(57)【要約】【課題】３相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を複数台接続した従来例において、三相３レベルインバータセル、Ｕ相用、Ｖ相用及びＷ相用の単相３レベルインバータセルの交流入力に接続する変圧器二次巻線を順次配置して配線すると、隣接する二次巻線間に印加される最大電圧が高圧となる部分があり、変圧器が大型になる。【解決手段】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交流入力に接続される変圧器の二次巻線を、三相３レベルインバータセル用の二組と単相３レベルインバータセル用の６組を順に配置し、変圧器の二次巻線と３レベルインバータセルの交流入力端子との接続を一部クロスさせることにより、隣接した巻線間に印加される電圧を低減する。【選択図】図１
2015220818.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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルとし、前記変圧器の二次巻線の構造的な位置を、第一から第（６Ｎ＋２）の順に配置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又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ−１）（ただし、Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、インバータの直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第２Ｍの二次巻線にそれぞれ接続し、これらとは別のセルのインバータの直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋１）の変圧器二次巻線に、直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋２）の二次巻線に、それぞれ接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルとし、前記変圧器の二次巻線の構造的な位置を、第一から第（６Ｎ＋２）の順に配置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又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ−１）（ただし、Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第２Ｍの二次巻線に接続し、これらとは別のセルのインバータ直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋１）の変圧器二次巻線に、直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋２）の二次巻線に、それぞれ接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルとし、前記変圧器の二次巻線の構造的な位置を、第一から第（６Ｎ＋２）の順に配置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の２つの交流入力端子をそれぞれ第（２Ｎ＋１）と（２Ｎ＋２）の変圧器二次巻線に接続し、三相中の１つの交流出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子をそれぞれ第１から２Ｎの変圧器二次巻線に、三相中の別の交流出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子を第（２Ｎ＋３）から（４Ｎ＋２）の二次巻線に接続することを特徴とした電力変換装置。
【請求項４】
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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルとし、前記変圧器の二次巻線の構造的な位置を、第一から第（６Ｎ＋２）の順に配置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の２つの交流入力端子をそれぞれ第（４Ｎ＋１）と（４Ｎ＋２）の変圧器二次巻線に接続し、三相中の１つの出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子を第（２Ｎ＋１）から４Ｎの変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータの交流入力端子を第（４Ｎ＋３）から（６Ｎ＋２）の二次巻線に接続することを特徴とした電力変換装置。
【請求項５】
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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルと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及び前記単相３レベルインバータセル内のそれぞれの順変換器をＬ台（Ｌは２以上の整数）の順変換器の直流出力の直列接続で分割構成し、これらの各順変換器の交流入力端子を［（６Ｎ＋２）×Ｌ］個の二次巻線からなる（６Ｎ＋２）組の二次巻線を有する変圧器に接続し、この変圧器二次巻線の構造的な位置を、順に第一から第［（６Ｎ＋２）×L］の二次巻線配置とし、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータセルの直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ−１）×Ｌ＋１］（Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、それぞれ接続し、これらとは別のセルの前記３レベルインバータセルの直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ＋１）の変圧器二次巻線に、前記３レベルインバータセルの直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ＋１）×Ｌ］の変圧器二次巻線に、それぞれ接続にすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルと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及び前記単相３レベルインバータセルの中のそれぞれの順変換器をＬ台（Ｌは２以上の整数）の順変換器の直流出力直列接続で分割構成し、この各順変換器の交流入力端子を［（６Ｎ＋２）×Ｌ］個の二次巻線からなる（６Ｎ＋２）組の二次巻線を有する変圧器に接続し、この変圧器の構造的な位置を、順に第一から第［（６Ｎ＋２）×L］の二次巻線とし、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ−１）×Ｌ＋１］（Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、それぞれ接続し、これらとは別のセルの前記３レベルインバータ直流入力正端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ＋１）の変圧器二次巻線に、インバータ直流入力負端子に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ＋１）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５又は６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の２Ｌ個の交流入力端子を第（２Ｎ×Ｌ＋１）から［２（Ｎ＋２）×Ｌ］の変圧器二次巻線にそれぞれ接続し、三相中の１つの出力相としてＮ個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入力端子を第１から（２Ｎ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ個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入力端子を第［２（Ｎ＋２）×Ｌ＋１］から［４（Ｎ＋２）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項５又は６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の２Ｌ個の交流入力端子を第（４Ｎ×Ｌ＋１）から［４（Ｎ＋２）×Ｌ］の変圧器二次巻線にそれぞれ接続し、三相中の１つの出力相としてＮ個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入力端子を第（２Ｎ×Ｌ＋１）から（４Ｎ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ個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入力端子を第［４（Ｎ＋２）×Ｌ＋１］から［６（Ｎ＋２）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続す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、少なくとも二組の二次巻線を入力とする三相３レベルインバータの交流出力に、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し、特に変圧器の隣接する二次巻線間の耐圧を低減する配線技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２１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２１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２２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２３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負荷としての電動機５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】
このような装置において、交流負荷が必要とする最大相電圧をセルの交流出力での直列数で割ると、１つのセル内のインバータ最大出力電圧を求められるが、セルの直列数が自然数であるため、セル内の順変換用ダイオードやインバータ用スイッチング素子の定格電圧に対して、出力電圧が低く、これらのデバイスにとっては電圧余裕が大きくなる場合がある。このような場合、図２３に示す３つのセルＵ１、Ｖ１、Ｗ１を三相交流を出力する３レベルインバータを用いた１つのセルに置き換えて、図２４に示すような回路構成とし、適用する整流用ダイオードやインバータ用スイッチング素子数を低減することが考えられる。なお、この図２４に示す回路構成において、１は三相交流電源、２は変圧器、３は三相３レベルインバータセル、４（４Ｕ１、４Ｖ１、４Ｗ１）は単相３レベルインバータセル、５は三相交流負荷としての電動機である。また、より高圧の交流負荷へ給電するため、たとえば図２５に示すように、三相３レベルインバータセルの交流出力に接続される単相３レベルインバータセルの直列接続数を図２４より増やすことにも行われる。更に、図２６に示すように、セル内の順変換用の整流デバイス（図２６の例ではダイオード）として、より入手が容易な定格電圧が低いデバイスを用いる代わりに、順変換器を直流出力で直列接続することにより、回路を構成することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７６５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８８５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２４に示すような３相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を１台接続した従来例において、三相３レベルインバータセル３と出力Ｕ相、Ｖ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１、４Ｖ１に着目し、変圧器２の隣接する二次巻線間に印加される最大電圧について検討した結果を、図２７に矢印付きの点線で示す。例えば、各３レベルインバータの直流入力電圧を２Ｅｄ（Ｐ−Ｍ間＝Ｅｄ、Ｍ−Ｎ間Ｅｄ）とすると、出力Ｕ相用とＶ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１、４Ｖ１の交流入力端子に接続される変圧器２の隣接する二次巻線間（巻線Ｓ４とＳ５間）には、図２７に太線で示す動作経路（４Ｕ１のＮ極→４Ｕ１のＰ極→３のＮ極→３のＰ極→４Ｖ１のＮ極→４Ｖ１のＰ極の経路）を示したように、最大６Ｅdの電圧が印加される。同様に検討すると、三相３レベルインバータセル３と出力Ｕ相用の単相３レベルインバータセル４の交流入力端子に接続された変圧器２の隣接する二次巻線間（巻線Ｓ２とＳ３間）には、最大４Ｅdの電圧が印加される。このような検討結果から、図２４に示す従来例の回路に対して、変圧器２の各隣接二次巻線間の最大印加電圧を求めた結果を図２４中に矢印付きの点線で付記した。このように、最大６Ｅdと大きな電圧が印加される変圧器の隣接二次巻線が２箇所（巻線Ｓ４とＳ５間、Ｓ６とＳ７間）あり、最大４Ｅdが印加される隣接二次巻線が１箇所（巻線Ｓ２とＳ３間）あることがわかる。
【０００８】
図２５に示す三相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルを２台直列接続した回路構成の場合について同様な検討を行い、変圧器２の隣接する二次巻線間の最大印加電圧を求めた結果を、図２５中に矢印付きの点線で付記した。この結果からわかるように、最大印加電圧が８Ｅdにも及ぶ隣接二次巻線が２箇所（巻線Ｓ６とＳ７間、Ｓ１０とＳ１１間）あり、最大４Ｅdが印加される隣接二次巻線も４箇所（巻線Ｓ２とＳ３間、Ｓ４とＳ５間、Ｓ８とＳ９間、Ｓ１２とＳ１３間）ある。尚、単相３レベルインバータセルを直列接続した時の隣接する変圧器巻線間の電圧の算出例は特許文献２に示されている。ただし、特許文献２の記載内容は、全てのセルが単相３レベルインバータセルの場合であるとともに、出力が直列接続された１つの出力相のセルと変圧器二次巻線との接続について、その最大印加電圧を低減する方法を述べたものであり、別の出力相のセルに渡る変圧器二次巻線との接続については言及していない。
【０００９】
更に、図２６に示す順変換回路の直流出力を直列接続した順変換器の従来例について、図２７と同様に変圧器２の隣接する二次巻線間の最大印加電圧の検討を行うと、図２８に示すようになる。この例でも、出力Ｕ相用とＶ相用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１と４ａＶ１の交流入力端子に接続された変圧器２の隣接二次巻線間（巻線Ｓ８とＳ９間）には、図２８に太線で動作経路例（単相３レベルインバータセル４ａＵ１のＮ極→４ａＵ１のＭ極→４ａＵ１のＰ極→三相３レベルインバータセル３ａのＮ極→３ａのＭ極→３ａのＰ極→単相３レベルインバータセル４ａＶ１のＮ極→４ａＶ１のＭ極→４ａＶ１のＰ極の経路）を示すように、最大６Ｅd（２Ｅd：３レベルインバータの直流入力電圧）もの大きな電圧が印加される。また、三相３レベルインバータセル３ａと出力Ｕ相用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１の交流入力端子に接続された変圧器の隣接二次巻線間（巻線Ｓ４とＳ５間）には、最大４Ｅdの電圧が印加される。
【００１０】
このように、従来は、変圧器２の隣接二次巻線間において、その間の最大印加電圧が高い箇所が存在し、この巻線間では必要な絶縁を確保するため、巻線間の絶縁距離を大きくとらなければならず、変圧器が大型化、重量化し、高コストになるという問題点があった。
従って、本発明の課題は、三相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を直列接続して構成する電力変換装置の各インバータセルに接続される変圧器の二次巻線間に印加される電圧を低減し、変圧器の小型化、軽量化、低価格化を実現できる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】
【００１１】
上述の課題を解決するために、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中の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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端子と負端子と中間端子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中の他の一組を入力とし交流を直流に変換する順変換器２台の直流出力にそれぞれ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、直列接続したＮ個の前記単相３レベルインバータセルの前記三相３レベルインバータセルの各相出力端子からの接続順を、それぞれ第一から第Ｎセルとし、前記変圧器の二次巻線の構造的な位置を、第一から第（６Ｎ＋２）の順に配置した電力変換装置において、下記手段を含む。
【００１２】
第1の発明においては、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ−１）（ただし、Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、インバータの直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第２Ｍの二次巻線にそれぞれ接続し、これらとは別のセルのインバータの直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋１）の変圧器二次巻線に、直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋２）の二次巻線に、それぞれ接続する。
【００１３】
第２の発明においては、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ−１）（ただし、Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第２Ｍの二次巻線に接続し、これらとは別のセルのインバータ直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋１）の変圧器二次巻線に、直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ＋２）の二次巻線に、それぞれ接続する。
【００１４】
第３の発明においては、前記三相３レベルインバータセルの２つの交流入力端子をそれぞれ第（２Ｎ＋１）と（２Ｎ＋２）の変圧器二次巻線に接続し、三相中の１つの交流出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子をそれぞれ第１から２Ｎの変圧器二次巻線に、三相中の別の交流出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子を第（２Ｎ＋３）から（４Ｎ＋２）の二次巻線に接続する。
【００１５】
第４の発明においては、前記三相３レベルインバータセルの２つの交流入力端子をそれぞれ第（４Ｎ＋１）と（４Ｎ＋２）の変圧器二次巻線に接続し、三相中の１つの出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータセルの交流入力端子を第（２Ｎ＋１）から４Ｎの変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ台直列接続した前記単相３レベルインバータの交流入力端子を第（４Ｎ＋３）から（６Ｎ＋２）の二次巻線に接続する。
【００１６】
第５の発明においては、前記三相３レベルインバータセル及び前記単相３レベルインバータセル内のそれぞれの順変換器をＬ台（Ｌは２以上の整数）の順変換器の直流出力の直列接続で分割構成し、これらの各順変換器の交流入力端子を［（６Ｎ＋２）×Ｌ］個の二次巻線からなる（６Ｎ＋２）組の二次巻線を有する変圧器に接続し、この変圧器二次巻線の構造的な位置を、順に第一から第［（６Ｎ＋２）×Ｌ］の二次巻線配置とし、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータセルの直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ−１）×Ｌ＋１］（Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、それぞれ接続し、これらとは別のセルの前記３レベルインバータセルの直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ＋１）の変圧器二次巻線に、前記３レベルインバータセルの直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ＋１）×Ｌ］の変圧器二次巻線に、それぞれ接続にする。
【００１７】
第６の発明においては、前記三相３レベルインバータセル及び前記単相３レベルインバータセルの中のそれぞれの順変換器をＬ台（Ｌは２以上の整数）の順変換器の直流出力直列接続で分割構成し、この各順変換器の交流入力端子を［（６Ｎ＋２）×Ｌ］個の二次巻線からなる（６Ｎ＋２）組の二次巻線を有する変圧器に接続し、この変圧器の構造的な位置を、順に第一から第［（６Ｎ＋２）×L］の二次巻線とし、前記三相３レベルインバータセル又は前記単相３レベルインバータセルの中の１台のセルについて、前記３レベルインバータの直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ−１）×Ｌ＋１］（Ｍは１〜３Ｎの奇数）の変圧器二次巻線に、直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、それぞれ接続し、これらとは別のセルの前記３レベルインバータ直流入力正極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第（２Ｍ×Ｌ＋１）の変圧器二次巻線に、インバータ直流入力負極に一端を接続した順変換器の交流入力端子を第［２（Ｍ＋１）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続する。
【００１８】
第７の発明においては、第５又は第６の発明における、前記三相３レベルインバータセルの２Ｌ個の交流入力端子を第（２Ｎ×Ｌ＋１）から［２（Ｎ＋２）×Ｌ］の変圧器二次巻線にそれぞれ接続し、三相中の１つの出力相としてＮ個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入力端子を第１から（２Ｎ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ個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入力端子を第［２（Ｎ＋２）×Ｌ＋１］から［４（Ｎ＋２）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続する。
【００１９】
第８の発明においては、第５又は第６の発明における、前記三相３レベルインバータセルの２Ｌ個の交流入力端子を第（４Ｎ×Ｌ＋１）から［４（Ｎ＋２）×Ｌ］の変圧器二次巻線にそれぞれ接続し、三相中の１つの出力相としてＮ個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入力端子を第（２Ｎ×Ｌ＋１）から（４Ｎ×Ｌ）の変圧器二次巻線に、三相中の別の出力相としてＮ個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入力端子を第［４（Ｎ＋２）×Ｌ＋１］から［６（Ｎ＋２）×Ｌ］の二次巻線に、それぞれ接続する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、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交流入力に接続される変圧器の二次巻線を、三相３レベルインバータセル用の二組と単相３レベルインバータセル用の６Ｎ組を順に配置し、変圧器の二次巻線とインバータセルの交流入力端子との接続を一部クロスさせることにより、隣接した巻線間に印加される電圧を低減するようにしている。この結果、従来に比べて変圧器の小型化、軽量化、低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施例おける隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施例の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第４の実施例の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第４の実施例おける隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図７】本発明の第５の実施例の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第６の実施例の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第６の実施例おける隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図１０】本発明の第７の実施例の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第８の実施例の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第９の実施例の構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の第１０の実施例の構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第１１の実施例の構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第１１の実施例おける隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図１６】本発明の第１２の実施例の構成を示す回路図である。
【図１７】本発明の第１３の実施例の構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の第１４の実施例の構成を示す回路図である。
【図１９】本発明の第１４の実施例おける隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図２０】本発明の第１５の実施例の構成を示す回路図である。
【図２１】単相３レベルインバータセルの回路図例１である。
【図２２】単相３レベルインバータセルの回路図例２である。
【図２３】単相３レベルインバータセルを用いた多重インバータ回路図例である。
【図２４】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を用いた第１の従来例を示す回路図である。
【図２５】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を用いた第２の従来例を示す回路図である。
【図２６】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を用いた第３の従来例を示す回路図である（２台の順変換器を直流出力で直列接続）。
【図２７】第１の従来例における隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【図２８】第３の従来例における隣接巻線間の最大印加電圧を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の要点は、三相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルをＮ（Ｎは１以上の整数）個直列接続する構成の電力変換装置において、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交流入力に接続される変圧器の二次巻線を、三相３レベルインバータセル用の二組と単相３レベルインバータセル用の６Ｎ組を順に配置し、変圧器の二次巻線とインバータセルの交流入力端子との接続を一部クロスさせることにより、隣接した巻線間に印加される電圧を低減するようにしている点である。
【実施例１】
【００２３】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。Ｎ＝１の時の実施例である。図２４に示す従来例との違いは、出力Ｕ相用とＷ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１、４Ｗ１の交流入力端子と変圧器二次巻線との接続をそれぞれクロスさせている点が異なる。三相３レベルインバータセル３の各相交流出力に、単相３レベルインバータセルを１台接続した構成である。三相３レベルインバータセル３の交流出力Ｕ相には単相３レベルインバータセル４Ｕ１が、Ｖ相には単相３レベルインバータセル４Ｖ１が、Ｗ相には単相３レベルインバータセル４Ｗ１が、各々接続される。
【００２４】
変圧器２の一次巻線Ｐ１は交流電源１に接続され、二次巻線Ｓ１からＳ８はこの順に配置される。二次巻線Ｓ１が三相３レベルインバータセル３の直流正側電源を作る整流器の交流入力ｏ１に、Ｓ２が三相３レベルインバータセル３の直流負側電源を作る整流器の交流入力ｏ２に、各々接続される。単相３レベルインバータセル４Ｕ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力ｕ１１には変圧器の二次巻線Ｓ４が、直流負側電源を作る整流器の交流入力ｕ１２には変圧器の二次巻線Ｓ３が、単相３レベルインバータセル４Ｖ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力ｖ１１には変圧器の二次巻線Ｓ５が、直流負側電源を作る整流器の交流入力ｖ１２には変圧器の二次巻線Ｓ６が、単相３レベルインバータセル４Ｗ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力ｗ１１には変圧器の二次巻線Ｓ８が、直流負側電源を作る整流器の交流入力ｗ１２には変圧器の二次巻線Ｓ７が、各々接続される。
【００２５】
図２４に示す従来例と比べ、出力Ｕ相用とＷ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１と４Ｗ１の交流入力端子と変圧器二次巻線との接続をそれぞれクロスさせている点が異なる。この場合、従来例の図２７と同様に、三相３レベルインバータセル３とＵ相出力用とＶ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｕ１と４Ｖ１を用いて、変圧器２の隣接二次巻線間に印加される最大電圧について検討した結果を図２を用いて説明する。例えば、出力Ｕ相出力用とＶ相出力用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１と４Ｖ１の交流入力端子が接続される変圧器２の隣接二次巻線間（Ｓ４とＳ５間）に、最大電圧が印加される動作経路例を図２中に太線で示す。二次巻線Ｓ４の電位を基準にＵ相用整流器の中間極Ｍ→Ｕ相用整流器の正極Ｐ→三相３レベルインバータ３用整流器の負極Ｎ→三相３レベルインバータ３用整流器の正極Ｐ→Ｖ相用整流器の負極Ｎ→Ｖ相用整流器の正極Ｐの経路例により最大５Ｅｄの電圧が印加されることがわかる。これと同様にして求めた他の隣接二次巻線間に印加される最大電圧も、この図中に矢印付き点線で付記した。更に、同様にして求めた隣接二次巻線間の最大印加電圧を図１に付記した。この場合、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ２とＳ３間が３Ｅｄ、Ｓ４とＳ５間が５Ｅｄ、Ｓ６とＳ７間が５Ｅｄ）の最大印加電圧を、図２４に示した従来例より、それぞれＥｄだけ低減できることがわかる。
【実施例２】
【００２６】
図３に、本発明の第２の実施例を示す。第１の実施例に対して、３相３レベルインバ−タセル３の各相交流出力に２台の単相３レベルインバ−タセルを接続したＮ＝２の時の実施例である。３相３レベルインバ−タセル３のＵ相出力には単相３レベルインバ−タセル４Ｕ１と４Ｕ２の交流出力が、Ｖ相出力には単相３レベルインバ−タセル４Ｖ１と４Ｖ２の交流出力が、Ｗ相出力には単相３レベルインバ−タセル４Ｗ１と４Ｗ２の交流出力が、各々直列接続される。変圧器２の一次巻線Ｐ１は交流電源１に接続され、二次巻線Ｓ１からＳ１４はこの順に配置される。
【００２７】
二次巻線Ｓ１が三相３レベルインバータセル３の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｏ１に、Ｓ２が三相３レベルインバータセル３の直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｏ２に、各々接続される。単相３レベルインバータセル４Ｕ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｕ１１には変圧器の二次巻線Ｓ４が、直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｕ１２には変圧器の二次巻線Ｓ３が、単相３レベルインバータセル４Ｕ２の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｕ２１には変圧器の二次巻線Ｓ５が、直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｕ２２には変圧器の二次巻線Ｓ６が、各々接続される。
【００２８】
また、単相３レベルインバータセル４Ｖ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力ｖ１１には変圧器の二次巻線Ｓ８が、直流負側電源を作る整流器の交流入力ｖ１２には変圧器の二次巻線Ｓ７が、単相３レベルインバータセル４Ｖ２の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｖ２１には変圧器の二次巻線Ｓ９が、直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｖ２２には変圧器の二次巻線Ｓ１０が、各々接続される。
【００２９】
また、単相３レベルインバータセル４Ｗ１の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｗ１１には変圧器の二次巻線Ｓ１２が、直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｗ１２には変圧器の二次巻線Ｓ１１が、単相３レベルインバータセル４Ｗ２の直流正側電源を作る整流器の交流入力端子ｗ２１には変圧器の二次巻線Ｓ１３が、直流負側電源を作る整流器の交流入力端子ｗ２２には変圧器の二次巻線Ｓ１４が、各々接続される。
【００３０】
図２５に示す従来例と比べ、Ｕ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｕ１、Ｖ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｖ１及びＷ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｗ１の交流入力端子と変圧器二次巻線との接続をそれぞれクロスさせている点が異なる。この場合も同様にして求めた隣接二次巻線間に印加される最大印加電圧を図３に矢印付き点線で付記した。この場合、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた６箇所（Ｓ２とＳ３間、Ｓ４とＳ５間、Ｓ８とＳ９間、Ｓ１２と１３間が３Ｅｄ、Ｓ６とＳ７間が７Ｅｄ、Ｓ１０とＳ１１間が７Ｅｄ）の最大印加電圧を、図２５に示した従来例より、それぞれＥｄだけ低減できることがわかる。
【実施例３】
【００３１】
図４に、本発明の第３の実施例を示す。Ｎ＝１の時の実施例で、図２４に示す従来例と比べ、三相３レベルインバータセル３と変圧器２の二次巻線、及びＶ相出力用の単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子と変圧器２の二次巻線との接続をそれぞれクロスさせている点が異なる。この場合に、上記実施例と同様にして求めた隣接二次巻線間の最大印加電圧を図４中に付記した。この場合にも、図４に付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ２とＳ３間が３Ｅｄ、Ｓ４とＳ５間が５Ｅｄ、Ｓ６とＳ７間が５Ｅｄ）の最大印加電圧を図２４に示した従来例より、それぞれＥｄだけ低減できる。
【実施例４】
【００３２】
図５に、本発明の第４の実施例を示す。Ｎ＝１の場合であり、図２４に示す従来例と比べ、Ｕ相出力用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１の交流入力端子を接続する変圧器２の二次巻線と、三相３レベルインバータセル３の交流入力端子を接続する変圧器２の二次巻線を入れ替えている点が異なる。即ち、Ｕ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１の交流入力端子ｕ１１は変圧器２の二次巻線Ｓ１に、ｕ１２は二次巻線Ｓ２に、三相３レベルインバータセル３の交流入力端子ｏ１は変圧器２の二次巻線Ｓ３に、ｏ２は二次巻線Ｓ４に、各々接続される。この場合、従来例の図２７と同様に、三相３レベルインバータセル３と出力Ｕ相用単相３レベルインバータセル４Ｕ１とＶ相用単相３レベルインバータセル４Ｖ１を用いて、変圧器の隣接二次巻線間に印加される最大電圧を検討した結果について、図６で説明する。
【００３３】
例えば、３相３レベルインバータセル３とＶ相出力用の単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子が接続される変圧器２の隣接二次巻線間（Ｓ４とＳ５間）に、最大電圧が印加される動作経路例を図６中に示すが、この経路例により最大４Ｅｄの電圧が印加されることがわかる。即ち、二次巻線Ｓ４とＳ５間に印加される最大電圧は、４Ｖ１のＰ極→４Ｖ１のＮ極→三相３レベルインバータセル３のＰ極→３のＮ極の経路で、４Ｅｄとなる。これと同様にして求めた他の隣接二次巻線間に印加される最大電圧も、この図６中に矢印付き点線で付記した。更に、同様にして求めた隣接二次巻線間の最大印加電圧を矢印付き点線で図５に付記した。この場合、図５に付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた１箇所（二次巻線Ｓ４とＳ５との間）（４Ｅｄ）の最大印加電圧を図２４に示した従来例より、２Ｅｄだけ低減できる。
【実施例５】
【００３４】
図７に、本発明の第５の実施例を示す。Ｎ＝２の場合であり、図２５に示す従来例と比べ、Ｕ相出力用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１の交流入力端子ｕ１２を接続する変圧器２の二次巻線Ｓ４とＶ相用の単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子ｖ１１を接続する変圧器２の二次巻線Ｓ７との間にある二次巻線Ｓ５とＳ６に三相３レベルインバータセル３の交流入力端子ｏ１、ｏ２を接続し、Ｕ相用単相３レベルインバータセル４Ｕ２の交流入力端子ｕ２１、ｕ２２を各々変圧器２次巻線Ｓ１、Ｓ２に接続している点が異なる。この図にも、上記と同様にして求めた隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、矢印付き点線で付記した。この場合にも、付記した最大印加電圧のうち、図７に下線を付けた二次巻線Ｓ６とＳ７の間の１箇所の最大印加電圧（４Ｅｄ）を図２５に示した従来例より、４Ｅｄだけ低減できる。
【実施例６】
【００３５】
図８に、本発明の第６の実施例を示す。第１から第３の実施例と第４、第５の実施例を組合せる構成である。図８は、図４に示す第３の実施例と図５に示す第４の実施例を両方適用した場合の実施例である。これは、請求項のＮ＝１の場合であり、図２４に示す従来例と比べ、Ｕ相用単相３レベルインバータセル４Ｕ１の交流入力端子ｕ１１、ｕ１２を接続する変圧器二次巻線Ｓ１、Ｓ２とＶ相用の単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子ｖ１１、ｖ１２を接続する変圧器二次巻線Ｓ５、Ｓ６との間に、三相３レベルインバータセル３の交流入力端子ｏ１、ｏ２を接続する二次巻線Ｓ３、Ｓ４を配置する構成で、Ｕ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｕ１の交流入力端子ｕ１１、ｕ１２と変圧器二次巻線Ｓ１、Ｓ２との接続とＶ相用単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子ｖ１１、ｖ１２と変圧器二次巻線Ｓ５、Ｓ６との接続をそれぞれクロスさせている点が異なる。
【００３６】
この場合、従来例の図２７と同様に、三相３レベルインバータセル３とＵ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｕ１とＶ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｖ１を用いて、変圧器２の隣接する二次巻線間に印加される最大電圧について検討した結果を図９で説明する。例えば、三相３レベルインバータセル３とＶ相用の単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子が接続される変圧器の隣接二次巻線Ｓ４とＳ５との間に、最大電圧が印加される動作経路例を図９中に示す。三相３レベルインバータセル３のＮ端子→三相３レベルインバータセル３のＰ端子→単相３レベルインバータセル４Ｖ１のＮ極→単相３レベルインバータセル４Ｖ１のＭ極の経路により最大３Ｅｄの電圧が印加されることがわかる。
【００３７】
これと同様にして求めた他の隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、図９中に矢印付き点線で付記した。更に、同様にして求めた各隣接二次巻線間の最大印加電圧を図８に付記した。この場合、図８に付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ２とＳ３間が３Ｅｄ、Ｓ４とＳ５間が３Ｅｄ、Ｓ６とＳ７間が５Ｅｄ）の最大印加電圧を図２４の従来例より低減できる。更に、図４に示す第３の実施例に比べても、最大印加電圧が５ＥｄであったＳ４とＳ５間１箇所が、３Ｅｄへ低下しており、変圧器２の更なる小型・軽量化が図れる。
【実施例７】
【００３８】
図１０に、本発明の第７の実施例を示す。実施例６において、Ｎ＝２とした場合の実施例で、図３に示す第２の実施例と図７に示す第５の実施例を組合せた実施例である。
この図にも、上記の実施例と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、矢印付き点線で付記している。これを見ると、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた６箇所（Ｓ２とＳ３間、Ｓ４とＳ５間、Ｓ６とＳ７間、Ｓ８とＳ９間及びＳ１２とＳ１３間が３Ｅｄ、Ｓ１０とＳ１１間が７Ｅｄ）の最大印加電圧を図２５に示した従来例より低減できる。更に、図３に示す第２の実施例と比べても、最大印加電圧が７ＥｄだったＳ６とＳ７の間１箇所が３Ｅｄとなり、４Ｅｄ低下しており、変圧器２のより一層の小型・軽量化が図れる。
【実施例８】
【００３９】
図１１に、本発明の第８の実施例を示す。Ｎ＝１の場合の実施例で、Ｖ相出力用単相３レベルインバータセル４Ｖ１の交流入力端子ｖ１２を接続する変圧器二次巻線Ｓ４とＷ相用単相３レベルインバータセル４Ｗ１の交流入力端子ｗ１１を接続する変圧器二次巻線Ｓ７の間に、三相３レベルインバータセル３の交流入力端ｏ１、ｏ２を接続する変圧器二次巻線Ｓ５、Ｓ６を配置している点が異なる。この図１１にも、上記の実施例と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、矢印付き点線で付記した。これを見ると、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ２とＳ３間が６Ｅｄ、Ｓ４とＳ５間が４Ｅｄ、Ｓ６とＳ７間が４Ｅｄ）の最大印加電圧が図２４に示した従来例と異なる。最大印加電圧が６Ｅｄとなるところが１箇所（Ｓ２とＳ３の間）に減り、もう１箇所（Ｓ６とＳ７の間）では６Ｅｄから４Ｅｄへ減少しており、図２４に示す従来例より、変圧器２の小型・軽量化が図れる。
【実施例９】
【００４０】
図１２に、本発明の第９の実施例を示す。Ｎ＝１の場合の実施例で、本発明の図１に示す第１の実施例又は図４に示す第３の実施例と第８の実施例を組合せた実施例である。この図にも、上記実施例と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、矢印付き点線で付記した。これを見ると、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ２とＳ３の間が５Ｅｄ、Ｓ４とＳ５の間が３Ｅｄ、Ｓ６とＳ７の間が３Ｅｄ）の最大印加電圧を図２４に示した従来例より低減できる。更に、図１に示す第の実施例と比べても、最大印加電圧が５Ｅｄだった１箇所（Ｓ４とＳ５との間）が３Ｅｄとなり、２Ｅｄ低下しており、図１に示す第１の実施例より、変圧器２の更なる小型・軽量化が図れる。
【実施例１０】
【００４１】
図１３に、本発明の第１１の実施例を示す。Ｎ＝２の場合に、図３に示す第２の実施例と、図１１に示す第８の実施例をＮ＝２に拡張した実施例を組合せた実施例である。この図１３に、上記実施例と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を矢印付き点線で付記した。これを見ると、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた６箇所（Ｓ２とＳ３との間、Ｓ６とＳ７との間、Ｓ８とＳ９との間、Ｓ１０とＳ１１との間及びＳ１２とＳ１３の間の５箇所が３Ｅｄ、Ｓ４とＳ５との間の１箇所が７Ｅｄ）の最大印加電圧を図２５に示した従来例より低減できており、変圧器２の小型・軽量化が図れる。尚、これは、図１０に示す第７の実施例の場合と同等の最大印加電圧の低減効果である。
【実施例１１】
【００４２】
図１４に、本発明の第１１の実施例を示す。Ｎ＝１、Ｌ＝２の場合の実施例である。ここで、Ｌは順変換器の直列接続数で、２以上の整数とする。この例では、順変換器と同時に、その出力に接続する平滑コンデンサも分割して回路を構成している。図２６に示す従来例との違いは、単相３レベルインバータセル４ａＵ１と変圧器２の二次巻線との接続及び単相３レベルインバータセル４ａＷ１と変圧器２の二次巻線との接続がクロス接続となっている点である。
【００４３】
この例では、３相３レベルインバータセル３ａと変圧器２の二次巻線との接続数、及び単相３レベルインバータセル（４ａＵ１、４ａＶ１、４ａＷ１）と変圧器２の二次巻線との接続数は実施例１〜１０に比べて２倍となるが、例えば３相３レベルインバータセル３ａと変圧器２の二次巻線との接続数は、二次巻線Ｓ１とＳ２、Ｓ３とＳ４を、それぞれ一組と考えれば、実施例１から１０と同様に考えることができる。単相３レベルインバータセル（４ａＵ１、４ａＶ１、４ａＷ１）と変圧器２の二次巻線との接続数についても、それぞれ二組と考えることができる。
【００４４】
また、この場合、従来例の図２７と同様に、三相３レベルインバータセル３とＵ相出力用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１、Ｖ相出力用の単相３レベルインバータセル４ａＶ１を用いて、変圧器の隣接二次巻線間に印加される最大電圧に関する検討結果を図１５で説明する。例えば、Ｕ相出力用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１とＶ相出力用の単相３レベルインバータセル４ａＶ１の交流入力端子が接続される変圧器の隣接二次巻線間に、最大電圧が印加される動作経路例を図１５中に太線で示したが、この経路例により最大４．５Ｅｄの電圧が印加されることがわかる。例えば、二次巻線Ｓ８とＳ９の間の電圧は、単相３レベルインバータセル４ａＵ１のＰ極とＭ極の中間点→４ａＵ１のＰ極→三相３レベルインバータセル３ａのＮ極→３ａのＭ極→３ａのＰ極→単相３レベルインバータセル４ａＶ１のＮ極→４ａＶ１のＭ極→４ａＶ１のＰ極の経路で、４．５Ｅｄとなる。
【００４５】
これと同様にして求めた他の隣接二次巻線間に印加される最大電圧を、図１５に矢印付き点線で付記した。更に、同様にして求めた各隣接二次巻線間の最大印加電圧を図１４に付記した。これを見ると、付記した最大印加電圧のうち、下線を付けた３箇所（Ｓ４とＳ５間が２．５Ｅｄ、Ｓ８と９間が４．５Ｅｄ、Ｓ１２とＳ１３間が４．５Ｅｄ）の最大印加電圧が図２６に示した従来例より低減できており、その分だけ変圧器２の小型・軽量化が図れる。
【実施例１２】
【００４６】
図１６に、本発明の第１２の実施例を示す。Ｎ＝１，Ｌ＝２の場合の実施例１１の変形実施例である。この例では，順変換器だけを分割して構成し，平滑コンデンサは分割構成していない。この場合にも，順変換器出力がほぼ同一電圧となることから，変圧器の各隣接二次巻線間に印加される最大電圧は，図１４に示す実施例１１とほぼ同じになり，これと同等の最大印加電圧を低減する効果が得られる。
【実施例１３】
【００４７】
図１７に、本発明の第１３の実施例を示す。Ｎ＝１、Ｌ＝２の場合の実施例である。図２６に示す従来例との違いは、三相３レベルインバータセル３ａと変圧器２の二次巻線との接続及び単相３レベルインバータセル４ａＶ１と変圧器２の二次巻線との接続がクロス接続となっている点である。この図にも，上記と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧も，矢印付き点線で付記した。これを見ると，付記した最大印加電圧のうち，下線を付けた３箇所（Ｓ４とＳ５間が２．５Ｅｄ、Ｓ８とＳ９間が４．５Ｅｄ，Ｓ１２とＳ１３間が４．５Ｅｄ）の最大印加電圧を図２６に示した従来例より低減できており，変圧器２の小型・軽量化が図れる。
【実施例１４】
【００４８】
図１８に、本発明の第１４の実施例を示す。Ｎ＝１，Ｌ＝２の場合の実施例である。この例では，図１７に示す第１３の実施例の内容も含まれる。単相３レベルインバータセル４ａＵ１と変圧器２の二次巻線との接続、及び単相３レベルインバータセル４ａＶ１と変圧器２の二次巻線との接続をクロス接続としている。この場合，従来例の図２８と同様に，三相３レベルインバータセル３ａとＵ相出力用単相３レベルインバータセル４ａＵ１とＶ相出力用単相３レベルインバータセル４ａＶ１を用いて，変圧器２の隣接二次巻線間に印加される最大電圧に関する検討結果を図１９で説明する。例えば，三相３レベルインバータセル３ａとＶ相出力用の単相３レベルインバータセル４ａＶ１の交流入力端子が接続される変圧器の隣接二次巻線間（Ｓ８とＳ９間）に，最大電圧が印加される動作経路例を図１９中に太線で示したが，この経路例により最大２．５Ｅｄの電圧が印加されることがわかる。
【００４９】
即ち、単相３レベルインバータセル４ａＶ１のＭ極とＮ極の中間点→４ａＶ１のＮ極→三相３レベルインバータセル３ａのＰ極→３ａのＭ極→３ａのＮ極の経路で、２．５Ｅｄとなる。図１８に，これと同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を，矢印付き点線で付記した。これを見ると，付記した最大印加電圧のうち，下線を付けた３箇所（Ｓ４とＳ５間が２．５Ｅｄ，Ｓ８とＳ９間が２．５Ｅｄ，Ｓ１２とＳ１３間が４．５Ｅｄ）の最大印加電圧を図２６に示した従来例より低減できている。更に，図１７に示す第１３の実施例だけを適用した場合より，最大印加電圧が２．５Ｅｄとなる巻線間が１箇所（Ｓ４とＳ５間）から２箇所（Ｓ４とＳ５間、Ｓ８とＳ９間）に増加しており，その分だけ変圧器２がより小型・軽量化できる。
【実施例１５】
【００５０】
図２０に、第１５の実施例を示す。Ｎ＝１，Ｌ＝２の場合の実施例である。この例には，図１７に示す第１３の実施例の内容も含まれる。三相３レベルインバータセル３ａと変圧器２の二次巻線との接続及び単相３レベルインバータセル４ａＵ１と変圧器２の二次巻線との接続をクロス接続としている。この図にも，上記実施例と同様にして求めた各隣接二次巻線間に印加される最大電圧を，矢印付き点線で付記した。これを見ると，付記した最大印加電圧のうち，下線を付けた３箇所（Ｓ４とＳ５間が４．５Ｅｄ，Ｓ８とＳ９間が２．５Ｅｄ，Ｓ１２とＳ１３間が２．５Ｅd）の最大印加電圧が図２６に示す従来例から変化しており，従来例より最大印加電圧が低減されている。これは，図１８に示す第１４の実施例と同等の最大印加電圧の低減効果である。
【００５１】
尚、上記実施例には直列接続される単相３レベルインバータセルの直列接続数１と２について説明したが、直列数Ｎは１以上の整数であれば制限されない。また、順変換器の直列接続数Ｌとして、Ｌ＝２の例を示したが、直列数Ｌは２以上の整数であれば制限されない。また、二次巻線と３レベルインバータセルとの接続を一組、二組と表現したが、３相分を一組と呼ぶ場合もあり、図１４に示した実施例１１、図１６に示した実施例１２のように直列接続数Ｌ個で構成した順変換器１回路の交流入力Ｌ個分を一組と呼ぶ場合も同様に考えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、三相３レベルインバータセルの出力各相に単相３レベルインバータセルの出力を直列接続して高電圧出力を得る電力変換装置に使用する変圧器を小型化するための変圧器と３レベルインバータセルの接続方法であり、高電圧電動機駆動装置、系統連系用変換装置などへの適用が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・交流電源          ２、１２・・・変圧器
３、３ａ、３ｂ・・・三相３レベルインバータセル
４Ｕ1、４Ｕ２、４Ｖ１、４Ｖ２、４Ｗ1、４Ｗ２４、４ａＵ１、４ａＵ２、４ａＶ１、４ａＶ２、４ａＷ１、４ａＷ２、４ｂＵ１、４ｂＵ２、４ｂＶ１、４ｂＶ２、４ｂＷ１、４ｂＷ２・・・単相３レベルインバータセル
５・・・電動機（負荷）
２０ａ、２０ｂ・・・ヒューズ          ２１ａ、２１ｂ・・・ダイオード整流器
２２ａ、２２ｂ・・・コンデンサ          ２３ａ・・・３レベルインバータ
２３ｂ・・・３レベルインバータ          ＡＣＳ１、ＡＣＳ２・・・双方向スイッチ
Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２・・・単相３レベルインバータセル
Ｐ１・・・一次巻線          Ｓ１〜Ｓ１６・・・二次巻線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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