(57)【要約】【課題】本発明は、従来の直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータに回生運転が可能な能動整流部を有する回生型単位電力セルを混合して、部分的な回生運転ができるようにする部分回生型高圧インバータを提供する。【解決手段】本発明によるインバータは、直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータの単位電力セルの入力端構造を変更して回生運転が可能にし、制動抵抗（ｄｙｎａｍｉｃ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を要しないため、ＤＣリンクキャパシタのサイズを従来の高圧インバータより減らすことができる。【選択図】図３
2013085453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列連結された３つのグループが、各々電動機に相電圧を伝達するように構成される複数の電力セル、
入力電源部と前記電力セルとの間に連結されて、三相の入力電源の高調波を低減する複数の入力フィルタ、及び
前記入力電源部と前記電力セルとの間に連結されて、前記電力セルへ入力される電圧をスイッチングする複数のスイッチング信号生成部を含むことを特徴とする、回生型高圧インバータ。
【請求項２】
前記入力電源部から入力される 入力電源を電気的に絶縁して前記複数の電力セルに各々提供する移相変圧器をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項３】
前記入力フィルタは、入力電源を受信する３つの入力端を備え、
前記入力端と各々連結されるインダクタ、及び
前記インダクタとデルタ結線を成して連結されるキャパシタを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項４】
前記入力フィルタは、
前記インダクタの各々に並列連結されて、入力電源の共振を除去する抵抗をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項５】
前記電力セルは、
前記入力フィルタの出力電圧を受信して、出力電圧を整流した直流電圧を出力する能動整流部、
前記直流電圧を保存するＤＣリンクキャパシタ、及び
前記保存された直流電圧から出力電圧を合成するインバータ部を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項６】
前記能動整流部は、
各相電圧に対して各々並列連結される複数のスイッチを含むことを特徴とする、請求項５に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項７】
前記スイッチング信号生成部は、
前記複数のスイッチを制御して、前記電力セルと前記入力電源部を瞬時的に連結することを特徴とする、請求項６に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項８】
前記スイッチは、
並列連結されるトランジスタとダイオードを含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の回生型高圧インバータ。
【請求項９】
前記スイッチング信号生成部は、
前記入力電源部から入力される入力電源から線間電圧を測定し、測定された線間電圧から電源角を抽出して、前記電力セルへ入力される電圧をスイッチングすることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回生型高圧インバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生型高圧インバータに関し、より詳細には直列型Ｈ−ブリッジ（Ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｈ−ｂｒｉｄｇｅ)方式の回生型高圧インバータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧インバータ（ｍｅｄｉｕｍ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）とは、線間電圧実効値が６００Ｖ以上の入力電源を有するインバータであり、ファン（ｆａｎ）、ポンプ（ｐｕｍｐ）、圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）等の応用分野において主に使われる。このような応用分野においては、可変速（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ）運転が頻繁に発生するが、急加速（ｆａｓｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）や急減速（ｆａｓｔ  ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）が必要な場合、回生運転（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が生じる。
【０００３】
図１は、従来の直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータの構造図であり、３段の単位電力セル（ｐｏｗｅｒ  ｃｅｌｌ）で構成されたものを示す。
【０００４】
従来の高圧インバータ１００は、入力電源部２００から電源を受信して電動機３００に三相(３ ｐｈａｓｅ)電源を供給する。入力電源部２００は、線間電圧実効値が６００Ｖ以上の三相電圧を高圧インバータ１００に提供する。電動機３００は、高圧の三相電動機であり、誘導電動機（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｍａｃｈｉｎｅ）または同期電動機（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｍａｃｈｉｎｅ）であってもよい。
【０００５】
移相変圧器１１０は、入力電源部２００と高圧インバータ１００との間の電気的絶縁（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を提供し、入力端の高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）を低減し、各単位電力セル１２０に適切な入力三相電源を提供する。
【０００６】
単位電力セル１２０は、移相変圧器１１０から電源の供給を受けて、電動機３００に相電圧（ｐｈａｓｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）を出力するが、各単位電力セル１２０はグループからなる。図１の場合、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、出力電圧が直列連結されて電動機３００のａ相電圧を合成（ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ）し、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、電動機３００のｂ相電圧を、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、電動機３００のｃ相電圧を合成する。合成されたｂ相電圧とａ相電圧は、１２０°の位相差を有し、ｃ相とｂ相の電圧も１２０°の位相差を有する。
【０００７】
図２は、図１の単位電力セルの構成図である。
【０００８】
図面に示したように、単位電力セル１２０は、三相ダイオード整流部１２１、ＤＣリンクキャパシタ１２２及びインバータ１２３で構成される。
【０００９】
三相ダイオード整流部１２１は、移相変圧器１１０の出力電圧を入力として、３相電圧を整流した直流（ＤＣ）を出力する。
【００１０】
ＤＣリンクキャパシタ１２２は、三相ダイオード整流部１２１の入力電源を保存する。
【００１１】
インバータ１２３は、単相フルブリッジインバータ（ｓｉｎｇｌｅ  ｐｈａｓｅ  ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）であり、ＤＣリンクキャパシタ１２２から受信した電圧で、スイッチング素子（１２３ａ〜１２３ｄ）のスイッチングを介して出力電圧を合成する。
【００１２】
図１及び図２のシステムについて説明すると以下の通りである。
【００１３】
位相置換変圧器１１０は、単位電力セル１２０の要求に合わせて高圧の入力電源の位相と大きさを変換する。位相置換変圧器１１０の出力電圧は、各々単位電力セル１２０の入力電源となり、図２の三相ダイオード整流部１２１を介して直流に変換される。ＤＣリンクキャパシタ１２２は、三相ダイオード整流部１２１の出力電圧を一定に維持させる。
【００１４】
単相フルブリッジインバータ１２３は、ＤＣリンクキャパシタ１２２の電圧から交流（ＡＣ）の出力電圧を合成する。仮にＤＣリンクキャパシタ１２２の電圧が「Ｅ」と定義される場合、インバータ１２３の出力電圧はスイッチング状態に応じて「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」の３段階となる。
【００１５】
例えば、１２３ａ及び１２３ｄが導通する場合、出力電圧が「Ｅ」となり、１２３ｂと１２３ｃが導通する場合、出力電圧が「−Ｅ」となり、１２３ａと１２３ｃまたは１２３ｂと１２３ｄが導通する場合、出力電圧は「０」が合成される。
【００１６】
図１の単位電力セル構造において、Ａ１、Ａ２、Ａ３とＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、出力電圧が全部直列連結されているため、直列連結された出力相電圧は「３Ｅ」、「２Ｅ」、「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」、「−２Ｅ」、「−３Ｅ」の７段階で合成される。このように合成された出力相電圧から電動機３００の出力線間電圧は「６Ｅ」、「５Ｅ」、「４Ｅ」、「３Ｅ」、「２Ｅ」、「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」、「−２Ｅ」、「−３Ｅ」、「−４Ｅ」、「−５Ｅ」、「−６Ｅ」の１３段階で合成される。
【００１７】
これを一般的に表示すると以下の通りである。
【００１８】
【数１】
2013085453.tif 000003
【００１９】
【数２】
2013085453.tif 000004
【００２０】
ここで、ｍは出力相電圧のレベル数であり、Ｈは電動機３００の一つの相当り設置された単位電力セル１２０の数であり、ｐは出力線間電圧のレベル数である。
【００２１】
一方、各単位電力セル１２０の出力は、単相フルブリッジインバータの出力であるため、ＤＣリンクの電源は、電圧脈動（ｒｉｐｐｌｅ）を有している。まず、各セルの出力電圧と出力電流を次のように定義する。
【００２２】
【数３】
2013085453.tif 000005
【００２３】
【数４】
2013085453.tif 000006
【００２４】
この時、φは負荷角であり、ωは運転周波数であり、ｔは時間、Ｖ0とＩ0は出力電圧と出力電流の実効値（ｒｍｓ ｖａｌｕｅ）である。式（３）と式（４）から、単位電力セル１２０の出力電力は以下のように求められる。
【００２５】
【数５】
2013085453.tif 000007
【００２６】
前記式（５）から確認できるように、単位電力セル１２０の出力電力は、直流成分のＶ0Ｉ0ｃｏｓφと交流成分のＶ0Ｉ0ｃｏｓ（２ωｔ−φ）に分かれており、交流成分は運転周波数の２倍に該当する脈動を有していることがわかる。これから、ＤＣリンクに流れる電流は、下記のように求められる。
【００２７】
【数６】
2013085453.tif 000008
【００２８】
式（５）と式（６）から、ＤＣリンクには運転周波数の２倍に該当する脈動が発生していることが分かる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
前記のような従来の直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータでは、単位電力セルの入力端がダイオード整流部で構成されているため、回生運転が不可能で電動機の急加速または急減速が難しくなる問題がある。
【００３０】
従って、電動機の減速運転時、減速運転時間が長くなる短所があり、すべての単位電力セルのＤＣリンクキャパシタのキャパシタンスが大きくなるべきであり、全体システムの体積が増加する問題がある。
【００３１】
本発明の目的は、従来の直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータに回生運転が可能な能動整流部を有する回生型単位電力セルを混合して、部分的な回生運転を可能にする部分回生型高圧インバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
前記のような技術的課題を解決するため、本発明の回生型高圧インバータは、直列連結された３つのグループが各々電動機に相電圧を伝達するように構成される複数の電力セル、入力電源部と前記電力セルとの間に連結されて、三相の入力電源の高調波を低減する複数の入力フィルタ、及び前記入力電源部と前記電力セルとの間に連結されて、前記電力セルへ入力される電圧をスイッチングする複数のスイッチング信号生成部を含む。
【００３３】
本発明の一実施形態において、前記入力電源部から入力される入力電源を電気的に絶縁して前記複数の電力セルに各々提供する移相変圧器をさらに含むことが好ましい。
【００３４】
本発明の一実施形態において、前記入力フィルタは、入力電源を受信する３つの入力端を備え、前記入力端と各々連結されるインダクタ、及び前記インダクタとデルタ結線を成して連結されるキャパシタを含むことが好ましい。
【００３５】
本発明の一実施形態において、前記入力フィルタは、前記インダクタの各々に並列連結されて、入力電源の共振を除去する抵抗をさらに含むことが好ましい。
【００３６】
本発明の一実施形態において、前記電力セルは、前記入力フィルタの出力電圧を受信して、出力電圧を整流した直流電圧を出力する能動整流部、前記 直流電圧を保存するＤＣリンクキャパシタ、及び前記保存された直流電圧から出力電圧を合成するインバータ部を含むことが好ましい。
【００３７】
本発明の一実施形態において、前記能動整流部は、各相電圧に対して各々並列連結される複数のスイッチを含むことが好ましい。
【００３８】
本発明の一実施形態において、前記スイッチング信号生成部は、前記複数のスイッチを制御して、前記電力セルと前記入力電源部を瞬時的に連結することが好ましい。
【００３９】
本発明の一実施形態において、前記スイッチは、並列連結されるトランジスタとダイオードを含むことが好ましい。
【００４０】
本発明の一実施形態において、前記スイッチング信号生成部は、前記入力電源部から入力される入力電源から線間電圧を測定して、測定された線間電圧から電源角を抽出して、前記電力セルへ入力される電圧をスイッチングすることが好ましい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明は、直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータの単位電力セルの入力端構造を変更して回生運転を可能にし、制動抵抗（ｄｙｎａｍｉｃ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を要しないため、ＤＣリンクキャパシタのサイズを従来の高圧インバータより減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の直列型Ｈ−ブリッジ高圧インバータの構造図である。
【図２】図１の単位電力セルの構成図である。
【図３】本発明に係る回生型高圧インバータの一実施形態の構成図である。
【図４】図３の入力フィルタの一実施形態の詳細構造図である。
【図５】図３の入力フィルタの他の実施形態の詳細構造図である。
【図６】図３の電力セルの一実施形態の詳細構成図である。
【図７】図３において一つの電力セルに連結される入力フィルタとスイッチング信号生成部を示した図である。
【図８】図３のスイッチング信号生成部が生成するスイッチング信号とこれによる能動整流部のスイッチングを説明するための一例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な実施形態を有し、特定実施形態を図面に例示して詳細に説明する。
【００４４】
しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物または代替物を含むものと理解しなければならない。
【００４５】
第１、第２等の序数を含む用語は、多様な構成要素を説明するために使われるが、前記構成要素は前記用語によって限定されない。
【００４６】
前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第２構成要素は第１構成要素に命名でき、同様に第１構成要素も第２構成要素に命名できる。
【００４７】
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、または「接続されて」いると記述する時には、その他の構成要素に直接的に連結されていたり、または接続されていてもよいが、その中間に他の構成要素が存在してもよいことを理解しなければならない。一方、ある構成要素が、他の構成要素に「直接連結されて」いる、または「直接接続されて」いると記述する時には、その中間に他の構成要素が存在しないことを理解しなければならない。
【００４８】
本願で使われた用語は、単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定する意図はない。単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り、複数の表現を含む。
【００４９】
本願において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたもの等の存在または付加可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
【００５０】
さらに、本願に添付された図面は、説明の便宜のために、拡大または縮小して示されたものと理解しなければならない。
【００５１】
本発明について添付図を参照して詳細に説明し、図面の符号に関係なく同一または対応する構成要素は、同一参照符号を付け、これに関する重複説明は省略する。
【００５２】
図３は、本発明に係る回生型高圧インバータの一実施形態の構成図であり、直列型Ｈ−ブリッジ方式の高圧インバータを例として説明する図面である。また、本発明のインバータにおいては、３段の単位電力セル（ｐｏｗｅｒ  ｃｅｌｌ）で構成された場合を例として示したが、これに限定されるのではなく、必要に応じて単位電力セルの数の変更が可能であることは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者には自明である。
【００５３】
本発明の高圧インバータ１０は、入力電源部２０から線間電圧実効値が６００Ｖ以上の電圧の入力を受けて電動機３０に三相電源を供給するためのものであり、電動機３０は、好ましくは誘導電動機または、同期電動機である。但し、これに限定されない。
【００５４】
図面に示したように、本発明の高圧インバータ１０は、移相変圧器１１、複数の入力フィルタ１２、複数のスイッチング信号生成部１３及び複数の電力セル１４を含む。図３の一例では、３段の単位電力セルを構成した場合であり、三相電圧を電動機３０に提供する電力セル１４は総９個が使われ、入力フィルタ１２とスイッチング信号生成部１３は、各々の電力セル１４に連結されるもので、本発明の高圧インバータの説明では各々９個で構成される。但し、これは電力セル１４の数に応じて変わることは自明である。
【００５５】
また、便宜のために、スイッチング信号生成部１３は、Ａ１に信号を伝達する一つだけ示したが、これに限るのではなく、各々の電力セルに対して１：１で備えられるものである。
【００５６】
移相変圧器（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）１１は、入力電源部２０と高圧インバータ１０との間の電気的絶縁を提供し、入力電源の高調波を低減し、各電力セル１４に三相電源を提供する。
【００５７】
入力フィルタ１２は、入力電源の高調波を低減する。図４及び図５は、各々図３の入力フィルタの一実施形態の詳細構造図である。
【００５８】
図４を参照すると、入力フィルタ１２は、移相変圧器１１の２次側三相出力と各々直列連結される(これのために、入力フィルタ１２は３つの入力端を有する)インダクタ４１ａ〜４１ｃと、インダクタ４１ａ〜４１ｃとデルタ結線を成して連結されるキャパシタ４２ａ〜４２ｃを含む。
【００５９】
また、図５は、入力フィルタの他の実施形態であり、図５を参照すると、入力フィルタ１２は、移相変圧器１１の２次側三相出力と各々直列連結される(これのために、入力フィルタ１２は３つの入力端を有する)インダクタ５１ａ〜５１ｃと、インダクタ５１ａ〜５１ｃとデルタ結線を成して連結されるキャパシタ５２ａ〜５２ｃ、及びインダクタ５１ａ〜５１ｃに並列に各々連結されるダンピング抵抗５３ａ〜５３ｃを含む。
【００６０】
ダンピング抵抗５３ａ〜５３ｃは、入力電圧に共振現象が生じる場合、これを除去する。
【００６１】
単位電力セル１４は、電動機３０の相電圧を出力するが、各単位電力セル１４は、直列連結された３つのグループからなる。図３の例において、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、出力電圧が直列連結されて電動機３０のａ相電圧を合成し、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、出力電圧が直列連結されて電動機３０のｂ相電圧を合成し、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、出力電圧が直列連結されて電動機３０のｃ相電圧を合成する。合成されたｂ相電圧とａ相電圧は、１２０°の位相差を有し、ｃ相とｂ相電圧も１２０°の位相差を有する。
【００６２】
図６は、図３の電力セルの一実施形態の詳細構成図であり、複数の電力セル１４は、全部同じ構造で構成される。
【００６３】
図面に示したように、本発明の電力セル１４は、能動整流部６１、ＤＣリンクキャパシタ６２及びインバータ部６３を含む。
【００６４】
能動整流部６１の入力は、図３の入力フィルタ１２の出力電圧であり、それに対して、三相電圧を整流した直流を出力する。能動整流部６１は、図面のように、６つのトランジスタスイッチ(「スイッチ」という)６１ａ〜６１ｆで構成され、この時、トランジスタは、好ましくは絶縁ゲート両極性トランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）である。
【００６５】
ＤＣリンクキャパシタ６２は、能動整流部６１の入力電源を保存する。
【００６６】
インバータ部６３は、好ましくは単相フルブリッジインバータであり、図示しなかった制御部の制御によって、ＤＣリンクの電圧から出力電圧を合成する。インバータ部６３は、４つのスイッチ６３ａ〜６３ｄで構成され、各々のスイッチは、トランジスタとダイオードを並列連結したものである。
【００６７】
以下に、図３の回路について、図１の回路との違いを重点的に詳細に説明する。
【００６８】
まず、図４または図５のように構成される図３の入力フィルタ１２は、移相変圧器１１の出力を受信するが、入力フィルタ１２のインダクタ（４１ａ〜４１ｃまたは５１ａ〜５１ｃ）のインダクタンスは、移相変圧器１１の漏洩インダクタンスより十分大きい値である。
【００６９】
【数７】
2013085453.tif 000009
【００７０】
この時、Ｌfilterは、入力フィルタ１２のインダクタ４１ａ〜４１ｃまたは ５１ａ〜５１ｃのインダクタンスであり、Ｌleakage_2ndは、移相変圧器１１の漏洩インダクタンスを２次側に換算したものである。また、図４または図５のキャパシタ４２ａ〜４２ｃまたは５２ａ〜５２ｃのキャパシタンスは、下記式から求められる。
【００７１】
【数８】
2013085453.tif 000010
【００７２】
ここで、ωcは、入力フィルタ１２の遮断周波数であり、入力電源周波数の６倍より大きい値を有する。
【００７３】
【数９】
2013085453.tif 000011
【００７４】
ここで、ωsourceは入力電源周波数である。
【００７５】
一方、図５のダンピング抵抗５３ａ〜５３ｃについて、最大減衰（ｍａｘｉｍｕｍ  ｄａｍｐｉｎｇ）を有する抵抗は下記の通りである。
【００７６】
【数１０】
2013085453.tif 000012
【００７７】
入力フィルタ１２で測定した入力線間電圧は、図６の能動整流部６１のスイッチングを決めるが、この時、電圧の測定位置は、移相変圧器１１と入力フィルタ１２との間である。
【００７８】
図７は、図３において一つの電力セルに連結される入力フィルタとスイッチング信号生成部を示した図面である。
【００７９】
スイッチング信号生成部１３は、能動整流部６１のスイッチング信号を生成する。つまり、スイッチング信号生成部１３は、入力フィルタ１２に入力される三相電圧から入力線間電圧を測定し、測定された線間電圧から入力電源角を抽出して、能動整流部６１に６つのスイッチ６１ａ〜６１ｆのトランジスタにゲーティング信号、つまり、スイッチング信号を伝達する。
【００８０】
図８は、入力線間電圧により図３のスイッチング信号生成部が生成するスイッチング信号を説明するための一つの例示図である。
【００８１】
図８において、「Ｖab」はａｂ線間電圧、「Ｖbc」はｂｃ線間電圧、「Ｖca」はｃａ線間電圧を示し、スイッチング信号生成部１３は、能動整流部６１の６１ａ〜６１ｆスイッチに対するオン／オフ信号を各スイッチ６１ａ〜６１ｆのトランジスタに伝達する。
【００８２】
図面に示したように、能動整流部６１のスイッチングは、入力電源の周波数と同じスイッチング周波数を有することが分かる。
【００８３】
つまり、入力電源角ωtが０からπ／３においては図６の６１ｄと６１ｅスイッチがオンとなり、π／３から２π／３において６１ａと６１ｄスイッチがオンとなり、２π／３からπにおいて６１ａと６１ｆスイッチがオンとなる。
【００８４】
また、πから４π／３においては６１ｃと６１ｆスイッチがオンとなり、４π／３から５π／３においては６１ｂと６１ｃスイッチがオンとなり、５π／３から２πにおいては６１ｂと６１ｅスイッチがオンとなる。
【００８５】
このようなスイッチングパターンは、入力電源角の変動により２π毎に周期的に繰り返す。これにより、能動整流部６１を含む電力セル１４は、両方向電力伝達が可能となる。
【００８６】
図８では入力線間電圧に対する能動整流部６１のスイッチングを図示したが、入力相電圧を測定しても同様な動作ができる。これを下記で説明する。
【００８７】
次は、入力線間電圧と入力相電圧の関係を示したものである。
【００８８】
【数１１】
2013085453.tif 000013
【００８９】
【数１２】
2013085453.tif 000014
【００９０】
【数１３】
2013085453.tif 000015
【００９１】
式（１１）〜式（１３）において、Ｅaは入力ａ相電圧、Ｅbは入力ｂ相電圧、Ｅcは入力ｃ相電圧を意味し、線間電圧から相電圧を求められるため、図８のスイッチングは相電圧に対しても適用できるといえる。
【００９２】
このようなスイッチング信号生成部１３のスイッチングによって、能動整流部６１は図２のダイオード整流部２１のダイオードが動作する時点と同一時点でスイッチ６１ａ〜６１ｆが動作するため、これによって移相変圧器１１と電力セル１４が電気的に瞬時的に連結されて、回生運転が可能となる。
【００９３】
図８のスイッチングを介して移相変圧器１１と電力セル１４が連結される場合、下記の関係を有する。
【００９４】
まず、電動機３０のａ相の出力電圧と電流を式（１４）と式（１５）で各々定義し、ｂ相及びｃ相に対しても出力電圧と電流を式（１６）〜式（１９）で定義することができる。
【００９５】
【数１４】
2013085453.tif 000016
【００９６】
【数１５】
2013085453.tif 000017
【００９７】
【数１６】
2013085453.tif 000018
【００９８】
【数１７】
2013085453.tif 000019
【００９９】
【数１８】
2013085453.tif 000020
【０１００】
【数１９】
2013085453.tif 000021
【０１０１】
この時、φは負荷角、ωは運転周波数、ｔは時間、Ｖ0及びＩ0は出力電圧と出力電流の実効値である。
【０１０２】
式（１４）と式（１５）から、電動機３０のａ相で発生した電力を式（２０）のように求められ、同様に、ｂ相とｃ相で発生した電力を式（２１）及び式（２２）のように求められる。
【０１０３】
【数２０】
2013085453.tif 000022
【０１０４】
【数２１】
2013085453.tif 000023
【０１０５】
【数２２】
2013085453.tif 000024
【０１０６】
従って、全体電力の大きさは、下記のように直流成分にだけ現れる。
【０１０７】
【数２３】
2013085453.tif 000025
【０１０８】
即ち、前記式（２３）のように、本発明の能動整流部６１によると、移相変圧器１１と電力セル１４が、瞬時的に連結されながら系統では一定電力が出力されるため、単位電力セル１４のＤＣリンクキャパシタのサイズを従来の高圧インバータに比べて減らすことができる。
【０１０９】
図１及び図２のような従来のダイオード整流部を有する単位電力セルは、式（２０）〜式（２２）のように、各々の単位電力セルで出力される電力が、運転周波数の２倍に該当する脈動を有する。このような脈動の影響を減らすためには、単位電力セルのＤＣリンクキャパシタが大きくならなければならないとの短所があった。
【０１１０】
しかし、本発明の能動整流部６１を含む電力セル１４は、入力端と出力端を瞬時的に連結するため、脈動電力が各々の単位電力セルのＤＣリンクキャパシタに集中せず、三相電力の合計は、式（２３）のように直流成分だけが存在するため、各電力セル１４のＤＣリンクキャパシタ６２のサイズを減らすことができる。
【０１１１】
以上から、代表的な実施形態をもって本発明について詳細に説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、前述した実施形態に対して本発明の範疇から逸脱しない限り、多様な変形が可能であることを理解しなければならない。従って、本発明の権利範囲は、説明された実施形態に限って定まってはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等物等によって定められるべきである。
【符号の説明】
【０１１２】
１０、１００    高圧インバータ
２０、２００    入力電源部
３０、３００    電動機
１１、１１０    移相変圧器
１２    入力フィルタ
１２０    単位電力セル
１２１    三相ダイオード整流部
１２２    ＤＣリンクキャパシタ
１２３    インバータ
１３    スイッチング信号生成部
１４    電力セル
６１    能動整流部
６２    ＤＣリンクキャパシタ
６３    インバータ部
【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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【図７】
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【図８】
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