(57)【要約】【課題】標準化された単位電力変換ユニットを用いて出力電圧をマルチレベル化する。【解決手段】ｍ１個の単位電力変換ユニット５１からなり｛ｍ１、…、０、…、−ｍ１｝の（２ｍ１＋１）レベルの出力が可能な第１の単位電力変換ユニット群６１と、ｍ２個の単位電力変換ユニット５２，５３からなり｛ｍ２、…、０、…、−ｍ２｝の（２ｍ２＋１）レベルの出力が可能な第２の単位電力変換ユニット群６２と、…、ｍｎ個（ただし、ｍ１，ｍ２，…，ｍｎ，およびｎは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｎ，３≦ｎである。）の単位電力変換ユニットからなり｛ｍｎ、…、０、…、−ｍｎ｝の（２ｍｎ＋１）レベルの出力が可能な第ｎの単位電力変換ユニット群とを備え、各単位電力変換ユニット群の各出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得る。【選択図】        図１
2005033891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路および独立した直流電源を含み、前記直流電源の直流電圧値で正規化した値で｛１、０、−１｝の３レベルの出力が可能な単位電力変換ユニットを複数個備え、前記単位電力変換ユニットの出力端子を直列接続した電力変換装置であって、ｍ１個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ１、…、０、…、−ｍ１｝の（２ｍ１＋１）レベルの出力が可能な第１の単位電力変換ユニット群と、ｍ２個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ２、…、０、…、−ｍ２｝の（２ｍ２＋１）レベルの出力が可能な第２の単位電力変換ユニット群と、…、ｍｎ個（ただし、ｍ１，ｍ２，…，ｍｎ，およびｎは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｎ，３≦ｎである。）の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍｎ、…、０、…、−ｍｎ｝の（２ｍｎ＋１）レベルの出力が可能な第ｎの単位電力変換ユニット群とを備え、前記各単位電力変換ユニット群の各出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
第１の単位電力変換ユニット群はｍ１＝２０で、｛１、０、−１｝の（２１＋１）レベルの出力が可能であり、第２の単位電力変換ユニット群はｍ２＝２１で、｛２、１、０、−１、−２｝の（２２＋１）レベルの出力が可能であり、…、第ｎの単位電力変換ユニット群はｍｎ＝２ｎ−１で、｛２ｎ−１、…、２、１、０、−１、−２、…、−２ｎ−１｝の（２ｎ＋１）レベルの出力が可能であることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
各単位電力変換ユニット群の最大出力電圧、０、および最小出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得ることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
各単位電力変換ユニット群の出力可能な電圧の全てを適宜選択して階段波形の出力電圧を得ることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
各単位電力変換ユニットは、入力変圧器を介して多相交流電源に接続される三相自励式整流回路と、単相自励式インバータ回路と、直流コンデンサを含み前記三相自励式整流回路と単相自励式インバータ回路とを並列接続する直流リンク回路とを備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
何れかの単位電力変換ユニットに異常が発生した場合に、異常が発生した単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、残りの健全な単位電力変換ユニットにおける直流コンデンサの電圧を増加させる手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
単位電力変換ユニットは、自己消弧形半導体素子を含む単相自励式インバータ回路を備え、各自己消弧形半導体素子のスイッチング回数が平均化するように各単位電力変換ユニットの各単位電力変換ユニット群への割り当てを切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項８】
単位電力変換ユニットは、自己消弧形半導体素子を含む単相自励式インバータ回路と、前記自己消弧形半導体素子の接合温度を検出する手段とを備え、各自己消弧形半導体素子の接合温度に応じて各単位電力変換ユニットの各単位電力変換ユニット群への割り当てを切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
単位電力変換ユニットを（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋…＋ｍｎ）個より多く備え、何れの単位電力変換ユニット群にも割り当てられなかった単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、単位電力変換ユニット群に割り当てられて運転状態にある何れかの単位電力変換ユニットに異常が発生した場合に、当該異常が発生した単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、当該異常が発生した単位電力変換ユニットに替えて前記何れの単位電力変換ユニット群にも割り当てられなかった単位電力変換ユニットを運転状態とする手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のインバータ回路の出力を組み合せて階段波形の出力電圧を得る電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１台のインバータ回路では得られる容量に制約があるため、大容量用途のインバータ装置の一つとして複数台のインバータ回路を用いて構成される電力変換装置がある。
【０００３】
従来技術１．
例えば非特許文献１において、直列多重インバータ装置（電力変換装置）が論じられている。これは、単相三重インバータ装置を例に説明すると、図２３（ａ）に示す基本構成を持つ。すなわち１台の直流電圧源（電圧Ｅｄ）に並列接続された３台の単相自励式インバータ回路の出力端は各々変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の１次巻線に接続される。変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の２次巻線は各々直列に接続され、各々の変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の２次巻線に現れる電圧ｖ１〜ｖ３の総和ｖが電力変換装置としての出力電圧となる。各インバータ回路の出力電圧ｖ１、ｖ２、ｖ３の大きさは変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の１次巻線と２次巻線の電圧比により決まる。各インバータ回路の出力を、位相差を図２３（ｂ）のように設けて多重化することにより、電力変換装置の出力電圧ｖに含まれる高調波成分を低減、除去して、より正弦波に近い出力電圧ｖを得ることができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
従来技術２．
従来の別の電力変換装置においては、３レベル出力が可能な単相出力インバータブリッジをｎ個備え前記インバータブリッジの出力端子を直列接続した直列ｎ段の単相出力の電力変換装置において、ｎ個の前記インバータブリッジの各出力電圧の振幅Ｖ１  、Ｖ２  、Ｖ３  およびＶｎ  の振幅比をＶ１  ：Ｖ２  ：Ｖ３  ：Ｖｎ  ＝１：２：４：２（ｎ−１）  とする電圧振幅比配分手段と、電力変換装置に与える出力電圧指令に最も近い電圧を前記インバータブリッジの出力電圧の組み合わせにより発生する指令電圧発生手段と、前記インバータブリッジをパルス幅変調して電力変換装置全体の出力電圧の平均値が電圧指令と等しくなるように発生電圧を調整する出力電圧調整手段とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
「パワーエレクトロニクス回路」電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編，オーム社，平成１２年１１月３０日，ｐ．１４３−１５３
【特許文献１】
特開平１１−８９２４２号公報（第１−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１による電力変換装置では、直列接続された電圧比の異なる変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の２次巻線を通過する電流ｉは共通であるが、１次巻線を流れる電流は各々の変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の巻数比によって異なる。したがって、各インバータ回路の定格電流は、各変圧器Ｔｒ１〜Ｔｒ３の巻数比によって増減する。このため、インバータ回路を構成する自己消弧形半導体素子やダイオードに定格電流が異なるものを使用したり、同じ定格電流のものを、並列数を異ならせて接続する必要がある。したがって、同じインバータ回路を適用して電力変換装置を構成することができない。このためコストが増加するという問題がある。
また、電力変換装置の出力電圧ｖを高圧化する場合、その電圧に応じて変圧器とそれに接続するインバータ回路の再設計が必要になるという問題がある。
つまり、多重化するインバータ回路の標準化ができないという問題がある。
【０００７】
従来技術２による電力変換装置においても、各単相出力インバータブリッジに入力される電圧値は異なるので、インバータ回路を構成する自己消弧形半導体素子やダイオード、または直流コンデンサの定格電圧が異なる。したがって、上記従来技術１の場合と同様の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、標準化された単位電力変換ユニットを用いて出力電圧をマルチレベル化することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力変換装置は、インバータ回路および独立した直流電源を含み、前記直流電源の直流電圧値で正規化した値で｛１、０、−１｝の３レベルの出力が可能な単位電力変換ユニットを複数個備え、前記単位電力変換ユニットの出力端子を直列接続した電力変換装置であって、ｍ１個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ１、…、０、…、−ｍ１｝の（２ｍ１＋１）レベルの出力が可能な第１の単位電力変換ユニット群と、ｍ２個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ２、…、０、…、−ｍ２｝の（２ｍ２＋１）レベルの出力が可能な第２の単位電力変換ユニット群と、…、ｍｎ個（ただし、ｍ１，ｍ２，…，ｍｎ，およびｎは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｎ，３≦ｎである。）の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍｎ、…、０、…、−ｍｎ｝の（２ｍｎ＋１）レベルの出力が可能な第ｎの単位電力変換ユニット群とを備え、前記各単位電力変換ユニット群の各出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得るものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電力変換装置を説明する図であり、より具体的には、単位電力変換ユニットの個数が７、単位電力変換ユニット群の個数が３（ｎ＝３）のときの電力変換装置を多重インバータ装置として動作させる場合の回路構成を示す図である。
図１において、電力変換装置２は、すべて同じ回路構成を有する７個の単位電力変換ユニット５１〜５７（５で代表されることもある。）を備えており、各々の出力端子８１〜８７（８で代表されることもある。）、９１〜９７（９で代表されることもある。）は直列に接続されている。各単位電力変換ユニット５１〜５７に対してそれぞれ入力変圧器１０１〜１０７を備えている。各入力変圧器１０１〜１０７の１次巻線１１１〜１１７はすべて多相交流電源１に接続され、２次巻線１２１〜１２７はそれぞれ各単位電力変換ユニット５１〜５７の第１の入力端子群７１〜７７（７で代表されることもある。）に接続される。
各単位電力変換ユニット５１〜５７の第１の入力端子１３１〜１３７（１３で代表されることもある。）は、それぞれ通信線１５１〜１５７（１５で代表されることもある。）を介して制御回路１６の第５の出力端子１４１〜１４７（１４で代表されることもある。）に接続されている。
【００１１】
第１の単位電力変換ユニット群６１（６で代表されることもある。）は１（＝２０）個の単位電力変換ユニット５１から構成され、第２の単位電力変換ユニット群６２（６で代表されることもある。）は２（＝２１）個の単位電力変換ユニット５２、５３から構成され、第３の単位電力変換ユニット群６３（６で代表されることもある。）は４（＝２２）個の単位電力変換ユニット５４〜５７から構成されている。
【００１２】
第１の出力端子３と第２の出力端子４は電力変換装置２の出力端子であり、第１の出力端子３は単位電力変換ユニット５１の第３の出力端子８１に接続され、第２の出力端子４は単位電力変換ユニット５７の第４の出力端子９７に接続されている。第１の出力端子３と第２の出力端子４の間には、各電力変換ユニット５１〜５７の出力電圧合計値の電圧を印加することができる。
【００１３】
図２は図１の電力変換装置に適用する単位電力変換ユニットの回路構成を示す図である。本実施の形態における電力変換装置の直流電源は、各単位電力変換ユニット５１〜５７毎に独立しており、直流コンデンサ２０を含む直流リンク回路１８と直流コンデンサ２０を充電するための三相整流回路１７から構成されている。図２において、三相整流回路１７は第１の入力端子群７の電圧を整流し、直流リンク回路１８の直流コンデンサ２０を図示する極性に充電する。なお、直流リンク回路１８の電位Ｐと電位Ｎとの電位差に相当する直流コンデンサ２０の電圧はＶとする。
また単相自励式インバータ回路１９は直流コンデンサ２０の電圧を第３の出力端子８と第４の出力端子９の間に任意の期間で出力することができる。
【００１４】
図３は図２の単位電力変換ユニットの詳細な回路構成を示す図である。図３において、第１のフェースモジュール２３１〜２３３（２３で代表されることもある。）は三相整流回路１７を構成し、また第２のフェースモジュール２４１〜２４２（２４で代表されることもある。）は単相自励式インバータ回路１９を構成する。第１のフェースモジュール２３１〜２３３としては、具体的には図４に示すようなものが適用でき、また、第２のフェースモジュール２４１〜２４２としては、具体的には図５に示すようなものが適用できる。
【００１５】
図４は図３の三相整流回路に適用する第１のフェースモジュールの回路構成を示す図である。図４において、第１のフェースモジュール２３はダイオード３１１、３１２から構成されている。
図５は図３の単相自励式インバータ回路に適用する第２のフェースモジュールの回路構成を示す図である。図５において、第２のフェースモジュール２４は、自己消弧形半導体素子３２１、３２２（３２で代表されることもある。）とそれらに逆並列接続されるダイオード３１３、３１４（３１で代表されることもある。）から構成されている。
また、自己消弧形半導体素子３２１、３２２はゲート駆動回路３３によってオンオフ状態が切り替わる。ゲート駆動回路３３は、自己消弧形半導体素子３２１、３２２を交互にオンオフ制御させるための論理回路、自己消弧形半導体素子３２１、３２２のターンオン特性およびターンオフ特性の違いによる同時オン（直流回路短絡）を避けるための短絡防止時間作成回路、および自己消弧形半導体素子３２１、３２２のゲートに印加するゲートパルスを発生させるためのゲートドライバ回路等から構成されている。なお、図５では自己消弧形半導体素子３２１、３２２の記号としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の記号を用いているが、その他の自己消弧形半導体素子を用いることもできる。
【００１６】
第１のフェースモジュール２３１〜２３３の第３の入力端子２５１〜２５３（２５で代表されることもある。）および第２のフェースモジュール２４１、２４２の第５の入力端子２７１、２７２（２７で代表されることもある。）は直流リンク回路１８の正極Ｐに接続され、第１のフェースモジュール２３１〜２３３の第４の入力端子２６１〜２６３（２６で代表されることもある。）および第２のフェースモジュール２４１、２４２の第６の入力端子２８１、２８２（２８で代表されることもある。）は負極Ｎに接続される。また、第１のフェースモジュール２３１〜２３３の第６の出力端子２９１〜２９３（２９で代表されることもある。）は第１の入力端子群７を構成し、第２のフェースモジュール２４１の第７の出力端子３０１（３０で代表されることもある。）は第４の出力端子９を、また第２のフェースモジュール２４２の第７の出力端子３０２（３０で代表されることもある。）は第３の出力端子８を構成する。
【００１７】
本実施の形態では、単位電力変換ユニット５１〜５７は上記のように構成されており、例えば、第２のフェースモジュール２４１、２４２の自己消弧形半導体素子３２１、３２２をオンオフ制御することで、第３の出力端子８と第４の出力端子９の間に電圧を印加することができる。
【００１８】
具体的な単相自励式インバータ回路１９の動作を説明する。
直流リンク回路１８の直流コンデンサ２０の電圧をＶとすると、第２のフェースモジュール２４１の自己消弧形半導体素子３２１をオン、自己消弧形半導体素子３２２をオフ、また第２のフェースモジュール２４２の自己消弧形半導体素子３２１をオフ、自己消弧形半導体素子３２２をオンした場合に第３の出力端子８に対する第４の出力端子９の電位はＶとなる。
また、第２のフェースモジュール２４１の自己消弧形半導体素子３２１をオフ、自己消弧形半導体素子３２２をオン、第２のフェースモジュール２４２の自己消弧形半導体素子３２１をオン、自己消弧形半導体素子３２２をオフした場合に第３の出力端子８に対する第４の出力端子９の電位は−Ｖとなる。
【００１９】
更に、第２のフェースモジュール２４１の自己消弧形半導体素子３２１をオン、自己消弧形半導体素子３２２をオフ、第２のフェースモジュール２４２の自己消弧形半導体素子３２１をオン、自己消弧形半導体素子３２２をオフ、或いは第２のフェースモジュール２４１の自己消弧形半導体素子３２１をオフ、自己消弧形半導体素子３２２をオン、第２のフェースモジュール２４２の自己消弧形半導体素子３２１をオフ、自己消弧形半導体素子３２２をオンした場合に、第３の出力端子８に対する第４の出力端子９の電位は、自己消弧形半導体素子３２やダイオード３１のオン電圧分となるので、電圧Ｖに比較すれば零とみなすことができる。
【００２０】
電力変換装置２は制御回路１６を備えており、各単位電力変換ユニット５の単相自励式インバータ回路１９を駆動するための信号は、制御回路１６により作成される。図６に制御回路１６の構成を示す。ここで、制御回路１６で行われる信号処理は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロコンピュータベースのコントローラで構成される。図６において、ゲート信号発生回路３４は、電力変換装置２が所定波形の出力電圧を得るように、第１〜第３の単位電力変換ユニット群６１〜６３に対するゲート信号を演算する演算回路を備えている。ゲート信号発生回路３４によって作成された信号は、第８の出力端子３５１〜３５３から出力される。ここで、第８の出力端子３５１から出力される信号は、第１の単位電力変換ユニット群６１内の単位電力変換ユニット５１を駆動するためのゲート信号である。また、第７の出力端子３５２から出力される信号は、第２の単位電力変換ユニット群６２内の単位電力変換ユニット５２、５３を駆動するためのゲート信号である。更に、第８の出力端子３５３から出力される信号は、第３の単位電力変換ユニット群６３内の単位電力変換ユニット５４〜５７を駆動するためのゲート信号である。
このように、自己消弧形半導体素子３２１、３２２のオンオフ制御の期間については単位電力変換ユニット群６単位で行う。ここでは、単位電力変換ユニット群６によって（単位電力変換ユニット群６単位で）制御することを、単位電力変換ユニット５の群管理制御と呼ぶ。
本実施の形態では、同じ群に俗する単位電力変換ユニットを同時にオンオフ制御する。
【００２１】
なお、図１に示すように、例えば、制御回路１６の第５の出力端子１４１は単位電力変換ユニット５１の第１の入力端子１３１に接続される。また、図３に示すように、第１の入力端子１３によって受けた信号は、ゲート信号分配回路２２に送られる。ゲート信号分配回路２２は、単位電力変換ユニット５の第３の出力端子８と第４の出力端子９の間に所定の電圧を印加するための演算処理を施し、フェースモジュールの第２の入力端子２１１、２１２（２１で代表されることもある。）にゲート信号を分配する。ここで、ゲート信号分配回路２２は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロコンピュータベースのコントローラで構成される。図５に示すように、ゲート駆動回路３３は、ゲート信号分配回路２２から受けた信号に応じて、自己消弧形半導体素子３２１、３２２をオンオフ駆動することができる。他の単位電力変換ユニット５２〜５７も同様に、制御回路１６と接続される。
【００２２】
直流コンデンサ２０の電圧がＶである場合に、直流コンデンサ２０の電圧をＶによって正規化すると、単位電力変換ユニット５の第３の出力端子８と第４の出力端子９の間に印加することのできる電圧値は｛−１、０、１｝であるので、同じ群に俗する単位電力変換ユニットを同時にオンオフ制御する方式で単位電力変換ユニット５を群単位で駆動した場合、第１の単位電力変換ユニット群６１における第３の出力端子８１と第４の出力端子９１の間に印加することのできる電圧値は｛−１、０、１｝となる。また、第２の単位電力変換ユニット群６２における第３の出力端子８２と第４の出力端子９３の間に印加することのできる電圧値は｛−２、０、２｝、更に単位電力変換ユニット群６３における第３の出力端子８４と第４の出力端子９７の間に印加することのできる電圧値は｛−４、０、４｝となる。電力変換装置２の第１の出力端子３と第２の出力端子４の間には、各々の単位電力変換ユニット群の出力端子に印加される電圧の和の電圧を印加することができるので、第１〜第３の単位電力変換ユニット群６１〜６３の出力電圧値の組み合わせにより、｛−７、−６、−５、−４、−３、−２、−１、０、１、２、３、４、５、６、７｝なる計１５レベルの電圧を任意の期間で出力することができる。したがって、各単位電力変換ユニット群６１〜６３の各出力電圧を適宜選択して所望の階段波形の出力電圧を得ることができる
【００２３】
図７は前述した単位電力変換ユニットの群管理制御によって運転される電力変換装置および各単位電力変換ユニット群の出力電圧波形を示す。図７において、第１の電圧波形３６は、第１の単位電力変換ユニット群６１における第３の出力端子８１と第４の出力端子９１の間に印加される電圧（単に、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧ということもある。）を、第２の電圧波形３７は、第２の単位電力変換ユニット群６２における第３の出力端子８２と第４の出力端子９３の間に印加される電圧（単に、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧ということもある。）を、第３の出力電圧波形３８は、第３の単位電力変換ユニット群６３における第３の出力端子８４と第４の出力端子９７の間に印加される電圧（単に、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧ということもある。）をそれぞれ示す。また、第４の電圧波形５０は、電力変換装置２の第１の出力端子３と第２の出力端子４の間に印加される電圧（単に、電力変換装置２の出力電圧ということもある。）を示す。なお、図７において、各電圧値は、直流電源（直流コンデンサ２０）の直流電圧値Ｖで正規化した値で示している。
【００２４】
図７に示すように、電力変換装置２の出力電圧値０は第１〜第３の単位電力変換ユニット群６１〜６３の各出力電圧はすべて０を選択し、電力変換装置２の出力電圧値１は第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は１、第２、第３の単位電力変換ユニット群６２、６３の各出力電圧は０を選択し、電力変換装置２の出力電圧値２は第１、第３の単位電力変換ユニット群６１、６３の出力電圧は０、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２を選択し、…というように、第１〜第３の単位電力変換ユニット群６１〜６３の各出力電圧を適宜選択し、正弦波に近い階段波形の出力電圧を得ることができ、さらに、各出力の期間ΔＴを適当に選択することにより、より正弦波に近い階段波形の出力電圧を得ることができるということが分かる。
【００２５】
以上説明したように、本実施の形態による電力変換装置２は、電圧比の異なる変圧器を用いることなく単位電力変換ユニット５を多重化できるため、各単位電力変換ユニット５１〜５７の定格電流を等しくすることができる。したがって、単位電力変換ユニット５として標準化されたインバータ回路１９を適用することができ、さらには、全く同じ回路構成を有する標準化された単位電力変換ユニット５を用いることができ、電力変換装置のコストを低減することができる。
【００２６】
また、本実施の形態における電力変換装置２の大容量化については、適用する負荷の定格電圧が高圧になれば単位電力変換ユニット５の台数を増やすことで対応できる。
また、単位電力変換ユニットの標準化を図ることができるので、メンテナンスが容易で、何れかの単位電力変換ユニットが故障した場合にも容易に交換することができる等、装置の信頼性も向上する。
【００２７】
また、複数の単位電力変換ユニット５２と５３、５４〜５７を群管理制御することで電力変換装置の出力電圧をマルチレベル化して正弦波に近い階段波形の出力電圧を得ることができるので、出力電圧に含まれる高調波を低減することもできる。
【００２８】
なお、図１における単位電力変換ユニット５の個数を７としたが、個数は要求される出力電圧の大きさに応じて任意に選択することができる。また、単位電力変換ユニット群６の数ｎおよび単位電力変換ユニット群６内の単位電力変換ユニット５の個数については、単位電力変換ユニット５の個数同様に任意に選択することができる。
すなわち、ｍ１個の単位電力変換ユニット５からなり｛ｍ１、…、０、…、−ｍ１｝の（２ｍ１＋１）レベルの出力が可能な第１の単位電力変換ユニット群６と、ｍ２個の前記単位電力変換ユニット５からなり｛ｍ２、…、０、…、−ｍ２｝の（２ｍ２＋１）レベルの出力が可能な第２の単位電力変換ユニット群６と、…、ｍｎ個（ただし、ｍ１，ｍ２，…，ｍｎ，およびｎは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｎ，３≦ｎである。）の単位電力変換ユニット５からなり｛ｍｎ、…、０、…、−ｍｎ｝の（２ｍｎ＋１）レベルの出力が可能な第ｎの単位電力変換ユニット群６とを備え、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧値の組み合わせにより、マルチレベル（より詳細には、２（ｍ１＋ｍ２…＋ｍｎ）＋１の電圧を任意の期間で出力することができ、各単位電力変換ユニット群６の各出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得ることができればよい。
【００２９】
なお、本実施の形態のように、第１の単位電力変換ユニット群はｍ１＝２０で、｛１、０、−１｝の（２１＋１）レベルの出力が可能であり、第２の単位電力変換ユニット群はｍ２＝２１で、｛２、１、０、−１、−２｝の（２２＋１）レベルの出力が可能であり、…、第ｎの単位電力変換ユニット群はｍｎ＝２ｎ−１で、｛２ｎ−１、…、２、１、０、−１、−２、…、−２ｎ−１｝の（２ｎ＋１）レベルの出力が可能であるとした場合には、２ｎ−１＝１，２，４，８・・・以外の電圧レベルは、２ｎ−１で出力される電圧レベルの組み合わせで出力することができる（例えば、３＝１＋２、５＝１＋４、６＝２＋４、７＝１＋２＋４、９＝１＋８など）ので、電力変換装置の出力電圧値に対して最小個数の単位電力変換ユニットで構成することができるという効果が得られる。
【００３０】
また、本実施の形態では、各単位電力変換ユニット群６の最大出力電圧、０、および最小出力電圧を適宜選択してマルチレベルの出力電圧を得るので、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５を同時にオンオフ制御できる。したがって、制御が簡単である。
【００３１】
実施の形態２．
図８〜図１２は本発明の実施の形態２による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図８は制御回路の回路構成を示す図、図９は第３の単位電力変換ユニット群の出力電圧波形の一例を示す図、図１０は各単位電力変換ユニット群および電力変換装置の出力電圧波形の一例を示す図、図１１は電力変換装置の出力電圧レベルが０から７および７から０へと１ずつ変化したときの各単位電力変換ユニット群の出力電圧値を示す図である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００３２】
上記実施の形態１では、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５を同時にオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の最大出力電圧、０、および最小出力電圧を適宜選択してマルチレベルの出力電圧を得る場合について説明した。
これに対して、本実施の形態では、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５をタイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧の全てを適宜選択して所定波形の出力電圧を得るように構成している。
【００３３】
図９は、一例として第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧波形（第３の単位電力変換ユニット群６３における第３の出力端子８４と第４の出力端子９７の間に印加される電圧）を示し、図９（ａ）は出力電圧値（直流コンデンサ２０の直流電圧値Ｖで正規化した値）が０から４に変化する様子、図９（ｂ）は出力電圧値が４から０に変化する様子をそれぞれ示す。
図９において、第３の電圧波形３８ａは、上記実施の形態１における第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧波形である。第３の電圧波形３８ｂは、本実施の形態における第３の電力変換ユニット群６３の出力電圧波形である。
【００３４】
第３の単位電力変換ユニット群６３は単位電力変換ユニット５を４個備えており、上記実施の形態１では、同じ第３の単位電力変換ユニット群６３に俗する単位電力変換ユニット５４〜５７を同時にオンオフ制御することにより、第３の電圧波形３８ａは出力電圧値が０から４に一気に４レベル変化している。これに対して、本実施の形態では、各単位電力変換ユニット５４〜５７のオンオフタイミングをある時間間隔ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３で行い、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧（第３の電圧波形３８ｂ）をその変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるようにステップ波形とすることで、第３の単位電力変換ユニット群６３における出力電圧の時間変化率（ｄｖ／ｄｔ）を低減する。
ここで、各単位電力変換ユニット５４〜５７のオンオフタイミングについては、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧値が１の期間をΔＴ１１、２の期間をΔＴ１２、３の期間をΔＴ１３とする。第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧値が０から４に変化するまでの期間をΔＴ０とするとΔＴ０＝ΔＴ１１＋ΔＴ１２＋ΔＴ１３となる。なお、ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３はすべて同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００３５】
なお、上記では第３の単位電力変換ユニット群６３について説明したが、単位電力変換ユニット５を２個備えた第２の単位電力変換ユニット群６２についても同様に、各単位電力変換ユニット５２、５３のオンオフタイミングをある時間間隔で行い、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧をその変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるようにステップ波形とすることができる。
このスイッチングタイミングシフトは、図８の信号分配回路４０１〜４０３（４０で代表されることもある。）において行われる。信号分配回路４０１〜４０３は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロコンピュータベースのコントローラで構成される。
【００３６】
図１０に電力変換装置２の出力電圧値（実施の形態１と同様に、直流コンデンサ２０の電圧Ｖによって正規化した値）が３から４、４から５、５から６に変化したときの、各単位電力変換ユニット群６１〜６３および電力変換装置の出力電圧波形の一例を示す。なお、図１０において、波線は途中を省略していること示す。
【００３７】
図１０に示すように、電力変換装置２の出力電圧値３は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は１、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は０を選択することにより実現している。また、電力変換装置２の出力電圧値４は、最終的には、第１、第２の単位電力変換ユニット群６１、６２の出力電圧は０、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４を選択することにより実現している点は実施の形態１と同様である。しかしながら、本実施の形態では、電力変換装置２の出力電圧値が３から４になった初期ΔＴ０において、ΔＴ１１の期間は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は１（変化無し）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２（変化無し）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は１（１レベル変化）を選択し、次のΔＴ１２の期間は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は０（１レベル変化）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２（変化無し）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は２（１レベル変化）を選択し、次のΔＴ１３の期間は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は０（変化無し）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は１（１レベル変化）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は３（１レベル変化）を選択し、その後、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は０（変化無し）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は０（１レベル変化）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４（１レベル変化）を選択するというように、同じ群（第２および第３の単位電力変換ユニット群６２および６３）に俗する単位電力変換ユニット５（５２と５３および５４〜５７）をタイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧を適宜選択して所定波形の出力電圧を得るように構成している。
【００３８】
次に、電力変換装置２の出力電圧値５は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は１（１レベル変化）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は０（変化無し）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４（変化無し）を選択することにより実現しており、この場合は第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧が１レベル変化するだけであるので実施の形態１と同様である。
【００３９】
次に、電力変換装置２の出力電圧値６は、最終的には、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は０、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４を選択することにより実現している点は実施の形態１と同様である。しかしながら、本実施の形態では、電力変換装置２の出力電圧値が５から６になった初期のΔＴ１４の期間は、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は１（変化無し）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は１（１レベル変化）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４（変化無し）を選択し、その後、第１の単位電力変換ユニット群６１の出力電圧は０（１レベル変化）、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧は２（１レベル変化）、第３の単位電力変換ユニット群６３の出力電圧は４（変化無し）を選択するというように、同じ群（第２の単位電力変換ユニット群６２）に俗する単位電力変換ユニット５（５２と５３）をタイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧を適宜選択して所定波形の出力電圧を得るように構成している。
【００４０】
図１１に、電力変換装置２の出力電圧値が０から７および７から０へと１ずつ変化したときの各単位電力変換ユニット群の出力電圧値を示す。図１１において、太線矢印は時間軸、細線矢印は電力変換装置２の出力電圧値が変わった時の第２および第３の単位電力変換ユニット群６２、６３の最終的な出力電圧値の変化を示しており、この最終的な変化は実施の形態１の場合と同様である。
図１０では電力変換装置２の出力電圧値が３から４、４から５、５から６に変化したときの、各単位電力変換ユニット群６１〜６３の出力電圧値の変化について説明したが、図１１に示すように、本実施の形態では、電力変換装置２の出力電圧値が０から７および７から０へと１ずつ変化したとき、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５をタイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧を適宜選択して所定波形の出力電圧を得るように構成している。
【００４１】
例えば、電力変換装置２の出力電圧値が１から２へと変化するのに、実施の形態１では、第１および第３の単位電力変換ユニット群６１、６３の出力電圧値はそれぞれ１から０、および変化無しであるが、第２の単位電力変換ユニット群６２の出力電圧値が０から２へと２レベル変化していた。これに対して、本実施の形態では、図１１に示すように網掛けで示す遷移期間ΔＴ１０を設け、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように群管理制御している。遷移期間ΔＴ１１〜ΔＴ１４については、すでに図１０で説明した。
【００４２】
なお、図１１では、電力変換装置２の出力電圧値が０から７および７から０へと正側で変化した場合を示しているが、負側は各出力電圧値の極性を負にすることにより説明することができる。
【００４３】
以上説明したように、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧をその変化が常に電圧Ｖとなるステップ波形となるように、単位電力変換ユニット５を群管理制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧の全てを適宜選択して階段波形の出力電圧を得ることにより、各単位電力変換ユニット群６に急峻で大きな電圧変化を生じさせることなく、電力変換装置２の出力電圧を図７で示した実施の形態１の場合と同様に調整することができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧をその変化が常に電圧Ｖとなるステップ波形となるように、単位電力変換ユニット５を群管理制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧の全てを適宜選択して階段波形の出力電圧を得るので、以下に説明するような効果も得られる。
従来技術２に記載されているｎ個の前記インバータブリッジの各出力電圧の振幅Ｖ１  、Ｖ２  、Ｖ３  およびＶｎ  の振幅比をＶ１  ：Ｖ２  ：Ｖ３  ：Ｖｎ  ＝１：２：４：２（ｎ−１）  として、各インバータブリッジの出力電圧を組み合わせる方式では、半導体スイッチ（自己消弧形半導体素子）の特性にばらつきがある場合、電力変換装置が誤った電圧を出力する可能性がある。一例として、電力変換装置の出力電圧値が３から４に変化する場合について説明する。この場合、出力電圧の振幅がＶ１（振幅比１）のインバータブリッジと出力電圧の振幅がＶ２（振幅比２）のインバータブリッジが、それぞれ正電圧出力から０電圧出力に変化する。また、出力電圧振幅がＶ３（振幅比４）のインバータブリッジが０電圧出力から正電圧出力に変化する。ここで、半導体スイッチ（自己消弧形半導体素子）の特性にばらつきがあり、各インバータブリッジの出力電圧に時間的なずれが生じた場合、瞬時的に全てのインバータブリッジが正電圧出力、または全てのインバータブリッジが０電圧出力の状態になる可能性がある。つまり、電力変換装置の出力電圧が３から４に変化する瞬間に７或いは０を出力してしまう恐れがある。
これに対して、本実施の形態では、電力変換装置２の出力電圧値が変化したとき、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５のタイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧を適宜選択して出力するので、自己消弧形半導体素子にばらつきがある場合でも、瞬時的に発生する電圧の誤差は所望の出力電圧に対して、Ｖ（１レベル）に抑えることができる。すなわち、自己消弧形半導体素子の素子特性にばらつきがあり、各単位電力変換ユニットの出力電圧の発生タイミングに時間的なずれが生じた場合においても、電力変換装置は最小レベルの出力電圧誤差で、階段波形の出力電圧を得ることができる。
【００４５】
一般的に、インバータ装置の負荷としてモータが接続された場合、ケーブルには配線インダクタンスと浮遊容量が存在するため、インバータ装置のスイッチングによる電圧変化がＬＣ共振によるサージ電圧を発生させ、モータ巻線の絶縁劣化を引き起こすことがある。サージ電圧はインバータ装置出力電圧波高値の約２倍に達することもある。そこで、インバータ装置の出力端とモータとの間にサージ電圧抑制フィルタを設置し、モータの端子電圧の波高値を抑制したり、インバータ出力端に交流リアクトルを設置することにより、インバータ装置の出力電圧の時間変化率（ｄｖ／ｄｔ）を抑制したりして、サージ電圧を低減することが一般的である。
本実施の形態における電力変換装置２では、各単位電力変換ユニット群の出力電圧を階段状に発生させることにより、電力変換装置の出力電圧の時間変化率（ｄｖ／ｄｔ）を抑制し、各単位電力変換ユニット群６に急峻で大きな電圧変化が生じるのを防止できるので、サージ電圧を低減でき、これらの対策に用いるフィルタやリアクトルを小型化でき、あるいは不要にすることができる。つまり、電力変換装置の信頼性を向上できると同時に、コストも低減できる。
【００４６】
なお、ΔＴ０は任意に選択することができる。また、ΔＴ１０、ΔＴ１１、ΔＴ１２、ΔＴ１３、ΔＴ１４についてもそれぞれ任意に選択することができる。ただし、ΔＴ０（＝ΔＴ１１＋ΔＴ１２＋ΔＴ１３）、ΔＴ１０、およびΔＴ１４は、それぞれ電力変換装置２の第１の出力端子３と第２の出力端子４の間に印加される電圧波形５０のステップ幅（期間）ΔＴより小さい値とする。
【００４７】
実施の形態３．
以下、上記実施の形態１および２で示した電力変換装置の変形例について説明する。図３に示す三相整流回路について、図４に示すフェースモジュールとは別の回路構成をもつフェースモジュールが使用できる。例えば、第１のフェースモジュール２３１〜２３３に、図５に示すような自己消弧形半導体素子３２１、３２２とそれらに逆並列接続されるダイオード３１３、３１４から構成される第２のフェースモジュール２４を適用することで三相自励式整流回路とすることができる。
このように、三相整流回路を自励式とすることにより、直流リンク回路１８における直流コンデンサ２０の電圧を制御することができる。
【００４８】
インバータ装置の多重化方式における波形合成方法としては様々な方法があるが、一般的には多重化された階段状出力電圧がより正弦波に近づくようにステップの幅および高さが決定される。直流コンデンサ２０の電圧を自由に制御できることにより、ステップの幅（期間）のみならず、ステップの高さも調整できるため、電力変換装置はより正弦波に近い階段波形の電圧を出力することが可能となる。
また、三相自励式整流回路にすることで、交流入力電流の制御も可能となり、多相交流電源側へ流出する高調波電流を抑制したり、力率を高めることができる。
【００４９】
実施の形態４．
図１２〜図１４は、本発明の実施の形態４による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１２は制御回路の回路構成を示す図、図１３はゲート駆動信号の切り替えについて説明するための図、図１４は各単位電力変換ユニットおよび電力変換装置の出力電圧波形を示す図である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００５０】
本実施の形態では、制御回路１６において、単位電力変換ユニット群６を構成する単位電力変換ユニット５の自己消弧形半導体素子３２の動作責務が平均化されるようにゲート信号を切り替える（各単位電力変換ユニット５１〜５７の各単位電力変換ユニット群６１〜６３への割り当てを切り替える）。
【００５１】
図１２に示す制御回路１６において、ゲート信号発生回路３４によって作成された信号は、第８の出力端子３５１〜３５３から出力される。ここで、第８の出力端子３５１から出力される信号は、第１の単位電力変換ユニット群６１を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。また、第８の出力端子３５２から出力される信号は、第２の単位電力変換ユニット群６２を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。更に、第８の出力端子３５３から出力される信号は、第３の単位電力変換ユニット群６３を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。
【００５２】
各々のゲート信号は、信号分配回路４０１〜４０３の第７の入力端子５２０１〜５２０３（５２０で代表されることもある。）にそれぞれ入力され、各々の単位電力変換ユニット群６１〜６３を構成する単位電力変換ユニット５の個数分に応じたゲート信号に分配され、第９の出力端子５３０１〜５３０７（５３０で代表されることもある。）から出力される。第９の出力端子５３０１〜５３０７から出力されたゲート信号は、ゲート信号切り替え回路５１０の第８の入力端子５４０１〜５４０７（５４０で代表されることもある。）に入力される。ゲート信号切り替え回路５１０は、各単位電力変換ユニット５の自己消弧形半導体素子３２のスイッチング回数が平均化されるように、入力されたゲート信号に対して、第１０の出力端子５５０１〜５５０７（５５０で代表されることもある。）を選択して一定の時間間隔で切り替える。ゲート信号切り替え回路５１０から出力されたゲート信号は、制御回路１６の第５の出力端子１４１〜１４７から各単位電力変換ユニット５１〜５７にそれぞれ送られ、各単位電力変換ユニット５１〜５７の単相自励式インバータ回路１９を駆動する。
【００５３】
以下、図１２に示すゲート信号切り替え回路５１０の動作について詳細に説明する。第８の入力端子５４０１〜５４０７から入力されるゲート信号に対して、交流出力電圧１周期あたりのスイッチング回数に従って重み量を設定する。
一例として、信号分配回路４０１の第７の出力端子５３０１から出力された信号の重み量Ｐを３（Ｐ＝３）、信号分配回路４０２の第７の出力端子５３０２、５３０３から出力された信号の重み量Ｐを２（Ｐ＝２）、信号分配回路４０３の第７の出力端子５３０４〜５３０７から出力された信号の重み量Ｐを１（Ｐ＝１）に設定する。
【００５４】
図１３に、ゲート信号切り替え回路５１０の第８の入力端子５４０１〜５４０７から入力されたゲート信号と駆動される単位電力変換ユニット５１〜５７との対応関係を示している。図１３中の記号Ａ〜Ｇはそれぞれ単位電力変換ユニット５１〜５７に対応する。ゲート信号の切り替えはΔＴ２間隔で行う。以下では、一例として、ΔＴ２を交流出力電圧１周期に相当する時間に設定した場合のゲート信号切り替え方法について説明する。
【００５５】
時刻Ｔ＝Ｔ（０）〜Ｔ（１）において、第８の入力端子５４０１〜５５０７から入力された信号に対して、単位電力変換ユニット５１〜５７を順に配列し、各単位電力変換ユニット５１〜５７を駆動する。ここで、各単位電力変換ユニット５１〜５７に接続されたゲート信号に応じた重み量Ｐを加算する。計算式を次式に示す。
Ｘ（１）＝Ｘ’（０）＋Ｐ（Ｘ＝Ａ〜Ｇ、Ｐ＝１，２，３）
ここで、Ｘ’（０）＝０とする。
次に、各単位電力変換ユニット毎に計算されたＸ（１）の最小値をＸｍｉｎ（１）として、Ｘ’（１）の値を次式にて計算する。
Ｘ’（１）＝Ｘ（１）−Ｘｍｉｎ（１）
【００５６】
時刻Ｔ＝Ｔ（１）において第８の入力端子５４０１〜５４０７から入力されたゲート信号に対する単位電力変換ユニット５１〜５７の配列をＸ（１）の小さい順に並び替え、その配列に従ってゲート信号を切り替える。同様にして、各単位電力変換ユニット５１〜５７に接続されたゲート信号に応じて、Ｘ（ｎ）およびＸ’（ｎ）を、次式を用いて計算し、次のタイミングで切り替えるべき単位電力変換ユニットを決定する。
Ｘ（ｎ）＝Ｘ’（ｎ−１）＋Ｐ
Ｘ’（ｎ）＝Ｘ（ｎ）−Ｘｍｉｎ（ｎ）
【００５７】
図１４に、ΔＴ２を交流出力電圧１周期に相当する時間に設定した場合の各単位電力変換ユニットおよび電力変換装置の出力電圧波形を示す。図１４において、第１１の電圧波形５６０は単位電力変換ユニット５１の出力電圧を、第１２の電圧波形５７０は単位電力変換ユニット５２の出力電圧を、第１３の電圧波形５８０は単位電力変換ユニット５３の出力電圧を、第１４の電圧波形５９０は単位電力変換ユニット５４の出力電圧を、第１５の電圧波形６００は単位電力変換ユニット５５の出力電圧を、第１６の電圧波形６１０は単位電力変換ユニット５６の出力電圧を、第１７の電圧波形６２０は単位電力変換ユニット５７の出力電圧をそれぞれ示す。また、第１８の電圧波形６３０は各単位電力変換ユニット５１〜５７の合成出力電圧すなわち、電力変換装置の出力電圧５０を示す。
【００５８】
このように、ゲート信号切り替え回路５１０を用いて、各単位電力変換ユニット５１〜５７に入力されるゲート信号を、スイッチング回数に従って切り替えることにより、すなわち、各自己消弧形半導体素子３２のスイッチング回数が平均化するように各単位電力変換ユニット５１〜５７の各単位電力変換ユニット群６１〜６３への割り当てを切り替えることにより、自己消弧形半導体素子３２のオンオフ状態を切り替えるゲート駆動回路の責務が平均化されるという効果を有する。
自己消弧形半導体素子３２のゲート駆動回路の責務が平均化されることで、自己消弧形半導体素子３２で発生する熱損失（スイッチング損失）が平均化され、結果として自己消弧形半導体素子３２の接合温度が平均化される。
自己消弧形半導体素子３２やダイオード３１においては、素子内で発生した損失により生じる熱は冷却フィンを用いて素子の接合温度が許容値以下になるように冷却する必要があるが、自己消弧形半導体素子３２の損失が平均化されることで、素子の接合温度が平均化され、冷却フィンを含む冷却システムを標準化することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、各自己消弧形半導体素子３２のスイッチング回数が平均化するように各単位電力変換ユニット５１〜５７の各単位電力変換ユニット群６１〜６３への割り当てを切り替える手段は、ゲート信号切り替え回路５１０により構成される。
また、ゲート信号切り替え回路５１０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロコンピュータベースのコントローラで構成される。
【００６０】
なお、重み量Ｐは簡単のため、１、２、および３としたが、スイッチング回数の値に応じて他の値を用いることは当然可能である。また、ΔＴ２についても任意の期間を設定することができる。
【００６１】
また、自己消弧形半導体素子３２の接合温度が直接検出できる場合には、重み量Ｐを、スイッチング回数に従って設定する代わりに、自己消弧形半導体素子３２の接合温度に従って設定することも可能である。このように、自己消弧形半導体素子３２の接合温度のレベルに応じて各単位電力変換ユニット５１〜５７の各単位電力変換ユニット群６１〜６３への割り当てを切り替えることにより、自己消弧形半導体素子３２の接合温度を平均化することが可能になる。したがって、冷却フィンを含む冷却システムの標準化ができる。
【００６２】
なお、上記では主に実施の形態１に適用した場合について説明したが、本実施の形態は、実施の形態１に限らず実施の形態２および３にも適用できることは言うまでもない。
【００６３】
実施の形態５．
図１５〜図１８は本発明の実施の形態５による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図１５は電力変換装置の回路構成を示す図、図１６は図３および図４で示した単位電力変換ユニットの電流バイパス経路の一例を示す図、図１７は図３および図４で示した単位電力変換ユニットの電流バイパス経路の別の例を示す図、図１８は制御回路の回路構成を示す図である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００６４】
上記各実施の形態では、単位電力変換ユニット５は、各単位電力変換ユニット群６１〜６３へ割り当てるのに合致した個数、すなわち（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋…＋ｍｎ）個、備えていた。
これに対して、本実施の形態では、以下で詳細に説明するように、単位電力変換ユニットを（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋…＋ｍｎ）個より多く備え、何れの単位電力変換ユニット群にも割り当てられなかった単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、単位電力変換ユニット群に割り当てられて運転状態にある何れかの単位電力変換ユニットに異常が発生した場合に、当該異常が発生した単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、当該異常が発生した単位電力変換ユニットに替えて前記何れの単位電力変換ユニット群にも割り当てられなかった単位電力変換ユニットを運転状態とするように構成した。
【００６５】
図１５において、すべて同じ回路構成を有する８台の単位電力変換ユニット５１〜５８を備えており、各々の出力端子８１〜８８、９１〜９８は直列に接続されている。各単位電力変換ユニット５１〜５８に対してそれぞれ入力変圧器１０１〜１０８を備えている。各入力変圧器１０１〜１０８の１次巻線１１１〜１１８はすべて多相交流電源１に接続され、２次巻線１２１〜１２８はそれぞれ各単位電力変換ユニット５１〜５８の第１の入力端子群７１〜７８に接続されている。各単位電力変換ユニット５１〜５８の第１の入力端子１３１〜１３８は、それぞれ通信線１５１〜１５８を介して制御回路１６の第５の出力端子１４１〜１４８に接続されている。
【００６６】
単位電力変換ユニット５１は第１の単位電力変換ユニット群６１に、単位電力変換ユニット５２、５３は第２の単位電力変換ユニット群６２に、単位電力変換ユニット５４〜５７は第３の単位電力変換ユニット群６３に、それぞれ割り当てられている。単位電力変換ユニット５８は予備用であり、何れの単位電力変換ユニット群６１〜６３にも割り当てられていない。
電力変換装置２が正常な場合のインバータ運転は単位電力変換ユニット５１〜５７によって行い、単位電力変換ユニット５８内の単相自励式インバータ回路１９は待機運転状態とする。
【００６７】
ここで待機運転状態とは、例えば図１６および図１７に示すように、単相自励式インバータ回路の第２のフェースモジュール２４１、２４２の自己消弧形半導体素子３２１をともにオフ、自己消弧形半導体素子３２２をともにオン、あるいは図示しないが自己消弧形半導体素子３２１をともにオン、自己消弧形半導体素子３２２をともにオフとすることである。このとき、単位電力変換ユニット５８を通過する電流は直流リンク回路１８を介さずに流れる。このようにして単位電力変換ユニット５８における第３の出力端子８８と第４の出力端子９８の間に印加される電圧を自己消弧形半導体素子３２やダイオード３１のオン電圧レベルまで小さくすることができる。
【００６８】
次に、単位電力変換ユニット群６１〜６３のうち、単位電力変換ユニット５４内の単相自励式インバータ回路１９に異常が発生した場合の電力変換装置２の保護方式について説明する。
【００６９】
単位電力変換ユニット５の第２のフェースモジュール２４１、２４２を示している図１６と図１７において、単相自励式インバータ回路１９を構成する第２のフェースモジュール２４２の自己消弧形半導体素子３２２に異常が発生した場合には、異常が発生した自己消弧形半導体素子３２２と同じ配列にある他の健全な第２のフェースモジュール２４１の自己消弧形半導体素子３２２を強制点弧させるとともに、その他の自己消弧形半導体素子３２１は強制消弧する。これによって図１６や図１７に示すように双方向の電流を直流リンク回路１８を介さずに流す経路を確保することができるので、異常が発生した単位電力変換ユニット５４に過電圧が印加されることのないように保護できる。
【００７０】
ここで、異常が発生した単位電力変換ユニット５４は第３の出力端子８４と第４の出力端子９４の間に電圧を印加することができなくなるが、単位電力変換ユニット５４に代わって単位電力変換ユニット５８を運転させることにより、電力変換装置２は第１の出力端子３と第２の出力端子４の間に電圧を不足分なしに印加することができる。したがって、電力変換装置の運転継続機能を付加することによって、装置の信頼性を向上することができる。
このように、本実施の形態によれば、運転状態にある何れかの単位電力変換ユニットに異常が発生した場合にも装置の定格容量を低減することなく運転を継続することができ、ひいては装置の信頼性を向上できる。
【００７１】
なお、何れの単位電力変換ユニット群に割り当てられなかった単位電力変換ユニット（図１５では単位電力変換ユニット５８）を待機運転状態とし、単位電力変換ユニット群に割り当てられて運転状態にある何れかの単位電力変換ユニット（上記説明では単位電力変換ユニット５４）に異常が発生した場合に、当該異常が発生した単位電力変換ユニット５４を待機運転状態とし、当該異常が発生した単位電力変換ユニット５４に替えて前記何れの単位電力変換ユニット群に割り当てられないで待機運転状態にある単位電力変換ユニット５８を運転状態とする手段は、例えば図１８で示した制御回路１６によって構成される。
【００７２】
図１８に示す制御回路１６において、ゲート信号発生回路３４によって作成された信号は、第８の出力端子３５１〜３５４から出力される。ここで、第８の出力端子３５１から出力される信号は、第１の単位電力変換ユニット群６１を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。また、第８の出力端子３５２から出力される信号は、第２の単位電力変換ユニット群６２を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。更に、第８の出力端子３５３から出力される信号は、第３の単位電力変換ユニット群６３を構成する単位電力変換ユニット５を駆動するためのゲート信号である。また、第８の出力端子３５４から出力される信号は、予備の単位電力変換ユニット５を待機運転状態とするためのゲート信号である。
【００７３】
各々のゲート信号は、信号分配回路４０１〜４０４（４０で代表されることもある。）の第７の入力端子５２０１〜５２０４（５２０で代表されることもある。）にそれぞれ入力され、各々の単位電力変換ユニット群６１〜６３を構成する単位電力変換ユニットおよび何れの単位電力変換ユニット群６１〜６３にも割り当てられなかった単位電力変換ユニット（図１５では単位電力変換ユニット５８）の個数分に応じたゲート信号に分配され第９の出力端子５３０１〜５３０８（５３０で代表されることもある。）から出力される。第９の出力端子５３０１〜５３０８から出力されたゲート信号は、ゲート信号切り替え回路５１０の第８の入力端子５４０１〜５４０８（５４０で代表されることもある）に入力される。ゲート信号切り替え回路５１０は、単位電力変換ユニット５の何れかに異常が発生した場合に、その単位電力変換ユニットを待機運転状態とし、予備の単位電力変換ユニットを運転状態とするためにゲート信号を切り替える。ゲート信号切り替え回路５１０の第１０の出力端子５５０１〜５５０８（５５０で代表されることもある。）から出力されたゲート信号は、制御回路１６の第５の出力端子１４１〜１４８から各単位電力変換ユニット５１〜５８にそれぞれ送られ、各単位電力変換ユニット５１〜５８の単相自励式インバータ回路１９を駆動する。
【００７４】
なお、ここでは単位電力変換ユニット５４に異常が発生した場合の単位電力変換ユニット５８による運転継続方法について説明したが、単位電力変換ユニット５１〜５７のどれに異常が発生しても単位電力変換ユニット５８によって運転継続できることは前述した説明から明らかである。
【００７５】
また、図１５では、何れの単位電力変換ユニット群６１〜６３にも割り当てられていない予備用の単位電力変換ユニット５８を１個備えた場合を示しているが、複数個備えてもよく、複数の単位電力変換ユニット５の異常に対応することが可能となる。
【００７６】
なお、上記では、実施の形態１で示したように、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５を同時にオンオフ制御する場合について示したが、これに限るものではなく、実施の形態２で示したように、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧をその変化が常に電圧Ｖとなるステップ波形となるように、各単位電力変換ユニット５を制御してもよいのは言うまでもない。さらに、実施の形態３および４に適用することも可能である。
【００７７】
実施の形態６．
本実施の形態では、何れかの単位電力変換ユニットに異常が発生した場合の上記実施の形態５とは異なる対処例について説明する。
実施の形態３で説明した、三相自励式整流回路を用い、直流リンク回路１８における直流コンデンサ２０の電圧を制御することができる電力変換装置２において、各単位電力変換ユニット群６１〜６３に割り当てられている７個の各単位電力変換ユニット５１〜５７のうち、例えば、単位電力変換ユニット５４内の単相自励式インバータ回路１９に異常が発生した場合、異常が発生した単位電力変換ユニット５４は、実施の形態５で図１６および図１７を示して説明したのと同様にして負荷電流を直流リンク回路１８を介さずに流す経路を確保する。また異常が発生した単位電力変換ユニット５４以外の６個の単位電力変換ユニット５１〜５３、５５〜５７の直流コンデンサ２０の電圧を７／６倍にすることで、電力変換装置２は正常時と同じ平均電圧を出力することができる。
したがって、装置の定格容量を低減することなく運転を継続することができ、ひいては装置の信頼性を向上できる。
【００７８】
実施の形態７．
図１９は本発明の実施の形態７による多相出力の電力変換装置の回路構成を示す図である。他の構成は実施の形態１と同様である。
本実施の形態では、実施の形態１で示した単相出力の電力変換装置２（２１０、２２０、２３０）を用いて、多相交流電源１から多相交流負荷６４０へ電力を供給する場合について説明する。
【００７９】
単相出力の各電力変換装置２１０、２２０、２３０の第１の出力端子３１０、３２０、３３０は中性点６８０に接続され、第２の出力端子４１０、４２０、４３０は多相交流負荷６４０に接続される。
電圧指令発生回路６５０から出力される電圧指令を各電力変換装置２１０、２２０、２３０の制御回路１６１、１６２、１６３に分配することによって、各電力変換装置２１０、２２０、２３０を、その出力電圧を制御しながら駆動することができる。
【００８０】
なお、単相出力の電力変換装置２（２１０、２２０、２３０）としては、実施の形態１で示したものに限らず、実施の形態２〜６の何れの電力変換装置２を用いてもよいのは言うまでもない。
【００８１】
実施の形態８．
図２０〜図２２は本発明の実施の形態８による電力変換装置を説明するための図であり、より具体的には、図２０は電力変換装置を電力系統へ適用したときの単位電力変換ユニットの構成回路を示す図、図２１は電力変換装置を自励式直列補償装置として動作させる場合の回路構成を示す図、図２２は自励式直列補償装置の動作原理を説明する図である。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００８２】
図２０に示すように、本実施の形態では、単位電力変換ユニット５は、単相自励式インバータ回路１９と直流リンク回路１８とで構成されており、電力変換装置の直流電源は、各単位電力変換ユニット５１〜５７毎に独立しており、直流コンデンサ２０を含む直流リンク回路１８から構成されている。
【００８３】
図２１に示すように、図２０に示す単位電力変換ユニット５を用いた３台の電力変換装置２１０、２２０、２３０（２で代表されることもある。）の第１の出力端子３１０、３２０、３３０を第１の交流系統６６０に接続し、第２の出力端子４１０、４２０、４３０を第２の交流系統６７０に接続する。このように接続された電力変換装置２１０、２２０、２３０は自励式直列補償装置ＳＳＳＣ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）として動作させることができる。
【００８４】
図２２は電力変換装置２で構成する自励式直列補償装置の動作原理を説明するための図であり、電力系統６６０の電圧をＶ、電力系統６７０の電圧をＶ’とし、系統電流をＩとした場合のフェーザ図である。電力変換装置の出力電圧をＶＸとしたとき、系統電流Ｉの位相と直角方向に出力電圧ＶＸを出力することで送電線のインピーダンスを等価的に変化させることができる。
【００８５】
図２２（ａ）に示すように、出力電圧ＶＸの位相が系統電流Ｉに対して９０°進みの場合、可変直列リアクトルとして作用する。また、図２２（ｂ）に示すように、出力電圧ＶＸの位相が系統電流Ｉに対して９０°遅れの場合、可変直列コンデンサとして作用する。これにより送電線のインピーダンスを等価的に変更することができ、電力系統の安定化を図ることができる。
【００８６】
さらに、本実施の形態によれば、実施の形態１で説明したのと同様の電力変換装置２を用いており、以下で述べるような、実施の形態１の場合と同様に効果が得られる。電圧比の異なる変圧器を用いることなく単位電力変換ユニット５を多重化できるため、各単位電力変換ユニット５の定格電流を等しくすることができる。したがって、単位電力変換ユニット５として標準化されたインバータ回路１９を適用することができ、さらには、全く同じ回路構成を有する標準化された単位電力変換ユニット５を用いることができ、電力変換装置のコストを低減することができる。
また、本実施の形態における電力変換装置２の大容量化については、適用する負荷の定格電圧が高圧になれば単位電力変換ユニット５の台数を増やすことで対応できるので、電力系統のような高圧に適用する場合においても直列変圧器が不要になり、電力変換装置の設置面積を小さくすることができる。
さらに、単位電力変換ユニットの標準化を図ることができるので、メンテナンスが容易で、何れかの単位電力変換ユニットが故障した場合にも容易に交換することができる等、装置の信頼性も向上する。
【００８７】
なお、実施の形態１で示したものを、その直流電源の構成を変更して用いた場合について示したが、これに限るものではなく、実施の形態２〜６の何れの電力変換装置２を、その直流電源の構成を変更して用いてもよいのは言うまでもない。
さらに、直流コンデンサ２０を初期充電する等のために、実施の形態１〜６の場合と同様に三相整流回路１７を備えてもよい。
【００８８】
なお、特に、実施の形態２で示した、同じ群に俗する単位電力変換ユニット５を、タイミングをずらせてオンオフ制御し、各単位電力変換ユニット群６の出力電圧の変化が常に電圧Ｖ（１レベル）となるように、各単位電力変換ユニット群６の出力可能な電圧を適宜選択して所定波形の出力電圧を得るように構成された電力変換装置を用いた場合には、電力系統に接続されている変圧器の端子間或いは電力ケーブルに存在する浮遊容量の影響で発生するサージ電圧の抑制ができるため、変圧器或いは電力ケーブルの絶縁劣化を防止できる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インバータ回路および独立した直流電源を含み、前記直流電源の直流電圧値で正規化した値で｛１、０、−１｝の３レベルの出力が可能な単位電力変換ユニットを複数個備え、前記単位電力変換ユニットの出力端子を直列接続した電力変換装置であって、ｍ１個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ１、…、０、…、−ｍ１｝の（２ｍ１＋１）レベルの出力が可能な第１の単位電力変換ユニット群と、ｍ２個の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍ２、…、０、…、−ｍ２｝の（２ｍ２＋１）レベルの出力が可能な第２の単位電力変換ユニット群と、…、ｍｎ個（ただし、ｍ１，ｍ２，…，ｍｎ，およびｎは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｎ，３≦ｎである。）の前記単位電力変換ユニットからなり｛ｍｎ、…、０、…、−ｍｎ｝の（２ｍｎ＋１）レベルの出力が可能な第ｎの単位電力変換ユニット群とを備え、前記各単位電力変換ユニット群の各出力電圧を適宜選択して階段波形の出力電圧を得るので、標準化された（固定格の）単位電力変換ユニットを用いて出力電圧をマルチレベル化することができ、電力変換装置の大容量化に対して単位電力変換ユニットの個数を増やすことで対応できる。さらに、標準化された単位電力変換ユニットを用いているので、メンテナンスが容易で、何れかの単位電力変換ユニットが故障した場合にも容易に交換することができる等、電力変換装置の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による電力変換装置を多重インバータ装置として動作させる場合の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り、図１の電力変換装置に適用する単位電力変換ユニットの回路構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係り、図２の単位電力変換ユニットの詳細な回路構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係り、図３の三相整流回路に適用するフェースモジュールの回路構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係り、図３の単相自励式インバータ回路に適用するフェースモジュールの回路構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係り、図１の電力変換装置に適用する制御回路の回路構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係り、各単位電力変換ユニット群および電力変換装置の出力電圧波形を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２による電力変換装置に適用する制御回路の回路構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係り、単位電力変換ユニット群の出力電圧波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係り、各単位電力変換ユニット群および電力変換装置の出力電圧波形を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係り、各単位電力変換ユニット群および電力変換装置の出力電圧値を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による電力変換装置に適用する制御回路の回路構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係り、ゲート駆動信号の切り替えについて説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係り、各単位電力変換ユニットおよび電力変換装置の出力電圧波形を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による電力変換装置を多重インバータ装置として動作させる場合の回路構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係り、単位電力変換ユニットの電流バイパス経路の一例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５に係り、単位電力変換ユニットの電流バイパス経路の別の例を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態５に係り、制御回路の回路構成を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態７による多相出力の電力変換装置の回路構成を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態８による電力変換装置の要部である単位電力変換ユニットの回路構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態８に係り、電力変換装置を自励式直列補償装置として動作させる場合の回路構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態８に係り、自励式直列補償装置の動作原理を説明する図である。
【図２３】従来の電力変換装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１  多相交流電源、２，２１０，２２０，２３０  電力変換装置、３，３１０，３２０，３３０  第１の出力端子、４，４１０，４２０，４３０  第２の出力端子、５，５１〜５８  単位電力変換ユニット、６，６１〜６３  単位電力変換ユニット群、７，７１〜７８  第１の入力端子群、８，８１〜８８  第３の出力端子、９，９１〜９８  第４の出力端子、１０，１０１〜１０８  入力変圧器、１１，１１１〜１１８  １次巻線、１２，１２１〜１２８  ２次巻線、１３，１３１〜１３８  第１の入力端子、１４，１４１〜１４８  第５の出力端子、１５，１５１〜１５８  通信線、１６，１６１〜１６３  制御回路、１７  三相整流回路、１８  直流リンク回路、１９  単相自励式インバータ回路、２０  直流コンデンサ、２１，２１１、２１２  第２の入力端子、２２  ゲート信号分配回路、２３，２３１〜２３３  第１のフェースモジュール、２４，２４１〜２４２  第２のフェースモジュール、２５，２５１〜２５３  第３の入力端子、２６，２６１〜２６３  第４の入力端子、２７，２７１〜２７２  第５の入力端子、２８，２８１，２８２  第６の入力端子、２９，２９１〜２９３  第６の出力端子、３０，３０１，３０２  第７の出力端子、３１，３１１〜３１４  ダイオード、３２，３２１，３２２  自己消弧形半導体素子、３３  ゲート駆動回路、３４  ゲート信号発生回路、３５１〜３５４  第８の出力端子、４０，４０１〜４０４信号分配回路、５１０  ゲート信号切り替え回路、５２０，５２０１〜５２０４  第７の入力端子、５３０，５３０１〜５３０８  第９の出力端子、５４０，５４０１〜５４０８  第８の入力端子、５５０，５５０１〜５５０８  第１０の出力端子、６４０  多相交流負荷、６５０  電圧指令発生回路、６６０  第１の交流系統、６７０  第２の交流系統、６８０  中性点。
【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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