(57)【要約】【課題】３相３レベルインバータセルの交流出力を１相当りＮ台直列接続して相直列アームを構成し、一端を共通接続し、他端を各々Ｋ相の出力とする電力変換回路において、１台の変圧器に絶縁された２次巻線を２Ｎ個配置して、前記複数のインバータセルに各々接続する場合、各出力相のインバータセルに入力される２次巻線の相間で隣接した巻線間に印加される電圧を低減させ、変圧器を小型・軽量化する。【解決手段】いずれか一つの相（Ｌ相）の第１セルの第１の交流入力に前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｌ相の第１セルの第２の交流入力に前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Ｎの２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にL＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記第１セルの第２の交流入力端子に前記L＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、各々接続する。【選択図】図３
2015008585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁された交流が入力される第１交流入力端子及び第２交流入力端子と、前記第１交流入力端子及び第２交流入力端子にそれぞれ入力される前記交流を直流に変換する２台の順変換器と、前記それぞれの順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと、前記各平滑コンデンサの直列回路を直流入力とし単相交流を出力する単相３レベルインバータとで構成された単相３レベルインバータセルの交流出力をN個直列接続した１相分アームをK相分（N、Kとも２以上の整数）備え、
前記単相３レベルインバータセルそれぞれの第１及び第２交流入力端子は、一つの１次巻線と２N×K個の２次巻線とを有する変圧器の２次巻線それぞれに接続され、前記K相分の１相分アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とすると共に、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Nセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をK相分順番に配置し、さらに各相用の２次巻線の配置をそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、
いずれか一つの相Ｌ相（Ｌは１〜Ｋ−１の整数）の第１セルの第１の交流入力端子には前記Ｌ相用の2次巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｌ相の第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Nの２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続することを特徴とした電力変換装置。
【請求項２】
絶縁された交流が入力される第１交流入力端子及び第２交流入力端子と、前記第１交流入力端子及び第２交流入力端子にそれぞれ入力される前記交流を直流へ変換する２台の順変換器と、前記それぞれの順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと、前記各平滑コンデンサの直列回路を直流入力とし単相交流を出力する単相３レベルインバータとで構成された単相３レベルインバータセルの交流出力をN個直列接続した１相分アームをK相分（N、Kとも２以上の整数）備え、
前記単相３レベルインバータセルそれぞれの第１及び第２交流入力端子は、一つの１次巻線と２N×K個の２次巻線とを有する変圧器の２次巻線それぞれに接続され、前記K相分の１相分アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とすると共に、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Nセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をK相分順番に配置し、さらに各相分の２次巻線の配置はそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、
いずれか一つの相L相（Lは1〜K-1の整数、Ｋは３以上）の第１セルの第１の交流入力端子にはＬ相用巻線の中の第２Ｎの２次巻線を、前記第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、それぞれ接続することを特徴とした電力変換装置。
【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、
L相以外のいずれか一つの相M相（MはLとは異なる1〜K-1の整数、Kは３以上）の第Nセルの第１の交流入力端子にはM相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｍ相の第Ｎセルの第２の交流入力端子には前記M相用巻線の中の第２Nの２次巻線を、M＋１相の第１セルの第１の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記M＋１相用の第１セルの第２の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続することを特徴とした電力変換装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電力変換装置において、
L相以外のいずれか一つの相M相（MはLと異なる1〜K-1の整数、Kは３以上）の第Nセルの第１の交流入力端子にはM相用巻線の中の第２Nの２次巻線を、前記Ｍ相の第Ｎセルの第２の交流入力端子には前記M相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、M＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはM＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、前記M＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、それぞれ接続することを特徴とした電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から複数の２次巻線を持つ１台の変圧器を介して給電される複数の単相３レベルインバータの交流出力を直列接続して１相分の相直列アームを複数個作り出し、複数相の交流を出力する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９に特許文献１に記載された単相３レベルインバータセルの回路図を、図１０に特許文献１に記載された各相毎に単相３レベルインバータセル２台（Ｓ１、Ｓ２）の交流出力を直列接続した３相交流出力インバータの回路図を示す。図９に示す単相３レベルインバータセルの回路図においては、第１の交流入力端子１０１に入力された交流は整流器１０２により直流に変換され、さらに整流器１０２の直流出力に接続されたコンデンサ１０３で平滑された直流となる。また、第２の交流入力端子１０４に入力された交流は整流器１０５により直流に変換され、さらに整流器１０５の直流出力に接続されたコンデンサ１０６で平滑された直流となる。ここで、交流入力としては、大容量の装置では一般的に３相交流が用いられる。コンデンサ１０３と１０６とは直列接続され、正極、中性極及び負極を備えた３レベルの直流電源として単相３レベルインバータセル回路の直流入力となる。
【０００３】
単相３レベルインバータセル回路は、２相分の相アームで構成される。第１相の相アームは、３レベルの直流電源の正極ラインＬｐと負極ラインＬｎとの間にダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを２個直列接続したＩＧＢＴモジュール１０９と１１０との直列回路を接続し、ＩＧＢＴモジュール１０９内部の直列接続点と直流電源の中性極ラインＬｍとの間には電圧クランプ用のダイオード１１１が、ＩＧＢＴモジュール１１０内部の直列接続点と直流電源の中性極ラインＬｍとの間には電圧クランプ用のダイオード１１２が、各々接続された構成である。また、第２相の相アームは、３レベルの直流電源の正極ラインＬｐと負極ラインＬｎとの間にダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴを２個直列接続したＩＧＢＴモジュール１１５と１１６との直列回路を接続し、ＩＧＢＴモジュール１１５内部の直列接続点と直流電源の中性極ラインＬｍとの間には電圧クランプ用のダイオード１１７が、ＩＧＢＴモジュール１１６内部の直列接続点と直流電源の中性極ラインＬｍとの間には電圧クランプ用のダイオード１１２が、各々接続された構成である。第１相アームのＩＧＢＴモジュール１０９と１１０との直列接続点は交流出力端子１０８に、第２相アームのＩＧＢＴモジュール１１５と１１６との直列接続点は交流出力端子１１４に、各々接続される。
【０００４】
図１０は、各相毎に上述の単相３レベルインバータセル２台（Ｓ１、Ｓ２）の交流出力を直列接続して相直列アームを構成した３相交流出力インバータの回路図である。Ｕ相直列アームＰＴ１は単相３レベルインバータセルＳ１の交流出力端子１６と単相３レベルインバータセルＳ２の交流出力端子１７を接続した構成で、単相３レベルインバータセルＳ１の交流入力端子１１は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ１−１に、交流入力端子１２は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ１−２に、単相３レベルインバータセルＳ２の交流入力端子１３は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ１−４に、交流入力端子１４は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ１−３に、各々接続される。ここで、絶縁変圧器ＴＲ１の巻線構成は、１次巻線２は交流電源１に接続され、２次巻線は単相３レベルインバータセルのＵ相用巻線、Ｖ相用巻線及びＷ相用巻線が順番に配置され、各相用巻線の内部はＵ相用がＬＳ１−１〜ＬＳ１−４の順番に、Ｖ相用がＬＳ２−１〜ＬＳ２−４の順番に、Ｗ相用がＬＳ３−１〜ＬＳ３−４の順番に配置される。
【０００５】
同様にＶ相直列アームＰＴ２は単相３レベルインバータセルＳ１の交流出力端子１６と単相３レベルインバータセルＳ２の交流出力端子１７を接続した構成で、単相３レベルインバータセルＳ１の第１の交流入力端子１１は絶縁変圧器ＴＲ１のＶ相用巻線ＬＳ２−１に、第２の交流入力端子１２は絶縁変圧器ＴＲ１のＶ相用巻線ＬＳ２−２に、単相３レベルインバータセルＳ２の第１の交流入力端子１３は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ２−４に、第２の交流入力端子１４は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ２−３に、各々接続される。
【０００６】
また、Ｗ相直列アームＰＴ３は単相３レベルインバータセルＳ１の交流出力端子１６と単相３レベルインバータセルＳ２の交流出力端子１７を接続した構成で、単相３レベルインバータセルＳ１の第１の交流入力端子１１は絶縁変圧器ＴＲ１のＶ相用巻線ＬＳ３−１に、第２の交流入力端子１２は絶縁変圧器ＴＲ１のＶ相用巻線ＬＳ３−２に、単相３レベルインバータセルＳ２の第１の交流入力端子１３は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ３−４に、第２の交流入力端子１４は絶縁変圧器ＴＲ１のＵ相用巻線ＬＳ３−３に、各々接続される。
【０００７】
交流出力回路は、Ｕ相直列アームＰＴ１の交流出力端子１５、１８と、Ｖ相直列アームＰＴ２の交流出力端子１５、１８と、Ｗ相直列アームＰＴ３の交流出力端子１５、１８のそれぞれの一方の端子１８が接続され、共通接続点Ｏとなり、Ｕ相直列アームＰＴ１の他方の端子１５は交流出力Ｕ、Ｖ相直列アームＰＴ２の他方の端子１５は交流出力Ｖ、Ｗ相直列アームＰＴ３の他方の端子１５は交流出力Ｗとする構成である。
【０００８】
上述の構成における特徴は、各相直列アームの交流入力に接続される変圧器の隣接する２次巻線間に印加される最大電圧を低くして、絶縁変圧器を小型・軽量化するために、直列接続された２台の単相３レベルインバータセルそれぞれの交流入力端子と変圧器の２次巻線との接続を工夫している点である。即ち、変圧器の２次巻線はそれぞれの単相３レベルインバータセルの交流入力に接続されるＵ相用巻線、Ｖ相用巻線及びＷ相用巻線が順番に配置され、各相用巻線の内部はＵ相用がＬＳ１−１〜ＬＳ１−４の順番に、Ｖ相用がＬＳ２−１〜ＬＳ２−４の順番に、Ｗ相用がＬＳ３−１〜ＬＳ３−４の順番に配置される。各相直列アームにおける単相３レベルインバータセルＳ１の交流入力端子１１と１２は変圧器の各相用巻線のＬＳＫ−１とＬＳＫ−２（Ｋは相数で、１〜Ｋまでの整数）にそれぞれ接続されるが、交流入力端子１３と１４は変圧器ＴＲ１の各相用巻線のＬＳＫ−４とＬＳＫ−３（Ｋは相数で、１〜Ｋまでの整数）にそれぞれ接続される。直列数がさらに多い場合はこの接続関係を保ちつつ増加させる。
【０００９】
次に特許文献２に記載された先行技術の概略を説明する。本特許は、３×Ｎ個のパワーユニットと、３×Ｎ個の２次巻線を有した整流変圧器とで構成され、それぞれの２次巻線がそれぞれのパワーユニットの交流入力に接続された構成である。パワーユニットは３相ダイオードブリッジ整流器、３相ダイオードブリッジ整流器の直流バス側に並列接続された大容量コンデンサ及び単相インバータブリッジから構成される。Ｎ個のパワーユニットの交流出力を直列接続した１相分の直列回路が３相分設けられ、各相用の直列回路の一端は接続され、共通接続点となり、他端がそれぞれ各相の交流出力となる。整流変圧器の２次巻線は３組に分けられ、各組はそれぞれＮ個の巻線（Ｗａ１〜ＷａＮ、Ｗｂ１〜ＷｂＮ、Ｗｃ１〜ＷｃＮ）を有し、これらの巻線が順次配列されている。２組の二次巻線の一端（Ｗｂ１、Ｗｃ１）と他端（ＷｂＮ、ＷｃＮ）が、２組の順次直列接続されたパワーユニットとは一端部から他端部へとそれぞれ順次接続され、他組の二次巻線の一端（Ｗａ１）と他端（ＷａＮ）が、他組の順次直列接続されたパワーユニットとは他端部から一端部へと順次接続される。この構成は、変圧器の２次巻線数とパワーユニット数が同じ場合の構成で、パワーユニットとして、単相３レベルインバータセルを用いる場合とは構成が異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１８８５８４号公報
【特許文献２】ＣＮ１０１０９８１０７B
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、従来例として、特許文献１では、本提案が対象とする単相３レベルインバータセルを用いた構成において、各相内部の交流入力端子間に印加される最大電圧を考察し、各相内の変圧器の２次巻線の構造的な位置と単相３レベルインバータセルの交流入力端子との接続順を工夫することによって、変圧器の隣接する２次巻線間に印加される最大電圧を低くし、変圧器を小型・軽量化することが述べられている。また、しかし、二つの相の相間に関する記述はなく、この間の二つの２次巻線の間には、大きな電圧が印加される場合がある。その例として、図９で説明した単相３レベルインバータセルの交流出力を直列接続して、３相出力の電力変換装置を構成する場合、そのうちの二つの相（U、V相と呼ぶ）に着目して、図１１を用いて説明する。図１１では、交流電源１の出力に、変圧器ＴＲ２の１次巻線２が接続され、４つの単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２、３ｖ１、３ｖ２の各交流入力端子が、図示した変圧器の構造的な位置の変圧器ＴＲ１の２次巻線ＬＳ１−１〜ＬＳ１−４、ＬＳ２−１〜ＬＳ２−４に接続される。そして、４つの単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２、３ｖ１、３ｖ２内の各単相３レベルインバータセルのスイッチング素子が、例えばセル３ｕ１の場合、一つの交流出力端子ＡＣ１を平滑コンデンサのＰ端子に接続するようにオンあるいはオフしているなど、図示したように、各交流出力端子と平滑コンデンサの端子が接続されているものとする。このように接続された場合に、変圧器ＴＲ２のU相用巻線とV相用巻線の間の隣接した２次巻線間（ＬＳ１−４とＬＳ２−１間）に、最も大きな電圧が印加される一例である。その電圧は、図１１の原理図に太線で示したような経路（インバータセル３ｕ２のＭ点→インバータセル３ｕ２のＰ点→インバータセル３ｕ１のＮ点→インバータセル３ｕ１のＭ点→インバータセル３ｕ１のＰ点→インバータセル３ｖ１のＮ点→インバータセル３ｖ１のＭ点→インバータセル３ｖ１のＰ点）によって、各平滑コンデンサの両端電圧をＥｄとした場合５Ｅｄとなる。
【００１２】
また、図１２に各相直列アームの構成を３個の単相３レベルインバータセルを用いた場合の例を説明する。この例は、従来例として示した図９で説明した単相３レベルインバータセルの出力を３個直列接続し、３相のうちの２相（U、V相）に着目したものである。この図でも図１１を３個直列接続に拡張して、６個の単相３レベルインバータセル３ｕ１〜３ｕ３、３ｖ１〜３ｖ３の中のスイッチング素子のオンオフ状態が、変圧器ＴＲ３のU相とＶ相の間の隣接した２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に、最も大きな電圧が印加されるようになっている一例である。この場合、変圧器ＴＲ３のU相用２次巻線とV相用２次巻線の隣接した２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に印加される最大電圧は、図１２の回路に太線で示したような経路（インバータセル３ｕ３のＮ点→インバータセル３ｕ３のＭ点→インバータセル３ｕ３のＰ点→インバータセル３ｕ２のＮ点→インバータセル３ｕ２のＭ点→インバータセル３ｕ２のＰ点→インバータセル３ｕ１のＮ点→インバータセル３ｕ１のＭ点→インバータセル３ｕ１のＰ点→インバータセル３ｖ１のＮ点→インバータセル３ｖ１のＭ点→インバータセル３ｖ１のＰ点）によって、８Ｅｄにも及ぶことがわかる。
また、特許文献２には、単相２レベルインバータセルを用いた場合の相間の巻線間に印加される電圧を低減させる構成例が記載されているが、インバータセル数と変圧器の２次巻線数が等しい場合の構成例である。
上述のように、二つの相の隣接した変圧器２次巻線間に、大きな電圧が印加される場合があると、それに応じた絶縁を確保する必要があり、絶縁距離を大きくするために変圧器の寸法・質量が大きくなる。
【００１３】
従って、本発明の課題は、相アームが単相３レベルインバータセルを複数個用いそれぞれの交流出力を直列して構成され、それぞれの単相３レベルインバータセルの交流入力に１個の変圧器に設けられた絶縁された２次巻線をそれぞれ接続する構成の電力変換装置において、相間に最も隣接して配置される変圧器２次巻線間に印加される電圧を低減できる複数個の単相３レベルインバータセルの配置と変圧器２次巻線の配置と接続手段を提供し、変圧器の小型・軽量化を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、第1の発明においては、絶縁された交流が入力される第１交流入力端子及び第２交流入力端子と、前記第１交流入力端子及び第２交流入力端子にそれぞれ入力される前記交流を直流に変換する２台の順変換器と、前記それぞれの順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと、前記各平滑コンデンサの直列回路を直流入力とし単相交流を出力する単相３レベルインバータとで構成された単相３レベルインバータセルの交流出力をN個直列接続した１相分アームをK相分（N、Kとも２以上の整数）備え、前記単相３レベルインバータセルそれぞれの第１及び第２交流入力端子は、一つの１次巻線と２N×K個の２次巻線とを有する変圧器の２次巻線それぞれに接続され、前記K相分の１相分アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とすると共に、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Nセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をK相分順番に配置し、さらに各相用の２次巻線の配置をそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、いずれか一つの相Ｌ相（Ｌは１〜Ｋ−１の整数）の第１セルの第１の交流入力端子には前記Ｌ相用の2次巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｌ相の第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Nの２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続する。
【００１５】
第２の発明においては、絶縁された交流が入力される第１交流入力端子及び第２交流入力端子と、前記第１交流入力端子及び第２交流入力端子にそれぞれ入力される前記交流を直流へ変換する２台の順変換器と、前記それぞれの順変換器の出力に接続される平滑コンデンサと、前記各平滑コンデンサの直列回路を直流入力とし単相交流を出力する単相３レベルインバータとで構成された単相３レベルインバータセルの交流出力をN個直列接続した１相分アームをK相分（N、Kとも２以上の整数）備え、前記単相３レベルインバータセルそれぞれの第１及び第２交流入力端子は、一つの１次巻線と２N×K個の２次巻線とを有する変圧器の２次巻線それぞれに接続され、前記K相分の１相分アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とすると共に、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Nセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をK相分順番に配置し、さらに各相分の２次巻線の配置はそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、いずれか一つの相L相（Lは1〜K-1の整数、Ｋは３以上）の第１セルの第１の交流入力端子にはＬ相用巻線の中の第２Ｎの２次巻線を、前記第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、それぞれ接続する。
【００１６】
第３の発明は、請求項１又は２に記載の電力変換装置において、L相以外のいずれか一つの相M相（MはLとは異なる1〜K-1の整数、Kは３以上）の第Nセルの第１の交流入力端子にはM相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｍ相の第Ｎセルの第２の交流入力端子には前記M相用巻線の中の第２Nの２次巻線を、M＋１相の第１の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記M＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続する。
【００１７】
第４の発明は、請求項１又は２に記載の電力変換装置において、L相以外のいずれか一つの相M相（MはLと異なる1〜K-1の整数、Kは３以上）の第Nセルの第１の交流入力端子にはM相用巻線の中の第２Nの２次巻線を、前記Ｍ相の第Ｎセルの第２の交流入力端子には前記M相用巻線の中の第２N-1の２次巻線を、M＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはM＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、前記M＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記M＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、それぞれ接続する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、前記K相分の１相分直列アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とし、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Ｎセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をＫ相分順番に配置し、さらに各相用の２次巻線の配置をそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、いずれか一つの相Ｌ相（Ｌは１〜Ｋ−１の整数）の第１セルの第１の交流入力端子には前記Ｌ相用の2次巻線の中の第２N-1の２次巻線を、前記Ｌ相の第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Nの２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続する。さらに、Ｌ相以外のＭ相とＭ＋１相の構成も同様の配置、接続関係とする。又は第Ｌ相とＬ＋１相の構成を逆の接続関係にする。又はＭ相とＭ＋１相の構成を逆の接続関係とする。
この結果、変圧器の各相間の最も隣接配置された２次巻線間に印加される電圧を従来に比べて低減することが可能となり、変圧器の小型・軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例（Ｎ：偶数）を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施例（Ｎ：奇数）を示す回路ブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施例（Ｎ：偶数）を示す回路ブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施例（Ｎ：奇数）を示す回路ブロック図である。
【図７】本発明の第１の動作説明図である。
【図８】本発明の第２の動作説明図である。
【図９】単相３レベルインバータの回路図である。
【図１０】従来技術を示す回路ブロック図である。
【図１１】従来技術の課題を説明するための第１の回路ブロック図である。
【図１２】従来技術の課題を説明するための第２の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の要点は、絶縁された交流が入力される第１交流入力端子及び第２交流入力端子と、単相交流を出力する単相３レベルインバータとで構成された単相３レベルインバータセルの交流出力をN個直列接続した１相分アームをK相分（N、Kとも２以上の整数）備え、前記単相３レベルインバータセルそれぞれの第１及び第２交流入力端子は、２N×K個の２次巻線とを有する変圧器の２次巻線それぞれに接続され、前記K相分の１相分アームそれぞれの一方の端子を共通に接続して共通接続点とすると共に、他方の端子を各相の交流出力端子とし、前記交流出力端子を直列接続したN個の前記単相３レベルインバータセルを前記共通接続点から順に、第１セルから第Nセルとし、前記変圧器の２次巻線の構造的な位置をK相分順番に配置し、さらに各相用の２次巻線の配置をそれぞれ第１から第２Nの順番とする電力変換装置において、いずれか一つの相Ｌ相（Ｌは１〜Ｋ−１の整数）の第１セルの第１の交流入力端子には前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Ｎ−1の２次巻線を、前記Ｌ相の第１セルの第２の交流入力端子には前記Ｌ相用の２次巻線の中の第２Nの２次巻線を、L＋１相の第１セルの第１の交流入力端子にはL＋１相用巻線の中の第２の２次巻線を、前記L＋１相の第１セルの第２の交流入力端子には前記L＋１相用巻線の中の第１の２次巻線を、それぞれ接続する点である。また、Ｌ以外の相のＭ相とＭ＋１相においても同様の手法を適用する。さらに、Ｌ相とＬ＋１相それぞれと変圧器２次巻線との接続関係又はＭ相とＭ＋１相それぞれと変圧器２次巻線との接続関係は入れ替えてもよい。
【実施例１】
【００２１】
図１に、本発明の第１の実施例を示す。Ｎ＝２、Ｋ＝３の場合の実施例である。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して１相分を構成し、３相を出力する電力変換装置の例である。Ｕ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｕ１と３ｕ２との交流出力を直列接続した回路で、Ｖ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｖ１と３ｖ２との交流出力を直列接続した回路で、Ｗ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｗ１と３ｗ２との交流出力を直列接続した回路で、それぞれ構成される。Ｕ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｕ１のＡＣ１端子）とＶ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｖ１のＡＣ１端子）とＷ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｗ１のＡＣ１端子）とは接続され、共通接続点Ｏとなる。交流電源１の出力に変圧器ＴＲ２の１次巻線２が接続され、１２個の２次巻線ＬＳ１−１〜ＬＳ１−４、ＬＳ２−１〜ＬＳ２−４、ＬＳ３−１〜ＬＳ３−４が６個の単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２、３ｖ１、３ｖ２、３ｗ１、３ｗ２の交流入力端子へそれぞれ接続される。変圧器ＴＲ２の２次巻線はＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の順に配置され、さらにＵ相用はＬＳ１−１〜ＬＳ１−４の順番で、Ｖ相用はＬＳ２−１〜ＬＳ２−４の順番で、Ｗ相用はＬＳ３−１〜ＬＳ３−４の順番で、それぞれ配置される。
【００２２】
ここで、請求項のＬを１とし、これをＵ相とすると、Ｕ相の共通接続点Ｏに接続された単相３レベルインバータセル３ｕ１が第１セルで、この第１セルの第１の交流入力端子ｕ１１は変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ１−３（第２Ｎ−１の巻線）に、第２の交流入力端子ｕ１２は変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ１−４（第２Ｎの巻線）に、それぞれ接続される。そして、Ｖ相（Ｌ＋１相）の単相３レベルインバータセル３ｖ１が第１セルで、この第１の交流入力端子ｖ１１は変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２は変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に、それぞれ接続される。このような構成とすることにより、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線はＬＳ１−４とＬＳ２−１となり、この巻線間の電圧はＵ相の第１セル３ｕ１の第２の交流入力端子ｕ１２とＶ相の第１セル３ｖ１の第２の交流入力端子ｖ１２との間の電圧となり、３Ｅｄとなる。従来の実施例では５Ｅｄであったものが３Ｅｄに低減される。
【００２３】
ここで、Ｕ相の第１セル３ｕ１の第１の交流入力端子ｕ１１を２次巻線ＬＳ１−４（第２Ｎの巻線）に、第１の交流入力端子ｕ１２を２次巻線ＬＳ１−３（第２Ｎ−１の巻線）に、Ｖ相の第１セル３ｖ１の第１の交流入力端子ｖ１１を変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２を変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、それぞれ接続しても同様の効果となり、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線ＬＳ１−４とＬＳ２−１との間に印加される電圧は３Ｅｄとなる。
【００２４】
図７に、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線ＬＳ１−４とＬＳ２−１との間に印加される電圧が３Ｅｄとなる原理図を示す。交流電源１の出力に、変圧器ＴＲ２の１次巻線２が接続され、４つの単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２、３ｖ１、３ｖ２の各交流入力端子が、図示した変圧器の構造的な位置の変圧器ＴＲ２の２次巻線ＬＳ１−１〜ＬＳ１−４、ＬＳ２−１〜ＬＳ２−４に接続される。そして、４つの単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２、３ｖ１、３ｖ２内の各単相３レベルインバータセルのスイッチング素子が、例えばセル３ｕ１の場合、一つの交流出力端子ＡＣ１を平滑コンデンサのＰ端子に接続するようにオンあるいはオフしているなど、図示したように、各交流出力端子と平滑コンデンサの端子が接続されているものとする。このように接続された場合に、変圧器ＴＲ２のU相用巻線とV相用巻線の間の隣接した２次巻線間（ＬＳ１−４とＬＳ２−１間）には、最も大きな電圧が印加される一例である。その電圧は、図７の回路に太線で示したような経路（インバータセル３ｕ１のN点→インバータセル３ｕ１のＰ点→インバータセル３ｖ１のＮ点→インバータセル３ｖ１のＭ点）によって、各平滑コンデンサの両端電圧をＥｄとした場合３Ｅｄとなる。
【００２５】
次に、Ｌ相以外の一つの相Ｍ相として、Ｌ＝１、Ｍ＝１の場合の実施例を説明する。図１において、Ｌ＝１の時の相をＵ相とし、Ｍ＝１の時の相をＶ相とする。ここで、Ｋ＝３である。Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖ２の第１の交流入力端子ｖ２１をＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−３（第２Ｎ−１）に、第２の交流入力端子ｖ２２をＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−４（第２Ｎ）に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セルの第１の交流入力端子ｗ１１をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−２に、第２の交流入力端子ｗ１２をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−１に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第２セル３ｖ２の第２交流入力端子に接続される２次巻線ＬＳ２−４とＷ相の第１セル３ｗ１の第２の交流入力端子ｗ１２に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は５Ｅｄとなる。
【００２６】
ここで、Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖ２の第１の交流入力端子ｖ２１をＶ相用巻線の中のＬＳ２−４（第２Ｎ）の２次巻線に、第２の交流入力端子ｖ２２をＶ相用巻線の中のＬＳ２−３（第２Ｎ−１）の２次巻線に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セルの第１の交流入力端子ｗ１１をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−１に、第２の交流入力端子ｗ１２をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−に、それぞれ接続しても、同様に変圧器ＴＲ２のＶ相用２次巻線ＬＳ２−４とＷ相用２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は５Ｅｄとなる。
【実施例２】
【００２７】
図２に、本発明の第２の実施例を示す。Ｎ＝３、Ｋ＝３の場合の実施例である。単相３レベルインバータセル３台の交流出力を直列接続して１相分を構成し、３相を出力する電力変換装置の例である。Ｕ相アームは単相３レベルインバータセル３ｕ１、３ｕ２及び３ｕ３で、Ｖ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｖ１、３ｖ２及び３ｖ３で、Ｗ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｗ１、３ｗ２及び３ｗ３で、それぞれ構成される。Ｕ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｕ１のＡＣ１端子）とＶ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｖ１のＡＣ１端子）とＷ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｗ１のＡＣ１端子）とは接続され、共通接続点Ｏとなる。交流電源１の出力は変圧器ＴＲ３の１次巻線２に接続され、１８個の２次巻線ＬＳ１−１〜ＬＳ１−６、ＬＳ２−１〜ＬＳ２−６、ＬＳ３−１〜ＬＳ３−６は９個の単相３レベルインバータセル３ｕ１〜３ｕ３、３ｖ１〜３ｖ３、３ｗ１〜３ｗ３の交流入力端子へそれぞれ接続される。変圧器ＴＲ３の２次巻線はＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の順に配置され、さらにＵ相用はＬＳ１−１〜ＬＳ１−６の順番で、Ｖ相用はＬＳ２−１〜ＬＳ２−６の順番で、Ｗ相用はＬＳ３−１〜ＬＳ３−６の順番で、それぞれ配置される。
【００２８】
ここで、Ｌを１とし、これをＵ相とすると、Ｕ相の共通接続点Ｏに接続された単相３レベルインバータセル３ｕ１が第１セルで、この第１セルの第１の交流入力端子ｕ１１は変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ１−５（第２Ｎ−１の巻線）に、第２の交流入力端子ｕ１２は変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ１−６（第２Ｎの巻線）にそれぞれ接続される。そして、Ｖ相（Ｌ＋１相）の単相３レベルインバータセル３ｖ１が第１セルで、この第１セルの第１の交流入力端子ｖ１１は変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２は変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に接続される。このような構成とすることにより、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線はＬＳ１−６とＬＳ２−１となり、この巻線間に印加される電圧はＵ相の第１セル３ｕ１の第２の交流入力端子ｕ１２とＶ相の第１セル３ｖ１の第２の交流入力端子ｖ１２との間の電圧となり、３Ｅｄとなる。従来の実施例では５Ｅｄであったものが３Ｅｄに低減される。
【００２９】
ここで、Ｕ相の第１セル３ｕ１の第１の交流入力端子ｕ１１を２次巻線ＬＳ１−６（第２Ｎの巻線）に、第１の交流入力端子ｕ１２を２次巻線ＬＳ１−５（第２Ｎ−１の巻線）に、Ｖ相の第１セル３ｖ１の第１の交流入力端子ｖ１１を変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２を変圧器ＴＲ３の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、それぞれ接続しても同様の効果となり、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に印加される電圧は３Ｅｄとなる。
【００３０】
次に、Ｌ相以外の一つの相Ｍ相として、Ｌ＝１、Ｍ＝１の場合の実施例を説明する。Ｌ＝１の時の相をＵ相とし、Ｍ＝１の時の相をＶ相とする。ここで、Ｋ＝３である。Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖ３の第１の交流入力端子ｖ３１はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−６（第２Ｎ）に、第２の交流入力端子ｖ３２はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−５（第２Ｎ−１）に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セルの第１の交流入力端子ｗ１１はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−１に、第２の交流入力端子ｗ１２はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−２に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第３セル３ｖ３の第１の交流入力端子に接続される２次巻線ＬＳ２−６とＷ相の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は７Ｅｄとなり、従来の８Ｅｄより低くなる。
【００３１】
ここで、Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖ３の第１の交流入力端子ｖ３１をＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−５（第２Ｎ−１）に、第２の交流入力端子ｖ３２をＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−６（第２Ｎ）に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セルの第１の交流入力端子ｗ１１をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−２に、第２の交流入力端子ｗ１２をＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−１に、それぞれ接続しても同様にＶ相用２次巻線ＬＳ２−６とＷ相用２次巻線ＬＳ３−１に印加される電圧は７Ｅｄとなり、従来の８Ｅｄより低くなる。
【００３２】
図８に、相間の隣接した変圧器の２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に７Ｅｄが印加される原理図を示す。この例は、従来例として示した図９で説明した単相３レベルインバータセルの出力を３個直列接続し、３相のうちの２相（U、V相）に着目したものである。この図でも図１２と同様に、６個の単相３レベルインバータセル３ｕ１〜３ｕ３、３ｖ１〜３ｖ３の中のスイッチング素子のオンオフ状態が、変圧器ＴＲ３のU相とＶ相の間の隣接した２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に、最も大きな電圧が印加されるようになっている一例である。この場合、変圧器ＴＲ３のU相用２次巻線とV相用２次巻線の隣接した２次巻線ＬＳ１−６とＬＳ２−１との間に印加される最大電圧は、図８の回路に太線で示したような経路（インバータセル３ｕ３のＮ点→インバータセル３ｕ３のＭ点→インバータセル３ｕ３のＰ点→インバータセル３ｕ２のＮ点→インバータセル３ｕ２のＭ点→インバータセル３ｕ２のＰ点→インバータセル３ｕ１のＮ点→インバータセル３ｕ１のＭ点→インバータセル３ｕ１のＰ点→インバータセル３ｖ１のＮ点→インバータセル３ｖ１のＭ点）となり、７Ｅｄとなる。
【実施例３】
【００３３】
図３と図４に、本発明の第３の実施例を示す。実施例１、２を一般化した回路ブロック図で、Ｋ＝３の場合の実施例である。図３はNが偶数の場合の構成で、図４はNが奇数の場合の構成である。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て１相分を構成し、３相を出力する電力変換装置の例である。Ｕ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｕ１〜３ｕＮで、Ｖ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｖ１〜３ｖＮで、Ｗ相直列アームは単相３レベルインバータセル３ｗ１〜３ｗＮで、それぞれ構成される。Ｕ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｕ１のＡＣ１端子）とＶ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｖ１のＡＣ１端子）とＷ相直列アームの交流出力端子の一端（３ｗ１のＡＣ１端子）とは接続され、共通接続点Ｏとなる。交流電源１の出力は変圧器ＴＲ４の１次巻線２に接続され、６N個の２次巻線ＬＳ１−１〜ＬＳ１−２N、ＬＳ２−１〜ＬＳ２−２N、ＬＳ３−１〜ＬＳ３−２Nは３N個の単相３レベルインバータセル３ｕ１〜３ｕN、３ｖ１〜３ｖN、３ｗ１〜３ｗNの交流入力端子へそれぞれ接続される。変圧器ＴＲ４の２次巻線はＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の順に配置され、さらにＵ相用はＬＳ１−１〜ＬＳ１−２Nの順番で、Ｖ相用はＬＳ２−１〜ＬＳ２−２Nの順番で、Ｗ相用はＬＳ３−１〜ＬＳ３−２Nの順番で、それぞれ配置される。
【００３４】
ここで、Ｌを１とし、これをＵ相とすると、Ｕ相の共通接続点Ｏに接続された単相３レベルインバータセル３ｕ１が第１セルで、この第１セルの第１の交流入力端子ｕ１１は変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ−１）に、第２の交流入力端子ｕ１２は変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ）にそれぞれ接続される。そして、Ｖ相（Ｌ＋１相）の単相３レベルインバータセル３ｖ１が第１セルで、この第１セルの第１の交流入力端子ｖ１１は変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２は変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に接続される。このような構成とすることにより、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線はＬＳ１−（２N）とＬＳ２−１となり、この巻線間に印加される電圧はＵ相の第１セル３ｕ１の第２の交流入力端子ｕ１２とＶ相の第１セル３ｖ１の第２の交流入力端子ｖ１２との間の電圧となり、３Ｅｄとなる。この部分での動作原理はNが偶数の場合（図３）と奇数の場合（図４）とも同じである。従来の実施例では５Ｅｄであったものが３Ｅｄに低減される。
【００３５】
ここで、Ｕ相の第１セル３ｕ１の第１の交流入力端子ｕ１１を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ１−２Ｎに、第１の交流入力端子ｕ１２を２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ−１）に、Ｖ相の第１セル３ｖ１の第１の交流入力端子ｖ１１を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、それぞれ接続しても同様の効果となり、Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線ＬＳ１−２ＮとＬＳ２−１との間に印加される電圧は３Ｅｄとなる。
【００３６】
次に、Ｌ相以外の一つの相Ｍ相として、Ｌ＝１、Ｍ＝１の場合の実施例を説明する。Ｌ＝１の時の相をＵ相とし、Ｍ＝１の時の相をＶ相とする。ここで、Ｋ＝３である。Ｎが偶数の場合の構成図が図３である。Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｖＮ１はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ−１）に、第２の交流入力端子ｖＮ２はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ）に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セルの第１の交流入力端子ｗ１１はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−２に、第２の交流入力端子ｗ１２はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−１に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第２の交流入力端子ｘＮ２に接続される２次巻線ＬＳ２−２ＮとＷ相の第１セル３ｗ１の第２の交流入力端子ｗ１２に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は（２Ｎ＋１）×Ｅｄとなる。
【００３７】
次にＮが奇数の場合の構成を図４に示す。Ｎが偶数の場合との違いは、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮと変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続方法とＷ相の第１セル３ｗ１と変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続方法である。Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮと変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続では、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｖＮ１が変圧器４のＶ相用２次巻線のＬＳ２−（２Ｎ）に、第２の交流入力端子ｖＮ２が変圧器４のＶ相用２次巻線のＬＳ２−（２Ｎ−１）に、それぞれ接続される。Ｗ相の第１セル３ｗ１と変圧器４のＷ相用２次巻線との接続では、Ｗ相の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１が変圧器４のＷ相用２次巻線のＬＳ３−１に、第２の交流入力端子ｗ１２が変圧器４のＷ相用２次巻線のＬＳ３−２に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｘＮ１に接続される２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ）とＷ相の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は（２Ｎ＋１）×Ｅｄとなる。
【実施例４】
【００３８】
図５と図６に、本発明の第４の実施例を示す。第３の実施例のＵ相の第１セル３ｕ１の交流入力と変圧器の２次巻線との接続方法を変更した例である。図５はＮが偶数の場合の実施例で、図６はＮが奇数の場合の実施例である。両図ともに、Ｕ相の第１セル３ｕ１の第１の交流入力端子ｕ１１を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ）に、第２の交流入力端子ｕ１２を２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ−１）に、Ｖ相の第１セル３ｖ１の第１の交流入力端子ｖ１１を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−１（第１の巻線）に、第２の交流入力端子ｖ１２を変圧器ＴＲ４の２次巻線ＬＳ２−２（第２の巻線）に、それぞれ接続する。Ｕ相とＶ相の隣接した２次巻線ＬＳ１−（２Ｎ）とＬＳ２−１との間に印加される電圧は３Ｅｄとなる。
【００３９】
次に、Ｌ相以外の一つの相Ｍ相として、Ｌ＝１、Ｍ＝１の場合の実施例を説明する。Ｌ＝１の時の相をＵ相とし、Ｍ＝１の時の相をＶ相とする。ここで、Ｋ＝３である。Ｎが偶数の場合の構成図が図５である。Ｖ相（Ｍ相）の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｖＮ１はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ）に、第２の交流入力端子ｖＮ２はＶ相用巻線の中の２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ−１）に、Ｗ相（Ｍ＋１相）の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第２の２次巻線ＬＳ３−１に、第２の交流入力端子ｗ１２はＷ相（Ｍ＋１相）用巻線の中の第１の２次巻線ＬＳ３−２に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｘＮ１に接続される２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ）とＷ相の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は（２Ｎ＋１）×Ｅｄとなる。
【００４０】
次にＮが奇数の場合の構成を図６に示す。Ｎが偶数の場合との違いは、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮと変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続方法とＷ相の第１セル３ｗ１と変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続方法である。Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮと変圧器ＴＲ４の２次巻線との接続では、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第１の交流入力端子ｖＮ１が変圧器４のＶ相用２次巻線のＬＳ２−（２Ｎ−１）に、第２の交流入力端子ｖＮ２が変圧器４のＶ相用２次巻線のＬＳ２−（２Ｎ）に、それぞれ接続される。Ｗ相の第１セル３ｗ１と変圧器４のＷ相用２次巻線との接続では、Ｗ相の第１セル３ｗ１の第１の交流入力端子ｗ１１が変圧器４のＷ相用２次巻線のＬＳ３−２に、第２の交流入力端子ｗ１２が変圧器４のＷ相用２次巻線のＬＳ３−１に、それぞれ接続される。この構成においては、Ｖ相の第Ｎセル３ｖＮの第２の交流入力端子ｘＮ２に接続される２次巻線ＬＳ２−（２Ｎ）とＷ相の第１セル３ｗ１の第２の交流入力端子ｗ１２に接続される２次巻線ＬＳ３−１との間に印加される電圧は（２Ｎ＋１）×Ｅｄとなる。
【００４１】
尚、上記実施例には、Ｌ＝１の時の実施例として、第１相をＵ相としてＵ相とＶ相の関係を主に説明したが、第１相をＶ相としてＶ相とＷ相の関係、第１相をＷ相としてＷ相とＶ相の関係などのように、どの相を第１相としても同様に実現可能である。また相数としてＫ＝３の場合を説明したが、Ｋ＝４以上の場合においても同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、それぞれが絶縁された変圧器の複数個の２次巻線を交流入力とした複数の単相３レベルインバータセルそれぞれの交流出力を複数個直列接続して高電圧の交流出力を得る多重インバータ回路の変圧器の各相巻線間に印加される電圧を低減して、変圧器を小型・軽量化、低価格化する技術であり、高圧電動機駆動装置、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】
【００４３】
１・・・交流電源          ２・・・１次巻線
ＴＲ１〜ＴＲ４・・・変圧器
３ｕ１〜３ｕＮ、３ｖ１〜３ｖＮ、３ｗ１〜３ｗＮ・・・単相３レベルインバータセル
ＬＳ１−１〜ＬＳ１−（２Ｎ）・・・第１相用２次巻線端子（Ｕ相用）
ＬＳ２−１〜ＬＳ２−（２Ｎ）・・・第２相用２次巻線端子（Ｖ相用）
ＬＳ３−１〜ＬＳ３−（２Ｎ）・・・第３相用２次巻線端子（Ｗ相用）
Ｕ・・・Ｕ相交流出力          Ｖ・・・Ｖ相交流出力
Ｗ・・・Ｗ相交流出力
【図１】
2015008585.tif 000003
【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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