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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022187355
(43)【公開日】2022-12-19
(54)【発明の名称】電力変換システム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20221212BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 M
H02M7/12 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021095349
(22)【出願日】2021-06-07
(71)【出願人】
【識別番号】000124591
【氏名又は名称】河村電器産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(72)【発明者】
【氏名】加藤 彰訓
【テーマコード（参考）】
5H006
【Ｆターム（参考）】
5H006BB01
5H006CA01
5H006CA07
5H006CB01
5H006CC01
5H006CC04
5H006DA02
5H006DA04
5H006DB01
5H006DC02
5H006DC04
5H006DC05
(57)【要約】
【課題】 多相変圧器を使用して３相交流電力から直流電力を生成する電力変換システムにおいて、多相変圧器を介して系統に逆潮流させることを可能とする。
【解決手段】 系統から引き込んだ３相電源１０を、多相に変換した後に直流変換する電力変換システムであり、３相を１２相に変換する１２相変圧器３ａ、及び生成された１２相の電力を直流に変換する整流回路４に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を整流回路４の出力側に具備し、整流回路４は、４つの３相全波整流回路４ａから成り、少なくとも１つの３相全波整流回路４ａが、蓄電手段或いは直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して１２相変圧器３ａ側に出力する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路５であると共に、双方向３相ブリッジ回路５を制御する制御部７を備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】 系統から引き込んだ３相電源１０を、多相に変換した後に直流変換する電力変換システムであり、３相を１２相に変換する１２相変圧器３ａ、及び生成された１２相の電力を直流に変換する整流回路４に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を整流回路４の出力側に具備し、整流回路４は、４つの３相全波整流回路４ａから成り、少なくとも１つの３相全波整流回路４ａが、蓄電手段或いは直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して１２相変圧器３ａ側に出力する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路５であると共に、双方向３相ブリッジ回路５を制御する制御部７を備えた。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
系統から引き込んだ３相電源を、多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムであって、
３相を１２相に変換する１２相変圧器、及び生成された１２相の電力を直流に変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を前記整流回路の出力側に具備し、
前記整流回路は、４つの３相全波整流回路から成り、
少なくとも１つの前記３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、前記双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、
前記制御部の制御により、前記双方向３相ブリッジ回路が前記蓄電手段或いは前記直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して前記１２相変圧器の２次側に出力し、前記系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする電力変換システム。
３相を１２相に変換する１２相変圧器、及び生成された１２相の電力を直流に変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を前記整流回路の出力側に具備し、
前記整流回路は、４つの３相全波整流回路から成り、
少なくとも１つの前記３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、前記双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、
前記制御部の制御により、前記双方向３相ブリッジ回路が前記蓄電手段或いは前記直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して前記１２相変圧器の２次側に出力し、前記系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項2】
前記１２相変圧器は、１次側巻線を構成する第１巻線と、２次側巻線を構成する第２～第５巻線の４つの異なる３相の位相を生成する巻線とを有し、
前記第２～第５巻線は何れもスター結線されて、前記第１～第５巻線は共通する鉄心に巻回されて成り、
前記第２巻線及び前記第３巻線の中性点同士が連結されている一方、
前記第４巻線及び前記第５巻線は、前記第３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、
前記第２～第５巻線のそれぞれが異なる位相の３相電圧を出力し、１２相の交流電圧を出力することを特徴とする請求項１記載の電力変換システム。
前記第２～第５巻線は何れもスター結線されて、前記第１～第５巻線は共通する鉄心に巻回されて成り、
前記第２巻線及び前記第３巻線の中性点同士が連結されている一方、
前記第４巻線及び前記第５巻線は、前記第３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、
前記第２～第５巻線のそれぞれが異なる位相の３相電圧を出力し、１２相の交流電圧を出力す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】
系統から引き込んだ３相電源を、多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムであって、
３相を６相に変換する６相変圧器、及び生成された６相の電力を直流変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を前記整流回路の出力側に具備し、
前記整流回路は、２つの３相全波整流回路から成り、
少なくとも１つの前記３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、前記双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、
前記制御部の制御により、前記双方向３相ブリッジ回路が前記蓄電手段或いは前記直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して前記６相変圧器の２次側に出力し、前記系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする電力変換システム。
３相を６相に変換する６相変圧器、及び生成された６相の電力を直流変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を前記整流回路の出力側に具備し、
前記整流回路は、２つの３相全波整流回路から成り、
少なくとも１つの前記３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、前記双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、
前記制御部の制御により、前記双方向３相ブリッジ回路が前記蓄電手段或いは前記直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して前記６相変圧器の２次側に出力し、前記系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項4】
前記６相変圧器は、１次側巻線を構成する第１巻線と、２次側巻線を構成する第２巻線及び第３巻線とを有し、
前記第２巻線及び前記第３巻線はスター結線されて、前記第１～第３巻線は共通の鉄心に巻回されて成り、
更に前記第２巻線と前記第３巻線の中性点同士は連結されて成ることを特徴とする請求項３記載の電力変換システム。
前記第２巻線及び前記第３巻線はスター結線されて、前記第１～第３巻線は共通の鉄心に巻回されて成り、
更に前記第２巻線と前記第３巻線の中性点同士は連結されて成ることを特徴とする請求項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、３相交流電力から直流電力を生成する電力変換システムに関し、特に３相電力を多相電力に変換した後に直流を生成する電力変換システムに関する。
【背景技術】
【0002】
３相電力から直流を生成する電力変換システムにおいて、逆潮流を実施して系統に連系できるシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
一方で、３相交流電力から直流電力を生成する場合、ＡＣ／ＤＣコンバータにより直流を生成する構成が広く採用されているが、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直流変換する技術がある。例えば、特許文献２では、２次側にスター結線した巻線とデルタ結線した巻線を設けた６相変圧器を使用して、生成された６相電圧を全波整流して直流電力を生成した。
一方で、３相交流電力から直流電力を生成する場合、ＡＣ／ＤＣコンバータにより直流を生成する構成が広く採用されているが、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直流変換する技術がある。例えば、特許文献２では、２次側にスター結線した巻線とデルタ結線した巻線を設けた６相変圧器を使用して、生成された６相電圧を全波整流して直流電力を生成した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６０１５８００号公報
【特許文献2】特開２００８－２９５１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述したように、３相電力と直流電力との間で、双方向スイッチで構成されたブリッジ回路を設けて双方向変換する電力変換システムは、特許文献１に開示されているようにある。
しかしながら、６相変圧器等の多相変圧器を使用して多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムにおいても、直流電力を系統に逆潮流させることができれば、電力を有効利用することができる。
しかしながら、６相変圧器等の多相変圧器を使用して多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムにおいても、直流電力を系統に逆潮流させることができれば、電力を有効利用することができる。
【0005】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、多相変圧器を使用して３相交流電力から直流電力を生成する電力変換システムにおいて、直流電力を多相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能な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の発明は、系統から引き込んだ３相電源を、多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムであって、３相を１２相に変換する１２相変圧器、及び生成された１２相の電力を直流に変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を整流回路の出力側に具備し、整流回路は、４つの３相全波整流回路から成り、少なくとも１つの３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、制御部の制御により、双方向３相ブリッジ回路が蓄電手段或いは直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して１２相変圧器の２次側に出力し、系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする。
この構成によれば、直流電力を１２相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、少なくとも１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路とすれば良く、全ての整流回路を双方向回路で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
この構成によれば、直流電力を１２相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、少なくとも１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路とすれば良く、全ての整流回路を双方向回路で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
【0007】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、１２相変圧器は、１次側巻線を構成する第１巻線と、２次側巻線を構成する第２～第５巻線の４つの異なる３相の位相を生成する巻線とを有し、第２～第５巻線は何れもスター結線されて、第１～第５巻線は共通する鉄心に巻回されて成り、第２巻線及び第３巻線の中性点同士が連結されている一方、第４巻線及び第５巻線は、第３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、第２～第５巻線のそれぞれが異なる位相の３相電圧を出力し、１２相の交流電圧を出力することを特徴とする。
この構成によれば、１２相変圧器は、２次側を構成する４つの巻線のうち、第４巻線と第５巻線は、第３巻線の途中から分岐して形成されるため、それぞれの一部巻線を第３巻線に肩代わりさせることができ、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減できる。よって、多相変圧器を小型化できる。
この構成によれば、１２相変圧器は、２次側を構成する４つの巻線のうち、第４巻線と第５巻線は、第３巻線の途中から分岐して形成されるため、それぞれの一部巻線を第３巻線に肩代わりさせることができ、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減できる。よって、多相変圧器を小型化できる。
【0008】
請求項３の発明は、系統から引き込んだ３相電源を、多相電力に変換した後に直流変換する電力変換システムであって、３相を６相に変換する６相変圧器、及び生成された６相の電力を直流変換する整流回路に加えて、電力を蓄電する蓄電手段或いは直流発電手段を整流回路の出力側に具備し、整流回路は、２つの３相全波整流回路から成り、少なくとも１つの３相全波整流回路が、直流電力を３相交流電力に逆変換する機能を備えた双方向３相ブリッジ回路であると共に、双方向３相ブリッジ回路を制御する制御部を備え、制御部の制御により、双方向３相ブリッジ回路が蓄電手段或いは直流発電手段が出力する直流電力を３相交流電力に変換して６相変圧器の２次側に出力し、系統への逆潮流を可能としたことを特徴とする。
この構成によれば、直流電力を６相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、少なくとも１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路とすれば良く、全ての整流回路を双方向回路で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
この構成によれば、直流電力を６相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、少なくとも１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路とすれば良く、全ての整流回路を双方向回路で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
【0009】
請求項４の発明は、請求項３に記載の構成において、６相変圧器は、１次側巻線を構成する第１巻線と、２次側巻線を構成する第２巻線及び第３巻線とを有し、第２巻線及び第３巻線はスター結線されて、第１～第３巻線は共通の鉄心に巻回されて成り、更に第２巻線と第３巻線の中性点同士は連結されて成ることを特徴とする。
この構成によれば、２次側の電圧を生成する第２巻線及び第３巻線をスター結線するため、生成する電圧を一定にし易い。そして、第３巻線もスター結線されるため、従来のデルタ結線に比べて巻数を√３分の１減らすことが可能となり、多相変圧器を小型にできる。
この構成によれば、２次側の電圧を生成する第２巻線及び第３巻線をスター結線するため、生成する電圧を一定にし易い。そして、第３巻線もスター結線されるため、従来のデルタ結線に比べて巻数を√３分の１減らすことが可能となり、多相変圧器を小型にできる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、直流電力を１２相変圧器或いは６相変圧器を介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、少なくとも１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路とすれば良く、全ての整流回路を双方向回路で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る電力変換システムの一例を示し、１２相変圧器を使用して全ての整流回路を双方向３相ブリッジ回路で構成した説明図である。
【図2】１２相変圧器の構成図である。
【図3】１２相変圧器の出力位相説明図である。
【図4】制御部のブロック図である。
【図5】４つの全波整流回路のうちの１つを双方向３相ブリッジ回路とした電力変換システムの説明図である。
【図6】６相変圧器を使用した電力変換システムを示し、全ての整流回路を双方向３相ブリッジ回路で構成した概略構成図である。
【図7】６相変圧器の構成図である。
【図8】６相変圧器の出力位相説明図である。
【図9】２つの整流回路の一方のみを双方向変換回路とした電力変換システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る電力変換システムの一例を示す概略構成図である。図１の電力変換システム１は、系統から引き込んだ例えば６６００Ｖの高圧の３相電源１０を多相変圧器３である１２相変圧器３ａを使用して例えば３８０Ｖの低圧の１２相電圧に変換し、整流回路４で直流を生成する構成を示している。
【0013】
整流回路４は、１２相の交流を整流するために３相全波整流回路４ａが４個並列接続されて構成されている。但し、個々の３相全波整流回路４ａは、６個の逆導通ＩＧＢＴ（以下、単に「ＩＧＢＴ」と称する。）５ａを使用して双方向３相ブリッジ回路５により構成されている。双方向３相ブリッジ回路５は、順方向ではダイオードのフルブリッジ回路の如く動作して直流への整流動作を実施するのに加えて、逆方向の通電に対してはインバータ回路となり、直流を３相交流に変換するよう動作する。
こうして４つの双方向３相ブリッジ回路５により、全体で１つの双方向電力変換回路を構成している。
こうして４つの双方向３相ブリッジ回路５により、全体で１つの双方向電力変換回路を構成している。
【0014】
４つの双方向３相ブリッジ回路５は並列に配置され、１２相変圧器３ａの２次側である３相４組の出力は、組毎にリアクトル６を介して４組の双方向３相ブリッジ回路５にそれぞれ接続されている。
一方、双方向３相ブリッジ回路５の出力は正極同士、及び負極同士が連結され直流電力を出力するよう構成されている。
一方、双方向３相ブリッジ回路５の出力は正極同士、及び負極同士が連結され直流電力を出力するよう構成されている。
【0015】
個々の双方向３相ブリッジ回路５には制御部７が配置され、制御部７によりＩＧＢＴのスイッチングが制御される。また、各制御部７は連携され、逆潮流制御する際には、直流を所定の位相及び所定の電圧の３相交流を出力するよう制御し、全体で１２相交流を生成して１２相変圧器３ａの２次側に出力する。
【0016】
尚、整流回路４で整流された直流電力の出力先には、負荷に加えて蓄電池（蓄電手段）或いは太陽光発電設備（直流発電手段）等の直流電力出力手段が配置されており、系統に逆潮流される電力はこれら直流電力出力手段が出力する電力で生成され、余剰電力が発生したら、逆潮流が実施される。
【0017】
図２，３は１２相変圧器３ａの説明図であり、図２は構成図、図３は出力位相の説明図である。図２に示すように、１２相変圧器３ａは、１次側巻線Ｌ１を構成する第１巻線１１、２次側巻線Ｌ２を構成する４つの巻線（第２巻線１２、第３巻線１３、第４巻線１４、第５巻線１５）を備えている。何れの巻線も、入力される３相電力に対応する３つの巻回部（１１ａ～１１ｃ、１２ａ～１２ｃ、１３ａ～１３ｃ、１４ａ～１４ｃ、１５ａ～１５ｃ）を有している。
【0018】
第１巻線１１はデルタ結線され、３つの端子（Ｒｉｎ、Ｓｉｎ、Ｔｉｎ）に高圧の３相交流電力が接続される。
第２～第５巻線１２，１３，１４，１５は、全てスター結線されている（但し、後述するように、第４巻線１４、第５巻線１５は完全な形でのスター結線ではない）。以下、３相をＲ相、Ｓ相、Ｔ相として説明する。
第２～第５巻線１２，１３，１４，１５は、全てスター結線されている（但し、後述するように、第４巻線１４、第５巻線１５は完全な形でのスター結線ではない）。以下、３相をＲ相、Ｓ相、Ｔ相として説明する。
【0019】
１２相変圧器３ａの２次側は、第２巻線１２の出力端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１、第３巻線１３の出力端子Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２、第４巻線１４の出力端子Ｒ３，Ｓ３，Ｔ３、第５巻線１５の出力端子Ｒ４，Ｓ４，Ｔ４を有し、全１２端子を備えている。
第２巻線１２と第３巻線１３のスター結線された中性点Ｑ同士は連結され、第３巻線１３は第２巻線１２に対して極性が反転するよう鉄心８に巻回されている。また、第４巻線１４と第５巻線１５は、第３巻線１３の途中の同一点から分岐して形成され、第４巻線１４と第５巻線１５とは、第３巻線１３の中性点Ｑを兼用している。
第２巻線１２と第３巻線１３のスター結線された中性点Ｑ同士は連結され、第３巻線１３は第２巻線１２に対して極性が反転するよう鉄心８に巻回されている。また、第４巻線１４と第５巻線１５は、第３巻線１３の途中の同一点から分岐して形成され、第４巻線１４と第５巻線１５とは、第３巻線１３の中性点Ｑを兼用している。
【0020】
第４巻線１４、第５巻線１５は具体的に以下のように鉄心８に巻回されている。まず、第４巻線１４の各相は次のように巻回されている。
Ｒ相巻線１４aは、第３巻線１３のＲ相巻線１３ａの途中から分岐して引き出され、１次側Ｓ相と共通の脚部鉄心８ｂに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｒ３である。
Ｓ相巻線１４ｂは、第３巻線１３のＳ相巻線１３ｂの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＴ相（或いは第２巻線１２のＴ相）と共通の脚部鉄心８ｃに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｓ３である。
またＴ相巻線１４ｃは、第３巻線１３のＴ相巻線１３ｃの途中から分岐して引き出され、１次側Ｒ相と共通の脚部鉄心８ａに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｔ３である。
Ｒ相巻線１４aは、第３巻線１３のＲ相巻線１３ａの途中から分岐して引き出され、１次側Ｓ相と共通の脚部鉄心８ｂに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｒ３である。
Ｓ相巻線１４ｂは、第３巻線１３のＳ相巻線１３ｂの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＴ相（或いは第２巻線１２のＴ相）と共通の脚部鉄心８ｃに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｓ３である。
またＴ相巻線１４ｃは、第３巻線１３のＴ相巻線１３ｃの途中から分岐して引き出され、１次側Ｒ相と共通の脚部鉄心８ａに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｔ３である。
【0021】
第５巻線１５の各相は次のように巻回されている。Ｒ相巻線１５ａは、第４巻線１４と同一部位である第３巻線１３のＲ相巻線１３ａの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＴ相（或いは第２巻線１２のＴ相）と共通の脚部鉄心８ｃに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｒ４である。
Ｓ相巻線１５ｂは、第４巻線１４と同一部位である第３巻線１３のＳ相巻線１３ｂの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＲ相（或いは第２巻線１２のＲ相）と共通の脚部鉄心８ａに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｓ４である。
またＴ相巻線１５ｃは、第４巻線１４と同一部位である第３巻線１３のＴ相巻線１３ｃの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＳ相（或いは第２巻線１２のＳ相）と共通の脚部鉄心８ｂに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｔ４である。
Ｓ相巻線１５ｂは、第４巻線１４と同一部位である第３巻線１３のＳ相巻線１３ｂの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＲ相（或いは第２巻線１２のＲ相）と共通の脚部鉄心８ａに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｓ４である。
またＴ相巻線１５ｃは、第４巻線１４と同一部位である第３巻線１３のＴ相巻線１３ｃの途中から分岐して引き出され、第１巻線１１のＳ相（或いは第２巻線１２のＳ相）と共通の脚部鉄心８ｂに巻回されている。そして、先端が出力端子Ｔ４である。
【0022】
そして図３に示すように、第２巻線１２の３相の巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、入力される３相電力と同様にそれぞれ１２０度の位相差を有する電圧を出力端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１から出力する。第３巻線１３の各巻線１３ａ，１３ｂ，１３ｃの位相は、この第２巻線１２に対して上述したように正反対の極性を示し、出力端子Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２の位相は、第２巻線１２のＲ１，Ｓ１，Ｔ１の各相に対して１８０度の位相差を有している。尚、第２巻線１２に対する第３巻線１３の巻回数は、０．７３倍（√３－１倍）となっている。
【0023】
また、第３巻線１３から引き出した第４巻線１４の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの各出力端子Ｒ３，Ｓ３，Ｔ３の位相は、第２巻線１２の各相と同位相の電圧を発生する。更に、第３巻線１３から引き出した第５巻線１５の巻線１５ａ，１５ｂ，１５ｃの各出力端子Ｒ４，Ｓ４，Ｔ４の位相は、第４巻線１４と同様に第２巻線１２の対応する各相の出力端子Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１と同位相の電圧を発生する。こうして、１２相の電力が出力される。
【0024】
図４は、制御部７のブロック図を示している。図４に示すように、制御部７は、１２相変圧器３ａの２次側の電路電流を計測する電流検出部７１、１２相変圧器３ａの２次側の電路電圧を計測する電圧検出部７２、逆潮流させる電流を制御する電流制御部７３、入手した電圧情報及び電流情報から位相を検出する位相検出部７４、逆潮流させる電圧位相を制御する位相制御部７５、ＩＧＢＴ５ａのオン／オフを制御するＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ制御信号生成部７６等を備えている。
位相制御部７５は、他の制御部７から位相情報を入手して連携を図る。また、ＰＷＭ制御信号生成部７６は、１２相変圧器３ａの２次側電路上に設けられた開閉接点９ａを開閉制御する。
位相制御部７５は、他の制御部７から位相情報を入手して連携を図る。また、ＰＷＭ制御信号生成部７６は、１２相変圧器３ａの２次側電路上に設けられた開閉接点９ａを開閉制御する。
【0025】
上記の如く構成された電力変換システムの動作は以下のようである。３相の高圧電力を１２相変圧器３ａで低圧の１２相電圧に変換し、整流回路４で整流して直流を生成して出力する通常動作では、４つの双方向３相ブリッジ回路５は、何れも３相全波整流回路として動作する。即ち、制御部７はオフ状態であり、個々のＩＧＢＴ５ａは動作しない。尚、接続されているダイオードは順方向に電流が流れる。
【0026】
一方、逆潮流制御は次のように行われる。例えば、２００Ｖ交流電圧を生成する場合は、負荷側の直流電圧が２８２Ｖ以上となるよう制御される。これは図示しない蓄電池等の直流電力出力手段側で制御される。
そして、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６の制御により１２相変圧器３ａ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるようＰＷＭ制御信号が生成される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値情報を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
そして、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６の制御により１２相変圧器３ａ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるようＰＷＭ制御信号が生成される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値情報を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
【0027】
このように、通常は系統からの３相交流電力を直流電力に変換するが、直流電力を１２相変圧器３ａを介して系統に逆潮流させることが可能であり、負荷側で生成された直流電力を有効に利用できる。そして、４つの３相全波整流回路全てを双方向３相ブリッジ回路とすることで、効率良く逆潮流させることができる。
加えて、１２相変圧器３ａは、２次側を構成する４つの巻線のうち、第４巻線１４と第５巻線１５は、第３巻線１３の途中から分岐して形成されるため、それぞれの一部巻線を第３巻線１３に肩代わりさせることができ、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減でき、１２相変圧器３ａを小型化できる。
加えて、１２相変圧器３ａは、２次側を構成する４つの巻線のうち、第４巻線１４と第５巻線１５は、第３巻線１３の途中から分岐して形成されるため、それぞれの一部巻線を第３巻線１３に肩代わりさせることができ、各相を単独で巻回形成するより巻回数を削減でき、１２相変圧器３ａを小型化できる。
【0028】
図５は、４つの３相全波整流回路４ａのうち、１２相変圧器３ａの第２巻線１２の出力を整流する３相全波整流回路４ａのみが双方向３相ブリッジ回路５で構成された場合を示している。他の第３～第５巻線１３～１５の出力は、ダイオードブリッジ回路４ｂから成る３相全波整流回路４ａとなっている。
この場合もＩＧＢＴ５ａをオフ状態とすることで、１２相変圧器３ａの出力が４つの全波整流回路で整流されて出力される。
この場合もＩＧＢＴ５ａをオフ状態とすることで、１２相変圧器３ａの出力が４つの全波整流回路で整流されて出力される。
【0029】
一方、逆潮流の実施は、まず制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６の制御により、３つのダイオードブリッジ回路４ｂの出力側の電路上に設けられている開閉接点９ｂを開操作して、３つのダイオードブリッジ回路４ｂを電路から開放する。
その後、制御部７では、１２相変圧器３ａ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるようＰＷＭ制御信号が生成される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値情報を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
この結果、１２相のうち第２巻線１２の３相に対応する交流電力が生成されて、第２巻線１２に印加される。但し、他の９相は、電路が開放されているため、電圧は印加されない。
こうして、第２巻線１２に印加された電圧により、１２相変圧器３ａの１次側に３相電圧が生成され、逆潮流が成される。
その後、制御部７では、１２相変圧器３ａ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるようＰＷＭ制御信号が生成される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値情報を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
この結果、１２相のうち第２巻線１２の３相に対応する交流電力が生成されて、第２巻線１２に印加される。但し、他の９相は、電路が開放されているため、電圧は印加されない。
こうして、第２巻線１２に印加された電圧により、１２相変圧器３ａの１次側に３相電圧が生成され、逆潮流が成される。
【0030】
このように、１つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路５とするだけでも直流電力を１２相変圧器３ａを介して系統に逆潮流させることが可能であり、負荷側で生成された直流電力を有効に利用できる。そして、全ての整流回路４を双方向３相ブリッジ回路５で構成する必要が無いため、回路構成の簡略化が可能である。
【0031】
尚、４つの３相全波整流回路４ａのうち１つを双方向３相ブリッジ回路５とした場合を示したが、この変更数は任意で有り、少なくとも１つを双方向３相ブリッジ回路５とすることで逆潮流させるこができる。また、ここでは第２巻線１２の３相全波整流回路４ａのみを双方向３相ブリッジ回路５としたが、他の巻線例えば第３巻線１３の３相全波整流回路４ａを双方向３相ブリッジ回路５としても良い。
【0032】
図６は、多相変圧器３が６相変圧器３ｂの場合の電力変換システム１を示している。整流回路４は、６相の交流を整流するために３相全波整流回路４ａが２個並列接続されて構成されている。この２つの３相全波整流回路４ａが、上記形態と同様の６個のＩＧＢＴ５ａを使用した双方向３相ブリッジ回路５で構成され、全体で１つの双方向電力変換回路を構成している。
【0033】
２つの双方向３相ブリッジ回路５は並列に配置され、６相変圧器３ａの２次側である３相２組の出力は、組毎にリアクトル６を介して双方向３相ブリッジ回路５に接続されている。
そして、双方向３相ブリッジ回路５の出力は正極同士、及び負極同士が連結され直流電力を出力するよう構成され、それぞれ制御部７により制御される。
制御部７同士は連携され、逆潮流制御する際には、直流を所定の位相及び所定の電圧の３相交流を出力するよう制御し、全体で６相交流を生成して６相変圧器３ｂの２次側に出力する。
そして、双方向３相ブリッジ回路５の出力は正極同士、及び負極同士が連結され直流電力を出力するよう構成され、それぞれ制御部７により制御される。
制御部７同士は連携され、逆潮流制御する際には、直流を所定の位相及び所定の電圧の３相交流を出力するよう制御し、全体で６相交流を生成して６相変圧器３ｂの２次側に出力する。
【0034】
図７，８は６相変圧器３ｂの説明図で、図７は構成図、図８は出力位相の説明図である。図７に示すように、１次側巻線Ｌ１を構成する第１巻線４１、２次側巻線Ｌ２を構成する第２巻線４２及び第３巻線４３の３つの巻線を有している。何れも３相電力に対応するための３つの巻回部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ、４３ａ～４３ｃ）を有し、スター結線されている。
【0035】
第１巻線４１が高圧の３相電源のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相が接続されるＲｉｎ，Ｓｉｎ，Ｔｉｎの３端子（１次側端子）を備えている。第２巻線４２は３つの出力端子（２次側端子）Ｒ１，Ｓ１，Ｔ１を有し、第３巻線４３は３つの出力端子（２次側端子）Ｒ２，Ｓ２，Ｔ２を有している。第２巻線４２と第３巻線４３は共通する中性点Ｑを有している。
【0036】
各巻線４１，４２，４３の巻回部（４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃ、４３ａ～４３ｃ）は、この鉄心４８の３本の脚部にそれぞれ巻回されている。但し、第３巻線４３は第２巻線４２に比べて巻回数が少なく、第２巻線４２と第３巻線４３とは１：（√３－１）の比で巻回されている。具体的に、第３巻線４３は第２巻線４２に比べて約０．７３倍の巻数で巻回されている。
【0037】
図８は、このように巻回した２次側の６端子に発生する電圧位相を示している。第２巻線４２から出力される３相の電圧、及び第３巻線４３から出力される３相の電圧は、それぞれ１２０度の位相差を有しているが、上述したように第３巻線４３の出力は第２巻線４２との巻線比に比例して小さい。そのため、出力される電圧が巻き数比に比例した大きさとなる。
【0038】
上記の如く構成された電力変換システムの動作は以下のようである。
高圧の３相電源１０は、６相変圧器３ｂで低圧の６相電圧に変換され、整流回路４で整流されて直流を生成して出力する通常動作では、２つの双方向３相ブリッジ回路５は、何れも３相全波整流回路として動作する。即ち、制御部７はオフ状態であり、個々のＩＧＢＴ５ａは動作せずダイオードとして機能して、３相交流を整流して直流を出力する。
高圧の３相電源１０は、６相変圧器３ｂで低圧の６相電圧に変換され、整流回路４で整流されて直流を生成して出力する通常動作では、２つの双方向３相ブリッジ回路５は、何れも３相全波整流回路として動作する。即ち、制御部７はオフ状態であり、個々のＩＧＢＴ５ａは動作せずダイオードとして機能して、３相交流を整流して直流を出力する。
【0039】
一方、逆潮流制御は次のように行われる。例えば、２００Ｖ交流電圧を生成する場合は、負荷側の直流電圧が２８２Ｖ以上となるよう制御される。これは図示しない蓄電池等の直流電力出力手段側で制御される。
そして、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６（図４に示す）の制御により、６相変圧器３ｂ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるよう個々のＩＧＢＴ５ａが制御される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
そして、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６（図４に示す）の制御により、６相変圧器３ｂ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるよう個々のＩＧＢＴ５ａが制御される。また、生成されて逆潮流される電力の電流値を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
【0040】
このように、通常は３相交流電力を直流電力に変換するが、直流電力を６相変圧器３ｂを介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用できる。そして、２つの３相全波整流回路を双方向３相ブリッジ回路５とすることで、効率良く逆潮流させることができる。
加えて、６相変圧器３ｂは、２次側の電圧を生成する第２巻線４２及び第３巻線４３をスター結線するため、生成する電圧を一定にし易い。そして、第３巻線４３をスター結線することで、従来のデルタ結線に比べて巻数を減らすことが可能となり、６相変圧器３ｂを小型にできる。
加えて、６相変圧器３ｂは、２次側の電圧を生成する第２巻線４２及び第３巻線４３をスター結線するため、生成する電圧を一定にし易い。そして、第３巻線４３をスター結線することで、従来のデルタ結線に比べて巻数を減らすことが可能となり、６相変圧器３ｂを小型にできる。
【0041】
図９は、２つの３相全波整流回路４ａのうちの第２巻線４２の出力を整流する３相全波整流回路４ａが双方向３相ブリッジ回路５となっている。他方の第３巻線４３の出力はダイオードブリッジ回路４ｂが配置されている。
この場合もＩＧＢＴ５ａをオフ状態とすることで、１２相変圧器３ａの出力が４つの全波整流回路で整流されて出力される。
一方、逆潮流は次のように行われる。まず、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６の制御により、他方の電路上に設けられた開閉接点９ｂを開操作してダイオードブリッジ回路４ｂを電路から開放する。
この場合もＩＧＢＴ５ａをオフ状態とすることで、１２相変圧器３ａの出力が４つの全波整流回路で整流されて出力される。
一方、逆潮流は次のように行われる。まず、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６の制御により、他方の電路上に設けられた開閉接点９ｂを開操作してダイオードブリッジ回路４ｂを電路から開放する。
【0042】
その後、制御部７のＰＷＭ制御信号生成部７６は、６相変圧器３ｂ側の電路電圧、位相と一致する波形の電圧が生成されるようＰＷＭ制御信号を生成して制御する。また、生成されて逆潮流される電力の電流値情報を計測し、逆潮流電力が所定値になるよう電流制御が行われる。
この結果、６相のうち第２巻線４２の３相に対応する交流電力が生成されて、第２巻線４２に印加される。但し、他の３相は、電路が開放されているため、電圧は印加されない。
こうして、第２巻線４２に印加された電圧により、６相変圧器３ｂの１次側に３相電圧が生成され、逆潮流が成される。
この結果、６相のうち第２巻線４２の３相に対応する交流電力が生成されて、第２巻線４２に印加される。但し、他の３相は、電路が開放されているため、電圧は印加されない。
こうして、第２巻線４２に印加された電圧により、６相変圧器３ｂの１次側に３相電圧が生成され、逆潮流が成される。
【0043】
このように、１つの３相整流回路を双方向３相ブリッジ回路５とするだけでも直流電力を６相変圧器３ｂを介して系統に逆潮流させることが可能であり、生成された直流電力を有効に利用でき、回路構成の簡略化が可能である。
【0044】
尚、上記実施形態では、１次側巻線Ｌ１をデルタ結線としているがスター結線としても良い。また、引き込む３相電源１０が高圧の場合を説明したが、２００Ｖ等の低圧３相電源を引き込んだ場合でも上記電力変換システムは適用できるものである。
【符号の説明】
【0045】
１・・電力変換システム、３・・多相変圧器、３ａ・・１２相変圧器。３ｂ・・６相変圧器、４・・整流回路、４ａ・・３相全波整流回路、４ｂ・・ダイオードブリッジ回路、５・・双方向３相ブリッジ回路、７・・制御部、１０・・３相電源。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】