発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

図２４に示すような３相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を１台接続した従来例において、三相３レベルインバータセル３と出力Ｕ相、Ｖ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１、４Ｖ１に着目し、変圧器２の隣接する二次巻線間に印加される最大電圧について検討した結果を、図２７に矢印付きの点線で示す。例えば、各３レベルインバータの直流入力電圧を２Ｅｄ（Ｐ−Ｍ間＝Ｅｄ、Ｍ−Ｎ間Ｅｄ）とすると、出力Ｕ相用とＶ相用の単相３レベルインバータセル４Ｕ１、４Ｖ１の交流入力端子に接続される変圧器２の隣接する二次巻線間（巻線Ｓ４とＳ５間）には、図２７に太線で示す動作経路（４Ｕ１のＮ極→４Ｕ１のＰ極→３のＮ極→３のＰ極→４Ｖ１のＮ極→４Ｖ１のＰ極の経路）を示したように、最大６Ｅdの電圧が印加される。同様に検討すると、三相３レベルインバータセル３と出力Ｕ相用の単相３レベルインバータセル４の交流入力端子に接続された変圧器２の隣接する二次巻線間（巻線Ｓ２とＳ３間）には、最大４Ｅdの電圧が印加される。このような検討結果から、図２４に示す従来例の回路に対して、変圧器２の各隣接二次巻線間の最大印加電圧を求めた結果を図２４中に矢印付きの点線で付記した。このように、最大６Ｅdと大きな電圧が印加される変圧器の隣接二次巻線が２箇所（巻線Ｓ４とＳ５間、Ｓ６とＳ７間）あり、最大４Ｅdが印加される隣接二次巻線が１箇所（巻線Ｓ２とＳ３間）あることがわかる。 図２５に示す三相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルを２台直列接続した回路構成の場合について同様な検討を行い、変圧器２の隣接する二次巻線間の最大印加電圧を求めた結果を、図２５中に矢印付きの点線で付記した。この結果からわかるように、最大印加電圧が８Ｅdにも及ぶ隣接二次巻線が２箇所（巻線Ｓ６とＳ７間、Ｓ１０とＳ１１間）あり、最大４Ｅdが印加される隣接二次巻線も４箇所（巻線Ｓ２とＳ３間、Ｓ４とＳ５間、Ｓ８とＳ９間、Ｓ１２とＳ１３間）ある。尚、単相３レベルインバータセルを直列接続した時の隣接する変圧器巻線間の電圧の算出例は特許文献２に示されている。ただし、特許文献２の記載内容は、全てのセルが単相３レベルインバータセルの場合であるとともに、出力が直列接続された１つの出力相のセルと変圧器二次巻線との接続について、その最大印加電圧を低減する方法を述べたものであり、別の出力相のセルに渡る変圧器二次巻線との接続については言及していない。 更に、図２６に示す順変換回路の直流出力を直列接続した順変換器の従来例について、図２７と同様に変圧器２の隣接する二次巻線間の最大印加電圧の検討を行うと、図２８に示すようになる。この例でも、出力Ｕ相用とＶ相用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１と４ａＶ１の交流入力端子に接続された変圧器２の隣接二次巻線間（巻線Ｓ８とＳ９間）には、図２８に太線で動作経路例（単相３レベルインバータセル４ａＵ１のＮ極→４ａＵ１のＭ極→４ａＵ１のＰ極→三相３レベルインバータセル３ａのＮ極→３ａのＭ極→３ａのＰ極→単相３レベルインバータセル４ａＶ１のＮ極→４ａＶ１のＭ極→４ａＶ１のＰ極の経路）を示すように、最大６Ｅd（２Ｅd：３レベルインバータの直流入力電圧）もの大きな電圧が印加される。また、三相３レベルインバータセル３ａと出力Ｕ相用の単相３レベルインバータセル４ａＵ１の交流入力端子に接続された変圧器の隣接二次巻線間（巻線Ｓ４とＳ５間）には、最大４Ｅdの電圧が印加される。 このように、従来は、変圧器２の隣接二次巻線間において、その間の最大印加電圧が高い箇所が存在し、この巻線間では必要な絶縁を確保するため、巻線間の絶縁距離を大きくとらなければならず、変圧器が大型化、重量化し、高コストになるという問題点があった。
従って、本発明の課題は、三相３レベルインバータセルの交流出力に単相３レベルインバータセルの交流出力を直列接続して構成する電力変換装置の各インバータセルに接続される変圧器の二次巻線間に印加される電圧を低減し、変圧器の小型化、軽量化、低価格化を実現できる電力変換装置を提供することである。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明では、三相３レベルインバータセルと単相３レベルインバータセルの交流入力に接続される変圧器の二次巻線を、三相３レベルインバータセル用の二組と単相３レベルインバータセル用の６Ｎ組を順に配置し、変圧器の二次巻線とインバータセルの交流入力端子との接続を一部クロスさせることにより、隣接した巻線間に印加される電圧を低減するようにしている。この結果、従来に比べて変圧器の小型化、軽量化、低価格化が可能となる。