(57)【要約】【課題】部品点数、製造工数、および製造原価の増加を抑制しながら、平滑コンデンサと配線に係るインダクタンス成分との相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】第１の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ａまたはＵ１１ｂのいずれか、および、第２の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ｃまたはＵ１１ｄのいずれかの全ての組み合わせに係る各々の間は、直流側の正電位端子Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ同士を結ぶ正電位側母線ＰＭＬ、および、直流側の負電位端子Ｎ１１ｃ，Ｎ１１ｄ同士を結ぶ負電位側母線ＮＭＬをそれぞれ介して電気的に接続される。配線に係るインダクタンス成分のいずれもが略等しくなるように、両母線ＰＭＬ，ＮＭＬの態様をそれぞれ設定した。【選択図】図１Ａ
2012239312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に、または、直流電力を交流電力に変換する単位変換器を備えた電力変換装置であって、
前記単位変換器は、スイッチング回路の直流側の正電位端子および負電位端子間に平滑コンデンサを設けてなり、
前記単位変換器は、それぞれ２Ｎ（Ｎは１以上の自然数）だけ並列に設けられる第１の群と、前記２Ｎと同じ数だけ並列に設けられる第２の群とからなり、
前記第１の群に属する前記単位変換器のいずれか、および、前記第２の群に属する前記単位変換器のいずれかの全ての組み合わせに係る各々の間は、前記直流側の正電位端子同士を結ぶ正電位側母線、および、前記直流側の負電位端子同士を結ぶ負電位側母線をそれぞれ介して電気的に接続され、
前記正電位側母線および前記負電位側母線の配線に係るインダクタンス成分のいずれもが略等しくなるように前記両母線の態様をそれぞれ設定した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記単位変換器は、単相または三相の２レベルコンバータである、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力変換装置であって、
前記単位変換器は、直列に複数設けられ、
前記第１の群に属する前記単位変換器の直列の段数と、前記第２の群に属する前記単位変換器の直列の段数とを同じに設定した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置であって、
第１の列盤に前記第１の群に属する前記単位変換器を、第２の列盤に前記第２の群に属する前記単位変換器をそれぞれ設け、
前記第１の列盤に第１の接続点を、前記第２の列盤に第２の接続点をそれぞれ設け、
前記第１の接続点に、前記第１の群に属する前記単位変換器の前記直流側のうち正電位端子同士を接続する一方、前記第２の接続点に、前記第２の群に属する前記単位変換器の前記直流側のうち負電位端子同士を接続した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
三相交流電力を直流電力に変換すると共に直流電力を三相交流電力に変換する三相単位変換器を備えた電力変換装置であって、
前記三相単位変換器は、スイッチング回路の直流側のうち正電位端子と中性点電位端子の間、並びに、前記直流側のうち前記中性点電位端子と負電位端子の間のそれぞれに平滑コンデンサを設けてなり、
前記三相単位変換器は、それぞれ２Ｎ（Ｎは１以上の自然数）だけ並列に設けられる第３の群と、前記２Ｎと同じ数だけ並列に設けられる第４の群とからなり、
前記第３の群に属する前記三相単位変換器のいずれか、および、前記第４の群に属する前記三相単位変換器のいずれかの全ての組み合わせに係る各々の間は、前記直流側の正電位端子同士を結ぶ正電位側母線、前記直流側の中性点電位端子同士を結ぶ中性点電位側母線、および、前記直流側の負電位端子同士を結ぶ負電位側母線をそれぞれ介して電気的に接続され、
前記正電位側母線、前記中性点電位側母線、および前記負電位側母線の配線に係るインダクタンス成分のいずれもが略等しくなるように前記両母線の態様をそれぞれ設定した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置であって、
前記三相単位変換器は、直列に複数設けられ、
前記第３の群に属する前記三相単位変換器の直列の段数と、前記第４の群に属する前記三相単位変換器の直列の段数とを同じに設定した、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の電力変換装置であって、
第３の列盤に前記第３の群に属する複数の三相単位変換器を、第４の列盤に前記第４の群に属する複数の三相単位変換器をそれぞれ設け、
前記第３の列盤に第３および第４の接続点を、前記第２の列盤に第５および第６の接続点をそれぞれ設け、
前記第３の接続点に、前記第３の群に属する複数の三相単位変換器の前記直流側のうち正電位端子同士を接続すると共に、前記第４の接続点に、前記第４群に属する前記直流側のうち中性点電位端子同士を接続する一方、
前記第５の接続点に、前記複数の三相単位変換器の前記直流側のうち負電位端子同士を接続すると共に、前記第６の接続点に、前記直流側のうち中性点電位端子同士を接続した、
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、交流電力を直流電力に、または、直流電力を交流電力に変換する単位変換器を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電力を直流電力に、または、直流電力を交流電力に変換する単位変換器を備えたインバータ装置（以下、電力変換装置と呼ぶ。）では、大容量化の要請がある。
【０００３】
かかる要請に応えるために、本願出願人は、ＰＷＭ制御方式に従うスイッチング動作によって電力量の調整を行う複数の単位変換器の間を、直流母線を介して結線してなる電力変換装置を提案している（例えば特許文献１参照）。特許文献１に係る電力変換装置では、複数の単位変換器の直流部のそれぞれに平滑コンデンサを有する。
【０００４】
特許文献１に係る電力変換装置では、単位変換器のスイッチング動作に伴って、複数の単位変換器の間を結ぶ直流母線に脈動電流を生じる。特に、直流部に平滑コンデンサを有する単位変換器では、平滑コンデンサの静電容量および直流母線の配線インダクタンスの相互作用によって共振の周波数と脈動電流の周波数とが一致した場合に共振電流が流れる。そこで、特許文献１に係る電力変換装置では、複数の単位変換器の間を結ぶ直流母線（配線）に共振抑制用のリアクトルを設ける技術を提案している。
【０００５】
特許文献１に係る技術によれば、平滑コンデンサと配線に係るインダクタンス成分との相互作用により生じる共振現象を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０７０２６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に係る電力変換装置では、複数の単位変換器の間を結ぶ配線毎に、別部品である共振抑制用リアクトルを設けているため、部品点数、製造工数および製造原価の増加を招くといった新たな課題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、部品点数、製造工数、および製造原価の増加を抑制しながら、平滑コンデンサと配線に係るインダクタンス成分との相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る電力変換装置は、交流電力を直流電力に、または、直流電力を交流電力に変換する単位変換器を備えた電力変換装置が前提となる。前記単位変換器は、スイッチング回路の直流側の正電位端子および負電位端子間に平滑コンデンサを設けてなる。前記単位変換器は、それぞれ２Ｎ（Ｎは１以上の自然数）だけ並列に設けられる第１の群と、前記２Ｎと同じ数だけ並列に設けられる第２の群とからなる。
【００１０】
前記第１の群に属する前記単位変換器のいずれか、および、前記第２の群に属する前記単位変換器のいずれかの全ての組み合わせに係る各々の間は、前記直流側の正電位端子同士を結ぶ正電位側母線、および、前記直流側の負電位端子同士を結ぶ負電位側母線をそれぞれ介して電気的に接続される。そして、前記正電位側母線および前記負電位側母線の配線に係るインダクタンス成分のいずれもが略等しくなるように前記両母線の態様をそれぞれ設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、部品点数、製造工数、および製造原価の増加を抑制しながら、平滑コンデンサと配線に係るインダクタンス成分との相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の回路図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の構成要素である第１の単位変換器Ｕ１１ａの回路図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の共振電流の経路を表す説明図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の共振電流の経路を表す説明図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１の回路図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１の構成要素である第２の単位変換器Ｕ２１ａの回路図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１の共振電流の経路を表す説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電力変換装置３１の回路図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置３１の共振電流の経路を表す説明図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置３１の共振電流の経路を表す説明図である。
【図９Ａ】本発明の第４実施形態に係る電力変換装置４１の回路図である。
【図９Ｂ】本発明の第４実施形態に係る電力変換装置４１の構成要素である第４の単位変換器Ｕ４１ａの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の回路構成図である。図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１１の構成要素である第１の単位変換器Ｕ１１ａの回路図である。
【００１４】
〔第１実施形態に係る電力変換装置１１の構成〕
第１実施形態に係る電力変換装置１１は、図１Ａに示すように、４台の第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄを組み合わせて構成されている。なお、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄは、その回路構成が共通である。そこで、ひとつの第１の単位変換器Ｕ１１ａを代表的に説明することにより、４台全体の第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄの説明に代えることとする。
【００１５】
第１の単位変換器Ｕ１１ａは、図１Ｂに示すように、三相交流電力を２レベル直流電力に変換する三相２レベル変換器である第１のスイッチング回路Ｉ１１ａと、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａの正負の出力端子Ｏ１１Ｐａ，Ｏ１１Ｎａ間に接続された第１の平滑コンデンサＣ１１ａとを備える。第１のスイッチング回路Ｉ１１ａは、６つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６をフルブリッジ接続して構成されている。
【００１６】
スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６のそれぞれは、不図示の制御部に接続されており、同制御部から送られてきたＰＷＭ制御信号に従って、それぞれのタイミングでスイッチング動作を行う。これにより、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａは、三相交流電力をＰＷＭ制御信号に従う大きさの直流電力に変換して出力する。
【００１７】
第１の平滑コンデンサＣ１１ａは、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａの出力信号を平滑化する機能を有する。第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄのそれぞれに設けられる第１の平滑コンデンサＣ１１ａ〜Ｃ１１ｄ（図２および図３参照）は、それぞれ等しい容量に設定されている。
【００１８】
第１の単位変換器Ｕ１１ａの交流側（第１のスイッチング回路Ｉ１１ａの交流側でもある。）は、多重変圧器１５に対して並列に接続されている。第１の単位変換器Ｕ１１ａの直流側には、正電位端子Ｐ１１ａおよび負電位端子Ｎ１１ａがそれぞれ設けられている。
【００１９】
第１のスイッチング回路Ｉ１１ａの正電位側出力端子Ｏ１１Ｐａと直流側正電位端子Ｐ１１ａとの間は、不図示の基板上に形成された配線パターン（電線でも可、以下同じ。）によって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ１１Ｐａ，Ｐ１１ａ間には、配線インダクタンスＬ１１Ｐａが生じている。同様に、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａの負電位側出力端子Ｏ１１Ｎａと直流側負電位端子Ｎ１１ａとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ１１Ｎａ，Ｎ１１ａ間には、配線インダクタンスＬ１１Ｎａが生じている。
【００２０】
ここで、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄはすべて等しい構造である。このため、各単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄ毎にそれぞれ生じる配線インダクタンスＬ１１Ｐａ〜Ｌ１１Ｐｄ，Ｌ１１Ｎａ〜Ｌ１１Ｎｄ（図２および図３参照）は、横並びで等しい値となる。
【００２１】
本発明に係る第１の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ａ，Ｕ１１ｂは、図１Ａに示すように、第１の列盤１３Ａに設けられている。第１の列盤１３Ａには、図１Ａに示すように、第１の接続点Ｐ１１が設けられている。第１の接続点Ｐ１１には、第１の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ａ，Ｕ１１ｂの直流側のうち正電位端子Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ同士が接続されている。
【００２２】
一方、本発明に係る第２の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ｃ，Ｕ１１ｄは、図１Ａに示すように、第２の列盤１３Ｂに設けられている。第２の列盤１３Ｂには、図１Ａに示すように、第２の接続点がＮ１１設けられている。第２の接続点Ｎ１１には、第２の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ｃ，Ｕ１１ｄの直流側のうち負電位端子Ｎ１１ｃ，Ｎ１１ｄ同士が接続されている。
【００２３】
第１の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ａ，Ｕ１１ｂの直流側のうち負電位端子Ｎ１１ａ，Ｎ１１ｂは、図１Ａに示すように、本発明に係る一対の負電位側母線ＮＭＬをそれぞれ介して、第２の接続点Ｎ１１に電気的に接続されている。一対の負電位側母線ＮＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎをそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎは、相互に等しい値に設定される。この設定の詳細については後述する。
【００２４】
一方、第２の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ｃ，Ｕ１１ｄの直流側のうち正電位端子Ｐ１１ｃ，Ｐ１１ｄは、図１Ａに示すように、本発明に係る一対の正電位側母線ＰＭＬをそれぞれ介して、第１の接続点Ｐ１１に電気的に接続されている。一対の正電位側母線ＰＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐをそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐは、相互に等しい値に設定される。この設定の詳細については次述する。
【００２５】
〔配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎの設定〕
負電位側母線ＮＭＬの配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎと、正電位側母線ＰＭＬの配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐとは、すべて等しい値に設定される。要するに、第１の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ａ，Ｕ１１ｂのいずれか、および、第２の群に属する第１の単位変換器Ｕ１１ｃ，Ｕ１１ｄのいずれかの全ての組み合わせに係る各々の間は、共通のインダクタンス値を有する正電位側母線ＰＭＬまたは負電位側母線ＮＭＬによって接続されている。
【００２６】
ここで、配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎがそれぞれ有するインダクタンス値を、どのようにして共通の値に設定するのかが問題となる。かかる問題を解決するために、本第１実施形態では、正電位側母線ＰＭＬおよび負電位側母線ＮＭＬの態様を変えることによって対応することとした。本発明でいう“母線”は、一般に電線ケーブルのことを意味する。また、“母線の態様”とは、具体的には、電線ケーブルの種別（太さや耐電圧グレードなど）、電線ケーブルの長さ、並びに電線ケーブルの配索方法（直線状、またはコイル状など）などを意味する。
【００２７】
本第１実施形態では、前述した正電位側母線ＰＭＬおよび負電位側母線ＮＭＬの態様を適宜変更することによって、配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎがそれぞれ有するインダクタンス値を、ほぼ共通の値に設定している。なお、ほぼ共通の値に設定するとは、同一の値に設定することを含むと共に、目標設定値に対する所定の偏差を許容する趣旨である。この所定の偏差は、目標とする共振電流の抑制効果を考慮して適宜設定すればよい。
【００２８】
〔第１実施形態に係る電力変換装置１１の動作〕
次に、第１実施形態に係る電力変換装置１１の動作について、図面を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る電力変換装置１１の各部位に流れる共振電流の経路を表す回路図である。図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）では、図１Ａおよび図１Ｂに示す電力変換装置１１から、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａ〜Ｉ１１ｄ、および多重変圧器１５を省略した回路図を描くと共に、同回路図のそれぞれに対して共振電流の経路のバリエーションをひとつずつ重ねて示している。
【００２９】
第１実施形態に係る電力変換装置１１において共振現象の起こりうる経路の数は、４Ｃ２＝６通りである。共振電流の経路は、４つある第１の平滑コンデンサＣ１１ａ〜Ｃ１１ｄのうちいずれか２つを通るように形成されるからである。共振電流の経路の種類としては２つある。一つめは、同一の列盤（１３Ａまたは１３Ｂ）内でおこる共振電流の経路Ｘ１（図２（ａ）参照），Ｘ２（図３（ｃ）参照）である。二つめは、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって流れる共振電流の経路Ｙ１（図２（ｂ）参照），Ｙ２（図２（ｃ）参照），Ｙ３（図３（ａ）参照），Ｙ４（図３（ｂ）参照）である。
【００３０】
仮に、配線インダクタンスＬ１１Ｐａ〜Ｌ１１Ｐｄ、および、Ｌ１１Ｎａ〜Ｌ１１Ｎｄのインダクタンス値をＬａ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎのインダクタンス値をＬｂ（Ｈ）とし、第１の平滑コンデンサＣ１１ａ〜Ｃ１１ｄのキャパシタンス値をＣａ（Ｆ）とする。この場合、共振電流の経路Ｘ１，Ｘ２、および、経路Ｙ１〜Ｙ４のいずれも、各経路上にＣａ２つ分のキャパシタンス値（Ｃａ／２）（Ｆ）と、Ｌａ４つ分およびＬｂ２つ分のインダクタンス値（４Ｌａ＋２Ｌｂ）（Ｈ）をもつ。また、共振電流の経路のインダクタンス値とキャパシタンス値は、いずれも略等しい。このため、第１実施形態に係る電力変換装置１１の共振周波数Ｆ（Ｈｚ）は、下記の式（１）により表すことができる。
【数１】
2012239312.tif 000003
【００３１】
前述した特許文献１でも言及されているように、共振電流の経路のインダクタンス値を変更することにより、共振周波数を調節する技術は良く知られている。この点、本第１実施形態では、共振電流の経路Ｘ１，Ｘ２、および、経路Ｙ１〜Ｙ４のいずれにも、正電位側母線ＰＭＬおよび負電位側母線ＮＭＬが存在する。そこで、これらの母線ＰＭＬ，ＮＭＬの態様（具体的には、例えば電線ケーブルの種別（太さや耐電圧グレード）、電線ケーブルの長さ、並びに電線ケーブルの配索方法（直線状、またはコイル状）など）を変更することにより、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）を狙った値に調節することができる。
【００３２】
第１実施形態に係る電力変換装置１１では、本来、共振電流の流通経路が６種類もある。このため、何らの対策も施さない場合、共振現象の生じる蓋然性は高い。ところが、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置１１では、上記式（１）により表した通り、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）はただひとつに集約されている。このため、共振現象の生じる蓋然性は低い。また、正電位側母線ＰＭＬまたは負電位側母線ＮＭＬの態様を変更することによって、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）の変更を簡易に行うことができる。このため、共振周波数を脈動電流の周波数に一致させない設計を容易に行うことができる。また、仮に共振現象が生じた場合であっても、母線ＰＭＬ，ＮＭＬの態様の変更によるインダクタンス値の調整を行うことによって、共振周波数を容易に変更することができる。これにより、共振現象の発生を速やかに回避することができる。
【００３３】
従って、第１実施形態に係る電力変換装置１１によれば、第１の平滑コンデンサＣ１１ａ〜Ｃ１１ｄと、配線に係るインダクタンス成分Ｌ１１Ｐａ〜Ｌ１１Ｐｄ，Ｌ１１Ｎａ〜Ｌ１１Ｎｄ，Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎとの相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制することができる。
【００３４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１について、図面を参照して説明する。
図４Ａは、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１の回路図である。図４Ｂは、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置２１の構成要素である第２の単位変換器Ｕ２１ａの回路図である。第１実施形態に係る電力変換装置１１と、第２実施形態に係る電力変換装置２１とは、一部の構成要素が共通している。このため、その機能が共通する部材間には共通の符号を付し、その重複した説明を省略して、両者の相違点に注目して説明を進める。
【００３５】
第１実施形態と第２実施形態との相違点は大きくふたつある。
一つめの相違点は次のとおりである。すなわち、第１実施形態に係る電力変換装置１１では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄはそれぞれ単独で動作するように設けられている。
【００３６】
これに対し、第２実施形態に係る電力変換装置２１では、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、８台の第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈは、一対を直列に接続した二段の組単位で動作するように設けられている。
【００３７】
二つめの相違点は次のとおりである。すなわち、第１実施形態に係る電力変換装置１１では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａは、三相２レベル変換器であり、６つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６をフルブリッジ接続して構成されている。
【００３８】
これに対し、第２実施形態に係る電力変換装置２１では、図４Ｂに示すように、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａは、単相交流電力を２レベル直流電力に変換する単相２レベル変換器であり、４つのスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をフルブリッジ接続して構成されている。
【００３９】
〔第２実施形態に係る電力変換装置２１の構成〕
上述した相違点を踏まえて、第２実施形態に係る電力変換装置２１の構成について説明する。第２実施形態に係る電力変換装置２１は、図４Ａに示すように、８台の第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈを組み合わせて構成されている。これら８台の第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈは、一対を直列に接続した二段の組（例えば、Ｕ２１ａとＵ２１ｂの組）単位で動作するように設けられている。なお、第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈは、その回路構成が共通である。そこで、以下では、ひとつの第２の単位変換器Ｕ２１ａを代表的に説明することにより、８台全体の第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈの説明に代えることとする。
【００４０】
第２の単位変換器Ｕ２１ａは、単相２レベル変換器である第２のスイッチング回路Ｉ２１ａと、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの正負の出力端子Ｏ２１Ｐａ，Ｏ２１Ｎａ間に接続された第２の平滑コンデンサＣ２１ａとを備える。第２のスイッチング回路Ｉ２１ａは、４つのスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をフルブリッジ接続して構成されている。
【００４１】
スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４のそれぞれは、不図示の制御部に接続されており、同制御部から送られてきたＰＷＭ制御信号に従って、それぞれのタイミングでスイッチング動作を行う。これにより、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａは、単相交流電力をＰＷＭ制御信号に従う大きさの直流電力に変換して出力する。
【００４２】
第２の平滑コンデンサＣ２１ａは、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの出力信号を平滑化する機能を有する。第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈのそれぞれに設けられる第２の平滑コンデンサＣ２１ａ〜Ｃ２１ｈ（図５（ａ）〜（ｃ）参照）は、それぞれ等しい容量に設定されている。
【００４３】
第２の単位変換器Ｕ２１ａの交流側（第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの交流側でもある。）は、多重変圧器１５に対して並列に接続されている。第２の単位変換器Ｕ２１ａの直流側には、正電位端子Ｐ２１ａＤおよび負電位端子Ｎ２１ａＤがそれぞれ設けられている。また、第２の単位変換器Ｕ２１ａの交流側には、正電位端子Ｐ２１ａＡおよび負電位端子Ｎ２１ａＡがそれぞれ設けられている。
【００４４】
第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの正電位側出力端子Ｏ２１Ｐａと直流側正電位端子Ｐ２１ａＤとの間は、不図示の基板上に形成された銅箔等からなる配線パターン（電線でも可、以下同じ。）によって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ２１Ｐａ，Ｐ２１ａＤ間には、配線インダクタンスＬ２１ＰａＤが生じている。同様に、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの負電位側出力端子Ｏ２１Ｎａと直流側負電位端子Ｎ２１ａＤとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ２１Ｎａ，Ｎ２１ａＤ間には、配線インダクタンスＬ２１ＮａＤが生じている。
【００４５】
また、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの正電位側出力端子Ｏ２１Ｐａと交流側正電位端子Ｐ２１ａＡとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ２１Ｐａ，Ｐ２１ａＡ間には、配線インダクタンスＬ２１ＰａＡが生じている。同様に、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａの負電位側出力端子Ｏ２１Ｎａと交流側負電位端子Ｎ２１ａＡとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ２１Ｎａ，Ｎ２１ａＡ間には、配線インダクタンスＬ２１ＮａＡが生じている。
【００４６】
ここで、第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈはすべて等しい構造である。このため、各単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈ毎の直流側にそれぞれ生じる配線インダクタンスＬ２１ＰａＤ〜Ｌ２１ＰｈＤ，Ｌ２１ＮａＤ〜Ｌ２１ＮｈＤは、横並びで等しい値となる。同様に、各単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈ毎の交流側にそれぞれ生じる配線インダクタンスＬ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡ，Ｌ２１ＮａＡ〜Ｌ２１ＮｈＡも、横並びで等しい値となる。
【００４７】
本発明に係る第１の群に属する第２の単位変換器Ｕ２１ａ，Ｕ２１ｂおよびＵ２１ｃ，Ｕ２１ｄは、図４Ａに示すように、第１の列盤２３Ａに設けられている。第１の列盤２３Ａには、図４Ａに示すように、第１の接続点Ｐ２１が設けられている。第１の接続点Ｐ２１には、第１の群に属して直流側に位置する第２の単位変換器Ｕ２１ｂ，Ｕ２１ｄの直流側のうち正電位端子Ｐ２１ｂＤ，Ｐ２１ｄＤ同士が接続されている。
【００４８】
一方、本発明に係る第２の群に属する第２の単位変換器Ｕ２１ｅ，Ｕ２１ｆおよびＵ２１ｇ，Ｕ２１ｈは、図４Ａに示すように、第２の列盤２３Ｂに設けられている。第２の列盤２３Ｂには、図４Ａに示すように、第２の接続点がＮ２１設けられている。第２の接続点Ｎ２１には、第２の群に属して直流側に位置する第２の単位変換器Ｕ２１ｅ，Ｕ２１ｇの直流側のうち負電位端子Ｎ２１ｅＤ，Ｎ２１ｇＤ同士が接続されている。
【００４９】
第１の群に属して直流側に位置する第２の単位変換器Ｕ２１ｂ，Ｕ２１ｄの直流側のうち負電位端子Ｎ２１ｂＤ，Ｎ２１ｄＤは、図４Ａに示すように、本発明に係る一対の負電位側母線ＮＭＬをそれぞれ介して、第２の接続点Ｎ２１に電気的に接続されている。一対の負電位側母線ＮＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎをそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎは、相互に等しい値に設定される。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００５０】
一方、第２の群に属して直流側に位置する第２の単位変換器Ｕ２１ｅ，Ｕ２１ｇの直流側のうち正電位端子Ｐ２１ｅＤ，Ｐ２１ｇＤは、図４Ａに示すように、本発明に係る一対の正電位側母線ＰＭＬをそれぞれ介して、第１の接続点Ｐ２１に電気的に接続されている。一対の正電位側母線ＰＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐをそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐは、相互に等しい値に設定される。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００５１】
〔第２実施形態に係る電力変換装置２１の動作〕
次に、第２実施形態に係る電力変換装置２１の動作について、図面を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態に係る電力変換装置２１の各部位に流れる共振電流の経路を表す回路図である。図５（ａ）〜（ｃ）では、図４Ａおよび図４Ｂに示す電力変換装置２１から、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａ〜Ｉ２１ｈ、および多重変圧器１５を省略した回路図を描くと共に、同回路図に対して共振電流の経路のバリエーションのうち三つの代表例を重ねて示している。
【００５２】
第２実施形態に係る電力変換装置２１において、直流が流れる直流部の共振周波数に関係するのは、直流部の回路インピーダンスである。つまり、直流部の共振周波数は、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａ〜Ｉ２１ｈの構成とは無関係である。第２のスイッチング回路Ｉ２１ａ〜Ｉ２１ｈは、交流を取り扱う回路だからである。従って、直流部の共振周波数を検討するにあたっては、第２のスイッチング回路Ｉ２１ａ〜Ｉ２１ｈの構成を考慮対象から除く（考慮しない）ことができる。
【００５３】
第２実施形態に係る電力変換装置２１では、第１実施形態に係る電力変換装置１１と同様、第１および第２の列盤２３Ａ，２３Ｂの間を接続する直流母線（正電位側母線ＰＭＬおよび負電位側母線ＮＭＬ）の態様を変更することによって、配線（直流母線）に係るインダクタンス成分の値を適宜変更することができる。ここで、配線（直流母線）に係るインダクタンスＬ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐ，Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎの値を、第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈ内に存する配線インダクタンスＬ２１ＰａＤ〜Ｌ２１ＰｈＤ，Ｌ２１ＮａＤ〜Ｌ２１ＮｈＤ、および、Ｌ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡ，Ｌ２１ＮａＡ〜Ｌ２１ＮｈＡの値と比べて高い値に設定した場合について考える。この場合、配線（直流母線）をわたって生じる共振現象に対して、第２の平滑コンデンサＣ２１ａとＣ２１ｂ、Ｃ２１ｃとＣ２１ｄ、Ｃ２１ｅとＣ２１ｆ、Ｃ２１ｇとＣ２１ｈの組のように、配線（直流母線）をわたる（介する）ことなく結合されている第２の平滑コンデンサ間に存する配線インダクタンスＬ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡ，Ｌ２１ＮａＡ〜Ｌ２１ＮｈＡは無視できる。要するに、配線（直流母線）をわたる（介する）ことなく結合されている第２の平滑コンデンサＣ２１ａとＣ２１ｂ、Ｃ２１ｃとＣ２１ｄ、Ｃ２１ｅとＣ２１ｆ、Ｃ２１ｇとＣ２１ｈの組は、インダクタンスを介することなく相互に並列に接続されたコンデンサであるかのように動作する。
【００５４】
上記を考慮した場合の、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって共振電流が流れ得る経路の数は、４Ｃ２＝６通りである。共振電流の経路は、相互に並列接続された４組の第２の平滑コンデンサＣ２１ａとＣ２１ｂ、Ｃ２１ｃとＣ２１ｄ、Ｃ２１ｅとＣ２１ｆ、Ｃ２１ｇとＣ２１ｈのうちいずれか２組を通るように形成されるからである。
【００５５】
第２実施形態に係る電力変換装置２１では、実際の共振電流の経路の種類としては３つある。一つめは、同一の列盤（２３Ａまたは２３Ｂ）内でおこる共振電流の経路Ｘ３（例えば図５（ａ）参照）である。二つめは、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって流れる共振電流の経路Ｙ５（例えば図５（ｂ）参照）である。三つ目は、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたる（介する）ことなく相互に結合されている第２の平滑コンデンサＣ２１ａとＣ２１ｂ、Ｃ２１ｃとＣ２１ｄ、Ｃ２１ｅとＣ２１ｆ、Ｃ２１ｇとＣ２１ｈの組内でおこる共振電流の経路Ｚ１（例えば図５（ｃ）参照）である。
【００５６】
仮に、インダクタンスＬ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐ，Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎのインダクタンス値をＬｂ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ２１ＰａＤ〜Ｌ２１ＰｈＤのインダクタンス値をＬＰＤ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡのインダクタンス値をＬＰＡ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ２１ＮａＤ〜Ｌ２１ＮｈＤのインダクタンス値をＬＮＤ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ２１ＮａＡ〜Ｌ２１ＮｈＡのインダクタンス値をＬＮＡ（Ｈ）とし、第２の平滑コンデンサＣ２１ａ〜Ｃ２１ｈのキャパシタンス値をＣａ（Ｆ）とする。
【００５７】
この場合、共振電流の経路Ｚ１の共振周波数Ｆ（Ｚ１）（Ｈｚ）は、配線インダクタンスのみによって決定され、下記の式（２）により表すことができる。
【数２】
2012239312.tif 000004
【００５８】
第２実施形態に係る電力変換装置２１では、共振電流の経路Ｘ３およびＹ５のいずれもが、それぞれの経路上に並列接続された第２の平滑コンデンサの組２つ分のキャパシタンス値、配線インダクタンス値ＬＰＤ，ＬＰＡ，ＬＮＤ，ＬＮＡ、および、Ｌｂ２つ分のインダクタンス値をもつ。共振電流の経路Ｘ３およびＹ５は、それぞれに含まれるキャパシタンス値、およびインダクタンス値の点で等価である。共振電流の経路の数は６つある。この場合、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）は、下記の式（３）により表すことができる。
【数３】
2012239312.tif 000005
【００５９】
第２実施形態に係る電力変換装置２１では、本来、共振電流の流通経路が６種類もある。このため、何らの対策も施さない場合、共振現象の生じる蓋然性は高い。ところが、本発明を適用した第２実施形態に係る電力変換装置２１では、上記式（２），（３）により表した通り、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）はただひとつに集約されている。このため、共振現象の生じる蓋然性は低い。また、正電位側母線ＰＭＬまたは負電位側母線ＮＭＬの態様を変更することによって、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）の変更を簡易に行うことができる。このため、共振周波数を脈動電流の周波数に一致させない設計を容易に行うことができる。また、第１実施形態と同様に、仮に共振現象が生じた場合であっても、母線ＰＭＬ，ＮＭＬの態様の変更によるインダクタンス値の調整を行うことによって、共振周波数を容易に変更することができる。これにより、共振現象の発生を速やかに回避することができる。
【００６０】
従って、第２実施形態に係る電力変換装置２１によれば、第１実施形態に係る電力変換装置１１と同様に、第２の平滑コンデンサＣ２１ａ〜Ｃ２１ｈと、配線に係るインダクタンス成分Ｌ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐ，Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎ、Ｌ２１ＰａＤ〜Ｌ２１ＰｈＤ、Ｌ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡ、Ｌ２１ＮａＤ〜Ｌ２１ＮｈＤとの相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制することができる。
【００６１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置３１について、図面を参照して説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置３１の回路図である。第１実施形態に係る電力変換装置１１と、第３実施形態に係る電力変換装置３１とは、一部の構成要素が共通している。このため、その機能が共通する部材間には原則として共通の符号を付し、その重複した説明を省略して、両者の相違点に注目して説明を進める。
【００６２】
第１実施形態と第３実施形態との相違点は大きくふたつある。
一つめの相違点は、“単位変換器”の数である。すなわち、第１実施形態に係る電力変換装置１１では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄは全部で４つ設けられている。第２の単位変換器Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈは、その回路構成が共通である。
【００６３】
これに対し、第３実施形態に係る電力変換装置３１では、図６に示すように、第３の単位変換器Ｕ３１ａ〜Ｕ３１ｆは、全部で６つ設けられている。なお、第１の単位変換器Ｕ１１ａと、第３の単位変換器Ｕ３１ａとは、その構成および機能が同じである。また、第３の単位変換器Ｕ３１ａ〜Ｕ３１ｆは、その回路構成が共通である。ただし、第１および第３の単位変換器間で同一の符号を共有した場合、各自を説明する上で混同を生じ好ましくない。そこで、第３の単位変換器Ｕ３１ａ〜Ｕ３１ｆでは、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄで採用した符号付けの規則に則って、第１の単位変換器Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄとの間で識別可能な符号を付すこととする。
【００６４】
二つめの相違点は、“単位変換器”相互間の接続態様である。これについて以下に詳しく説明する。
【００６５】
〔第３実施形態に係る電力変換装置３１の“単位変換器”相互間の接続態様〕
【００６６】
本発明に係る第１の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ａ，Ｕ３１ｂおよびＵ３１ｃは、図６に示すように、第１の列盤３３Ａに設けられている。第１の列盤３３Ａには、図６に示すように、第１の接続点Ｐ３１が設けられている。第１の接続点Ｐ３１には、第１の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ａ，Ｕ３１ｂおよびＵ３１ｃの直流側のうち正電位端子Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂおよびＰ３１ｃ同士が、基板上に形成された配線パターン（電線でも可）を介して接続されている。
【００６７】
これにより、第３の単位変換器Ｕ３１ａの直流側のうち正電位端子Ｐ３１ａと、第１の接続点Ｐ３１との間には、配線インダクタンスＬ３１Ｐａｂが生じている。また、第１の接続点Ｐ３１と、第３の単位変換器Ｕ３１ｃの直流側のうち正電位端子Ｐ３１ｃとの間には、配線インダクタンスＬ３１Ｐｂｃが生じている。これらの配線インダクタンスＬ３１Ｐａｂ，Ｌ３１Ｐｂｃは、相互に等しい値に設定されている。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００６８】
一方、本発明に係る第２の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ｄ，Ｕ３１ｅおよびＵ３１ｆは、図６に示すように、第２の列盤３３Ｂに設けられている。第２の列盤３３Ｂには、図６に示すように、第２の接続点Ｎ３１が設けられている。第２の接続点Ｎ３１には、第２の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ｄ，Ｕ３１ｅおよびＵ３１ｆの直流側のうち負電位端子Ｎ３１ｄ，Ｎ３１ｅおよびＮ３１ｆ同士が、基板上に形成された配線パターン（電線でも可）を介して接続されている。
【００６９】
これにより、第３の単位変換器Ｕ３１ｄの直流側のうち負電位端子Ｐ３１ｄと、第２の接続点Ｎ３１との間には、配線インダクタンスＬ３１Ｎｄｅが生じている。また、第２の接続点Ｎ３１と、第３の単位変換器Ｕ３１ｆの直流側のうち負電位端子Ｎ３１ｆとの間には、配線インダクタンスＬ３１Ｎｅｆが生じている。これらの配線インダクタンスＬ３１Ｎｄｅ，Ｌ３１Ｎｅｆは、相互に等しい値に設定されている。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００７０】
第１の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ａ，Ｕ３１ｂおよびＵ３１ｃの直流側のうち負電位端子Ｎ３１ａ，Ｎ３１ｂおよびＮ３１ｃは、図６に示すように、本発明に係る三本の負電位側母線ＮＭＬをそれぞれ介して、第２の接続点Ｎ３１に電気的に接続されている。三本の負電位側母線ＮＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ３１Ｎ１，Ｌ３１Ｎ２，Ｌ３１Ｎ３をそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ３１Ｎ１，Ｌ３１Ｎ２，Ｌ３１Ｎ３（これらを総称して、“配線に係るインダクタンス成分の集合Ｌ３１Ｎ”と呼ぶ場合がある。）は、相互に等しい値に設定されている。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００７１】
一方、第２の群に属する第３の単位変換器Ｕ３１ｄ，Ｕ３１ｅおよびＵ３１ｆの直流側のうち正電位端子Ｐ３１ｄ，Ｐ３１ｅおよびＰ３１ｆは、図６に示すように、本発明に係る三本の正電位側母線ＰＭＬをそれぞれ介して、第１の接続点Ｐ３１に電気的に接続されている。三本の正電位側母線ＰＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ３１Ｐ１，Ｌ３１Ｐ２，Ｌ３１Ｐ３をそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ３１Ｐ１，Ｌ３１Ｐ２，Ｌ３１Ｐ３（これらを総称して、“配線に係るインダクタンス成分の集合Ｌ３１Ｐ”と呼ぶ場合がある。）は、相互に等しい値に設定されている。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【００７２】
〔第３実施形態に係る電力変換装置３１の動作〕
次に、第３実施形態に係る電力変換装置３１の動作について、図面を参照して説明する。図７（ａ），（ｂ）並びに図８（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態に係る電力変換装置３１の各部位に流れる共振電流の経路を表す回路図である。図７（ａ），（ｂ）並びに図８（ａ）〜（ｃ）では、図６に示す電力変換装置３１から、第３のスイッチング回路（不図示）、および多重変圧器１５を省略した回路図を描くと共に、同回路図に対して共振電流の経路のバリエーションのうち５つの代表例を重ねて示している。
【００７３】
第３実施形態に係る電力変換装置３１において共振現象の起こりうる経路の数は、６Ｃ２＝１５通りである。共振電流の経路は、６つある第３の平滑コンデンサＣ３１ａ〜Ｃ３１ｆのうちいずれか２つを通るように形成されるからである。
【００７４】
第３実施形態に係る電力変換装置３１において共振電流の経路の種類は５つある。一つめは、同一の列盤（３３Ａまたは３３Ｂ）内でおこる共振電流の経路Ｘ４（図７（ａ）参照）である。この経路Ｘ４のバリエーションとしては、第３の単位変換器Ｕ３１ａまたはＵ３１ｃのいずれか一方とＵ３１ｂの間を結ぶ２つの経路と、第３の単位変換器Ｕ３１ｄまたはＵ３１ｆのいずれか一方とＵ３１ｅの間を結ぶ２つの経路とがある。
【００７５】
三つめは、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって流れる共振電流の経路Ｙ６（図８（ａ）参照）である。この経路Ｙ６のバリエーションとしては、第３の単位変換器Ｕ３１ａまたはＵ３１ｃのいずれか一方とＵ３１ｅの間を結ぶ２つの経路と、第３の単位変換器Ｕ３１ｄまたはＵ３１ｆのいずれか一方とＵ３１ｂの間を結ぶ２つの経路とがある。
【００７６】
四つめも、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって流れる共振電流の経路Ｙ７（図８（ｂ）参照）である。この経路Ｙ７のバリエーションとしては、第３の単位変換器Ｕ３１ａまたはＵ３１ｃのいずれか一方と、第３の単位変換器Ｕ３１ｄまたはＵ３１ｆのいずれか一方との間をたすきがけ状に結ぶ４つの経路がある。
【００７７】
五つめも、配線（直流母線ＰＭＬ，ＮＭＬ）をわたって流れる共振電流の経路Ｙ８（図８（ｃ）参照）である。この経路Ｙ８のバリエーションとしては、第３の単位変換器Ｕ３１ｂと、第３の単位変換器Ｕ３１ｅとの間を結ぶ１つの経路がある。
【００７８】
仮に、配線インダクタンスＬ３１Ｐａ〜Ｌ３１Ｐｆ、および、Ｌ３１Ｎａ〜Ｌ３１Ｎｆのインダクタンス値をＬａ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ３１Ｐ１，Ｌ３１Ｐ２，Ｌ３１Ｐ３，Ｌ３１Ｎ１，Ｌ３１Ｎ２，Ｌ３１Ｎ３のインダクタンス値をＬｂ（Ｈ）とし、配線インダクタンスＬ３１Ｐａｂ，Ｌ３１Ｐｂｃ，Ｌ３１Ｎｄｅ，Ｌ３１Ｎｅｆのインダクタンス値をＬｃ（Ｈ）とし、第３の平滑コンデンサＣ３１ａ〜Ｃ３１ｆのキャパシタンス値をＣａ（Ｆ）とする。
【００７９】
共振電流の経路Ｘ４およびＹ６では、図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、それぞれの経路中にインダクタンス値Ｌａを４つ、Ｌｂを２つ、Ｌｃを１つと、キャパシタンス値Ｃａを２つ分だけ含む。従って、共振電流の経路Ｘ４およびＹ６における共振周波数Ｆ（Ｘ４，Ｙ６）（Ｈｚ）は、下記の式（４）により表すことができる。
【数４】
2012239312.tif 000006
【００８０】
また、共振電流の経路Ｘ５およびＹ７では、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、それぞれの経路中にインダクタンス値Ｌａを４つ、Ｌｂを２つ、Ｌｃを２つと、キャパシタンス値Ｃａを２つ分だけ含む。従って、共振電流の経路Ｘ５およびＹ７における共振周波数Ｆ（Ｘ５，Ｙ７）（Ｈｚ）は、下記の式（５）により表すことができる。
【数５】
2012239312.tif 000007
【００８１】
また、共振電流の経路Ｙ８では、図８（ｃ）に示すように、その経路中にインダクタンス値Ｌａを４つ、Ｌｂを２つと、キャパシタンス値Ｃａを２つ分だけ含む。従って、共振電流の経路Ｘ８における共振周波数Ｆ（Ｙ８）（Ｈｚ）は、下記の式（６）により表すことができる。
【数６】
2012239312.tif 000008
【００８２】
第３実施形態に係る電力変換装置３１では、本来、共振電流の流通経路が１５種類もある。このため、何らの対策も施さない場合、共振現象の生じる蓋然性はきわめて高い。ところが、本発明を適用した第３実施形態に係る電力変換装置３１では、上記式（４）〜（６）により表した通り、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）は３つに集約されている。このため、共振現象の生じる蓋然性を大きく低減することができた。また、第１および第２実施形態と同様に、正電位側母線ＰＭＬまたは負電位側母線ＮＭＬの態様を変更することによって、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）の変更を簡易に行うことができる。このため、共振周波数を脈動電流の周波数に一致させない設計を容易に行うことができる。また、仮に共振現象が生じた場合であっても、母線ＰＭＬ，ＮＭＬの態様の変更によるインダクタンス値の調整を行うことによって、共振周波数を容易に変更することができる。これにより、共振現象の発生を速やかに回避することができる。
【００８３】
従って、第３実施形態に係る電力変換装置１１によれば、第３の平滑コンデンサＣ３１ａ〜Ｃ３１ｆと、配線に係るインダクタンス成分（Ｌ３１Ｐａ〜Ｌ３１Ｐｆ、Ｌ３１Ｎａ〜Ｌ３１Ｎｆ、Ｌ３１Ｐ１，Ｌ３１Ｐ２，Ｌ３１Ｐ３，Ｌ３１Ｎ１，Ｌ３１Ｎ２，Ｌ３１Ｎ３、並びに、Ｌ３１Ｐａｂ，Ｌ３１Ｐｂｃ，Ｌ３１Ｎｄｅ，Ｌ３１Ｎｅｆ）との相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制することができる。
【００８４】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置４１について、図面を参照して説明する。
図９Ａは、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置４１の回路図である。図９Ｂは、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置４１の構成要素である第４の単位変換器Ｕ４１ａの回路図である。第１実施形態に係る電力変換装置１１と、第４実施形態に係る電力変換装置４１とは、一部の構成要素が共通している。このため、その機能が共通する部材間には原則として共通の符号を付し、その重複した説明を省略して、両者の相違点に注目して説明を進める。
【００８５】
第１実施形態と第３実施形態との相違点は大きく３つある。
一つめの相違点は、“単位変換器”の内部構成である。すなわち、第１実施形態に係る電力変換装置１１では、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１のスイッチング回路Ｉ１１ａは、三相２レベル変換器であり、６つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６をフルブリッジ接続して構成されている。
【００８６】
これに対し、第４実施形態に係る電力変換装置４１では、図９Ｂに示すように、第４のスイッチング回路Ｉ４１ａは、三相交流電力を３レベル直流電力に変換する三相３レベル変換器であり、一対のスイッチング素子を直列接続して組み合わせた素子群を６つ用意し、これら６つの素子群をフルブリッジ接続して構成されている。
【００８７】
二つめの相違点は、第４のスイッチング回路Ｉ４１ａとして三相３レベル変換器を採用したことに伴って、図９Ａに示すように、中性点に係る母線を追加した点である。
【００８８】
三つめの相違点は、中性点に係る母線の追加に伴って、図９Ａに示すように、中性点に係る母線に対して抵抗を追加した点である。
【００８９】
〔第４実施形態に係る電力変換装置４１の構成〕
第４のスイッチング回路Ｉ４１ａを構成する６つの素子群は、スイッチング素子Ｓ４１およびＳ４２、Ｓ４３およびＳ４４、Ｓ４５およびＳ４６、Ｓ４７およびＳ４８、Ｓ４９およびＳ５０、並びに、Ｓ５１およびＳ５２をそれぞれ組み合わせてなる。素子群Ｓ４１およびＳ４２と、素子群Ｓ４３およびＳ４４との間には、三相交流の第１端子が接続されている。素子群Ｓ４５およびＳ４６と、素子群Ｓ４７およびＳ４８との間には、三相交流の第２端子が接続されている。素子群Ｓ４９およびＳ５０と、素子群Ｓ５１およびＳ５２との間には、三相交流の第３端子が接続されている。
【００９０】
素子群Ｓ４１およびＳ４２の接続点と、素子群Ｓ４３およびＳ４４の接続点との間には、一対のダイオードＤ４１，Ｄ４２が直列接続されている。素子群Ｓ４５およびＳ４６の接続点と、素子群Ｓ４７およびＳ４８の接続点との間には、一対のダイオードＤ４３，Ｄ４４が直列接続されている。素子群Ｓ４９およびＳ５０の接続点と、素子群Ｓ５１およびＳ５２の接続点との間には、一対のダイオードＤ４５，Ｄ４６が直列接続されている。
【００９１】
ダイオードＤ４１のアノード端子は素子群Ｓ４１およびＳ４２の接続点に接続され、ダイオードＤ４２のカソード端子は素子群Ｓ４３およびＳ４４の接続点に接続されている。ダイオードＤ４３のアノード端子は素子群Ｓ４５およびＳ４６の接続点に接続され、ダイオードＤ４４のカソード端子は素子群Ｓ４７およびＳ４８の接続点に接続されている。ダイオードＤ４５のアノード端子は素子群Ｓ４９およびＳ５０の接続点に接続され、ダイオードＤ４６のカソード端子は素子群Ｓ５１およびＳ５２の接続点に接続されている。
【００９２】
第４の単位変換器Ｕ４１ａの交流側（第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの交流側でもある。）は、多重変圧器１５に対して並列に接続されている。第４の単位変換器Ｕ４１ａの直流側には、正電位端子Ｐ４１ａ、中性点端子Ｍ４１ａ、および負電位端子Ｎ４１ａがそれぞれ設けられている。
【００９３】
第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの正電位側出力端子Ｏ４１Ｐａと直流側の正電位端子Ｐ４１ａとの間は、基板上に形成された配線パターン（電線でも可、以下同じ。）によって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ４１Ｐａ，Ｐ４１ａ間には、配線インダクタンスＬ４１Ｐａが生じている。
【００９４】
同様に、第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの負電位側出力端子Ｏ４１Ｎａと直流側負電位端子Ｎ４１ａとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ４１Ｎａ，Ｎ４１ａ間には、配線インダクタンスＬ４１Ｎａが生じている。
【００９５】
同様に、第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの中性点出力端子Ｏ４１Ｍａと直流側中性点端子Ｍ４１ａとの間は、基板上に形成された配線パターンによって電気的に接続されている。これにより、両端子Ｏ４１Ｍａ，Ｍ４１ａ間には、配線インダクタンスＬ４１Ｍａが生じている。
【００９６】
第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの正電位側出力端子Ｏ４１Ｐａと中性点出力端子Ｏ４１Ｍａとの間には、第４の平滑コンデンサＣ４１ａが接続されている。また、第４のスイッチング回路Ｉ４１ａの中性点出力端子Ｏ４１Ｍａと負電位側出力端子Ｏ４１Ｎａとの間には、第５の平滑コンデンサＣ４３ａが接続されている。
【００９７】
ここで、第４の単位変換器Ｕ４１ａ〜Ｕ４１ｄはすべて等しい構造である。このため、各単位変換器Ｕ４１ａ〜Ｕ４１ｄ毎の直流側にそれぞれ生じる配線インダクタンスＬ４１Ｐａ，Ｌ４１Ｍａ，Ｌ４１Ｎａは、横並びで等しい値となる。
【００９８】
本発明に係る第３の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ａおよびＵ４１ｂは、図９Ａに示すように、第３の列盤４３Ａに設けられている。第３の列盤４３Ａには、図９Ａに示すように、第３および第４の接続点Ｐ４１，Ｍ４１がそれぞれ設けられている。第３の接続点Ｐ４１には、第３の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ａおよびＵ４１ｂの直流側のうち正電位端子Ｐ４１ａ，Ｐ４１ｂ同士が接続されている。
【００９９】
また、本発明に係る第４の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ｃおよびＵ４１ｄは、図９Ａに示すように、第４の列盤４３Ｂに設けられている。第４の列盤４３Ｂには、図９Ａに示すように、第５および第６の接続点Ｎ４１，Ｍ４１がそれぞれ設けられている。第５の接続点Ｎ４１には、第４の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ｃおよびＵ４１ｄの直流側のうち負電位端子Ｎ４１ｃ，Ｎ４１ｄ同士が接続されている。
【０１００】
第３の列盤４３Ａの第４の接続点Ｍ４１には、図９Ａに示すように、第３の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ａおよびＵ４１ｂの直流側のうち中性点端子Ｍ４１ａ，Ｍ４１ｂ同士が接続されている。中性点端子Ｍ４１ａと第４の接続点Ｍ４１Ａとの間には、共振抑制用の抵抗Ｒ４１Ｍａが設けられている。第４の接続点Ｍ４１Ａと中性点端子Ｍ４１ｂとの間にも、共振抑制用の抵抗Ｒ４１Ｍｂが設けられている。抵抗Ｒ４１Ｍａ，Ｒ４１Ｍｂは、相互に等しい値に設定される。
【０１０１】
第４の列盤４３Ｂの第６の接続点Ｍ４１Ｂには、図９Ａに示すように、第４の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ｃおよびＵ４１ｄの直流側のうち中性点端子Ｍ４１ｃ，Ｍ４１ｄ同士が接続されている。中性点端子Ｍ４１ｃと第６の接続点Ｍ４１Ｂとの間には、共振抑制用の抵抗Ｒ４１Ｍｃが設けられている。第６の接続点Ｍ４１Ｂと中性点端子Ｍ４１ｄとの間にも、共振抑制用の抵抗Ｒ４１Ｍｄが設けられている。抵抗Ｒ４１Ｍｃ，Ｒ４１Ｍｄは、相互に等しい値に設定される。また、抵抗Ｒ４１Ｍｃ，Ｒ４１Ｍｄは、抵抗Ｒ４１Ｍａ，Ｒ４１Ｍｂとも等しい値に設定される。
【０１０２】
第３の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ａ，Ｕ４１ｂの直流側のうち負電位端子Ｎ４１ａ，Ｎ４１ｂは、図９Ａに示すように、本発明に係る一対の負電位側母線ＮＭＬをそれぞれ介して、第５の接続点Ｎ４１に電気的に接続されている。一対の負電位側母線ＮＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｎ１，Ｌ４１Ｎ２をそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｎ１，Ｌ４１Ｎ２は、相互に等しい値に設定される。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【０１０３】
また、第４の群に属する第４の単位変換器Ｕ４１ｃ，Ｕ２１ｄの直流側のうち正電位端子Ｐ４１ｃ，Ｐ４１ｄは、図９Ａに示すように、本発明に係る一対の正電位側母線ＰＭＬをそれぞれ介して、第３の接続点Ｐ４１に電気的に接続されている。一対の正電位側母線ＰＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｐ１，Ｌ４１Ｐ２をそれぞれ有する。これらの配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｐ１，Ｌ４１Ｐ２は、相互に等しい値に設定される。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【０１０４】
また、第３の群に属する第４の接続点Ｍ４１Ａと、第４の群に属する第６の接続点Ｍ４１Ｂとは、図９Ａに示すように、本発明に係る一本の中性点電位側母線ＭＭＬを介して電気的に接続されている。中性点電位側母線ＭＭＬは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｍを有する。この配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｍは、配線に係るインダクタンス成分Ｌ４１Ｐ１，Ｌ４１Ｐ２，Ｌ４１Ｎ１，Ｌ４１Ｎ２と相互に等しい値に設定される。この設定形態については、前述した“母線の態様”と同じである。
【０１０５】
〔第４実施形態に係る電力変換装置４１の作用効果〕
第４実施形態に係る電力変換装置４１によれば、第４の単位変換器Ｕ４１ａ〜Ｕ４１ｄの直流側中性点端子Ｍ４１ａ〜Ｍ４１ｄは、共振抑制用の抵抗Ｒ４１Ｍａ〜Ｒ４１Ｍｄを介して相互に接続したため、中性点電位側母線ＭＭＬを通る共振電流の経路は無視することができる。そうすると、共振電流の経路は第１実施形態と同じになる。
【０１０６】
第４実施形態に係る電力変換装置４１によれば、第１〜第３実施形態に係る電力変換装置１１，２１，３１と同様に、共振電流の経路の数を減じることができる。また、正電位側母線ＰＭＬ、負電位側母線ＮＭＬ、および、中性点電位側母線ＭＭＬの態様（具体的には、例えば電線ケーブルの種別（太さや耐電圧グレード）、電線ケーブルの長さ、並びに電線ケーブルの配索方法（直線状、またはコイル状）など）を変更することにより、共振周波数Ｆ（Ｈｚ）を狙った値に調節することができる。このため、共振周波数を脈動電流の周波数に一致させない設計を容易に行うことができる。仮に、共振現象が生じた場合であっても、それぞれの母線ＰＭＬ，ＮＭＬ，ＭＭＬの態様の変更によるインダクタンス値の調整を行うことによって、共振周波数を容易に変更することができる。これにより、共振現象の発生を回避することができる。
【０１０７】
従って、第４実施形態に係る電力変換装置４１によれば、第４の平滑コンデンサと、配線に係るインダクタンス成分との相互作用によって生じる共振現象を可及的に抑制することができる。
【０１０８】
［その他の実施形態］
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【０１０９】
例えば、第１〜第４実施形態に係る電力変換装置１１，２１，３１，４１において、それぞれの単位変換器で用いるスイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などを適宜採用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１１    第１実施形態に係る電力変換装置
１３Ａ  第１の列盤
１３Ｂ  第２の列盤
１５    多重変圧器
２１    第２実施形態に係る電力変換装置
２３Ａ  第１の列盤
２３Ｂ  第２の列盤
３１    第３実施形態に係る電力変換装置
３３Ａ  第１の列盤
３３Ｂ  第２の列盤
４１    第４実施形態に係る電力変換装置
４３Ａ  第３の列盤
４３Ｂ  第４の列盤
Ｐ１１  第１実施形態の第１の接続点
Ｎ１１  第１実施形態の第２の接続点
Ｐ２１  第２実施形態の第１の接続点
Ｎ２１  第２実施形態の第２の接続点
Ｐ３１  第３実施形態の第１の接続点
Ｎ３１  第３実施形態の第２の接続点
Ｐ４１  第４実施形態の第３の接続点
Ｍ４１Ａ  第４実施形態の第４の接続点
Ｎ４１  第４実施形態の第５の接続点
Ｍ４１Ｂ  第４実施形態の第６の接続点
Ｐ１１ａ〜Ｐ１１ｄ  第１実施形態の直流側の正電位端子
Ｐ２１ａＤ〜Ｐ２１ｈＤ  第２実施形態の直流側の正電位端子
Ｐ３１ａ〜Ｐ３１ｆ  第３実施形態の直流側の正電位端子
Ｐ４１ａ〜Ｐ４１ｄ  第４実施形態の直流側の正電位端子
Ｎ１１ａ〜Ｎ１１ｄ  第１実施形態の直流側の負電位端子
Ｎ２１ａＤ〜Ｎ２１ｈＤ  第２実施形態の直流側の負電位端子
Ｎ３１ａ〜Ｎ３１ｆ  第３実施形態の直流側の負電位端子
Ｎ４１ａ〜Ｎ４１ｄ  第４実施形態の直流側の負電位端子
Ｍ４１ａ〜Ｍ４１ｄ  第４実施形態の直流側の中性点電位端子
Ｕ１１ａ〜Ｕ１１ｄ  第１の単位変換器
Ｕ２１ａ〜Ｕ２１ｈ  第２の単位変換器
Ｕ３１ａ〜Ｕ３１ｆ  第３の単位変換器
Ｕ４１ａ〜Ｕ４１ｄ  第４の単位変換器
Ｃ１１ａ〜Ｃ１１ｄ  第１の平滑コンデンサ
Ｃ２１ａ〜Ｃ２１ｈ  第２の平滑コンデンサ
Ｃ３１ａ〜Ｃ３１ｆ  第３の平滑コンデンサ
Ｌ１１Ｐａ〜Ｌ１１Ｐｄ，Ｌ１１Ｎａ〜Ｌ１１Ｎｄ，Ｌ１１Ｐ，Ｌ１３Ｐ，Ｌ１１Ｎ，Ｌ１３Ｎ  第１実施形態の配線に係るインダクタンス成分
Ｌ２１Ｐ，Ｌ２３Ｐ，Ｌ２１Ｎ，Ｌ２３Ｎ、Ｌ２１ＰａＤ〜Ｌ２１ＰｈＤ、Ｌ２１ＰａＡ〜Ｌ２１ＰｈＡ、Ｌ２１ＮａＤ〜Ｌ２１ＮｈＤ  第２実施形態の配線に係るインダクタンス成分
Ｌ３１Ｐａ〜Ｌ３１Ｐｆ、Ｌ３１Ｎａ〜Ｌ３１Ｎｆ、Ｌ３１Ｐ１，Ｌ３１Ｐ２，Ｌ３１Ｐ３，Ｌ３１Ｎ１，Ｌ３１Ｎ２，Ｌ３１Ｎ３、並びに、Ｌ３１Ｐａｂ，Ｌ３１Ｐｂｃ，Ｌ３１Ｎｄｅ，Ｌ３１Ｎｅｆ  第３実施形態の配線に係るインダクタンス成分
ＰＭＬ  正電位側母線
ＭＭＬ  中性点電位側母線
ＮＭＬ  負電位側母線
Ｒ４１Ｍａ〜Ｒ４１Ｍｄ  共振抑制用の抵抗
Ｘ１〜Ｘ５、Ｙ１〜８、Ｚ１  共振電流の経路
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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