(57)【要約】【課題】多重インバータでは、各相毎に単相２レベルインバータセルを複数台直列接続するが、この回路を単相３レベルインバータセルに置換えると、制御装置の数は減らせるが、半導体素子数が増加し、装置が高価になる。【解決手段】絶縁変圧器の二次巻線を２組入力する三相３レベルインバータセルの出力に、別の二次巻線を２組入力する単相３レベルインバータセルの出力を直列接続し、三相３レベルインバータセルと単相３レベルインバータセルの平滑コンデンサ電圧値を等しくし、単相３レベルインバータセルの電圧振幅を全て等しくし、三相３レベルインバータセルの相電圧振幅を単相３レベルインバータセルの電圧振幅の１／２とする。また、三相３レベルインバータセルの順変換器２台を第１群とし、単相３レベルインバータセルの順変換器３台毎を第２群、第３群とし、群内は同相、群間は電圧位相を異ならせる運転とする。【選択図】図１
2015107021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源と接続される一組の一次巻線とそれぞれが絶縁された（６Ｎ＋２）（ここでＮは正の整数）組の三相二次巻線とを有する絶縁変圧器と、それぞれが前記二次巻線の内の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器を２台とそれぞれの前記順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと前記平滑コンデンサの直列回路を正極と負極と中間極とを備えた直流電源として入力しこの直流を三相交流に変換する三相３レベルインバータとからなる三相３レベルインバータセルと、それぞれが前記二次巻線の内の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器を２台とそれぞれの前記順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと前記平滑コンデンサの直列回路を正極と負極と中間極とを備えた直流電源として入力しこの直流を単相交流に変換する単相３レベルインバータとからなる単相３レベルインバータセルを３Ｎ台と、を備え、前記三相３レベルインバータセルの交流出力の各相それぞれに前記単相３レベルインバータセルＮ台の交流出力を直列接続した電力変換装置において、
前記三相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値と全ての前記単相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値を等しくするように順変換器を動作させ、交流出力が直列接続された前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅を全て等しくするように制御すると共に、前記三相３レベルインバータセルの交流出力相電圧振幅は前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅の１／２とするように、前記三相３レベルインバータセルを制御することを特徴とした電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、前記三相３レベルインバータセルを構成する２台の順変換器を１個の群とし、単相３レベルインバータセルを構成する合計６Ｎ台の順変換器を３台ずつ２Ｎ個の群とし、同一の群に属する順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を同一とし、異なる群の順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を全て異なるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、三相３レベルインバータセルを構成する順変換器と単相３レベルインバータセルを構成する順変換器の全ての入力を三相交流とし、合計(２N＋１)群の変圧器二次巻線の電圧位相差を、電気角（６０／(2N＋1)）度間隔で振り分けることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電源を一次巻線に入力し、複数の二次巻線を持つ１台の変圧器を介して給電され、二つの二次巻線を入力とする三相３レベルインバータの出力交流に、他の二次巻線を入力とする複数台の単相３レベルインバータの交流出力を直列接続して三相交流を出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に特許文献１に示された単相３レベル電力変換回路を示す。三相交流入力Ａからヒューズ２０ａを介して順変換器としてのダイオード整流器２１ａを接続し、この直流出力に平滑コンデンサ２２ａを接続したＡＣ−ＤＣ変換回路と、三相交流入力Ｂからヒューズ２０ｂを介して順変換器としてダイオード整流器２１ｂを接続し、この直流出力に平滑コンデンサ２２ｂを接続したＡＣ−ＤＣ変換回路との直流出力を直列接続し、正極Ｐ、中間極Ｍ及び負極Ｎを出力とする直流電源を構成する。この直流電源を直流入力とした単相３レベルインバータ２３ａによってＤＣ−ＡＣ変換され３レベルの交流出力が得られる構成である。単相３レベルインバータ２３ａは、スイッチング素子としてダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを４個直列接続した回路が直流電源の正極Ｐと負極Ｎとの間に２回路接続され、さらに、ＩＧＢＴの直列接続点と直流電源の中間極Ｍとの間にはダイオードが接続された構成である。図８の回路構成を単相３レベルインバータセルと呼ぶ。また三相３レベルインバータ回路の場合はダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを４個直列接続した回路を３回路用いて構成し、このような回路構成を三相３レベルインバータセルと呼ぶ。
【０００３】
図８に、別の回路構成の単相３レベルインバータ２３ｂを用いた回路例を示す。スイッチング素子としてダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを２個直列接続した回路が直流電源の正極Ｐと負極Ｎとの間に２回路接続され、さらに、ＩＧＢＴの直列接続点と直流電源の中間極Ｍとの間にはそれぞれ双方向の電流のスイッチング動作が可能な双方向スイッチ素子ＡＣＳ１、ＡＣＳ２が接続された構成である。この様な構成を単相３レベルインバータセルと称する。また三相３レベルインバータ回路の場合はダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを２個直列接続した回路３回路と双方向スイッチ素子３個を用いて構成し、このような回路構成を三相３レベルインバータセルと呼ぶ。
【０００４】
図９に、上記単相３レベルインバータセルを６個（Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２）用いて、各セルの交流入力を変圧器１２の二次巻線に接続した特許文献１に示された電力変換装置の回路図を示す。交流出力が直列接続された単相３レベルインバータセルＵ１とＵ２、Ｖ１とＶ２及びＷ１とＷ２の一方の端子は共通に接続され、他方の端子はそれぞれ電動機６に接続される。この例では、合計１２台のダイオード整流器が用いられているが、例えば４台ずつ３つの群に分け、それらの入力に接続された変圧器二次巻線の電圧位相差を同一群内は同じとして、群ごとに電気角２０度ずつ設け、１８パルス整流回路相当の多重整流器とすることにより、交流電源に接続される変圧器一次巻線を流れる入力電流に含まれる低次高調波成分を低減することが、通常行われている。
【０００５】
更に、特許文献１には、単相２レベルインバータセルとして、図１０に示すような回路構成が示されている。１つの交流入力をヒューズ２０を介して、順変換器としてのダイオード整流器２１の交流入力に、ダイオード整流器２１の直流出力Ｐ−Ｎ間に平滑コンデンサ２２を、平滑コンデンサ２２を単相２レベルインバータの直流入力に、それぞれ接続した構成で、単相２レベルインバータ２４の出力が交流出力となる。単相２レベルインバータ２４はダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴを２個直列接続した回路を２回路コンデンサ２２と並列接続した回路構成である。このような構成を単相２レベルインバータセルと称する。
【０００６】
図１１に、特許文献１に示された、単相２レベルインバータセルを９個（Ｕ２１〜Ｕ２３、Ｖ２１〜Ｖ２３、Ｗ２１〜Ｗ２３）用いて、各セルの交流入力端子を変圧器の二次巻線に接続した電力変換装置の回路構成を示す。交流出力が直列接続された単相２レベルインバータセルＵ２１〜Ｕ２３、Ｖ２１とＶ２３及びＷ２１とＷ２３の一方の端子は共通に接続され、他方の端子はそれぞれ電動機６に接続される。この例でも、合計９台のダイオード整流器を、例えば３台ずつ３つの群に分け、それらの入力に接続された変圧器二次巻線の電圧位相差を群ごとに電気角２０度ずつ設け、１８パルス整流回路相当の多重整流器とすることによって、交流電源に接続される変圧器一次巻線を流れる入力電流に含まれる低次高調波成分を低減することが、通常行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５４６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来例において、図１０に示された単相２レベルインバータセルの交流出力を図１１に示すように各相毎に３個直列接続し、合計９台のセル用いて電力変換装置を構成する場合、使用するＩＧＢＴの数は下記となる。
４［個／セル］×９［セル］＝３６［個］
この際、各インバータを個別に制御する制御装置も単相２レベルインバータセルの数と同じ９台設ける必要がある。
一方、これと同じ電圧定格のＩＧＢＴを単相３レベルインバータセルに適用する時、図９に示すように単相３レベルインバータセルの交流出力を２個直列接続し、ＩＧＢＴの電圧利用率を下げて、合計６台の単相３レベルインバータセルを用いて構成する必要がある。この時、使用するＩＧＢＴの数は下記となる。
８［個／セル］×６［セル］＝４８［個］
なお、インバータの制御装置は単相３レベルインバータセルの数と同じ６台ですむ。
このように、単相２レベルインバータセルの交流出力を各出力相毎に奇数個直列接続して構成した電力変換装置を、これと同じ電圧定格のＩＧＢＴを用いた単相３レベルインバータセルで同一出力電圧定格の電力変換装置を構成する場合には、インバータを個別に制御する制御装置の台数は少なくなるというメリットはあるものの、適用するＩＧＢＴの数が多くなり、その分だけ電力変換装置が高価になるという問題点がある。
従って、本発明の課題は、ＩＧＢＴの使用数を増加させずに、制御装置の使用数を低減し、装置の低コスト化が可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、三相交流電源と接続される一組の一次巻線とそれぞれが絶縁された（６Ｎ＋２）（ここでＮは正の整数）組の三相二次巻線とを有する絶縁変圧器と、それぞれが前記二次巻線の内の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器を２台とそれぞれの前記順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと前記平滑コンデンサの直列回路を正極と負極と中間極とを備えた直流電源として入力し、この直流を三相交流に変換する三相３レベルインバータとからなる三相３レベルインバータセルと、それぞれが前記二次巻線の内の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器を２台とそれぞれの前記順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと前記平滑コンデンサの直列回路を正極と負極と中間極とを備えた直流電源として入力し、この直流を単相交流に変換する単相３レベルインバータとからなる単相３レベルインバータセルを３Ｎ台と、を備え、前記三相３レベルインバータの交流出力の各相それぞれに前記単相３レベルインバータセルＮ台の交流出力を直列接続した電力変換装置に関する。前記三相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値と全ての前記単相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値を等しくするように順変換器を動作させ、交流出力が直列接続された前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅を全て等しくするように制御すると共に、前記三相３レベルインバータセルの交流出力相電圧振幅は前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅の１／２とするように、前記三相３レベルインバータセルを制御することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明においては、第１の発明における電力変換装置において、前記三相３レベルインバータセルを構成する２台の順変換器を１個の群とし、単相３レベルインバータセルを構成する合計６Ｎ台の順変換器を３台ずつ２Ｎ個の群とし、同一の群に属する順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を同一とし、異なる群の順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を全て異なるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明においては、第１又は第２の発明における、三相３レベルインバータセルを構成する順変換器と単相３レベルインバータセルを構成する順変換器の全ての交流入力を三相交流とし、合計(2N＋１)群の変圧器二次巻線の電圧位相差を、電気角（６０／(2N＋1)）度間隔で振り分けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、変圧器の絶縁された二次巻線を２組入力する三相３レベルインバータセルの各相交流出力に、変圧器の絶縁された二次巻線を２組入力する単相３レベルインバータセルの交流出力をＮ台直列接続し、前記三相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値と全ての前記単相３レベルインバータを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値を等しくするように順変換器を動作させる。さらに、交流出力が直列接続された前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅を全て等しくするように制御すると共に、前記三相３レベルインバータセルの交流出力相電圧の振幅は前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧の振幅の１／２とするように、前記三相３レベルインバータセルを制御する。この時前記三相３レベルインバータセルを構成する２台の順変換器を１個の群とし、単相３レベルインバータセルを構成する合計６Ｎ台の順変換器を３台ずつ２Ｎ個の群とし、同一の群に属する順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を同一とし、異なる群の順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を全て異なるようにする。
この結果、半導体スイッチ素子の使用数を増加させずに、制御装置の使用数を低減することが可能となり、電力変換装置の小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す回路図である。
【図４】図１において、全ての順変換器入力が三相の場合の群分けと電圧位相差の例を示す。
【図５】図２において、全ての順変換器入力が三相の場合の群分けと電圧位相差の例を示す。
【図６】図３において、全ての順変換器入力が三相の場合の群分けと電圧位相差の例を示す。
【図７】単相３レベルインバータセルの回路図例Aである。
【図８】単相３レベルインバータセルの回路図例Bである。
【図９】３レベルインバータセルを２個直列接続した電力変換装置の回路図例である。
【図１０】２レベルインバータセルの回路図例である。
【図１１】２レベルインバータセルを３個直列接続した電力変換装置の回路図例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の要点は、下記（１）〜（３）である。
（１）変圧器の絶縁された二次巻線を２組入力する三相３レベルインバータセルの各相交流出力に、変圧器の絶縁された二次巻線を２組入力する単相３レベルインバータセルの交流出力をＮ台直列接続し、前記三相３レベルインバータセルを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値と全ての前記単相３レベルインバータを構成する前記平滑コンデンサの直流電圧値を等しくするように順変換器を動作させる。
（２）交流出力が直列接続された前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧振幅を全て等しくするように制御すると共に、前記三相３レベルインバータセルの交流出力相電圧の振幅は前記単相３レベルインバータセルの交流出力電圧の振幅の１／２とするように、前記三相３レベルインバータセルを制御する。
（３）前記三相３レベルインバータセルを構成する２台の順変換器を１個の群とし、単相３レベルインバータセルを構成する合計６Ｎ台の順変換器を３台ずつ２Ｎ個の群とし、同一の群に属する順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を同一とし、異なる群の順変換器の入力に接続される変圧器二次巻線の電圧位相を全て異なるようにする。
【実施例１】
【００１５】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。交流電源に接続される１組の３相一次巻線と８組の３相二次巻線を備えた変圧器２ａを介して、三相３レベルインバータセル３の交流出力の各相をそれぞれ単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）へ接続し、負荷としての電動機６に給電する場合の回路構成である。三相３レベルインバータセル３は、図８で説明した従来例と同様に、順変換器としてダイオード整流器を２台用い、その出力に平滑コンデンサを接続し、これを直列接続して、正極Ｐと中間極Ｍと負極Ｎとを備えた直流電源を作り、この直流電源を入力とした三相３レベルインバータ回路で構成される。また、三相３レベルインバータ回路の交流出力各相に接続される単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）は、それぞれ図７又は図８で説明した従来例と同様に、順変換器としてダイオード整流器を２台用い、その出力に平滑コンデンサを接続し、これを直列接続して、正極Ｐと中間極Ｍと負極Ｎとを備えた直流電源を作り、この直流電源を入力とした単相３レベルインバータ回路で構成される。
【００１６】
ここで、三相３レベルインバータセル３には交流出力電圧を所望の指令値通りに制御するために、個別制御装置３ａが、またそれぞれの単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）には交流出力電圧を所望の指令値通りに制御するために、個別制御装置４ａが、それぞれ設けられる。なお、本実施例では順変換器としてダイオード整流器を用いたが、自己消弧デバイスを用いた自励式の整流器などを用いてもよい。この例では、順変換器としては、全てダイオード整流器を用いており、変圧器二次巻線の電圧を同じにすることで、全セルの平滑コンデンサの電圧を同じになるように動作させている。また、各セルに設けられた個別制御装置３ａ及び４ａへは、全体を制御する主制御装置５から、インバータ出力電圧指令が与えられる。この電圧指令は、各単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）に対しては、出力周波数及び出力電圧振幅が同じで、電圧位相が電気角で１２０度ずれた信号である。また、三相３レベルインバータの各出力の相電圧指令としては、出力が接続された単相３レベルインバータセルへ与えた電圧指令と出力周波数及び電圧位相が同じで、出力電圧振幅を１／２とした信号が主制御装置５から与えられる。
【００１７】
上述のように構成した場合の三相３レベルインバータと単相３レベルインバータの出力関係を説明する。直流入力電圧をＥｄとすると、単相３レベルインバータの最大出力電圧（１パルス運転時）は、（２√２／π）Ｅｄである。一方、三相３レベルインバータの最大出力相電圧（１パルス運転時）は、直流入力電圧が同じＥｄの場合、下記となる。 
（√６／π）Ｅd／√３＝（√２／π）Ｅd
上述のように、三相３レベルインバータの最大出力相電圧は単相３レベルインバータの最大出力電圧の１／２である。このことから、三相３レベルインバータでは、常に相電圧の振幅として、単相３レベルインバータの出力電圧の振幅の１／２に電圧制御することで、三相３レベルインバータの直流入力電力は単相３レベルインバータの直流入力電力の３／２倍となる。三相３レベルインバータセル３の各相出力端子に、単相３レベルインバータセルの出力を直列接続することから、直列接続した単相３レベルインバータセルには同じ電流が流れる。しかも、三相３レベルインバータセルの出力電圧を単相３レベルインバータセルが接続された相の単相３レベルインバータセルの出力周波数、電圧位相を同一とし、三相３レベルインバータセルの出力相電圧の振幅を単相３レベルインバータセルの出力電圧の振幅の１／２とする。この結果、三相３レベルインバータセルの交流出力一相分の有効電力は、各単相３レベルインバータセルの交流出力有効電力の１／２になる。
【００１８】
このため、三相３レベルインバータセルの出力三相分の有効電力は、単相３レベルインバータの出力有効電力の３／２（出力相有効電力の３倍）になる。すなわち、順変換器やインバータの損失を無視すると、三相３レベルインバータセルの順変換器の入力電力も、単相3レベルインバータセルの順変換器の入力電力の３／２倍になる。このため、変圧器の二次巻線電圧を全て同じ電圧振幅とすると、三相３レベルインバータセルの順変換器が接続される変圧器二次巻線を流れる電流も、単相３レベルインバータセルの順変換器が接続される変圧器二次巻線を流れる電流の３／２倍になる。
【００１９】
このことから、三相３レベルインバータセルを構成する２台の順変換器を１つの群とし、単相３レベルインバータセルを構成する順変換器の中のいずれか３台の順変換器を別の群とした時、両群の変圧器二次巻線の合計のアンペアターンは同じになる。このような群に分け、変圧器二次巻線の電圧に群ごとに特定の角度だけ位相差を設けることにより、変圧器一次巻線を流れる電流の特定の次数の高調波成分を低減することが可能になる。
図１に示す構成の場合、ＩＧＢＴの使用数は、１２［個／三相セル］×１［セル］＋８［個／単相セル］×３［セル］＝３６［個］となり、図１１に示した単相２レベルインバータセルを９台用いた場合と同数となる。また、インバータを個別に制御する制御装置は４台となり、図１１に示した単相２レベルインバータセルを９台用いる場合や、図９に示した単相３レベルインバータセルを６台用いる場合に比べて少なくなり、低コスト化が図れる。
【００２０】
図４に、図１の回路構成において、交流電源、変圧器の一次巻線、全ての二次巻線が三相であり、セル内の全ての順変換器が三相ダイオード整流器の場合に、群分けをＮｏ．１〜Ｎｏ．３の３つの群に分け、各群の電圧位相を２０度ずつずらした例を示す。Ｎｏ．１が単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の中の各１台の順変換器で構成した群、Ｎｏ．２が三相３レベルインバータセル３の２台の順変換器で構成した群、Ｎｏ．３が単相３レベルインバータセル（４ｕ、４ｖ、４ｗ）の中の残りの各１台の順変換器で構成した群、である。このように構成することにより、変圧器２ａの三相一次巻線を流れる電流の低次高調波成分を低減することが可能である。
【実施例２】
【００２１】
図２に、本発明の第２の実施例を示す。これは、交流電源から変圧器２ｂを介して、三相３レベルインバータセル３の１台と単相３レベルインバータセル６台（４ｕ１、４ｕ２、４ｖ１、４ｖ２、４ｗ１、４ｗ２）へ給電している場合である。なお、図１は単相３レベルインバータセルの直列数がＮ＝１の場合であったが、図２は、単相３レベルインバータセルの直列数Ｎが２の場合の実施例である。
【００２２】
三相３レベルインバータセル３の各相交流出力端子に、単相３レベルインバータセル２台の交流出力を直列接続することから、直列接続したインバータセルには同じ電流が流れる。ここで、三相３レベルインバータセルの交流出力電圧を単相３レベルインバータセルが接続された相の単相３レベルインバータセルの交流出力周波数、電圧位相と同一とし、三相３レベルインバータセルの交流出力相電圧の振幅を単相３レベルインバータセルの出力電圧の振幅の１／２とする。三相３レベルインバータセルの出力一相分の有効電力は、各単相３レベルインバータの出力電力の１／２になる。
【００２３】
このため、三相３レベルインバータセルの出力三相分の有効電力は、単相３レベルインバータセルの出力有効電力の３／２（出力相有効電力の３倍）になる。すなわち、順変換器やインバータの損失を無視すると、三相３レベルインバータセルの順変換器の入力電力も、単相3レベルインバータセルの順変換器の入力電力の３／２倍になる。このため、変圧器の二次巻線電圧を全て同じ電圧振幅とすると、三相３レベルインバータセルの順変換器が接続される変圧器二次巻線を流れる電流も、単相３レベルインバータセルの順変換器が接続される変圧器二次巻線を流れる電流の３／２倍になる。
【００２４】
このことから、三相３レベルインバータセルの２台の順変換器を１つの群とし、単相３レベルインバータセルを構成する順変換器の中のいずれか３台の順変換器を別の群とした時、両群の変圧器二次巻線の合計のアンペアターンは同じになる。このような群に分け、変圧器二次巻線の電圧に群ごとに特定の角度だけ位相差を設けることにより、変圧器一次巻線を流れる電流の特定の次数の高調波成分を低減することが可能になる。
【００２５】
図５に、図２の実施例を５つの群（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）に分けた時の群の分け方と位相差の付け方の例を示す。交流電源と変圧器２ｂの一次巻線及び全ての二次巻線は三相であり、セル内の全ての順変換器が三相ダイオード整流器の場合に、５つの群に分け、電圧位相を１２度ずつずらした例である。群Ｎｏ．１が単相３レベルインバータセル（４ｕ１、４ｖ１、４ｗ１）の中の各１台の順変換器で構成した群、群Ｎｏ．２が三相３レベルインバータセル３の中の２台の順変換器で構成した群、群Ｎｏ．３が単相３レベルインバータセル（４ｕ２、４ｖ２、４ｗ２）の中の各１台の順変換器で構成した群、群Ｎｏ．４が単相３レベルインバータセル（４ｕ１、４ｖ１、４ｗ１）の中の残りの各１台の順変換器で構成した群、群Ｎｏ．５が単相３レベルインバータセル（４ｕ２、４ｖ２、４ｗ２）の中の残りの各１台の順変換器で構成した群とした実施例である。このようにすることにより、３０パルス整流相当の多重整流器とすることができ、変圧器の一次巻線を流れる電流の低次高調波成分を低減することが可能である。
【実施例３】
【００２６】
図３に、本発明の第３の実施例を示す。これは、交流電源から変圧器２ｎを介して、三相３レベルインバータセル３が１台と単相３レベルインバータセル３Ｎ台（４ｕ１〜４ｕＮ、４ｖ１〜４ｖＮ、４ｗ１〜４ｗＮ）に給電している場合である。
動作原理は、実施例１、２と同じである。三相３レベルインバータセル３の各相出力端子に、単相３レベルインバータセルＮ台の交流出力を直列接続することから、直列接続したインバータセルには同じ電流が流れる。ここで、三相３レベルインバータセルの出力電圧を単相３レベルインバータセルが接続された相の単相３レベルインバータセルの出力周波数、電圧位相と同一とし、三相３レベルインバータセルの出力相電圧の振幅を単相３レベルインバータセルの出力電圧の振幅の１／２とする。
【００２７】
三相３レベルインバータセルの２台の順変換器を１つの群とし、単相３レベルインバータセルのいずれか３台の順変換器を別の群とした時、両群の変圧器二次巻線の合計のアンペアターンは同じになる。このような群に分け、変圧器二次巻線の電圧に群ごとに特定の角度だけ位相差を設けることにより、変圧器一次巻線を流れる電流の特定の次数の高調波成分を低減することが可能になる。
【００２８】
図６に、図３に示す実施例を（２Ｎ＋１）個の群（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．（２Ｎ＋１））に分けた時の群の分け方と位相差の付け方の例を示す。
三相３レベルインバータセルを構成する順変換器と単相３レベルインバータセルを構成する順変換器の全ての入力、すなわち全ての変圧器二次巻線を三相交流とし、インバータセル内の全ての順変換器が三相ダイオード整流器の場合に、（２Ｎ＋１）個の群に分け、電圧位相を（６０／（２Ｎ＋１））度ずつずらした例である。このようにすることにより、（６×（２Ｎ＋１））パルス整流相当の多重整流器とすることができ、変圧器の一次巻線を流れる電流の低次高調波成分を低減することが可能である。
【００２９】
例えば、三相３レベルインバータセルの交流出力各相に、それぞれ１台の単相３レベルインバータセルを接続する実施例１の場合、三相３レベルインバータセルの２つの順変換器で１つの群を、単相３レベルインバータセルを構成する合計６台の順変換器の中から３台ずつ２つの群を構成し、合計３つの群を設けることができる。この３つの群ごとに、変圧器二次巻線の電圧に電気角２０度（＝６０度／３群）の位相差を設けると、従来技術で述べた単相２レベルインバータセルを９台用いて構成した図１１の場合と同等の１８パルス整流相当まで入力電流の低次高調波成分を低減できる。
【００３０】
これと同様に、三相３レベルインバータセルの交流出力各相に、それぞれ２台の単相３レベルインバータセルを接続する実施例２の場合、三相３レベルインバータセルの２つの順変換器で１つの群を、単相３レベルインバータセルを構成する合計１２台の順変換器の中から３台ずつ４つの群を構成し、合計５つの群を設けることができる。この５つの群ごとに、変圧器二次巻線の電圧に電気角１２度（＝６０度／５群）の位相差を設けると、３０パルス整流相当の多重整流器とすることができ、変圧器の一次巻線を流れる電流の低次高調波成分を低減することが可能である。
尚、上記実施例には順変換器の入力が三相交流入力の場合を中心に説明したが、順変換器の交流入力は三相に限らず、互いに絶縁された単相交流入力で、上述の位相差を設けられる交流電源の場合も同様に実現可能である。
また、実施例では、３レベルインバータ回路としては、図７で説明した回路構成を用いた例で説明したが、図８で説明した回路構成を用いた場合も同様に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、三相３レベルインバータセルの各相交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を直列接続する多重インバータの構成技術であり、高圧電動機駆動装置、系統連系用電力変換装置などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎ、１２・・・変圧器
３ａ、４ａ・・・個別制御装置          ５・・・主制御装置
２０、２０ａ、２０ｂ・・・ヒューズ          ２１、２１ａ、２１ｂ・・・整流器
２２、２２ａ、２２ｂ・・・平滑コンデンサ
２３ａ、２３ｂ・・・単相３レベルインバータ回路
２４・・・単相２レベルインバータ回路
ＡＣＳ１，ＡＣＳ２・・・双方向スイッチ
Ｕ２１〜Ｕ２３、Ｖ２１〜Ｖ２３、Ｗ２１〜Ｗ２３・・・単相２レベルインバータセル
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２・・・単相３レベルインバータセル
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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