JPH0866041A

JPH0866041A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH0866041A
Application number: JP6201723A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ito; 知伊東; Takeshi Ando; 安藤　　武; Satoru Horie; 堀江　　哲; Kiyoshi Nakamura; 中村　　清
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波スイッチング素子を用いて、小形軽量か
つ大容量化に適した電力変換装置を提供することにあ
る。【構成】電力変換器５ａ，５ｂを同一の変圧器２次巻線
に接続し、同一のゲートパルスをあたえる。【効果】所要多重数が増加しても、上記技術により変圧
器２次巻線数を低減できるため、装置重量を低減でき
る。同時に、直流側出力を共通にできるので、大出力の
インバータに電力を供給する用途にも適用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流を直流に変換する
電力変換装置に係り、特に電力変換装置の多重化に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】大容量の電力変換器が必要であり、単一
の電力変換器では出力容量が不足する場合、これらを複
数組み合わせたいわゆる多重電力変換装置が用いられ
る。

【０００３】この例として、昭和６２年電気学会全国大
会予稿集第1099頁から第1100頁に記載の電気車用コンバ
ータ技術があげられる。本文献には、変圧器の各２次巻
線に１台ずつ交流を直流に変換する電力変換器であるコ
ンバータを直流側で並列接続することが記載されてい
る。

【０００４】一方エレベータ用コンバータではあるが、
電力変換器の多重化の例として、特開平5−260793 号公
報記載の技術があげられる。本文献には、同一の３相交
流電源に２台の電力変換器を並列接続し、直流側も共通
コンデンサに並列接続し、これら電力変換器間で相差運
転を行うことが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来技術で
は、多重化した電力変換装置の夫々に変圧器の２次巻線
を割り当てているため、変圧器の重量や容積が大きくな
り、例えば電気車にこれを搭載しようとする場合困難な
ものとなる。この傾向は、特にＩＧＢＴなどの高速スイ
ッチング素子ではあるが、ＧＴＯに比べ容量が小さい素
子を用いる場合、電力変換器の所要多重数が増加するの
で顕著である。

【０００６】また、後者の従来技術では、交流電源に直
接電力変換器を接続しているので、変圧器の小型軽量化
について全く配慮されていない。

【０００７】本発明の第１の目的は、変圧器を小形軽量
とすることにより装置全体の小型軽量化を図った多重化
した電力変換装置を提供することにある。

【０００８】本発明の第２の目的は、電気車用に適した
大容量かつ小形軽量な多重化した電力変換装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的は、１次
巻線に交流を受電し２次巻線を有する変圧器と、この２
次巻線に並列接続され交流を直流に変換する複数のパル
ス幅変調される電力変換器と、これら電力変換器の直流
側に並列接続されたコンデンサとを有し、前記複数の電
力変換器は同一パルス幅変調制御手段の出力により制御
されるよう構成することによって達成される。

【００１０】前記第２の目的は、複数の２次巻線を有す
る変圧器と、交流を直流に変換する複数の電力変換器
と、複数のコンデンサを備えた電力変換装置において、
前記コンデンサの夫々に複数の前記電力変換器の直流側
を並列接続し、異なる前記コンデンサに接続された前記
電力変換器を同一の前記２次巻線に夫々並列接続し、こ
れら同一に２次巻線に接続された電力変換器に対して同
期したゲートパルスを与えるよう構成した電力変換装置
によって達成される。

【００１１】

【作用】同一の変圧器２次巻線に直流を交流に変換する
コンバータを複数並列接続すると、電力変換器を動作さ
せる際に横流が発生しうるが、これら複数のコンバータ
を同一のパルス幅変調手段からの制御信号で制御するこ
とにより、後述するように横流を極力低減することがで
き、このため２次巻線を減らすことができる。

【００１２】また、複数の変圧器２次巻線の夫々に複数
の電力変換器の交流側を接続し、異なる２次巻線に接続
された電力変換器の直流側を共通のコンデンサに並列接
続し、同一の２次巻線に接続された電力変換器に同期し
たゲートパルスを与えることによって、２次巻線を減少
させることができる他、コンデンサへの高調波電流が減
少し、あるコンデンサに接続された負荷がなくなった場
合でも交流側から見ると、残った電力変換器間で必ず相
差運転を行っているので、交流（架線）への高調波電流
の流出が減少する。

【００１３】

【実施例】電気車用の直流を交流に変換するコンバータ
に用いる自己消弧形スイッチング素子として、容量は大
きいがスイッチング速度の遅いＧＴＯ（ゲートターンオ
フサイリスタ）などが主に使用されてきた。これに対し
近年、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ），ＭＣＴ（モス制御サイリスタ）などのＧＴＯより
も高速のスイッチング素子が開発されており、これらを
電力変換装置に適用することによる、高調波の低減，変
換器損失の低減，装置の小形軽量化等が期待されてい
る。

【００１４】しかしながら、これら高速スイッチング素
子は、ＧＴＯなどに比べまだ素子容量が小さいため、多
重化した電力変換装置にＩＧＢＴなどの高速スイッチン
グ素子を適用すると、電力変換器の所要多重数が増加
し、変圧器２次巻線数もこれと同数必要となり、かつ各
２次巻線間を疎結合とするため、変圧器の重量が大きく
なってしまう。

【００１５】このように各２次巻線間を疎結合（相互イ
ンダクタンスＭが小さい）とする理由は、他相の高調波
電流の影響により、自相の高調波が増大するのを防止す
るためである。この交流側回路が疎結合になっていれば
高調波を低減することができる。しかし、疎結合にする
ためにはコンバータごとに２次巻線を設けたり、変圧器
に特殊な細工をするなどする必要があり、何れも変圧器
の重量や容積を増す原因となる。

【００１６】図１は本発明の一実施例であり、電力変換
器の多重数が２台である場合を示している。パンタグラ
フ１から給電された単相交流は、変圧器２によって電圧
が下げられこの２次巻線には２台の電力変換器５ａ，５
ｂが並列に接続されている。さらに電力変換器５ａ，５
ｂの直流出力側は、共通のコンデンサ６に並列に接続さ
れており、ここで図示しないインバータやチョッパ等の
電動機駆動用電力変換器に一定電圧を給電する。３は車
輪である。

【００１７】制御回路７においては、直流電圧指令値Ｅ
ｄ* から、直流電圧検出器８１により検出した直流電圧
Ｅｄを減算器７１ａにより差し引いて偏差を取り、電圧
調整器７２により、出力電流実効指令値Ｉｓ* を得る。
これに、正弦波発生器７４からの正弦波信号を乗算器７
３により乗算することで出力電流指令値ｉｓ* を得る。
これから、交流電流検出器８２により検出した出力電流
ｉｓを、減算器７１ｂにより差し引くことで偏差をと
る。これによる電流調整器７５の出力と、交流電圧検出
器８１により検出した１次電圧ｅｐから逓倍器７９によ
り変圧比を乗じて得られる２次電圧ｅｓを減算器７１ｃ
により差し引くことにより、出力電圧指令値ｅｃ* を得
る。三角波発生器７６ａ，７６ｂにより出力する三角波
信号と、出力電圧指令値ｅｃ* を比較器７７ａ，７７ｂ
で比較し、必要に応じて反転器78ａ，７８ｂにて反転す
ることにより、スイッチング素子を駆動するゲートパル
ス信号を得る。電力変換器５ａ，５ｂは、同一のゲート
パルスに基づき、スイッチング素子がオン，オフ制御さ
れる。この結果出力される出力電圧と、変圧器２の２次
電圧ｅｓとの差電圧により、出力電流ｉｓが流れ、所定
の出力電流ｉｓになるように制御することにより、コン
デンサの直流電圧Ｅｄを所定の値に保つことができる。

【００１８】本実施例においては、同一の２次巻線に複
数の電力変換器を並列に接続する構成としたので、変圧
器の小型軽量化を図ることができる。さらに、この時問
題になる横流についても、電力変換器５ａ，５ｂに対し
て同一のゲートパルスを与える構成としたので、横流の
発生は電力変換器５ａ，５ｂを構成するスイッチング素
子のスイッチング動作のバラツキによるもののみとな
る。さらに、スイッチング素子をＧＴＯよりもスイッチ
ングのバラツキの小さなＩＧＢＴやＭＣＴとすることに
より、電力変換器の多重数は増加するが、変圧器２次巻
線数を増す必要がなくなり変圧器重量及び容積を低減で
きる。これにより全体として小形軽量な多重電力変換装
置を実現することができる。

【００１９】尚、本実施例においては、変換器の多重数
が２台である場合を示したが、多重電力変換装置の所要
容量が増加し、多重数を増す必要がある場合にも、必要
な数の電力変換器を、交流リアクトル（横流による短絡
電流の低減のため、配線によるインダクタンスでも防止
可能である場合もある）を介し同様に変圧器２次巻線に
接続することで多重電力変換装置を実現できる。

【００２０】図２（ａ）は、図１の実施例における電力
変換器５の主回路構成を示したものである。スイッチン
グ素子５１ａ〜５１ｄに逆並列ダイオード５２ａ〜５２
ｄがそれぞれ逆並列に接続されており、２レベルの電圧
型電力変換器の２相分に相当している。

【００２１】また、図１では多重電力変換器が図２
（ａ）のような２レベルの電力変換器で構成される場合
を図示したが、図２（ｂ）のように３レベルの電力変換
器で構成されていても同様の効果が得られる。図２
（ｂ）において、５１ａ〜５１ｈはスイッチング素子、
５２ａ〜５２ｈは逆並列ダイオード、５３ａ〜５３ｄは
クランプダイオードである。また、４レベル，５レベル
などの多レベル電力変換器で構成しても、同様の効果が
得られることは、言までもない。

【００２２】図３に本発明の他の実施例を示した。基本
的に図１に示した実施例と同様の構成であるが、変圧器
２の２次巻線に２台の電力変換器５ａ，５ｂが、配線イ
ンダクタンス４１ａ〜４２ｄを介し接続されている。

【００２３】ここで、２台の電力変換器５ａおよび５ｂ
は、同一のゲートパルスにより駆動される。理想的には
両者のスイッチング素子は全く同じタイミングでオン，
オフするので、両者の出力電圧ｅｃ１，ｅｃ２は等しい
はずである。しかしながら実際には、それぞれのスイッ
チング素子は特性にばらつきがあり、同一のゲートパル
スを与えても、スイッチング素子のオン，オフには、タ
イミング差時間ΔＴが生じる。このため、２台の電力変
換器５ａおよび５ｂの出力電圧ｅｃ１，ｅｃ２に差が生
じ、電力変換器５ａおよび５ｂ間に横流が流れる。タイ
ミング差時間ΔＴが十分小さい場合には、横流電流は小
さいため、図１の実施例のように、特に対策を施さなく
ても電力変換装置の動作に支障は生じない。しかしなが
ら、タイミング差時間ΔＴが大きく、横流を無視できな
い場合には、電力変換器５ａおよび５ｂ間に何らかのイ
ンピーダンスを設けてこれを抑制する必要がある。本実
施例では、電力変換器５ａおよび５ｂ間の配線インピー
ダンスを利用して、横流を抑制する。配線インダクタン
ス４１ａ〜４１ｄをそれぞれＬｗ，相互インダクタンス
は無視できると仮定し、スイッチング素子のオン（ある
いはオフ）のタイミングの差をΔＴとすると、横流ΔＩ
は下記のような近似式で表せる。

【００２４】

【数１】 ΔＩ＝Ｅｄ・ΔＴ／２Ｌｗ実際には横流ΔＩがある許容値以下にできるような配線
インダクタンスＬｗとするように、配線長，配線形状を
設定すればよい。横流の許容最大値をΔＩmaxとする
と、配線インダクタンスＬｗのとりうる範囲は下記のよ
うに表せる。

【００２５】

【数２】Ｌｗ≧Ｅｄ・ΔＴ／２ΔＩmax 図１の実施例と同様に、変圧器２次巻線数を減らすこと
ができるので、変圧器重量を低減でき、全体として小形
軽量な多重電力変換装置を実現することができる。尚、
制御回路７は図１に示した実施例と同様である。

【００２６】図４は本発明の他の実施例である。基本的
に図３に示した実施例と同様の構成であるが、変圧器２
の２次巻線に２台の電力変換器５ａ，５ｂが、交流リア
クトル４ａ〜４ｄを介し接続されているところが異なっ
ている。

【００２７】図３の実施例と同様、２台の電力変換器５
ａおよび５ｂは、同一のゲートパルスにより駆動され
る。電力変換器５ａおよび５ｂのスイッチング素子のオ
ン，オフの、タイミング差時間ΔＴが図３の実施例の場
合より大きく、配線インダクタンスだけでは横流を抑制
できない場合には、本実施例のように電力変換器５ａお
よび５ｂ間に交流リアクトル４ａ〜４ｄを設けてこれを
抑制する。

【００２８】交流リアクトル４ａ〜４ｄのインダクタン
スをそれぞれＬ、相互インダクタンスは無視できると仮
定すると、横流ΔＩは下記のような近似式で表せる。

【００２９】

【数３】 ΔＩ＝Ｅｄ・ΔＴ／２Ｌ実際には横流ΔＩがある許容値以下になるように交流リ
アクトル４ａ〜４ｄのインダクタンスＬを設定する。横
流の許容最大値をΔＩmax とすると、インダクタンスＬ
のとりうる範囲は下記のように表せる。

【００３０】

【数４】Ｌ≧Ｅｄ・ΔＴ／２ΔＩmax 図１に示した実施例と同様に、変圧器２次巻線数を減ら
すことができるので、変圧器重量を低減できる。また、
新たに交流リアクトル４ａ〜４ｄが必要となるが、高速
スイッチング素子の場合、オン（あるいはオフ）のタイ
ミングの差ΔＴはごく小さいため、交流リアクトル４ａ
〜４ｄのインダクタンスＬも比較的小さなものでよく、
重量的にもそれほど大きな増加とはならない。これによ
り全体として小形軽量な多重電力変換装置を実現するこ
とができる。

【００３１】図５は、本発明の他の実施例であり、電力
変換器多重数が４台の場合を示している。ここで変圧器
２は２次巻線を２組有しており、それぞれ電力変換器５
ａと５ｂが、５ｃと５ｄが変圧器に対して並列に接続さ
れている。また、電力変換器５ａと５ｂ，５ｃと５ｄの
直流出力側は、それぞれコンデンサ６ａ，６ｂに並列接
続されている。電力変換器５ａと５ｂは制御回路７ａの
出力であるゲートパルスＡにより、電力変換器５ｃと５
ｄは制御回路７ｂの出力であるゲートパルスＢにより、
それぞれ駆動される。制御回路７ａと７ｂの三角波信号
に位相差を持たせる相差運転を行うことで、電力変換器
５ａと５ｂ，５ｃと５ｄの入力電流に含まれる高調波成
分が相殺し、図１に示した実施例に比べ交流入力電流の
高調波を低減することができる。

【００３２】図５においては、電力変換器５ａと５ｂ，
５ｃと５ｄのスイッチング素子のオン，オフの、タイミ
ング差時間ΔＴが十分小さい場合を図示したが、タイミ
ング差時間ΔＴが大きく、電力変換器間の横流電流が無
視できない場合には、図３及び図４の実施例と同様に、
配線インダクタンスを利用したり、交流リアクトルを設
けることにより、横流電流を抑制することができる。

【００３３】また、図５の実施例では、電力変換器５ａ
と５ｂ，５ｃと５ｄは２群にわかれ、コンデンサ６ａ，
６ｂにそれぞれ別個に接続されているが、これを同一の
コンデンサに接続することも可能であり、この場合、よ
り大容量のインバータに電力を供給することができる。
さらに図５の実施例では、変圧器２次巻線数２，電力変
換器数４の場合を示したが、それぞれこれらより大きな
数であっても、同様の構成で多重電力変換装置を実現で
きる。

【００３４】ところで、電気車に用いられるフィルタコ
ンデンサ６ａ，６ｂは、近年、小型安価である電解コン
デンサが用いられつつある。しかし、電解コンデンサは
直流に乗るリップルが大きいと寿命が縮まるという問題
がある。また、このコンデンサに接続される電動機駆動
用インバータの運転として、故障の際のユニットカット
や定速運転時の運転ユニット数低減がある。上記図５に
示した実施例は、直流側が並列接続されている電力変換
器のゲートパルスが同一（相差運転をしない）であるた
め、コンデンサに流れる高調波電流が大きくコンデンサ
の寿命を縮めるという問題がある。さらに、コンデンサ
６ａ若しくはコンデンサ６ｂの一方に接続されたインバ
ータを停止し、これに伴って停止したインバータに電力
を供給するコンバータの組を停止すると、相差運転をし
ていた一方のゲートパルスがなくなるので変圧器２，車
輪３，パンタグラフ１を介して交流側にコンバータのス
イッチングによる高調波が流出してしまうという問題が
ある。この点を解決する実施例を図６を用いて説明す
る。

【００３５】図６は電力変換器多重数が４台の場合を示
している。ここで変圧器２は２次巻線を２組有してお
り、それぞれ電力変換器５ａと５ｂ，５ｃと５ｄが接続
される構成は、図５の実施例と同様であるが、電力変換
器５ａと５ｃの直流出力側がコンデンサ６ａに、電力変
換器５ｂと５ｄの直流出力側がコンデンサ６ｂにそれぞ
れ接続されている。電力変換器５ａは制御回路７ａ，電
力変換器５ｂは制御回路７ｂにより制御され、これら制
御回路の出力であるゲートパルスＡは図示しない三角波
同期装置により同期が取られている。一方、電力変換器
５ｃと５ｄも同様に、夫々制御回路７ｃ，７ｄにより制
御され、これら制御回路７ｃ，７ｄの出力であるゲート
パルスＢは図示しない三角波同期装置により同期が取ら
れている。さらに、制御回路７ａ，７ｂの三角波信号と
制御回路７ｃ，７ｄの三角波信号に位相差を持たせる相
差運転を行うことで、夫々のコンデンサへ流れる高調波
電流を減少させることができる。このため、コンデンサ
の寿命を伸ばす効果がある。また、同一の２次巻線に接
続された電力変換器５ａと５ｂ、電力変換器５ｃと５ｄ
の入力電流に含まれる高調波成分が相殺し、交流入力電
流の高調波を低減することができる。さらに、コンデン
サ６ａ若しくはコンデンサ６ｂに接続された一方のイン
バータを停止させ、夫々のコンバータの交流側のスイッ
チであるラインブレーカ（図示せず）のインバータ停止
側（例えば、コンデンサ６ｂに接続されたインバータを
停止させた場合、電力変換器５ｂ，５ｃを停止させる必
要があり、この際これら電力変換器の交流側ラインブレ
ーカを切る）を切ったとしても、残りの運転されている
電力変換器（上記括弧書きの例の場合電力変換器５ａ，
５ｃ）は異なるゲートパルスにより相差運転されている
ので、直流側はもちろん交流側の高調波も相殺され、高
調波電流を減少させることができる。

【００３６】本実施例においては、横流電流抑制のた
め、変圧器２と電力変換器５ａ〜５ｄ間にインピーダン
スを記載しているが、横流の大きさによっては、配線イ
ンピーダンス４１ａ〜４１ｈで足りる。ここで、コンデ
ンサ６ａ，６ｂの直流電圧をそれぞれＥｄ１，Ｅｄ２，
三角波信号の周波数ｆｃ，横流の許容最大値をΔＩmax
とすると、配線インダクタンスをＬｗのとりうる範囲は
下記のように表せる。

【００３７】

【数５】Ｌｗ≧(Ｅｄ１＋Ｅｄ２)／８ｆｃΔＩmax 三角波信号の周波数ｆｃが十分高い場合には、上記のよ
うに配線インダクタンスを利用して横流電流を抑制する
ことができるが、配線インダクタンスのみでは不十分な
場合、図４の実施例同様に交流リアクトルを設けること
により横流電流を抑制することができる。

【００３８】本実施例によれば、変圧器を小型軽量とす
ることが可能となるばかりでなく、コンデンサの寿命を
伸ばすことができ、電気車の運転の位置形態として、一
方の負荷であるインバータを停止させた場合にも交流ス
テージの高調波電流を減少させることができる他、一方
の２次巻線若しくはこの２次巻線に接続されたコンバー
タの双方が故障した場合にも、夫々の直流側コンデンサ
に接続された負荷であるインバータの双方に半減するも
のの直流電力を供給することができ、電気車を継続して
運転することができるという効果がある。

【００３９】図７は本発明の別の実施例である。変圧器
２１の２次巻線にタップが２端子追加され、全部で４端
子設けてある。電力変換器５ａはその内２端子に、電力
変換器５ｂは別の２端子に接続される。ここで電力変換
器５ａに接続される端子間の電圧ｅｓ１と、電力変換器
５ｂに接続される端子間の電圧ｅｓ２は等しくなるよう
設定する。電力変換器５ａ，５ｂの直流出力側は、共通
のコンデンサ６に接続される。電力変換器５ａ，５ｂ
は、それぞれ制御回路７ａ，７ｂにより制御される。電
力変換器５ａ，５ｂの接続される変圧器２１の端子間に
は、必ずインピーダンスが存在するため、横流電流を抑
制することができる。図７の実施例は、電力変換器の動
作や、高調波低減効果の点では図４の実施例と同様であ
るが、図４のように新たに交流リアクトルを設ける必要
がなく、変圧器２１にタップを設けるだけで実現可能な
ため、装置をより小形軽量なものとすることができる。

【００４０】図７においては、電力変換器数が２である
場合を示したが、これ以上の電力変換器数が必要な場合
も、変圧器のタップを増すことにより、同様の多重電力
変換装置を実現できる。

【００４１】図８は本発明の別の実施例である。図７の
実施例と同様の構成であるが、変圧器２２のタップは１
端子しか追加しておらず、電力変換器５ａ，５ｂの接続
される端子のうち、１端子は共通である。このため、電
力変換器５ａに接続される端子間の電圧ｅｓ１と、電力
変換器５ｂに接続される端子間の電圧ｅｓ２は異なる。
電力変換器５ａ，５ｂの直流出力側は、共通のコンデン
サ６に接続される。

【００４２】次に、図９のベクトル図を用いて、図８の
実施例の動作について説明する。ここで、Ｅｓ１，Ｌ１
は電力変換器５ａに接続される変圧器２２の端子間の電
圧およびインダクタンス、同様にＥｓ２は電力変換器５
ｂに接続される端子間の電圧およびインダクタンスであ
り、ここでは仮にＥｓ１の方が大きいとする。また、Ｉ
ｓ１，Ｉｓ２、およびＥｃ１，Ｅｃ２はそれぞれ電力変
換器５ａ，５ｂの入力電流および出力電圧、Ｅｃmax は
電力変換器５ａ，５ｂの最大出力電圧を示す。図９
（ａ）は入力電流Ｉｓ１とＩｓ２が等しい場合のベクト
ル図を示す。ここで、電力変換器５ａ，５ｂの最大出力
電圧Ｅｃmax は等しく、直流電圧Ｅｄ，スイッチング素
子の最小パルス幅により定まる最大変調率をＫmax とす
ると、下記のように表せる。

【００４３】

【数６】Ｅｃmax ＝Ｋmax Ｅｄ／１.４１４図９（ａ）においては、電力変換器５ａは最大出力電圧
を出力しているが、電力変換器５ｂは最大出力電圧に達
しておらず、電力変換器の能力を十分出していない。

【００４４】そこで図９（ｂ）のように、電力変換器５
ｂの入力電流Ｉｓ２を、Ｉｓ１よりも大きくなるように
制御すると、両方の電力変換器を最大出力電圧において
動作させることができる。また、この場合、電力変換器
５ａよりも電力変換器５ｂのスイッチング素子の電流容
量を増したり、スイッチング素子並列数を増すなどし
て、電力変換器５ｂの電流容量を大きくするようにする
と、全体として電力変換器主回路の能力を十分に活用す
ることができる。

【００４５】図１０は図３に示した実施例を実際に実現
する場合の機器配置を示している。図１０（ａ）におい
ては、電力変換器５ａと５ｂ間の配線長を長くし、両者
の間の配線インピーダンスを稼ぐために、変圧器２の端
子から直接電力変換器５ａと５ｂに配線を行っている。
また、電圧型の電力変換器においては、コンデンサ６と
電力変換器５ａ，５ｂ間の配線インピーダンスを極力小
さく設定することが望ましいため、この間の配線長は極
力短くしている。図１０（ｂ）ではコンデンサとの配線
長をさらに短くするため、コンデンサを６ａと６ｂに分
割し、これらをそれぞれ電力変換器５ａ，５ｂに極力近
く配置している。このようにして電力変換器間の横流電
流を抑制したうえで、小形軽量な多重電力変換器を実現
できる。

【００４６】

【発明の効果】所要多重数が増加しても、変圧器２次巻
線数を低減できるため、装置重量容積を低減できる。同
時に、直流側出力を共通にできるので、大出力のインバ
ータに電力を供給する用途にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施例を示す図である。

【図２】図１の実施例における電力変換器の構成を示す
主回路図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す図である。

【図６】本発明の別の実施例を示す図である。

【図７】本発明の別の実施例を示す図である。

【図８】本発明の別の実施例を示す図である。

【図９】図８の実施例の動作を示すベクトル図である。

【図１０】本発明の実施例を実際に実現する場合の機器
配置を示す図である。

【符号の説明】

１…パンタグラフ、２…変圧器、３…車輪、４ａ〜４ｄ
…交流リアクトル、５ａ〜５ｄ…電力変換器、６，６
ａ，６ｂ…コンデンサ、７，７ａ，７ｂ…制御回路、２
１，２２…タップ付き変圧器、４１ａ〜４１ｈ…配線イ
ンダクタンス、５１ａ〜５１ｈ…パワー半導体素子、５
２ａ〜５２ｈ…逆並列ダイオード、53ａ〜５３ｈ…中性
点クランプダイオード、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ…減算
器、７２…電圧調整器、７３…乗算器、７４…正弦波発
生器、７５…電流調整器、７６…三角波発生器、７７…
比較器、７８…反転器、７９…逓倍器、８１…交流電圧
検出器、８２，８２ａ〜８２ｄ…交流電流検出器、８
３，８３ａ，８３ｂ…直流電圧検出器、７０１，７０１
ａ，７０１ｂ…加算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村清茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次巻線に交流を受電し２次巻線を有する
変圧器と、この２次巻線に並列接続され交流を直流に変
換する複数のパルス幅変調される電力変換器と、これら
電力変換器の直流側に並列接続されたコンデンサとを有
し、前記複数の電力変換器は同一パルス幅変調制御手段
の出力により制御されるよう構成した電力変換装置。
【請求項２】請求項１において、前記複数の電力変換器
と前記変圧器間の配線インピーダンスを所定の範囲に設
定する電力変換装置。
【請求項３】請求項１において、前記複数の電力変換器
と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電力変
換装置。
【請求項４】請求項１において、前記２次巻線は巻線同
士が相互に重複して複数の端子を有するものであり、こ
れらの端子に夫々前記電力変換器が接続されているもの
である電力変換装置。
【請求項５】複数の２次巻線を有する変圧器と、交流を
直流に変換する複数の電力変換器と、複数のコンデンサ
を備えた電力変換装置において、前記コンデンサの夫々
に複数の前記電力変換器の直流側を並列接続し、同一の
前記コンデンサに接続された前記電力変換器を同一の前
記２次巻線に夫々並列接続し、これら同一に２次巻線に
接続された電力変換器に対して同期したゲートパルスを
与えるよう構成した電力変換装置。
【請求項６】請求項５において、前記複数の電力変換器
と前記変圧器間の配線インピーダンスを所定の範囲に設
定する電力変換装置。
【請求項７】請求項５において、前記複数の電力変換器
と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電力変
換装置。
【請求項８】請求項５において、前記複数の電力変換器
と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電力変
換装置。
【請求項９】複数の２次巻線を有する変圧器と、交流を
直流に変換する複数の電力変換器と、複数のコンデンサ
を備えた電力変換装置において、前記コンデンサの夫々
に複数の前記電力変換器の直流側を並列接続し、異なる
前記コンデンサに接続された前記電力変換器を同一の前
記２次巻線に夫々並列接続した電力変換装置。
【請求項１０】請求項９において、前記複数の電力変換
器と前記変圧器間の配線インピーダンスを所定の範囲に
設定する電力変換装置。
【請求項１１】請求項９において、前記複数の電力変換
器と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電力
変換装置。
【請求項１２】請求項９において、前記複数の電力変換
器と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電力
変換装置。
【請求項１３】複数の２次巻線を有する変圧器と、交流
を直流に変換する複数の電力変換器と、複数のコンデン
サを備えた電力変換装置において、前記コンデンサの夫
々に複数の前記電力変換器の直流側を並列接続し、異な
る前記コンデンサに接続された前記電力変換器を同一の
前記２次巻線に夫々並列接続し、これら同一に２次巻線
に接続された電力変換器に対して同期したゲートパルス
を与えるよう構成した電力変換装置。
【請求項１４】請求項１３において、前記複数の電力変
換器と前記変圧器間の配線インピーダンスを所定の範囲
に設定する電力変換装置。
【請求項１５】請求項１３において、前記複数の電力変
換器と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電
力変換装置。
【請求項１６】請求項１３において、前記複数の電力変
換器と前記変圧器間に交流リアクトルを接続してなる電
力変換装置。