電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法

專利名稱：電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有將單相三電平逆變器(inverter)串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)的電力轉(zhuǎn)
換裝置。
背景技術(shù)：
作為這種電力轉(zhuǎn)換裝置，例如已知有以下這樣的高壓逆變器裝置將具有順向式轉(zhuǎn)換部和逆向式轉(zhuǎn)換部的單相逆變器單元Ul TO、V1 V6、W1 W6串聯(lián)連接多個(gè)，向各單相逆變器單元的順向式轉(zhuǎn)換部通過兩個(gè)輸入變壓器輸入交流電力，且收納在盤內(nèi)，在該高壓逆變器裝置中，以能夠通過設(shè)在盤內(nèi)的絕緣支承框保持絕緣距離地自如引出的方式支承各單相逆變器單元，通過盤內(nèi)的前面支承固定從兩個(gè)輸入變壓器導(dǎo)向各單相逆變器單元的配線和各單相逆變器單元之間的配線，通過絕緣支承框支承固定作為信號線的光纜，其中， 所述信號線為導(dǎo)向控制構(gòu)成各單相逆變器單元的半導(dǎo)體開關(guān)元件的控制器的信號線(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。作為使用在這種高壓逆變器裝置中的單相逆變器單元，如圖11所示，適用有單相三電平逆變器單元。該單相三電平逆變器單元具有直流轉(zhuǎn)換部107，該直流轉(zhuǎn)換部107包括與第一交流輸入端子101連接的第一順向式轉(zhuǎn)換器102，與該第一順向式轉(zhuǎn)換器102的輸出側(cè)連接的第一平滑電容器103，與第二交流輸入端子104連接的第二順向式轉(zhuǎn)換器105， 和與該第二順向式轉(zhuǎn)換器105的輸出側(cè)連接的第二平滑電容器106。在該直流轉(zhuǎn)換部107 中，通過第一順向式轉(zhuǎn)換器102和第二順向式轉(zhuǎn)換器105的串聯(lián)連接以及平滑電容器103 和106的串聯(lián)連接，從平滑電容器103和106的串聯(lián)電路導(dǎo)出高電位輸出線Lp，中性點(diǎn)線 Lm和低電位輸出線Ln。并且，串聯(lián)連接有兩個(gè)開關(guān)元件的上開關(guān)臂109連接在高電位輸出線Lp與第一交流輸出端子108之間。另外，串聯(lián)連接有兩個(gè)開關(guān)元件的下開關(guān)臂110連接在第一交流輸出端子108與低電位輸出線Ln之間。進(jìn)而，二極管111連接在上開關(guān)臂109的連接中點(diǎn)和中性點(diǎn)線Lm之間，二極管112連接在下開關(guān)臂110的連接中點(diǎn)和中性點(diǎn)線Lm之間。同樣地，與上開關(guān)臂109具有相同構(gòu)成的上開關(guān)臂115連接在高電位輸出線Lp和第二交流輸出端子114之間。另外，與下開關(guān)臂110具有相同構(gòu)成的下開關(guān)臂116連接在第二交流輸出端子114和低電位輸出線Ln之間。進(jìn)而，二極管117連接在上開關(guān)臂115的連接中點(diǎn)和中性點(diǎn)線Lm之間，二極管118連接在下開關(guān)臂116的連接中點(diǎn)和中性點(diǎn)線Lm 之間。并且，具有上述構(gòu)成的單相三電平逆變器單元Sl和S2如圖12所示，其以如下關(guān)系連接變壓器120的一次繞組與交流電源119連接，Sl的第一交流輸入端子101和第二交流輸入端子104分別與變壓器120的二次繞組121，122連接，S2的第一交流輸入端子101 和第二交流輸入端子104分別與變壓器120的二次繞組123，124連接。另外，單相三電平逆變器單元Sl的第二交流輸出端子114與單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸出端子 108連接。
[專利文獻(xiàn)1]日本特開2006-2M673號公報(bào)但是，在圖11和圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)下的例子中，使變壓器120的一次繞組與交流電源119連接，單相三電平逆變器單元Sl和S2的第一交流輸入端子101和第二交流輸入端子104分別與變壓器120的二次繞組121，122和123，124連接，因此，當(dāng)將上述平滑電容器103和106的端子間電壓設(shè)為Edc時(shí)，因單相三電平逆變器單元Sl和S2的動作模式而施加到相鄰的二次繞組間的電壓有時(shí)達(dá)到4Edc的高電壓，存在如下沒有解決的課題在二次繞組間有必要確保與最高電壓相對應(yīng)的絕緣，變壓器的尺寸大型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)例沒有解決的課題而提出來，其目的在于，提供能抑制高電壓施加到連接有多個(gè)單相三電平逆變器單元的變壓器的相鄰的二次繞組間的情況、使絕緣結(jié)構(gòu)簡單化、使變壓器小型化的電力轉(zhuǎn)換裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一方式涉及的電力轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)的N個(gè)單相三電平逆變器單元，上述單相三電平逆變器單元具有輸入交流的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子，以及輸出單相交流的第一交流輸出端子和第二交流輸出端子；其具有如下結(jié)構(gòu)具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2N個(gè)二次繞組的變壓器的二次繞組與上述N個(gè)單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子連接，將該 N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接。進(jìn)而，將上述交流輸出端子被串聯(lián)連接的上述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將上述變壓器的二次繞組按照上述變壓器的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置順序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組。并且，上述變壓器的二次繞組與上述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系為使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)。作為該連接方法，有第一連接方法和第二連接方法，選擇其中任一種方法。在第一連接方法中，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M 為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。在第二連接方法中，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M 為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。另外，構(gòu)成以下電力轉(zhuǎn)換裝置將具有上述構(gòu)成的多個(gè)的N個(gè)XK相的單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子與具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2NXK 相的二次繞組的變壓器的二次繞組連接，使K相的該N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接的K組電路的各自的一方的輸出端子共同連接，并且將另一個(gè)輸出端子設(shè)為各輸出來輸出K相的高電壓。
進(jìn)而，將上述交流輸出端子被共同連接的上述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將上述變壓器的K相的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置分別依序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第 2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組。并且，上述變壓器的二次繞組和上述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系為使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)。作為該連接方法，有第三連接方法和第四連接方法，選擇其中任一種方法。在第三連接方法中，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M 為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。在第四連接方法中，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M 為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。上述單相三電平逆變器單元構(gòu)成如下。即，包括將從上述第一交流輸入端子輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的第一順向式轉(zhuǎn)換器；使該順向式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓平滑的第一平滑電容器；將從上述第二交流輸入端子輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的第二順向式轉(zhuǎn)換器； 和使該順向式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓平滑的第二平滑電容器，將上述第一平滑電容器的低電位側(cè)和第二平滑電容器的高電位側(cè)連接，形成具有高電位側(cè)、中性點(diǎn)和低電位側(cè)的直流串聯(lián)電路。在該直流串聯(lián)電路的高電位側(cè)和第一交流輸出端子之間連接有將兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的上臂。另外，在上述第一交流輸出端子和上述低電位側(cè)之間連接有將兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的下臂。進(jìn)而，在上述各臂的兩個(gè)串聯(lián)電路的各中間連接點(diǎn)和上述中性點(diǎn)之間分別連接有二極管。這些上臂以及下臂和二極管構(gòu)成第一輸出電路。另一方面，將半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路兩個(gè)串聯(lián)連接構(gòu)成上臂，將該上臂連接在上述高電位側(cè)和上述第二交流輸出端子之間。而且，將半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路兩個(gè)串聯(lián)連接構(gòu)成下臂，將該下臂連接在上述第二交流輸出端子和上述低電位側(cè)之間。進(jìn)而，將二極管分別連接在上述各臂的兩個(gè)串聯(lián)電路的各中間連接點(diǎn)和上述中性點(diǎn)之間。這些上述上臂以及下臂和二極管形成第二輸出電路。并且，以第一順向式轉(zhuǎn)換器、第二順向式轉(zhuǎn)換器、第一平滑電容器、第二平滑電容器、第一輸出電路、第二輸出電路構(gòu)成單相三電平逆變器單元。下面說明本發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，如上所述，在將多個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸入端子與變壓器的二次側(cè)連接、將交流輸出端子串聯(lián)連接而產(chǎn)生高電壓的電力轉(zhuǎn)換裝置中，通過選擇第一連接方法和第二連接方法中的任一種方法，能夠抑制高電壓施加到變壓器的相鄰的二次繞組間，使絕緣結(jié)構(gòu)簡單化，能夠使變壓器小型化。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的方框圖。圖2是表示圖1的單相三電平逆變器單元的具體構(gòu)成的電路圖。圖3是表示與現(xiàn)有技術(shù)例相同的連接的情況下的電力轉(zhuǎn)換裝置的方框圖。圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)例的單相三電平逆變器單元的一方的第二輸出端子和另一方的第一輸出端子的輸出電位組合的說明圖。圖5是表示與圖3的第一 第三輸出電位組合對應(yīng)的單元輸入端子間電壓模式和各輸入端子間電壓的說明圖。圖6是表示與圖3的第四 第六輸出電位組合對應(yīng)的單元輸入端子間電壓模式和各輸入端子間電壓的說明圖。圖7是表示與圖3的第七 第九輸出電位組合對應(yīng)的單元輸入端子間電壓模式和各輸入端子間電壓的說明圖。圖8是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的方框圖。圖9是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的方框圖。圖10是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的方框圖。圖11是表示現(xiàn)有技術(shù)中的單相三電平逆變器單元的具體構(gòu)成的電路圖。圖12是表示現(xiàn)有技術(shù)例的電力轉(zhuǎn)換裝置的方框圖。標(biāo)記說明如下1......交流電源，2……變壓器，Lf..… 一次繞組，
Lsl Ls4……二次繞組，
S1、S2單相三電平逆變
11..….第--交流輸入端子，
12..….第二二交流輸入端子，
13..….第--交流輸入端子，
14..….第二二交流輸入端子，
15..….第--交流輸出端子，
16..….第二二交流輸出端子，
17..….第--交流輸出端子，
18..….第二二交流輸出端子，
21..….第--順向式轉(zhuǎn)換器，
22..….第二二順向式轉(zhuǎn)換器，
23..….第--平滑電容器，
24..….第二二平滑電容器，
25..… 直流轉(zhuǎn)換部，
Lp….. 高電位側(cè)線，
Lm..... 中性點(diǎn)線，
Ln……低電位側(cè)線，30……上開關(guān)臂，31,33……半導(dǎo)體開關(guān)元件，32,34……反并聯(lián)二極管，36……下開關(guān)臂，37,39……半導(dǎo)體開關(guān)元件，38,40……反并聯(lián)二極管，50……上開關(guān)臂，51,53……半導(dǎo)體開關(guān)元件，52,54……反并聯(lián)二極管，56……下開關(guān)臂，57,59……半導(dǎo)體開關(guān)元件，58,60……反并聯(lián)二極管，61 64......二極管，PTl……第一相電力轉(zhuǎn)換部，PT2……第二相電力轉(zhuǎn)換部，PT3……第三相電力轉(zhuǎn)換部，Lsll Lsl4、Ls21 Ls24、Ls31 Ls34......二次繞組。
具體實(shí)施例方式下面參照

本發(fā)明實(shí)施方式。在此，例舉單相輸出的電路進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的方框圖。圖中，1表示交流電源，從該交流電源1輸出的交流電力輸入變壓器2的一次繞組Lf。在變壓器2的二次側(cè)設(shè)有四個(gè)二次繞組Lsl Ls4。并且，第一單相三電平逆變器單元Sl與二次繞組Lsl和Ls2 連接，第二單相三電平逆變器單元S2與二次繞組Ls3和Ls4連接。單相三電平逆變器單元Sl包括第一交流輸入端子11、第二交流輸入端子12、第一交流輸出端子15、和第二交流輸出端子16。另外，單相三電平逆變器單元S2包括第一交流輸入端子13、第二交流輸入端子14、第一交流輸出端子17、和第二交流輸出端子18。并且，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11與變壓器2的二次繞組Lsl連接，第二交流輸入端子12與變壓器2的二次繞組Ls2連接。另外，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13與變壓器的二次繞組Ls4連接，第二交流輸入端子14與變壓器的二次繞組Ls3連接。進(jìn)而，第一單相三電平逆變器單元Sl的第二交流輸出端子16與第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸出端子17串聯(lián)連接。第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸出端子15和第二單相三電平逆變器單元S2的第二交流輸出端子18與沒有圖示的電動機(jī)(motor)等單相負(fù)載連接。并且，各單相三電平逆變器單元Sl如圖2所示構(gòu)成。即，第一交流輸入端子11與將交流轉(zhuǎn)換為直流的第一順向式轉(zhuǎn)換器21連接，第二交流輸入端子12與將交流轉(zhuǎn)換為直流的第二順向式轉(zhuǎn)換器22連接。第一平滑電容器23與第一順向式轉(zhuǎn)換器21的輸出側(cè)連接，第二平滑電容器M與第二順向式轉(zhuǎn)換器22的輸出側(cè)連接。并且，第一順向式轉(zhuǎn)換器21和第二順向式轉(zhuǎn)換器22串聯(lián)連接，同時(shí)，第一平滑電容器23和第二平滑電容器M串聯(lián)連接，構(gòu)成直流轉(zhuǎn)換部25。從該直流轉(zhuǎn)換部25，具體地說，從第一順向式轉(zhuǎn)換器21的正極輸出側(cè)和平滑電容器23的連接點(diǎn)導(dǎo)出高電位側(cè)線Lp，從第一平滑電容器23和第二平滑電容器M的連接點(diǎn)導(dǎo)出中性點(diǎn)線Lm，從第二順向式轉(zhuǎn)換器 22的負(fù)極側(cè)和第二平滑電容器M的連接點(diǎn)導(dǎo)出低電位側(cè)線Ln。并且，上開關(guān)臂30連接到高電位側(cè)線Lp和第一交流輸出端子15之間。該上開關(guān)臂30具有將與高電位側(cè)線Lp連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件31與反并聯(lián)二極管32組成的并聯(lián)電路，和半導(dǎo)體開關(guān)元件33與反并聯(lián)二極管34組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。另外，下開關(guān)臂36連接到第一交流輸出端子15和低電位側(cè)線Ln之間。該下開關(guān)臂36具有將與第一交流輸出端子15連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件37與反并聯(lián)二極管38組成的并聯(lián)電路，和半導(dǎo)體開關(guān)元件39與反并聯(lián)二極管40組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，上開關(guān)臂50連接到高電位側(cè)線Lp和第二交流輸出端子16之間。該上開關(guān)臂50具有將與高電位側(cè)線Lp連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件51與反并聯(lián)二極管52組成的并聯(lián)電路，和半導(dǎo)體開關(guān)元件53與反并聯(lián)二極管M組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。并且，下開關(guān)臂56連接到第二交流輸出端子16和低電位側(cè)線Ln之間。該下開關(guān)臂56具有將與第二交流輸出端子16連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件57與反并聯(lián)二極管58組成的并聯(lián)電路，和半導(dǎo)體開關(guān)元件59與反并聯(lián)二極管60組成的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，二極管61連接在中性點(diǎn)線Lm和上開關(guān)臂30的并聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間，二極管62連接在中性點(diǎn)線Lm和下開關(guān)臂36的并聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間。并且，二極管63連接在中性點(diǎn)線Lm和上開關(guān)臂50的并聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間，二極管64連接在中性點(diǎn)線Lm和下開關(guān)臂56的并聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間。此外，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件，能夠適用IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、電力MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等開關(guān)元件。另外，第二單相三電平逆變器單元S2也具有與圖2相同的構(gòu)成。并且，通過使第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11與變壓器2 的第一個(gè)二次繞組Lsl連接，使第二交流輸入端子12與變壓器的第二個(gè)二次繞組Ls2連接，使第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13與變壓器2的第四個(gè)二次繞組Ls4連接，使第二交流輸入端子14與變壓器2的第三個(gè)二次繞組Ls3連接，抑制高電壓施加在變壓器2的相鄰的二次繞組之間。S卩，與上述現(xiàn)有技術(shù)例的圖8(圖1 相同，在使第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11和第二交流輸入端子12與變壓器2的第一個(gè)二次繞組Lsl和第二個(gè)二次繞組Ls2連接，使第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13和第二交流輸入端子14與變壓器2的第三個(gè)二次繞組Ls3和第四個(gè)二次繞組Ls4連接的情況下，根據(jù)第一單相三電平逆變器單元Sl和第二單相三電平逆變器單元S2的動作模式的輸出電位組合，成為圖4所示的9種。即，當(dāng)?shù)谝粏蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄l的輸出端子16的輸出電位為高電位P時(shí)，第二單相三電平逆變器單元S2的輸出端子17的輸出電位成為高電位P、中性電位M、和低電位N這3種。同樣，當(dāng)?shù)谝粏蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄l的輸出端子16的輸出電位為中性電位M時(shí)和低電位N時(shí)，第二單相三電平逆變器單元S2的輸出端子17的輸出電位也成為高電位P、中性電位M、和低電位N這3種。若將第一平滑電容器23和第二平滑電容器M的端子間電壓設(shè)為Edc，當(dāng)?shù)谝粏蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄l的第二交流輸出端子16的輸出電位為高電位P時(shí)，上述輸出電位各組合的單相三電平逆變器單元的輸入端子間電壓模式和輸入電子間電壓成為圖5(a) (c)所示組合。此時(shí)，當(dāng)?shù)诙蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄2的第一輸出端子17的輸出電位成為高電位P的情況下，成為圖5(a)所示連接關(guān)系，輸入端子間電壓如下輸入端子11 13間的端子間電壓成為Edc，輸入端子11 14間的端子間電壓成為2Edc，輸入端子12 13間的端子間電壓成為2Edc，輸入端子12 14間的端子間電壓成為Edc。并且，當(dāng)?shù)诙蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄2的輸出端子17的輸出電位成為中性電位 M時(shí)，成為圖5(b)所示連接關(guān)系，輸入端子間電壓如下輸入端子11 13間的端子間電壓成為2Edc，輸入端子11 14間的端子間電壓成為Edc，輸入端子12 13間的端子間電壓成為2Edc，輸入端子12 14間的端子間電壓成為2Edc。進(jìn)而，當(dāng)?shù)诙蜗嗳娖侥孀兤鲉卧猄2的輸出端子17的輸出電位成為低電位N 時(shí)，成為圖5(c)所示連接關(guān)系，輸入端子間電壓如下輸入端子11 13間的端子間電壓成為3Edc，輸入端子11 14間的端子間電壓成為2Edc，輸入端子12 13間的端子間電壓成為4Edc，輸入端子12 14間的端子間電壓成為3Edc。其他電位組合也如圖6(a) (c)和圖7(a) (c)所示，結(jié)果是，輸入端子間電壓最大成為4Edc的情況僅為圖5(c)的組合和圖7(a)的組合兩種。S卩，在圖5(c)中，成為第一單相三電平逆變器單元Sl的第二交流輸出端子16為高電位P，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸出端子17為低電位N的組合，這時(shí)的輸入端子12 13間的輸入端子間電壓成為4Edc。并且，在圖7(a)中，成為第一單相三電平逆變器單元Sl的第二輸出端子16為低電位N，第二單相三電平逆變器單元S2的第一輸出端子17為高電位P的組合，這時(shí)的輸入端子11 14間的輸入端子間電壓成為最高電壓 4Edc。在此，在圖7(a)的情況下，輸入端子11 14間，若在變壓器2的二次繞組處觀察， 第一個(gè)二次繞組Lsl和第四個(gè)二次繞組Ls4之間，并不對相鄰的二次繞組施加高電壓，因此，沒有問題。但是，在圖5(c)的情況下，輸入端子12 13間為相鄰，變壓器2的二次繞組也相鄰的第二個(gè)二次繞組Ls2和第三個(gè)二次繞組Ls3之間，施加有高電壓。因此，必須達(dá)到與端子間電壓4Edc對應(yīng)的耐電壓值，需要確保高的絕緣性，這樣，變壓器2的高度變高， 導(dǎo)致大型化。因此，在本實(shí)施方式中，產(chǎn)生最大的端子間電壓4Edc的輸入端子間有兩種，實(shí)際成為問題的輸入端子間為輸入端子12 13，因此，通過使輸入端子13與變壓器2的第四個(gè)二次繞組Ls4連接，輸入端子14與第三個(gè)二次繞組Ls3連接，如上述圖5 (c)所示，即使輸入端子12和13間的端子間電壓成為4Edc，也能夠防止在變壓器2側(cè)高電壓施加到相鄰的二次繞組之間，能夠?qū)⑾噜彽亩卫@組Ls2和Ls3間的端子間電壓從4Edc抑制到3Edc。因此，在變壓器2的相鄰的二次繞組間能夠減小必要的耐電壓值，防止變壓器2的高度變高，能夠使電力轉(zhuǎn)換裝置的整體結(jié)構(gòu)小型化。在該第一實(shí)施方式中，對串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元為兩個(gè)的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不限定于此，當(dāng)串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元為N個(gè)、變壓器2的二次繞組數(shù)為2N個(gè)場合，其中N為正整數(shù)，成為如下狀態(tài)。即，關(guān)于第M個(gè)的單相三電平逆變器單元的M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子連接。并且，使第2M個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第二交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M為偶數(shù)的單相三電平逆變器單元，使第2M-1個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第二交流輸入端子連接。并且，通過使第M個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子連接，能夠?qū)嵤┑谝贿B接方法。下面，參照圖8說明本發(fā)明第二實(shí)施方式。在該第二實(shí)施方式中，與上述第一實(shí)施方式相反，關(guān)于第一單相三電平逆變器單元Si，使第一交流輸入端子11與變壓器2的第二個(gè)二次繞組Ls2連接，使第二交流輸入端子12與變壓器2的第一個(gè)二次繞組Lsl連接。另一方面，對于第二單相三電平逆變器單元 S2,使第一交流輸入端子13與變壓器的第三個(gè)二次繞組Ls3連接，使第二交流輸入端子14 與變壓器的第四個(gè)二次繞組Ls4連接，設(shè)為第二連接方法。根據(jù)該第二實(shí)施方式，在第一單相三電平逆變器單元Sl側(cè)，對成為第一交流輸入端子11和第二交流輸入端子12的連接對象的變壓器2的二次繞組進(jìn)行替換，因此，與上述第一實(shí)施方式相同，圖5(c)的輸入端子間電壓成為最高值的4Edc的輸入端子12和13的連接對象，成為二次繞組Lsl和Ls3，不會在相鄰的二次繞組間施加高電壓，能抑制耐電壓值，防止變壓器的高度變高。在該第二實(shí)施方式中，對串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元為兩個(gè)的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不限定于此，當(dāng)串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元為N個(gè)、變壓器2的二次繞組數(shù)為2N個(gè)的情況下，其中N為正整數(shù)，成為如下狀態(tài)。即，關(guān)于第M個(gè)的單相三電平逆變器單元的M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第二交流輸入端子連接。并且，使第2M個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子連接。另一方面，關(guān)于M為偶數(shù)的單相三電平逆變器單元，使第2M-1個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子連接。并且，通過使第M個(gè)的二次繞組與單相三電平逆變器單元的第二交流輸入端子連接，能夠?qū)嵤┑诙B接方法。下面，參照圖9說明本發(fā)明第三實(shí)施方式。在該第三實(shí)施方式中，設(shè)有多個(gè)的N個(gè)X K相的單相三電平逆變器單元，表示N = 2、K = 3的電路。S卩，在該第三實(shí)施方式中，電力轉(zhuǎn)換裝置如圖9所示，設(shè)有第一相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ1， 第二相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ2，和第三相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ3，共計(jì)三個(gè)電力轉(zhuǎn)換部，各電力轉(zhuǎn)換部分別包括第一實(shí)施方式的單相三電平逆變器單元Sl和S2。并且，對于第一相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ1，與上述第一實(shí)施方式相同，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11與變壓器2的二次繞組Lsll連接，第二交流輸入端子 12與變壓器2的二次繞組Lsl2連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13與變壓器的二次繞組Lsl4連接，第二交流輸入端子14與變壓器的二次繞組Lsl3 連接。同樣地，對于第二相電力轉(zhuǎn)換部PT2，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11也與變壓器2的二次繞組Ls21連接，第二交流輸入端子12也與變壓器2的二次繞組Ls22連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13與變壓器的二次繞組LsM連接，第二交流輸入端子14與變壓器的二次繞組Ls23連接。進(jìn)而，對于第三相電力轉(zhuǎn)換部PT3，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11也與變壓器2的二次繞組Ls31連接，第二交流輸入端子12也與變壓器2的二次繞組Ls32連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13與變壓器的二次繞組Ls34連接，第二交流輸入端子14與變壓器的二次繞組Ls33連接。進(jìn)而，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第一單相三電平逆變器單元Sl的第二輸出端子 16和第二單相三電平逆變器單元S2的第一輸出端子17連接，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第二單相三電平逆變器單元S2的第二輸出端子18互相共同連接。并且，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第一單相三電平逆變器單元Sl的第一輸出端子 15與沒有圖示的三相電動機(jī)等三相負(fù)載連接。根據(jù)該第三實(shí)施方式，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3與上述第一實(shí)施方式具有相同構(gòu)成，因此能夠得到與上述第一實(shí)施方式相同的作用效果。在上述第三實(shí)施方式中，關(guān)于各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3，與上述第一實(shí)施方式相同，串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元能夠設(shè)為N個(gè)，其中N為正整數(shù)，變壓器2的二次繞組數(shù)能夠設(shè)為2N個(gè)，實(shí)施第一連接方法。并且，在上述第三實(shí)施方式中，對相數(shù)為三相的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不局限于此，也能夠?yàn)樗南嗷蛩南嘁陨系娜我庀鄶?shù)。下面，參照圖10說明本發(fā)明第四實(shí)施方式。該第四實(shí)施方式與上述第三實(shí)施方式相同，設(shè)有多個(gè)的N個(gè)XK相的單相三電平逆變器單元，表示N = 2、K = 3的電路。S卩，在該第四實(shí)施方式中，電力轉(zhuǎn)換裝置如圖10所示，與上述第三實(shí)施方式相同， 設(shè)有第一相電力轉(zhuǎn)換部PTl，第二相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ2，和第三相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ3，共計(jì)三個(gè)電力轉(zhuǎn)換部，各電力轉(zhuǎn)換部分別包括第一實(shí)施方式的單相三電平逆變器單元Sl和S2。并且，對于第一相電力轉(zhuǎn)換部ΡΤ1，與上述第二實(shí)施方式相同，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11與變壓器2的第二個(gè)二次繞組Lsl2連接，第二交流輸入端子12與變壓器2的第一個(gè)二次繞組Lsll連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2 的第一交流輸入端子13與變壓器的第三個(gè)二次繞組Lsl3連接，第二交流輸入端子14與變壓器的第四個(gè)二次繞組Lsl4連接。同樣，對于第二相電力轉(zhuǎn)換部PT2，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11也與變壓器2的第六個(gè)二次繞組Ls22連接，第二交流輸入端子12也與變壓器的第五個(gè)二次繞組Ls21連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13 與變壓器的第七個(gè)二次繞組Ls23連接，第二交流輸入端子14與變壓器的第八個(gè)二次繞組 Ls24連接。進(jìn)而，對于第三相電力轉(zhuǎn)換部PT3，第一單相三電平逆變器單元Sl的第一交流輸入端子11也與變壓器2的第十個(gè)二次繞組Ls32連接，第二交流輸入端子12也與變壓器的第九個(gè)二次繞組Ls31連接。并且，第二單相三電平逆變器單元S2的第一交流輸入端子13 與變壓器的第十一個(gè)二次繞組Ls33連接，第二交流輸入端子14與變壓器的第十二個(gè)二次繞組LS;34連接。
進(jìn)而，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第一單相三電平逆變器單元Sl的第二輸出端子 16和第二單相三電平逆變器單元S2的第一輸出端子17連接，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第二單相三電平逆變器單元S2的第二輸出端子18互相共同連接。并且，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3的第一單相三電平逆變器單元Sl的第一輸出端子 15與沒有圖示的三相電動機(jī)等三相負(fù)載連接。根據(jù)該第四實(shí)施方式，各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3與上述第二實(shí)施方式具有相同構(gòu)成，因此能夠得到與上述第二實(shí)施方式相同的作用效果。在上述第四實(shí)施方式中，對于各電力轉(zhuǎn)換部PTl PT3，與上述第一實(shí)施方式相同，串聯(lián)連接的單相三電平逆變器單元能夠設(shè)為N個(gè)，其中N為正整數(shù)，變壓器2的二次繞組數(shù)能夠設(shè)為2N個(gè)，實(shí)施第二連接方法。并且，在上述第四實(shí)施方式中，對相數(shù)為三相的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不局限于此，也能夠?yàn)樗南嗷蛩南嘁陨系娜我庀鄶?shù)。并且，單相三電平逆變器單元的構(gòu)成并不局限于上述構(gòu)成，各上開關(guān)臂和下開關(guān)臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件數(shù)能夠設(shè)定為任意偶數(shù)，且也能夠適用希望時(shí)進(jìn)行導(dǎo)通控制的開關(guān)電路，代替二極管61 64。上面參照

了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例。在本發(fā)明技術(shù)思想范圍內(nèi)可以作種種變更，它們都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該電力轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)的N個(gè)單相三電平逆變器單元，所述單相三電平逆變器單元具有輸入交流的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子，以及輸出單相交流的第一交流輸出端子和第二交流輸出端子，具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2N個(gè)二次繞組的變壓器的二次繞組與所述N個(gè)單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子連接，將該N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接，將所述交流輸出端子被串聯(lián)連接的所述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將所述變壓器的二次繞組按照所述變壓器的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置順序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組時(shí)，所述變壓器的二次繞組與所述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系如下使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)，作為該連接方法，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，關(guān)于M為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。
2.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該電力轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)的N個(gè)單相三電平逆變器單元，所述單相三電平逆變器單元具有輸入交流的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子，以及輸出單相交流的第一交流輸出端子和第二交流輸出端子，具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2N個(gè)二次繞組的變壓器的二次繞組與所述N個(gè)單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子連接，將該N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接，將所述交流輸出端子被串聯(lián)連接的所述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將所述變壓器的二次繞組按照所述變壓器的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置順序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組時(shí)，所述變壓器的二次繞組和所述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系如下使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)，作為該連接方法，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，關(guān)于M為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。
3.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該電力轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)的N個(gè)XK相的單相三電平逆變器單元，所述單相三電平逆變器單元具有輸入交流的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子，以及輸出單相交流的第一交流輸出端子和第二交流輸出端子，具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2NXK個(gè)二次繞組的變壓器的K相的二次繞組分別與所述N個(gè)單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子連接，使該N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接的K組電路的各自的一個(gè)輸出端子共同連接， 并且將另一個(gè)輸出端子設(shè)為各輸出來進(jìn)行K相輸出，將所述交流輸出端子被共同連接的所述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將所述變壓器的K相的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置分別依序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組時(shí)，所述變壓器的二次繞組和所述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系如下使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)，作為該連接方法，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，關(guān)于M為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接。
4.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于該電力轉(zhuǎn)換裝置包括多個(gè)的N個(gè)XK相的單相三電平逆變器單元，所述單相三電平逆變器單元具有輸入交流的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子，以及輸出單相交流的第一交流輸出端子和第二交流輸出端子，具有一個(gè)一次繞組和多個(gè)的2NXK個(gè)二次繞組的變壓器的K相的二次繞組分別與所述 N個(gè)單相三電平逆變器單元的第一交流輸入端子和第二交流輸入端子連接，使該N個(gè)單相三電平逆變器單元的交流輸出端子串聯(lián)連接的K組電路的各自的一個(gè)輸出端子共同連接， 并且將另一輸出端子設(shè)為各輸出來進(jìn)行K相輸出，將所述交流輸出端子被共同連接的所述N個(gè)單相三電平逆變器單元按照連接順序設(shè)為第一單元、第二單元、第三單元、……、第N單元，將所述變壓器的K相的二次繞組的結(jié)構(gòu)位置分別依序設(shè)為第一個(gè)二次繞組、第二個(gè)二次繞組、第三個(gè)二次繞組、……、第2N-1個(gè)二次繞組、第2N個(gè)二次繞組時(shí)，所述變壓器的二次繞組和所述單相三電平逆變器單元的連接關(guān)系如下使第2M-1個(gè)二次繞組和第2M個(gè)二次繞組與第M個(gè)單元的兩個(gè)交流輸入端子連接，其中，M為1 N的整數(shù)，作為該連接方法，關(guān)于M為奇數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，關(guān)于M為偶數(shù)的單元，使第2M-1個(gè)二次繞組與單元的第一交流輸入端子連接，使第2M個(gè)二次繞組與單元的第二交流輸入端子連接。
5.如權(quán)利要求1 4中任一個(gè)所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述單相三電平逆變器單元包括將從所述第一交流輸入端子輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的第一順向式轉(zhuǎn)換器；使該順向式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓平滑的第一平滑電容器；將從所述第二交流輸入端子輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流的第二順向式轉(zhuǎn)換器；和使該順向式轉(zhuǎn)換器的輸出電壓平滑的第二平滑電容器，將所述第一平滑電容器的低電位側(cè)和第二平滑電容器的高電位側(cè)連接，形成具有高電位側(cè)、中性點(diǎn)和低電位側(cè)的直流串聯(lián)電路，所述單相三電平逆變器單元還包括第一輸出電路，其包括在所述直流串聯(lián)電路的高電位側(cè)和所述第一交流輸出端子之間串聯(lián)連接有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路的上臂，在所述第一交流輸出端子和所述低電位側(cè)之間串聯(lián)連接有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路的下臂，和在所述各臂的兩個(gè)串聯(lián)電路的各中間連接點(diǎn)和所述中性點(diǎn)之間分別連接的二極管，和第二輸出電路，其包括在所述高電位側(cè)和所述第二交流輸出端子之間串聯(lián)連接有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路的上臂，在所述第二交流輸出端子和所述低電位側(cè)之間串聯(lián)連接有兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件和反并聯(lián)二極管的并聯(lián)電路的下臂，和在所述各臂的兩個(gè)串聯(lián)電路的各中間連接點(diǎn)和所述中性點(diǎn)之間分別連接的二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的課題在于，抑制高電壓施加到連接有多個(gè)單相三電平逆變器單元的變壓器的相鄰的二次繞組間，使絕緣結(jié)構(gòu)簡單化，使變壓器小型化。本發(fā)明的解決手段在于當(dāng)至少將第一單相三電平逆變器單元(S1)和第二單相三電平逆變器單元(S2)的第一交流輸入端子(11～14)連接到變壓器(2)二次繞組(Ls1～Ls4)時(shí)，對于任一方的單相三電平逆變器單元，使第一交流輸入端子和第二交流輸入端子與相對的二次繞組連接，對于另一方的單相三電平逆變器單元，使第一交流輸入端子和第二交流輸入端子相互與交叉的二次繞組連接，抑制高電壓施加到相鄰的二次繞組間。
文檔編號H02M7/483GK102195494SQ201110054909
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者河野正志, 花澤昌彥 申請人:富士電機(jī)系統(tǒng)株式會社