに入力される前記パルス信号は、同一レグ上の直列接続されたスイッチ間でデューティ比が等しく、異なるレグ上の並列接続されたスイッチ間でオンタイミングの位相又はスイッチング周波数が異なるパルスパターンである、３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器と、
３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ側またはＡＣ側の少なくとも一方の端子の電圧・電流・電力を測定する電力測定器と、
前記電力測定器の測定値に基づき、前記直流入力高周波絶縁交流母線から送出される電力と前記直流入力高周波絶縁交流母線に吸収される電力との総和がゼロになるよう３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする絶縁電力変換配電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流入力高周波絶縁交流母線に関し、より詳細には、３以上の巻線を備えた多重巻線高周波絶縁トランスの各巻線に、同期して動作する自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器が接続された直流入力高周波絶縁交流母線に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、家庭や店舗などの電力需要家において、電力系統以外の電力供給源としてソーラーパネルや燃料電池などの分散電源装置、および蓄電池などの電力貯蔵装置などの設置が進んでいる。これら、電力系統、分散電源装置、電力貯蔵装置、および電力を消費する設備群を相互に接続するための電力変換配電装置としては、それらをＤＣ／ＤＣ変換器やＡＣ／ＤＣ変換器の自励式インバータを介して直流母線に接続し、その直流母線を共有して電力の授受を行う直流母線形式の電力変換配電装置が従来技術として知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２９５８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１９１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この直流母線を共有して電力の授受を行う従来技術は、ルーティングしていく過程でどこかで回り込みが発生して短絡ループができる可能性があるという課題があった。
【０００５】
解決策の１つとして、図５に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換器１０２−１〜１０２−４のＡＣ側にそれぞれ商用周波数変圧器１０３−１〜１０３−４を設けて絶縁を行う方法が考えられるが、この方法では装置が大きく、重く、高価になる。
【０００６】
但し、これについては図６に示すように、絶縁回路を小型化する際によく使われる高周波トランスを用いることにより改善することができる。すなわち、商用周波数変圧器を用いる代わりに、各ＤＣ／ＡＣ変換器１０２−１〜１０２−４と直流母線１０１との間に自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１０５−１〜１０５−８を介して高周波絶縁トランス１０６−１〜１０６−４を設置することで、商用周波数変圧器を用いた構成よりも小型で安価に絶縁を実現できる。
【０００７】
しかしながら、高周波絶縁トランスを用いる方式であっても元の電力変換配電装置に比べると、ＤＣ／ＡＣ変換器１０２−１〜１０２−４のそれぞれに自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器＋高周波トランス＋自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＨＦＡＣ／ＨＦＴｒａｎｓ／ＨＦＡＣ／ＤＣ）という冗長な構成を必要するという課題があった。
【０００８】
トランスの数を減らす方法としては、１つのトランスに取り付ける巻線の数を増やしていく構成が考えられ、例えば、１つのトランスのみで１入力２出力が可能な電力変換装置が考案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
しかしながら、一般的に電力変換装置は、接続されるバッテリの電圧や外部回路の負荷の大きさや電送方向によってスイッチング回路の制御を変更する必要があることから、制御が複雑で接続されるバッテリや外部回路に対する制約も多くなるという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、接続される外部回路に依存せず動作し、部品点数が少なく小型軽量で安価な多重巻線高周波トランスを用いた直流入力高周波絶縁交流母線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、直流入力高周波絶縁交流母線であって、３以上の巻線を有する多重巻線高周波絶縁トランスと、前記巻線に接続され、複数のスイッチから構成されたスイッチング・整流部を有する双方向に電力変換可能な３以上の自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器と、前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング動作をＰＷＭ制御するためのパルス信号を生成するパルス発生器であって、３以上の前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器に対してパルスパターンが等しい同期されたパルス信号を出力する、パルス発生器と、前記巻線に接続された少なくとも１つに電流検出器と、を備え、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング・整流部の各スイッチに入力される前記パルス信号は、同一レグ上の直列接続されたスイッチ間でデューティ比が等しく、異なるレグ上の並列接続されたスイッチ間でオンタイミングの位相又はスイッチング周波数が異なるパルスパターンであり、前記パルス発生器は、前記電流検出器で検出された電流値に応じて、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の同一レグ上のスイッチ間のデューティ比の一方を他方に比べて大きくしたパルスパターンのパルス信号を出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直流入力高周波絶縁交流母線において、前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の１つに接続された電力貯蔵装置をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直流入力高周波絶縁交流母線において、前記電力貯蔵装置はコンデンサまたはキャパシタであって、前記コンデンサまたはキャパシタが接続された前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記コンデンサまたはキャパシタの定格電圧に応じて巻線比が設定された前記巻線に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の直流入力高周波絶縁交流母線において、前記パルス発生器は、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器の動作開始時には前記デューティ比を徐々に大きくしていき、定常運転時に前記デューティ比が所定の大きさに達するパルスパターンのパルス信号を出力するよう制御されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、絶縁電力変換配電装置であって、直流入力高周波絶縁交流母線のＤＣ入出力部にそれぞれ接続された３以上のＤＣ／ＡＣ変換器であって、前記直流入力高周波絶縁交流母線は、３以上の巻線を有する多重巻線高周波絶縁トランスと、前記巻線に接続され、複数のスイッチから構成されたスイッチング・整流部を有する双方向に電力変換可能な３以上の自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器と、前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング動作をＰＷＭ制御するためのパルス信号を生成するパルス発生器であって、３以上の前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器に対してパルスパターンが等しい同期されたパルス信号を出力する、パルス発生器と、を備え、各前記自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング・整流部の各スイッチに入力される前記パルス信号は、同一レグ上の直列接続されたスイッチ間でデューティ比が等しく、異なるレグ上の並列接続されたスイッチ間でオンタイミングの位相又はスイッチング周波数が異なるパルスパターンである、３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器と、３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器のＤＣ側またはＡＣ側の少なくとも一方の端子の電圧・電流・電力を測定する電力測定器と、前記電力測定器の測定値に基づき、前記直流入力高周波絶縁交流母線から送出される電力と前記直流入力高周波絶縁交流母線に吸収される電力との総和がゼロになるよう３以上の前記ＤＣ／ＡＣ変換器を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、接続される外部回路に依存せず動作し、部品点数が少なく、小型軽量で安価に電力変換配電装置の母線の絶縁を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る直流入力高周波絶縁交流母線を示す図である。
【図２】本発明の直流入力高周波絶縁交流母線におけるＨＦＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチングを制御するパルス信号の同期関係を示す図である。
【図３】本発明の直流入力高周波絶縁交流母線におけるＨＦＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチングを制御するパルス信号を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す図である。
【図６】本発明の実施形態４に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す図である。
【図７】商用周波数変圧器を用いて絶縁された直流母線形式の電力変換配電装置（同上）を示す図である。
【図８】複数の高周波絶縁トランスを用いて絶縁された直流母線形式の電力変換配電装置（同上）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、ＨＦＡＣ／ＤＣ変換器を含む自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器を３つ以上有し、そのＨＦＡＣ／ＤＣ変換器の高周波出力側の端子が多重巻線絶縁トランスの各巻線にそれぞれ接続されている。自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング回路は、全て同期して動作するように制御されている。これにより、商用周波数変圧器で絶縁した方式や、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器内で高周波トランスを用いて絶縁する方式に比べ、小型軽量で接続される外部回路に依存すること無く動作する直流入力高周波絶縁交流母線を実現できる。
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００２１】
（実施形態１）
図１に、本発明に係る絶縁電力変換配電装置の実施形態１を示す。直流入力高周波絶縁交流母線１０は、多重巻線高周波絶縁トランス１１、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器（ＨＦＡＣ／ＤＣ変換器）１２−１〜１２−３、パルス発生器１３からなる。多重巻線高周波絶縁トランス１１に３つの巻線が取り付けられており、各巻線には自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＡＣ側が接続されている。自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＤＣ側には、外部回路を接続するＤＣ接続端子１４−１〜１４−３が設けられている。自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３は、逆並列ダイオードを有する電力用半導体素子ＳＷ１〜ＳＷ４を用いた単相フルブリッジ回路で構成されている。電力用半導体素子としては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、望ましくはＳｉＣ、ＧａＮを使用したＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等を用いることができる。
【００２２】
図２に、本発明に係る直流入力高周波絶縁交流母線におけるＨＦＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチングを制御するパルス信号の同期関係を示す。電力用半導体素子ＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフは、パルス発生器１３から出力されたパルス信号によってＰＷＭ制御される。
【００２３】
図３に、本発明に係る直流入力高周波絶縁交流母線におけるＨＦＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチングを制御するパルス信号を示す。スイッチング周期をＴｓとし、スイッチがオンの時間をＴｏｎ、オフの時間をＴｏｆｆとして、ＴｏｎとＴｓの比率をデューティ比ｄとする。直流母線正負極に挟まれた電力用半導体素子ＳＷ１とＳＷ２（レグ１と呼ぶ）、およびＳＷ３とＳＷ４（レグ２と呼ぶ）は同時にオンすると短絡電流が流れ、素子を破壊するので、図３（ｂ）、（ｃ）に示すようにそれぞれ同時にオンすることがないよう制御される。
【００２４】
電力用半導体素子ＳＷ１とＳＷ２は同時にオンしないので通常の運用では、電力半導体素子ＳＷ１のデューティ比をｄ１とすると、電力半導体素子ＳＷ２のデューティ比は（１−ｄ１）となる。しかし、本発明の方式では、直流偏磁を抑制するため、電力半導体素子ＳＷ１とＳＷ２はデューティ比が等しくかつ、同時にはオンしないことを特徴とする。このため、ｄ１は５０％未満となる。
【００２５】
電力半導体素子ＳＷ１のオンしている比率（Ｔｏｎ１＋／Ｔｓ）を正極側オンデューティ、電力半導体素子ＳＷ２のオンしている比率（Ｔｏｎ１−／Ｔｓ）を負極側オンデューティと呼ぶことにする。同様にレグ２に直列に配置される電力用半導体素子ＳＷ３、ＳＷ４もデューティ比が等しくかつ、同時にはオンしないことを特徴とする。このためｄ２も５０％未満となる。電力半導体素子ＳＷ３のオンしている比率（Ｔｏｎ２＋／Ｔｓ）を正極側オンデューティ、電力半導体素子ＳＷ４のオンしている比率（Ｔｏｎ２−／Ｔｓ）を負極側オンデューティと呼ぶことにする。
【００２６】
レグ１とレグ２ともに正極側・負極側のオンデューティ比が等しければ、絶縁トランス巻線に加圧される電圧は正負が等しい割合となり絶縁トランス鉄心の直流励磁が発生しない。
【００２７】
但し、電力半導体素子ＳＷ１、ＳＷ３のオン時間が常に同期していると絶縁トランス巻線に印加される電圧が変化しないので、本発明は正常に動作しない。この場合、電力半導体素子ＳＷ１とＳＷ３のオンタイミングの位相をずらすか、レグ１とレグ２のスイッチング周波数を異なるものとする必要がある。
【００２８】
自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のすべてにおいて、電力用半導体素子ＳＷ１のパルスのオンオフタイミングが等しいこと、すなわち同期していることが必要である。同様に自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−４のすべてにおいて、残りの電力用半導体素子ＳＷ２〜ＳＷ４においてもそれぞれのパルスのオンオフタイミングが等しいこと、すなわち同期していることが必要である。すなわち、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のすべてにおいてパルスパターンが一致している必要がある。
【００２９】
本実施形態では、電力用半導体素子ＳＷ１〜ＳＷ４を備えた自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−４は、パルス発生器１３から出力された同一のパルスパターンによるパルス信号によって制御され、同期して動作する。そのため、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３は、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３に接続される外部回路に依存せず所定の動作を繰り返すだけでよい。すなわち、本発明の直流入力高周波絶縁交流母線１０では、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＤＣ側の電圧をモニタし、その電圧の変化に応じての電力用半導体素子ＳＷ１〜ＳＷ４の動作を制御する必要は無い。
【００３０】
本発明は、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３を同期させて動作させるだけで、多重巻線高周波絶縁トランス１１を介して自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３間で双方向に自由に電力をやり取りすることができ、直流母線と同じように電力を分配することができる。
【００３１】
尚、同一のパルス信号に替えて、同期が取られた複数の発信源から出力されたパルス信号を用いても良く、ここで重要なのは、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３が同期して動作することである。直流入力高周波絶縁交流母線１０は、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３を常に一定のパルス周期でスイッチング動作させることで、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＤＣ側端子間で巻線比に応じた電圧で均衡する。
【００３２】
（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態２に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す。自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＤＣ側にはＤＣ／ＡＣ変換器２０−１〜２０−３が接続されており、ＤＣ側、ＡＣ側の少なくとも一方に電圧・電流・電力測定器が設置されている。ＤＣ／ＡＣ変換器２０−１〜２０−３の１つは、電圧・電流・電力測定器の測定値に基づき、直流入力高周波絶縁交流母線１０から送出される電力および直流入力高周波絶縁交流母線１０に吸収される電力の総和がゼロになるように制御される。
【００３３】
これにより、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３のＤＣ側に接続されたＤＣ／ＡＣ変換器２０−１〜２０−３間において電力の授受を行うことができる。すなわち、例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器２０−１が電力系統に接続され、ＤＣ／ＡＣ変換器２０−２〜２０−３に電気機器が接続されている場合、電力系統から供給された電力を各電気機器に配電したり、電気機器が交流電源である場合にはその電気機器から他の各電気機器や電力系統へ電力を供給したりすることができる。
【００３４】
（実施形態３）
図５に、本発明の実施形態３に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す。本実施形態は、実施形態２に対し、電力貯蔵装置であるキャパシタ又はバッテリ３０を接続した自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４を多重巻線高周波絶縁トランス１１に追加したものである。自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４が接続された巻線の巻線比は、１セル当たりの電圧が低いキャパシタ又はバッテリを効率的に使用するために、他の自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−３に比べて小さくしている。
【００３５】
ＤＣ／ＡＣ変換器２０−１〜２０−３の１つは、実施形態２と同様に、電圧・電流・電力測定器の測定値に基づき、直流入力高周波絶縁交流母線１０から送出される電力および直流入力高周波絶縁交流母線１０に吸収される電力の総和がゼロになるように制御される。
【００３６】
図７、８のような直流母線方式の場合、直流母線が高電圧であるため、それと同等の高電圧を得るためにキャパシタのセル数を多くせざるを得なかった。一方、本実施形態では巻線の巻線比を小さくすることができるので、キャパシタのセル数を直流母線方式に比べて大幅に減らすことができる。
【００３７】
従来の直流母線方式では、例えば、直流母線を３５０Ｖに維持するために、１０％のリップルを吸収するのに、容量４０００μＦの電解コンデンサ程度を用いればよいと考えると、その電力量はＷ＝１／２ＣＶ2により２．４５Ｗであるので、容量３Ｆのキャパシタであれば１３Ｖ程度の電圧で同等のエネルギーを吸収できることがわかる。４個直列にすれば容量１２Ｆとなり、電圧は８Ｖとなるがリップル分は０．８Ｖとするとその電力量はＷ＝１／２ＣＶ2により、３．８４Ｗとなり、十分な静電容量がある。但し、静電容量は十分であっても、直流母線の電圧はキャパシタの破壊電圧を優に超えるので、直流母線にキャパシタを接続する際に電圧を下げる必要がある。
【００３８】
しかし、直流母線にキャパシタを接続する際に電圧を下げる手段としてＤＣ／ＤＣ変換器を用いれば直流母線の半分程度の電圧で使用しないと効率が悪くなる。そのため、１７５Ｖで使用すると考えるとキャパシタを９０セル程度直列接続する必要があった。（キャパシタ１セルあたりの定格電圧を２Ｖとした。）キャパシタの容量は１セルあたり３Ｆ程度あるので、容量は２７０Ｆともなり、過大な設備となり経済性も悪くなった。
【００３９】
これに対し、本発明では、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４が接続された直流入力高周波絶縁交流母線１０の巻線を他の巻線の４４分の１程度にすることによって、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４のＤＣ入出力部を８Ｖ程度で使用することができる。キャパシタ３０は、４セル直列接続したもので良くなる。
【００４０】
キャパシタに替えてバッテリ３０を接続する場合もこれに類似している。バッテリ３０も１セルあたりの電圧が低く、ＤＣ母線電圧並みに高い電圧を得ようとすると多数の電池を直列接続する必要があった。本実施形態では直流入力型高周波絶縁母線の巻線比を小さくすることで低いＤＣ電圧で運用することができ、バッテリの直列数を大幅に減らすことが可能となる。
【００４１】
また、従来の直流母線にキャパシタやコンデンサを接続する場合、直流母線に接続されたインバータの動作開始時に流れる突入電流からインバータを保護するためのプリチャージ回路を設ける必要があった。本発明では、リアクトルを介してキャパシタが接続されているので突入電流は抑制されるため、インバータ保護のためのプリチャージ回路を必要としない。さらにすべての自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−１〜１２−４のオンデューティ比をそれぞれ同期させながら、動作開始時は小さくし、その後徐々に大きくしていくなどの制御を行うことにより、プリチャージ回路無しでも動作開始時の突入電流を抑制できインバータ保護が可能である。
【００４２】
（実施形態４）
図６に、本発明の実施形態４に係る直流入力高周波絶縁交流母線を用いた絶縁電力変換配電装置を示す。本実施形態は、実施形態３とは逆に自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４が接続された巻線の巻線比を大きくして、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器１２−４のＤＣ側に電解コンデンサなどよりも容量の小さい高耐圧セラミックコンデンサ４０を接続したものである。ＤＣ／ＡＣ変換器２０−１〜２０−３の１つは、電圧・電流・電力測定器の測定値に基づき、直流入力高周波絶縁交流母線１０から送出される電力および直流入力高周波絶縁交流母線１０に吸収される電力の総和がゼロになるように制御される。
【００４３】
実施形態２と同様に３５０Ｖの１０％のリップルを吸収するのに、容量４０００μＦの電解コンデンサを用いた場合、その電力量は２．４５Ｗであるが、これと巻線比を約４倍にして、ＤＣ電圧を１４００Ｖとすれば、この程度の耐圧を持つセラミックコンデンサを使えば、必要容量は２５０μＦとなる。このように巻線比を変えることで、使用できる静電容量デバイスやエネルギー貯蔵デバイスの選択肢が広がる。
【００４４】
実施形態１〜４では、自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣ変換器を３〜４つとしているが、これらの数は多重巻線高周波絶縁トランス１１に設けられた巻線の数まで任意に増減可能である。
【００４５】
また、多重巻線高周波絶縁トランス１１の巻線の１つに直流分を検出する回路を設ければ、直流偏磁の起きているのと反対になるように、正極側オンデューティか負極側オンデューティのいずれか一方を他方に比べて大きくすることで、鉄心の磁気飽和防止を行うことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  直流入力高周波絶縁交流母線
１１  多重巻線高周波絶縁トランス
１２−１〜１２−４、１０６−１〜１０６−６  自励式高周波ＡＣ／ＤＣ変換器
１３  パルス発生器
１４−１〜１４−３、１０２−１〜１０２−３  ＤＣ接続端子
ＳＷ１〜ＳＷ４  電力用半導体素子
２０−１〜２０−４、１０３−１〜１０３−３  ＤＣ／ＡＣ変換器
３０、１０４  キャパシタ／バッテリ
４０  高耐圧セラミックコンデンサ
１０１  直流母線
１０４−１〜１０４−３  商用周波数変圧器
１０７−１〜１０７−３  高周波絶縁トランス
【図１】
0005963234.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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