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公開番号2022072026
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-17
出願番号2020181218
出願日2020-10-29
発明の名称AC-ACコンバータ
出願人ナブテスコ株式会社
代理人個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20220510BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化・高密度化されたAC-ACコンバータを提供する。
【解決手段】AC-ACコンバータは、3相AC電源から供給される3相AC入力電圧をDC電圧に変換する3の倍数個の整流回路モジュールと、DC電圧を3相AC出力電圧に変換する整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールとを備える。整流回路モジュールのそれぞれが有する3つの入力端子の各々は、3相AC電源の各相の出力端子と、当該整流回路モジュールと異なる整流回路モジュールの入力端子とインダクタを介して接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
3相AC電源から供給される3相AC入力電圧をDC電圧に変換する、3の倍数個の整流回路モジュールと、
前記DC電圧を3相AC出力電圧に変換する前記整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールとを備え、
前記整流回路モジュールのそれぞれが有する3つの入力端子の各々は、前記3相AC電源の各相の出力端子と、当該整流回路モジュールと異なる前記整流回路モジュールの入力端子とインダクタを介して接続されるAC-ACコンバータ。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記DC電圧を一定のDC電圧とし、AC電源から入力される3相入力電流と前記3相AC入力電圧との位相が一致するように前記整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する制御部を備える請求項1に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項3】
前記制御部は、前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を外部のモータの負荷を用いて吸収するように前記整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する請求項2に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項4】
前記制御部は、前記整流回路モジュールの後段に設けられたDCリンクのDCリンク電圧と目標リンク電圧との差を基に目標キャパシタ電力を計算し、目標DC電力から前記目標キャパシタ電力を引くことにより目標モータ電力を計算し、前記目標キャパシタ電力と前記目標モータ電力を基に前記DCリンクの電圧脈動を外部のモータの負荷を用いて吸収するように前記整流回路モジュールおよび前記インバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項3に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項5】
DCリンクはコンデンサを備え、
前記コンデンサは前記3相AC入力電圧に関する3相AC電力および前記DC電圧に関するDC電力の脈動を吸収することを特徴とする請求項1に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項6】
前記整流回路モジュールの数は3であることを特徴とする請求項1に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項7】
前記整流回路モジュールの各々は、前記整流回路モジュールの3つの入力端子のうちの1つに接続され、前記3相AC電源から供給される3相AC入力電力のエネルギーをバッファリングして前記整流回路モジュールに過剰な電力が入力することを防ぐためのエネルギーバッファ回路を備える請求項1から6のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
【請求項8】
前記整流回路モジュールの前段にローパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
【請求項9】
前記ローパスフィルタはLCローパスフィルタであることを特徴とする請求項8に記載のAC-ACコンバータ。
【請求項10】
前記インバータ回路モジュールの各々は、2つのAC-AC変換サブモジュールとともにモジュール化されていることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のAC-ACコンバータ。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、AC-ACコンバータに関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
3相モータは、ファン、ポンプ、FA機器等の産業機器で広く使われている。このような3相モータを駆動するためのモータ駆動システムは、一般に、3相AC電圧を整流してDC電圧(整流電圧)を生成する整流回路、その後段のDCリンク、およびDCリンク電圧から3相AC電圧を生成するインバータ回路で構成されるAC-ACコンバータを含む。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
M.Guacci、D.Bortis、and J.W.Kolar、“High-Eciency Weight-Optimized Fault-Tolerant Modular Multi-Cell Three-Phase GaN Inverter for Next Generation Aerospace Applications,” in Proc. of IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE-USA)、Portland、OR、USA、Sept.2018、pp.1334-1341.
J.W.Kolar and T.Friedli“The Essence of Three-Phase PFC Rectifir Systems-Part I,” IEEE Transactions on Power Electronics、vol. 28、no.1、1,pp.176-198、Jan. 2013.
J. Wen and K.Smedley、“A New Multilevel Inverter-Hexagram Inverter for Medium Voltage Adjustable Speed Drive Systems PartII.Three-phase Motor Drive,” in Proc. of the IEEE Power Electronics Specialists Conference(PESC)、Orlando、FL、USA、June 2007、pp.1571-1577.
J.Wen and K.M.Smedley、,“Synthesis of Multilevel Converters Based on Single-and/or Three-Phase Converter Building Blocks、”IEEE Transactions on Power Electronics、vol.23、no.3、pp.1247-1256、May 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
モータ駆動システムでは、低耐圧な素子が使用できること、設計工数が低減できること、部品が共通化できることなどを目的として、モータ駆動システム全体を小型化・高密度化できることが求められる。これを実現する技術の1つとして、モータを3相巻線のセグメントごとに独立させたモジュラーモータで構成し、各セグメントをモジュラーごとに駆動するために、インバータ回路をモジュラー化した「モジュラーモータ駆動システム(MMD:Modular Motor Drive)」が提案されている(例えば非特許文献1参照)。しかしながらこのタイプのMMDでは、インバータ回路はモジュラー化されているものの、整流回路はモジュラー化されていない。この場合、整流回路に高耐圧の半導体素子が必要となるため、モータ駆動システム全体の小型化・高密度化は困難である。
【0005】
3相ブリッジ構成の整流回路をモジュラー化する方法としては、6スイッチ昇圧型整流回路が提案されている(例えば非特許文献2参照)。この回路では、昇圧用インダクタとしてフィルタ用インダクタを利用する。この場合、昇圧動作を実現するためには、整流回路の出力電圧(すなわちインバータ回路のDCリンク電圧の合計)を、入力電圧の線間ピーク電圧より大きく取らなければならない。このため整流回路を高電圧で動作させなければならず、高耐圧の素子が必要となる。その結果、モータ駆動システム全体の小型化・高密度化が困難となるとともに、入力電圧に応じた専用設計が必要となり、設計・製造コストが増す。
【0006】
整流回路をモジュラー化する別の方法としては、整流回路とインバータ回路に同一の低電圧素子回路を用いたBack to Back Hexagram Converterがある(例えば非特許文献3参照)。しかしながらこの構成は、絶縁されたオープンデルタ接続が必要とするため、小型化・高密度化やコスト面で不利である。
【0007】
整流回路をモジュラー化するさらに別の方法としては、いくつかの相互接続された3相AC―DC整流器セルを用いるものがある(例えば非特許文献4参照)。この相互接続は整流器セルの耐圧を下げることができるため、整流器セルとインバータに同じセルを用いることができる。しかしながら、入力に並列接続されたインバータセルを用いて1つの負荷を駆動するためには、絶縁された追加的なDC-DCコンバータが必要となる。この追加的なDC-DCコンバータは、モータ駆動システム全体の小型化・高密度化を妨げる原因となる。
【0008】
以上述べたように、従来の整流回路には、モータ駆動システムを十分小型化・高密度化できないという課題がある。本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ駆動システムを小型化・高密度化することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のAC-ACコンバータは、3相AC電源から供給される3相AC入力電圧をDC電圧に変換する3の倍数個の整流回路モジュールと、DC電圧を3相AC出力電圧に変換する整流回路モジュールと同数のインバータ回路モジュールとを備える。整流回路モジュールのそれぞれが有する3つの入力端子の各々は、3相AC電源の各相の出力端子と、当該整流回路モジュールと異なる前記整流回路モジュールの入力端子とインダクタを介して接続される。
【0010】
実施の形態のAC-ACコンバータは、DC電圧を一定のDC電圧とし、AC電源から入力される3相入力電流と前記3相AC電圧との位相が一致するように整流回路モジュールおよびインバータ回路モジュールを構成するスイッチング素子を制御する制御部を備えてもよい。
(【0011】以降は省略されています)

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