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JP4352806B2 - Power converter - Google Patents
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JP4352806B2 - Power converter - Google Patents

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Description

この発明は、半導体スイッチ素子により構成される電力変換装置に関するものである。特に、直流電源に接続された複数の電力変換回路から成る電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device including semiconductor switch elements. In particular, the present invention relates to a power conversion device including a plurality of power conversion circuits connected to a DC power source.

太陽電池や燃料電池を電源とする装置は、蓄電用のバッテリ充電器や冷却ファンの駆動用インバータなど、複数の電力変換回路や補機から構成されている。例えば、燃料電池自動車の駆動装置には、自動車駆動用のモータとインバータの他に、蓄電用のバッテリとDC/DCコンバータ、水素循環用のポンプとインバータ、冷却水用のポンプとインバータ、燃料電池に空気を供給するエアーコンプレッサとインバータが使用されている(例えば、非特許文献1参照。)。
これら、DC/DCコンバータやインバータに代表される電力変換回路は、複数の半導体スイッチ素子から構成されている。例えば、従来のインバータは、出力の1相あたり直流電源の正負端子間に直列に接続された2個の半導体スイッチ素子を使用しており、通常の三相インバータの場合、計6個の半導体スイッチ素子が必要であった。従って、上記燃料電池自動車の駆動装置に使用されている4個のインバータだけでも、合計24個の半導体スイッチ素子を使用している。
An apparatus using a solar cell or a fuel cell as a power source includes a plurality of power conversion circuits and auxiliary devices such as a battery charger for power storage and an inverter for driving a cooling fan. For example, in a drive device for a fuel cell vehicle, in addition to a motor and an inverter for driving the vehicle, a battery for storage and a DC / DC converter, a pump and inverter for hydrogen circulation, a pump and inverter for cooling water, a fuel cell An air compressor and an inverter for supplying air are used (for example, see Non-Patent Document 1).
These power conversion circuits represented by DC / DC converters and inverters are composed of a plurality of semiconductor switch elements. For example, a conventional inverter uses two semiconductor switch elements connected in series between the positive and negative terminals of a DC power source per output phase. In the case of a normal three-phase inverter, a total of six semiconductor switches An element was required. Therefore, a total of 24 semiconductor switch elements are used even with only the four inverters used in the driving apparatus of the fuel cell vehicle.

「Development of Fuel−Cell Hybrid Vehicle」(Tadaichi Matsumoto,Nobuo Watanabe,Hiroshi Sugiura and Tetsuhiro Ishikawa SAE 2002 World Congress Detroit,Michigan March 4−7,2002)“Development of Fuel-Cell Hybrid Vehicle” (Tadaichi Matsumoto, Nobuo Watanabe, Hiroshi Sugiura and Tetsuhiro Ishidawa SAE 2002

以上のように、従来の電力変換装置において、三相インバータは6個の半導体スイッチ素子が必要であったため、特に複数のインバータが必要とされる装置においては、半導体スイッチ素子の総数が多いという問題があった。また、この問題に関連して、多数の半導体スイッチ素子を使用するため、装置が大きくなるという問題があった。   As described above, in the conventional power conversion device, the three-phase inverter requires six semiconductor switch elements, so that the total number of semiconductor switch elements is large particularly in a device that requires a plurality of inverters. was there. Further, in connection with this problem, since a large number of semiconductor switch elements are used, there is a problem that the apparatus becomes large.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、使用する素子の総数を減らし、小型の電力変換装置を得ることを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the total number of elements used and to obtain a small-sized power conversion device.

この発明に係る電力変換装置は、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動するインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたものである。 In the power conversion device according to the present invention, only a DC power supply and one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power supply, and the power storage means is charged / discharged with the voltage of the DC power supply. A power conversion device comprising a DC / DC converter, a plurality of semiconductor switch elements and a control means for generating a control signal for the semiconductor switch elements, and comprising an inverter for driving a load with the voltage of the DC power supply, The voltage of the power storage means is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected to either the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means As described above, the control signal is generated so that one terminal of the load is connected to the other terminal of the power storage unit, and the voltage of the other terminal of the load is controlled based on the voltage of the power storage unit. Those were.

また、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の電圧を所望の電圧に制御するように前記制御信号を生成するようにしたものである。 A DC / DC converter in which only the DC power supply and one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power supply, and charge / discharge the power storage means with the voltage of the DC power supply; And a control means for generating a control signal for the semiconductor switch element, and comprising a three-level inverter for driving a load with the voltage of the DC power supply, wherein the voltage of the power storage means Is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and the neutral point voltage terminal of the three-level inverter is connected to either the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. The neutral point voltage terminal of the three-level inverter is connected to the other terminal of the storage means, and the positive and negative voltage terminals of the three-level inverter are connected to the DC power supply, respectively. Connected to both ends of the, in which the voltage of the load so as to generate the control signal to control the desired voltage.

また、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたものである。 A DC / DC converter in which only the DC power supply and one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power supply, and charge / discharge the power storage means with the voltage of the DC power supply; And a control means for generating a control signal for the semiconductor switch element, and comprising a three-level inverter for driving a load with the voltage of the DC power supply, wherein the voltage of the power storage means Is approximately ½ of the voltage of the DC power source, and one terminal of the load and the neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the positive side or the negative side of the DC power source via the power storage means. One terminal of the load and a neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to any one of the three-level inverter The positive and negative voltage terminals are respectively connected to both ends of the DC power supply, and the control signal is generated so that the voltage at the other terminal of the load is controlled based on the voltage of the power storage means. is there.

また、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、前記直流電源の前記蓄電手段と接続されていない端子と、前記蓄電手段の他方の端子との間に接続され、第1の負荷を駆動する第1のインバータ、前記蓄電手段の端子間に接続され、第2の負荷を駆動する第2のインバータ、並びに第1のインバータ及び第2のインバータを構成する複数の半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段を備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記第1のインバータと前記第2のインバータとの接続点が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記接続点を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記制御手段が第1のインバータ及び第2のインバータの電圧指令を調整して、前記蓄電手段の充放電を制御するものである。 A DC / DC converter in which only the DC power supply and one terminal are connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply, and the power storage means is charged / discharged with the voltage of the DC power supply; A first inverter for driving a first load, connected between a terminal of the power source not connected to the power storage means and the other terminal of the power storage means; connected between terminals of the power storage means; A power conversion device comprising: a second inverter that drives two loads; and a control means that generates control signals for a plurality of semiconductor switch elements constituting the first inverter and the second inverter, the power storage means Is approximately half of the voltage of the DC power supply, and the connection point between the first inverter and the second inverter is connected to the positive side of the DC power supply via the power storage means. The connection point is connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to any one of the power storage means, and the control means adjusts voltage commands of the first inverter and the second inverter, so that the power storage means It controls charging / discharging.

また、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続されると共に、前記直流電源端子間に接続された半導体スイッチ素子の直列接続体を有し、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動するインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子を前記DC/DCコンバータの前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点と接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたものである。 In addition, a DC power source and only one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power source, and a series connection body of semiconductor switch elements connected between the DC power source terminals is provided. A DC / DC converter that charges and discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, and a plurality of semiconductor switch elements and a control means that generates a control signal for the semiconductor switch elements, and the voltage of the DC power supply A power conversion device including an inverter for driving a load, wherein the voltage of the power storage means is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected via the power storage means. One terminal of the load is connected to a connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements of the DC / DC converter so as to be connected to either the positive side or the negative side of the DC power supply. It is obtained by the voltage of the other terminal of the load to generate the control signal to control the reference voltage of the series connection of the connection point of the semiconductor switching element.

また、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続されると共に、前記直流電源端子間に接続された半導体スイッチ素子の直列接続体を有し、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点と接続し、前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたものである。 In addition, a DC power source and only one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power source, and a series connection body of semiconductor switch elements connected between the DC power source terminals is provided. A DC / DC converter that charges and discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, and a plurality of semiconductor switch elements and a control means that generates a control signal for the semiconductor switch elements, and the voltage of the DC power supply A power conversion device including a three-level inverter for driving a load, wherein the voltage of the power storage means is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected to the semiconductor switch element Connected to a connection point of the series connection body, and one terminal of the load and a neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. One terminal of the load and a neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to either one of them, and the positive and negative voltage terminals of the three-level inverter are connected Each of the DC power supplies is connected to both ends, and the control signal is generated so that the voltage at the other terminal of the load is controlled based on the voltage at the connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements. .

この発明は、直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動するインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたので、装置全体で半導体スイッチ素子の数を減らすことができ、装置の大きさを低減することが可能となる。 The present invention provides a DC / DC converter in which only a DC power supply and one terminal are connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply, and the power storage means is charged / discharged with the voltage of the DC power supply, And a plurality of semiconductor switch elements and a control means for generating a control signal for the semiconductor switch elements, the power conversion device comprising an inverter that drives a load with the voltage of the DC power supply, the voltage of the power storage means Is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected to either the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. Since one terminal of the load is connected to the other terminal of the power storage means, and the control signal is generated so that the voltage of the other terminal of the load is controlled based on the voltage of the power storage means, the entire apparatus It is possible to reduce the number of semiconductor switching elements, it is possible to reduce the size of the device.

また、より高性能な3レベルインバータを追加の中性点電圧作成回路なしで適用可能となり、中性点電圧作成回路が不要な分、装置の大きさを低減することが可能となる。   Further, a higher-performance three-level inverter can be applied without an additional neutral point voltage generation circuit, and the size of the apparatus can be reduced by the amount that the neutral point voltage generation circuit is unnecessary.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電力変換装置の構成を示す回路構成図である。図1において、直流電源1は燃料電池や太陽電池などの直流発電装置よりなり、蓄電手段2はバッテリまたはコンデンサよりなる。直流電源1の負端子Nと蓄電手段2の負端子Nとは接続されている。直流電源1の正端子Pと負端子Nとの間には半導体スイッチ素子4、5の直列接続体が接続され、半導体スイッチ素子4、5の直列接続体の接続点Aと蓄電手段2の正端子Cとの間にはリアクトル3が接続されている。半導体スイッチ素子4、5とリアクトル3とは、DC/DCコンバータ100を構成しており、蓄電手段2の充放電を行う。この充放電は、コンバータ制御手段6により、半導体スイッチ素子4、5を制御して行われる。三相モータ7は、その端子の一つ(W)を蓄電手段2の正端子Cに接続されており、他の2端子(U,V)はそれぞれ半導体スイッチ素子8、9の直列接続体の接続点BU、及び半導体スイッチ素子10、11の直列接続体の接続点BVに接続されている。半導体スイッチ素子8、9の直列接続体と半導体スイッチ素子10、11の直列接続体とは、それぞれ直流電源1の正端子Pと負端子Nとの間に接続され、インバータ200を構成しており、インバータ制御手段12により制御される。
ここで、半導体スイッチ素子4、5、8〜11は、IGBT素子と、そのIGBT素子に逆並列に接続されたダイオードにより構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a DC power source 1 is constituted by a DC power generation device such as a fuel cell or a solar cell, and an electric storage means 2 is constituted by a battery or a capacitor. The negative terminal N of the DC power source 1 and the negative terminal N of the power storage means 2 are connected. Between the positive terminal P and the negative terminal N of the DC power supply 1, a series connection body of the semiconductor switch elements 4, 5 is connected, and the connection point A of the series connection body of the semiconductor switch elements 4, 5 and the positive electrode of the power storage means 2 are connected. A reactor 3 is connected to the terminal C. The semiconductor switch elements 4 and 5 and the reactor 3 constitute a DC / DC converter 100 and charge / discharge the power storage means 2. This charging / discharging is performed by controlling the semiconductor switch elements 4 and 5 by the converter control means 6. In the three-phase motor 7, one of its terminals (W) is connected to the positive terminal C of the power storage means 2, and the other two terminals (U, V) are connected in series of semiconductor switch elements 8 and 9, respectively. The connection point BU is connected to the connection point BV of the series connection body of the semiconductor switch elements 10 and 11. The series connection body of the semiconductor switch elements 8 and 9 and the series connection body of the semiconductor switch elements 10 and 11 are respectively connected between the positive terminal P and the negative terminal N of the DC power source 1 to constitute the inverter 200. It is controlled by the inverter control means 12.
Here, the semiconductor switch elements 4, 5, 8 to 11 are configured by an IGBT element and a diode connected in antiparallel to the IGBT element.

以上のように電力変換装置を構成すれば、通常のインバータの2相分を構成する半導体スイッチ8〜11で、三相モータ7を駆動することが可能となる。   If a power converter is comprised as mentioned above, it will become possible to drive the three-phase motor 7 with the semiconductor switches 8-11 which comprise the two-phase part of a normal inverter.

ここで、蓄電手段2とDC/DCコンバータ100とは、後述する回生電力の利用のために設けられたものであり、インバータ200の半導体スイッチ素子を減らす目的で新たに設けられたものではない。従って、インバータ200を図1に示す構成としても、インバータ200以外の部分で部品数が増加することはない。   Here, the power storage means 2 and the DC / DC converter 100 are provided for the use of regenerative power, which will be described later, and are not newly provided for the purpose of reducing the number of semiconductor switch elements of the inverter 200. Therefore, even if the inverter 200 is configured as shown in FIG. 1, the number of parts does not increase in parts other than the inverter 200.

次に、本発明の実施の形態1による電力変換装置の動作について、図2〜図5により説明する。
図2はDC/DCコンバータ100の動作を示す各部波形である。図1に示すような、直流電源1からインバータ200を介してモータ7を駆動する装置では、モータ7の減速時において、モータ7から直流電源1に電力が戻される回生運転が生じる。しかし、直流電源1が燃料電池や太陽電池の場合、回生された電力を受け入れることが出来ないため、インバータ200からDC/DCコンバータ100を介して、蓄電手段2に回生された電力を蓄電する必要がある。蓄電された電力は、直流電源1からモータ7に電力を供給する力行運転時に、蓄電手段2からDC/DCコンバータ100を介して、インバータ200に電力を供給することで使用される。このように、DC/DCコンバータ100は、蓄電手段2の充放電を制御している。図2において、Vpnは直流電源1の端子間電圧、Vcnは蓄電手段2の端子間電圧であり、それぞれの電圧値をVdc1、Vdc2とする。Vdc1とVdc2の比率がいくらであっても、上記蓄電手段2の充放電動作には影響が無いが、後述するインバータ200の動作のために、Vdc2をVdc1の概ね1/2に設定する。半導体スイッチ素子4、5の直列接続体の接続点Aの電位は、半導体スイッチ4がオンの時には直流電源1の正端子Pの電位、半導体スイッチ5がオンの時には直流電源1の負端子Nの電位となるため、半導体スイッチ素子4、5の直列接続体の接続点Aと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vanは、図2に示したような矩形波波形となる。リアクトル3の端子間には(Van〜Vdc2)の電圧が印加されるため、リアクトル電流ILは半導体スイッチ4がオンの時には増加し、半導体スイッチ5がオンの時には減少する。コンバータ制御手段6は、半導体スイッチ4と半導体スイッチ5のオン時間の比を制御することで、リアクトル電流ILの平均値を所望の値に保ち、蓄電手段2の充放電を制御する。
Next, the operation of the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a waveform of each part showing the operation of the DC / DC converter 100. In the apparatus for driving the motor 7 from the DC power source 1 via the inverter 200 as shown in FIG. 1, when the motor 7 is decelerated, a regenerative operation in which power is returned from the motor 7 to the DC power source 1 occurs. However, when the DC power source 1 is a fuel cell or a solar cell, the regenerated electric power cannot be received. Therefore, it is necessary to store the regenerated electric power from the inverter 200 via the DC / DC converter 100. There is. The stored electric power is used by supplying electric power from the electric storage means 2 to the inverter 200 via the DC / DC converter 100 during a power running operation in which electric power is supplied from the DC power source 1 to the motor 7. Thus, the DC / DC converter 100 controls charging / discharging of the power storage means 2. In FIG. 2, Vpn is a voltage between terminals of the DC power supply 1, Vcn is a voltage between terminals of the power storage means 2, and the respective voltage values are Vdc1 and Vdc2. Whatever the ratio of Vdc1 and Vdc2, there is no effect on the charge / discharge operation of the power storage means 2, but Vdc2 is set to approximately ½ of Vdc1 for the operation of the inverter 200 described later. The potential of the connection point A of the series connection body of the semiconductor switch elements 4 and 5 is the potential of the positive terminal P of the DC power supply 1 when the semiconductor switch 4 is ON, and the potential of the negative terminal N of the DC power supply 1 when the semiconductor switch 5 is ON. Since it becomes a potential, the voltage Van between the connection point A of the series connection body of the semiconductor switch elements 4 and 5 and the negative terminal N of the DC power supply 1 has a rectangular waveform as shown in FIG. Since a voltage of (Van to Vdc2) is applied between the terminals of the reactor 3, the reactor current IL increases when the semiconductor switch 4 is on and decreases when the semiconductor switch 5 is on. Converter control means 6 controls the charge / discharge of power storage means 2 by controlling the ratio of the on-time of semiconductor switch 4 and semiconductor switch 5 to maintain the average value of reactor current IL at a desired value.

図3はインバータ制御手段12の構成を示したブロック図である。インバータ制御手段12は、インバータ200が指令通りの電圧を出力するように、半導体スイッチ素子8〜11のゲート信号を生成する。モータ7は、U、V、W端子間の線間電圧によって制御されるため、図1のインバータ200のような回路においても、線間電圧が等しければ通常の三相インバータと同じ性能が得られる。従って、電圧が固定されているW端子を基準に、U、V端子の電圧を決めれば良い。インバータ制御手段12には、図示しない指令生成手段からの出力電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと、蓄電手段2の電圧Vdc2とが入力される。上記電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refは、三相の電圧指令の中性点を基準とした電圧であるため、図1に示すようにW相の電位を蓄電手段2の正端子Cの電位に固定している場合には、上記電圧指令の変換が必要となる。この変換は、U相−W相間、V相−W相間の線間電圧を求め、蓄電手段2の正端子Cの電位に加算することで実現できる。このため、U相電圧指令Vu_ref、およびV相電圧指令Vv_refから減算手段13、14でW相電圧指令Vw_refを減算した後に、加算手段15、16で蓄電手段2の電圧Vdc2を加算することにより、蓄電手段2の負端子Nの電位を基準としたU相電圧指令Vu_ref2、およびV相電圧指令Vv_ref2を得ている。この電圧指令Vu_ref2とVv_ref2とを、それぞれ比較器18、19で、三角波発生手段17が発生した三角波キャリアと比較することにより、U相およびV相のPWM信号、すなわち、半導体スイッチ素子8、9および半導体スイッチ素子10、11のゲート信号が得られる。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the inverter control means 12. The inverter control means 12 generates gate signals for the semiconductor switch elements 8 to 11 so that the inverter 200 outputs a voltage as commanded. Since the motor 7 is controlled by the line voltage between the U, V, and W terminals, a circuit such as the inverter 200 in FIG. 1 can obtain the same performance as a normal three-phase inverter if the line voltage is equal. . Therefore, the voltages at the U and V terminals may be determined based on the W terminal where the voltage is fixed. The inverter control means 12 receives output voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref from a command generation means (not shown) and the voltage Vdc2 of the power storage means 2. Since the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are voltages based on the neutral point of the three-phase voltage command, the potential of the W phase is fixed to the potential of the positive terminal C of the power storage unit 2 as shown in FIG. If it is, conversion of the voltage command is required. This conversion can be realized by obtaining line voltages between the U phase and the W phase and between the V phase and the W phase and adding them to the potential of the positive terminal C of the power storage means 2. For this reason, by subtracting the W-phase voltage command Vw_ref from the U-phase voltage command Vu_ref and the V-phase voltage command Vv_ref by the subtracting means 13 and 14, and then adding the voltage Vdc2 of the power storage means 2 by the adding means 15 and 16, A U-phase voltage command Vu_ref2 and a V-phase voltage command Vv_ref2 are obtained with reference to the potential of the negative terminal N of the power storage unit 2. The voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 are compared with the triangular wave carriers generated by the triangular wave generating means 17 by the comparators 18 and 19, respectively, so that the U-phase and V-phase PWM signals, that is, the semiconductor switch elements 8, 9 and Gate signals of the semiconductor switch elements 10 and 11 are obtained.

図4は、図3のインバータ制御手段12の各部の波形を示したものである。電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refが正弦波の場合、変換後の電圧指令Vu_ref2とVv_ref2も正弦波となる。この電圧指令Vu_ref2とVv_ref2は、図示の通り、W相電圧である蓄電手段2の電圧Vdc2を中心に正負に変化する。出力できる電圧は直流電源1の電圧Vdc1で制約されるため、Vdc2がVdc1の1/2である時、Vu_ref2とVv_ref2の振幅を最も高くすることができることは明らかである。この電圧指令Vu_ref2と、三角波発生手段17が発生する0〜Vdc1の間で値が変化する三角波キャリアTriとをそれぞれ比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子8および半導体スイッチ素子9のゲート信号が得られる。半導体スイッチ素子8は、このゲート信号をそのまま使用し、「H」の時にIGBT素子をオン、「L」の時にIGBT素子をオフする。半導体スイッチ素子9は、このゲート信号を反転して使用し、「H」の時にIGBT素子をオフ、「L」の時にIGBT素子をオンする。電圧指令Vv_ref2と、半導体スイッチ素子10、11に関しても同様である。   FIG. 4 shows the waveform of each part of the inverter control means 12 of FIG. When the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are sine waves, the converted voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 are also sine waves. As shown in the figure, the voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 change positively and negatively around the voltage Vdc2 of the power storage means 2 that is a W-phase voltage. Since the voltage that can be output is limited by the voltage Vdc1 of the DC power supply 1, it is obvious that the amplitudes of Vu_ref2 and Vv_ref2 can be maximized when Vdc2 is ½ of Vdc1. This voltage command Vu_ref2 is compared with a triangular wave carrier Tri whose value changes between 0 and Vdc1 generated by the triangular wave generating means 17, and when the triangular wave carrier is larger, it is “L”, and when it is smaller, it is “H”. Thus, the gate signals of the semiconductor switch element 8 and the semiconductor switch element 9 are obtained. The semiconductor switch element 8 uses the gate signal as it is, and turns on the IGBT element when it is “H” and turns it off when it is “L”. The semiconductor switch element 9 inverts and uses the gate signal, and turns off the IGBT element when it is “H” and turns it on when it is “L”. The same applies to the voltage command Vv_ref2 and the semiconductor switch elements 10 and 11.

図5は、インバータ200の動作を示す各部波形である。インバータ制御手段12が前述の動作をした結果、半導体スイッチ素子8、9の直列接続体の接続点BUの電位は、半導体スイッチ8がオンの時には直流電源1の正端子Pの電位、半導体スイッチ9がオンの時には直流電源1の負端子Nの電位となるため、半導体スイッチ素子8、9の直列接続体の接続点BUと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vunは、図5に示したような矩形波波形となる。また、半導体スイッチ素子10、11の直列接続体の接続点BVと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vvn、蓄電手段2の端子間電圧Vcn=Vdc2=Vwnも、図5に示したような波形となる。ここで、出力の相電圧Vu、Vv、Vwは、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnの中性点から見た電圧であるため、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnから、それぞれ(Vun+Vvn+Vwn)/3を減算して求められる。相電圧Vu、Vv、Vwは、図5に示すように、全て矩形を組合せたような電圧波形となり、その平均値が、電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと一致している。この結果、モータ7に流れる相電流Iu、Iv、Iwは、図示の通り、PWMリプルを含んだ正弦波波形となる。   FIG. 5 is a waveform of each part showing the operation of the inverter 200. As a result of the above-described operation of the inverter control means 12, the potential at the connection point BU of the series connection body of the semiconductor switch elements 8 and 9 is the potential at the positive terminal P of the DC power source 1 when the semiconductor switch 8 is on. 5 is at the potential of the negative terminal N of the DC power supply 1, the voltage Vun between the connection point BU of the series connection body of the semiconductor switch elements 8 and 9 and the negative terminal N of the DC power supply 1 is shown in FIG. It becomes a rectangular wave waveform as shown. Further, the voltage Vvn between the connection point BV of the series connection body of the semiconductor switch elements 10 and 11 and the negative terminal N of the DC power supply 1 and the voltage Vcn = Vdc2 = Vwn between the terminals of the storage means 2 are also shown in FIG. It becomes a waveform like this. Here, since the output phase voltages Vu, Vv, and Vw are voltages seen from the neutral point of the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn, the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn are respectively (Vun + Vvn + Vwn) / 3. Is obtained by subtracting. As shown in FIG. 5, the phase voltages Vu, Vv, and Vw all have a voltage waveform that is a combination of rectangles, and the average values thereof match the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref. As a result, the phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor 7 have a sine wave waveform including a PWM ripple, as shown.

以上のように、この実施の形態1による電力変換装置によれば、蓄電手段2の電圧を直流電源1の電圧の概ね1/2の電圧として、モータ7の1端子の電圧としてそのまま利用するため、1相分の半導体スイッチ素子2個を省略して、4個の半導体スイッチ素子で三相モータを駆動することが可能となる。従って、装置全体で半導体スイッチ素子の数を減らすことができ、装置の大きさを低減することが可能となる。   As described above, according to the power conversion device according to the first embodiment, the voltage of the power storage means 2 is used as it is as the voltage of one terminal of the motor 7 as the voltage of approximately half the voltage of the DC power supply 1. It is possible to drive a three-phase motor with four semiconductor switch elements by omitting two semiconductor switch elements for one phase. Therefore, the number of semiconductor switch elements can be reduced in the entire device, and the size of the device can be reduced.

以上の説明から明らかなように、この実施の形態1による電力変換装置は、図1の構成で自律した動作となっている。従って、図6に示すように、この実施の形態1による電力変換装置と、6個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータ300とを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。   As is clear from the above description, the power conversion device according to the first embodiment operates autonomously with the configuration of FIG. Therefore, as shown in FIG. 6, it is obvious that the same effect can be obtained even when the power conversion device according to the first embodiment and the inverter 300 composed of six semiconductor switch elements are combined.

また、以上の説明では、最も一般的な三相出力のインバータと三相モータとを例としたが、1相分の半導体スイッチ素子2個を省略できるのは三相に限定されるものではない。従って、図7(a)のように三相以上の出力を持つインバータ(ここでは四相)においても、図7(b)のように単相のインバータにおいても、三相インバータと同様に、1相分の半導体スイッチ素子2個を省略できる。また、当然ながら、インバータの負荷はモータに限定されるものではなく、抵抗負荷でも、リアクトル負荷でも、任意の負荷において同様の効果が得られる In the above description, the most common three-phase output inverter and three-phase motor are used as an example. However, two semiconductor switch elements for one phase can be omitted, but the invention is not limited to three-phase. . Accordingly, even in an inverter having four or more outputs (here, four phases) as shown in FIG. 7A and a single-phase inverter as shown in FIG. Two semiconductor switch elements for the phase can be omitted. Of course, the load of the inverter is not limited to the motor, and the same effect can be obtained with any load, whether a resistance load or a reactor load .

実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2による電力変換装置のインバータ制御手段12の構成を示すブロック図である。それ以外の構成については、図1に示す実施の形態1と同じであるため説明を省略する。また、DC/DCコンバータ100の動作については、実施の形態1と同じであるため説明を省略する。
インバータ制御手段12は、インバータ200が指令通りの電圧を出力するように、半導体スイッチ素子8〜11のゲート信号を生成する。モータ7は、U、V、W端子間の線間電圧によって制御されるため、図1のインバータ200のような回路においても、線間電圧が等しければ通常の三相インバータと同じ性能が得られる。従って、電圧が固定されているW端子を基準に、U、V端子の電圧を決めれば良い。この時、主となる三相電圧指令と異なる電圧成分(例えば直流オフセット電圧)を重畳しても、モータ7はトルク脈動を生じるのみであり、脈動の平均値は零となるため一様なトルクは発生しない。インバータ制御手段12には、図示しない指令生成手段からの出力電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと、オフセット電圧指令Voffsetと、蓄電手段2の電圧Vdc2とが入力される。上記電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refは、三相の電圧指令の中性点を基準とした電圧であるため、図1に示すようにW相の電位を蓄電手段2の正端子Cの電位に固定している場合には、上記電圧指令の変換が必要となる。この変換は、U相−W相間、V相−W相間の線間電圧を求め、蓄電手段2の正端子Cの電位に加算することで実現できる。このため、U相電圧指令Vu_ref、およびV相電圧指令Vv_refから減算手段13、14でW相電圧指令Vw_refを減算した後に、加算手段15、16で蓄電手段2の電圧Vdc2を加算する。さらに、加算手段20、21でオフセット電圧指令Voffsetを加算することにより、蓄電手段2の負端子Nの電位を基準としたU相電圧指令Vu_ref3、およびV相電圧指令Vv_ref3を得る。この電圧指令Vu_ref3とVv_ref3とを、それぞれ比較手段18、19で、三角波発生手段17が発生した三角波キャリアTriと比較することにより、U相およびV相のPWM信号、すなわち、半導体スイッチ素子8、9および半導体スイッチ素子10、11のゲート信号が得られる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of inverter control means 12 of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention. The other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Further, since the operation of the DC / DC converter 100 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
The inverter control means 12 generates gate signals for the semiconductor switch elements 8 to 11 so that the inverter 200 outputs a voltage as commanded. Since the motor 7 is controlled by the line voltage between the U, V, and W terminals, a circuit such as the inverter 200 in FIG. 1 can obtain the same performance as a normal three-phase inverter if the line voltage is equal. . Therefore, the voltages at the U and V terminals may be determined based on the W terminal where the voltage is fixed. At this time, even if a voltage component (for example, DC offset voltage) different from the main three-phase voltage command is superimposed, the motor 7 only generates torque pulsation, and the average value of pulsation becomes zero. Does not occur. Output voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref, an offset voltage command Voffset, and a voltage Vdc2 of the power storage unit 2 are input to the inverter control unit 12 from a command generation unit (not shown). Since the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are voltages based on the neutral point of the three-phase voltage command, the potential of the W phase is fixed to the potential of the positive terminal C of the power storage unit 2 as shown in FIG. If it is, conversion of the voltage command is required. This conversion can be realized by obtaining line voltages between the U phase and the W phase and between the V phase and the W phase and adding them to the potential of the positive terminal C of the power storage means 2. For this reason, after subtracting the W-phase voltage command Vw_ref by the subtracting means 13 and 14 from the U-phase voltage command Vu_ref and the V-phase voltage command Vv_ref, the adding means 15 and 16 add the voltage Vdc2 of the power storage means 2. Further, the addition means 20 and 21 add the offset voltage command Voffset to obtain the U-phase voltage command Vu_ref3 and the V-phase voltage command Vv_ref3 with reference to the potential of the negative terminal N of the power storage means 2. The voltage commands Vu_ref3 and Vv_ref3 are respectively compared by the comparison means 18 and 19 with the triangular wave carrier Tri generated by the triangular wave generation means 17, whereby the U-phase and V-phase PWM signals, that is, the semiconductor switch elements 8, 9 And the gate signal of the semiconductor switch elements 10 and 11 is obtained.

図9は、図8のインバータ制御手段12の各部の波形を示したものである。電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refが正弦波の場合、変換後の電圧指令Vu_ref3とVv_ref3も正弦波となる。この電圧指令Vu_ref3とVv_ref3は、図示の通り、W相電圧である蓄電手段2の電圧Vdc2にオフセット電圧指令Voffsetを加算した値を中心に正負に変化する。この電圧指令Vu_ref3と、三角波発生手段17が発生する0〜Vdc1の間で値が変化する三角波キャリアTriとを比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子8、9のゲート信号が得られる。半導体スイッチ素子8は、このゲート信号をそのまま使用し、「H」の時にIGBT素子をオン、「L」の時にIGBT素子をオフする。半導体スイッチ素子9は、このゲート信号を反転して使用し、「H」の時にIGBT素子をオフ、「L」の時にIGBT素子をオンする。電圧指令Vv_ref3と、半導体スイッチ素子10、11に関しても同様である。   FIG. 9 shows the waveform of each part of the inverter control means 12 of FIG. When the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are sine waves, the converted voltage commands Vu_ref3 and Vv_ref3 are also sine waves. As shown in the figure, the voltage commands Vu_ref3 and Vv_ref3 change positively or negatively with a value obtained by adding the offset voltage command Voffset to the voltage Vdc2 of the power storage unit 2 being a W-phase voltage. This voltage command Vu_ref3 is compared with the triangular wave carrier Tri whose value changes between 0 and Vdc1 generated by the triangular wave generating means 17, and when the triangular wave carrier is larger, it is “L”, and when it is smaller, it is “H”. As a result, gate signals of the semiconductor switch elements 8 and 9 are obtained. The semiconductor switch element 8 uses the gate signal as it is, and turns on the IGBT element when it is “H” and turns it off when it is “L”. The semiconductor switch element 9 inverts and uses the gate signal, and turns off the IGBT element when it is “H” and turns it on when it is “L”. The same applies to the voltage command Vv_ref3 and the semiconductor switch elements 10 and 11.

本実施の形態においては、オフセット電圧指令Voffsetの加算により、半導体スイッチ素子8および9のゲート信号、半導体スイッチ素子10および11のゲート信号、は共に「L」よりも「H」の時間が長くなる。この結果、U相およびV相の出力電圧の平均値は、オフセット電圧指令Voffsetだけ、W相の出力電圧よりも高くなる。この電圧差により、U相およびV相からW相に電流が流れるため、モータ7に流れる相電流Iwは、図示の通り、オフセット電流Ioffsetが重畳された正弦波波形となる。このオフセット電流Ioffsetは、オフセット電圧指令Voffsetを変えることにより、任意の値に制御できる。従って、三相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refによって制御されるモータ7のトルクとは独立に、オフセット電圧指令Voffsetによってオフセット電流Ioffsetが制御できる。   In the present embodiment, by adding the offset voltage command Voffset, the gate signals of the semiconductor switch elements 8 and 9 and the gate signals of the semiconductor switch elements 10 and 11 are both longer than “L”. . As a result, the average value of the U-phase and V-phase output voltages is higher than the W-phase output voltage by the offset voltage command Voffset. Due to this voltage difference, current flows from the U phase and the V phase to the W phase, so that the phase current Iw flowing through the motor 7 has a sine wave waveform on which the offset current Ioffset is superimposed as shown in the figure. The offset current Ioffset can be controlled to an arbitrary value by changing the offset voltage command Voffset. Accordingly, the offset current Ioffset can be controlled by the offset voltage command Voffset independently of the torque of the motor 7 controlled by the three-phase voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref.

図1に示すように、モータ7のW相は蓄電手段2の正端子Cに接続されているため、W相電流Iwに重畳されたオフセット電流Ioffsetは、蓄電手段2を充放電する電流となり、DC/DCコンバータ100と同様の働きをする。従って、オフセット電流Ioffsetの分だけDC/DCコンバータ100の電流を低減することができ、DC/DCコンバータ100に使用する半導体スイッチ素子の電流定格を低減することで、半導体スイッチ素子の大きさ、ひいては、装置の大きさを低減することが可能となる。   As shown in FIG. 1, since the W phase of the motor 7 is connected to the positive terminal C of the power storage means 2, the offset current Ioffset superimposed on the W phase current Iw becomes a current for charging and discharging the power storage means 2, The same function as the DC / DC converter 100 is performed. Therefore, the current of the DC / DC converter 100 can be reduced by the offset current Ioffset, and by reducing the current rating of the semiconductor switch element used in the DC / DC converter 100, the size of the semiconductor switch element, and consequently The size of the device can be reduced.

本実施の形態2による電力変換装置も、実施の形態1による電力変換装置と同様に、6個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータと組合せても同様の効果が得られる。また、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる Similar to the power conversion device according to the first embodiment, the power conversion device according to the second embodiment can achieve the same effect even when combined with an inverter composed of six semiconductor switch elements. In addition, the same effect can be obtained in an inverter having an output of three or more phases and a single-phase inverter. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor .

実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3による電力変換装置を示す回路構成図である。図10において、直流電源1、蓄電手段2、リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6は、図1に示す実施の形態1と同様であるため説明を省略する。インバータ400は、半導体スイッチ素子22、23、24、25の直列接続体と、半導体スイッチ素子28、29、30、31の直列接続体と、半導体スイッチ素子34、35、36、37の直列接続体とで構成され、それぞれ直流電源1の端子間に接続されている。また各半導体スイッチ素子はインバータ制御手段40により制御される。モータ7の3端子U、V、Wのうちの端子Uは、半導体スイッチ素子23と半導体スイッチ素子24との接続点BUに、端子Vは、半導体スイッチ素子29と半導体スイッチ素子30との接続点BVに、端子Wは、半導体スイッチ素子35と半導体スイッチ素子36との接続点BWに接続されている。また、半導体スイッチ素子22と半導体スイッチ素子23との接続点、半導体スイッチ素子24と半導体スイッチ素子25との接続点、半導体スイッチ素子28と半導体スイッチ素子29との接続点、半導体スイッチ素子30と半導体スイッチ素子31との接続点、半導体スイッチ素子34と半導体スイッチ素子35との接続点、半導体スイッチ素子36と半導体スイッチ素子37との接続点は、それぞれ、ダイオード26、27、32、33、38、39を介して、蓄電手段2の正端子Cに接続されている。ここで、半導体スイッチ素子22〜25、28〜31、34〜37は、IGBT素子と、そのIGBT素子に逆並列に接続されたダイオードにより構成されている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 10, the DC power source 1, the power storage means 2, the reactor 3, the semiconductor switch elements 4, 5, and the converter control means 6 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The inverter 400 includes a series connection body of the semiconductor switch elements 22, 23, 24, and 25, a series connection body of the semiconductor switch elements 28, 29, 30, and 31, and a series connection body of the semiconductor switch elements 34, 35, 36, and 37. Are connected between the terminals of the DC power source 1. Each semiconductor switch element is controlled by the inverter control means 40. Of the three terminals U, V, and W of the motor 7, the terminal U is a connection point BU between the semiconductor switch element 23 and the semiconductor switch element 24, and the terminal V is a connection point between the semiconductor switch element 29 and the semiconductor switch element 30. The terminal W is connected to the connection point BW of the semiconductor switch element 35 and the semiconductor switch element 36 to BV. Further, the connection point between the semiconductor switch element 22 and the semiconductor switch element 23, the connection point between the semiconductor switch element 24 and the semiconductor switch element 25, the connection point between the semiconductor switch element 28 and the semiconductor switch element 29, the semiconductor switch element 30 and the semiconductor. The connection point between the switch element 31, the connection point between the semiconductor switch element 34 and the semiconductor switch element 35, and the connection point between the semiconductor switch element 36 and the semiconductor switch element 37 are respectively diodes 26, 27, 32, 33, 38, 39 is connected to the positive terminal C of the power storage means 2. Here, the semiconductor switch elements 22 to 25, 28 to 31, and 34 to 37 are configured by an IGBT element and a diode connected in reverse parallel to the IGBT element.

以上のように電力変換装置を構成すれば、通常の2レベルインバータに代えて、3レベルインバータで三相モータ7を駆動することが可能である。
ここで、通常は3レベルインバータを構成するために、直流電源1の中性点電位が必要であり、別の回路手段等により中性点電位を作成する必要があるが、本実施の形態3では、DC/DCコンバータ100により蓄電手段2の電圧を直流電源1の概ね1/2の電圧とし、この電圧を中性点電位として利用することにより、追加の回路手段を省略している。
If the power conversion device is configured as described above, the three-phase motor 7 can be driven by a three-level inverter instead of a normal two-level inverter.
Here, normally, in order to constitute a three-level inverter, the neutral point potential of the DC power supply 1 is necessary, and it is necessary to create the neutral point potential by another circuit means or the like. Then, the DC / DC converter 100 sets the voltage of the power storage means 2 to approximately a half of the voltage of the DC power source 1 and uses this voltage as a neutral point potential, thereby omitting additional circuit means.

次に、本発明の実施の形態3による電力変換装置の動作について、図11〜図12により説明する。リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6により構成されるDC/DCコンバータ100の動作については、実施の形態1の図2と同様であるため、説明を省略する。
図11はインバータ制御手段40の構成を示したブロック図である。インバータ制御手段40は、インバータ400が指令通りの電圧を出力するように、半導体スイッチ素子22〜25、28〜31、34〜37のゲート信号を生成する。インバータ制御手段40には、図示しない指令生成手段からの出力電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refが入力される。上記電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refを、比較手段43〜48で、第1の三角波発生手段41が発生した三角波キャリアTri1、および第2の三角波発生手段42が発生した三角波キャリアTri2と比較することにより、U相、V相、W相のPWM信号、すなわち、半導体スイッチ素子22〜25、半導体スイッチ素子28〜31、および半導体スイッチ素子34〜37のゲート信号が得られる。
Next, the operation of the power conversion apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11-12. Since the operation of the DC / DC converter 100 constituted by the reactor 3, the semiconductor switch elements 4 and 5, and the converter control means 6 is the same as that of FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the inverter control means 40. The inverter control means 40 generates the gate signals of the semiconductor switch elements 22 to 25, 28 to 31, and 34 to 37 so that the inverter 400 outputs a commanded voltage. Output voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref from command generation means (not shown) are input to the inverter control means 40. By comparing the voltage commands Vu_ref, Vv_ref and Vw_ref with the triangular wave carrier Tri1 generated by the first triangular wave generating means 41 and the triangular wave carrier Tri2 generated by the second triangular wave generating means 42 by the comparing means 43 to 48. , U-phase, V-phase, and W-phase PWM signals, that is, gate signals of the semiconductor switch elements 22 to 25, the semiconductor switch elements 28 to 31, and the semiconductor switch elements 34 to 37 are obtained.

図12は、図11に示すインバータ制御手段40の各部の波形を示したものである。電圧指令Vu_refと、三角波発生手段41が発生する0〜Vdc2の間で値が変化する三角波キャリアTri1とを比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子22と半導体スイッチ素子24とのゲート信号が得られ、電圧指令Vu_refと、三角波発生手段42が発生する−Vdc2〜0の間で値が変化する三角波キャリアTri2とを比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子23と半導体スイッチ素子25とのゲート信号が得られる。半導体スイッチ素子22、23は、このゲート信号をそのまま使用し、「H」の時にIGBT素子をオン、「L」の時にIGBT素子をオフする。半導体スイッチ素子24、25は、このゲート信号を反転して使用し、「H」の時にIGBT素子をオフ、「L」の時にIGBT素子をオンする。電圧指令Vv_refと半導体スイッチ素子28〜31、電圧指令Vw_refと半導体スイッチ素子34〜37に関しても同様である。   FIG. 12 shows the waveform of each part of the inverter control means 40 shown in FIG. The voltage command Vu_ref is compared with the triangular wave carrier Tri1 whose value changes between 0 and Vdc2 generated by the triangular wave generating means 41, and is set to “L” when the triangular wave carrier is larger and “H” when smaller. Thus, gate signals of the semiconductor switch element 22 and the semiconductor switch element 24 are obtained, and the voltage command Vu_ref is compared with the triangular wave carrier Tri2 whose value changes between −Vdc2 to 0 generated by the triangular wave generating means 42. By setting “L” when the triangular wave carrier is larger and “H” when smaller, the gate signals of the semiconductor switch element 23 and the semiconductor switch element 25 can be obtained. The semiconductor switch elements 22 and 23 use this gate signal as it is, and turn on the IGBT element when it is “H”, and turn it off when it is “L”. The semiconductor switch elements 24 and 25 invert and use the gate signal, and turn off the IGBT element when “H” and turn on the IGBT element when “L”. The same applies to the voltage command Vv_ref and the semiconductor switch elements 28 to 31 and the voltage command Vw_ref and the semiconductor switch elements 34 to 37.

ンバータ制御手段40が前述の動作をした結果、半導体スイッチ素子23、24の接続点BUの電位は、半導体スイッチ22、23がオンの時には直流電源1の正端子Pの電位、半導体スイッチ24、25がオンの時には直流電源1の負端子Nの電位、半導体スイッチ23、24がオンの時には蓄電手段2の正端子Cの電位となるため、半導体スイッチ素子23、24の直列接続体の接続点BUと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vunは、矩形波波形となる。また、半導体スイッチ素子29、30の接続点BVと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vvn、半導体スイッチ素子35、36の接続点BWと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vwnも、矩形波波形となる。ここで、出力の相電圧Vu、Vv、Vwは、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnの中性点から見た電圧であるため、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnから、それぞれ(Vun+Vvn+Vwn)/3を減算して求められる。相電圧Vu、Vv、Vwは、階段状の電圧波形となり、その平均値が、電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと一致している。この結果、モータ7に流れる相電流Iu、Iv、Iwは、図示の通り、PWMリプルを含んだ正弦波波形となる。また、この波形は実施の形態1の場合より滑らかな波形となり、モータの運転がより円滑となる。 Inverter result control means 40 has the above-described operation, the potential of the node BU semiconductor switching device 23 and 24, the potential of the positive terminal P of the DC power source 1 when the semiconductor switch 22 is turned on, the semiconductor switch 24, Since the potential of the negative terminal N of the DC power source 1 when the switch 25 is on and the potential of the positive terminal C of the power storage means 2 when the semiconductor switches 23 and 24 are turned on, the connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements 23 and 24 voltage Vun between the BU and the negative terminal N of the DC power source 1 is a rectangular square wave waveform. Further, a voltage Vvn between the connection point BV of the semiconductor switch elements 29 and 30 and the negative terminal N of the DC power supply 1, and a voltage between the connection point BW of the semiconductor switch elements 35 and 36 and the negative terminal N of the DC power supply 1. Vwn also has a rectangular waveform. Here, since the output phase voltages Vu, Vv, and Vw are voltages viewed from the neutral point of the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn, the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn are respectively (Vun + Vvn + Vwn) / 3. Is obtained by subtracting. The phase voltages Vu, Vv, and Vw are stepped voltage waveforms, and the average values thereof coincide with the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref. As a result, the phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor 7 have a sine wave waveform including a PWM ripple, as shown. Further, this waveform is a smoother waveform than in the case of the first embodiment, and the operation of the motor becomes smoother.

以上のように、この実施の形態3による電力変換装置によれば、蓄電手段2の電圧を直流電源1の電圧の概ね1/2の電圧とし、3レベルインバータの中性点電位として利用するため、中性点電位を作成する回路を追加すること無く3レベルインバータを適用することが可能となる。従って、追加の回路を省略でき、装置の大きさを低減することが可能となる。   As described above, according to the power conversion device according to the third embodiment, the voltage of power storage means 2 is set to approximately half the voltage of DC power supply 1 and used as the neutral point potential of the three-level inverter. Thus, it is possible to apply a three-level inverter without adding a circuit for creating a neutral point potential. Therefore, an additional circuit can be omitted, and the size of the device can be reduced.

以上の説明から明らかなように、この実施の形態3による電力変換装置は、図10の構成で自律した動作となっている。従って、この実施の形態3による電力変換装置と、6個の半導体スイッチ素子で構成された2レベルインバータを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。また、実施の形態1による4個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。 As is clear from the above description, the power conversion device according to the third embodiment operates autonomously with the configuration of FIG. Therefore, a power conversion apparatus according to a third embodiment of this, it is clear that the same effect by combining two-level inverter which is composed of six semiconductor switching elements is obtained. Moreover, it is clear that the same effects are obtained when also a combination of inverter including four semiconductor switching device according to the first embodiment.

また、本実施の形態3による電力変換装置も、実施の形態1による電力変換装置と同様に、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる In addition, the power conversion device according to the third embodiment can obtain the same effects in both a single-phase inverter and an inverter having three or more outputs, similarly to the power conversion device according to the first embodiment. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor .

実施の形態4.
13は、本発明の実施の形態4による電力変換装置のインバータ制御手段40の構成を示したブロック図である。それ以外の構成については、図10に示す実施の形態3と同じであるため説明を省略する。また、DC/DCコンバータ100の動作については、実施の形態1の図2と同じであるため説明を省略する。
インバータ制御手段40は、インバータ400が指令通りの電圧を出力するように、半導体スイッチ素子22〜25、28〜31、34〜37のゲート信号を生成する。モータ7は、U、V、W端子間の線間電圧によって制御されるため、三相全てに同じ電圧(例えば直流オフセット電圧)を加算しても、線間電圧が変わらないので同じ性能が得られる。従って、電圧が固定されているW端子を基準に、U、V端子の電圧を決めれば良い。この時、主となる三相電圧指令と異なる電圧成分(例えば直流オフセット電圧)を重畳しても、モータ7はトルク脈動を生じるのみであり、脈動の平均値は零となるため一様なトルクは発生しない。インバータ制御手段40には、図示しない指令生成手段からの出力電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと、オフセット電圧指令Voffsetとが入力される。上記電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refに、加算手段49〜51でオフセット電圧指令Voffsetを加算することにより、オフセットを持ったU相電圧指令Vu_ref4、V相電圧指令Vv_ref4、W相電圧指令Vw_ref4を得る。この電圧指令Vu_ref4、Vv_ref4、Vw_ref4を、比較手段43〜48で、第1の三角波発生手段41が発生した三角波キャリアTri1、および第2の三角波発生手段42が発生した三角波キャリアTri2と比較することにより、U相、V相、W相のPWM信号、すなわち、半導体スイッチ素子22〜25、半導体スイッチ素子28〜31、半導体スイッチ素子34〜37のゲート信号が得られる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of inverter control means 40 of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. The other configuration is the same as that of the third embodiment shown in FIG. The operation of the DC / DC converter 100 is the same as that in FIG.
The inverter control means 40 generates the gate signals of the semiconductor switch elements 22 to 25, 28 to 31, and 34 to 37 so that the inverter 400 outputs a commanded voltage. Since the motor 7 is controlled by the line voltage between the U, V, and W terminals, even if the same voltage (for example, DC offset voltage) is added to all three phases, the line voltage does not change, so the same performance is obtained. It is done. Therefore, the voltages at the U and V terminals may be determined based on the W terminal where the voltage is fixed. At this time, even if a voltage component (for example, DC offset voltage) different from the main three-phase voltage command is superimposed, the motor 7 only generates torque pulsation, and the average value of pulsation becomes zero. Does not occur. The inverter control means 40 receives output voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref and an offset voltage command Voffset from command generation means (not shown). By adding the offset voltage command Voffset to the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref by the adding means 49 to 51, a U-phase voltage command Vu_ref4, a V-phase voltage command Vv_ref4, and a W-phase voltage command Vw_ref4 having an offset are obtained. By comparing the voltage commands Vu_ref4, Vv_ref4, and Vw_ref4 with the triangular wave carrier Tri1 generated by the first triangular wave generating means 41 and the triangular wave carrier Tri2 generated by the second triangular wave generating means 42 by the comparison means 43-48. , U-phase, V-phase, and W-phase PWM signals, that is, gate signals of the semiconductor switch elements 22 to 25, the semiconductor switch elements 28 to 31, and the semiconductor switch elements 34 to 37 are obtained.

ここで、図13のインバータ制御手段40の各部の波形について検討する。電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refが正弦波の場合、変換後の電圧指令Vu_ref4、Vv_ref4、Vw_ref4も正弦波となる。この電圧指令Vu_ref4、Vv_ref4、Vw_ref4は、オフセット電圧指令Voffsetを中心に正負に変化する。この電圧指令Vu_ref4と、三角波発生手段41が発生する0〜Vdc2の間で値が変化する三角波キャリアTri1、および三角波発生手段42が発生する−Vdc2〜0の間で値が変化する三角波キャリアTri2とをそれぞれ比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子22、24のゲート信号、および半導体スイッチ素子23、25のゲート信号が得られる。半導体スイッチ素子22、23は、このゲート信号をそのまま使用し、「H」の時にIGBT素子をオン、「L」の時にIGBT素子をオフする。半導体スイッチ素子24、25は、このゲート信号を反転して使用し、「H」の時にIGBT素子をオフ、「L」の時にIGBT素子をオンする。 Here, the waveform of each part of the inverter control means 40 of FIG. 13 is examined . When the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are sine waves, the converted voltage commands Vu_ref4, Vv_ref4, and Vw_ref4 are also sine waves. The voltage command Vu_ref4, Vv_ref4, Vw_ref4 changes to positive and negative about the offset voltage command Voffset. This voltage command Vu_ref4, a triangular wave carrier Tri1 whose value changes between 0 and Vdc2 generated by the triangular wave generating means 41, and a triangular wave carrier Tri2 whose value changes between -Vdc2 and 0 generated by the triangular wave generating means 42 Are respectively set to “L” when the triangular wave carrier is larger, and “H” when the triangular wave carrier is smaller, so that the gate signals of the semiconductor switch elements 22 and 24 and the gate signals of the semiconductor switch elements 23 and 25 are obtained. It is done. The semiconductor switch elements 22 and 23 use this gate signal as it is, and turn on the IGBT element when it is “H”, and turn it off when it is “L”. The semiconductor switch elements 24 and 25 invert and use the gate signal, and turn off the IGBT element when “H” and turn on the IGBT element when “L”.

オフセット電圧指令Voffsetの加算により、半導体スイッチ素子22、24のゲート信号の「H」の時間の方が、半導体スイッチ素子23、25のゲート信号の「L」の時間よりも長くなる。半導体スイッチ素子22、24のゲート信号が「H」の時には直流電源1の正端子Pから電流が流れ、半導体スイッチ素子23、25のゲート信号が「L」の時には直流電源1の負端子Nから電流が流れるため、半導体スイッチ素子22、24のゲート信号の「H」の時間と半導体スイッチ素子23、25のゲート信号の「L」の時間が異なると、その差電流が中性点電位、すなわち、蓄電手段2の正端子Cに流れる。電圧指令Vv_ref4と半導体スイッチ素子28〜31、電圧指令Vw_ref4と半導体スイッチ素子34〜37に関しても同様である。   By adding the offset voltage command Voffset, the “H” time of the gate signals of the semiconductor switch elements 22, 24 becomes longer than the “L” time of the gate signals of the semiconductor switch elements 23, 25. When the gate signal of the semiconductor switch elements 22 and 24 is “H”, a current flows from the positive terminal P of the DC power supply 1, and from the negative terminal N of the DC power supply 1 when the gate signal of the semiconductor switch elements 23 and 25 is “L”. Since the current flows, if the “H” time of the gate signals of the semiconductor switch elements 22 and 24 and the “L” time of the gate signals of the semiconductor switch elements 23 and 25 are different, the difference current becomes a neutral point potential, that is, And flows to the positive terminal C of the power storage means 2. The same applies to the voltage command Vv_ref4 and the semiconductor switch elements 28 to 31, and the voltage command Vw_ref4 and the semiconductor switch elements 34 to 37.

この結果、オフセット電圧指令Voffsetを変化させると、モータ7に流れる相電流Iu、Iv、Iwは、PWMリプルを含んだ正弦波波形となりオフセット成分を含まないが、中性点電位の電流、すなわち、蓄電手段2の正端子Cに流れる電流は、オフセット電流Ioffsetが重畳された波形となり平均値が0で無くなる。このオフセット電流Ioffsetは、オフセット電圧指令Voffsetを変えることにより、任意の値に制御できる。従って、三相電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refによって制御されるモータ7のトルクとは独立に、オフセット電圧指令Voffsetによってオフセット電流Ioffsetが制御できる。 As a result, varying the offset voltage command Voffset, phase currents Iu flowing through the motor 7, Iv, Iw does not include an offset component becomes including P WM ripple sinusoidal wave, the neutral point potential current, i.e. The current flowing through the positive terminal C of the power storage means 2 has a waveform on which the offset current Ioffset is superimposed, and the average value is not zero. The offset current Ioffset can be controlled to an arbitrary value by changing the offset voltage command Voffset. Accordingly, the offset current Ioffset can be controlled by the offset voltage command Voffset independently of the torque of the motor 7 controlled by the three-phase voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref.

このオフセット電流Ioffsetは、蓄電手段2を充放電する電流となり、DC/DCコンバータ100と同様の働きをする。従って、オフセット電流Ioffsetの分だけDC/DCコンバータ100の電流を低減することができ、DC/DCコンバータ100に使用する半導体スイッチ素子の電流定格を低減することで、半導体スイッチ素子の大きさ、ひいては、装置の大きさを低減することが可能となる。   This offset current Ioffset becomes a current for charging / discharging the power storage means 2 and functions in the same manner as the DC / DC converter 100. Therefore, the current of the DC / DC converter 100 can be reduced by the offset current Ioffset, and by reducing the current rating of the semiconductor switch element used in the DC / DC converter 100, the size of the semiconductor switch element, and consequently The size of the device can be reduced.

本実施の形態4による電力変換装置も、実施の形態3による電力変換装置と同様に、6個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータと組合せても、実施の形態1による4個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータと組合せても同様の効果が得られる。また、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる Similarly to the power conversion device according to the third embodiment, the power conversion device according to the fourth embodiment can also be combined with the inverter composed of six semiconductor switch elements, so that the four semiconductor switch elements according to the first embodiment are used. The same effect can be obtained even when combined with the inverter configured as described above. In addition, the same effect can be obtained in an inverter having an output of three or more phases and a single-phase inverter. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor .

実施の形態5.
本実施の形態は、モータ7の端子の一つ(W)蓄電手段2の正端子Cに接続されている点が実施の形態3と異なる。モータ7の端子の一つ(W)が蓄電手段2の正端子Cに接続されることによって実施の形態3の図10に示した半導体スイッチ素子34、35、36、37の直列接続体を省くことができる。つまり、実施の形態1の2レベルインバータでの構成を3レベルインバータに適用した構成となっている。その他は実施の形態3の図10と同じであるため説明を省略する。モータ7の他の2端子(U,V)は、それぞれ半導体スイッチ素子22、23、24、25の直列接続体における半導体スイッチ素子23と半導体スイッチ素子24との接続点BU、および半導体スイッチ素子28、29、30、31の直列接続体における半導体スイッチ素子29と半導体スイッチ素子30との接続点BVに接続されている。半導体スイッチ素子22、23、24、25の直列接続体と、半導体スイッチ素子28、29、30、31の直列接続体は、直流電源1の端子間に接続されてインバータを構成しており、インバータ制御手段52により制御される。また、半導体スイッチ素子22と半導体スイッチ素子23との接続点、半導体スイッチ素子24と半導体スイッチ素子25との接続点、半導体スイッチ素子28と半導体スイッチ素子29との接続点、半導体スイッチ素子30と半導体スイッチ素子31との接続点は、それぞれ、ダイオード26、27、32、33を介して、蓄電手段2の正端子Cに接続されている。つまり、3レベルインバータの中性点電圧端子に蓄電手段2の他方の端子が接続されている。ここで、半導体スイッチ素子22〜25、28〜31は、IGBT素子と、そのIGBT素子に逆並列に接続されたダイオードにより構成されている。
Embodiment 5 FIG.
This embodiment in that one of the terminals of the motor 7 (W) is connected to the positive terminal C of the power storage unit 2 is different from the third embodiment. One terminal (W) of the motor 7 is connected to the positive terminal C of the power storage means 2, thereby eliminating the series connection body of the semiconductor switch elements 34, 35, 36, and 37 shown in FIG. 10 of the third embodiment. be able to. That is, the configuration of the two-level inverter of the first embodiment is applied to the three-level inverter. Others are the same as those of the third embodiment shown in FIG. The other two terminals (U, V) of the motor 7 are a connection point BU between the semiconductor switch element 23 and the semiconductor switch element 24 and a semiconductor switch element 28 in the series connection body of the semiconductor switch elements 22, 23, 24, 25, respectively. , 29, 30, 31 are connected to a connection point BV between the semiconductor switch element 29 and the semiconductor switch element 30. A series connection of a semiconductor switching element 22, 23, 24, 25, the series connection of a semiconductor switching element 28, 29, 30, 31 constitutes a inverter is connected between the DC power source 1 terminal, It is controlled by the inverter control means 52. Further, the connection point between the semiconductor switch element 22 and the semiconductor switch element 23, the connection point between the semiconductor switch element 24 and the semiconductor switch element 25, the connection point between the semiconductor switch element 28 and the semiconductor switch element 29, the semiconductor switch element 30 and the semiconductor. The connection point with the switch element 31 is connected to the positive terminal C of the power storage means 2 via the diodes 26, 27, 32 and 33, respectively. That is, the other terminal of the power storage means 2 is connected to the neutral point voltage terminal of the three-level inverter. Here, the semiconductor switch elements 22 to 25 and 28 to 31 are composed of an IGBT element and a diode connected in antiparallel to the IGBT element.

以上のように電力変換装置を構成すれば、通常の2レベルインバータに代えて、3レベルインバータで三相モータ7を駆動することが可能であり、かつ、通常の3レベルインバータの2相分を構成する半導体スイッチ素子22〜25、28〜31で、三相モータ7を駆動することが可能である。
ここで、通常は3レベルインバータを構成するために、直流電源1の中性点電位が必要であり、別の回路手段等により中性点電位を作成する必要があるが、本実施の形態5では、実施の形態3と同様、DC/DCコンバータ100により蓄電手段2の電圧を直流電源1の概ね1/2の電圧とし、この電圧を中性点電位として利用することにより、追加の回路手段を省略している。
If the power conversion device is configured as described above, the three-phase motor 7 can be driven by a three-level inverter instead of a normal two-level inverter, and two phases of a normal three-level inverter can be used. The three-phase motor 7 can be driven by the semiconductor switch elements 22 to 25 and 28 to 31 that are configured.
Here, normally, in order to constitute a three-level inverter, the neutral point potential of the DC power supply 1 is necessary, and it is necessary to create the neutral point potential by another circuit means or the like. Then, as in the third embodiment, the DC / DC converter 100 sets the voltage of the power storage means 2 to approximately half that of the DC power source 1 and uses this voltage as the neutral point potential, thereby providing additional circuit means. Is omitted.

次に、本発明の実施の形態5による電力変換装置の動作について、図14〜図16により説明する。リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6により構成されるDC/DCコンバータ100の動作については、実施の形態1の図2と同様であるため、説明を省略する。
14は、インバータ制御手段52の構成を示したブロック図である。インバータ制御手段52は、インバータが指令通りの電圧を出力するように、半導体スイッチ素子22〜25、28〜31のゲート信号を生成する。モータ7は、U、V、W端子間の線間電圧によって制御されるため、本実施の形態のインバータのような回路においても、線間電圧が等しければ通常の三相インバータと同じ性能が得られる。従って、電圧が固定されているW端子を基準に、U、V端子の電圧を決めれば良い。インバータ制御手段52には、図示しない指令生成手段からの出力電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと、蓄電手段2の電圧Vdc2とが入力される。上記電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refは、三相の電圧指令の中性点を基準とした電圧であるため、W相の電位を蓄電手段2の正端子Cの電位に固定している場合には、上記電圧指令の変換が必要となる。この変換は、U相−W相間、V相−W相間の線間電圧を求め、蓄電手段2の正端子Cの電位に加算することで実現できる。このため、U相電圧指令Vu_ref、およびV相電圧指令Vv_refから減算手段13、14でW相電圧指令Vw_refを減算した後に、加算手段15、16で蓄電手段2の電圧Vdc2を加算することにより、蓄電手段2の負端子Nの電位を基準としたU相電圧指令Vu_ref2、およびV相電圧指令Vv_ref2を得ている。この電圧指令Vu_ref2とVv_ref2とを、比較手段43〜46で、第1の三角波発生手段53が発生した三角波キャリアTri3、および第2の三角波発生手段54が発生した三角波キャリアTri4と比較することにより、U相、V相のPWM信号、すなわち、半導体スイッチ素子22〜25、および半導体スイッチ素子28〜31のゲート信号が得られる。
Next, the operation of the power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with FIGS. 14-16. Since the operation of the DC / DC converter 100 constituted by the reactor 3, the semiconductor switch elements 4 and 5, and the converter control means 6 is the same as that of FIG.
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the inverter control means 52. Inverter control means 52, as the inverter to output a voltage as commanded, and generates a gate signal of the semiconductor switching element 22~25,28~31. Motor 7, U, V, because it is controlled by the line voltage between the W terminal, also in the circuit such as the inverter of this embodiment, being equal the line voltage is the same performance as conventional three-phase inverter can get. Therefore, the voltages at the U and V terminals may be determined based on the W terminal where the voltage is fixed. The inverter control means 52 receives output voltage commands Vu_ref, Vv_ref, Vw_ref from a command generation means (not shown) and the voltage Vdc2 of the power storage means 2. Since the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are voltages based on the neutral point of the three-phase voltage command , when the W- phase potential is fixed to the potential of the positive terminal C of the power storage unit 2, The voltage command needs to be converted. This conversion can be realized by obtaining line voltages between the U phase and the W phase and between the V phase and the W phase and adding them to the potential of the positive terminal C of the power storage means 2. For this reason, by subtracting the W-phase voltage command Vw_ref from the U-phase voltage command Vu_ref and the V-phase voltage command Vv_ref by the subtracting means 13 and 14 and then adding the voltage Vdc2 of the power storage means 2 by the adding means 15 and 16, A U-phase voltage command Vu_ref2 and a V-phase voltage command Vv_ref2 are obtained with reference to the potential of the negative terminal N of the power storage unit 2. By comparing the voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 with the triangular wave carrier Tri3 generated by the first triangular wave generating means 53 and the triangular wave carrier Tri4 generated by the second triangular wave generating means 54 by the comparing means 43 to 46, U-phase and V-phase PWM signals, that is, gate signals of the semiconductor switch elements 22 to 25 and the semiconductor switch elements 28 to 31 are obtained.

15は、図14のインバータ制御手段52の各部の波形を示したものである。電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refが正弦波の場合、変換後の電圧指令Vu_ref2とVv_ref2も正弦波となる。この電圧指令Vu_ref2とVv_ref2は、図示の通り、W相電圧である蓄電手段2の電圧Vdc2を中心に正負に変化する。電圧指令Vu_ref2と、三角波発生手段53が発生するVdc2〜Vdc1の間で値が変化する三角波キャリアTri3、および三角波発生手段54が発生する0〜Vdc2の間で値が変化する三角波キャリアTri4とをそれぞれ比較し、三角波キャリアの方が大きい場合は「L」、小さい場合は「H」とすることで、半導体スイッチ素子22、24のゲート信号、および半導体スイッチ素子23、25のゲート信号が得られる。半導体スイッチ素子22、23は、このゲート信号をそのまま使用し、「H」の時にIGBT素子をオン、「L」の時にIGBT素子をオフする。半導体スイッチ素子24、25は、このゲート信号を反転して使用し、「H」の時にIGBT素子をオフ、「L」の時にIGBT素子をオンする。電圧指令Vv_refと半導体スイッチ素子28〜31に関しても同様である。 Figure 15 is a diagram showing the waveform of each part of the inverter control means 52 in FIG. 14. When the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref are sine waves, the converted voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 are also sine waves. As shown in the figure, the voltage commands Vu_ref2 and Vv_ref2 change positively and negatively around the voltage Vdc2 of the power storage means 2 that is a W-phase voltage. A voltage command Vu_ref2, a triangular wave carrier Tri3 whose value changes between Vdc2 to Vdc1 generated by the triangular wave generating means 53, and a triangular wave carrier Tri4 whose value changes between 0 and Vdc2 generated by the triangular wave generating means 54, respectively. In comparison, when the triangular wave carrier is larger, “L” is set, and when it is smaller, “H”, the gate signals of the semiconductor switch elements 22 and 24 and the gate signals of the semiconductor switch elements 23 and 25 are obtained. The semiconductor switch elements 22 and 23 use this gate signal as it is, and turn on the IGBT element when it is “H”, and turn it off when it is “L”. The semiconductor switch elements 24 and 25 invert and use the gate signal, and turn off the IGBT element when “H” and turn on the IGBT element when “L”. The same applies to the voltage command Vv_ref and the semiconductor switch elements 28 to 31.

16は、本実施の形態のインバータの動作を示す各部波形である。インバータ制御手段52が前述の動作をした結果、半導体スイッチ素子23、24の接続点BUの電位は、半導体スイッチ22、23がオンの時には直流電源1の正端子Pの電位、半導体スイッチ24、25がオンの時には直流電源1の負端子Nの電位、半導体スイッチ23、24がオンの時には蓄電手段2の正端子Cの電位となるため、半導体スイッチ素子23、24の直列接続体の接続点BUと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vunは、図16に示したような矩形波波形となる。また、半導体スイッチ素子29、30の接続点BVと直流電源1の負端子Nとの間の電圧Vvn、蓄電手段2の端子間電圧Vcn=Vdc2=Vwnも、図16に示したような波形となる。ここで、出力の相電圧Vu、Vv、Vwは、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnの中性点から見た電圧であるため、出力端子電圧Vun、Vvn、Vwnから、それぞれ(Vun+Vvn+Vwn)/3を減算して求められる。相電圧Vu、Vv、Vwは、階段状の電圧波形となり、その平均値が、電圧指令Vu_ref、Vv_ref、Vw_refと一致している。この結果、モータ7に流れる相電流Iu、Iv、Iwは、図示の通り、PWMリプルを含んだ正弦波波形となる。 Figure 16 is a respective units waveforms showing the operation of the inverter of the present embodiment. As a result of the above-described operation of the inverter control means 52, the potential at the connection point BU of the semiconductor switch elements 23, 24 is the potential of the positive terminal P of the DC power source 1 and the semiconductor switches 24, 25 when the semiconductor switches 22, 23 are on. Since the potential of the negative terminal N of the DC power source 1 is at the time of ON, and the potential of the positive terminal C of the power storage means 2 when the semiconductor switches 23, 24 are on, the connection point BU of the series connection body of the semiconductor switch elements 23, 24 a voltage Vun between the negative terminal N of the DC power source 1, a rectangular waveform as shown in FIG. 16. The voltage Vvn between the negative terminal N of the connection point BV the DC power source 1 of the semiconductor switching elements 29 and 30, inter-terminal voltage Vcn = Vdc2 = Vwn of the storage means 2 also, a waveform as shown in FIG. 16 Become. Here, since the output phase voltages Vu, Vv, and Vw are voltages viewed from the neutral point of the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn, the output terminal voltages Vun, Vvn, and Vwn are respectively (Vun + Vvn + Vwn) / 3. Is obtained by subtracting. The phase voltages Vu, Vv, and Vw are stepped voltage waveforms, and the average values thereof coincide with the voltage commands Vu_ref, Vv_ref, and Vw_ref. As a result, the phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor 7 have a sine wave waveform including a PWM ripple, as shown.

以上のように、この実施の形態による電力変換装置によれば、蓄電手段2の電圧を直流電源1の電圧の概ね1/2の電圧とし、3レベルインバータの中性点電位として利用するため、中性点電位を作成する回路を追加すること無く3レベルインバータを適用することが可能となる。その結果、モータの運転がより円滑となる。また、蓄電手段2の電圧をモータ7の1端子の電圧としてそのまま利用するため、1相分の半導体スイッチ素子を省略して、8個の半導体スイッチ素子で三相モータを駆動することが可能となる。以上により、3レベルインバータを適用した場合にも、追加の回路の必要が無く、さらに半導体スイッチ素子数の低減もでき、装置の大きさを低減することが可能となる。 As described above, according to the power conversion device of the fifth embodiment, the voltage of power storage means 2 is set to approximately half the voltage of DC power supply 1 and is used as the neutral potential of the three-level inverter. Thus, it is possible to apply a three-level inverter without adding a circuit for creating a neutral point potential. As a result, the motor can be operated more smoothly. Further, since the voltage of the power storage means 2 is used as it is as the voltage of one terminal of the motor 7, it is possible to drive the three-phase motor with eight semiconductor switch elements by omitting the semiconductor switch elements for one phase. Become. As described above, even when a three-level inverter is applied, there is no need for an additional circuit, the number of semiconductor switch elements can be reduced, and the size of the device can be reduced.

以上の説明から明らかなように、この実施の形態5による電力変換装置は、自律した動作となっている。従って、この実施の形態5による電力変換装置と、6個の半導体スイッチ素子で構成された2レベルインバータを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。また、実施の形態1による4個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。さらに、実施の形態3による3レベルインバータを組合せても同様の効果が得られることは明らかである。 As apparent from the above description, the power converting apparatus according to the fifth embodiment has a operation self disciplined. Therefore, a power conversion apparatus according to a fifth embodiment of this, it is clear that the same effect by combining two-level inverter which is composed of six semiconductor switching elements is obtained. Moreover, it is clear that the same effects are obtained when also a combination of inverter including four semiconductor switching device according to the first embodiment. Furthermore, it is clear that the obtained similar effects by combining the three-level inverter according to the third embodiment.

また、本実施の形態5による電力変換装置も、実施の形態1による電力変換装置と同様に、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる In addition, the power conversion device according to the fifth embodiment can obtain the same effect in both an inverter having three or more phases and a single-phase inverter, as in the power conversion device according to the first embodiment. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor .

実施の形態6.
17は、本発明の実施の形態による電力変換装置を示す回路構成図である。図17において、直流電源1、蓄電手段2、リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6は、図1に示す実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。半導体スイッチ素子55〜60は、直流電源1の正端子Pと蓄電手段2の正端子Cの間に接続された第1のインバータ600を構成しており、第1のモータ67を駆動する。半導体スイッチ素子61〜66は、蓄電手段2の端子間に接続された第2のインバータ700を構成しており、第2のモータ68を駆動する。半導体スイッチ素子55〜66は、インバータ制御手段69により制御される。ここで、半導体スイッチ素子55〜66は、IGBT素子と、そのIGBT素子に逆並列に接続されたダイオードにより構成されている。
また、本実施の形態では、図17に示すように2台のインバータを接続しており、DC/DCコンバータ100を利用して、蓄電手段2の電圧を直流電源1の概ね1/2の電圧として利用している。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 17 is a circuit configuration diagram showing a power conversion device according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 17 , the DC power source 1, the power storage means 2, the reactor 3, the semiconductor switch elements 4, 5, and the converter control means 6 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The semiconductor switch elements 55 to 60 constitute a first inverter 600 connected between the positive terminal P of the DC power supply 1 and the positive terminal C of the power storage means 2, and drive the first motor 67. The semiconductor switch elements 61 to 66 constitute a second inverter 700 connected between the terminals of the power storage means 2 and drive the second motor 68. The semiconductor switch elements 55 to 66 are controlled by the inverter control means 69. Here, the semiconductor switch elements 55 to 66 are constituted by an IGBT element and a diode connected in antiparallel to the IGBT element.
In the present embodiment, two inverters are connected as shown in FIG. 17 , and the DC / DC converter 100 is used to set the voltage of the power storage means 2 to approximately half that of the DC power supply 1. It is used as.

次に、本発明の実施の形態による電力変換装置の動作について説明する。DC/DCコンバータ100の動作については、実施の形態1の図2と同じであるため説明を省略する。半導体スイッチ素子55〜60で構成される第1のインバータ600は、直流電源1の正端子Pと蓄電手段2の正端子Cの間に接続されているため、第1のモータ67を駆動する電流は、直流電源1を介して蓄電手段2を充電する。これに対して、半導体スイッチ素子61〜66で構成される第2のインバータ700は、蓄電手段2の端子間に接続されているため、第2のモータ68を駆動する電流は、蓄電手段2を放電する。従って、第1のモータ67と第2のモータ68との駆動電力を調整することにより、蓄電手段2を充放電することが可能となる。 Next, the operation of the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention will be described. The operation of the DC / DC converter 100 is the same as that in FIG. Since the first inverter 600 composed of the semiconductor switch elements 55 to 60 is connected between the positive terminal P of the DC power source 1 and the positive terminal C of the power storage means 2, the current for driving the first motor 67. Charges the power storage means 2 via the DC power supply 1. On the other hand, since the second inverter 700 composed of the semiconductor switch elements 61 to 66 is connected between the terminals of the power storage means 2, the current for driving the second motor 68 causes the power storage means 2 to Discharge. Therefore, the power storage means 2 can be charged / discharged by adjusting the driving power of the first motor 67 and the second motor 68.

18は上記の動作を実現するインバータ制御手段69の構成を示したブロック図である。通常時において、インバータ制御手段69は、図示しない指令生成手段からのインバータ600の出力電圧指令Vu_ref_600、Vv_ref_600、Vw_ref_600と、インバータ700の出力電圧指令Vu_ref_700、Vv_ref_700、Vw_ref_700を、それぞれ比較器73〜78で、三角波発生手段79が発生した三角波キャリアと比較することにより、通常時における半導体スイッチ素子55〜66のゲート信号を得ている。蓄電手段2の充放電を制御する時には、インバータ制御手段69は、図示しない指令生成手段からの差電圧指令Vdiffに基づいて、指令発生手段71で電圧差がVdiffとなるインバータ600の出力電圧指令Vu_ref_600x、Vv_ref_600x、Vw_ref_600xと、インバータ700の出力電圧指令Vu_ref_700x、Vv_ref_700x、Vw_ref_700xを新たに発生する。この出力電圧指令Vu_ref_600x、Vv_ref_600x、Vw_ref_600x、Vu_ref_700x、Vv_ref_700x、Vw_ref_700xは、図示しない指令生成手段からの切換信号SWによって、切換手段72で選択され、それぞれ比較器73〜78で、三角波発生手段79が発生した三角波キャリアと比較することにより、蓄電手段2の充放電を制御する時の半導体スイッチ素子55〜66のゲート信号を得ている。 FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the inverter control means 69 for realizing the above operation. In a normal time, the inverter control unit 69 outputs the output voltage commands Vu_ref_600, Vv_ref_600, Vw_ref_600 of the inverter 600 from the command generation unit (not shown), and the output voltage commands Vu_ref_700, Vv_ref_700, Vw_ref_700 of the inverter 700 by the comparators 73 to 78, respectively. By comparing with the triangular wave carrier generated by the triangular wave generating means 79, the gate signals of the semiconductor switch elements 55 to 66 in the normal state are obtained. When controlling charging / discharging of the power storage means 2, the inverter control means 69 outputs the output voltage command Vu_ref_600x of the inverter 600 whose voltage difference is Vdiff by the command generation means 71 based on the differential voltage command Vdiff from the command generation means (not shown). , Vv_ref_600x, Vw_ref_600x, and output voltage commands Vu_ref_700x, Vv_ref_700x, Vw_ref_700x of the inverter 700 are newly generated. The output voltage commands Vu_ref_600x, Vv_ref_600x, Vw_ref_600x, Vu_ref_700x, Vv_ref_700x, and Vw_ref_700x are selected by the switching unit 72 by the switching signal SW from the command generation unit (not shown), and the triangular wave generating unit 79 is generated by the comparators 73 to 78, respectively. By comparing with the triangular wave carrier, the gate signals of the semiconductor switch elements 55 to 66 when the charge / discharge of the power storage means 2 is controlled are obtained.

ここで、この実施の形態による電力変換装置の、蓄電手段2の充放電を制御している時の各部の波形について検討する。インバータ600の出力電圧指令Vu_ref_600x、Vv_ref_600x、Vw_ref_600xと、インバータ700の出力電圧指令Vu_ref_700x、Vv_ref_700x、Vw_ref_700xは、差電圧指令Vdiffに基づいて振幅が異なっている。この指令により、インバータ600のU1端子と蓄電手段2のC端子との間の電圧Vu1−c、およびインバータ700のU2端子と直流電源1のN端子との間の電圧Vu2−nは、Vu1−cの方がVu2−nよりも高い電圧が出力される。説明を簡単にするため、第1のモータ67と第2のモータ68とが同じモータであり負荷も等しいとすると、電圧の差はそのまま電流の差として現れる。インバータ600とインバータ700の直流母線の電流、それぞれIdc_600とIdc_700であるが、電流のパルス幅、パルス振幅ともにインバータ600の方が大きくなる。この差電流Idiff=Idc_600−Idc_700が蓄電手段2のC端子に流れるため、Idiff>0となり、蓄電手段2は充電される。以上の説明から明らかな通り、Idiff<0とすることもできるため、差電圧指令Vdiffにより蓄電手段2の充放電を制御できる。これは、リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6により構成されるDC/DCコンバータ100と同様の働きである。従って、この第1のインバータ600と第2のインバータ700との差電流の分だけDC/DCコンバータ100の電流を低減することができ、DC/DCコンバータに使用する半導体スイッチ素子の電流定格を低減することで、半導体スイッチ素子の大きさ、ひいては、装置の大きさを低減することが可能となる。 Here, the waveform of each part when the charging / discharging of the electrical storage means 2 is controlled in the power conversion device according to the sixth embodiment will be examined . The output voltage commands Vu_ref_600x, Vv_ref_600x, Vw_ref_600x of the inverter 600 and the output voltage commands Vu_ref_700x, Vv_ref_700x, Vw_ref_700x of the inverter 700 have different amplitudes based on the difference voltage command Vdiff. By this command, the voltage Vu1-c between the U1 terminal of the inverter 600 and the C terminal of the power storage means 2 and the voltage Vu2-n between the U2 terminal of the inverter 700 and the N terminal of the DC power supply 1 are V u1. If the -c is output voltage higher than Vu2-n. In order to simplify the description, if the first motor 67 and the second motor 68 are the same motor and the loads are equal, the voltage difference appears as a current difference as it is. The DC bus current of the inverter 600 and the inverter 700, is a respective Idc_600 and Idc_700, the pulse width of the current, towards the inverter 600 is large in pulse amplitude both Kunar. Since this difference current Idiff = Idc_600−Idc_700 flows to the C terminal of the power storage means 2 , I diff> 0, and the power storage means 2 is charged. As can be seen from the above description, since Idiff <0, charging / discharging of the power storage means 2 can be controlled by the differential voltage command Vdiff. This is the same function as the DC / DC converter 100 constituted by the reactor 3, the semiconductor switch elements 4 and 5, and the converter control means 6. Therefore, the current of the DC / DC converter 100 can be reduced by the difference current between the first inverter 600 and the second inverter 700, and the current rating of the semiconductor switch element used in the DC / DC converter is reduced. By doing so, it is possible to reduce the size of the semiconductor switch element, and hence the size of the device.

この実施の形態による電力変換装置に対しても、6個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータ300と組合せても、実施の形態1による4個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータ200と組合せても、実施の形態3による3レベルインバータ400と組合せても、実施の形態5による8個の半導体スイッチ素子で構成された3レベルインバータと組合せても同様の効果が得られる。また、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる Even for a power conversion device according to the sixth embodiment, six also in combination with inverter 300 composed of a semiconductor switching element, the combination and the inverter 200 including four semiconductor switching device according to the first embodiment also, in combination with three-level inverter 400 of the embodiment 3, the same effect can be combined with three-level inverter which is composed of eight semiconductor switching device according to the fifth embodiment can be obtained. In addition, the same effect can be obtained in an inverter having an output of three or more phases and a single-phase inverter. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor .

実施の形態7.
19は、本発明の実施の形態による電力変換装置の主要部を示す回路構成図である。本実施の形態では、直流電源1と蓄電手段2の接続形態のみを考えるため、図19においてインバータおよびモータは省略する。実施の形態1〜においては、直流電源1の負端子と蓄電手段2の負端子が接続された形態(図19(a))のみを説明したが、直流電源1の正端子と蓄電手段2の正端子が接続された形態(図19(b))も機能的に等価であることは自明である。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 19 is a circuit configuration diagram showing a main part of a power conversion device according to Embodiment 7 of the present invention. In Embodiment 7, to consider only the topology DC power source 1 and the power storage unit 2, an inverter and the motor 19 are omitted. In Modes 1 sixth embodiment, the negative terminal and the negative terminal is connected form of the storage means 2 of the DC power source 1 has been described only (FIG. 19 (a)), the positive terminal and the storage means 2 of the DC power source 1 It is self-evident that the configuration in which the positive terminal is connected (FIG. 19B ) is also functionally equivalent.

また、蓄電手段2としてバッテリの記号を使用してきたが、蓄電手段2は任意の蓄電デバイスで良く、例えばコンデンサを使用して回路図を書改めた場合には、図19(c)、(d)のようになる。 Also, have been using the battery symbol as the power storage unit 2, the power storage means 2 may be any power storage device, when the reformed write circuit diagram example using capacitors, FIG. 19 (c), (d )become that way.

さらに、電位の安定化、もしくはインバータが発生するPWMリプル電流のバイパスを目的として、図19(e)、(f)に示すように、コンデンサ70を、直流電源1と蓄電手段2との間の、上記直流電源1と上記蓄電手段2とが直接接続されていない端子間に挿入しても、機能的に等価であることは自明である。 Furthermore, for the purpose of stabilizing the potential or bypassing the PWM ripple current generated by the inverter, as shown in FIGS. 19 (e) and 19 (f), a capacitor 70 is connected between the DC power source 1 and the power storage means 2. Obviously, even if the DC power source 1 and the power storage means 2 are inserted between terminals that are not directly connected, they are functionally equivalent.

従って、本実施の形態にように、直流電源1と蓄電手段2の接続形態を変更しても、前述の実施の形態1〜に記した効果は変わらず、電力変換装置の大きさを低減することが可能となる Therefore, as in the seventh embodiment, even if the connection form between the DC power source 1 and the power storage means 2 is changed, the effects described in the first to sixth embodiments are not changed, and the size of the power converter is reduced. It becomes possible to reduce .

実施の形態8.
20は、本発明の実施の形態による電力変換装置を示す回路構成図である。この実施の形態による回路と、実施の形態1による回路との差は、モータ7のW相端子の接続点のみであるため、構成および動作の詳細説明は省略する。
リアクトル3、半導体スイッチ素子4、5、コンバータ制御手段6で構成されるDC/DCコンバータ100の定常状態においては、リアクトル3を流れる電流の平均値が一定となる。従って、リアクトル3には平均的に0の電圧が印加されている。従って、この状態において、蓄電手段2の正端子Cの電圧と、半導体スイッチ素子4と半導体スイッチ素子5との接続点Aの電圧の平均値は等しい。このことから、モータ7のW相端子を蓄電手段2の正端子Cではなく、半導体スイッチ素子4と半導体スイッチ素子5との接続点Aに接続しても、実施の形態1と同様に効果が得られることが分かる。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 20 is a circuit configuration diagram showing a power conversion device according to Embodiment 8 of the present invention. Since the difference between the circuit according to the eighth embodiment and the circuit according to the first embodiment is only the connection point of the W-phase terminal of the motor 7, detailed description of the configuration and operation will be omitted.
In the steady state of the DC / DC converter 100 constituted by the reactor 3, the semiconductor switch elements 4, 5 and the converter control means 6, the average value of the current flowing through the reactor 3 is constant. Therefore, a voltage of 0 is applied to the reactor 3 on average. Therefore, in this state, the average value of the voltage at the positive terminal C of the power storage means 2 and the voltage at the connection point A between the semiconductor switch element 4 and the semiconductor switch element 5 are equal. Therefore, even if the W-phase terminal of the motor 7 is connected not to the positive terminal C of the power storage means 2 but to the connection point A between the semiconductor switch element 4 and the semiconductor switch element 5, the same effect as in the first embodiment is obtained. You can see that

従って、この実施の形態による電力変換装置においても、蓄電手段2の電圧を直流電源1の電圧の概ね1/2の電圧として、半導体スイッチ素子4と半導体スイッチ素子5との接続点Aの電圧をモータ7の1端子の電圧としてそのまま利用することで、1相分の半導体スイッチ素子を省略して、4個の半導体スイッチ素子で三相モータを駆動することが可能となる。従って、装置全体で半導体スイッチ素子の数を減らすことができ、装置の大きさを低減することが可能となる。 Therefore, also in the power conversion device according to the eighth embodiment, the voltage at the connection point A between the semiconductor switch element 4 and the semiconductor switch element 5 is set so that the voltage of the power storage means 2 is approximately half the voltage of the DC power supply 1. Is used as it is as the voltage at one terminal of the motor 7, the semiconductor switch elements for one phase can be omitted, and the three-phase motor can be driven by four semiconductor switch elements. Therefore, the number of semiconductor switch elements can be reduced in the entire device, and the size of the device can be reduced.

本実施の形態による電力変換装置も、6個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータ300と組合せても、実施の形態1による4個の半導体スイッチ素子で構成されたインバータ200と組合せても、実施の形態3による3レベルインバータ400と組合せても、実施の形態5による8個の半導体スイッチ素子で構成された3レベルインバータと組合せても同様の効果が得られる。また、三相以上の出力を持つインバータにおいても、単相のインバータにおいても、同様の効果が得られる。さらには、モータ以外の負荷においても同様の効果が得られる。 The power conversion device according to the eighth embodiment may be combined with the inverter 300 configured with six semiconductor switch elements, or may be combined with the inverter 200 configured with four semiconductor switch elements according to the first embodiment. in combination with three-level inverter 400 of the embodiment 3, the same effect can be obtained in combination with the three-level inverter which is composed of eight semiconductor switching device according to the fifth embodiment. In addition, the same effect can be obtained in an inverter having an output of three or more phases and a single-phase inverter. Furthermore, the same effect can be obtained even with a load other than the motor.

また、モータ7のW相端子を蓄電手段2の正端子Cではなく、半導体スイッチ素子4と半導体スイッチ素子5との接続点Aに変更することは、実施の形態2、5においても有効であることは自明である。
さらに、直流電源1と蓄電手段2の接続形態が、実施の形態のようであっても、効果は変わらない。
Also, rather than the positive terminal C of the W-phase terminal of the storage means 2 of the motor 7, to change the connection point A between the semiconductor switching element 4 and the semiconductor switching element 5 is also effective Oite to Embodiment 2, the fifth embodiment It is self-evident.
Furthermore, even if the connection form of the DC power source 1 and the power storage means 2 is as in the seventh embodiment, the effect does not change.

本発明の実施の形態1による電力変換装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電力変換装置におけるDC/DCコンバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the DC / DC converter in the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電力変換装置におけるインバータ制御手段の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電力変換装置におけるインバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter in the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による電力変換装置を組み合わせて構成された装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the apparatus comprised combining the power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による他の電力変換装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the other power converter device by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2による電力変換装置におけるインバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter in the power converter device by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による電力変換装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the power converter device by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による電力変換装置におけるインバータ制御手段の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5による電力変換装置におけるインバータ制御手段の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5による電力変換装置におけるインバータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the inverter in the power converter device by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態による電力変換装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the power converter device by Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態による電力変換装置におけるインバータ制御手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inverter control means in the power converter device by Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態による電力変換装置の主要部を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the principal part of the power converter device by Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態による電力変換装置を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the power converter device by Embodiment 8 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 直流電源、2 蓄電手段、3 リアクトル、4,5,8〜11,22〜25,28〜31,34〜37,55〜66 半導体スイッチ素子、6 コンバータ制御手段、7,67,68 モータ、12,40,69 インバータ制御手段、13,14 減算手段、15,16,20,21,49〜51 加算手段、17,41,42,53,54,79 三角波発生手段、18,19,43〜48,73〜78 比較手段、26,27,32,33,38,39 ダイオード、70 コンデンサ、71 指令発生手段、72 切換手段、100 DC/DCコンバータ、200,300,400,600,700 インバータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply, 2 Electric storage means, 3 Reactor, 4, 5, 8-11, 22-25, 28-31, 34-37, 55-66 Semiconductor switch element, 6 Converter control means, 7, 67, 68 Motor, 12 , 40 , 69 inverter control means, 13, 14 subtraction means, 15, 16, 20, 21, 49 to 51 addition means, 17, 41, 42, 53, 54, 79 triangular wave generation means, 18, 19, 43 48, 73 to 78 Comparison means 26, 27, 32, 33, 38, 39 Diode, 70 Capacitor, 71 Command generation means, 72 Switching means, 100 DC / DC converter, 200 , 300 , 400 , 600 , 700 Inverter.

Claims (9)

直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動するインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 A DC power supply and a DC / DC converter in which only one terminal is connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply, and charges / discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, and a plurality of semiconductors A power conversion device including an inverter that drives a load with a voltage of the DC power supply, the voltage of the power storage means being the DC power supply. And one terminal of the load so that one terminal of the load is connected to either the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. Is connected to the other terminal of the power storage means, and the control signal is generated so that the voltage at the other terminal of the load is controlled based on the voltage of the power storage means. . 直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の電圧を所望の電圧に制御するように前記制御信号を生成するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 A DC power supply and a DC / DC converter in which only one terminal is connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply, and charges / discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, and a plurality of semiconductors A power conversion device comprising a switching element and a control means for generating a control signal for the semiconductor switching element, and comprising a three-level inverter for driving a load with the voltage of the DC power supply, wherein the voltage of the power storage means The neutral point voltage terminal of the three-level inverter is connected to either the positive side or the negative side of the DC power source via the power storage means. Thus, the neutral point voltage terminal of the three-level inverter is connected to the other terminal of the power storage means, and the positive side and negative side voltage terminals of the three-level inverter are respectively connected to both the DC power supplies. Connected to the power conversion apparatus being characterized in that the voltage of the load so as to generate the control signal to control the desired voltage. 直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 A DC power supply and a DC / DC converter in which only one terminal is connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply, and charges / discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, and a plurality of semiconductors A power conversion device comprising a switching element and a control means for generating a control signal for the semiconductor switching element, and comprising a three-level inverter for driving a load with the voltage of the DC power supply, wherein the voltage of the power storage means The voltage of the DC power source is approximately ½ of the voltage of the DC power source, and one terminal of the load and the neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the positive side or the negative side of the DC power source via the power storage unit. One terminal of the load and the neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to either one of the three-level inverter. And the negative voltage terminal is connected to both ends of the DC power supply, and the control signal is generated so that the voltage of the other terminal of the load is controlled based on the voltage of the power storage means. Power conversion device. 前記制御手段は、前記負荷の他端子の電圧を前記蓄電手段の電圧を基準に制御すると共に、オフセット電圧を加算した電圧で制御するように前記制御信号を生成することを特徴とする請求項1または3記載の電力変換装置。 The control means generates the control signal so that the voltage at the other terminal of the load is controlled with reference to the voltage of the power storage means and is controlled by a voltage obtained by adding an offset voltage. Or the power converter device of 3. 前記制御手段は、前記負荷の電圧を所望の電圧に制御するように前記制御信号を生成すると共に、オフセット電圧を加算した電圧で制御するように前記制御信号を生成することを特徴とする請求項2記載の電力変換装置。 The control means generates the control signal so as to control a voltage of the load to a desired voltage, and generates the control signal so as to control with a voltage obtained by adding an offset voltage. 2. The power conversion device according to 2. 直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続され、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、前記直流電源の前記蓄電手段と接続されていない端子と、前記蓄電手段の他方の端子との間に接続され、第1の負荷を駆動する第1のインバータ、前記蓄電手段の端子間に接続され、第2の負荷を駆動する第2のインバータ、並びに第1のインバータ及び第2のインバータを構成する複数の半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段を備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記第1のインバータと前記第2のインバータとの接続点が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記接続点を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記制御手段が第1のインバータ及び第2のインバータの電圧指令を調整して、前記蓄電手段の充放電を制御することを特徴とする電力変換装置。 A DC power supply and a DC / DC converter in which only one terminal is connected to a terminal at the other end of the power storage means connected to the DC power supply and charges / discharges the power storage means with the voltage of the DC power supply, A first inverter for driving a first load, connected between a terminal not connected to the power storage means and the other terminal of the power storage means; connected between terminals of the power storage means; A power conversion device comprising: a second inverter that drives a load; and a control unit that generates a control signal for a plurality of semiconductor switch elements constituting the first inverter and the second inverter, the voltage of the power storage unit Is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and the connection point between the first inverter and the second inverter is connected to the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. The connection point is connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to one of them, and the control means adjusts voltage commands of the first inverter and the second inverter to charge the power storage means. A power conversion device that controls discharge. 直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続されると共に、前記直流電源端子間に接続された半導体スイッチ素子の直列接続体を有し、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動するインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子を前記DC/DCコンバータの前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点と接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 The DC power source and only one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power source, and a series connection body of semiconductor switch elements connected between the DC power source terminals, A DC / DC converter that charges and discharges the power storage means with a voltage of a DC power supply, and a plurality of semiconductor switch elements and a control means that generates a control signal for the semiconductor switch elements, and loads the load with the voltage of the DC power supply. A power conversion device including an inverter to drive, wherein the voltage of the power storage means is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected to the DC through the power storage means. One terminal of the load is connected to a connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements of the DC / DC converter so as to be connected to either the positive side or the negative side of the power source. Power converter, wherein a voltage of the other terminal of the load and to generate the control signal to control the reference voltage at the connection point of the series connection of the semiconductor switching element. 直流電源と一方の端子のみが前記直流電源に接続された蓄電手段の他端の端子とに接続されると共に、前記直流電源端子間に接続された半導体スイッチ素子の直列接続体を有し、前記直流電源の電圧で前記蓄電手段の充放電を行うDC/DCコンバータ、及び複数の半導体スイッチ素子と前記半導体スイッチ素子の制御信号を生成する制御手段とで構成され、前記直流電源の電圧で負荷を駆動する3レベルインバータを備えた電力変換装置であって、前記蓄電手段の電圧が前記直流電源の電圧の概ね1/2になるようにすると共に、前記負荷の一端子を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点と接続し、前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子が前記蓄電手段を介して前記直流電源の正側または負側のいずれか一方に接続されるように前記負荷の一端子および前記3レベルインバータの中性点電圧端子を前記蓄電手段の他方の端子に接続し、前記3レベルインバータの正側及び負側電圧端子をそれぞれ前記直流電源の両端に接続し、前記負荷の他端子の電圧を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点の電圧を基準に制御するように前記制御信号を生成するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 The DC power source and only one terminal are connected to the other terminal of the power storage means connected to the DC power source, and a series connection body of semiconductor switch elements connected between the DC power source terminals, A DC / DC converter that charges and discharges the power storage means with a voltage of a DC power supply, and a plurality of semiconductor switch elements and a control means that generates a control signal for the semiconductor switch elements, and loads the load with the voltage of the DC power supply. A power conversion device including a three-level inverter to drive, wherein the voltage of the power storage means is approximately ½ of the voltage of the DC power supply, and one terminal of the load is connected in series with the semiconductor switch element. Connected to the connection point of the connection body, and one terminal of the load and the neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the positive side or the negative side of the DC power supply via the power storage means. One terminal of the load and a neutral point voltage terminal of the three-level inverter are connected to the other terminal of the power storage means so as to be connected to one side, and the positive and negative voltage terminals of the three-level inverter are It is connected to both ends of a DC power supply, and the control signal is generated so that the voltage at the other terminal of the load is controlled based on the voltage at the connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements. Power conversion device. 前記制御手段は、前記負荷の他端子の電圧を前記半導体スイッチ素子の直列接続体の接続点の電圧を基準に制御すると共に、オフセット電圧を加算した電圧で制御するように前記制御信号を生成することを特徴とする請求項7または8記載の電力変換装置。 The control means controls the voltage at the other terminal of the load based on the voltage at the connection point of the series connection body of the semiconductor switch elements, and generates the control signal so as to be controlled by a voltage obtained by adding an offset voltage. The power converter according to claim 7 or 8, wherein
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