(57)【要約】【課題】構成部材を少なくして構成を簡単にし、しかも、予備インバータが故障した場合に装置停止となる確率を低減することの可能な信頼性の高い多重電力変換装置を提供することを課題とする。【解決手段】３相多重インバータ回路を構成する単相単位インバータと同様な構成の予備の単相または３相単位インバータを設け、健全時には、前記予備単相または３相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路を３つの中性点側端子間を短絡して運転し、単相単位インバータのうちの１台が故障した際には、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡し、前記３相多重インバータ回路の故障した単相多重インバータ回路に前記予備単相または３相単位インバータを直列に接続し、この予備単相または３相インバータを故障した単相単位インバータの代わりにして３相多重インバータ回路を運転する。【選択図】図１
2017070064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子とし、各他端を３相出力端子とする３相多重インバータ回路を構成し、その３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを２台設け、この２台の予備単相単位インバータの交流出力端を直列接続して得られる３つの端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子にそれぞれ接続するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間のそれぞれに短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記２台の予備単相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間に設けた３つの短絡スイッチのうち，少なくとも２つの短絡スイッチを閉じて前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡し、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間に設けた前記短絡スイッチのうち、前記故障した単相単位インバータが属さない２つの相の前記単相多重インバータ回路の中性点側端子間に接続された短絡スイッチを閉じることにより、前記予備単相単位インバータの１台を故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路に直列接続して、この相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項２】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子ととして３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを２台設け、この２台の予備単相単位インバータの交流出力端を直列接続して得られる３つの端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子のそれぞれに接続するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子のうちのいずれか２つの端子間に短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記短絡スイッチをオンにして、前記２台の予備単相単位インバータのうちの１台を零電圧に制御して運転するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡し、前記短絡スイッチをオフにするとともに、故障した単相単位インバータが属さない２つの相の前記単相多重インバータ回路の中性点側端子間をこの端子間に接続された前記予備単相単位インバータの１台を零電圧に制御して運転し、他の１台を故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項３】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子として３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを１台設け、この予備単相単位インバータの交流出力端子の一方の端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子のうちの１つの端子に接続するとともに、前記予備単相単位インバータの交流出力端子の他方の端子を、それぞれ相選択スイッチを介して前記３相多重インバータ回路の中性点側端子の残りの２つの端子のそれぞれに接続し、さらに、前記相選択スイッチの接続されない前記３相多重インバータ回路の中性点側端子の１つの端子と前記相選択スイッチの接続された前記中性点側端子の２つの端子との間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記予備の単相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路の中性点側端子間に設けた前記２つの短絡スイッチを閉じてこの３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータの１台に故障が発生した際は、この故障した単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記予備単相単位インバータの出力端子に接続された前記２つの相選択スイッチと２つの短絡スイッチとを選択的にオン、オフにすることにより、前記予備単相単位インバータを前記故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路に直列接続して、この相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項４】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子として３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続するとともに、前記３つの中性点側端子の各端子間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記３つの中性点側端子間に設けた短絡スイッチのうち、少なくとも２つの短絡スイッチをオンにして前記予備３相インバータの運転を停止して前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、前記３つの中性点側端子間に設けた短絡スイッチのうち、故障した単相単位インバータが属さない２つの相の中性点側端子間に接続された１つの短絡スイッチだけをオンにして、前記予備３相単位インバータを、故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路内の1台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項５】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子として３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続するとともに、前記３つの中性点側端子の２対の端子間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記２つの端子間に接続された短絡スイッチをオンにして前記予備３相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記３相多重インバータ回路の中性点側の２対の端子間に接続された２つの短絡スイッチをオフにして、前記予備３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相から単相交流出力が発生され、かつ故障した単相単位インバータが属さない相から零電圧が発生されるように制御して運転し、この予備３相単位インバータを単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項６】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子として３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記予備３相単位インバータを、その３相の出力が零電圧になるように制御して運転するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータがのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記予備３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相から単相交流出力が発生され、かつ故障した単相単位インバータが属さない相から零電圧が発生されるように制御して運転し、この３相単位インバータを単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項７】
前記単相単位インバータまたは予備単相単位インバータ、予備３相単位インバータを多レベルインバータとしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の多重電力変換装置。
【請求項８】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを１台あるいは複数台備え、前記１台の単相単位インバータで単相インバータ回路を、または前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路を３個設け、さらに、第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続し３相交流を出力する３相単位インバータを設け、この３相単位インバータの３相交流出力端子にそれぞれ前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の一方の出力端子を接続し、前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の他方の出力端子に３相交流負荷を接続するとともに、前記各単相単位インバータの２つの交流出力端子間にそれぞれ短絡用のスイッチを設けた多重電力変換装置において、
前記３相単位インバータの３相交流出力端子間に３つのスイッチを設け、前記単相単位インバータに故障がない場合は、前記３つのスイッチをオフとし、前記３相単位インバータの出力相電圧に前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の電圧を加算した電圧を前記３相交流負荷に供給し、前記単相単位インバータの１台が故障した際は、故障した単相単位インバータの出力端子間に設けた短絡スイッチをオンにして短絡するとともに、前記３相単位インバータの３相出力端子間に設けた３つのスイッチのうち、前記故障した単相単位インバータの属さない２つの相間に設けたスイッチをオンにして短絡し、前記３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータの属する相の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとなるように、他の故障していない単相単位インバータとともに単相インバータとして運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項９】
第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを１台あるいは複数台備え、前記１台の単相単位インバータで単相インバータ回路を、または前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路を３個設け、さらに、第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続し３相交流を出力する３相単位インバータを設け、この３相単位インバータの３相交流出力端子にそれぞれ前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の一方の出力端子を接続し、前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の他方の出力端子に３相交流負荷を接続するとともに、前記各単相単位インバータの２つの交流出力端子間にそれぞれ短絡用のスイッチを設けた多重電力変換装置において、
前記３相単位インバータの３相交流出端子間に２つのスイッチを設け、前記単相単位インバータの１台が故障した際には、前記２つのスイッチはオフとして前記３相単位インバータを、故障した単相単位インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単相単位インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間の電圧を零電圧に制御して運転することを特徴とする多重電力変換装置。
【請求項１０】
前記単相単位インバータの１台が故障した際は、前記３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単相単位インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間にスイッチがある場合はこれをオンにして運転することを特徴とする請求項９に記載の多重電力変換装置。
【請求項１１】
前記単相単位インバータの１台が故障した際は、前記３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単相単位インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間をスイッチで短絡する代わりに、前記３相単位インバータの当該２つの出力端子間の電圧を零電圧に制御して運転することを特徴とする請求項８に記載の多重電力変換装置。
【請求項１２】
前記３相単位インバータが故障した際は、この３相単位インバータの出力端子間に設けたスイッチのうち、少なくとも２つのスイッチをオンにして出力端子間を短絡し、この３相単位インバータの運転を停止し、前記単相単位インバータのみを運転することを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の多重電力変換装置。
【請求項１３】
前記３相単位インバータおよび単相単位インバータを、多レベルインバータとしたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか1項に記載の多重電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の単相単位インバータ等の交流出力を直列に多重接続して得られる高電圧交流出力を交流負荷に供給する多重電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単相単位インバータ等の交流出力を直列に多重接続して構成した多重電力変換装置においては、直列接続された単相単位インバータが１台でも故障すると、電流経路がなくなり遮断され、電流を流すことができなくなるため装置全体の運転を停止していた。
【０００３】
このような１台の単相単位インバータの故障によるインバータ装置全体の運転停止を避ける方法として、特許文献１の方法が知られている。
【０００４】
この特許文献１に示された第1の従来の多重電力変換装置は、図３９に示すような、３相交流電源１１０の交流出力を整流器１２０により整流し、この整流出力を平滑コンデンサ１３１により平滑して直流出力を得るようにした直流電源１３０と、この直流電源１３０の直流出力を単相の交流出力に変換する単相インバータ１５０とで構成した単相単位インバータ１００（単に、単位インバータと称することもある）を備える。
【０００５】
そして、このように構成された単相単位インバータ１００を、図４０に示すように、ｎ個(１００-１〜１００‐ｎ)設け、その交流出力を直列に多重接続して単相の多重インバータ回路１９０を構成し、この単相の多重インバータ回路１９０をｍ個(１９０−１〜１９０−ｍ)設け、このｍ個の単相の多重インバータ回路１９０-1〜１９０-ｍによりｍ相多重インバータ回路２００を構成し、このｍ相インバータ回路２００のｍ相交流出力をｍ相交流負荷１７０へ給電するように構成する。
【０００６】
さらに各相の多重インバータ回路１９０にそれぞれもう１台ずつ予備となる単相単位インバータ６００を直列接続して多重電力変換装置を構成する。
【０００７】
このように構成した第1の従来の多重電力変換装置は、単相単位インバータに故障がなく多重インバータ回路が健全に動作しているときは、予備の単相単位インバータ６００（単に、予備インバータと称することもある）の交流出力端子間を、この端子間に設けた短絡スイッチ１６０をオンにしてすべてを短絡して運転する。さらに、多重インバータ回路２００の何れかの単相単位インバータ１００に故障が発生した場合は、この故障した単位インバータ１００の出力端子間を、短絡スイッチ１６０をオンにして短絡するとともに、この故障した単位インバータ１００が属する相の単相多重インバータ回路１９０に接続された予備インバータ６００の出力端子間を、短絡スイッチ１６０をオフにして開放することにより、故障した単位インバータ１００の代わりにこの予備インバータ６００を当該相の単相多重インバータ回路１９０に接続して、健全時と同様の制御によって運転を継続するようにしている。
【０００８】
この第１の従来例において、負荷を３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）交流負荷に限定し、図４０の３台の予備単相単位インバータ６００を３相接続して構成した予備回路１８０の部分を理解しやすいように書き直すと図４２のようになる。この図４２の予備回路１８０において、（ａ）全相が健全なとき、（ｂ）Ｕ相の多重インバータ回路の単相単位インバータが１台故障したとき、（ｃ）Ｖ相の多重インバータ回路の相単位インバータが１台故障したとき、（ｄ）Ｗ相の多重インバータ回路の相単位インバータが１台故障したときのそれぞれの動作状態を図４３に整理して示す。
【０００９】
図４３の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、前記（ａ）〜（ｄ）の状態における動作状態を示す。図４３において、点線で囲んで示すＮ´部分は、各動作時における図の回路の中性点Ｎと同電位となる範囲を示している。また、ここでは、斜線の付された予備単相単位インバータ１８０は運転を停止していることを示している。
【００１０】
各相の単相多重インバータ回路１９０の端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと、予備回路１８０の各相の単相単位インバータ６００およびスイッチ１６０とは、それぞれ１つの端子（Ｎ）にしか接続されていない。このため、各相の予備単相単位インバータ６００およびスイッチ１６０は、各相の単相多重インバータ回路１９０に専用の予備となり、負荷１７０が３相交流負荷の場合には、予備の単相単位インバータ６００とその出力端子間に設けるスイッチ１６０は、交流負荷１７０の相数と同じく３台ずつ必要となる。
【００１１】
これとは別に、特許文献２に示すような多重電力変換装置もすでに知られている。この特許文献２に示された第２の従来の多重電力変換装置も、図３９に示す構成の単相単位インバータ１００を備える。そして、この単相単位インバータ１００を９台（Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３）、図４１に示すように、３台ずつ直列に多重接続して３相の多重インバータ回路を構成する。各単相単位インバータの交流出力端子間にそれぞれ短絡スイッチ（ＣＵＢ１〜ＣＷＢ３）を設ける。さらに、これらの単相単位インバータ１００と同様の構成を有する予備の単相単位ンバータＳＰを１台設け、これを、相選択スイッチＣＵＮ、ＣＶＮ、ＣＷＮ、ＣＵＳ、ＣＶＳ、ＣＷＳを介して各相の単相多重インバータ回路１９０に選択接続可能に直列接続している。
【００１２】
この第２の従来の多重電力変換装置は、各相の単相単位インバータに故障がなく健全に動作している時には、相切換スイッチＣＵＮ、ＣＶＮ、ＣＷＮをオンにして各相の単相多重インバータ回路１９０の中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを中性点Ｎに接続し、スイッチＣＵＳ、ＣＶＳ、ＣＷＳをオフにして、予備単相単位インバータＳＰを各相の単相多重インバータ回路１９０から切り離して運転する。各相の単相多重インバータ回路１９０の単相単位インバータ１００の何れかが故障した場合は、故障した相の単相単位インバータ１００の交流出力端子間を、短絡スイッチ（ＣＵＢ１〜ＣＥＢ３）を選択的にオンにして短絡し、スイッチＣＵＮ〜ＣＷＮおよびＣＵＳ〜ＣＷＳを選択的にオン、オフすることにより、予備単相単位インバータＳＰを故障した単相単位インバータの代わりに、これの属する相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の単相多重インバータ回路１９０に直列に接続して健全時と同様に運転することによって、３相交流負荷３６への給電を継続する。
【００１３】
この第２の従来の多重電力変換装置も、各相の単相多重インバータ回路の単相単位インバータの何れかが故障した場合、故障した単位インバータが、予備単相単位インバータ（ＳＰ）によって代用されるため、１台の単相単位インバータが故障しても各相の単相多重インバータ回路には、同数の単相単位インバータが直列接続されるので、故障発生前の健全時と同じ大きさの電圧の３相交流出力を３相交流負荷へ給電することが可能となる。
【００１４】
この第２の従来装置でも、図４１に示す予備単相単位インバータ、スイッチＣＵＮ〜ＣＷＮおよびＣＵＳ〜ＣＳＷで構成された予備回路に着目して、この部分だけを理解しやすいように書き直すと図４４のようになる。この場合、予備単相単位インバータＳＰは、１台となり、第１の従来例より台数を少なくできる。しかし、各相の単相多重インバータ回路１９０の端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと、６つのスイッチＣＵＮ、ＣＶＮ、ＣＷＮ、ＣＵＳ、ＣＶＳ、ＣＷＳとは、それぞれスイッチの１つの端子でしか接続されていない。このため、図４０に示した第１の従来装置の予備回路と同様に、６つのスイッチＣＵＮ、ＣＶＮ、ＣＷＮ、ＣＵＳ、ＣＶＳ、ＣＷＳは２個ずつ、各相の単相多重インバータ１９０に専用の予備となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１２-０１０４５２号公報
【特許文献２】特開２０１２-１４７６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記の第１の従来の多重電力変換装置は、３相交流負荷に給電する場合は、予備単相単位インバータとその出力間に設けるスイッチを、交流負荷の相数ｎと同じくｎ台ずつ必要とするので、構成部材が多く、装置が大形になるとともに重量が増大し、価格も高価になるという問題がある。
【００１７】
また、第２の従来の多重電力変換装置は、予備の単相単位インバータは１台となるが、この１台の単位インバータを各相の多重インバータ回路に切り換え接続するためのスイッチとして、６つのスイッチＣＵＮ、ＣＶＮ、ＣＷＮ、ＣＵＳ、ＣＶＳ、ＶＷＳを必要とするため、構成部材が多く、装置が大形化するとともに重量が増大し、装置の価格が高価となる問題がある。
【００１８】
さらに、前記の両従来装置とも、単相単位インバータが健全であるとき、予備回路における予備単相単位インバータの出力を短絡するためのスイッチ、または予備単相単位インバータを多重インバータ回路に切り換え接続するためのスイッチを短絡（オン）させる必要があるので、これらのスイッチに開閉不能となる故障が生じると装置の運転が不能となるという問題もある。
【００１９】
この発明は、前記の従来装置の問題点を解消するため、構成部材を少なくして構成を簡単にし、しかも、予備単相単位インバータを含む予備回路に故障が生じた場合に装置が運転停止となる確率を低減することの可能な信頼性の高い多重電力変換装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の課題を解決するため、請求項１の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子とし、各他端を３相出力端子とする３相多重インバータ回路を構成し、その３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを２台設け、この２台の予備単相単位インバータの交流出力端を直列接続して得られる３つの端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子にそれぞれ接続するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間のそれぞれに短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記２台の予備単相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間に設けた３つの短絡スイッチのうち，少なくとも２つの短絡スイッチを閉じて前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡し、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子間に設けた前記短絡スイッチのうち、前記故障した単相単位インバータが属さない２つの相の前記単相多重インバータ回路の中性点側端子間に接続された短絡スイッチを閉じることにより、前記予備単相単位インバータの１台を故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路に直列接続して、この相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子ととして３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを２台設け、この２台の予備単相単位インバータの交流出力端を直列接続して得られる３つの端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子のそれぞれに接続するとともに、前記３相多重インバータ回路の３つの中性点側端子のうちのいずれか２つの端子間に短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記短絡スイッチをオンにして、前記２台の予備単相単位インバータのうちの１台を零電圧に制御して運転するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡し、前記短絡スイッチをオフにするとともに、故障した単相単位インバータが属さない２つの相の前記単相多重インバータ回路の中性点側端子間をこの端子間に接続された前記予備単相単位インバータの１台を零電圧に制御して運転し、他の１台を故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路の一端を中性点側端子として３相多重インバータ回路を構成し、他端のそれぞれを３相出力端子として３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された予備単相単位インバータを１台設け、この予備単相単位インバータの交流出力端子の一方の端子を、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子のうちの１つの端子に接続するとともに、前記予備単相単位インバータの交流出力端子の他方の端子を、それぞれ相選択スイッチを介して前記３相多重インバータ回路の中性点側端子の残りの２つの端子のそれぞれに接続し、さらに、前記相選択スイッチの接続されない前記３相多重インバータ回路の中性点側端子の１つの端子と前記相選択スイッチの接続された前記中性点側端子の２つの端子との間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記予備の単相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路の中性点側端子間に設けた前記２つの短絡スイッチを閉じてこの３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータの１台に故障が発生した際は、この故障した単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記予備単相単位インバータの出力端子に接続された前記２つの相選択スイッチと２つの短絡スイッチとを選択的にオン、オフにすることにより、前記予備単相単位インバータを前記故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路に直列接続して、この相の単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２３】
請求項４の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路を星形接続して３相多重インバータ回路を構成し、その３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続するとともに、前記３つの中性点側端子の各端子間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記３つの中性点側端子間に設けた短絡スイッチのうち、少なくとも２つの短絡スイッチをオンにして前記予備３相インバータの運転を停止して前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、前記３つの中性点側端子間に設けた短絡スイッチのうち、故障した単相単位インバータが属さない２つの相の中性点側端子間に接続された１つの短絡スイッチだけをオンにして、前記予備３相単位インバータを、故障した単相単位インバータの代わりにこれが属する相の単相多重インバータ回路内の1台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２４】
請求項５の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を直列に多重接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の単相多重インバータ回路を星形接続して３相多重インバータ回路を構成し、その３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続するとともに、前記３つの中性点側端子の２対の端子間にそれぞれ短絡スイッチを接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記２つの端子間に接続された短絡スイッチをオンにして前記予備３相単位インバータの運転を停止するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記３相多重インバータ回路の中性点側の２対の端子間に接続された２つの短絡スイッチをオフにして、前記予備３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相から単相交流出力が発生され、かつ故障した単相単位インバータが属さない相から零電圧が発生されるように制御して運転し、この予備３相単位インバータを単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２５】
請求項６の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを複数台備え、前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、この単相多重インバータ回路を３個設け、この３個の多重インバータ回路を３相接続して３相多重インバータ回路を構成し、その３相交流出力を３相交流負荷に給電するようにした多重電力変換装置において、
第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して３相交流を出力する３相インバータとで構成された予備３相単位インバータを設け、この予備３相単位インバータの３つの交流出力端子と、前記３相多重インバータ回路の各相の単相多重インバータ回路の前記３相交流負荷へ接続していない３つの中性点側端子とをそれぞれ接続し、
前記単相単位インバータに故障がなく前記３相多重インバータ回路が健全なときは、前記予備３相単位インバータを、その３相の出力が零電圧になるように制御して運転するとともに、前記３相多重インバータ回路を通常に運転し、
前記複数の単相単位インバータがのうちの１台に故障が発生した際は、この故障した単相単位インバータの交流出力端を短絡するとともに、前記予備３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相から単相交流出力が発生され、かつ故障した単相単位インバータが属さない相から零電圧が発生されるように制御して運転し、この３相単位インバータを単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとして前記３相多重インバータ回路とともに運転することを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記単相単位インバータまたは予備単相単位インバータ、予備３相単位インバータを多レベルインバータとしたことを特徴とする。
【００２７】
請求項８の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを１台あるいは複数台備え、前記１台の単相単位インバータで単相インバータ回路を、または前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路を３個設け、さらに、第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続し３相交流を出力する３相単位インバータを設け、この３相単位インバータの３相交流出力端子にそれぞれ前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の一方の出力端子を接続し、前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の他方の出力端子に３相交流負荷を接続するとともに、前記各単相単位インバータの２つの交流出力端子間にそれぞれ短絡用のスイッチを設けた多重電力変換装置において、
前記３相単位インバータの３相交流出力端子間に３つのスイッチを設け、前記単相単位インバータに故障がない場合は、前記３つのスイッチをオフとし、前記３相単位インバータの出力相電圧に前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の電圧を加算した電圧を前記３相交流負荷に供給し、前記単相単位インバータの１台が故障した際は、故障した単相単位インバータの出力端子間に設けた短絡スイッチをオンにして短絡するとともに、前記３相単位インバータの３相出力端子間に設けた３つのスイッチのうち、前記故障した単相単位インバータの属さない２つの相間に設けたスイッチをオンにして短絡し、前記３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータの属する相の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路内の１台の単相単位インバータとなるように、他の故障していない単相単位インバータとともに単相インバータとして運転することを特徴とする。
【００２８】
請求項９の発明は、第１の直流電源と、この第１の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続して単相交流を出力する単相インバータとで構成された単相単位インバータを１台あるいは複数台備え、前記１台の単相単位インバータで単相インバータ回路を、または前記複数台の単相単位インバータの交流出力端子を複数段に直列接続して単相多重インバータ回路を構成し、前記単相インバータ回路または単相多重インバータ回路を３個設け、さらに、第２の直流電源と、この第２の直流電源の直流出力端子に入力端子を接続し３相交流を出力する３相単位インバータを設け、この３相単位インバータの３相交流出力端子にそれぞれ前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の一方の出力端子を接続し、前記３個の単相インバータ回路または単相多重インバータ回路の他方の出力端子に３相交流負荷を接続するとともに、前記各単相単位インバータの２つの交流出力端子間にそれぞれ短絡用のスイッチを設けた多重電力変換装置において、
前記３相単位インバータの３相交流出端子間に２つのスイッチを設け、前記単相単位インバータの１台が故障した際には、前記２つのスイッチはオフとして前記３相単位インバータを、故障した単相単位インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単相単位インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間の電圧を零電圧に制御して運転することを特徴とする。
【００２９】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の発明において
前記単相単位インバータの１台が故障した際は、前記３相単位インバータを、前記故障した単相単位インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単相単位インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間にスイッチがある場合はこれをオンにして運転することを特徴とする。
【００３０】
請求項１１の発明は、請求項８の発明において、
前記単相単位インバータの１台が故障した際は、前記３相単位インバータを、前記故障した単位単相インバータが属する相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路内の単位単相インバータとして、前記故障した単相単位インバータが属さない相の単相インバータ回路または単相多重インバー回路に接続された前記３相単位インバータの２つの出力端子間をスイッチで短絡する代わりに、前記３相単位インバータの当該２つの出力端子間の電圧を零電圧に制御して運転することを特徴とする。
【００３１】
請求項１２の発明は、請求項８〜１１の何れか１項の発明において、
前記３相単位インバータが故障した際は、この３相単位インバータの出力端子間に設けたスイッチのうち、少なくとも２つのスイッチをオンにして出力端子間を短絡し、この３相単位インバータの運転を停止し、前記単相単位インバータのみを運転することを特徴とする。
【００３２】
請求項１３の発明は、請求項８〜１２の何れか１項の発明において、
前記３相単位インバータおよび単相単位インバータを、多レベルインバータとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
このように構成したこの発明によれば、３相多重インバータ回路の予備回路を構成するインバータあるいはスイッチの数を減らすことができるため、装置の構成が簡単で、予備回路の故障による装置停止の発生を抑制することができ、信頼性の高い多重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】
【００３４】
【図１】この発明の第１の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図２】この発明の第１の実施例の多重電力変換装置の健全時の動作状態を示す図。
【図３】この発明の第１の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作状態を示す図。
【図４】この発明の第２の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図５】この発明の第２の実施例の多重電力変換の健全時の動作説明図。
【図６】この発明の第２の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図７】この発明の第３の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図８】この発明の第３の実施例の多重電力変換装置の健全時の動作説明図。
【図９】この発明の第３の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図１０】この発明の第４の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図１１】この発明の第４の実施例の多重電力変換装置の健全時の動作説明図。
【図１２】この発明の第４の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図１３】この発明の第５の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図１４】この発明の第５の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図１５】この発明の第６の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図１６】この発明の第６の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図１７】この発明の第７の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図１８】この発明の第７の実施例の多重電力変換装置の健全時の動作説明図。
【図１９】この発明の第７の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２０】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図２１】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２２】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２３】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２４】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２５】この発明の第８の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２６】この発明の第９の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図２７】この発明の第９の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図２８】この発明の第１０の実施例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図２９】この発明の第１０の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図３０】この発明の第１０の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図３１】この発明の第１０の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図３２】この発明の第１０の実施例の多重電力変換装置の故障発生時の動作説明図。
【図３３】この発明の第１の実施例における予備回路を取り出して示す構成図。
【図３４】この発明の第１の実施例における予備回路の動作状態を示す図。
【図３５】この発明の第２の実施例における予備回路を取り出して示す構成図。
【図３６】この発明の第２の実施例における予備回路の動作状態を示す図。
【図３７】この発明の第３の実施例における予備回路を取り出して示す構成図。
【図３８】この発明の第３の実施例における予備回路の動作状態を示す図。
【図３９】従来の単相単位インバータを示す回路構成図。
【図４０】第１の従来例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図４１】第２の従来例の多重電力変換装置を示す回路構成図。
【図４２】第１の従来装置における予備回路を取り出して示す構成図。
【図４３】第１の従来装置における予備回路の動作状態示す図。
【図４４】第２の従来装置における予備回路を取り出して示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１は、この発明の第１の実施例を示すものである。この図において、１および２は、詳細は図３９に示すように直流電源と、この電源の直流出力を単相の交流出力に変換する単相の２レベルインバータとで構成された単相単位インバータである。
【００３７】
単相単位インバータ２は、ここでは、３台ずつ、その交流出力端を直列に３重に接続して単相多重インバータ回路２０を構成する。この単相多重インバータ回路２０を３個（２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ）設け、これらを短絡スイッチ４１、４２を介して星形接続して、３相多重インバータ回路２０Ｔを構成する。
【００３８】
各相の単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗを構成する各段の単相単位インバータ２には、それぞれＵ相ではＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｖ相では、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｗ相ではＷ１、Ｗ２、Ｗ３の符号が付されている。各相の各段の単相単位インバータの出力端子間には、各単相単位インバータが故障した際に端子間を短絡するための短絡スイッチ５１〜５３、６１〜６３、７１〜７３が接続されている。
【００３９】
３相多重インバータ回路２０Ｔの３相交流出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗには、３相負荷３が接続され、この３相多重インバータ回路２０Ｔから３相の交流電力が供給される。
【００４０】
また、３相多重インバータ回路２０Ｔの各相の単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗの交流負荷３に接続されない中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの側には、単相単位インバータ２と同一に形成された単相単位インバータ１で構成した２台の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２を設けている。
【００４１】
この２台の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２は、交流出力端子を互いに直列接続して形成された３つの出力端を、それぞれ３相の単相多重インバータ２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗの中性点側端子Ｕａ，Ｖａ，Ｗａに接続する。さらに、中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの各端子間には、それぞれ短絡スイッチ４１〜４３が接続され、これらで予備回路が構成される。
【００４２】
ここでは、単相単位インバータの直流電源は主回路用直流電源、予備単相単位インバータの直流電源は予備回路用直流電源と呼ぶ場合もあるが、いずれも図３９に示すように従来と同じく、絶縁された交流電源から、整流器で整流して得られる。
【００４３】
このように構成された多重電力変換装置において、３相多重インバータ回路２０Ｔが、各段の単相単位インバータ２のいずれにも故障がなく、正常に動作している健全時の動作状態を図２に示す。
【００４４】
この状態では、２台の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２は、何れも運転を停止するとともに、３個の短絡スイッチ４１〜４３の内の少なくとも２個のたとえば短絡スイッチ４１、４２をオンにする。このオンにした２個の短絡スイッチ４１、４２より、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ間およびＶａ，Ｗａ間が短絡されるので、端子Ｕａ〜Ｗａが共通に接続され、中性点となる。３相多重インバータ回路２０Ｔを構成する９台の単相単位インバータ２は何れも通常に運転され、それぞれの交流出力端子間の短絡スイッチ５１〜５３、６１〜６３および７１〜７３はオフにされている。
【００４５】
このため、故障のない健全な状態では、３相多重インバータ回路２０Ｔを構成する９台の単相単位インバータＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３が通常に運転され、この３相多重インバータ回路２０Ｔから、３相交流負荷に３相交流電力が供給される。
【００４６】
この場合、３個の短絡スイッチのうち、１個が故障し、開放したままになっても、残り２個の短絡スイッチをオンすれば、健全な状態で運転が可能である。
【００４７】
ここで、例えば、Ｕ相の単相多重インバータ回路２０Ｕの３段目の単相単位インバータＵ３が故障し、動作を停止したものとする。このように故障が発生した時の運転状態を図３に示す。
【００４８】
この状態では、図３に示すように、故障した単相単位インバータＵ３は、動作を停止するだけでなく、短絡スイッチ５３をオンにしてその交流出力端子間を短絡することによりバイパスされる。そして、予備回路における予備単相単位インバータＳ１は、動作を停止させ、短絡スイッチは、４１と４３をオフにし、４２だけをオンにする。これにより、予備単相単位インバータＳ２の交流出力端子がＵ相の単相多重インバータ回路２０Ｕの中性点側端子Ｕａと、他の相の中性点側端子Ｖａ、Ｗａとの間に接続されるようになる。これにより、予備単相単位インバータＳ２が単相単位インバータＵ３の代わりにＵ相多重インバータ回路２０Ｕに接続されるので、これを、Ｕ相の単相多重インバータ回路２０Ｕを構成する単相単位インバータの１台として運転するとともに、３相多重インバータ回路２０Ｔを運転することにより、３相負荷３への給電を継続することができる。
【００４９】
また、Ｖ相の単相多重インバータ回路２０Ｖ内の単相単位インバータ２が故障した場合は、その単相単位インバータの出力端子を、その短絡スイッチをオンにして短絡し、予備回路の短絡スイッチ４３をオンにし、スイッチ４１、４２をオフにすることにより、故障した単相単位インバータの代わりに、予備単相単位インバータＳ１を、Ｖ相の単相多重インバータ回路２０Ｖに接続することができる。
【００５０】
なお、図３の１点鎖線の枠Ａは、単位インバータの運転範囲を示し、この枠Ａ内にある単位インバータがすべて運転されることになる。
【００５１】
さらに、Ｗ相の単相多重インバータ２０Ｗ内の単相単位インバータの１台が故障した場合は、同様にその単相単位インバータの出力端子の短絡スイッチをオンにし、予備回路のスイッチ４１をオンにし、スイッチ４２、４３をオフにすることにより、故障した単相単位インバータの代わりに、予備単相単位インバータＳ２を、Ｗ相多重インバータ回路２０Ｗに接続することができる。
【００５２】
この実施例１における予備回路を理解しやすくするため、これを取り出して示すと図３３のようになる。この予備回路は、次の２つに着目して、図３３に示すように２つの端子Ｕａ、Ｗａ間とＶａ、Ｗａ間にそれぞれ予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２を接続し、３つの端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ間のそれぞれにスイッチ４１〜４３を接続した構成となる。
（ア）予備回路の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２は、２つの交流出力端子から見て回路構成が対称であり、２つのどちらの端子を単相多重インバータ回路に接続しても予備回路として動作可能である。
（イ）２つの予備単相単位インバータが３つの単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして動作可能とするため、各予備単相単位インバータの交流出カの各端子に２つの単相多重インバータ回路の一方の端子を接続する。
【００５３】
なお，この図３３は、３つの単相多重インバータ回路の中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａから見ると、三つの相で回路構成が対称ではないが，これらの端子を入れ換えても，同等の予備回路を実現できる。この図３３の予備回路の、（ａ）全相健全時、（ｂ）Ｕ相の単相多重インバータ回路の１台の単相単位インバータが故障した時、（ｃ）および（ｅ）∨相の単相多重インバータ回路の１台の単相単位インバータが故障した時、（ｄ）Ｗ相の単相多重インバータ回路の１台の単相単位インバータが故障した時のそれぞれの動作状態を、図３４の（ａ）〜（ｅ）に示す。
【００５４】
この図３４において、点線で囲んだ部分Ｎ´は，図４３と同様に、同電位とになる範囲である。この同電位の範囲を図４３と比べると、いずれの動作時にも同じ範囲となっている。そして、故障時における図３４の（ｂ）〜（ｅ）の動作状態においては，この同電位の範囲Ｎ´に含まれない残り１つの端子には、予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２の何れかが接続されることから、図３３の予備回路は、図４２の従来例１の予備回路と同様な動作を実現できることがわかる。
【００５５】
なお，例えば、図３３の端子ＵａとＷａの間に設けた１台の予備単相単位インバータＳ２は、Ｕ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータに故障がある状態では、図３４（ｂ）に示すように、Ｕ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして動作し、Ｗ相単相多重インバータ回路に故障がある状態では、図３４（ｅ）に示すように、Ｗ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして動作し、前記２つの着目点の通りに、１台の予備単相単位インバータが、故障した単相単位インバータの相に応じて、２つの単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして動作可能であることが理解できる。
【００５６】
また、図３３の端子ＶａとＷａの間に接続された予備単相単位インバータＳ１も、図３４（ｃ）に示すように、Ｖ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータに故障がある場合は、このＶ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして動作する。そして、図３４（ｄ）に示すようにＷ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータに故障がある場合は、このＷ相単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして予備単相単位インバータＳ１が動作する。
【００５７】
このように、１台の予備単相単位インバータが２つの単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして適用できるため，予備単相単位インバータの台数が、第１の従来例よりも少ない２台ですみ、装置の小型軽量化や低コスト化を実現できる。
【実施例２】
【００５８】
図４にこの発明の第２の実施例を示す。この実施例は、図１に示す第１の実施例における予備回路の３個の短絡スイッチ４１、４２、４３の内の短絡スイッチ４１だけ残して、他の２個（４２、４３）を省略したものであり、その他の構成は、第１の実施例と同じである。
【００５９】
３相多重インバータ回路２０Ｔが、各相の単相単位インバータＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３の何れにも故障がなく健全な状態にあるときの運転状態を図５に示す。
【００６０】
この場合は、短絡スイッチ４１をオンにして、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ間を短絡し、予備単相単位インバータＳ１は、運転を停止し、予備単相単位インバータＳ２は、出力電圧を零電圧に制御して運転する。これにより、中性点側端子Ｕａ、Ｗａ間が単位インバータＳ２により短絡された形になるので、３相多重インバータ回路２０Ｔの３相の中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａが共通に接続される。したがって、各相の単相多重インバータ２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗが星形接続された３相多重インバータ回路２０Ｔが構成され、３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相負荷３に３相交流電力を供給することができる。
【００６１】
この３相多重インバータ回路２０Ｔにおいて、図６に示すように、Ｕ相の単相多重インバータ２０Ｕの単相単位インバータＵ３に故障が発生した場合は、短絡スイッチ５３をオンにして単位インバータＵ３の交流出力端を短絡し、予備回路の短絡スイッチ４１をオフにして３相多重インバータの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ間の短絡を解除する。そして、Ｕ相以外の中性点側端子Ｖａ、Ｗａ間に接続された予備単相単位インバータＳ１は、出力電圧を零に制御して運転する。これにより、端子Ｕａ、Ｗａ間に接続された予備単相単位インバータＳ２が、故障した単相単位インバータＵ３の代わりに、Ｕ相の単相多重インバータ２０Ｕに直列接続される。予備単相単位インバータＳ２を単相多重インバータ２０Ｕの多重接続した単相単位インバータの１台として運転することにより、３相多重インバータ回路２０Ｔを健全時と同様に運転することが可能となり、３相負荷３に３相交流電力を供給することができる。
【００６２】
このように、この第２の実施例では、３相多重インバータを構成する単相単位インバータの１台が故障した場合は、２台の予備単相単位インバータのうちの１台で中性点側端子間の１つを短絡し、もう１台を故障した相の単相単位インバータの代わりに運転することにより、３相多重インバータ回路２０Ｔの運転を継続可能とするものである。
【００６３】
図４に示すこの実施例２の予備単相単位インバータＳ１，Ｓ２とスイッチ４１とで構成された予備回路を理解しやすくするために書き直すと、図３５のようになる。
【００６４】
この図３５も、３つの単相多重インバータ回路のそれぞれの端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａから見ると、三つの相で回路構成が対称ではないが、これらの端子を入れ換えても、同等の予備回路を実現できる。図３４等と同様に、（ａ）健全時、（ｂ）直列接続したＵ相の単相単位インバータが１台故障した時、（ｃ）Ｖ相の単相単位インバータが１台故障した時、（ｄ）Ｗ相の単相単位インバータが１台故障した時には、図３５の予備回路を図３６（ａ）〜（ｄ）に示すように動作させる。
【００６５】
この図３６において、点線で囲んだ部分Ｎ´は、図３４、図４３と同様に、同電位になる範囲であり、この範囲を図４３と比べると、いずれの動作時にも同じ範囲になっている。そして故障時の状態を示す図３６の（ｂ）〜（ｄ）の場合には、Ｎ´の範囲に含まれない残り１つの端子には、予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２の何れかが接続されることから、図３５の予備回路は、図３３の実施例１の予備回路と同様な動作を実現できることがわかる。
【００６６】
この実施例２では、全相健全な時、Ｕ相単相多重インバータ回路に故障がある時、Ｖ相単相多重インバータ回路に故障がある時は、２台の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２のうちの１台は、運転して出力電圧が零となるように零電圧制御を行い、他の１台は、運転を停止するか（図３６（ａ）参照）、故障した相の単相多重インバータ回路の単相単位インバータとして運転する（図３９（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００６７】
これにより、予備回路を２台の予備単相単位インバータＳ１、Ｓ２と１つのスイッチ４１で構成でき、実施例１の場合よりも、スイッチ数を少なくできるので、この場合よりも更に、装置の小型軽量化や低コスト化を実現できる。
【実施例３】
【００６８】
図７にこの発明の第３の実施例を示す。この実施例は、予備回路に単相単位インバータ１により構成した予備単相単位インバータＳ１を１台だけ設けたものである。
【００６９】
この場合は、予備単相単位インバータＳ１の交流出力端子の１つの端子を３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｗａに接続し、他の端子を切換スイッチ４４および４５を介して、中性点側端子ＵａとＶａに切り換え可能に接続している。端子Ｖａ、Ｗａ間およびＵａ、Ｗａ間にそれぞれ、短絡スイッチ４２、４３を接続する。
【００７０】
この実施例３の３相多重インバータ回路２０Ｔが、これを構成する単相単位インバータに故障がなく、健全に動作している状態を図８に示す。この場合は、切換スイッチ４４、４５は、何れもオフにし、短絡スイッチ４２、４３はオンにすることにより、端子Ｕａ、Ｗａ間およびＶａ、Ｗａ間を短絡し、予備単相単位インバータＳ１は運転を停止する。
【００７１】
これにより、各相の単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは、中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａが共通に接続され、星形接続の３相多重インバータ回路を構成し、３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相負荷３に３相交流電力を供給することができる。
【００７２】
図９にＵ相の単相多重インバータ回路２０Ｕの１台の単位インバータＵ３に故障が発生した場合の運転状態を示す。この場合は、図９に示すように切換スイッチ４４をオンにし、４５をオフにして、予備単相単位インバータＳ１の交流出力端子を故障の発生したＵ相単相多重インバータ回路２０Ｕの端子Ｕａと、Ｗ相多重インバータ回路の端子Ｗａとの間に接続する。そして、短絡スイッチ４２をオンにし、４３をオフにして、Ｖ相多重インバータ回路２０Ｖの端子ＶａとＷ相多重インバータ回路２０Ｗの端子Ｗａとの間を短絡する。
【００７３】
これにより、予備単相単位インバータＳ１が、故障した単相単位インバータＵ３の代わりにＵ相単相多重インバータ回路２０Ｕに直列に接続されるので、これを、Ｕ相多重インバータ回路２０Ｕの単相単位インバータの１台として運転し、３相多重インバータ回路２０Ｔを健全時と同様に運転することにより３相交流電力を交流負荷３に供給することができる。
【００７４】
Ｖ相の単相多重インバータ回路２０Ｖを構成する単相単位インバータＶ１〜Ｖ３の１台が故障した場合は、切換スイッチ４５をオン、４４をオフにして、短絡スイッチ４３をオン、４２をオフにすることにより、予備単相単位インバータＳ１を故障したＶ相単相多重インバータ回路２０Ｖに直列に接続して故障した単相単位インバータの代わりに運転することができる。
【００７５】
また、Ｗ相単相多重インバータ回路２０Ｗを構成する単相単位インバータＷ１〜Ｗ３の１台が故障した場合は、切換スイッチ４４と４５をオン、短絡スイッチ４３と４２をオフにすることにより、予備単相単位インバータＳ１をＷ相単相多重インバータ回路２０Ｖに直列に接続して故障した単位インバータの代わりに運転することができる。
【００７６】
この実施例３の予備回路を理解しやすいように書き直すと、図３７のようになる。この図３７から明らかなように、３つの単相多重インバータ回路のそれぞれの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａから見ると、３つの相で、回路構成が対称ではないが、これらの端子を入れ換えても、同等の予備回路を実現できる。
【００７７】
図３３等と同様に、（ａ）健全時、（ｂ）直列接続したＵ相の単相単位インバータが１台故障した時、（ｃ）Ｖ相の単相単位インバータが１台故障した時、（ｄ）Ｗ相の単相単位インバータが１台故障した時には、図３７の予備回路を図３８（ａ）〜（ｄ）に示すように動作させる。この図３８において、点線で囲んだ部分Ｎ´は、図３４、図４３と同様に、同電位になる範囲であり、この範囲を図４３と比べると、いずれの動作時にも同じ範囲になっている。そして故障時の状態を示す図３８の（ｂ）〜（ｄ）の場合には、Ｎ´の範囲に含まれない残り１つの端子には、予備単相単位インバータＳ１の何れかの端子が接続されることから、図３７の予備回路は、図３３に示す実施例１の予備回路と同様な動作を実現できることがわかる。このため、故障時に、１台の予備単相単位インバータＳ１を３つの単相多重インバータ回路の単相単位とインバータして代用できるため、予備単相単位インバータの台数が１台ですみ、スイッチの数も前記の第２の従来例よりも少なくてすむことから、装置の小形軽量化や低コスト化を実現できる。
【実施例４】
【００７８】
図１０にこの発明の第４の実施例を示す。この実施例４における主回路は、第１の実施例と同様に、単相２レベル単位インバータ２を３台ずつ直列に３重に接続して構成した３個の単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗで構成した３相多重インバータ回路２０Ｔに予備回路として、直流電源とこの直流電源からの直流電力を３相交流電力に変換する２レベル３相インバータとで構成された３相単位インバータ１１を予備３相単位インバータＳとして備える。この予備３相単位インバータＳは、実施例１における２台の予備単相単位インバータに代えて設ける。
【００７９】
この予備３相単位インバータＳの３相交流出力端子をそれぞれ、３つの単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗで構成した３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａに接続する。そして、中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの各端子間に、短絡スイッチ４１、４２および４３をそれぞれ接続する。
【００８０】
このように構成された多重電力変換装置が、各段の単相単位インバータに故障がなく、健全に動作している状態を、図１１に示す。
【００８１】
この図１１に示すように、健全な動作状態においては、３個の短絡スイッチのうちの２個の短絡スイッチ４１と４２をオンにして、予備３相単位インバータＳの運転を停止し、一点鎖線で示す枠Ａ内の３相多重インバータ回路２０Ｔの各段の単相単位インバータＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３．Ｗ１〜Ｗ３を運転する。
【００８２】
これにより、３相多重インバータ回路２０Ｔの３つの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａは、オンした短絡スイッチ４１、４２により共通に接続されるので、３つの単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗは星形接続され、交流出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流電力を発生し、３相負荷３に供給することができる。
【００８３】
このような多重電力変換装置のＵ相の単相多重インバータ回路２０Ｕにおける１台の単相単位インバータＵ３に故障が発生した際の運転状態を図１２に示す。
【００８４】
この場合は、図１２に示すように、故障した単相単位インバータＵ３の出力端子間は、短絡スイッチ５３をオンにして短絡し、故障が発生していないＶ相単相多重インバータ回路２０ＶとＷ相単相多重インバータ回路２０Ｗの中性点側端子ＶａとＷａの間に接続された短絡スイッチ４２をオンして、これらの端子間を短絡する。そして、予備３相単位インバータＳは、例えば、出力端子Ｖ１に接続された上下アーム１１ｂは、ゲートオフにして動作を停止し、出力端子Ｕ１とＷ１に接続された２つの上下アーム１１ｃと１１ａとにより単相インバータとして、故障した単相単位インバータＵ３の代わりに運転するとともに、枠Ａ内の３相多重インバータ回路２０Ｔの各単相単位インバータを運転する。これにより、３相多重インバータ回路２０Ｔは健全時と同様に、３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流電力を出力し、３相負荷３に供給することができる。この場合、予備３相単位インバータＳ（１１）の運転は、上下アーム１１ａをゲートオフにして動作を停止し、残りの上下アーム１１ｂと１１ｃを単相インバータとして運転するようにしてもよい。
【００８５】
Ｖ相多重インバータ回路２０Ｖを構成する単相単位インバータＶ１〜Ｖ３のうちの１台が故障した場合は、短絡スイッチ４３をオンにし、短絡スイッチ４１、４２をオフにする。そして、予備３相単位インバータＳ（１１）は、例えば、上下アーム１１ａはゲートオフにして動作を停止し、残りの２つの上下アーム１１ｂと１１ｃをＶ相の故障した単相単位インバータの代わりに単相インバータとして運転する。この場合、予備３相単位インバータＳ（１１）の運転は、上下アーム１１ｃをゲートオフにして動作を停止し、残りの上下アーム１１ａと１１ｂを単相インバータとして運転するようにしてもよい。
【００８６】
また、Ｗ相多重インバータ回路２０Ｗを構成する単相単位インバータＷ１〜Ｗ３のうちの１台が故障した場合は、短絡スイッチ４１をオンにし、短絡スイッチ４２、４３をオフにする。そして、予備３相単位インバータＳ（１１）は、例えば、上下アーム１１ｃはゲートオフにして動作を停止し、残りの２つの上下アーム１１ａと１１ｂをＷ相の故障した単相単位インバータの代わりに単相単位インバータとして運転する。この場合、予備３相単位インバータＳ（１１）の運転は、上下アーム１１ｂをゲートオフにして動作を停止し、残りの上下アーム１１ｃと１１ａを単相インバータとして運転するようにしてもよい。
【実施例５】
【００８７】
図１３にこの発明の第５の実施例を示す。この実施例５は、前記した第４の実施例における３つの短絡スイッチ４１〜４３のうちの１つの短絡スイッチ４２を省いたものであり、その他の構成は、すべて図１０に示す第４の実施例の構成と同じであるので、構成の説明は、省略する。
【００８８】
図１３は、各相の単相単位インバータの何れにも故障の発生がなく３相多重インバータ回路２０Ｔが健全な状態にある時の運転状態を示している。
【００８９】
この状態では、短絡スイッチ４１、４３をともにオンにし、予備３相単位インバータＳ（１１）は、運転を停止する。
【００９０】
これにより、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａが共通に接続される。この結果、各相の単相多重インバータ回路２０Ｕ，２０Ｖ、２０Ｗは、中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを星形接続して３相多重インバータ回路２０Ｔを構成し、交流出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流電力が出力され、３相負荷３に供給される。
【００９１】
ここで、Ｕ相の単相多重インバータ回路２０Ｕの単相単位インバータＵ３に故障が発生した場合は、図１４に示すように、故障した単相単位インバータＵ３の出力端子を、短絡スイッチ５３をオンにして短絡し、予備回路の短絡スイッチ４１、４３をオフにして、予備３相単位インバータＳ（１１）を運転する。
【００９２】
予備３相単位インバータＳ（１１）は、出力端子Ｕ１、Ｗ１に接続された２つの上下アーム１１ｃと１１ａとにより故障した単相単位インバータＵ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。これとともに、出力端子Ｖ１、Ｗ１に接続された予備３相単位インバータＳ（１１）の上下アーム１１ｂと１１ａとは、この端子Ｖ１、Ｗ１間を零電圧に制御して単相インバータとして運転する。このようにすると、中性点側端子Ｖａ、Ｗａ間が短絡されたのと同等となり、図１２に示す第４の実施例の動作状態と同じになり、３相多重インバータ回路２０Ｔを健全時と同様に通常運転することが可能となり、３相負荷への３相交流電力の供給を継続することができる。
【００９３】
∨相およびＷ相の単相多重インバータ回路２０Ｖ、２０Ｗの単相単位インバータが故障したときは、予備３相単位インバータＳ（１１）の単相インバータとして運転される２つの上下アームを、それぞれ、∨相多重インバータ回路２０Ｖ、Ｗ相多重インバータ回路２０Ｗに接続された故障した単相単位インバータの代わりに単相単位インバータとして運転することにより、３相多重インバータ回路２０Ｔを、健全時と同様に通常の運転を行うことができる。
【実施例６】
【００９４】
図１５にこの発明の第６の実施例を示す。この実施例は、前記した第４の実施例における３つの短絡スイッチ４１〜４３を全て省いたものであり、その他の構成は、すべて図１０に示す第４の実施例の構成と同じであるので、構成の説明は、省略する。
【００９５】
図１５は、各相の単相単位インバータの何れにも故障の発生がなく３相多重インバータ回路２０Ｔが健全な状態にある時の運転状態を示している。
【００９６】
この場合は、予備３相単位インバータＳ（１１）を、その３相出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１間の電圧が零電圧になるように制御して運転する。これは、上下アーム１１ａ、１１ｂ、１１ｃの上アーム３個、または下アーム３個を同時にオンすることによって実現できる。
【００９７】
これにより３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ間がすべて短絡された形になるので、３相多重インバータ回路２０Ｔを通常運転することより、３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相負荷３に３相交流電力を供給することができる。
【００９８】
Ｕ相多重インバータ回路２０Ｕの単位インバータＵ３に故障が発生した際の運転状態を図１６に示す。
【００９９】
故障した単相単位インバータＵ３の出力端子は、短絡スイッチ５３をオンにすることにより短絡する。そして、予備３相単位インバータＳ（１１）は、次のように運転する。
【０１００】
すなわち、故障した単相単位インバータＵ３を含むＵ相単相多重インバータ回路２０Ｕの中性点側端子Ｕａと正常なＶ相単相多重インバータ回路２０Ｖの中性点側端子Ｖａに接続された予備３相単位インバータＳ（１１）の２つの上下アーム１１ｃと１１ｂとを、故障した単相単位インバータＵ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。そして、端子ＶａとＷａとの間に接続された予備３相単位インバータＳ（１１）の２つの上下アーム１１ｂと１１ａにより、端子Ｖａ、Ｗａ間の電圧が零電圧になるように制御する。
【０１０１】
このように予備３相単位インバータＳ（１１）と３相多重インバータ回路２０Ｔを運転することにより３相多重インバータ回路２０Ｔは健全時と同様に３相交流出力を発生する。
【０１０２】
∨相およびＷ相の単相多重インバータ回路２０Ｖおよび２０Ｗの単相単位インバータが故障したときは、予備３相単位インバータＳ（１１）の単相インバータとして運転される２つの上下アームを、それぞれ、∨相単相多重インバータ回路２０Ｖ、Ｗ相単相多重インバータ回路２０Ｗに接続された２つの上下アームとすることにより、健全時と同様の運転を行うことができる。
【実施例７】
【０１０３】
図１７にこの発明の第７の実施例を示す。この実施例は、図１０に示す第４の実施例における３相多重インバータ回路２０Ｔを構成する単相単位インバータ２を３レベル単相単位インバータ２１により構成したものである。この場合は、予備の３相単位イン単位バータＳ１（１２）も、３レベル単相単位インバータ２１と同様の３レベル回路により構成する必要がある。その他の構成は、図１０の第４の実施例の構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【０１０４】
この実施例７の健全時の運転状態を図１８に示す。健全時の運転は、予備回路の３つの短絡スイッチ４１〜４３のうちの任意の２つの短絡スイッチ４２、４３をオンして３相多重インバータ回路２０Ｔの各相の中性点側端子Ｕａ、Ｗａ間およびＶａ、Ｗａ間を短絡する。これにより端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａが共通に接続され、３相多重インバータ回路の中性点が形成される。
【０１０５】
この状態で、３相多重インバータ回路２０Ｔの枠Ａの範囲内の全単相単位インバータＵ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｗ１〜Ｗ３を運転することにより３相出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相負荷３に３相交流電力が供給される。
【０１０６】
次に、Ｖ相の単相多重インバータ回路２１Ｖの単相単位インバータＶ１に故障が発生した場合の運転状態を図１９に示す。この場合は、故障した単相単位インバータＶ１の出力端子間を、短絡スイッチ６１をオンにして短絡し、単相単位インバータＶ１の運転を停止する。予備回路の短絡スイッチ４１、４２をオフにし、短絡スイッチ４３をオンにして、予備３相単位インバータＳ１（１２）を運転する。
【０１０７】
これにより、予備３相単位インバータＳ１（１２）の上下アーム１２ａの交流端子Ｕ１が端子ＵａとＷａに、上下アーム１２ｂの交流端子Ｖ１が端子Ｖａにそれぞれ接続される。これらの上下アーム１２ａ、１２ｂを故障した単相単位インバータＶ１の代わりに単相単位インバータとして、３相多重インバータ回路２０Ｔとともに運転する。これにより、３相多重インバータ回路２０Ｔを健全時と同様に運転することができ、３相負荷３への３相交流電力の供給を継続する。このとき、予備３相単位インバータＳ１（１２）の残りの上下アーム１２ｃは、ゲートオフして、動作を停止する。
【０１０８】
Ｖ相以外のＷ相またはＵ相の単相多重インバータ回路２０Ｗおよび２０Ｕを構成する単相単位インバータが故障した場合は、予備３相単位インバータＳ１（１２）の単相インバータとして運転する２つの上下アームが故障した相の単相多重インバータ回路に直列接続されるように短絡スイッチ４１〜４３を切り替えれば前記と同様の運転ができる。
【実施例８】
【０１０９】
図２０にこの発明の第８の実施例を示す。
【０１１０】
この実施例８は、図１０に示す第４の実施例と同様に、３台の２レベルの単相単位インバータ２を直列に３重接続して構成した３個の単相多重インバータ回路２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗで構成した３相多重インバータ回路２０Ｔと、１個の２レベルの３相単位インバータ１１とで構成した多重電力変換装置である。
【０１１１】
しかし、ここでは、３相単位インバータ１１を予備インバータとして運転するのではなく、３相多重インバータ回路２０Ｔとともに主回路の１台として運転するようにしたものである。外見上の構成は、図１０の第４の実施例と何ら変わるところがない。
【０１１２】
なお、直流電圧が等しい場合、３相単位インバータ１１の出力の相電圧は、３相多重インバータ２０Ｔを構成する単相単位インバータ２の出力電圧の半分の電圧になる。
【０１１３】
この実施例における単相単位インバータ２の何れにも故障が発生していない健全時の運転状態を図２０に示す。
【０１１４】
この状態では、３相単位インバータの３相の出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１をそれぞれ３相多重インバータ回路２０Ｔの中点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａに接続し、端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ間にそれぞれ接続された３個の短絡スイッチ４１、４２、４３をすべてオフにして、これらの端子間を開放する。
【０１１５】
この状態で、３相単位インバータ１１と３相多重インバータ回路２０Ｔを一緒に運転すると、３相単位インバータの各相の出力電圧を３相多重インバータ回路２０Ｔの各相の単相多重インバータ回路の出力電圧に加算した電圧の３相交流出力が３相多重インバータ回路２０Ｔの出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流負荷に供給される。
【０１１６】
ここで、Ｕ相多重インバータ回路２０Ｕの単位インバータＵ３に故障が発生すると、図２１に示すようにして運転が行われる。すなわち、短絡スイッチ５３をオンにして故障した単位インバータＵ３の出力端子間を短絡し、この単位インバータＵ３の運転を停止する。そして、Ｕ相の単相多重インバータ回路２０Ｕに故障が発生しているので、端子Ｕａに接続されていない短絡スイッチ４２をオンにして端子Ｖａ、Ｗａ間を短絡し、短絡スイッチ４１および４３をオフにして端子Ｕａ、Ｖａ間、およびＵａ、Ｗａ間を開放する。
【０１１７】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＵａとＶａに接続された２つの上下アーム１１ｃと１１ｂを、故障した単相単位インバータＵ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ａは、ゲートオフして動作を停止する。
【０１１８】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単相単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１１９】
∨相の単相多重インバータ回路２０Ｖの１台の単位インバータＶ３が故障した場合の運転状態を図２２に示す。
【０１２０】
この場合は、短絡スイッチ６３をオンにして、故障した単相単位インバータＶ３の出力端子間を短絡して、この単位インバータＶ３の運転を停止する。そして∨相端子Ｖａに接続されていない短絡スイッチ４３をオンにして、端子Ｕａ、Ｗａ間を短絡し、短絡スイッチ４１、４２をオフにして、端子Ｖａ、Ｕａ間および端子Ｖａ、Ｗａ間を開放する。
【０１２１】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＶａとＷａに接続された２つの上下アーム１１ｂと１１ａにより、故障した単相単位インバータＶ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ｃは、ゲートオフして動作を停止する。
【０１２２】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単相単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１２３】
また、Ｗ相の単相多重インバータ回路２０Ｗを構成する単相単位インバータの１台（Ｗ３）が故障した場合の運転状態を図２３に示す。
【０１２４】
この場合は、短絡スイッチ７３をオンにして、故障した単相単位インバータＷ３の出力端子間を短絡して、この単相単位インバータＷ３の運転を停止する。そしてＷ相端子Ｗａに接続されていない短絡スイッチ４１をオンにして、端子Ｕａ、Ｖａ間を短絡し、短絡スイッチ４２、４３をオフにして端子Ｖａ、Ｗａ間および端子Ｕａ、Ｗａ間を開放する。
【０１２５】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＷａとＵａに接続された２つの上下アーム１１ａと１１ｃにより、故障した単相単位インバータＷ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ｂは、ゲートオフして動作を停止する。
【０１２６】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１２７】
さらに、３相単位インバータ１１が故障した場合の運転状態を図２４に示す。
【０１２８】
この場合は、３個の短絡スイッチ４１、４２、４３をすべてオンにして、３相単位インバータ１１の３相出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１間を短絡するとともに、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側の３つの端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを共通に接続し、３相単位インバータ１１の運転を停止する。
【０１２９】
ここでは、３個の短絡スイッチ４１、４２、４３の全部をオンにしているが、図２５に示すようにその中の任意の２つを短絡スイッチ、例えば４１と４２をオンにしても、３相単位インバータ１１の３相出力端子間のすべてを短絡し、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを共通に接続することができる。
【０１３０】
そして、健全な状態にある３相多重インバータ回路２０Ｔを運転することにより、３相交流電力を３相負荷３に供給することができる。この場合も、３相単位インバータ１１が故障のため運転を停止するので、この３相単位インバータ１１の出力電圧分だけ、３相負荷３に供給される電圧は低下する。
【実施例９】
【０１３１】
図２６にこの発明の第９の実施例を示す。
【０１３２】
この実施例は、図２０に示す第８の実施例における単相単位インバータ２で構成された３相多重インバータ回路２０Ｔを、３レベル単相単位インバータ２１により構成した３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔで構成し、主回路インバータとして運転される３相単位インバータ１１も、３レベル３相単位インバータ１２で構成した多重電力変換装置である。
【０１３３】
しかし、ここでも、３レベル３相単位インバータ１２は、予備インバータとして運転するのではなく、３相多重インバータ回路２１Ｔとともに主回路インバータの１台として運転するようにしたものである。この実施例９の構成は、外見的には、図１７に示す第７の実施例と変わらない。その他の構成は、図２０の第８の実施例の構成と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
なお、直流電圧が等しい場合、３レベル３相単位インバータ１２の出力の相電圧は、３相多重インバータ２１Ｔを構成する単相単位インバータ２１の出力電圧の半分の電圧になる。
【０１３５】
この実施例９における３レベル単相単位インバータ２１の何れにも故障が発生していない健全時の運転状態を図２６に示す。
【０１３６】
この状態では、３レベル３相単位インバータ１２の３相の出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１をそれぞれ３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａに接続し、端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ間にそれぞれ接続された３個の短絡スイッチ４１、４２、４３をすべてオフにして、これらの端子間を開放する。
【０１３７】
この状態で、３レベル３相単位インバータ１２と３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔを一緒に運転すると、３レベル３相単位インバータの各相の出力電圧を、３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔの各相の単相多重インバータ回路の出力電圧に加算した電圧の３相交流出力が３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔの出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流負荷３に供給される。
【０１３８】
ここで、例えば、Ｖ相の３レベル単相多重インバータ回路２１Ｖの３レベル単相単位インバータＶ１に故障が発生した場合の運転状態を図２７に示す。この場合は、故障した３レベル単相単位インバータＶ１の出力端子間を、短絡スイッチ６１をオンにして短絡し、３レベル単相単位インバータＶ１の運転を停止する。３レベル３相単位インバータ１２の３相の出力回路の短絡スイッチ４１、４２をオフにし、短絡スイッチ４３をオンにして、３レベル３相単位インバータ１２を運転する。
【０１３９】
これにより、３レベル３相単位インバータ１２の上下アーム１２ａの交流端子Ｕ１が端子ＵａとＷａに、上下アーム１２ｂの交流端子Ｖ１が端子Ｖａにそれぞれ接続される。これらの上下アーム１２ａ、１２ｂを故障した３レベル単相単位インバータＶ１の代わりに３レベル単相単位インバータとして、３レベル３相多重インバータ回路２１Ｔとともに運転する。これにより、３相単位インバータの出力電圧分だけ、３相負荷に供給される電圧は低下するが、３相負荷３への３相交流電力の供給を継続することができる。このとき、３レベル３相単位インバータ１２の残りの上下アーム１２ｃは、ゲートオフして、動作を停止する。
【０１４０】
Ｖ相以外のＷ相またはＵ相の３レベル単相多重インバータ回路２１Ｗおよび２１Ｕを構成する３レベル単相単位インバータが故障した場合は、３レベル３相単位インバータ１２の単相インバータとして運転する２つの上下アームが故障した相の３レベル単相多重インバータ回路に直列接続されるように短絡スイッチ４１、４２、４３を切り替えれば前記と同様の運転ができる。
【実施例１０】
【０１４１】
この発明の第１０の実施例を図２８に示す。
【０１４２】
この実施例は、図２０に示す第８の実施例における３個の短絡スイッチ４１、４２、４３のうちの４２を省いて２個のスイッチ４１，４３で構成したものであり、その他の構成は、図２０の第８の実施例の多重電力変換装置と同じであるので、説明を省略する。
【０１４３】
図２８は、この第１０の実施例において、単相単位インバータ２の何れにも故障が発生していない健全時の運転状態を示す。
【０１４４】
この状態では、３相単位インバータ１１の３相の出力端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１をそれぞれ３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａに接続し、端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａ間にそれぞれ接続された２個の短絡スイッチ４１、４３をすべてオフにして、これらの端子間を開放する。
【０１４５】
この状態で、３相単位インバータ１１と３相多重インバータ回路２０Ｔを一緒に運転すると、３相単位インバータの各相の出力電圧を３相多重インバータ回路２０Ｔの各相多重インバータ回路の出力電圧に加算した電圧の３相交流出力が３相多重インバータ回路２０Ｔの出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗから３相交流負荷に供給される。
【０１４６】
ここで、Ｕ相多重インバータ回路２０Ｕの単相単位インバータＵ３に故障が発生すると、図２９に示すようにして運転が行われる。すなわち、短絡スイッチ５３をオンにして故障した単位インバータＵ３の出力端子間を短絡し、この単位インバータＵ３の運転を停止する。そして、Ｕ相の単相多重インバータ回路２０Ｕに故障が発生しているので、端子Ｕａに接続されている短絡スイッチ４１、４３をオフにして端子Ｕａ、Ｖａ間、およびＵａ、Ｗａ間を開放する。
【０１４７】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＵａとＶａに接続された２つの上下アーム１１ｃと１１ｂを、単相多重インバータ回路２０Ｕに直列に接続し、故障した単相単位インバータＵ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ａは、出力端子間を零電圧とするように動作させる。
【０１４８】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単相単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１４９】
次に、∨相の単相多重インバータ回路２０Ｖの１台の単位インバータＶ２が故障した場合の運転状態を図３０に示す。
【０１５０】
この場合は、短絡スイッチ６２をオンにして、故障した単相単位インバータＶ２の出力端子間を短絡して、この単位インバータＶ２の運転を停止する。そして∨相端子Ｖａに接続されていない短絡スイッチ４３をオンにして、端子Ｕａ、Ｗａ間を短絡し、短絡スイッチ４１をオフにして、端子Ｖａ、Ｕａ間および端子Ｖａ、Ｗａ間を開放する。
【０１５１】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＶａとＷａに接続された２つの上下アーム１１ｂと１１ａにより、故障した単相単位インバータＶ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ｃは、ゲートオフして動作を停止する。
【０１５２】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単相単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１５３】
また、Ｗ相の単相多重インバータ回路２０Ｗを構成する単位インバータのうちの１台の単位インバータＷ３が故障した場合の運転状態を図３１に示す。
【０１５４】
この場合は、短絡スイッチ７３をオンにして、故障した単相単位インバータＷ３の出力端子間を短絡して、この単相単位インバータＷ３の運転を停止する。そしてＷ相の端子Ｗａに接続されていない短絡スイッチ４１をオンにして、端子Ｕａ、Ｖａ間を短絡し、短絡スイッチ４３をオフにして端子Ｖａ、Ｗａ間および端子Ｕａ、Ｗａ間を開放する。
【０１５５】
ここでは、３相単位インバータ１１は、出力端子が３相多重インバータ回路２０Ｔの端子ＷａとＵａに接続された２つの上下アーム１１ａと１１ｃにより、故障した単相単位インバータＷ３の代わりに単相単位インバータとして運転する。このとき、残りの上下アーム１１ｂは、ゲートオフして動作を停止する。
【０１５６】
このような運転状態では、３相単位インバータ１１が３相多重インバータ回路の故障した単位インバータの代わりに運転されるので、３相単位ンバータ１１の出力の相電圧分の電圧低下があるが、３相負荷３への３相電力の供給は継続することができる。
【０１５７】
さらに、３相単位インバータ１１が故障した場合の運転状態を図３２に示す。
【０１５８】
この場合は、短絡スイッチ４１、３をオンにして、３相単位インバータ１１の３相出力端子Ｕ１、Ｖ１間およびＵ１、Ｗ１間を短絡するとともに、３相多重インバータ回路２０Ｔの中性点側の３つの端子Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを共通に接続して、３相単位インバータ１１の運転を停止する。
【０１５９】
そして、健全な状態にある３相多重インバータ回路２０Ｔを運転することにより、３相交流電力を３相負荷３に供給することができる。この場合も、３相単位インバータ１１が故障のため運転を停止するので、この３相単位インバータ１１の出力電圧分だけ、３相負荷３に供給される電圧が低下する。
【符号の説明】
【０１６０】
１：予備単相単位インバータ
２：単相単位インバータ
３：３相負荷
１１：予備３相単位インバータ
１２：３レベル予備３相単位インバータ
２１：３レベル単相単位インバータ
２０Ｕ、２０Ｖ、２０Ｗ：単相多重インバータ回路
２０Ｔ：３相多重インバータ回路
４１〜４３：短絡スイッチ
５１〜５３、６１〜６３、７１〜７３：単相単位インバータ出力端短絡スイッチ
【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】
2017070064.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017070064.tif 000012
【図１１】
2017070064.tif 000013
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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