(57)【要約】【課題】複数台の単相インバータの出力をそれぞれ直列接続して三相高圧出力を得る直接高圧インバータ装置において、１つの単相インバータの故障発生に、高圧出力電圧を低下させることなく、装置運転を継続可能にする。【解決手段】Ｕ，Ｖ，Ｗ相の単相インバータＵ２〜Ｕ４、Ｖ２〜Ｖ４、Ｗ２〜Ｗ４に、それぞれ予備単相インバータＵ１，Ｖ１，Ｗ１を設け、通常運転時は予備単相インバータの出力端を短絡状態にしてＵ，Ｖ，Ｗ相の各単相インバータを運転し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の少なくとも１つの相で１台の単相インバータが故障発生した時は、当該相の予備インバータの運転で装置運転を再開する。  運転／停止を繰り返す通常運転の運転開始に際して、同一相内の単相インバータをサイクリックに予備単相インバータとして切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の単相インバータの出力端をそれぞれ直列接続したＵ，Ｖ，Ｗ相構成により、三相高圧出力を得る直接高圧インバータ装置であって、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の出力端に、それぞれ１台の予備単相インバータの出力端を直列接続し、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相を構成する各単相インバータの出力端および前記予備単相インバータの出力端を個別に短絡できる開閉器を設け、
通常運転時は、前記予備単相インバータの出力端を前記開閉器によって短絡状態にして前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各単相インバータを運転し、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の少なくとも１つの相で１台の単相インバータが故障発生した時は、当該故障発生した単相インバータの出力端を前記開閉器で短絡状態にし、故障発生した相と同一相の前記予備単相インバータの前記開閉器を開放および該予備単相インバータの運転で装置運転を再開することを特徴とする直接高圧インバータ装置。
【請求項２】
運転／停止を繰り返す通常運転の運転開始に際して、同一相内の単相インバータをサイクリックに前記予備単相インバータとして切り替えることを特徴とする請求項１に記載の直接高圧インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の単相インバータの出力を直列接続して三相高圧出力を得る直接高圧インバータ装置に係り、特に単相インバータの故障発生対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接高圧インバータ装置は、多重トランスで絶縁した三相低圧電源を作り、低圧三相電源を単相インバータの交流電源として単相インバータ出力をＵ，Ｖ，Ｗの各相でそれぞれ直列に接続することにより、三相高圧出力を得る。単相インバータの直列接続数により、３．３ｋＶ，６．６ｋＶ等の三相高圧電源を得ることができる。
【０００３】
図４は、直接高圧インバータ装置の構成例を示す。入力トランスＴＲは三相交流電源を電源とし、９巻線の二次側にそれぞれ絶縁した低圧出力を得る。９個の単相インバータＩＮＶは、９巻線をそれぞれ単相電源とし、整流器と平滑コンデンサおよび単相インバータ回路によってＵ，Ｖ，Ｗ相の単相低圧出力を得る。各単相インバータＩＮＶの出力のうち、同じＵ，Ｖ，Ｗ相を直列接続して高圧化し、三相負荷ＬｏａｄのＵ，Ｖ，Ｗ相に供給する。
【０００４】
この種の直接高圧インバータ装置において、単相インバータを多重に接続して三相高圧電源を出力しており、いずれかの単相インバータが故障すると相電圧が不平衡となるため、再運転を行うためには装置を停止させて故障した単相インバータを交換しなければならない。
【０００５】
単相インバータの故障発生時に、装置運転を継続可能とする方式として、故障発生した単相インバータをバイパススイッチで短絡すると共に故障単相インバータの直流回路に介挿しておくヒューズを溶断させることで、残りの健全なインバータによって運転を継続するものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１９６５７８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の単相インバータの故障対策では、装置運転を継続できるが、高圧出力電圧が低下してしまう。例えば、各相で３つの単相インバータ出力をそれぞれ直接接続する３段構成では、故障発生した１つの単相インバータの切り離しで当該相の電圧が２／３に低下する。また、残りの健全相はそのまま運転するのでは三相出力の不平衡になるため、残りの相の健全単相インバータも切り離すとこれら相の電圧も２／３に低下する。
【０００７】
この高圧出力の電圧低下は、単相インバータの直列接続段数が６段など多段のインバータ装置においては電圧低下率が小さく、負荷の運転継続に支障とならない場合が考えられるが、許容電圧範囲が狭い負荷では装置を停止させて故障単相インバータを交換し、再運転を行うことになり、装置の信頼性を低下させることにもなる。
【０００８】
本発明の目的は、１つの単相インバータの故障発生に、高圧出力電圧を低下させることなく、装置運転を継続可能にした直接高圧インバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ予備の単相インバータを設け、単相インバータの直列接続数を必要台数＋予備１台とする構成とし、同一相内において運転中にいずれか一台の単相インバータが故障した場合には自動的に予備の単相インバータに切り換えて直ちに運転を再開できるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１０】
（１）複数台の単相インバータの出力端をそれぞれ直列接続したＵ，Ｖ，Ｗ相構成により、三相高圧出力を得る直接高圧インバータ装置であって、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の出力端に、それぞれ１台の予備単相インバータの出力端を直列接続し、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相を構成する各単相インバータの出力端および前記予備単相インバータの出力端を個別に短絡できる開閉器を設け、
通常運転時は、前記予備単相インバータの出力端を前記開閉器によって短絡状態にして前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各単相インバータを運転し、
前記Ｕ，Ｖ，Ｗ相の少なくとも１つの相で１台の単相インバータが故障発生した時は、当該故障発生した単相インバータの出力端を前記開閉器で短絡状態にし、故障発生した相と同一相の前記予備単相インバータの前記開閉器を開放および該予備単相インバータの運転で装置運転を再開することを特徴とする。
【００１１】
（２）運転／停止を繰り返す通常運転の運転開始に際して、同一相内の単相インバータをサイクリックに前記予備単相インバータとして切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、本発明によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ予備の単相インバータを設け、単相インバータの直列接続数を必要台数＋予備１台とする構成とし、同一相内において運転中にいずれか一台の単相インバータが故障した場合には自動的に予備の単相インバータに切り換えて直ちに運転を再開できるようにしたため、１つの単相インバータの故障発生に、高圧出力電圧を低下させることなく、装置運転が継続可能になる。
【００１３】
これに伴い、単相インバータの交換を不要にして、短時間で再運転が可能となる。また、予備の単相インバータは同一相内の全ての単相インバータに対して冗長化機能を持つため、信頼性を向上できる。
【００１４】
さらに、再運転時に同一相内の単相インバータ運転をサイクリックに予備の単相インバータ運転に切り替えることにより、単相インバータの運転時間を短くすることができるため長寿命となり、信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態を示す直接高圧インバータ装置の構成図であり、各相は単相インバータを３段直列接続とする場合である。
【００１６】
入力トランスＴＲは三相交流電源を電源とし、１２巻線の二次側にそれぞれ絶縁した低圧出力を得る。１２個の単相インバータＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜Ｗ４は、入力トランスＴＲの１２巻線の出力をそれぞれ単相電源とし、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の単相低圧出力を得る。各単相インバータＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜Ｗ４の出力のうち、同じＵ，Ｖ，Ｗ相を直列接続し、三相負荷ＬｏａｄのＵ，Ｖ，Ｗ相に接続する。
【００１７】
ここで、各単相インバータＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４、Ｗ１〜Ｗ４は出力端を短絡状態に切り替えできる構成とする。この短絡切り替え回路をもつ単相インバータの構成例を図２に示す。整流器と平滑コンデンサおよびインバータ回路（４つのＩＧＢＴを半導体スイッチとしたブリッジ接続）は一般の単相インバータ構成であり、これに加えて、インバータ回路の出力端には保護ヒューズＥＦを直列介挿して電磁接触器ＭＣを設け、電磁接触器ＭＣを開閉器としてそのオン制御で短絡状態が得られるように構成する。
【００１８】
以上の構成において、単相インバータＵ１、Ｖ１、Ｗ１は予備単相インバータとし、装置の通常運転時には、それらの出力端を電磁接触器ＭＣでそれぞれ短絡状態とし、インバータ回路の各ＩＧＢＴはオフ制御しておく。これにより、９台の単相インバータＵ２〜Ｕ４、Ｖ２〜Ｖ４、Ｗ２〜Ｗ４の出力を３段直列接続した直接高圧インバータ装置として運転する。
【００１９】
この運転状態で、例えば単相インバータＷ２に故障が発生したとき、装置運転を一時的に停止させ、故障単相インバータＷ２の出力端を電磁接触器ＭＣのオン制御で短絡状態にし、これに並行して予備単相インバータＷ１の出力端の電磁接触器ＭＣをオフ制御し、この状態で装置運転を再開させる。この再運転状態では、図３に示すように、Ｗ相は単相インバータＷ１、Ｗ３、Ｗ４の３段直列接続で運転され、Ｕ相とＶ相は通常運転時と同じにＵ２〜Ｕ４、Ｖ２〜Ｖ４の３段直列接続で運転される。
【００２０】
同様に、Ｗ相の他の単相インバータＷ３またはＷ４に故障が発生したときに、予備単相インバータＷ１への切り替えによって再運転される。また、他のＵ，Ｖ相の１台の単相インバータに故障が発生したときに、予備単相インバータＵ１，Ｖ１への切り替えによって再運転される。さらに、Ｕ，Ｖ，Ｗ相で並列的に単相インバータ（例えばＵ２，Ｖ２，Ｗ２）が故障発生したときに、それぞれの予備単相インバータへの切り替えで再運転される。
【００２１】
このように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の単相インバータ出力に予備の単相インバータを直列に設け、同一相内で運転中の単相インバータが故障した場合に予備の単相インバータに切り換えることにより、故障単相インバータを交換することなく短時間で再運転を開始できる。
【００２２】
また、予備単相インバータは同一相内の全ての単相インバータに対して冗長化機能を持つため、装置の信頼性を向上できる。
【００２３】
なお、単相インバータの故障時における予備単相インバータと故障単相インバータとの切り換えの他に、運転／停止を繰り返す装置ではその運転開始に際して、同一相内の単相インバータをサイクリックに予備単相インバータとして切り替えることにより、各単相インバータの運転時間を短縮してその長寿命化を図り、システムの信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を示す直接高圧インバータ装置の構成図。
【図２】単相インバータの構成例。
【図３】単相インバータＷ２の故障発生時の切り替え運転を示す図。
【図４】従来の直接高圧インバータ装置の構成図。
【符号の説明】
【００２５】
ＴＲ  入力トランス
Ｌｏａｄ  負荷
Ｕ２〜Ｕ４、Ｖ２〜Ｖ４、Ｗ２〜Ｗ４  単相インバータ
Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１  予備単相インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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