(57)【要約】【課題】ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで構成する交直／直交変換装置の中性点を互いに接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、中性線を通したリップル電流を抑制する。【解決手段】ＰＷＭ整流器１のＰＷＭ制御装置１１~１４は、交流入力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗと比較する三角波キャリア信号発生部１４のキャリア位相を互いに１２０°だけずらした３つのキャリア信号を発生し、ＰＷＭ波形生成部１３はこれらキャリア信号とＵ，Ｖ，Ｗ相の正弦波信号との相別の比較によりＰＷＭ波形を生成することで、三相全てがＯＮとなる期間を無くす。  ＰＷＭインバータの制御装置も同様にすること、さらにＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの両方の制御装置に適用することも含む。【選択図】図１
2007330058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭ整流器のＰＷＭ制御装置は、交流入力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする中性線接続型無停電電源システム。
【請求項２】
ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭインバータのＰＷＭ制御装置は、交流出力の各相Ｘ，Ｙ，Ｚと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする中性線接続型無停電電源システム。
【請求項３】
ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭ整流器のＰＷＭ制御装置は、交流入力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備え、
前記ＰＷＭインバータのＰＷＭ制御装置は、交流出力の各相Ｘ，Ｙ，Ｚと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする中性線接続型無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性線接続型無停電電源システムに係り、特にＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで構成する交直／直交変換装置のリップル電流抑制方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性線接続型無停電電源システムに使用される交直／直交変換装置の回路図を図４に示す。この交直／直交変換装置は、ＰＷＭ整流器１とＰＷＭインバータ２で主回路を構成し、これらの入出力フィルタ４、５のコンデンサＣｉ、Ｃｏおよび直流部３のコンデンサＣDCが中性線で接続されている。この構成において、ＰＷＭ整流器１の入力フィルタ４のリアクトルＬｉ、同コンデンサＣｉ、ＰＷＭインバータ２の出力フィルタ５のリアクトルＬｏ、同コンデンサＣ0および直流部のコンデンサＣDCが全体でノイズフィルタの役割を担う。ＰＷＭ整流器１とＰＷＭインバータ２それぞれのスイッチングにより作成された出力電流は、このノイズフィルタを介してノイズ成分が除去される（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
【非特許文献１】矢野昌雄・打田良平「パワーエレクトロニクス」（２０００）、ｐ１４１、丸善
【特許文献１】特許第３１１５１４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４の回路では、フィルタの中性点に中性線がつながっているため、中性線が無い場合に比べてリップル電流が大きくなるという問題がある。
【０００４】
これは、図５に示すように、ＰＷＭ整流器あるいはＰＷＭインバータにおいて、三角波キャリア（搬送波）との比較によるＰＷＭ制御に際して、Ｕ、Ｖ、Ｗ相もしくはＸ、Ｙ、Ｚ相が全てＯＮとなる状況が発生するためである。このとき、整流器への入力電圧あるいはインバータからの出力電圧は三相とも共通となり、電流も三相とも同じ方向に流れる。このとき中性線には、三相ともＯＮになっている間、三相分合わさったリップル電流が流れ、その結果、瞬間的に大電流となる。
【０００５】
ＰＷＭインバータにおけるリップル電流ＩN0の経路を図６（ａ）に示す。なお、このリップル電流は中性線が存在するために起こるものであり、中性線が無い場合には図６の（ｂ）に示すようにリップル電流ＩN0は発生しない。
【０００６】
本発明の目的は、中性線を通したリップル電流を抑制できる中性線接続型無停電電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記の課題を解決するため、交直／直交変換装置におけるＵ，Ｖ，Ｗ相もしくはＸ，Ｙ，Ｚ相の各相と比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相もしくはＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ制御を行うようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【０００８】
（１）ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭ整流器のＰＷＭ制御装置は、交流入力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
（２）ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭインバータのＰＷＭ制御装置は、交流出力の各相Ｘ，Ｙ，Ｚと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
（３）ＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータで交直／直交変換装置を構成し、ＰＷＭ整流器の入力フィルタの中性点、ＰＷＭインバータの出力フィルタの中性点、およびＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの直流部の中性点を、互いに中性線で接続した中性線接続型無停電電源システムにおいて、
前記ＰＷＭ整流器のＰＷＭ制御装置は、交流入力の各相Ｕ，Ｖ，Ｗと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備え、
前記ＰＷＭインバータのＰＷＭ制御装置は、交流出力の各相Ｘ，Ｙ，Ｚと比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ波形でスイッチング制御する手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によれば、交直／直交変換装置におけるＵ，Ｖ，Ｗ相もしくはＸ，Ｙ，Ｚ相の各相と比較する三角波キャリアの位相を互いに１２０°だけずらすことでＵ，Ｖ，Ｗ相もしくはＸ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとなる期間を無くしたＰＷＭ制御を行うようにしたため、中性線を通したリップル電流を抑制できる効果がある。
【００１２】
また、装置構成としては、制御装置のキャリア信号発生部の少しの変更のみで対応できるため、大型部品および主回路の変更が不要であるし、中性線の小型・小容量化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示す要部回路図であり、ＰＷＭ整流器に適用した場合である。ＰＷＭ整流器１は、図４と同様に、リアクトルＬとコンデンサＣで構成する入力フィルタ４を通して交流入力が取り込まれる。
【００１４】
このＰＷＭ整流器１の各スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御装置は１１~１４で構成される。電圧制御部１１は出力電圧指令と整流出力の検出電圧との偏差を比例積分（ＰＩ）演算し、正弦波発生部１２の出力振幅を制御する。正弦波発生部１２はＰＷＭ整流器１の交流電源電圧の検出信号に同期したＵ，Ｖ，Ｗ相の三相出力を得る。ＰＷＭ波形生成部１３は正弦波発生部１２からのＵ，Ｖ，Ｗの三相出力信号と、キャリア信号発生部１４からのキャリア信号との振幅比較でＰＷＭ波形を生成し、このＰＷＭ波形によってＰＷＭ整流器１の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【００１５】
ここで、キャリア信号発生部１４は、位相を互いに１２０°だけずらした３つのキャリア信号ｕ，ｖ，ｗを発生する構成とする。ＰＷＭ波形生成部１３はＵ，Ｖ，Ｗ相の三相の正弦波と、キャリア信号発生部１４の３つのキャリア信号ｕ，ｖ，ｗとを相別に振幅比較してＰＷＭ波形を生成する。
【００１６】
これらＵ，Ｖ，Ｗ相の三相の正弦波とキャリア信号ｕ，ｖ，ｗによるＰＷＭ波形は、図２に例を示すようになり、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の三相全てがＯＮとならず一相あるいは二相がＯＮとなる。
【００１７】
これにより、ＰＷＭ整流器１のスイッチング素子のスイッチング時におけるリップル電流ＩNiは一相分あるいは二相分となり、三相分の場合よりも小さくすることができる。
【００１８】
（実施形態２）
図３は本発明の他の実施形態を示す要部回路図であり、ＰＷＭインバータに適用した場合である。ＰＷＭインバータ２は、図４と同様に、リアクトルＬとコンデンサＣで構成する出力フィルタ５を通して周波数と電圧を制御した交流出力を得る。
【００１９】
このＰＷＭインバータ２の各スイッチング素子をＰＷＭ制御する制御装置は２１~２４で構成される。電圧制御部２１は出力電圧指令とインバータ出力の検出電圧との偏差を比例積分（ＰＩ）演算し、正弦波発生部２２の出力振幅を制御する。正弦波発生部２２はＰＷＭインバータ２の出力周波数指令に一致した周波数のＸ，Ｙ，Ｚ相の三相出力を得る。ＰＷＭ波形生成部２３は正弦波発生部２２からのＸ，Ｙ，Ｚの三相出力信号と、キャリア信号発生部２４からのキャリア信号との振幅比較でＰＷＭ波形を生成し、このＰＷＭ波形によってＰＷＭインバータ２の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【００２０】
なお、ＰＷＭインバータの出力電圧制御をＰＷＭ整流器１側で行う場合には、電圧制御部２１は省略される。
【００２１】
ここで、キャリア信号発生部２４は、位相を互いに１２０°だけずらした３つのキャリア信号ｕ，ｖ，ｗを発生する構成とする。ＰＷＭ波形生成部２３はＸ，Ｙ，Ｚ相の三相の正弦波と、キャリア信号発生部２４の３つのキャリア信号ｕ，ｖ，ｗとを相別に振幅比較してＰＷＭ波形を生成する。
【００２２】
これらＸ，Ｙ，Ｚ相の三相の正弦波とキャリア信号ｕ，ｖ，ｗによるＰＷＭ波形生成は、図２と同様になり、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の三相全てがＯＮとならず一相あるいは二相がＯＮとなる。
【００２３】
これにより、ＰＷＭインバータ２のスイッチング素子のスイッチング時におけるリップル電流ＩNOは一相分あるいは二相分となり、三相分の場合よりも小さくすることができる。
【００２４】
なお、実施形態１ではＰＷＭ整流器に適用し、実施形態２ではＰＷＭインバータに適用した場合を示すが、これらＰＷＭ整流器とＰＷＭインバータの両方のＰＷＭ制御装置にリップル電流の抑制手段を設けた構成とすることで、リップル電流の抑制を一層効果的にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１を示す要部回路図。
【図２】実施形態１におけるＰＷＭスイッチング信号波形例。
【図３】本発明の実施形態２を示す要部回路図。
【図４】交直／直交変換装置の回路図。
【図５】従来のＰＷＭスイッチング信号波形例。
【図６】ＰＷＭインバータにおけるリップル電流ＩN0の経路図。
【符号の説明】
【００２６】
１  ＰＷＭ整流器
２  ＰＷＭインバータ
３  直流部
４  入力フィルタ
５  出力フィルタ
１１、２１  電圧制御部
１２、２２  正弦波発生部
１３、２３  ＰＷＭ波形生成部
１４、２４  キャリア信号発生部
【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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