JP6341051B2 - ５レベル電力変換装置 - Google Patents
５レベル電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6341051B2 JP6341051B2 JP2014213281A JP2014213281A JP6341051B2 JP 6341051 B2 JP6341051 B2 JP 6341051B2 JP 2014213281 A JP2014213281 A JP 2014213281A JP 2014213281 A JP2014213281 A JP 2014213281A JP 6341051 B2 JP6341051 B2 JP 6341051B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching devices
- voltage
- series
- connection point
- common connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 115
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 45
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 42
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Description
本発明は、入出力に多レベル電圧を出力できる直流−交流電力変換装置および交流−交流電力変換装置に関する。
図１１（特許文献１）および図１２（特許文献２）に、従来の５レベル電力変換装置の代表構成例を示す。
図１１は、３相出力の５レベル電力変換装置を示している。表１は、図１１に示す５レベル電力変換装置のスイッチングデバイスＳｕ１〜Ｓｕ１０のスイッチングパターンおよび出力相電圧ＶＯＵＴ−NPの一例である。
表１に示す出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは、出力端子ＯＵＴと、中性点ＮＰ間の電圧である。ここで、表内の「１」はスイッチングデバイスがＯＮの状態を表し、「０」はスイッチングデバイスがＯＦＦの状態を表す。また、直流コンデンサＣ１〜Ｃ４の各印加電圧をＥとする。
図１２は、特許文献２における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図１２では、１相出力回路のみを図示しているが、多相回路への応用も可能である。表２は、図１２に示す５レベル電力変換装置のスイッチングデバイスのスイッチングパターンおよび出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰの一例である。
ここでは、表内の「１」はスイッチングデバイスがＯＮの状態を表し、「０」はスイッチングデバイスがＯＦＦの状態を表す。また、直流コンデンサ６1，６2の印加電圧を２Ｅ、直流コンデンサＣ３，Ｃ４の印加電圧をＥとする。
しかしながら、 図１１に示す５レベル電力変換装置において、主の直流電圧の正側から出力端子ＯＵＴ、または、負側から出力端子ＯＵＴに対して電圧を出力する場合、スイッチングデバイスの導通数は３つである。表１のすべてのスイッチングパターンにおいてＯＮ状態のスイッチングデバイスが３つであることがこれを説明している。
スイッチングデバイスの導通数を低減することにより、スイッチングデバイスの導通損失を低減できることが、電力変換装置の効率の面で望ましい。
また、図１２の５レベル電力変換装置を用いた場合には、表２からわかるように主の直流電圧の正側から出力端子ＯＵＴ、または、負側から出力端子ＯＵＴに対して電圧を出力する際のスイッチングデバイスの導通数は２個である。図１１の構成よりも、スイッチングデバイスの導通損失を低減できる。しかし、この回路構成では、直流コンデンサ６1，６2の他に一相の電力変換装置内に２個の直流コンデンサＣ３，Ｃ４を設ける必要がある。
このため、三相の電力変換装置では６個の電力変換装置内蔵の直流コンデンサＣ３，Ｃ４と、２つの直流コンデンサ６1，６2、合計８個のコンデンサが必要である。電力変換装置の小型化の面において、コンデンサ数の多い図１２の回路構成は望ましくない。
以上示したように、５レベル電力変換装置において、スイッチングデバイスの導通数を低減すると共に、コンデンサ数を低減し、スイッチングデバイスの導通損失を低減すると共に、装置の小型化を図ることが課題となる。
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、直流電圧源の正負極間に順次直列接続された第１〜第４コンデンサと、第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、を備え、第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。
また、他の態様として、直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、直流電圧源の第１正極端子と第１負極端子間に順次直列接続された第２，第３コンデンサと、直流電圧源の第１正極端子と第２正極端子間に接続された第１コンデンサと、直流電圧源の第１負極端子と第２負極端子間に接続された第４コンデンサと、直流電圧源の第２正極端子と第２，第３コンデンサの共通接続点間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、第２，第３コンデンサの共通接続点と直流電圧源の第２負極端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の第１正極端子と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に、順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と直流電圧源の第１負極端子との間に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、を備え、第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。
また、他の態様として、直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、直流電圧源の第１正極端子と第１負極端子間に順次直列接続された第１，第４コンデンサと、直流電圧源の第２正極端子と第１，第４コンデンサの共通接続点との間に接続された第２コンデンサと、第１，第４コンデンサの共通接続点と直流電圧源の第２負極端子との間に接続された第３コンデンサと、第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の第１正極端子と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と直流電圧源の第１負極端子との間に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、を備え、第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。
また、他の態様として、直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、直流電圧源の正負極間に順次直列接続された第１〜第４コンデンサと、第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７スイッチングデバイス，第１ダイオードと、第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第２ダイオード，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の正極端と第７スイッチングデバイス，第１ダイオードの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第２ダイオード，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、を備え、第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。
また、その一態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、前記電圧選択回路を三相並列接続し、三相交流出力としたことを特徴とする。
また、他の態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、前記電圧選択回路を２相並列接続し、単相交流出力としたことを特徴とする。
また、他の態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、電圧選択回路を、さらに三相追加して並列接続し、三相交流−三相交流変換、または、三相交流−単相交流変換としたことを特徴とする。
また、他の態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、電圧選択回路を、さらに二相追加して並列接続し、単相交流−三相交流変換、または、単相交流−単相交流変換としたことを特徴とする。
また、他の態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、さらに第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、を追加して接続し、前記追加した第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間にリアクトルと直流電源を直列接続したことを特徴とする。
また、他の態様として、前記第１〜第４コンデンサに対して、さらに第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、を追加して接続し、前記追加した第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間にリアクトルと直流電源を直列接続したことを特徴とする。
本発明によれば、５レベル電力変換装置において、スイッチングデバイスの導通数を低減すると共に、コンデンサ数を低減し、スイッチングデバイスの導通損失を低減すると共に、装置の小型化を図ることが可能となる。
［実施形態１］
図１は、本実施形態１における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図１に示すように、直流電圧源の正極Ｐ，負極Ｎ間に第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４を順次直列接続する。この第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４により直流電圧を４分圧する。また、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の共通接続点を中性点ＮＰとする。
図１は、本実施形態１における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図１に示すように、直流電圧源の正極Ｐ，負極Ｎ間に第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４を順次直列接続する。この第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４により直流電圧を４分圧する。また、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の共通接続点を中性点ＮＰとする。
第２コンデンサＣ２の両端子間に第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８を直列接続し、正極Ｐと第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４を順次直列接続する。
また、第３コンデンサＣ３の両端子間に第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０を順次直列接続し、第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０と負極Ｎ間に第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６を順次直列接続する。また、第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２を順次直列接続する。この第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点を出力端子ＯＵＴとする。なお、第１〜第１０スイッチングデバイスＳ１〜Ｓ１０により電圧選択回路４を構成する。
上記のように、本実施形態１によれば、一相あたりスイッチングデバイス数１０個で５レベル電力変換装置を実現することが可能となる。また、一般的なスイッチングデバイスを２直列接続した２ｉｎ１モジュールを利用することができる。
第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧をそれぞれＥとすると、中性点ＮＰを基準とした出力端子ＯＵＴへの出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰとスイッチングパターンの関係は表３のようになる。
ここで、表３のスイッチングパターンの各出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰと電流経路を以下に説明する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅ＞
第１，第３スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３が各々ＯＮ、第２，第４〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ４〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｃ１→Ｓ３→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第３，第１スイッチングデバイスＳ３，Ｓ１の２個のスイッチングデバイスを導通する。
第１，第３スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３が各々ＯＮ、第２，第４〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ４〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｃ１→Ｓ３→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第３，第１スイッチングデバイスＳ３，Ｓ１の２個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝Ｅ＞
第１，第４，第７スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ７が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第８〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰはＥとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第７，第４，第１スイッチングデバイスＳ７，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
第１，第４，第７スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ７が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第８〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰはＥとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第７，第４，第１スイッチングデバイスＳ７，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０＞
（１）第１，第４，第８スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ８が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第７，第９，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｓ８→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは０となる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第８，第４，第１スイッチングデバイスＳ８，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
（１）第１，第４，第８スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ８が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第７，第９，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｓ８→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは０となる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第８，第４，第１スイッチングデバイスＳ８，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
（２）第２，第５，第９スイッチングデバイスＳ２，Ｓ５，Ｓ９が各々ＯＮ、第１，第３，第４，第６，第７，第８，第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｓ９→Ｓ５→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは０となる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第９，第５，第２スイッチングデバイスＳ９，Ｓ５，Ｓ２の３個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−Ｅ＞
第２，第５，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ５，Ｓ１０が各々ＯＮ、第１，第３，第４，第６〜第９スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６〜ＳＳ９が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｓ１０→Ｓ５→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第１０，第５，第２スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ５，Ｓ２の３個のスイッチングデバイスを導通する。
第２，第５，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ５，Ｓ１０が各々ＯＮ、第１，第３，第４，第６〜第９スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６〜ＳＳ９が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｓ１０→Ｓ５→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第１０，第５，第２スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ５，Ｓ２の３個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−２Ｅ＞
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｃ４→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｃ４→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
以上示したように、２Ｅおよび−２Ｅを出力するときのスイッチングデバイスの導通数は２個であり、それ以外のスイッチングパターンは３個となる。したがって、図８の回路構成と比較して、２Ｅおよび−２Ｅを出力するときにはスイッチングデバイスの導通数が低減することになり、導通損失を低減できる。すなわち、Ｅ，０，−Ｅを出力するときは、スイッチングデバイスの導通数は３個で図８に示す回路構成と変わらないため、導通損失も変わらない。しかし、高力率条件下においては２Ｅや−２Ｅを出力するときに電流の絶対値は大きくなるため、２Ｅや−２Ｅを出力するときにスイッチングデバイスの導通数が低減する本実施形態１の電力変換装置は、電力変換装置全体の導通損失の低減、すなわち、電力変換装置の高効率化に大きな効果をもたらす。
また、本実施形態１によれば、直流コンデンサ４個と一相あたりのスイッチングデバイス数１０個で５レベル電力変換装置を実現できるため、特許文献２と比較して、装置の小型化を図ることが可能となる。また、一般的な２ｉｎ１モジュールを利用することができるため、小型かつ高効率な５レベル電力変換装置を実現することが可能となる。
［実施形態２］
図２は、本実施形態２における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図２に示すように、本実施形態２では、第１正極端子Ｐ１，第１負極端子Ｎ１間に第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３を順次直列接続し、第１正極端子Ｐ１と第２正極端子Ｐ２間に第１コンデンサＣ１を接続し、第１負極端子Ｎ１と第２負極端子Ｎ２間に第４コンデンサＣ４を接続している。なお、本実施形態２では、第１，第４コンデンサＣ１，Ｃ４の充電電圧をＥ、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の充電電圧を２Ｅとしている。
図２は、本実施形態２における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図２に示すように、本実施形態２では、第１正極端子Ｐ１，第１負極端子Ｎ１間に第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３を順次直列接続し、第１正極端子Ｐ１と第２正極端子Ｐ２間に第１コンデンサＣ１を接続し、第１負極端子Ｎ１と第２負極端子Ｎ２間に第４コンデンサＣ４を接続している。なお、本実施形態２では、第１，第４コンデンサＣ１，Ｃ４の充電電圧をＥ、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の充電電圧を２Ｅとしている。
スイッチングパターンは表３と同じである。ここで、実施形態２における電流経路を以下に説明する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅ＞
第１，第３スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３が各々ＯＮ、第２，第４〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ４〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｓ３→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第３，第１スイッチングデバイスＳ３，Ｓ１の２個のスイッチングデバイスを導通する。
第１，第３スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３が各々ＯＮ、第２，第４〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ４〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｓ３→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第３，第１スイッチングデバイスＳ３，Ｓ１の２個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝Ｅ＞
第１，第４，第７スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ７が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第８〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｃ１→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅ−Ｅ＝Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第７，第４，第１スイッチングデバイスＳ７，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
第１，第４，第７スイッチングデバイスＳ１，Ｓ４，Ｓ７が各々ＯＮ、第２，第３，第５，第６，第８〜第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ２→Ｃ１→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは２Ｅ−Ｅ＝Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第７，第４，第１スイッチングデバイスＳ７，Ｓ４，Ｓ１の３個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０＞
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０のときの電流経路は実施形態１と同様である。
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０のときの電流経路は実施形態１と同様である。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−Ｅ＞
第２，第５，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ５，Ｓ１０が各々ＯＮ、第１，第３，第４，第６〜第９スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６〜ＳＳ９が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｃ４→Ｓ１０→Ｓ５→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅ＋Ｅ＝−Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第１０，第５，第２スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ５，Ｓ２の３個のスイッチングデバイスを導通する。
第２，第５，第１０スイッチングデバイスＳ２，Ｓ５，Ｓ１０が各々ＯＮ、第１，第３，第４，第６〜第９スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６〜ＳＳ９が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｃ４→Ｓ１０→Ｓ５→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅ＋Ｅ＝−Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第１０，第５，第２スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ５，Ｓ２の３個のスイッチングデバイスを導通する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−２Ｅ＞
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ３→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
したがって、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
［実施形態３］
図３は、本実施形態３における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図３に示すように、本実施形態３では、第１正極端子Ｐ１，中性点ＮＰ間に第１コンデンサＣ１を接続し、第２正極端子Ｐ２と中性点ＮＰ間に第２コンデンサＣ２を接続し、第１負極端子Ｎ１と中性点ＮＰ間に第４コンデンサＣ４を接続し、第２負極端子Ｎ２と中性点ＮＰ間に第３コンデンサＣ３を接続している。なお、本実施形態２では、第１，第４コンデンサＣ１，Ｃ４の電圧を２Ｅ、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の電圧をＥとしている。その他は、実施形態１と同様である。
図３は、本実施形態３における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図３に示すように、本実施形態３では、第１正極端子Ｐ１，中性点ＮＰ間に第１コンデンサＣ１を接続し、第２正極端子Ｐ２と中性点ＮＰ間に第２コンデンサＣ２を接続し、第１負極端子Ｎ１と中性点ＮＰ間に第４コンデンサＣ４を接続し、第２負極端子Ｎ２と中性点ＮＰ間に第３コンデンサＣ３を接続している。なお、本実施形態２では、第１，第４コンデンサＣ１，Ｃ４の電圧を２Ｅ、第２，第３コンデンサＣ２，Ｃ３の電圧をＥとしている。その他は、実施形態１と同様である。
スイッチングパターンは表３と同じである。ここで、本実施形態３における電流経路を以下に説明する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅ＞
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅのときの電流経路は、実施形態２と同様である。
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅのときの電流経路は、実施形態２と同様である。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝Ｅ＞
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝Ｅのときの電流経路は、実施形態１と同様である。
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝Ｅのときの電流経路は、実施形態１と同様である。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０＞
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０のときの電流経路は、実施形態１，２と同様である。
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０のときの電流経路は、実施形態１，２と同様である。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−Ｅ＞
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−Ｅのときの電流経路は、実施形態１の電流経路と同様である。
出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−Ｅのときの電流経路は、実施形態１の電流経路と同様である。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝−２Ｅ＞
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ４→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
第２，第６スイッチングデバイスＳ２，Ｓ６が各々ＯＮ、第１，第３〜第５，第７〜第１０スイッチングデバイスＳ１，Ｓ３〜Ｓ５，Ｓ７〜Ｓ１０が各々ＯＦＦとなり、電流は、中性点ＮＰ→Ｃ４→Ｓ６→Ｓ２→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。中性点ＮＰと出力端子ＯＵＴ間の出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰは−２Ｅとなる。このスイッチングパターンにおいて、電流は第６，第２スイッチングデバイスＳ６，Ｓ２の２個のスイッチングデバイスを導通する。
したがって、実施形態１，２と同様の作用効果を奏する。
［実施形態４］
図４は、本実施形態４における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図４に示すように、実施形態１における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態１における電圧選択回路４を三相並列接続している。
図４は、本実施形態４における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図４に示すように、実施形態１における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態１における電圧選択回路４を三相並列接続している。
なお、図４では、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対し、電圧選択回路４を三相並列接続しているが、電圧選択回路４を２相並列接続してもよい。また、図４では、実施形態１における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４を適用しているが、実施形態２または３の第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４を適用してもよい。
以上示したように、本実施形態４によれば、実施形態１〜３の５レベル電力変換装置を３相並列接続、または、２相並列接続することにより、直流−三相交流５レベル電力変換装置、または、直流−単相交流５レベル電力変換装置を実現することが可能となる。
［実施形態５］
図５は、本実施形態５における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図５に示すように、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態１における電圧選択回路４を６組並列接続し、三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相交流電源、他の三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相負荷に接続することにより、三相交流−三相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
図５は、本実施形態５における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図５に示すように、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態１における電圧選択回路４を６組並列接続し、三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相交流電源、他の三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相負荷に接続することにより、三相交流−三相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
なお、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態１における電圧選択回路４を４組並列接続し、二組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを単相交流電源に接続し、他の二組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを単相負荷に接続することにより、単相交流−単相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
また、図５では、実施形態１における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４を適用しているが、実施形態２または３の第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４を適用してもよい。
［実施形態６］
図６は、本実施形態６における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図６に示すように、本実施形態６における５レベル電力変換装置は、実施形態４における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、電圧選択回路の第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０と、リアクトルＬと、直流電源ＶＤＣを設けたものである。
図６は、本実施形態６における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図６に示すように、本実施形態６における５レベル電力変換装置は、実施形態４における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、電圧選択回路の第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０と、リアクトルＬと、直流電源ＶＤＣを設けたものである。
具体的には、第２コンデンサＣ２の両端子間に第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８を直列接続し、第１正極端子Ｐ１と第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８の共通接続点間に第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４を順次直列接続する。
また、第３コンデンサＣ３の両端子間に第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０を順次直列接続し、第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０と第１負極端子Ｎ１間に第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６を順次直列接続する。
また、第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と、第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間にリアクトルＬと、直流電源ＶＤＣを直列接続する。
すなわち、第１正極端子Ｐ１，第２正極端子Ｐ２，中性点ＮＰ，第２負極端子Ｎ２，第１負極端子Ｎ１より左側の回路では、実施形態１の第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２を省略した電圧選択回路４と、リアクトルＬと直流電源ＶＤＣを接続する。
以上示したように、本実施形態６では、直流電源ＶＤＣを昇圧して直流−三相交流変換を行える。すなわち、高い電圧を三相交流負荷１に給電できることが特徴である。
なお、図６において三相交流負荷１の代わりに三相交流電源を接続し、直流電源ＶＤＣを充放電する電力変換装置にも応用が可能である。
また、図６では、実施形態１における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４および第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０を適用しているが、実施形態２または３の第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４および電圧選択回路４、および、第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０を適用してもよい。また、電圧選択回路４を二組とし、直流−単相交流５レベル電力変換装置としてもよい。
［実施形態７］
図７は、本実施形態７における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。本実施形態７における５レベル電力変換装置は、実施形態５における交流−交流電力変換装置の第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対し、実施形態６における第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０と、リアクトルＬ，直流電源ＶＤＣを設けたものである。
図７は、本実施形態７における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。本実施形態７における５レベル電力変換装置は、実施形態５における交流−交流電力変換装置の第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対し、実施形態６における第３〜第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ１０と、リアクトルＬ，直流電源ＶＤＣを設けたものである。
本実施形態７によれば、（１）三相交流電源３の正常時には、三相交流電源３から電力変換器装置を経て三相交流負荷１に給電し、かつ、かつ直流電源ＶＤＣを充電する。
（２）一方、三相交流電源３の停電時には、直流電源ＶＤＣから５レベル電力変換装置を経て三相交流負荷１に給電する機能を有する。
（２）一方、三相交流電源３の停電時には、直流電源ＶＤＣから５レベル電力変換装置を経て三相交流負荷１に給電する機能を有する。
また、本実施形態７における５レベル電力変換装置は、パワーコンデショナー、ＵＰＳなどに応用可能である。
［実施形態８］
図８は、本実施形態８における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。本実施形態８における５レベル電力変換装置は、実施形態１における第８スイッチングデバイスＳ８をダイオードＤ１に置き換え、第９スイッチングデバイスＳ９をダイオードＤ２に置き換えたものである。
図８は、本実施形態８における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。本実施形態８における５レベル電力変換装置は、実施形態１における第８スイッチングデバイスＳ８をダイオードＤ１に置き換え、第９スイッチングデバイスＳ９をダイオードＤ２に置き換えたものである。
表４に実施形態８におけるスイッチパターンを示す。
コンデンサＣ１〜Ｃ４の印加電圧をＥとしたときに、５つのモードによって、中性点ＮＰを基準とした出力端子ＯＵＴへの出力電圧を２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの５レベルとすることができる。
Ｍｏｄｅ１，２，４，５（出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ）のスイッチングパターンについては実施形態１と同様であるためここでの説明は省略し、Ｍｏｄｅ３（出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０）についてのみ説明する。
＜出力相電圧ＶＯＵＴ−ＮＰ＝０＞
第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が各々ＯＮ、第３〜第７，第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ７，Ｓ１０が各々ＯＦＦとなる。
第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が各々ＯＮ、第３〜第７，第１０スイッチングデバイスＳ３〜Ｓ７，Ｓ１０が各々ＯＦＦとなる。
（１）電流が正の場合
電流は中性点ＮＰ→Ｄ１→Ｓ４のフライホイールダイオード→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。
電流は中性点ＮＰ→Ｄ１→Ｓ４のフライホイールダイオード→Ｓ１→出力端子ＯＵＴの経路で流れる。
（２）電流が負の場合
電流は出力端子ＯＵＴ→Ｓ２→Ｓ５のフライホイールダイオード→Ｄ２→中性点ＮＰの経路で流れる。
電流は出力端子ＯＵＴ→Ｓ２→Ｓ５のフライホイールダイオード→Ｄ２→中性点ＮＰの経路で流れる。
以上示したように、本実施形態８は実施形態１と同様の作用効果を奏する。
また、実施形態１では、一相当たりスイッチング素子の数は１０個である。本実施形態８では、スイッチングデバイスが８個，ダイオードが２個であるため、スイッチングデバイスを駆動するためのゲート駆動回路数を低減することが可能となる。
さらに、どのスイッチングパターンのときも、スイッチングデバイスの導通数が２つになるため、導通損失を低減できる。
［実施形態９］
図９は、本実施形態９における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図９に示すように、実施形態９における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態８における電圧選択回路４を三相並列接続している。
図９は、本実施形態９における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図９に示すように、実施形態９における第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態８における電圧選択回路４を三相並列接続している。
なお、図９では、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対し、電圧選択回路４を三相並列接続しているが、電圧選択回路４を２相並列接続してもよい。
以上示したように、本実施形態９によれば、実施形態８の５レベル電力変換装置を３相並列接続、または、２相並列接続することにより、直流−三相交流５レベル電力変換装置、または、直流−単相交流５レベル電力変換装置を実現することが可能となる。
また、電圧選択回路４を三相並列接続した場合は、スイッチング素子数２４個，ダイオード数６個、および、４分割したコンデンサから５レベル電力変換装置を構成することが可能となり、従来と比べて装置の小型化が図れる。
［実施形態１０］
図１０は、本実施形態１０における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図１０に示すように、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態８における電圧選択回路４を６組並列接続し、三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相交流電源、他の三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相負荷に接続することにより、三相交流−三相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
図１０は、本実施形態１０における５レベル電力変換装置を示す回路構成図である。図１０に示すように、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態８における電圧選択回路４を６組並列接続し、三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相交流電源、他の三組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを三相負荷に接続することにより、三相交流−三相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
なお、第１〜第４コンデンサＣ１〜Ｃ４に対して、実施形態８における電圧選択回路４を４組並列接続し、二組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを単相交流電源に接続し、他の二組の電圧選択回路４の出力端子ＯＵＴを単相負荷に接続することにより、単相交流−単相交流電力変換装置を構成することが可能となる。
また、電圧選択回路４を三相並列接続した場合は、スイッチング素子数４８個，ダイオード数１２個、および、４分割したコンデンサから５レベル電力変換装置を構成することが可能となる。
［実施形態１１］
実施形態６（図６）における５レベル電力変換装置のインバータ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９を、実施形態８と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２に置き換えることも可能である。
実施形態６（図６）における５レベル電力変換装置のインバータ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９を、実施形態８と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２に置き換えることも可能である。
なお、チョッパ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９をダイオードに替えることはできない。
これにより、実施形態８と同様にスイッチング素子数を低減することが可能となる。
［実施形態１２］
実施形態７（図７）における５レベル電力変換装置のインバータ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９を、実施形態８と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２に置き換えることも可能である。
実施形態７（図７）における５レベル電力変換装置のインバータ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９を、実施形態８と同様に、ダイオードＤ１，Ｄ２に置き換えることも可能である。
なお、チョッパ回路側のスイッチング素子Ｓ８，Ｓ９をダイオードに替えることはできない。
これにより、実施形態８と同様にスイッチング素子数を低減することが可能となる。
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
Ｃ１〜Ｃ４…コンデンサ
Ｓ１〜Ｓ１０…スイッチングデバイス
４…電圧選択回路
ＮＰ…中性点
ＯＵＴ…出力端子
Ｐ…正極端
Ｎ…負極端
Ｓ１〜Ｓ１０…スイッチングデバイス
４…電圧選択回路
ＮＰ…中性点
ＯＵＴ…出力端子
Ｐ…正極端
Ｎ…負極端
Claims (10)
- 直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、
直流電圧源の正負極間に順次直列接続された第１〜第４コンデンサと、
第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、
第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、
を備え、
第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする５レベル電力変換装置。 - 直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、
直流電圧源の第１正極端子と第１負極端子間に順次直列接続された第２，第３コンデンサと、
直流電圧源の第１正極端子と第２正極端子間に接続された第１コンデンサと、
直流電圧源の第１負極端子と第２負極端子間に接続された第４コンデンサと
直流電圧源の第２正極端子と第２，第３コンデンサの共通接続点間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、
第２，第３コンデンサの共通接続点と直流電圧源の第２負極端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の第１正極端子と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に、順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と直流電圧源の第１負極端子との間に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、
を備え、
第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする５レベル電力変換装置。 - 直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、
直流電圧源の第１正極端子と第１負極端子間に順次直列接続された第１，第４コンデンサと、
直流電圧源の第２正極端子と第１，第４コンデンサの共通接続点との間に接続された第２コンデンサと、
第１，第４コンデンサの共通接続点と直流電圧源の第２負極端子との間に接続された第３コンデンサと、
第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、
第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の第１正極端子と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と直流電圧源の第１負極端子との間に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、を備え、
第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする５レベル電力変換装置。 - 直流電圧から交流電圧への電圧変換、または、交流電圧から直流電圧への電圧変換を行う５レベル電力変換装置であって、
直流電圧源の正負極間に順次直列接続された第１〜第４コンデンサと、
第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７スイッチングデバイス，第１ダイオードと、
第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第２ダイオード，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の正極端と第７スイッチングデバイス，第１ダイオードの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第２ダイオード，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する電圧選択回路と、
を備え、
第２，第３コンデンサの共通接続点を中性点とし、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする５レベル電力変換装置。 - 前記第１〜第４コンデンサに対して、前記電圧選択回路を三相並列接続し、三相交流出力としたことを特徴とする請求項１〜４のうち何れかに記載の５レベル電力変換装置。
- 前記第１〜第４コンデンサに対して、前記電圧選択回路を２相並列接続し、単相交流出力としたことを特徴とする請求項１〜４のうち何れかに記載の５レベル電力変換装置。
- 前記第１〜第４コンデンサに対して、電圧選択回路を、さらに三相追加して並列接続し、三相交流−三相交流変換としたことを特徴とする請求項５記載の５レベル電力変換装置。
- 前記第１〜第４コンデンサに対して、電圧選択回路を、さらに二相追加して並列接続し、単相交流−単相交流変換としたことを特徴とする請求項６記載の５レベル電力変換装置。
- 前記第１〜第４コンデンサに対して、さらに第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、
第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、を追加して接続し、
前記追加した第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間にリアクトルと直流電源を直列接続したことを特徴とする請求項５または６記載の５レベル電力変換装置。 - 前記第１〜第４コンデンサに対して、さらに第２コンデンサの両端子間に順次直列接続された第７，第８スイッチングデバイスと、
第３コンデンサの両端子間に順次直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
直流電圧源の正極端と第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、直流電圧源の負極端に順次直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、を追加して接続し、
前記追加した第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間にリアクトルと直流電源を直列接続したことを特徴とする請求項７または８記載の５レベル電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014213281A JP6341051B2 (ja) | 2014-03-03 | 2014-10-20 | ５レベル電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014040022 | 2014-03-03 | ||
| JP2014040022 | 2014-03-03 | ||
| JP2014213281A JP6341051B2 (ja) | 2014-03-03 | 2014-10-20 | ５レベル電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015181325A JP2015181325A (ja) | 2015-10-15 |
| JP6341051B2 true JP6341051B2 (ja) | 2018-06-13 |
Family
ID=54329327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014213281A Expired - Fee Related JP6341051B2 (ja) | 2014-03-03 | 2014-10-20 | ５レベル電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6341051B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7803238B2 (ja) * | 2022-09-28 | 2026-01-21 | 株式会社デンソー | 出力電位切替回路 |
| CN116155124B (zh) * | 2023-04-19 | 2023-07-04 | 湖南大学 | 三相五电平逆变器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4599959B2 (ja) * | 2004-09-17 | 2010-12-15 | 富士電機ホールディングス株式会社 | マルチレベルコンバータ及びその制御方法 |
| JP2007028860A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Hitachi Ltd | 電力変換装置及びこれを備えた鉄道車輌 |
| JP4759673B2 (ja) * | 2006-05-16 | 2011-08-31 | 富士電機株式会社 | マルチレベルコンバータ及びその制御方法 |
| JP5710387B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | 電力変換装置 |
| JP5855891B2 (ja) * | 2011-10-07 | 2016-02-09 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置 |
| JP5910333B2 (ja) * | 2012-06-11 | 2016-04-27 | 株式会社明電舎 | ５レベル電力変換器 |
-
2014
- 2014-10-20 JP JP2014213281A patent/JP6341051B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015181325A (ja) | 2015-10-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5928928B2 (ja) | ５段階電力変換器ならびにその制御方法および制御装置 | |
| CN103314517B (zh) | 半导体电力变换装置 | |
| JP6232944B2 (ja) | マルチレベル電力変換装置 | |
| CA3005146C (en) | Medium voltage transformerless multilevel converter and method for controlling a medium voltage transformerless multilevel converter | |
| CN104335473B (zh) | 高压高功率多电平驱动器结构 | |
| JP6123219B2 (ja) | マルチレベル電力変換器 | |
| CN105075100B (zh) | 单相逆变器 | |
| CN106068604B (zh) | 电力转换装置 | |
| JP2014064431A (ja) | マルチレベル電力変換装置 | |
| CN107800316A (zh) | 逆变器和光伏设备 | |
| US20100254171A1 (en) | Medium Voltage Inverter System | |
| JP2016226223A (ja) | ７レベル電力変換器 | |
| JP6341051B2 (ja) | ５レベル電力変換装置 | |
| JP2012191761A (ja) | 交流−直流変換回路 | |
| JP5910333B2 (ja) | ５レベル電力変換器 | |
| JP6337659B2 (ja) | ５レベル電力変換装置 | |
| JP2013055753A (ja) | マルチレベル電力変換器 | |
| JP2017011805A (ja) | ９レベル電力変換装置 | |
| CN106067723A (zh) | 切换模块和具有至少一个切换模块的转换器 | |
| JP2013258863A (ja) | マルチレベル電力変換器 | |
| JP6009985B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| EP3691107A1 (en) | Inverter system | |
| JP2016158340A (ja) | 交流−交流変換装置 | |
| JP5811806B2 (ja) | マルチレベル電力変換器 | |
| JP6341075B2 (ja) | 三相９レベル電力変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170524 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180307 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180313 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180405 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180417 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180430 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6341051 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |