直列多重インバータ装置とその制御方法
【課題】複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に短絡故障等が発生しても、故障前と同じ出力電圧で交流負荷への電力供給が継続できる直列多重インバータ装置を提供する。
【解決手段】
整流器と平滑コンデンサから直流電力を受け、半導体スイッチ素子をブリッジ接続した複数個の単位インバータの出力側を直列接続して単位インバータ直列接続群を形成し、半導体スイッチの開閉制御をするとともに、複数の単位インバータ直列接続群を交流負荷に接続する直列多重式インバータにおいて、運転異常検出手段が単位インバータの異常を検出したとき、バイパス回路によって該当する単位インバータの出力側を短絡し、回路保護手段によって単位インバータを開放し保護する。さらに出力電圧余裕分供給手段によって、不足分となる電圧を補い、電力供給を継続する。
【解決手段】
整流器と平滑コンデンサから直流電力を受け、半導体スイッチ素子をブリッジ接続した複数個の単位インバータの出力側を直列接続して単位インバータ直列接続群を形成し、半導体スイッチの開閉制御をするとともに、複数の単位インバータ直列接続群を交流負荷に接続する直列多重式インバータにおいて、運転異常検出手段が単位インバータの異常を検出したとき、バイパス回路によって該当する単位インバータの出力側を短絡し、回路保護手段によって単位インバータを開放し保護する。さらに出力電圧余裕分供給手段によって、不足分となる電圧を補い、電力供給を継続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位インバータの出力側を直列接続して得られる高電圧出力を、交流負荷に供給する直列多重インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器としての直列多重インバータ装置として、複数の単位インバータの出力を直列接続し、高電圧出力を行う構成が知られている。このような直列多重インバータ装置において、単位インバータが故障した場合、単位インバータは回路に直列に接続されている為、電流経路がなくなり、電流を流すことが出来なくなる。このため、単位インバータが故障した場合は、装置全体を停止させていた。
また、装置全体の停止を避けるための方法としては、特許文献１があり、単位インバータの出力をバイパスするバイパス回路を持たせ、単位インバータ故障時にバイパス回路を動作させることによって、電流経路を作り、単位インバータ故障時も運転の継続を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示した、単位インバータが短絡故障や開放故障等をした場合において、単位インバータの出力を短絡し、故障した単位インバータを回路から切り離して、運転を継続する方法では、切り離した単位インバータの分の出力電圧が低下するため、出力電圧が不足し、故障前の出力条件に一致させた運転が出来なくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備えた。
【０００７】
かかる構成により、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチによって前記単位インバータの出力側を短絡する、それと同時に、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡することによって生じた出力電圧の不足分を、前記出力電圧余裕分供給手段によって補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の直列多重インバータ装置の第１の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に含まれる交流電力の構成を示すもので、（ａ）は変圧器出力の二次側巻線の構成を示す図であり、（ｂ）は３相交流の電圧波形を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に含まれる整流器とコンデンサと単位インバータからなる第１直流ユニットの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態に含まれる単位インバータの機能動作を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に含まれる単位インバータの出力電圧動作波形例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である単位インバータ直列接続群の相電圧の出力電圧動作波形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態である単位インバータ直列接続群の線間電圧の出力電圧動作波形例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態の出力電圧余裕分を発生させる回路の構成と、単位インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の第１０の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１９】本発明の第１１の実施形態の制御を説明する為の出力電圧ベクトル図である。
【図２０】本発明の第１１の実施形態の制御方法を説明する為の制御ブロック図である。
【図２１】本発明の第１２の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２２】本発明の第１３の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２３】本発明の第１４の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２４】本発明の回路保護手段の各種接続方法を示す回路図である。
【図２５】本発明の回路保護手段に使用される素子を示す図である。
【図２６Ａ】本発明のバイパススイッチの第１の構成を示す回路図である。
【図２６Ｂ】本発明のバイパススイッチの第２の構成を示す回路図である。
【図２６Ｃ】本発明のバイパススイッチの第３の構成を示す回路図である。
【図２６Ｄ】本発明のバイパススイッチの第４の構成を示す回路図である。
【図２６Ｅ】本発明のバイパススイッチの第５の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を次に説明する。実施形態の全体的な構成や、実施形態を構成する個々の要素について、述べる。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の直列多重インバータ装置の第１の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図１において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）、から整流器２（２１1〜２1ｍ、・・・、２ｎ1〜２ｎｍ）、平滑コンデンサ４（４１1〜４1ｍ、・・・、４ｎ1〜４ｎｍ）を通して供給される直流電圧を交流電圧に変換する単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）の出力を直列にｍ個接続し、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）を構成し、その第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）をｎ個並列に接続し、その出力端を交流負荷７に接続し交流電力を供給するものである。出力電圧余裕分供給手段８は、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に直列接続され、インバータ故障時に不足する電圧を保障する。
なお、図１において、出力電圧余裕分供給手段８は装置の中性点（ＮＰ）９０１側に接続されているが、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７側や、単位インバータ５の直列接続間などに接続されていても良い。
【００１２】
また、以上において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）、整流器２（２１1〜２1ｍ、・・・、２ｎ1〜２ｎｍ）、平滑コンデンサ４（４１1〜４1ｍ、・・・、４ｎ1〜４ｎｍ）、単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）と表現したが、これらを簡略して、それぞれ交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４、単位インバータ５、第２単位インバータ直列接続群９と表記することもある。
なお、第２単位インバータ直列接続群９には、単位インバータ５以外にも交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４も含まれている。しかし、これらの交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４を含まず、単位インバータ５のみに着目し、単位インバータ５の出力を直列に例えばｍ個接続した構成（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）を単位インバータ直列接続群と表記し、第２単位インバータ直列接続群９とは区別するものとする。
【００１３】
図１の直列多重インバータ装置の主回路の動作、機能の詳細を述べるために、図１に示した個々の回路の構成、機能、動作を先に説明する。
第２単位インバータ直列接続群９に含まれた構成要素を順に説明する。
【００１４】
＜交流電力＞
交流電力１（図１）の具体的な構成を図２で示す。
図２（ａ）は３相交流用の変圧器１の二次側の構成を示している。変圧器１の変圧器二次側巻線１０４、１０５、１０６によって、変圧器出力端子（ｕ）１０１、（ｖ）１０２、（ｗ）１０３から（ｕ、ｖ、ｗ）の組み合わせの３相交流が出力される。
図２（ａ）においては、変圧器１の一次側は図示していないが、３相交流用の変圧器１を図１においては交流電力１（１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ）と表記している。なお、図２（ａ）では変圧器の構成をΔ結線（デルタ結線）の場合を示したが、Ｙ結線（スター結線）の場合もある。また、同じΔ結線の構成の変圧器を用いる場合でも、交流電力１（１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ）の相互間において、３相の位相の異なる組み合わせの場合もある。
【００１５】
図２（ｂ）はよく知られている３相交流の電圧波形を示すものである。各相の電圧は正弦波形の交流であって、３相からなる各相（相１、相２、相３）が１２０度ずつ位相の異なる組み合わせによって構成されている。なお、前記３相からなる各相は、図２（ａ）においては（ｕ、ｖ、ｗ）の組み合わせの３相交流に対応している。
【００１６】
＜第１直流ユニット、その１＞
図３は整流器２と平滑コンデンサ４と単位インバータ５からなる第１直流ユニット５００の構成を示す回路図である。図３に示した第１直流ユニット５００の回路は第２単位インバータ直列接続群９、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置の基本的な動作を説明するために示したものであるので、図１の第２単位インバータ直列接続群９から後記する回路保護手段３（図１）とバイパススイッチ６（図１）は除いて示している。
以下に、第１直流ユニット５００の主構成要素であるダイオード整流器４０１と平滑コンデンサ４と単位インバータ５について、順に述べる。
【００１７】
＜整流器と平滑コンデンサ＞
整流器２はダイオード２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２から構成されている。ダイオード２１１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２１２のカソードに接続されている。ダイオード２１２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２１１のアノードとダイオード２１２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｕ）１１１から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２１１のアノードとダイオード２１２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２１１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２１２を通り負極端子５０２に到達する。
以上から、第１直流ユニット端子（ｕ）１１１から３相交流の１相分の入力はダイオード２１１とダイオード２１２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００１８】
ダイオード２２１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２２２のカソードに接続されている。ダイオード２２２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２２１のアノードとダイオード２２２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｖ）１１２から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２２１のアノードとダイオード２２２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２２１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２２２を通り負極端子５０２に到達する。
以上から、第１直流ユニット端子（ｖ）１１２から３相交流の１相分の入力はダイオード２２１とダイオード２２２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００１９】
ダイオード２３１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２３２のカソードに接続されている。ダイオード２３２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２３１のアノードとダイオード２３２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｗ）１１３から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２３１のアノードとダイオード２３２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２３１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２３２を通り負極端子５０２に到達する。以上から、第１直流ユニット端子（ｗ）１０３から３相交流の１相分の入力はダイオード２３１とダイオード２３２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２０】
整流器２には第１直流ユニット端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３から３相交流の位相の異なる各相が入力しているので、さらに平均化され、正極端子５０１と負極端子５０２の間に接続された平滑コンデンサ４には、より平滑化された直流電力（電圧Ｖｄｃ）が蓄積される。
なお、図２（ａ）の変圧器１の変圧器出力端子（ｕ）１０１、（ｖ）１０２、（ｗ）１０３はそれぞれ、図３の第１直流ユニット端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３に接続されている。
【００２１】
＜単位インバータの構成＞
図３において、単位インバータ５は半導体スイッチ素子となる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor 以下、ＩＧＢＴと略す）５１１〜５１４で構成される。
ＩＧＢＴ（Ｓ１）５１１はコレクタが正極端子５０１に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子（ａ）５０３に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ３）５１３はエミッタが負極端子５０２に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子（ａ）５０３に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ２）５１２はコレクタが正極端子５０１に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子（ｂ）５０４に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ４）５１４はエミッタが負極端子５０２に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子（ｂ）５０４に接続されている。また、ＩＧＢＴ５１１〜５１４の各入力端子（ゲート端子）には単位インバータ制御手段１０（図８）の制御信号がそれぞれ接続されている。
なお、以上の半導体スイッチ素子（ＩＧＢＴ５１１〜ＩＧＢＴ５１４）の構成をブリッジ接続と呼ぶものとする。
【００２２】
このとき、ＩＧＢＴ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を図４に示したように行うと、単位インバータ出力端子（ａ）５０３と、単位インバータ出力端子（ｂ）５０４間には＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを意図的に発生させることができる。なお、ＩＧＢＴ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御は単位インバータ制御手段１０（図８）が一括して行う。
なお、半導体スイッチ素子は必ずしもＩＧＢＴで構成する必要はないが、ＩＧＢＴが比較的に絶縁性と耐圧性に優れ、単位インバータ５（図３）として、または第２単位インバータ直列接続群９（図１）、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置として、高電圧を容易に得やすい。
【００２３】
＜単位インバータの出力波形例＞
図５は単位インバータ５（図３）の単位インバータ出力端子（ａ）５０３と、単位インバータ出力端子（ｂ）５０４間の出力を０と＋Ｖｄｃとの間に発生させる場合におけるそれぞれの期間による出力電圧の相違を示す図である。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
０と＋Ｖｄｃの発生期間を等しくとった場合の出力電圧波形を示したのが図５（ａ）であり、０の発生期間よりも、＋Ｖｄｃの発生期間を長くとった場合の出力電圧波形を示したのが図５（ｂ）である。出力電圧の絶対値としては、ともに０と＋Ｖｄｃしか出力していないが、出力電圧の平均値としては図５（ｂ）の方が高くなる。
したがって、単位インバータ制御手段１０（図８）による単位インバータ５（図３）の制御を単にオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）のみならず、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の期間を制御すれば出力電圧の平均値として電圧値を設定する場合には、更に選択の自由度が高まる。
【００２４】
＜第１直流ユニット、その２＞
図３の第１直流ユニット５００を構成する要素として、整流器２、平滑コンデンサ４、および単位インバータ５について、それぞれ述べたので、第１直流ユニット５００としての動作を説明する。
図３において、第１直流ユニット入力端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３から３相交流を入力している。入力した３相交流は複数のダイオードからなる整流器２に入力する。整流器２は、入力した３相交流を全波整流して、交流を直流（平均電圧がＶｄｃ）に変換する。整流器２の出力は平滑コンデンサ（Ｃ）４を経て、単位インバータ５に供給され、単位インバータ出力端子（ａ）５０３、（ｂ）５０４間に＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃの直流電圧を単位インバータ制御手段１０（図８）の制御状況に応じて出力する。
【００２５】
＜単位インバータ直列接続群の構成＞
出力電圧を高く、あるいは出力電圧の種類を増やすために、複数の第１直流ユニット５００（図３）において、単位インバータ５の出力を直列に接続したものを単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）（図１）と表記する。
また、第１直流ユニット５００（図３）に回路保護手段３とバイパススイッチ６と交流電力１を更に具備したことから第２直流ユニット６００（図１５）が構成されている。
そして、図１において、第２単位インバータ直列接続群９は第２直流ユニット６００（図１５）における単位インバータ５（図３）の単位インバータ出力端子（ａ）、（ｂ）を直列に連続して接続して構成される。この構成によって、第２単位インバータ直列接続群９の出力端子からは、合成されて、より高圧の電圧や様々の電圧が出力されることが可能となる。
【００２６】
なお、第２単位インバータ直列接続群９は第２直流ユニット６００（図１５）を直列に連続して接続して構成されるので「直流ユニット直列接続群」、もしくは「第２直流ユニット直列接続群」とも表現できるが、ここでは出力電圧を合成するのであり、かつ出力電圧を直接出力しているのは単位インバータ５であるので「第２単位インバータ直列接続群」と称している。
また、前記したように第２単位インバータ直列接続群９から、交流電力１、整流器２、回路保護手段３、平滑コンデンサ４、バイパススイッチ６を除いた単位インバータ５にのみに着目して、単位インバータ５の直列接続群と捉えた場合にも単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ、・・・、５ｎ1＋５ｎ２＋・・・＋５ｎｍ）（図１）と表記する。
【００２７】
また、１個の第１直流ユニット５００（図３）の単位インバータ５（図３）には、１個の単位インバータ制御手段１０（図８）が備えられ、それにより開閉が制御されている。したがって、図１に示すように第２単位インバータ直列接続群９として、複数の第２直流ユニット６００（図１５）があり、かつ複数の第２単位インバータ直列接続群（９１〜９ｎ）があるので、多数の単位インバータ制御手段１０（図８）がある。図１の回路に含まれるこれら多数の単位インバータ制御手段１０（図８）を連携して動作させるため、これらを統括する統括インバータ制御手段（不図示）がある。
【００２８】
＜単位インバータ直列接続群の出力電圧波形例＞
図６は第２単位インバータ直列接続群９（図１）において、直列の段数ｍが３段の場合での出力波形例を示すものである。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
図６においては第２単位インバータ直列接続群９１相の電圧波形を＋２Ｖｄｃと＋３Ｖｄｃとの間で発生させていることを示している。これは、直列に接続された３個の単位インバータの内の２個の単位インバータの出力電圧を＋Ｖｄｃとし、残りの１個を０と＋Ｖｄｃとの間で変化させたものである。
【００２９】
また、０、＋Ｖｄｃ、＋２Ｖｄｃ、＋３Ｖｄｃ、およびこれらの負極性の電圧の階段状の波形（不図示）も発生できる。
なお、これらの電圧を発生させる制御は単位インバータ制御手段１０（図８）が行う。
また、第２単位インバータ直列接続群９において、第２単位インバータ直列接続群９１による出力である９１相のみならず、第２単位インバータ直列接続群９２による出力である９２相から、第２単位インバータ直列接続群９ｎによる出力である９ｎ相においても同様に制御し、階段状の波形を発生させることができる。
【００３０】
図７は単位インバータ５（もしくは第２直流ユニット６００（図１５））の段数を３段より、更に増やした場合の単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）（図１）の出力電圧波形例を示すものである。前記したように、単位インバータ５の出力は＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを選択でき、第２単位インバータ直列接続群９においては単位インバータ５の直列の段数を３段を超して構成でき、かつ単位インバータ５の出力の期間を単位インバータ制御手段１０（図８）で制御すれば図７（ａ）に示すような平均値としては曲線に近く、かつ最大値が高電圧の電圧波形を発生することができる。
【００３１】
なお、図７（ａ）が９１相〜９ｎ相の単相の出力電圧波形であるのに対して、図７（ｂ）は例えば９１相と９２相との相間の線間電圧の一例を表したものである。相電圧のみならず線間電圧で考えると自由度が高くなるので、更に刻み幅が細かくなり、より正弦波に近似された電圧波形も形成できる。
【００３２】
＜３相出力でモータ負荷の場合＞
図１において、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７が３相交流モータである場合には、ｎ組からなる第２単位インバータ直列接続群９ｎが、ｎ＝３の３組の第２単位インバータ直列接続群９１〜第２単位インバータ直列接続群９３からなり、かつその出力電圧が３相（ｕ、ｖ、ｗ）交流であることが究極的には望ましい。
単位インバータ制御手段１０（図８）もしくは統括インバータ制御手段（不図示）で単位インバータの半導体スイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ４）を開閉する周波数を変えれば、より近似した三相交流の波形が得られるとともに三相交流としての周波数も変えられる。
【００３３】
なお、幾ら単位インバータ５（もしくは第２直流ユニット６００（図１５））の段数を増やしても電圧波形の段差は完全には解消されないが、負荷が電動機の場合には電動機を構成する巻線（コイル）のインダクタンスが大きく、電流は滑らかに変化するので電動機の回転は電圧波形の段差の影響をあまり受けない。
また、後記するように、インバータと負荷との間に交流リアクトル（コイル）を直列接続して電圧・電流波形を滑らかにすることもある。
【００３４】
また、図１において、第２単位インバータ直列接続群９１における第１直流ユニット５００（図３）の整流器（２１１〜２１ｍ）は交流電力（１１１〜１１ｍ）から、それぞれ別々に３相交流電力を受けている。これは同じ３相交流だからといって、単に配線を分けて、同一交流電力から複数の第１直流ユニット５００（図３）に接続すると、単位インバータ５（もしくは第１直流ユニット５００）を直列に接続して高い電圧を発生されることが必ずしもできなくなるからである。したがって、それぞれの第１直流ユニット５００、つまりは図１におけるそれぞれの整流器（２１１〜２１ｍ）には、少なくとも直流的には隔離された別の交流電力（１１１〜１１ｍ）を用いる必要がある。
【００３５】
＜出力電圧の異常検出と補償＞
図８は本発明の第１の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路ブロック図である。
図８においては、図１の第２単位インバータ直列接続群９のうちの１個の単位インバータ５に係る回路を主として示している。なお、交流電力１、整流器２、回路保護手段３、平滑コンデンサ４、単位インバータ５、バイパススイッチ６によって第２直流ユニット６００（図１５）が構成されている。
交流電力１と整流器２と平滑コンデンサ４については前述した通りである。
また、単位インバータ５と単位インバータ制御手段１０の基本的な動作については説明した。ただし、本実施形態に係る異常時の動作については以下において説明を加える。
回路保護手段３、バイパススイッチ６、出力電圧余裕分供給手段８、運転異常検出手段１１、およびバイパススイッチ制御手段１２については、この後に説明する。
【００３６】
図８において、単位インバータ５が正常に動作可能な状態にあるとき、単位インバータ制御手段１０により単位インバータ５の半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を開閉（ＯＦＦ、ＯＮ）制御することにより、適正な出力電圧が供給される。そして、図１の複数のすべての単位インバータ５が正常に動作可能な状態にあるとき、交流負荷７に交流電力が供給される。
この場合、各単位インバータ５が正常であるため、運転異常検出手段１１から異常検出信号が出力されないので、バイパススイッチ制御手段１２からバイパススイッチ６に対して閉路指令が与えられない。このため、バイパススイッチ６はオフ（ＯＦＦ）状態のままである。
【００３７】
なお、運転異常検出手段１１は各単位インバータ５で短絡故障などが発生した場合に、交流出力側の電圧・電流異常や、直流入力側の電圧低下などを検出する。そして、運転異常検出手段１１は、バイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号を出力する。
この運転異常検出信号により、バイパススイッチ制御手段１２はバイパススイッチ６に閉路指令を出力する。
そして、バイパススイッチ６がオン（ＯＮ）し、交流負荷７に半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を通して流れていた電流がバイパススイッチを通して流れることになる。
【００３８】
また、運転異常検出信号は、回路保護手段３と出力電圧余裕分供給手段８にも出力される。
回路保護手段３では、運転異常検出信号によって電源側回路を開放することで、故障した単位インバータ５と交流電力１が損傷することを防止する。
出力電圧余裕分供給手段８では、運転異常検出信号の検出により、単位インバータ５の故障により不足する出力電圧分を、故障した単位インバータ５の代わりに出力する。
これらの結果、故障等の発生していない健全な単位インバータ５と、出力電圧余裕分供給手段８から供給される交流電圧によって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷７（図１）の運転が継続できる。
なお、出力電圧余裕分供給手段８の具体的な構成、動作等については後述する。
【００３９】
（第２の実施形態、ヒューズ）
図９は本発明の第２の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図９はヒューズ１３と関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図９において、ヒューズ１３は単位インバータ５を含めた第２直流ユニット６００（図１５）の回路で異常が発生し、過電流が流れた場合に、溶断もしくは遮断して回路を保護する。
【００４０】
図９では、回路保護手段３とヒューズ１３は分けているが、ヒューズ１３が回路保護手段３をかねても良い。また、図９で整流器２と平滑コンデンサ４の間に回路保護手段３とヒューズ１３は接続されているが、平滑コンデンサ４と単位インバータ５の間でも良い。
また、ヒューズ１３の溶断に伴って動作する動作接点により、溶断が電気信号となって、運転異常検出手段１１が運転異常を検出する。運転異常検出により、バイパススイッチ６が閉路されるのは図８と同様である。
【００４１】
（第３の実施形態、レベル判定＜１＞）
図１０は本発明の第３の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１０は電圧検出手段１４とレベル判定手段１５と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１０において、電圧検出手段１４が整流器２の出力端子（正極端子５０１、負極端子５０２（図３））の両端に備えられている。また、電圧検出手段１４の信号を判定するようにレベル判定手段１５が接続されている。
【００４２】
この構成により、単位インバータ５に印加される直流電圧を電圧検出手段１４により検出し、レベル判定手段１５は、電圧検出手段１４による検出値が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段１５はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１はバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４３】
（第４の実施形態、レベル判定＜２＞）
図１１は本発明の第４の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１１は電流検出手段１６とレベル判定手段１７と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１１において、電流検出手段１６が整流器２の出力端子（正極端子５０１（図３））と回路保護手段３との間に備えられている。また、電流検出手段１６の信号を判定するようにレベル判定手段１７が接続されている。
【００４４】
この構成により、レベル判定手段１７は、整流器２もしくは平滑コンデンサ４に流れる電流を電流検出手段１６により検出し、この検出電圧が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ５の異常を検出する。レベル判定手段１７はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４５】
（第５の実施形態、レベル判定＜３＞）
図１２は本発明の第５の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１２は電圧検出手段１８とレベル判定手段１９と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１２において、電圧検出手段１８が単位インバータ５の出力端子（（ａ）５０３、（ｂ）５０４（図３））間に備えられている。また、電圧検出手段１８の信号を判定するようにレベル判定手段１９が接続されている。
【００４６】
この構成により、レベル判定手段１９は、単位インバータ５の出力交流電圧を電圧検出手段１８により検出し、単位インバータ５が出力する電圧を電圧検出手段１８により検出し、レベル判定手段１９は、電圧検出手段１８による検出値が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ５の異常を検出する。レベル判定手段１９はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４７】
（第６の実施形態、レベル判定＜４＞）
図１３は本発明の第６の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１３は電圧検出手段２０とレベル判定手段２１と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１３において、電圧検出手段２０が整流器２の入力交流電圧の間に備えられている。また、電圧検出手段２０の信号を判定するようにレベル判定手段２１が接続されている。
【００４８】
この構成により、整流器２の入力交流電圧を電圧検出手段２０により検出し、レベル判定手段２１は、電圧検出手段２０による検出値が基準値に対して、過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段２１はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１はバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４９】
（第７の実施形態、レベル判定＜５＞）
図１４は本発明の第７の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１４は出力検出器２２〜２５と電圧検出手段２６と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１４において、出力検出器２２〜２５が単位インバータ５の半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれのエミッタとゲート間に備えられている。また電圧検出手段２６が単位インバータの出力端子（（ａ）５０３、（ｂ）５０４（図３））間に備えられている。また、出力検出器２２〜２５と電圧検出手段２０の信号を運転異常検出手段１１に送るように接続されている。
【００５０】
この構成において、単位インバータ制御手段１０の出力検出器２２〜２５に検出された電圧波形を運転異常検出手段１１に入力し、該電圧波形と基準電圧波形、もしくは電圧検出手段２６によって検出される単位インバータ５の出力交流電圧波形との比較によって、外部要因による異常を判別する。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００５１】
（第８の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜１＞）
図１５は、第８の実施形態の主な構成を示す回路図である。
出力電圧余裕分供給手段８（図１、図８）として、各第２単位インバータ直列接続群９にそれぞれ出力電圧余裕分を生み出す単位インバータ５を含む第２直流ユニット６００を接続したものである。
図１５において、出力電圧余裕分供給手段８は第２直流ユニット６００１０（交流電力１１０＋整流器２１０＋回路保護手段３１０＋平滑コンデンサ４１０＋単位インバータ５１０＋バイパススイッチ６１０）と第２直流ユニット６００ｎ０（交流電力１ｎ０＋整流器２ｎ０＋回路保護手段３ｎ０＋平滑コンデンサ４ｎ０＋単位インバータ５ｎ０＋バイパススイッチ６ｎ０）が第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に接続されたものである。
【００５２】
図１５においては、出力電圧余裕分供給手段となる第２直流ユニット６００は第２直流ユニット６００１０と第２直流ユニット６００ｎ０の２個しか示していないが、３個以上の複数個であってもよく、またｎ個の全数を備えてもよい。
【００５３】
また、図１５においては、出力電圧余裕分供給手段となる第２直流ユニット６００は各第２単位インバータ直列接続群９に対して直列方向に１段しか接続されていないが、直列方向に複数段、接続されていても良い。このとき、段数に応じて出力電圧余裕分は大きな値となり、電圧調整の範囲が広がる。
【００５４】
図１５において、通常の場合は出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）は零電圧（図４参照）を出力するか、もしくはバイパススイッチ６（６１０、６ｎ０）をオンしてパイパスしておく。
また、ある第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）中の単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）にて故障発生した場合は、図８に示す運転異常検出手段１１から、バイパススイッチ制御手段１２と出力電圧余裕分供給手段８に運転異常検出信号が送信される。
【００５５】
運転異常検出信号を受けたバイパススイッチ制御手段１２は、故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）に対応するバイパススイッチ６（６１1〜６1ｍ、・・・、６ｎ1〜６ｎｍのいずれか）をオン（ＯＮ）してパイパスする。
【００５６】
運転異常検出信号を受けた出力電圧余裕分供給手段８は故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）を含む第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に対応する出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）を動作させて、故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）の替わりに所定の出力電圧を発生することによって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
なお、出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）を動作させる場合には、それに対応するバイパススイッチ６（６１０、６ｎ０）はオフ（ＯＦＦ）する。
【００５７】
（第９の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜２＞）
図１６と図１７を参照して、本発明の第９の実施形態について説明する。
図１６は、第９の実施形態の出力電圧余裕分を発生させる回路の構成と、出力電圧余裕分と、単位インバータ定格出力電圧と負荷定格出力電圧の関係を示す各出力電圧の波形を示している。
図１６の第９の実施形態においては、図１に示す出力電圧余裕分供給手段８として、各単位インバータ５の定格出力電圧を負荷定格出力電圧よりも大きなものにし、負荷の定格出力運転に対する電圧余裕分としている。
【００５８】
つまり、第９の実施形態においては、図１に示す出力電圧余裕分供給手段８として、図１５に示した余分の第２直流ユニット６００１０（交流電力１１０＋整流器２１０＋回路保護手段３１０＋平滑コンデンサ４１０＋単位インバータ５１０＋バイパススイッチ６１０）もしくは６００ｎ０を設けるのではなく、図１の単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）の個々の出力電圧を調整する制御をして、故障時の電圧低下を補う方法をとっている。
【００５９】
これを図示したのが、図１７であり、第９の実施形態の主な構成を示す回路図である。
ある第２単位インバータ直列接続群９中の単位インバータ５にて故障発生した場合、図８に示す運転異常検出手段１１より、単位インバータ制御手段に対して、運転異常検出信号が送信され、出力電圧余裕分供給手段８を用いて、故障していない各単位インバータ５からの出力電圧を増すことにより、故障によって不足にする出力電圧を補償し、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
【００６０】
図１７において、第２単位インバータ直列接続群（９１＋８１）、（９２＋８２）、・・・、（９ｎ＋８ｎ）において、（９１）、（９２）、・・・、（９ｎ）は通常時の第２単位インバータ直列接続群９の出力を発生させる回路と制御に相当するものを意味し、（８１）、（８２）、・・・、（８ｎ）は単位インバータ５の故障時において、発生させる余裕分の回路と制御に相当するものを意味している。
これは、もともと通常の場合においては最大の出力電圧が負荷定格出力電圧よりも大きく、余裕分として調整していた電圧を、故障発生時に使用するものである。この方法について、以下に説明を加える。
【００６１】
図５において、図５（ａ）、図５（ｂ）ともに単位インバータ５としては０と＋Ｖｄｃの２値を出力している。図５（ａ）では０と＋Ｖｄｃをそれぞれ出力している時間（期間）は同一であるので平均としての出力電圧は概ね＋（０．５）Ｖｄｃである。一方、図５（ｂ）では０よりも＋Ｖｄｃを出力している期間が長く（概ね６倍）、平均としての出力電圧は概ね＋（０．８５）Ｖｄｃである。したがって、単位インバータ５としては０と＋Ｖｄｃの２値の出力でありながら、平均出力電圧は単位インバータ５のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御の仕方で調整できる。
【００６２】
図１６の第９の実施形態においてはこの方法を用いている。通常は前記したように、出力電圧に余裕がある分を単位インバータ５のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を負荷定格出力電圧になるように抑える方法をとり、故障の際には、故障した単位インバータ５の電圧を補うように他の単位インバータ５の制御方法を変える。
この単位インバータ５の制御は個々の単位インバータ制御手段１０のみが単独で行うのではなく、複数の単位インバータ５を統括して制御する統括インバータ制御手段（不図示）と運転異常検出手段１１の連携のもとに行う。
【００６３】
（第１０の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜３＞）
図１８は、第１０の実施形態を示す図である。第８の実施形態における、出力電圧余裕分供給手段８として、全ての第２単位インバータ直列接続群９に余分な単位インバータ５を接続したものである。第８の実施形態における限定された回路であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
（第１１の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜４＞）
図１９及び図２０は本発明の第１１の実施形態を説明する為の図であって、それぞれ出力電圧のベクトル図、制御を行う際の制御ブロック図である。
図１９は、図１のような主回路において、３相交流を供給する際に、その出力電圧をベクトル図に展開したものである。ある相にて単位インバータが故障した際に、バイパスによりその出力相電圧は故障前より低下し、そのままだと、故障前と同等の出力線間電圧が確保できない。そこで、他の相において、出力電圧余裕分にて故障相で不足する電圧と逆方向に相電圧を増すことで、故障後も故障前と同等の出力線間電圧を保つことができる。
【００６５】
これは、図７において前述したように、出力電圧の制御は単独の相のみで行う方法もあれば、相と相の間の線間での電圧を用いる方法もある。これは第２単位インバータ直列接続群９において、単独で出力電圧の制御を行う方法以外に、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）において、線間でも制御できることを示している。
【００６６】
図２０は、以上の制御を行う際の一例を示す制御ブロック図である。
図２０において、電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎを規定された出力できる最大電圧値に抑える機能を有している。故障時にはバイパスを行った相において、通常時よりも出力できる最大電圧値が減少するため、電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは運転異常検出手段１１Ｖ１〜１１Ｖｎから故障情報を受け取り、適宜出力できる最大電圧値を変更する役目を有している。電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎにおける電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは図５を参照して前述したように単位インバータ５（図８）の０や＋Ｖｄｃを出力する割合や、図６、図７（ａ）、（ｂ）を参照して前述したように第２単位インバータ直列接続群９（図１）における単位インバータ５（図８）の連携や、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）（図１）の相互の線間電圧における連携によって調整される。この調整は、単位インバータ制御手段１０（図８）や統括インバータ制御手段（不図示）の制御によって行っている。
【００６７】
したがって、故障がない場合には電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは比較的に余裕があって、規定された最大電圧値よりも低い電圧となっている。電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎを規定された出力できる最大電圧値に抑える。前記した故障がない場合には電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力電圧より低い電圧となる。
電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力と、電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎはともに、それぞれ比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎに入力される。比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎはその比較結果を集計手段８３Ｖｓに送る。集計手段８３Ｖｓは比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎから送られた比較結果を合計する。
【００６８】
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＡ端子には、それぞれ電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＢ端子には、集計手段８３Ｖｓの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＣ端子には、それぞれ電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎが入力する。
【００６９】
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎにおいて、Ａ端子の入力電圧とＣ端子の入力電圧とが比較され、Ａ＝Ｃであれば、Ａ端子の入力電圧からＢ端子の入力電圧を引いたものが、それぞれ出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎの出力電圧として出力する。
また、Ａ＝ＣでなければＡ端子の入力電圧を出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎの出力電圧として出力する。
これは、制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは、出力できる最大電圧値Ｖ*limit（＊は１〜ｎ）にてリミットされ、リミットが掛かっていない場合、他の相のリミットオーバー値の総和を減算され、出力電圧指令Ｖ１’〜Ｖｎ’となる。
この処理によって、故障した相でリミットに掛かり出力できなかった分の電圧を、他の相によって補い、線間電圧は故障前と同等の値を維持することが可能となる。
【００７０】
なお、図２０において、示した電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎ、比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎ、集計手段８３Ｖｓ、出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎは図１の回路図において、必ずしも、さらに加えられるものではなく、図１の出力電圧余裕分供給手段８や、単位インバータ制御手段１０（図８）、統括インバータ制御手段（不図示）、運転異常検出手段１１（図８）等が機能を分担して兼ねることができる。
【００７１】
（第１２の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜５＞）
図２１は、第１２の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２１において、第２単位インバータ直列接続群９（９１、９２〜９ｎ）に対して、出力電圧余裕分供給手段８の第２直流ユニット６００２０、・・・、６００ｎ０がそれぞれに対応して、すべて用意されてはいない。
第１１の実施例に示す制御を使用すれば、出力電圧余裕分供給手段８は、全ての第２単位インバータ直列接続群９に備わっている必要はない。余分な単位インバータが存在する群でバイパスを行う際は、余分な単位インバータにより不足する相電圧を補償し、余分な単位インバータが存在しない群でバイパスを行う際には、他の群において、第１１の実施例に示す制御を使用することで、故障前と同等の線間電圧を確保することが出来る。この実施形態は、余分な単位インバータを少なくすることが出来る為、コストダウンとなる。
【００７２】
（第１３の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜６＞）
図２２は、第１３の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２２において、出力電圧余裕分供給手段８としての、第２直流ユニット６００１０は１個のみを備えている。スイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡはそれぞれ第２直流ユニット６００１０における単位インバータ５１０の一方の端子と第２単位インバータ直列接続群９１〜９ｎの出力端子との間に接続されている。また、スイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢはそれぞれ第２直流ユニット６００１０における単位インバータ５１０の他方の端子、つまり中性点（ＮＰ）９０１と第２単位インバータ直列接続群９１〜９ｎの出力端子との間に接続されている。
【００７３】
通常の場合である単位インバータの故障の前は、半導体スイッチ素子などで構成されるスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢをオン（ＯＮ）しておき、故障時に運転異常検出手段１１からの信号により、故障した単位インバータ５がある回路のスイッチＳ＊Ｂをオフ（ＯＦＦ）し、スイッチＳ＊Ａをオン（ＯＮ）することにより、余分な単位インバータを故障した単位インバータの補償に当てることができる。なお、Ｓ＊ＢやＳ＊Ａにおいて、＊に１〜ｎの第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に相当する番号が対応するものとする。
また、スイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡを故障時ＯＮスイッチ、スイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢを非故障時ＯＮスイッチと表記する。またスイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡとスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢを故障時切換スイッチと表記する。
【００７４】
このような故障時ＯＮスイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡと非故障時ＯＮスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢとからなるスイッチ回路を組むことで、出力電圧余裕分供給手段８に必要な単位インバータを少なくすることが出来る。
また、図２２においては、第２直流ユニット６００は１個のみの場合を示したが、複数個を備えてもよい。ただし、このとき、この切り替えのためのスイッチと配線をさらに備える必要がある。
【００７５】
（第１４の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜７＞）
図２３は、第１４の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２３において、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）の出力に直列に変圧器２７（２７１〜２７ｎ）をそれぞれ接続し、変圧器２７の他方の巻線に出力電圧余裕分に相当する第２直流ユニット６００（６００１０〜６００ｎ０）の出力をそれぞれ接続して、故障時のバイパスによる出力電圧不足を、変圧器２７を通して補償する。
図２３では、変圧器２７は中性点（ＮＰ）９０１側に接続したが、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７側でもかまわない。
【００７６】
直列多重インバータの負荷側にはフィルタやインピーダンスとしての目的で、交流リアクトルが接続されることがある。図７（ａ）、（ｂ）で示した階段状の出力電圧波形であっても、このリアクトルによって電流の変化を滑らかにすることができる。
図２３における変圧器２７は交流リアクトルと構成が似ている為、同様の目的で接続できることが、さらなる効果となる。
【００７７】
（その他の実施形態）
以上、本発明が適用される直列多重インバータ装置としての全体的な構成としての実施形態を述べてきたが、個々の回路、手段においては前述したものに限らない。以下に個々の要素の実施形態について述べる。
【００７８】
＜回路保護手段の実施形態＞
図２４は、回路保護手段３の位置の実施例を示すものである。前記の各実施形態における回路保護手段３は、図２４(a)に示すように、交流電力１と整流器２との間でも良い。
また、回路保護手段３は、図２４(ｂ)のように整流器２と平滑コンデンサ４との間でもよい。なお、この位置関係は図１で示した回路保護手段３と整流器２と平滑コンデンサ４の関係と同一である。
また、回路保護手段３は、図２４(c)のように平滑コンデンサ４と単位インバータ５との間でも良い。
また、回路保護手段３は、図２４(d)のように単位インバータ５とバイパススイッチ６の間のいずれであっても良い。
【００７９】
また、回路保護手段３に使用する素子としては図２５に示すように様々な実施形態がある。
図２５（ａ）は入力信号によってオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）ができる自己消弧型半導体素子（例えばＩＧＢＴ）である半導体スイッチ素子が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。
図２５（ｂ）は規定値以上の過電流によって溶断するヒューズである。
図２５（ｃ）は規定値以上の過電流によって遮断する遮断器である。
また、故障時の単位インバータ５の半導体スイッチ素子を開放とすることで、回路保護手段の代替としても良い。但しその場合、半導体スイッチ素子の短絡故障からは回路を保護できない。
【００８０】
＜バイパススイッチの実施形態＞
図２６（図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、図２６Ｄ、図２６Ｅ）はバイパススイッチの実施形態を示すものである。
図２６Ａは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子（６Ａ１、６Ａ２）が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子（６Ａ１、６Ａ２）のゲート端子を制御する。
なお、自己消弧型半導体素子として前記したようにＩＧＢＴがある。この回路の場合、逆方向電圧によって破壊されないように、ＩＧＢＴは逆方向電圧阻止型ＩＧＢＴ（逆阻止型ＩＧＢＴ）を使用する。
【００８１】
図２６Ｂは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）が極性を逆方向で、直列に接続された構成である。半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）に対して逆方向電流を流す為に、ダイオード（６Ｂ３、６Ｂ４）が半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）に並列に接続されている。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）のゲート端子を制御する。
【００８２】
図２６Ｃはダイオード６Ｃ１、６Ｃ２、６Ｃ３、６Ｃ４がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ（Thyristor、短絡用制御極付半導体素子）６Ｃ５が接続されている。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｃ５のゲート端子を制御する。
【００８３】
図２６Ｄはダイオード６Ｄ１、６Ｄ２、６Ｄ３、６Ｄ４がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ６Ｄ５が接続されている。この回路が単位インバータ５の電源間（正極端子５０１と負極端子５０２間（図３））、つまり、平滑コンデンサ４（図３）に並列に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｄ５のゲート端子を制御する。なお、この回路は図２６Ｃの回路と同一の構成であるが、バイパスをする経路が異なっている。
【００８４】
図２６Ｅは１個のサイリスタ６Ｅ５が単位インバータ５の電源間（正極端子５０１と負極端子５０２間（図３））、つまり、平滑コンデンサ４（図３）に並列に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｅ５のゲート端子を制御する。
【００８５】
なお、図２６Ｄと図２６Ｅのバイパス回路については、直流側の短絡（平滑コンデンサ４（図３）の両端）も行う為、回路保護手段３での直流回路保護が必須となる。
また、図２６Ｅに関しては、単位インバータ５の半導体スイッチ素子としてよく使われているＩＧＢＴに常備されているフリーホイールダイオードを利用して負荷側電流を通流するが、フリーホイールダイオードは通常、ＩＧＢＴ定格電流よりも容量が少ない為、素子の選定に注意が必要となる。
【００８６】
また、前記のバイパススイッチの他に、ナイフスイッチや電磁接触器など、機械的接点でのスイッチングでもバイパスは可能である。しかし、時間応答性の問題から、前記のような半導体スイッチ素子を用いることが望ましい。
【００８７】
＜交流電力＞
図１、図２において、交流電力１は３相交流の場合を説明したが、単相や２相、あるいは４相以上で構成してもよい。相の数が多いほど、一般的には整流器２（図１、図２）を通った後の出力電圧のリップルが少ない。
【００８８】
また、図１、図１５、図１７、図１８、図２１〜図２３において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）が記載されているが、３相交流そのものが供給される場合には、本実施形態に交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）が装置として含まれていなくともよい。
【００８９】
＜単位インバータ制御手段＞
図８〜図１４において、単位インバータ制御手段１０は、単位インバータ５毎にそれぞれ備えられていることを示し、これら複数の単位インバータ制御手段１０を統括して制御する統括単位インバータ制御手段（不図示）が別にさらに備えられていると説明した。しかし、前記した単位インバータ制御手段１０は必ずしも個々の単位インバータ５毎に具備する必要はなく、共有してもよい。また、統括単位インバータ制御手段（不図示）が直接、複数の単位インバータ５を制御してもよい。
【００９０】
＜バイパススイッチ制御手段＞
図８〜図１４において、バイパススイッチ制御手段１２は、単位インバータ５毎にそれぞれ備えられているバイパススイッチ６を制御している。このとき、バイパススイッチ制御手段１２がバイパススイッチ６に対して、それぞれ具備する場合もあるし、また、ひとつのバイパススイッチ制御手段１２が複数のバイパススイッチ６を一括して制御する場合もある。
【００９１】
以上、本実施形態は、整流器の直流電力を交流電力に変換するものであって、単位インバータを複数個準備し、その入力側が平滑コンデンサを介して整流器に並列に接続され、各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する直列多重式インバータにおいて、運転異常検出手段が異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応するバイパス回路によって単位インバータの出力側を短絡し、同時に、単位インバータを保護する保護回路によって単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡するので出力電圧が不足となるが、装置の出力電圧余裕分によって、不足分となる電圧を補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行うものである。
【００９２】
したがって、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供する。
また、直列多重インバータ装置の構成のみではなく、直列多重インバータの制御方法についても示している。
【符号の説明】
【００９３】
１、１１０〜１ｎ０、１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ 交流電力、変圧器
２、２１０〜２ｎ０、２１１〜２１ｍ、２ｎ１〜２ｎｍ 整流器
３、３１０〜３ｎ０、３１１〜３１ｍ、３ｎ１〜３ｎｍ 回路保護手段
４、４１０〜４ｎ０、４１１〜４１ｍ、４ｎ１〜４ｎｍ 平滑コンデンサ
５、５１０〜５ｎ０、５１１〜５１ｍ、５ｎ１〜５ｎｍ 単位インバータ
６、６１０〜６ｎ０、６１１〜６１ｍ、６ｎ１〜６ｎｍ バイパススイッチ
６Ａ１、６Ａ２、６Ｂ１、６Ｂ２ 半導体スイッチ素子
６Ｂ３、６Ｂ４、６Ｃ１〜６Ｃ４、６Ｄ１〜６Ｄ４ ダイオード
６Ｃ５、６Ｄ５、６Ｅ５ サイリスタ、短絡用制御極付半導体素子
７ 交流負荷、ＡＣＬｏａｄ
８、８１〜８ｎ 出力電圧余裕分供給手段
９、９１〜９ｎ 第２単位インバータ直列接続群
１０ 単位インバータ制御手段
１１、１１１〜１１ｎ 運転異常検出手段
１２ バイパススイッチ制御手段
１３ ヒューズ、回路保護手段
１４、１８、２０、２６ 電圧検出手段
１５、１７、１９、２１ レベル判定手段
１６ 電流検出手段
２２〜２５ 出力検出器
２７、２７１〜２７ｎ 変圧器
８１Ｖ１〜８１Ｖｎ 電圧リミット手段
８２Ｖ１〜８２Ｖｎ 比較手段
８３Ｖｓ 集計手段
８４Ｖ１〜８４Ｖｎ 出力電圧調整手段
１０１〜１０３ 変圧器出力端子（（ｕ）、（ｖ）、（ｗ））
１０４、１０５、１０６ 変圧器二次側巻線
１１１〜１１３ 第１直流ユニット端子（（ｕ）、（ｖ）、（ｗ））
２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２ ダイオード
５００ 第１直流ユニット
５０１ 正極端子
５０２ 負極端子
５０３ 単位インバータ出力端子（ａ）
５０４ 単位インバータ出力端子（ｂ）
５１１〜５１４、Ｓ１〜Ｓ４ 半導体スイッチ素子、ＩＧＢＴ
６００、６００２０〜６００ｎ０ 第２直流ユニット
９０１ 中性点（ＮＰ）
Ｖ１〜Ｖｎ 制御前電圧指令
Ｖ１’〜Ｖｎ’ 制御後電圧指令
Ｓ１Ａ〜ＳｎＡ スイッチ、故障時ＯＮスイッチ、故障時切換スイッチ
Ｓ１Ｂ〜ＳｎＢ スイッチ、非故障時ＯＮスイッチ、故障時切換スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位インバータの出力側を直列接続して得られる高電圧出力を、交流負荷に供給する直列多重インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換器としての直列多重インバータ装置として、複数の単位インバータの出力を直列接続し、高電圧出力を行う構成が知られている。このような直列多重インバータ装置において、単位インバータが故障した場合、単位インバータは回路に直列に接続されている為、電流経路がなくなり、電流を流すことが出来なくなる。このため、単位インバータが故障した場合は、装置全体を停止させていた。
また、装置全体の停止を避けるための方法としては、特許文献１があり、単位インバータの出力をバイパスするバイパス回路を持たせ、単位インバータ故障時にバイパス回路を動作させることによって、電流経路を作り、単位インバータ故障時も運転の継続を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９６５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示した、単位インバータが短絡故障や開放故障等をした場合において、単位インバータの出力を短絡し、故障した単位インバータを回路から切り離して、運転を継続する方法では、切り離した単位インバータの分の出力電圧が低下するため、出力電圧が不足し、故障前の出力条件に一致させた運転が出来なくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備えた。
【０００７】
かかる構成により、前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチによって前記単位インバータの出力側を短絡する、それと同時に、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡することによって生じた出力電圧の不足分を、前記出力電圧余裕分供給手段によって補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の直列多重インバータ装置の第１の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に含まれる交流電力の構成を示すもので、（ａ）は変圧器出力の二次側巻線の構成を示す図であり、（ｂ）は３相交流の電圧波形を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に含まれる整流器とコンデンサと単位インバータからなる第１直流ユニットの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態に含まれる単位インバータの機能動作を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に含まれる単位インバータの出力電圧動作波形例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である単位インバータ直列接続群の相電圧の出力電圧動作波形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態である単位インバータ直列接続群の線間電圧の出力電圧動作波形例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態の第２直流ユニットとそれに関連する主な各手段の構成を示す回路図である。
【図１５】本発明の第８の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１６】本発明の第９の実施形態の出力電圧余裕分を発生させる回路の構成と、単位インバータの出力電圧波形を示す図である。
【図１７】本発明の第９の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の第１０の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図１９】本発明の第１１の実施形態の制御を説明する為の出力電圧ベクトル図である。
【図２０】本発明の第１１の実施形態の制御方法を説明する為の制御ブロック図である。
【図２１】本発明の第１２の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２２】本発明の第１３の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２３】本発明の第１４の実施形態の主な構成を示す回路図である。
【図２４】本発明の回路保護手段の各種接続方法を示す回路図である。
【図２５】本発明の回路保護手段に使用される素子を示す図である。
【図２６Ａ】本発明のバイパススイッチの第１の構成を示す回路図である。
【図２６Ｂ】本発明のバイパススイッチの第２の構成を示す回路図である。
【図２６Ｃ】本発明のバイパススイッチの第３の構成を示す回路図である。
【図２６Ｄ】本発明のバイパススイッチの第４の構成を示す回路図である。
【図２６Ｅ】本発明のバイパススイッチの第５の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を次に説明する。実施形態の全体的な構成や、実施形態を構成する個々の要素について、述べる。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の直列多重インバータ装置の第１の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図１において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）、から整流器２（２１1〜２1ｍ、・・・、２ｎ1〜２ｎｍ）、平滑コンデンサ４（４１1〜４1ｍ、・・・、４ｎ1〜４ｎｍ）を通して供給される直流電圧を交流電圧に変換する単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）の出力を直列にｍ個接続し、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）を構成し、その第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）をｎ個並列に接続し、その出力端を交流負荷７に接続し交流電力を供給するものである。出力電圧余裕分供給手段８は、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に直列接続され、インバータ故障時に不足する電圧を保障する。
なお、図１において、出力電圧余裕分供給手段８は装置の中性点（ＮＰ）９０１側に接続されているが、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７側や、単位インバータ５の直列接続間などに接続されていても良い。
【００１２】
また、以上において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）、整流器２（２１1〜２1ｍ、・・・、２ｎ1〜２ｎｍ）、平滑コンデンサ４（４１1〜４1ｍ、・・・、４ｎ1〜４ｎｍ）、単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）と表現したが、これらを簡略して、それぞれ交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４、単位インバータ５、第２単位インバータ直列接続群９と表記することもある。
なお、第２単位インバータ直列接続群９には、単位インバータ５以外にも交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４も含まれている。しかし、これらの交流電力１、整流器２、平滑コンデンサ４を含まず、単位インバータ５のみに着目し、単位インバータ５の出力を直列に例えばｍ個接続した構成（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）を単位インバータ直列接続群と表記し、第２単位インバータ直列接続群９とは区別するものとする。
【００１３】
図１の直列多重インバータ装置の主回路の動作、機能の詳細を述べるために、図１に示した個々の回路の構成、機能、動作を先に説明する。
第２単位インバータ直列接続群９に含まれた構成要素を順に説明する。
【００１４】
＜交流電力＞
交流電力１（図１）の具体的な構成を図２で示す。
図２（ａ）は３相交流用の変圧器１の二次側の構成を示している。変圧器１の変圧器二次側巻線１０４、１０５、１０６によって、変圧器出力端子（ｕ）１０１、（ｖ）１０２、（ｗ）１０３から（ｕ、ｖ、ｗ）の組み合わせの３相交流が出力される。
図２（ａ）においては、変圧器１の一次側は図示していないが、３相交流用の変圧器１を図１においては交流電力１（１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ）と表記している。なお、図２（ａ）では変圧器の構成をΔ結線（デルタ結線）の場合を示したが、Ｙ結線（スター結線）の場合もある。また、同じΔ結線の構成の変圧器を用いる場合でも、交流電力１（１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ）の相互間において、３相の位相の異なる組み合わせの場合もある。
【００１５】
図２（ｂ）はよく知られている３相交流の電圧波形を示すものである。各相の電圧は正弦波形の交流であって、３相からなる各相（相１、相２、相３）が１２０度ずつ位相の異なる組み合わせによって構成されている。なお、前記３相からなる各相は、図２（ａ）においては（ｕ、ｖ、ｗ）の組み合わせの３相交流に対応している。
【００１６】
＜第１直流ユニット、その１＞
図３は整流器２と平滑コンデンサ４と単位インバータ５からなる第１直流ユニット５００の構成を示す回路図である。図３に示した第１直流ユニット５００の回路は第２単位インバータ直列接続群９、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置の基本的な動作を説明するために示したものであるので、図１の第２単位インバータ直列接続群９から後記する回路保護手段３（図１）とバイパススイッチ６（図１）は除いて示している。
以下に、第１直流ユニット５００の主構成要素であるダイオード整流器４０１と平滑コンデンサ４と単位インバータ５について、順に述べる。
【００１７】
＜整流器と平滑コンデンサ＞
整流器２はダイオード２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２から構成されている。ダイオード２１１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２１２のカソードに接続されている。ダイオード２１２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２１１のアノードとダイオード２１２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｕ）１１１から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２１１のアノードとダイオード２１２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２１１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２１２を通り負極端子５０２に到達する。
以上から、第１直流ユニット端子（ｕ）１１１から３相交流の１相分の入力はダイオード２１１とダイオード２１２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００１８】
ダイオード２２１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２２２のカソードに接続されている。ダイオード２２２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２２１のアノードとダイオード２２２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｖ）１１２から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２２１のアノードとダイオード２２２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２２１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２２２を通り負極端子５０２に到達する。
以上から、第１直流ユニット端子（ｖ）１１２から３相交流の１相分の入力はダイオード２２１とダイオード２２２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００１９】
ダイオード２３１のカソードは正極端子５０１に接続され、アノードはダイオード２３２のカソードに接続されている。ダイオード２３２のアノードは負極端子５０２に接続されている。また、ダイオード２３１のアノードとダイオード２３２のカソードの接続点には、第１直流ユニット端子（ｗ）１１３から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード２３１のアノードとダイオード２３２のカソードの接続点に入力した正弦波の電圧が正であればダイオード２３１を通り正極端子５０１に到達する。また、負であればダイオード２３２を通り負極端子５０２に到達する。以上から、第１直流ユニット端子（ｗ）１０３から３相交流の１相分の入力はダイオード２３１とダイオード２３２によって全波整流され正極端子５０１と負極端子５０２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２０】
整流器２には第１直流ユニット端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３から３相交流の位相の異なる各相が入力しているので、さらに平均化され、正極端子５０１と負極端子５０２の間に接続された平滑コンデンサ４には、より平滑化された直流電力（電圧Ｖｄｃ）が蓄積される。
なお、図２（ａ）の変圧器１の変圧器出力端子（ｕ）１０１、（ｖ）１０２、（ｗ）１０３はそれぞれ、図３の第１直流ユニット端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３に接続されている。
【００２１】
＜単位インバータの構成＞
図３において、単位インバータ５は半導体スイッチ素子となる絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor 以下、ＩＧＢＴと略す）５１１〜５１４で構成される。
ＩＧＢＴ（Ｓ１）５１１はコレクタが正極端子５０１に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子（ａ）５０３に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ３）５１３はエミッタが負極端子５０２に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子（ａ）５０３に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ２）５１２はコレクタが正極端子５０１に接続され、エミッタは単位インバータ出力端子（ｂ）５０４に接続されている。ＩＧＢＴ（Ｓ４）５１４はエミッタが負極端子５０２に接続され、コレクタは単位インバータ出力端子（ｂ）５０４に接続されている。また、ＩＧＢＴ５１１〜５１４の各入力端子（ゲート端子）には単位インバータ制御手段１０（図８）の制御信号がそれぞれ接続されている。
なお、以上の半導体スイッチ素子（ＩＧＢＴ５１１〜ＩＧＢＴ５１４）の構成をブリッジ接続と呼ぶものとする。
【００２２】
このとき、ＩＧＢＴ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を図４に示したように行うと、単位インバータ出力端子（ａ）５０３と、単位インバータ出力端子（ｂ）５０４間には＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを意図的に発生させることができる。なお、ＩＧＢＴ（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御は単位インバータ制御手段１０（図８）が一括して行う。
なお、半導体スイッチ素子は必ずしもＩＧＢＴで構成する必要はないが、ＩＧＢＴが比較的に絶縁性と耐圧性に優れ、単位インバータ５（図３）として、または第２単位インバータ直列接続群９（図１）、あるいは本実施形態の直列多重インバータ装置として、高電圧を容易に得やすい。
【００２３】
＜単位インバータの出力波形例＞
図５は単位インバータ５（図３）の単位インバータ出力端子（ａ）５０３と、単位インバータ出力端子（ｂ）５０４間の出力を０と＋Ｖｄｃとの間に発生させる場合におけるそれぞれの期間による出力電圧の相違を示す図である。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
０と＋Ｖｄｃの発生期間を等しくとった場合の出力電圧波形を示したのが図５（ａ）であり、０の発生期間よりも、＋Ｖｄｃの発生期間を長くとった場合の出力電圧波形を示したのが図５（ｂ）である。出力電圧の絶対値としては、ともに０と＋Ｖｄｃしか出力していないが、出力電圧の平均値としては図５（ｂ）の方が高くなる。
したがって、単位インバータ制御手段１０（図８）による単位インバータ５（図３）の制御を単にオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）のみならず、オン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の期間を制御すれば出力電圧の平均値として電圧値を設定する場合には、更に選択の自由度が高まる。
【００２４】
＜第１直流ユニット、その２＞
図３の第１直流ユニット５００を構成する要素として、整流器２、平滑コンデンサ４、および単位インバータ５について、それぞれ述べたので、第１直流ユニット５００としての動作を説明する。
図３において、第１直流ユニット入力端子（ｕ）１１１、（ｖ）１１２、（ｗ）１１３から３相交流を入力している。入力した３相交流は複数のダイオードからなる整流器２に入力する。整流器２は、入力した３相交流を全波整流して、交流を直流（平均電圧がＶｄｃ）に変換する。整流器２の出力は平滑コンデンサ（Ｃ）４を経て、単位インバータ５に供給され、単位インバータ出力端子（ａ）５０３、（ｂ）５０４間に＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃの直流電圧を単位インバータ制御手段１０（図８）の制御状況に応じて出力する。
【００２５】
＜単位インバータ直列接続群の構成＞
出力電圧を高く、あるいは出力電圧の種類を増やすために、複数の第１直流ユニット５００（図３）において、単位インバータ５の出力を直列に接続したものを単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）（図１）と表記する。
また、第１直流ユニット５００（図３）に回路保護手段３とバイパススイッチ６と交流電力１を更に具備したことから第２直流ユニット６００（図１５）が構成されている。
そして、図１において、第２単位インバータ直列接続群９は第２直流ユニット６００（図１５）における単位インバータ５（図３）の単位インバータ出力端子（ａ）、（ｂ）を直列に連続して接続して構成される。この構成によって、第２単位インバータ直列接続群９の出力端子からは、合成されて、より高圧の電圧や様々の電圧が出力されることが可能となる。
【００２６】
なお、第２単位インバータ直列接続群９は第２直流ユニット６００（図１５）を直列に連続して接続して構成されるので「直流ユニット直列接続群」、もしくは「第２直流ユニット直列接続群」とも表現できるが、ここでは出力電圧を合成するのであり、かつ出力電圧を直接出力しているのは単位インバータ５であるので「第２単位インバータ直列接続群」と称している。
また、前記したように第２単位インバータ直列接続群９から、交流電力１、整流器２、回路保護手段３、平滑コンデンサ４、バイパススイッチ６を除いた単位インバータ５にのみに着目して、単位インバータ５の直列接続群と捉えた場合にも単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ、・・・、５ｎ1＋５ｎ２＋・・・＋５ｎｍ）（図１）と表記する。
【００２７】
また、１個の第１直流ユニット５００（図３）の単位インバータ５（図３）には、１個の単位インバータ制御手段１０（図８）が備えられ、それにより開閉が制御されている。したがって、図１に示すように第２単位インバータ直列接続群９として、複数の第２直流ユニット６００（図１５）があり、かつ複数の第２単位インバータ直列接続群（９１〜９ｎ）があるので、多数の単位インバータ制御手段１０（図８）がある。図１の回路に含まれるこれら多数の単位インバータ制御手段１０（図８）を連携して動作させるため、これらを統括する統括インバータ制御手段（不図示）がある。
【００２８】
＜単位インバータ直列接続群の出力電圧波形例＞
図６は第２単位インバータ直列接続群９（図１）において、直列の段数ｍが３段の場合での出力波形例を示すものである。なお、縦軸は電圧、横軸は時間である。
図６においては第２単位インバータ直列接続群９１相の電圧波形を＋２Ｖｄｃと＋３Ｖｄｃとの間で発生させていることを示している。これは、直列に接続された３個の単位インバータの内の２個の単位インバータの出力電圧を＋Ｖｄｃとし、残りの１個を０と＋Ｖｄｃとの間で変化させたものである。
【００２９】
また、０、＋Ｖｄｃ、＋２Ｖｄｃ、＋３Ｖｄｃ、およびこれらの負極性の電圧の階段状の波形（不図示）も発生できる。
なお、これらの電圧を発生させる制御は単位インバータ制御手段１０（図８）が行う。
また、第２単位インバータ直列接続群９において、第２単位インバータ直列接続群９１による出力である９１相のみならず、第２単位インバータ直列接続群９２による出力である９２相から、第２単位インバータ直列接続群９ｎによる出力である９ｎ相においても同様に制御し、階段状の波形を発生させることができる。
【００３０】
図７は単位インバータ５（もしくは第２直流ユニット６００（図１５））の段数を３段より、更に増やした場合の単位インバータ直列接続群（５１1＋５1２＋・・・＋５1ｍ）（図１）の出力電圧波形例を示すものである。前記したように、単位インバータ５の出力は＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを選択でき、第２単位インバータ直列接続群９においては単位インバータ５の直列の段数を３段を超して構成でき、かつ単位インバータ５の出力の期間を単位インバータ制御手段１０（図８）で制御すれば図７（ａ）に示すような平均値としては曲線に近く、かつ最大値が高電圧の電圧波形を発生することができる。
【００３１】
なお、図７（ａ）が９１相〜９ｎ相の単相の出力電圧波形であるのに対して、図７（ｂ）は例えば９１相と９２相との相間の線間電圧の一例を表したものである。相電圧のみならず線間電圧で考えると自由度が高くなるので、更に刻み幅が細かくなり、より正弦波に近似された電圧波形も形成できる。
【００３２】
＜３相出力でモータ負荷の場合＞
図１において、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７が３相交流モータである場合には、ｎ組からなる第２単位インバータ直列接続群９ｎが、ｎ＝３の３組の第２単位インバータ直列接続群９１〜第２単位インバータ直列接続群９３からなり、かつその出力電圧が３相（ｕ、ｖ、ｗ）交流であることが究極的には望ましい。
単位インバータ制御手段１０（図８）もしくは統括インバータ制御手段（不図示）で単位インバータの半導体スイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ４）を開閉する周波数を変えれば、より近似した三相交流の波形が得られるとともに三相交流としての周波数も変えられる。
【００３３】
なお、幾ら単位インバータ５（もしくは第２直流ユニット６００（図１５））の段数を増やしても電圧波形の段差は完全には解消されないが、負荷が電動機の場合には電動機を構成する巻線（コイル）のインダクタンスが大きく、電流は滑らかに変化するので電動機の回転は電圧波形の段差の影響をあまり受けない。
また、後記するように、インバータと負荷との間に交流リアクトル（コイル）を直列接続して電圧・電流波形を滑らかにすることもある。
【００３４】
また、図１において、第２単位インバータ直列接続群９１における第１直流ユニット５００（図３）の整流器（２１１〜２１ｍ）は交流電力（１１１〜１１ｍ）から、それぞれ別々に３相交流電力を受けている。これは同じ３相交流だからといって、単に配線を分けて、同一交流電力から複数の第１直流ユニット５００（図３）に接続すると、単位インバータ５（もしくは第１直流ユニット５００）を直列に接続して高い電圧を発生されることが必ずしもできなくなるからである。したがって、それぞれの第１直流ユニット５００、つまりは図１におけるそれぞれの整流器（２１１〜２１ｍ）には、少なくとも直流的には隔離された別の交流電力（１１１〜１１ｍ）を用いる必要がある。
【００３５】
＜出力電圧の異常検出と補償＞
図８は本発明の第１の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路ブロック図である。
図８においては、図１の第２単位インバータ直列接続群９のうちの１個の単位インバータ５に係る回路を主として示している。なお、交流電力１、整流器２、回路保護手段３、平滑コンデンサ４、単位インバータ５、バイパススイッチ６によって第２直流ユニット６００（図１５）が構成されている。
交流電力１と整流器２と平滑コンデンサ４については前述した通りである。
また、単位インバータ５と単位インバータ制御手段１０の基本的な動作については説明した。ただし、本実施形態に係る異常時の動作については以下において説明を加える。
回路保護手段３、バイパススイッチ６、出力電圧余裕分供給手段８、運転異常検出手段１１、およびバイパススイッチ制御手段１２については、この後に説明する。
【００３６】
図８において、単位インバータ５が正常に動作可能な状態にあるとき、単位インバータ制御手段１０により単位インバータ５の半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を開閉（ＯＦＦ、ＯＮ）制御することにより、適正な出力電圧が供給される。そして、図１の複数のすべての単位インバータ５が正常に動作可能な状態にあるとき、交流負荷７に交流電力が供給される。
この場合、各単位インバータ５が正常であるため、運転異常検出手段１１から異常検出信号が出力されないので、バイパススイッチ制御手段１２からバイパススイッチ６に対して閉路指令が与えられない。このため、バイパススイッチ６はオフ（ＯＦＦ）状態のままである。
【００３７】
なお、運転異常検出手段１１は各単位インバータ５で短絡故障などが発生した場合に、交流出力側の電圧・電流異常や、直流入力側の電圧低下などを検出する。そして、運転異常検出手段１１は、バイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号を出力する。
この運転異常検出信号により、バイパススイッチ制御手段１２はバイパススイッチ６に閉路指令を出力する。
そして、バイパススイッチ６がオン（ＯＮ）し、交流負荷７に半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４を通して流れていた電流がバイパススイッチを通して流れることになる。
【００３８】
また、運転異常検出信号は、回路保護手段３と出力電圧余裕分供給手段８にも出力される。
回路保護手段３では、運転異常検出信号によって電源側回路を開放することで、故障した単位インバータ５と交流電力１が損傷することを防止する。
出力電圧余裕分供給手段８では、運転異常検出信号の検出により、単位インバータ５の故障により不足する出力電圧分を、故障した単位インバータ５の代わりに出力する。
これらの結果、故障等の発生していない健全な単位インバータ５と、出力電圧余裕分供給手段８から供給される交流電圧によって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷７（図１）の運転が継続できる。
なお、出力電圧余裕分供給手段８の具体的な構成、動作等については後述する。
【００３９】
（第２の実施形態、ヒューズ）
図９は本発明の第２の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図９はヒューズ１３と関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図９において、ヒューズ１３は単位インバータ５を含めた第２直流ユニット６００（図１５）の回路で異常が発生し、過電流が流れた場合に、溶断もしくは遮断して回路を保護する。
【００４０】
図９では、回路保護手段３とヒューズ１３は分けているが、ヒューズ１３が回路保護手段３をかねても良い。また、図９で整流器２と平滑コンデンサ４の間に回路保護手段３とヒューズ１３は接続されているが、平滑コンデンサ４と単位インバータ５の間でも良い。
また、ヒューズ１３の溶断に伴って動作する動作接点により、溶断が電気信号となって、運転異常検出手段１１が運転異常を検出する。運転異常検出により、バイパススイッチ６が閉路されるのは図８と同様である。
【００４１】
（第３の実施形態、レベル判定＜１＞）
図１０は本発明の第３の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１０は電圧検出手段１４とレベル判定手段１５と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１０において、電圧検出手段１４が整流器２の出力端子（正極端子５０１、負極端子５０２（図３））の両端に備えられている。また、電圧検出手段１４の信号を判定するようにレベル判定手段１５が接続されている。
【００４２】
この構成により、単位インバータ５に印加される直流電圧を電圧検出手段１４により検出し、レベル判定手段１５は、電圧検出手段１４による検出値が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段１５はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１はバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４３】
（第４の実施形態、レベル判定＜２＞）
図１１は本発明の第４の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１１は電流検出手段１６とレベル判定手段１７と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１１において、電流検出手段１６が整流器２の出力端子（正極端子５０１（図３））と回路保護手段３との間に備えられている。また、電流検出手段１６の信号を判定するようにレベル判定手段１７が接続されている。
【００４４】
この構成により、レベル判定手段１７は、整流器２もしくは平滑コンデンサ４に流れる電流を電流検出手段１６により検出し、この検出電圧が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ５の異常を検出する。レベル判定手段１７はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４５】
（第５の実施形態、レベル判定＜３＞）
図１２は本発明の第５の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１２は電圧検出手段１８とレベル判定手段１９と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１２において、電圧検出手段１８が単位インバータ５の出力端子（（ａ）５０３、（ｂ）５０４（図３））間に備えられている。また、電圧検出手段１８の信号を判定するようにレベル判定手段１９が接続されている。
【００４６】
この構成により、レベル判定手段１９は、単位インバータ５の出力交流電圧を電圧検出手段１８により検出し、単位インバータ５が出力する電圧を電圧検出手段１８により検出し、レベル判定手段１９は、電圧検出手段１８による検出値が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータ５の異常を検出する。レベル判定手段１９はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４７】
（第６の実施形態、レベル判定＜４＞）
図１３は本発明の第６の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１３は電圧検出手段２０とレベル判定手段２１と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１３において、電圧検出手段２０が整流器２の入力交流電圧の間に備えられている。また、電圧検出手段２０の信号を判定するようにレベル判定手段２１が接続されている。
【００４８】
この構成により、整流器２の入力交流電圧を電圧検出手段２０により検出し、レベル判定手段２１は、電圧検出手段２０による検出値が基準値に対して、過電圧あるいは不足電圧になったことを持って検出する。レベル判定手段２１はその検出信号を運転異常検出手段１１に信号を送る。運転異常検出手段１１はバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００４９】
（第７の実施形態、レベル判定＜５＞）
図１４は本発明の第７の実施形態を説明するための、以下の関連する要素のみを示す部分的な回路図である。
図１４は出力検出器２２〜２５と電圧検出手段２６と、これらに関連する信号を除けば、図８の回路と同じ構成である。したがって、図８と同じ構成や動作についての説明は適宜省略する。
図１４において、出力検出器２２〜２５が単位インバータ５の半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれのエミッタとゲート間に備えられている。また電圧検出手段２６が単位インバータの出力端子（（ａ）５０３、（ｂ）５０４（図３））間に備えられている。また、出力検出器２２〜２５と電圧検出手段２０の信号を運転異常検出手段１１に送るように接続されている。
【００５０】
この構成において、単位インバータ制御手段１０の出力検出器２２〜２５に検出された電圧波形を運転異常検出手段１１に入力し、該電圧波形と基準電圧波形、もしくは電圧検出手段２６によって検出される単位インバータ５の出力交流電圧波形との比較によって、外部要因による異常を判別する。運転異常検出手段１１によってバイパススイッチ制御手段１２に運転異常検出信号が送られ、バイパススイッチ６が閉路される。
【００５１】
（第８の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜１＞）
図１５は、第８の実施形態の主な構成を示す回路図である。
出力電圧余裕分供給手段８（図１、図８）として、各第２単位インバータ直列接続群９にそれぞれ出力電圧余裕分を生み出す単位インバータ５を含む第２直流ユニット６００を接続したものである。
図１５において、出力電圧余裕分供給手段８は第２直流ユニット６００１０（交流電力１１０＋整流器２１０＋回路保護手段３１０＋平滑コンデンサ４１０＋単位インバータ５１０＋バイパススイッチ６１０）と第２直流ユニット６００ｎ０（交流電力１ｎ０＋整流器２ｎ０＋回路保護手段３ｎ０＋平滑コンデンサ４ｎ０＋単位インバータ５ｎ０＋バイパススイッチ６ｎ０）が第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に接続されたものである。
【００５２】
図１５においては、出力電圧余裕分供給手段となる第２直流ユニット６００は第２直流ユニット６００１０と第２直流ユニット６００ｎ０の２個しか示していないが、３個以上の複数個であってもよく、またｎ個の全数を備えてもよい。
【００５３】
また、図１５においては、出力電圧余裕分供給手段となる第２直流ユニット６００は各第２単位インバータ直列接続群９に対して直列方向に１段しか接続されていないが、直列方向に複数段、接続されていても良い。このとき、段数に応じて出力電圧余裕分は大きな値となり、電圧調整の範囲が広がる。
【００５４】
図１５において、通常の場合は出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）は零電圧（図４参照）を出力するか、もしくはバイパススイッチ６（６１０、６ｎ０）をオンしてパイパスしておく。
また、ある第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）中の単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）にて故障発生した場合は、図８に示す運転異常検出手段１１から、バイパススイッチ制御手段１２と出力電圧余裕分供給手段８に運転異常検出信号が送信される。
【００５５】
運転異常検出信号を受けたバイパススイッチ制御手段１２は、故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）に対応するバイパススイッチ６（６１1〜６1ｍ、・・・、６ｎ1〜６ｎｍのいずれか）をオン（ＯＮ）してパイパスする。
【００５６】
運転異常検出信号を受けた出力電圧余裕分供給手段８は故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）を含む第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に対応する出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）を動作させて、故障発生した単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍのいずれか）の替わりに所定の出力電圧を発生することによって、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
なお、出力電圧余裕分供給手段８の単位インバータ５（５１０、５ｎ０）を動作させる場合には、それに対応するバイパススイッチ６（６１０、６ｎ０）はオフ（ＯＦＦ）する。
【００５７】
（第９の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜２＞）
図１６と図１７を参照して、本発明の第９の実施形態について説明する。
図１６は、第９の実施形態の出力電圧余裕分を発生させる回路の構成と、出力電圧余裕分と、単位インバータ定格出力電圧と負荷定格出力電圧の関係を示す各出力電圧の波形を示している。
図１６の第９の実施形態においては、図１に示す出力電圧余裕分供給手段８として、各単位インバータ５の定格出力電圧を負荷定格出力電圧よりも大きなものにし、負荷の定格出力運転に対する電圧余裕分としている。
【００５８】
つまり、第９の実施形態においては、図１に示す出力電圧余裕分供給手段８として、図１５に示した余分の第２直流ユニット６００１０（交流電力１１０＋整流器２１０＋回路保護手段３１０＋平滑コンデンサ４１０＋単位インバータ５１０＋バイパススイッチ６１０）もしくは６００ｎ０を設けるのではなく、図１の単位インバータ５（５１1〜５1ｍ、・・・、５ｎ1〜５ｎｍ）の個々の出力電圧を調整する制御をして、故障時の電圧低下を補う方法をとっている。
【００５９】
これを図示したのが、図１７であり、第９の実施形態の主な構成を示す回路図である。
ある第２単位インバータ直列接続群９中の単位インバータ５にて故障発生した場合、図８に示す運転異常検出手段１１より、単位インバータ制御手段に対して、運転異常検出信号が送信され、出力電圧余裕分供給手段８を用いて、故障していない各単位インバータ５からの出力電圧を増すことにより、故障によって不足にする出力電圧を補償し、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転を継続する。
【００６０】
図１７において、第２単位インバータ直列接続群（９１＋８１）、（９２＋８２）、・・・、（９ｎ＋８ｎ）において、（９１）、（９２）、・・・、（９ｎ）は通常時の第２単位インバータ直列接続群９の出力を発生させる回路と制御に相当するものを意味し、（８１）、（８２）、・・・、（８ｎ）は単位インバータ５の故障時において、発生させる余裕分の回路と制御に相当するものを意味している。
これは、もともと通常の場合においては最大の出力電圧が負荷定格出力電圧よりも大きく、余裕分として調整していた電圧を、故障発生時に使用するものである。この方法について、以下に説明を加える。
【００６１】
図５において、図５（ａ）、図５（ｂ）ともに単位インバータ５としては０と＋Ｖｄｃの２値を出力している。図５（ａ）では０と＋Ｖｄｃをそれぞれ出力している時間（期間）は同一であるので平均としての出力電圧は概ね＋（０．５）Ｖｄｃである。一方、図５（ｂ）では０よりも＋Ｖｄｃを出力している期間が長く（概ね６倍）、平均としての出力電圧は概ね＋（０．８５）Ｖｄｃである。したがって、単位インバータ５としては０と＋Ｖｄｃの２値の出力でありながら、平均出力電圧は単位インバータ５のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御の仕方で調整できる。
【００６２】
図１６の第９の実施形態においてはこの方法を用いている。通常は前記したように、出力電圧に余裕がある分を単位インバータ５のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を負荷定格出力電圧になるように抑える方法をとり、故障の際には、故障した単位インバータ５の電圧を補うように他の単位インバータ５の制御方法を変える。
この単位インバータ５の制御は個々の単位インバータ制御手段１０のみが単独で行うのではなく、複数の単位インバータ５を統括して制御する統括インバータ制御手段（不図示）と運転異常検出手段１１の連携のもとに行う。
【００６３】
（第１０の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜３＞）
図１８は、第１０の実施形態を示す図である。第８の実施形態における、出力電圧余裕分供給手段８として、全ての第２単位インバータ直列接続群９に余分な単位インバータ５を接続したものである。第８の実施形態における限定された回路であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
（第１１の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜４＞）
図１９及び図２０は本発明の第１１の実施形態を説明する為の図であって、それぞれ出力電圧のベクトル図、制御を行う際の制御ブロック図である。
図１９は、図１のような主回路において、３相交流を供給する際に、その出力電圧をベクトル図に展開したものである。ある相にて単位インバータが故障した際に、バイパスによりその出力相電圧は故障前より低下し、そのままだと、故障前と同等の出力線間電圧が確保できない。そこで、他の相において、出力電圧余裕分にて故障相で不足する電圧と逆方向に相電圧を増すことで、故障後も故障前と同等の出力線間電圧を保つことができる。
【００６５】
これは、図７において前述したように、出力電圧の制御は単独の相のみで行う方法もあれば、相と相の間の線間での電圧を用いる方法もある。これは第２単位インバータ直列接続群９において、単独で出力電圧の制御を行う方法以外に、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）において、線間でも制御できることを示している。
【００６６】
図２０は、以上の制御を行う際の一例を示す制御ブロック図である。
図２０において、電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎを規定された出力できる最大電圧値に抑える機能を有している。故障時にはバイパスを行った相において、通常時よりも出力できる最大電圧値が減少するため、電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは運転異常検出手段１１Ｖ１〜１１Ｖｎから故障情報を受け取り、適宜出力できる最大電圧値を変更する役目を有している。電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎにおける電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは図５を参照して前述したように単位インバータ５（図８）の０や＋Ｖｄｃを出力する割合や、図６、図７（ａ）、（ｂ）を参照して前述したように第２単位インバータ直列接続群９（図１）における単位インバータ５（図８）の連携や、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）（図１）の相互の線間電圧における連携によって調整される。この調整は、単位インバータ制御手段１０（図８）や統括インバータ制御手段（不図示）の制御によって行っている。
【００６７】
したがって、故障がない場合には電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは比較的に余裕があって、規定された最大電圧値よりも低い電圧となっている。電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎは制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎを規定された出力できる最大電圧値に抑える。前記した故障がない場合には電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力電圧より低い電圧となる。
電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力と、電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎはともに、それぞれ比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎに入力される。比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎはその比較結果を集計手段８３Ｖｓに送る。集計手段８３Ｖｓは比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎから送られた比較結果を合計する。
【００６８】
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＡ端子には、それぞれ電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＢ端子には、集計手段８３Ｖｓの出力電圧が入力する。
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４ＶｎのそれぞれのＣ端子には、それぞれ電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎが入力する。
【００６９】
出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎにおいて、Ａ端子の入力電圧とＣ端子の入力電圧とが比較され、Ａ＝Ｃであれば、Ａ端子の入力電圧からＢ端子の入力電圧を引いたものが、それぞれ出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎの出力電圧として出力する。
また、Ａ＝ＣでなければＡ端子の入力電圧を出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎの出力電圧として出力する。
これは、制御前の電圧指令値Ｖ１〜Ｖｎは、出力できる最大電圧値Ｖ*limit（＊は１〜ｎ）にてリミットされ、リミットが掛かっていない場合、他の相のリミットオーバー値の総和を減算され、出力電圧指令Ｖ１’〜Ｖｎ’となる。
この処理によって、故障した相でリミットに掛かり出力できなかった分の電圧を、他の相によって補い、線間電圧は故障前と同等の値を維持することが可能となる。
【００７０】
なお、図２０において、示した電圧リミット手段８１Ｖ１〜８１Ｖｎ、比較手段８２Ｖ１〜８２Ｖｎ、集計手段８３Ｖｓ、出力電圧調整手段８４Ｖ１〜８４Ｖｎは図１の回路図において、必ずしも、さらに加えられるものではなく、図１の出力電圧余裕分供給手段８や、単位インバータ制御手段１０（図８）、統括インバータ制御手段（不図示）、運転異常検出手段１１（図８）等が機能を分担して兼ねることができる。
【００７１】
（第１２の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜５＞）
図２１は、第１２の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２１において、第２単位インバータ直列接続群９（９１、９２〜９ｎ）に対して、出力電圧余裕分供給手段８の第２直流ユニット６００２０、・・・、６００ｎ０がそれぞれに対応して、すべて用意されてはいない。
第１１の実施例に示す制御を使用すれば、出力電圧余裕分供給手段８は、全ての第２単位インバータ直列接続群９に備わっている必要はない。余分な単位インバータが存在する群でバイパスを行う際は、余分な単位インバータにより不足する相電圧を補償し、余分な単位インバータが存在しない群でバイパスを行う際には、他の群において、第１１の実施例に示す制御を使用することで、故障前と同等の線間電圧を確保することが出来る。この実施形態は、余分な単位インバータを少なくすることが出来る為、コストダウンとなる。
【００７２】
（第１３の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜６＞）
図２２は、第１３の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２２において、出力電圧余裕分供給手段８としての、第２直流ユニット６００１０は１個のみを備えている。スイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡはそれぞれ第２直流ユニット６００１０における単位インバータ５１０の一方の端子と第２単位インバータ直列接続群９１〜９ｎの出力端子との間に接続されている。また、スイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢはそれぞれ第２直流ユニット６００１０における単位インバータ５１０の他方の端子、つまり中性点（ＮＰ）９０１と第２単位インバータ直列接続群９１〜９ｎの出力端子との間に接続されている。
【００７３】
通常の場合である単位インバータの故障の前は、半導体スイッチ素子などで構成されるスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢをオン（ＯＮ）しておき、故障時に運転異常検出手段１１からの信号により、故障した単位インバータ５がある回路のスイッチＳ＊Ｂをオフ（ＯＦＦ）し、スイッチＳ＊Ａをオン（ＯＮ）することにより、余分な単位インバータを故障した単位インバータの補償に当てることができる。なお、Ｓ＊ＢやＳ＊Ａにおいて、＊に１〜ｎの第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）に相当する番号が対応するものとする。
また、スイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡを故障時ＯＮスイッチ、スイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢを非故障時ＯＮスイッチと表記する。またスイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡとスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢを故障時切換スイッチと表記する。
【００７４】
このような故障時ＯＮスイッチＳ１Ａ〜ＳｎＡと非故障時ＯＮスイッチＳ１Ｂ〜ＳｎＢとからなるスイッチ回路を組むことで、出力電圧余裕分供給手段８に必要な単位インバータを少なくすることが出来る。
また、図２２においては、第２直流ユニット６００は１個のみの場合を示したが、複数個を備えてもよい。ただし、このとき、この切り替えのためのスイッチと配線をさらに備える必要がある。
【００７５】
（第１４の実施形態、出力電圧余裕分供給手段＜７＞）
図２３は、第１４の実施形態の主な構成を示す回路図である。
図２３において、第２単位インバータ直列接続群９（９１〜９ｎ）の出力に直列に変圧器２７（２７１〜２７ｎ）をそれぞれ接続し、変圧器２７の他方の巻線に出力電圧余裕分に相当する第２直流ユニット６００（６００１０〜６００ｎ０）の出力をそれぞれ接続して、故障時のバイパスによる出力電圧不足を、変圧器２７を通して補償する。
図２３では、変圧器２７は中性点（ＮＰ）９０１側に接続したが、交流負荷（ＡＣＬｏａｄ）７側でもかまわない。
【００７６】
直列多重インバータの負荷側にはフィルタやインピーダンスとしての目的で、交流リアクトルが接続されることがある。図７（ａ）、（ｂ）で示した階段状の出力電圧波形であっても、このリアクトルによって電流の変化を滑らかにすることができる。
図２３における変圧器２７は交流リアクトルと構成が似ている為、同様の目的で接続できることが、さらなる効果となる。
【００７７】
（その他の実施形態）
以上、本発明が適用される直列多重インバータ装置としての全体的な構成としての実施形態を述べてきたが、個々の回路、手段においては前述したものに限らない。以下に個々の要素の実施形態について述べる。
【００７８】
＜回路保護手段の実施形態＞
図２４は、回路保護手段３の位置の実施例を示すものである。前記の各実施形態における回路保護手段３は、図２４(a)に示すように、交流電力１と整流器２との間でも良い。
また、回路保護手段３は、図２４(ｂ)のように整流器２と平滑コンデンサ４との間でもよい。なお、この位置関係は図１で示した回路保護手段３と整流器２と平滑コンデンサ４の関係と同一である。
また、回路保護手段３は、図２４(c)のように平滑コンデンサ４と単位インバータ５との間でも良い。
また、回路保護手段３は、図２４(d)のように単位インバータ５とバイパススイッチ６の間のいずれであっても良い。
【００７９】
また、回路保護手段３に使用する素子としては図２５に示すように様々な実施形態がある。
図２５（ａ）は入力信号によってオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）ができる自己消弧型半導体素子（例えばＩＧＢＴ）である半導体スイッチ素子が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。
図２５（ｂ）は規定値以上の過電流によって溶断するヒューズである。
図２５（ｃ）は規定値以上の過電流によって遮断する遮断器である。
また、故障時の単位インバータ５の半導体スイッチ素子を開放とすることで、回路保護手段の代替としても良い。但しその場合、半導体スイッチ素子の短絡故障からは回路を保護できない。
【００８０】
＜バイパススイッチの実施形態＞
図２６（図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃ、図２６Ｄ、図２６Ｅ）はバイパススイッチの実施形態を示すものである。
図２６Ａは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子（６Ａ１、６Ａ２）が極性を逆方向で、並列に接続された構成である。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子（６Ａ１、６Ａ２）のゲート端子を制御する。
なお、自己消弧型半導体素子として前記したようにＩＧＢＴがある。この回路の場合、逆方向電圧によって破壊されないように、ＩＧＢＴは逆方向電圧阻止型ＩＧＢＴ（逆阻止型ＩＧＢＴ）を使用する。
【００８１】
図２６Ｂは自己消弧型半導体素子によるものである。自己消弧型半導体素子である半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）が極性を逆方向で、直列に接続された構成である。半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）に対して逆方向電流を流す為に、ダイオード（６Ｂ３、６Ｂ４）が半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）に並列に接続されている。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、半導体スイッチ素子（６Ｂ１、６Ｂ２）のゲート端子を制御する。
【００８２】
図２６Ｃはダイオード６Ｃ１、６Ｃ２、６Ｃ３、６Ｃ４がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ（Thyristor、短絡用制御極付半導体素子）６Ｃ５が接続されている。この回路が単位インバータ５の出力端子に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｃ５のゲート端子を制御する。
【００８３】
図２６Ｄはダイオード６Ｄ１、６Ｄ２、６Ｄ３、６Ｄ４がブリッジ接続され、その直流出力にサイリスタ６Ｄ５が接続されている。この回路が単位インバータ５の電源間（正極端子５０１と負極端子５０２間（図３））、つまり、平滑コンデンサ４（図３）に並列に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｄ５のゲート端子を制御する。なお、この回路は図２６Ｃの回路と同一の構成であるが、バイパスをする経路が異なっている。
【００８４】
図２６Ｅは１個のサイリスタ６Ｅ５が単位インバータ５の電源間（正極端子５０１と負極端子５０２間（図３））、つまり、平滑コンデンサ４（図３）に並列に接続されている。このとき、サイリスタ６Ｅ５のゲート端子を制御する。
【００８５】
なお、図２６Ｄと図２６Ｅのバイパス回路については、直流側の短絡（平滑コンデンサ４（図３）の両端）も行う為、回路保護手段３での直流回路保護が必須となる。
また、図２６Ｅに関しては、単位インバータ５の半導体スイッチ素子としてよく使われているＩＧＢＴに常備されているフリーホイールダイオードを利用して負荷側電流を通流するが、フリーホイールダイオードは通常、ＩＧＢＴ定格電流よりも容量が少ない為、素子の選定に注意が必要となる。
【００８６】
また、前記のバイパススイッチの他に、ナイフスイッチや電磁接触器など、機械的接点でのスイッチングでもバイパスは可能である。しかし、時間応答性の問題から、前記のような半導体スイッチ素子を用いることが望ましい。
【００８７】
＜交流電力＞
図１、図２において、交流電力１は３相交流の場合を説明したが、単相や２相、あるいは４相以上で構成してもよい。相の数が多いほど、一般的には整流器２（図１、図２）を通った後の出力電圧のリップルが少ない。
【００８８】
また、図１、図１５、図１７、図１８、図２１〜図２３において、交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）が記載されているが、３相交流そのものが供給される場合には、本実施形態に交流電力１（１１1〜１1ｍ、・・・、１ｎ1〜１ｎｍ）が装置として含まれていなくともよい。
【００８９】
＜単位インバータ制御手段＞
図８〜図１４において、単位インバータ制御手段１０は、単位インバータ５毎にそれぞれ備えられていることを示し、これら複数の単位インバータ制御手段１０を統括して制御する統括単位インバータ制御手段（不図示）が別にさらに備えられていると説明した。しかし、前記した単位インバータ制御手段１０は必ずしも個々の単位インバータ５毎に具備する必要はなく、共有してもよい。また、統括単位インバータ制御手段（不図示）が直接、複数の単位インバータ５を制御してもよい。
【００９０】
＜バイパススイッチ制御手段＞
図８〜図１４において、バイパススイッチ制御手段１２は、単位インバータ５毎にそれぞれ備えられているバイパススイッチ６を制御している。このとき、バイパススイッチ制御手段１２がバイパススイッチ６に対して、それぞれ具備する場合もあるし、また、ひとつのバイパススイッチ制御手段１２が複数のバイパススイッチ６を一括して制御する場合もある。
【００９１】
以上、本実施形態は、整流器の直流電力を交流電力に変換するものであって、単位インバータを複数個準備し、その入力側が平滑コンデンサを介して整流器に並列に接続され、各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する直列多重式インバータにおいて、運転異常検出手段が異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応するバイパス回路によって単位インバータの出力側を短絡し、同時に、単位インバータを保護する保護回路によって単位インバータを開放し、保護を行う。このとき、バイパス回路が単位インバータの出力を短絡するので出力電圧が不足となるが、装置の出力電圧余裕分によって、不足分となる電圧を補い、交流負荷への故障前と同等の電力供給を継続して行うものである。
【００９２】
したがって、複数の単位インバータのうちの少なくとも１個に故障等が発生しても、残りの健全な単位インバータの運転を停止させることなく、故障前と同じ出力電圧で交流負荷の運転が継続できる直列多重インバータ装置を提供する。
また、直列多重インバータ装置の構成のみではなく、直列多重インバータの制御方法についても示している。
【符号の説明】
【００９３】
１、１１０〜１ｎ０、１１１〜１１ｍ、１ｎ１〜１ｎｍ 交流電力、変圧器
２、２１０〜２ｎ０、２１１〜２１ｍ、２ｎ１〜２ｎｍ 整流器
３、３１０〜３ｎ０、３１１〜３１ｍ、３ｎ１〜３ｎｍ 回路保護手段
４、４１０〜４ｎ０、４１１〜４１ｍ、４ｎ１〜４ｎｍ 平滑コンデンサ
５、５１０〜５ｎ０、５１１〜５１ｍ、５ｎ１〜５ｎｍ 単位インバータ
６、６１０〜６ｎ０、６１１〜６１ｍ、６ｎ１〜６ｎｍ バイパススイッチ
６Ａ１、６Ａ２、６Ｂ１、６Ｂ２ 半導体スイッチ素子
６Ｂ３、６Ｂ４、６Ｃ１〜６Ｃ４、６Ｄ１〜６Ｄ４ ダイオード
６Ｃ５、６Ｄ５、６Ｅ５ サイリスタ、短絡用制御極付半導体素子
７ 交流負荷、ＡＣＬｏａｄ
８、８１〜８ｎ 出力電圧余裕分供給手段
９、９１〜９ｎ 第２単位インバータ直列接続群
１０ 単位インバータ制御手段
１１、１１１〜１１ｎ 運転異常検出手段
１２ バイパススイッチ制御手段
１３ ヒューズ、回路保護手段
１４、１８、２０、２６ 電圧検出手段
１５、１７、１９、２１ レベル判定手段
１６ 電流検出手段
２２〜２５ 出力検出器
２７、２７１〜２７ｎ 変圧器
８１Ｖ１〜８１Ｖｎ 電圧リミット手段
８２Ｖ１〜８２Ｖｎ 比較手段
８３Ｖｓ 集計手段
８４Ｖ１〜８４Ｖｎ 出力電圧調整手段
１０１〜１０３ 変圧器出力端子（（ｕ）、（ｖ）、（ｗ））
１０４、１０５、１０６ 変圧器二次側巻線
１１１〜１１３ 第１直流ユニット端子（（ｕ）、（ｖ）、（ｗ））
２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２ ダイオード
５００ 第１直流ユニット
５０１ 正極端子
５０２ 負極端子
５０３ 単位インバータ出力端子（ａ）
５０４ 単位インバータ出力端子（ｂ）
５１１〜５１４、Ｓ１〜Ｓ４ 半導体スイッチ素子、ＩＧＢＴ
６００、６００２０〜６００ｎ０ 第２直流ユニット
９０１ 中性点（ＮＰ）
Ｖ１〜Ｖｎ 制御前電圧指令
Ｖ１’〜Ｖｎ’ 制御後電圧指令
Ｓ１Ａ〜ＳｎＡ スイッチ、故障時ＯＮスイッチ、故障時切換スイッチ
Ｓ１Ｂ〜ＳｎＢ スイッチ、非故障時ＯＮスイッチ、故障時切換スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡せしめるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項２】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力端子間に接続された平滑コンデンサと、
複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータと、
を具備し、前記単位インバータの直流入力側が前記平滑コンデンサの両端子と前記整流器の出力に並列に接続されて第１直流ユニットが構成され、
複数の前記第１直流ユニットに含まれる複数の前記単位インバータの出力が直列に接続されて単位インバータ直列接続群が構成され、
複数の前記単位インバータ直列接続群が交流負荷に並列に接続されてなる直流多重インバータ装置であって、
さらに、
複数の前記単位インバータの開閉をそれぞれ制御する複数の単位インバータ制御手段と、
複数の前記単位インバータの運転異常状態をそれぞれ検出する複数の運転異常検出手段と、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記第１直流ユニットの回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
複数の前記単位インバータの出力に並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路をそれぞれに形成する複数のバイパススイッチと、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータ直列接続群に直列に接続され、前記バイパススイッチが閉路して該バイパススイッチに対応する前記単位インバータの不足する出力電圧分を補う出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項３】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータに接続されたヒューズの溶断に伴って直流異常を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項４】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータに印加される直流電圧が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項５】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの整流器もしくは平滑コンデンサに流れる電流が基準値に対して過電流あるいは不足電流になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項６】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの出力交流電圧を検出すると共に、この検出電圧が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータの異常を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項７】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの整流器に入力される交流電圧が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項８】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの出力電圧と前記単位インバータ制御手段の出力電圧の関連に基づき判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項９】
前記出力電圧余裕分供給手段は、定格出力電圧に対して、さらに余分な単位インバータを直列に接続して備え、通常時には余分の単位インバータは零電圧を出力するか、もしくはバイパススイッチにてパイパスしておき、運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして不足した出力電圧を、前記余分に備えた単位インバータの出力電圧で補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１０】
前記出力電圧余裕分供給手段は、通常時には定格出力電圧に対して、各前記単位インバータにそれぞれ出力電圧余裕分供給手段を備え、運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして不足した出力電圧を、他の単位インバータの出力電圧余裕分供給手段の出力電圧で補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１１】
前記出力電圧余裕分供給手段は、全ての単位インバータ直列接続群に余分な単位インバータを備えたことを特徴とする請求項９に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１２】
前記出力電圧余裕分供給手段は、ある単位インバータ直列接続群中の単位インバータが運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして低下する出力相電圧分を、他の単位インバータ直列接続群の出力相電圧をその不足分増すことによって、出力線間電圧は定格電圧を確保し、交流負荷の定格運転を確保する制御を行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１３】
前記出力電圧余裕分供給手段は、装置に複数個備わっている単位インバータ直列接続群中のいくつかにのみ余分な単位インバータを接続して備え、前記余分な単位インバータが存在する単位インバータ直列接続群で前記バイパススイッチによってバイパスを行う際は、前記余分な単位インバータで不足する相電圧を補償し、前記余分な単位インバータが存在しない単位インバータ直列接続群で前記バイパススイッチによってバイパスを行う際には、他の単位インバータ直列接続群の出力相電圧をその不足分増すことによって、故障前と同等の線間電圧を確保することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１４】
前記出力電圧余裕分供給手段の電圧余裕分は、ある単位インバータ直列接続群の単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスを行う際に、その単位インバータ直列接続群に故障時切換スイッチで余分な単位インバータを直列接続し、この余分な単位インバータの出力によって不足した出力を補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１５】
さらに、複数の変圧器を備え、
前記出力電圧余裕分供給手段は、複数の前記単位インバータ直列接続群の出力にそれぞれ複数の前記変圧器の二次側巻線を直列接続し、複数の前記変圧器の一次側巻線に出力電圧を補う複数の単位インバータをそれぞれ接続した構成からなり、
いずれかの前記単位インバータ直列接続群中の単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスを行う際に、前記変圧器の一次側巻線に接続された前記複数の単位インバータの出力電圧で、不足する単位インバータの出力電圧を補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１６】
前記回路保護手段は、前記整流器に供給される交流電力の供給線に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１７】
前記回路保護手段は、前記整流器と前記平滑コンデンサとの間に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１８】
前記回路保護手段は、前記平滑コンデンサと、前記半導体スイッチ素子のブリッジ回路からなる前記単位インバータとの間に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１９】
前記回路保護手段は、前記単位インバータの出力に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２０】
前記回路保護手段は、自己消弧型半導体素子を使用したものである事を特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２１】
前記回路保護手段は、規定値以上の過電流によって溶断するヒューズであることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２２】
前記回路保護手段は、規定値以上の過電流によって遮断する遮断器であることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２３】
前記回路保護手段は、前記単位インバータの前記半導体スイッチ素子を開放状態とすることで回路を遮断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２４】
前記バイパススイッチは、半導体素子であって、前記単位インバータの出力間に二つ以上の半導体素子を用い、その特性を互いに逆にして、かつ並列に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２５】
前記バイパススイッチに使用する半導体素子として、自己消弧型半導体素子を使用したことを特徴とする請求項２４記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２６】
前記バイパススイッチとして、ダイオードをブリッジ接続し、該ブリッジ回路の直流出力に短絡用制御極付半導体素子を接続し、かつ該ブリッジ回路の直流入力を前記単位インバータの出力間に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２７】
前記バイパススイッチとして、ダイオードをブリッジ接続し、該ブリッジ回路の直流出力に短絡用制御極付半導体素子を接続し、かつ該ブリッジ回路の直流入力を前記単位インバータの電源間に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２８】
前記バイパススイッチは、前記整流器と前記単位インバータの前記半導体スイッチ素子の間に短絡用制御極付半導体素子を平滑コンデンサに並列に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２９】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備え、
複数の前記単位インバータのいずれかに異常が発生した場合において、前記運転異常検出手段によって異常を検出し、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記バイパススイッチ制御手段に出力し、前記バイパススイッチ制御手段は前記バイパススイッチに閉路指令を出して、異常が発生した前記単位インバータの出力を短絡し、
また、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行い、
また、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記出力電圧余裕分供給手段に出力して、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補うことを特徴とする直列多重インバータ制御方法。
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡せしめるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項２】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力端子間に接続された平滑コンデンサと、
複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータと、
を具備し、前記単位インバータの直流入力側が前記平滑コンデンサの両端子と前記整流器の出力に並列に接続されて第１直流ユニットが構成され、
複数の前記第１直流ユニットに含まれる複数の前記単位インバータの出力が直列に接続されて単位インバータ直列接続群が構成され、
複数の前記単位インバータ直列接続群が交流負荷に並列に接続されてなる直流多重インバータ装置であって、
さらに、
複数の前記単位インバータの開閉をそれぞれ制御する複数の単位インバータ制御手段と、
複数の前記単位インバータの運転異常状態をそれぞれ検出する複数の運転異常検出手段と、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記第１直流ユニットの回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
複数の前記単位インバータの出力に並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路をそれぞれに形成する複数のバイパススイッチと、
複数の前記運転異常検出手段のいずれかが前記単位インバータの運転異常状態を検出したとき、運転異常状態に該当する前記単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータ直列接続群に直列に接続され、前記バイパススイッチが閉路して該バイパススイッチに対応する前記単位インバータの不足する出力電圧分を補う出力電圧余裕分供給手段と、
を備えたことを特徴とする直列多重インバータ装置。
【請求項３】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータに接続されたヒューズの溶断に伴って直流異常を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項４】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータに印加される直流電圧が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項５】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの整流器もしくは平滑コンデンサに流れる電流が基準値に対して過電流あるいは不足電流になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項６】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの出力交流電圧を検出すると共に、この検出電圧が基準値に対して所定範囲を越えたとき単位インバータの異常を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項７】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの整流器に入力される交流電圧が基準値に対して過電圧あるいは不足電圧になったことを検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項８】
前記運転異常検出手段は、前記単位インバータの出力電圧と前記単位インバータ制御手段の出力電圧の関連に基づき判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項９】
前記出力電圧余裕分供給手段は、定格出力電圧に対して、さらに余分な単位インバータを直列に接続して備え、通常時には余分の単位インバータは零電圧を出力するか、もしくはバイパススイッチにてパイパスしておき、運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして不足した出力電圧を、前記余分に備えた単位インバータの出力電圧で補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１０】
前記出力電圧余裕分供給手段は、通常時には定格出力電圧に対して、各前記単位インバータにそれぞれ出力電圧余裕分供給手段を備え、運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして不足した出力電圧を、他の単位インバータの出力電圧余裕分供給手段の出力電圧で補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１１】
前記出力電圧余裕分供給手段は、全ての単位インバータ直列接続群に余分な単位インバータを備えたことを特徴とする請求項９に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１２】
前記出力電圧余裕分供給手段は、ある単位インバータ直列接続群中の単位インバータが運転異常検出時において異常に該当する前記単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスして低下する出力相電圧分を、他の単位インバータ直列接続群の出力相電圧をその不足分増すことによって、出力線間電圧は定格電圧を確保し、交流負荷の定格運転を確保する制御を行うことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１３】
前記出力電圧余裕分供給手段は、装置に複数個備わっている単位インバータ直列接続群中のいくつかにのみ余分な単位インバータを接続して備え、前記余分な単位インバータが存在する単位インバータ直列接続群で前記バイパススイッチによってバイパスを行う際は、前記余分な単位インバータで不足する相電圧を補償し、前記余分な単位インバータが存在しない単位インバータ直列接続群で前記バイパススイッチによってバイパスを行う際には、他の単位インバータ直列接続群の出力相電圧をその不足分増すことによって、故障前と同等の線間電圧を確保することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１４】
前記出力電圧余裕分供給手段の電圧余裕分は、ある単位インバータ直列接続群の単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスを行う際に、その単位インバータ直列接続群に故障時切換スイッチで余分な単位インバータを直列接続し、この余分な単位インバータの出力によって不足した出力を補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１５】
さらに、複数の変圧器を備え、
前記出力電圧余裕分供給手段は、複数の前記単位インバータ直列接続群の出力にそれぞれ複数の前記変圧器の二次側巻線を直列接続し、複数の前記変圧器の一次側巻線に出力電圧を補う複数の単位インバータをそれぞれ接続した構成からなり、
いずれかの前記単位インバータ直列接続群中の単位インバータを前記バイパススイッチによってバイパスを行う際に、前記変圧器の一次側巻線に接続された前記複数の単位インバータの出力電圧で、不足する単位インバータの出力電圧を補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１６】
前記回路保護手段は、前記整流器に供給される交流電力の供給線に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１７】
前記回路保護手段は、前記整流器と前記平滑コンデンサとの間に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１８】
前記回路保護手段は、前記平滑コンデンサと、前記半導体スイッチ素子のブリッジ回路からなる前記単位インバータとの間に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項１９】
前記回路保護手段は、前記単位インバータの出力に直列に接続され、回路を遮断する機能を有する保護回路であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２０】
前記回路保護手段は、自己消弧型半導体素子を使用したものである事を特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２１】
前記回路保護手段は、規定値以上の過電流によって溶断するヒューズであることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２２】
前記回路保護手段は、規定値以上の過電流によって遮断する遮断器であることを特徴とする請求項１６乃至請求項１９のいずれか一項に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２３】
前記回路保護手段は、前記単位インバータの前記半導体スイッチ素子を開放状態とすることで回路を遮断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２４】
前記バイパススイッチは、半導体素子であって、前記単位インバータの出力間に二つ以上の半導体素子を用い、その特性を互いに逆にして、かつ並列に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２５】
前記バイパススイッチに使用する半導体素子として、自己消弧型半導体素子を使用したことを特徴とする請求項２４記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２６】
前記バイパススイッチとして、ダイオードをブリッジ接続し、該ブリッジ回路の直流出力に短絡用制御極付半導体素子を接続し、かつ該ブリッジ回路の直流入力を前記単位インバータの出力間に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２７】
前記バイパススイッチとして、ダイオードをブリッジ接続し、該ブリッジ回路の直流出力に短絡用制御極付半導体素子を接続し、かつ該ブリッジ回路の直流入力を前記単位インバータの電源間に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２８】
前記バイパススイッチは、前記整流器と前記単位インバータの前記半導体スイッチ素子の間に短絡用制御極付半導体素子を平滑コンデンサに並列に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重インバータ装置。
【請求項２９】
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器の出力である直流電力を交流電力に変換するものであって、複数の半導体スイッチ素子をブリッジ接続してなる単位インバータを複数個設け、該各単位インバータの入力側が平滑コンデンサを介して前記整流器の出力に並列に接続され、該各単位インバータの出力側を直列接続し、かつ交流負荷に接続する単位インバータ直列接続群と、
前記単位インバータを構成している半導体スイッチ素子に対して所定の順序で開閉制御指令を与える単位インバータ制御手段と、
前記単位インバータの運転異常状態を検出する運転異常検出手段と、
前記運転異常検出手段が前記単位インバータの異常を検出したとき、該当する単位インバータに対応する回路を開放することによって、前記単位インバータを保護する回路保護手段と、
前記単位インバータに並列に接続され、電気的に閉路したとき負荷電流を循環させる流路を形成するバイパススイッチと、
前記運転異常検出時、該当する単位インバータに対応する前記バイパススイッチに閉路指令を与えることにより、前記単位インバータの出力を短絡させるバイパススイッチ制御手段と、
前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補う機能を有し、前記単位インバータの出力に直列に具備された出力電圧余裕分供給手段と、を備え、
複数の前記単位インバータのいずれかに異常が発生した場合において、前記運転異常検出手段によって異常を検出し、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記バイパススイッチ制御手段に出力し、前記バイパススイッチ制御手段は前記バイパススイッチに閉路指令を出して、異常が発生した前記単位インバータの出力を短絡し、
また、前記単位インバータを保護する前記回路保護手段によって前記単位インバータを開放し、保護を行い、
また、前記運転異常検出手段は運転異常検出信号を前記出力電圧余裕分供給手段に出力して、前記単位インバータのバイパス時に不足する出力電圧分を補うことを特徴とする直列多重インバータ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２６Ｃ】
【図２６Ｄ】
【図２６Ｅ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６Ａ】
【図２６Ｂ】
【図２６Ｃ】
【図２６Ｄ】
【図２６Ｅ】
【公開番号】特開２０１２−１０５４２（Ｐ２０１２−１０５４２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６０１０（Ｐ２０１０−１４６０１０）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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