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公開番号2025002065
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023101983
出願日2023-06-21
発明の名称電力変換システム
出願人河村電器産業株式会社,ANP株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241226BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング素子のインターバル時間を考慮する必要がない簡易な制御形態で直流電力を交流電力に変換できる電力変換システムを提供する。
【解決手段】 6個の入力端子を有する1次側巻線L1と、3相を構成する3個の出力端子を有する2次側巻線L2を有する6相変圧器2aと、直流電源5の出力をオン/オフする複数のスイッチング素子Mを有して、6相変圧器2aの個々の入力端子に直流電源5を切り替えて供給する切替スイッチ回路3と、切替スイッチ回路3を制御する制御部4とを有し、制御部5によりスイッチング素子Mが1.39msの切替タイミングで所定の順にオン/オフされて、入力端子に直流電力が供給されることで、2次側巻線L2に電圧が生成され、出力端子から3相交流電力が出力される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
３ｎ（ｎは自然数）の相から成る入力端子を有する１次側巻線、及び３相を構成する３の出力端子を有する２次側巻線を有する３ｎ相の多相変圧器と、
前記多相変圧器の１次側に配置された直流電源と、
前記直流電源の出力をオン／オフする複数のスイッチング素子を有して、前記多相変圧器の個々の前記入力端子に前記直流電源を切り替えて供給する切替スイッチ回路と、
前記切替スイッチ回路を制御する制御部と、を有し、
前記制御部により、個々の前記スイッチング素子が一定の切替タイミングで所定の順にオン／オフされて、前記入力端子に直流電力が供給されることで、前記２次側巻線に電圧が生成され、前記出力端子から３相交流電力が出力されることを特徴とする電力変換システム。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記多相変圧器は、前記１次側巻線が第１巻線、第２巻線の２つの巻線を有して、それぞれ３つの入力端子を有して全６端子を具備すると共に、前記２次側巻線が第３巻線を有して３個の出力端子を有する６相変圧器であり、
各巻線は３本の脚を有する鉄心のそれぞれの脚に巻回された３つの巻回部から成り、
前記第１巻線及び前記第２巻線はスター結線されると共に、第２巻線は第１巻線の０．７３倍の巻数で形成され、且つ双方の中性点は連結されて成る一方、
前記第３巻線はデルタ結線或いはスター結線されて成ることを特徴とする請求項１記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記多相変圧器は、前記１次側巻線が第１巻線～第４巻線の４つの巻線を有して、それぞれ３つの入力端子を有して全１２端子を具備すると共に、前記２次側巻線が第５巻線を有して３個の出力端子を有する１２相変圧器であり、
各巻線は３本の脚を有する鉄心のそれぞれの脚に巻回された３つの巻回部から成り、
前記第１巻線～第４巻線は何れもスター結線され、且つ前記第１巻線と前記第２巻線の中性点同士が連結される一方、前記第３巻線及び前記第４巻線は、前記第２巻線の途中の共通する所定の位置から分岐して形成されてなる一方、
前記第５巻線はデルタ結線或いはスター結線されて成ることを特徴とする請求項１記載の電力変換システム。
【請求項４】
個々の前記スイッチング素子は、０．５ｍｓ～２．０ｍｓの間の所定の切替タイミングで所定の順にオン／オフされることを特徴とする請求項２又は３記載の電力変換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換システムに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光発電或いは燃料電池発電による発電電力は直流電力であるため、交流の商用電力と連系して利用するためには周波数を合わせた交流電力に変換する必要がある。
従来、このような電力変換はインバータ回路をＰＷＭ制御することで交流電力に変換していた（例えば、特許文献１参照）。
一方で、多相変圧器を使用することで、ＡＣ／ＤＣコンバータを使用せずに、交流電力を直流電力に変換する装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００１－３０９６６４号公報
特開２０２２－７１７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の直流／交流変換する電力変換システムに使用されるインバータ回路は、２つのスイッチング素子を直列接続した回路の組を複数並列接続して構成されている。そのため、直列接続されたスイッチング素子同士が、同時にオンすると短絡電流が流れて素子が破損する問題を有しており、両者が同時にオフ状態となるデッドタイム（インターバル時間）を設けている。
しかしながら、ＰＷＭ制御は、変換効率を上げるためにデッドタイムを極力小さくする制御がなされる。この場合、高速で複雑なスイッチング制御を行うため、デッドタイムを小さくすると僅かなタイミングのずれやノイズによる誤動作で短絡が発生する問題があった。
また、インターバル時間の大きさは、使用するパワーモジュール（スイッチング素子）、ゲートドライバ回路、スイッチング周波数によって異なるため、その都度新たな設計が必要であった。
一方で、上記特許文献２に開示された多相変圧器を使用する技術は、デッドタイムを考慮する必要がないし、高周波ノイズの発生もない。そのため、この多相変圧器を使用する技術を直流／交流変換に適用できれば上記問題の解決が期待できる。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、多相変圧器を使用することでスイッチング素子のインターバル時間を考慮する必要がなく、簡易な制御形態で直流電力を交流電力に変換できる電力変換システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する為に、請求項１の発明に係る電力変換システムは、３ｎ（ｎは自然数）の相から成る入力端子を有する１次側巻線、及び３相を構成する３の出力端子を有する２次側巻線を有する３ｎ相の多相変圧器と、多相変圧器の１次側に配置された直流電源と、直流電源の出力をオン／オフする複数のスイッチング素子を有して、多相変圧器の個々の入力端子に直流電源を切り替えて供給する切替スイッチ回路と、切替スイッチ回路を制御する制御部と、を有し、制御部により、個々のスイッチング素子が一定の切替タイミングで所定の順にオン／オフされて、入力端子に直流電力が供給されることで、２次側巻線に電圧が生成され、出力端子から３相交流電力が出力されることを特徴とする。
この構成によれば、一定の切替タイミングで切替スイッチ回路のスイッチング素子をオン／オフさせ、多相変圧器を使用して３相交流を生成することで、ＰＷＭ制御を行うことなく直流／交流変換が可能となる。よって、直列接続したスイッチング素子が同時にオンするような状況を容易に無くすことができる。また、変圧器を使用するため、従来のＰＷＭ制御する回路と異なり、入出力間を絶縁できる。
加えて、切替スイッチ回路のスイッチング素子の切り換えは、従来のＰＷＭ制御に比べて低い周波数の制御信号で実施でき、制御回路を簡易な回路にできる。
【０００７】
本発明の別の態様は、上記構成において、多相変圧器は、１次側巻線が第１巻線、第２巻線の２つの巻線を有して、それぞれ３つの入力端子を有して全６端子を具備すると共に、２次側巻線が第３巻線を有して３個の出力端子を有する６相変圧器であり、各巻線は３本の脚を有する鉄心のそれぞれの脚に巻回された３つの巻回部から成り、第１巻線及び第２巻線はスター結線されると共に、第２巻線は第１巻線の０．７３倍の巻数で形成され、且つ双方の中性点は連結されて成る一方、第３巻線はデルタ結線或いはスター結線されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、１次側の６端子のうちの２端子を順次切り替えて直流電圧を印加することで、鉄心の３つの脚に６相の誘導磁界を生成させ、この誘導磁界により２次側から３相電力を出力させることができる。よって、直流電力を３相交流電力に変換できる。
【０００８】
本発明の別の態様は、上記構成において、多相変圧器は、１次側巻線が第１巻線～第４巻線の４つの巻線を有して、それぞれ３つの入力端子を有して全１２端子を具備すると共に、２次側巻線が第５巻線を有して３個の出力端子を有する１２相変圧器であり、各巻線は３本の脚を有する鉄心のそれぞれの脚に巻回された３つの巻回部から成り、第１巻線～第４巻線は何れもスター結線され、且つ第１巻線と第２巻線の中性点同士が連結される一方、第３巻線及び第４巻線は、第２巻線の途中の共通する所定の位置から分岐して形成されてなる一方、第５巻線はデルタ結線或いはスター結線されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、１次側の１２端子のうちの２端子を順次切り替えて直流電圧を印加することで、鉄心の３つの脚に１２相の誘導磁界を生成させ、この誘導磁界により２次側から３相電力を出力させることができる。よって、直流電力を３相交流電力に変換できる。
【０００９】
本発明の別の態様は、上記構成において、個々のスイッチング素子は、０．５ｍｓ～２．０ｍｓの所定の切替タイミングで所定の順にオン／オフされることを特徴とする。
この構成によれば、０．５ｍｓ～２．０ｍｓの所定の切替タイミングで切替スイッチ回路のスイッチング素子をオン／オフさせ、多相変圧器を使用して３相交流を生成するため、従来のＰＷＭ制御に比べて低い周波数の制御信号で直流／交流変換を行うことで、制御回路を簡易な回路にできるし、ＩＧＢＴ等の高出力素子の使用が可能となり、高周波ノイズの発生もない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一定の切替タイミングで切替スイッチ回路のスイッチング素子をオン／オフさせ、多相変圧器を使用して３相交流を生成することで、ＰＷＭ制御を行うことなく直流／交流変換が可能となる。よって、直列接続したスイッチング素子が同時にオンするような状況を容易に無くすことができる。また、変圧器を使用するため、従来のＰＷＭ制御する回路と異なり、入出力間を絶縁できる。
加えて、切替スイッチ回路のスイッチング素子の切り換えは、従来のＰＷＭ制御に比べて低い周波数の制御信号で実施でき、制御回路を簡易な回路にできる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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