直列多重電力変換方法、直列多重電力駆動方法、および多重変圧器
【課題】多数の電動機を使用し、かつ電動機速度（回転速度）を個別に制御する場合において、これらに関連する設備全体の費用が膨大になり、かつこの設備の占有する面積と容積、そして制御する盤数が多大になる。また、これらの台数が増えるにしたがって、信頼性の確保も課題であった。
【解決手段】複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直流ユニットを直列にした直列多重電力変換器と、による電力変換方法において、１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続した。
【解決手段】複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直流ユニットを直列にした直列多重電力変換器と、による電力変換方法において、１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を用いて、交流電動機を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を使用する際において、回転速度の制御が重要になる場合がある。交流電動機の回転速度制御に適した方法として、多重電力変換器、もしくは高圧に適した直列多重電力変換器を用いる方法がある。これにより任意の周波数の近似的な交流を発生し、電動機の回転速度を制御するものである。
従来技術としては、１台の直列多重電力変換器を用いて電動機を駆動する技術が、特許文献１に開示されている。
また、この方法を２台の多重変圧器と直列多重電力変換器とで用いる場合について示したのが図１９である。図１９においては多重変圧器２から３相交流を直列多重電力変換器３０に供給し、直列多重電力変換器３０によって任意の周波数の近似的な３相交流電力を生成し、電動機４を駆動している。また、多重変圧器２ｂから３相交流を直列多重電力変換器１３０に供給し、直列多重電力変換器１３０によって任意の周波数の近似的な３相交流電力を生成し、電動機５を駆動している。
この場合は２台の電動機を駆動するために、２台の多重変圧器と２台の直列多重電力変換器が必要となっている。多数の台数を用意すると、その台数分の多重変圧器と直列多重電力変換器が必要となり、設備に多大な費用がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多数の電動機を使用し、かつ電動機速度（回転速度）を個別に制御する場合において、これらに関連する設備全体の費用が膨大になり、かつこの設備の占有する面積と容積、そして制御する盤数が多大になる。また、これらの台数が増えるにしたがって、信頼性の確保も課題となる。
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、多重変圧器に係る設備コストと設備占有面積と容積の低減、および信頼性の向上の図れる直列多重電力変換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続した。
【０００６】
かかる構成により、１台の前記多重変圧器で複数台の前記直列多重電力変換器が稼動する。
【０００７】
また、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、前記多重変圧器と、前記複数台の直列多重電力変換器とを接続し、複数台の中の１台の直列多重電力変換器を常時使用系、残りの台数の直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器にて常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動する。
【０００８】
かかる構成により、１台の前記多重変圧器で複数台の前記直列多重電力変換器が予備として稼動する。
【０００９】
また、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による電力変換方法において、前記多重変圧器が、主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と、独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源と、を備えた。
【００１０】
かかる構成により、前記多重変圧器から主出力と部分出力の３相交流が別々に出力する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多重変圧器に係る設備コストと設備占有面積と容積の低減、および信頼性の向上の図れる直列多重電力変換方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第１の概略の構成図である。
【図２】本発明の実施形態である多重変圧器に備えられる３相交流セル電源の構成を示す図である。
【図３】３相交流の波形例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニットの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニットの機能動作を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニット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直列多重電力変換器の出力電圧波形例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態である直列多重電力変換器の出力電圧波形例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第２の概略の構成図である。
【図１０】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第３の概略の構成図である。
【図１１】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第４の概略の構成図である。
【図１２】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第５の概略の構成図である。
【図１３】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第６の概略の構成図である。
【図１４】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、切替器によって電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第７の概略の構成図である。
【図１５】図１４に示した第７の概略の構成における直列多重電力変換器と電動機と切替器の動作の関連を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、切替器によって電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第８の概略の構成図である。
【図１７】図１６に示した第８の概略の構成における直列多重電力変換器と電動機と切替器の動作の関連を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第９の概略の構成図である。
【図１９】従来の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態（その１））
図１は本発明の第１の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。
直列多重電力変換器３０においては、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４から３相の交流電動機（ＡＣＭ：AC Motor、以下、単に電動機と略すこともある。）４に電力を供給して、駆動する。
また、直列多重電力変換器１３０においても、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）２０４から電動機５に電力を供給して、駆動する。
【００１４】
ここで、図１の第１の実施形態の詳しい機能、動作の説明には、まず本発明の特徴であり、主構成要素である多重変圧器２、直列多重電力変換器３０、また、直列多重電力変換器３０において用いられる直流ユニット（３１〜３９）、ダイオード整流器（４０１（図４））、単相変換器（４０２（図４））についての理解が必要であるので、それらを先に説明し、その後、（第１の実施形態（その２））として、再度、全体を説明することにする。
【００１５】
（多重変圧器）
図１における多重変圧器２は３相交流用の３相の一次側巻線と３相の複数本の二次側巻線を備えた変圧器である。なお、よく知られている３相交流の電圧波形を図３に示す。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。
【００１６】
多重変圧器２は、一次側として、一次側３相交流電源１１１を、二次側として、９個の３相交流セル電源１２１〜１２９を備えている。一次側３相交流電源１１１により、１次側として、３相交流電力を受け、変圧器としての機能により、２次側で複数個の３相交流セル電源１２１〜１２９に電圧と電力が変換される。２次側で複数個の３相交流セル電源１２１〜１２９によってそれぞれの３相交流電圧と電力が出力される。３相交流セル電源１２１〜１２９は、Δを横にして丸で囲んで表した第１型のΔ結線の３相交流セル電源１２１〜１２３を３個と、Δを丸で囲んで表した第２型のΔ結線の３相交流セル電源１２４〜１２６を３個と、Ｙを丸で囲んで表した第３型のＹ結線の３相交流セル電源１２７〜１２９を３個と、を備えている。これらの第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源の概略の内部構造を図２に示す。
【００１７】
図２において、第１型の３相交流セル電源１２１は図２（ａ）に示すように、二次巻線１２１１、１２１２、１２１３を備え、正三角形状に接続形成され、よく知られた、いわゆるΔ結線（デルタ結線）を構成している。二次巻線１２１１、１２１２、１２１３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２１４（ｗ）、１２１５（ｕ）、１２１６（ｗ）から３相交流電圧と電力が出力される。また、第１型の３相交流セル電源１２２、１２３（図１）も３相交流セル電源１２１と同じ構成である。
【００１８】
第２型の３相交流セル電源１２４は図２（ｂ）に示すように、二次巻線１２４１、１２４２、１２４３を備え、正三角形状に接続形成され、よく知られた、いわゆるΔ結線（デルタ結線）を構成している。二次巻線１２４１、１２４２、１２４３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２４４、１２４５、１２４６から３相交流電圧と電力が出力される。また、第２型の３相交流セル電源１２５、１２６（図１）も３相交流セル電源１２４と同じ構成である。
【００１９】
なお、第２型の３相交流セル電源１２４の各相の構成は、電圧が異なるが位相関係は一次側３相交流電源１１１の各相の関係と同じである。
また、第１型の３相交流セル電源１２１の二次巻線１２１１、１２１２、１２１３と第２型の３相交流セル電源１２４の二次巻線１２４１、１２４２、１２４３は同じ構造で形成し、第２型の３相交流セル電源１２４の出力端子１２４４（ｕ）、１２４５（ｖ）、１２４６（ｗ）を第１型の３相交流セル電源１２１の出力端子１２１５（ｕ）、１２１６（ｖ）、１２１４（ｗ）として取り出せば第１型の３相交流セル電源１２１の各相の関係が得られる。
【００２０】
第３型の３相交流セル電源１２７は図２（ｃ）に示すように、二次巻線１２７１、１２７２、１２７３を備え、Ｙ字状に接続形成され、よく知られた、いわゆるＹ結線（スター結線）を構成している。二次巻線１２７１、１２７２、１２７３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２７４、１２７５、１２７６から３相交流電圧と電力が出力される。ただし、３相交流セル電源１２７の出力端子１２７４と１２７５の間からは、二次巻線１２７１、１２７２の各相の電圧の差が出力される。これは第１型の３相交流セル電源１２１の出力端子１２１４と出力端子１２１５の間から二次巻線１２１１の相の電圧がそのまま出力されるのとは異なる。二次巻線１２７１、１２７２が二次巻線１２１１と同じ条件で構成されると、出力端子１２７４と出力端子１２７５の間からは、よく知られているようにベクトル演算した（（３）1/2≒１．７３）倍の電圧が出力されるので、同じ相間の出力電圧となるように二次巻線１２７１、１２７２、１２７３は二次巻線１２１１、１２１２、１２１３より、巻数を少なく調整した二次巻線で構成する。また、第３型の３相交流セル電源１２８、１２９（図１）も３相交流セル電源１２７と同じ構成である。
【００２１】
なお、第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源１２１〜１２９は、以上のようにすべて同じではなく、異なる位相の出力をしているが、後記するように、直列多重電力変換器３０のなかの直流ユニットで一度、すべて直流に変換されてしまう。したがって、前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源１２１〜１２９の交流としての位相情報は消去されてしまい、直列多重電力変換器３０側においては第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を用いる意味は事実上ない。
にもかかわらず、多重変圧器２の二次側に第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を用いるのは、多重変圧器２の一次側における高調波が、前記第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同じ数だけ揃えたときに、相殺されて、少なくなることが知られているからである。
【００２２】
（直列多重電力変換器（その１））
図１において、直列多重電力変換器３０は９個の直流ユニット３１〜３９と各直流ユニットを制御する直流ユニット制御回路４０からなっている。直流ユニット３１（Ｕ１１）、３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）を直列にしてＵ相を形成している。また、直流ユニット３２（Ｖ１１）、３５（Ｖ１２）、３８（Ｖ１３）を直列にしてＶ相を形成している。また、直流ユニット３３（Ｗ１１）、３６（Ｗ１２）、３９（Ｗ１３）を直列にしてＷ相を形成している。これらのＵ相、Ｖ相、Ｗ相は直流ユニット３１（Ｕ１１）、直流ユニット３２（Ｖ１１）、直流ユニット３３（Ｗ１１）のａ側の直流ユニット出力端子４０２５（図４）で接続され、Ｙ結線（スター結線）を構成している。
【００２３】
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの直流ユニット３７（Ｕ１３）、直流ユニット３８（Ｖ１３）、直流ユニット３９（Ｗ１３）の各ｂ側の直流ユニット出力端子４０２６（図４）から直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４として出力する。
なお、この３相出力は交流電動機（ＡＣＭ）４に供給されている。
また、後記するように直流ユニット制御回路４０は直流ユニット３１〜３９を制御している。直列多重電力変換器３０がどのような機能を持ち、動作するかに直流ユニットの説明が必要であるので、先に直列多重電力変換器３０の主構成要素である直流ユニット４００（図４）について説明する。
【００２４】
（直流ユニット）
図４に示したのが、直流ユニット４００（３１〜３９（図１））の回路構成である。直流ユニット入力端子４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ）から２次側の３相交流セル電源（１２１〜１２９）のどれかひとつの３相交流を入力している。入力した３相交流はヒューズ（遮断器）４０３を経由してダイオード整流器４０１に入力する。ダイオード整流器４０１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。ダイオード整流器４０１の出力は平滑コンデンサ（Ｃ）４０４を経て、単相変換器４０２に供給され、直流ユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）間に＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃの直流電圧を直流ユニット制御回路４０（図１）の制御状況に応じて出力する。
以下に、直流ユニット４００の主構成要素であるダイオード整流器４０１と単相変換器４０２について詳しく述べる。
【００２５】
（ダイオード整流器）
ダイオード整流器４０１はダイオード４１１１、４１１２、４１２１、４１２２、４１３１、４１３２から構成されている。ダイオード４１１１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１１２のカソードに接続されている。ダイオード４１１２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１１１のアノードとダイオード４１１２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１１（ｕ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１１１のアノードとダイオード４１１２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４１１１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１１２を通り負極端子４００２に到達する。
以上から、直流ユニット端子４１１（ｕ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１１１とダイオード４１１２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２６】
ダイオード４１２１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１２２のカソードに接続されている。ダイオード４１２２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１２１のアノードとダイオード４１２２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１２（ｖ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１２１のアノードとダイオード４１２２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４１２１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１２２を通り負極端子４００２に到達する。以上から、直流ユニット端子４１２（ｖ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１２１とダイオード４１２２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２７】
ダイオード４１３１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１３２のカソードに接続されている。ダイオード４１３２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１３１のアノードとダイオード４１３２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１３（ｗ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１３１のアノードとダイオード４１３２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４１３１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１３２を通り負極端子４００２に到達する。以上から、直流ユニット端子４１３（ｗ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１３１とダイオード４１３２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２８】
ダイオード整流器４０１には直流ユニット端子４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ）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４００１と負極端子４００２の間に接続された平滑コンデンサ４０４には、より平滑化された直流電力（電圧Ｖｄｃ）が蓄積される。
【００２９】
（単相変換器）
図４において、単相変換器４０２は半導体スイッチ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と略すこともある。）４０２１〜４０２４で構成される。
ＩＧＢＴ（ＵＰ）４０２１はコレクタが正極端子４００１に接続され、エミッタは直流ユニット出力端子（ａ）４０２５に接続されている。ＩＧＢＴ（ＵＮ）４０２２はエミッタが負極端子４００２に接続され、コレクタは直流ユニット出力端子４０２５（ａ）に接続されている。ＩＧＢＴ（ＶＰ）４０２３はコレクタが正極端子４００１に接続され、エミッタは直流ユニット出力端子４０２６（ｂ）に接続されている。ＩＧＢＴ（ＶＮ）４０２４はエミッタが負極端子４００２に接続され、コレクタは直流ユニット出力端子４０２６（ｂ）に接続されている。また、ＩＧＢＴ４０２１〜４０２４の各ベースには直流ユニット制御回路４０（図１）の制御信号がそれぞれ接続されている。
【００３０】
このとき、ＩＧＢＴ（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を図５に示したように行うと、ユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）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（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御は直流ユニット制御回路４０（図１）が一括して行う。
なお、半導体スイッチは必ずしも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、直流ユニット４００（３１〜３９（図１））、あるいは直列多重電力変換器３０（図１）として、高電圧を容易に得やすい。
【００３１】
図６は直流ユニット４００のユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）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。
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６（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６（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６（ｂ）の方が高くなる。
したがって、直流ユニット制御回路４０（図１）による直流ユニット４００（図４）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。
【００３２】
（直列多重電力変換器（その２））
図７は図１の直列多重電力変換器３０において、直流ユニット３１（Ｕ１１）、３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）を直列に接続した状態で、直流ユニット３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）はともに＋Ｖｄｃを発生させ、直流ユニット３１（Ｕ１１）を０と＋Ｖｄｃの間で出力した場合におけるＵ相の電圧波形を示したものである。図７においてはＵ相の電圧波形を＋２Ｖｄｃと＋３Ｖｄｃとで発生させることができることを示している。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直流ユニット制御回路４０（図１）が行う。また、Ｕ相のみならずＶ相（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３）やＷ相（Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３）でも同様に制御し、階段状の波形を発生させることができる。
【００３３】
図８は直流ユニットの段数を３段より、更に増やした場合の直列多重電力変換器の出力電圧波形の一例を示すものである。前記したように、直流ユニットの出力は＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを選択でき、直列多重電力変換器においては直流ユニット４００の直列の段数を３段を超して構成でき、かつ直流ユニット４００の出力の期間を直流ユニット制御回路で制御すれば図８（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。なお、図８（ａ）がＵ相やＶ相、Ｗ相の単相の出力電圧波形であり、図８（ｂ）は例えばＵ相とＶ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。
【００３４】
また、直流ユニット制御回路４０（図１）で開閉の周波数を変えれば、これらの近似した三相交流の周波数は変わるので、周波数の可変な３相交流電源が多重変圧器と直列多重電力変換器の組み合わせにより近似的に実現する。
なお、幾ら直流ユニット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。
【００３５】
また、図１において、直列多重電力変換器３０における直流ユニット（３１〜３９）は多重変圧器の３相交流セル電源１２１〜１２９から別々に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、複数の直流ユニット制御回路に接続すると、直流ユニット制御回路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、それぞれの直流ユニット（３１〜３９）にはそれぞれ別の３相交流セル電源１２１〜１２９を用いる必要がある。
【００３６】
（第１の実施形態、（その２））
再び、図１に戻る。以上において、説明した多重変換器２と２台の直列多重電力変換器３０、１３０を図１で用いている。これにより、１台で２台の直列多重電力変換器を駆動しているので、変圧器の設備費（コスト）と、これらの機器の設置場所の占有する面積や容積が減少する。また、これらを制御する盤の数も少なくできる。
【００３７】
なお、図１において、直列多重電力変換器３０は直列ユニットが直列３段の構成例を示したが、前記したように、段数は一般にｎ段で構成できる。図９に直列ユニットの直列段数をｎ段で構成した例を示す。
図９において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎによる出力を直列多重電力変換器３０に入力し、直列多重電力変換器３０から電動機４に電力を供給し、駆動している。
以上の基本的な構成は図１と同じである。しかし、図９では直列多重電力変換器３０の直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ）の段数が異なっている。段数ｎを増やせば、より高電圧、もしくはより滑らかな３相交流波形に近い電圧が交流電動機４に供給できる。
【００３８】
また、高出力、高容量の電動機の場合には、直列多重電力変換器３０から供給する電圧が高い方が電動機４の設計は容易となる。
また、直列多重電力変換器３０からの出力電圧が、同じ高い電圧を発生させる方法として、直流ユニットの１段当たりの電圧を高くする方法と、直流ユニットの１段当たりの電圧はそのままにして、直列の段数を増やす方法がある。直流ユニット４００（図４）のなかの単相変換器４０２（図４）を構成する半導体スイッチのＩＧＢＴ（４０２１〜４０２４（図４））に加わる電圧をＩＧＢＴの耐圧以下にする必要があるので、直流ユニットの１段当たりの電圧を高くする方法には限界がある。この場合には図９において、直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ）のｎの段数を増やすことで実現する。
なお、図９において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎにおいては、前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
また、図９においては、直列多重電力変換器３０の構造を拡大して示すために、直列多重電力変換器１３０を不図示としたが、多重変圧器２は２台の直列多重電力変換器３０、１３０に電力を供給している。
【００３９】
また、図９では直列多重電力変換器は相数が３相の構成例を示したが、相数も一般にｍ相で構成できる。
図１０に直列段数をｎ段、相をｍ相とした構成例を示す。図１０において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎによる出力を直列多重電力変換器３０に入力し、直列多重電力変換器３０で周波数や電圧の異なる別の３相の交流を再発生して、電動機４に電力を供給し、駆動している。
【００４０】
以上の基本的な構成は図９と同じである。しかし、図１０では直列多重電力変換器３０の直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ、３ｍ〜３ｍ＋ｎ）の相数ｍが異なっている。相数を増やした場合は、電動機の極数を増やすことが必要であるが、それによって、より滑らかな回転をする電動機の動作が可能となる。
また、図１０においては、直列多重電力変換器３０の構造を拡大して示すために、直列多重電力変換器１３０を不図示としたが、多重変圧器２は２台の直列多重電力変換器３０、１３０に電力を供給している。
【００４１】
（第２の実施形態）
図１１は本発明の第２の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１１において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。
直列多重電力変換器３０においては、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力１０４から３相の交流電動機４に電力を供給して、駆動する。
また、直列多重電力変換器１３０においても、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力２０４から電動機５に電力を供給して、駆動する。
【００４２】
以上の基本的な構成は図１と同じである。しかし、図１１では第２の直列多重電力変換器１３０が直列の段数において、第１の直列多重電力変換器３０と異なっている。このため、出力電圧が異なる２台の直列多重電力変換器３０、１３０の電力を１台の多重変圧器２で同時に供給することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１２において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９による出力に直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０をそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３、・・・、ｎ０３により接続している。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には電動機４を接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には電動機５を接続し、一般に直列多重電力変換器ｎ３０の直列多重電力変換器出力ｎ０４には電動機ｎ＋３を接続している。
この構成により、１台の多重変圧器２から、ｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０に電力を供給し、これらの直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０が電動機４、５、・・・、ｎ＋３をそれぞれ駆動している。
【００４４】
以上において、１台の多重変圧器２にｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０が接続され、かつ直列段数も異なる（ｍ、ｉ等）場合を示している。
なお、直列多重電力変換器をｎ台に拡張した以外、機能、動作などは図１に準じているので、詳細な説明は省略する。
また、３相配線群６は図１２において、簡略化をして表示しているが、図１における３相配線群６と同じ意味の構成である。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１３は本発明の第４の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１３において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の主巻線によって発生する主出力の３相交流セル電源１２１〜１２９に直列多重電力変換器３０を直列多重電力変換器入力１０３により接続し、直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４には電動機４を接続している。
【００４６】
また、多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂに直列多重電力変換器１３０を直列多重電力変換器入力２０３により接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には電動機５を接続している。
一般に多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎに直列多重電力変換器ｎ３０を直列多重電力変換器入力ｎ０３により接続し、直列多重電力変換器ｎ３０の直列多重電力変換器出力ｎ０４には電動機ｎ＋３を接続している。
以上の構成により、１台の多重変圧器２から、主出力である３相交流セル電源１２１〜１２９による直列多重電力変換器３０と電動機４を駆動する以外にも、部分出力である３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂや３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎ等により、ｎ−１台の直列多重電力変換器１３０、・・・、ｎ３０に電力を供給し、これらの直列多重電力変換器が２台以上の複数台の電動機５、・・・、ｎ＋３をそれぞれ駆動している。
【００４７】
また、多重変圧器２に接続されたｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０は直流ユニットの直列段数も異なる（３、ｍ、ｉ等）場合を示している。
なお、図１３においては、多重変圧器に巻線を追加して、主出力（３相交流セル電源１２１〜１２９）以外に部分出力である３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、・・・、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎを設け、そこから得た複数の３相交流セル電源で直列多重電力変換器（１３０、・・・、ｎ３０）と電動機（５、・・・、ｎ＋３）を駆動している例を示している。このとき二次側巻線は増加するが、同等の機能、効果となり、かつ、変圧器の一次側配線工数と、多重変圧器の台数が低減できる。さらには設備の占有面積と容積、および制御する盤の低減も図れる。
なお、図１３において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９、１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎにおいては前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
また、直列多重電力変換器をｎ−１台の部分出力を設けた以外についての機能、動作は図１、図１２に準じているので、詳細な説明は省略する。
【００４８】
（第５の実施形態）
図１４において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続して駆動する。また、直列多重電力変換器１３０の出力２０４には切替器８を経由して、電動機４を接続し、駆動している。
【００４９】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２は共通であり、２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式が構成できる。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
なお、３相配線群６は図１４において、簡略化をして表示しているが、図１における３相配線群６と同じ意味の構成である。
【００５０】
図１４を用いて説明した待機二重系方式を、図１５のタイムチャートで更に説明する。
Ａ系の直列多重電力変換器３０が正常なときには切替器７を経由して電動機４には正常な電圧が印加されていて、電動機４はｎ０という電動機速度（回転速度）で動作している。ここで時刻ｔ０という時点で何らかの原因、例えば直列多重電力変換器３０内の直流ユニットの故障などで、直列多重電力変換器３０が故障したと仮定する。Ａ系故障信号（不図示）によりまず切替器７が「入」状態から「切」状態に変移する。そこである一定時間ｔｓｗ経過後、切替器８が「切」状態から「入」状態に変移する。Ｂ系の直列多重電力変換器１３０はこの時点ｔ１で同期検出動作を開始し、電動機速度（回転速度）ｎ１に見合った同期点（直列多重電力変換器１３０の出力電圧、および周波数が電動機速度（回転速度）ｎ１に同期）を時刻ｔ２で検出する。時刻ｔ２で直列多重電力変換器１３０は出力運転を開始し、電動機４の電動機速度（回転速度）は以前のＡ系の直列多重電力変換器３０で運転していた状態の電動機速度（回転速度）ｎ０に復帰する。
【００５１】
以上の図１４の待機二重系方式の特徴について説明する。この方式においては、１台の多重変圧器２と２台の直列多重電力変換器３０、１３０と２台の切替器７、８を用いて待機二重系化を図れるので、１台分の多重変圧器のコスト低減と、配線工数の低減ができる。更に、一般に変圧器（多重変圧器）は鉄と絶縁体、銅線を主体として構成されているので、パワー半導体やＩＣ類を搭載したプリント基板などの複合部品の組み合わせの直列多重電力変換器より高い信頼性を有する。これは多重変圧器を含む直列多重電力変換器システムとして、多重変圧器は一重のまま、直列多重電力変換器の多重化を図ることが信頼性向上につながる簡便かつ有用な方法であることを示している。
したがって、図１４に示した本発明の実施形態では１台の多重変圧器２に２台の直列多重電力変換器３０、１３０を接続し、前記２台の直列多重電力変換器３０、１３０を切り替えて使用することによって、２台分の多重変圧器コストを必要とせずに、また、設備占有面積と容積が低減し、信頼性の低下もなく、待機二重系の直列多重電力変換方法を提供できる。
【００５２】
（第６の実施形態）
図１６は第６の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１６において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続して駆動する。また、直列多重電力変換器１３０の出力２０４には切替器８を経由して、電動機４を接続し、駆動している。
【００５３】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２が共通である２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式が構成できる。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
【００５４】
以上は図１４に示した第５の実施形態とほぼ同じ構成である。異なるのはＢ系の直列多重電力変換器１３０における直列ユニット（Ｕ１１〜１ｎ、Ｖ１１〜１ｎ、Ｗ１１〜１ｎ）の各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相における段数である。このため直列の出力電圧が異なる。この直列ユニットの段数ｎが２以下の場合には、Ｂ系に切り替えた後は速度を下げて縮退運転となる。つまり、Ａ系で通常運転操業から、Ａ系が故障後にＢ系に切り替え、速度を下げて縮退運転をする場合である。このとき、Ｂ系の直列多重電力変換器容量は小さくできる。例えば、電動機４の負荷がポンプやファンの場合、電動機速度（回転速度）の３乗に消費電力が比例するので、待機系であるＢ系は、常用であるＡ系の５０％の速度までしか運転しないものとすると、Ｂ系の直列多重電力変換器の容量は０．５（５０％）の３乗、すなわち０．１２５である１２．５％のＢ系の直列多重電力変換器容量ですむ。
【００５５】
図１６を用いて説明した縮退の待機二重系方式を、図１７のタイムチャートで更に説明する。図１７において、Ａ系の直列多重電力変換器３０が正常なときには切替器７を経由して電動機４には正常な電圧が印加されていて、電動機４はｎ０という電動機速度（回転速度）で動作している。ここで時刻ｔ０という時点で何らかの原因、例えば直列多重電力変換器３０内の直流ユニットの故障などで、直列多重電力変換器３０が故障したと仮定する。Ａ系故障信号（不図示）によりまず切替器７が「入」状態から「切」状態に変移する。そこである一定時間ｔｓｗ経過後、切替器８が「切」状態から「入」状態に変移する。Ｂ系の直列多重電力変換器１３０はこの時点ｔ１で同期検出動作を開始し、電動機速度（回転速度）ｎ１に見合った同期点（直列多重電力変換器１３０の出力電圧、および周波数が電動機速度（回転速度）ｎ１に同期）を時刻ｔ２で検出する。時刻ｔ２で直列多重電力変換器１３０は出力運転を開始し、電動機４の電動機速度（回転速度）は以前のＡ系の直列多重電力変換器３０で運転していた状態の電動機速度（回転速度）ｎ０から速度ｎ２に降下し、縮退運転となる。
【００５６】
（第７の実施形態）
図１８は第７の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１８において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の主巻線によって発生する主出力の３相交流セル電源１２１〜１２９に直列多重電力変換器３０を直列多重電力変換器入力１０３により接続し、直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続し、駆動している。
【００５７】
また、多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎに直列多重電力変換器１３０を直列多重電力変換器入力２０３により接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には切替器８を経由して電動機４を接続して駆動する。
【００５８】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２は共通である２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式を構成している。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
【００５９】
以上は図１６に示した第６の実施形態とほぼ同じ構成である。異なるのは前記したように、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０が多重変圧器２の二次側の部分出力である３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎから電力を受けていることである。多重変圧器２の部分出力を取り出すために１台の多重変圧器に巻線を追加したものであり、主出力でＡ系を駆動し、追加した巻線による部分出力でＢ系を駆動する。巻線を追加してあるので、２つの直列多重電力変換器３０、１３０の間の相互干渉が少なくなる。
なお、図１８において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎにおいては前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
【００６０】
（その他の実施形態）
多重変圧器の電力容量は複数台の直列多重電力変換器の電力容量の合計値を目安として設定することが一般的である。しかし、前記複数台の直列多重電力変換器に駆動される複数の電動機などの負荷の用途によっては、負荷の電力容量の単純な合計値よりも、少なくてもよい場合や、より多くの電力容量を必要とする場合がともにある。したがって、多重変圧器の電力容量は複数台の直列多重電力変換器の電力容量の合計値よりも小さい場合や、大きい場合にも本発明は適用される。
【００６１】
以上において、直列多重電力変換器が駆動する負荷は電動機として説明したが、電動機とは限らず一般的な負荷でもよい。
【００６２】
また、図１４、図１６、図１８において常時系（Ａ系）と予備系（Ｂ系）との直列多重電力変換器によって切り替えて駆動される電動機もしくは負荷は１台の場合で説明したが、複数台の電動機もしくは負荷であってもよく、また予備系の直列多重電力変換器の台数も１台とは限らず、複数の予備系列を備えてもよい。
【００６３】
また、図１６においては、Ｂ系の直列多重電力変換器の直流ユニットの段数のｎは２以下の縮退の場合で説明したが、ｎは４以上であって、一次的に駆動能力を増加させる場合もある。
【００６４】
また、図１４、図１６、図１８において常時系（Ａ系）と予備系（Ｂ系）に切り替える切替器７、８は別々の切替器として図示し、かつ説明したが、切替器７、８の機能が一体化した切替器でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
ベルトコンベアが多数配備される製造ラインにおいて、多数の電動機が必要であり、かつ駆動能力や回転速度が異なる。このような工場において、本発明によれば、１台の多重変圧器によって、複数台の直列多重電力変換器を稼動し、複数台の電動機が運転できるので、設備コストと設備占有面積、容積が軽減できる。したがって、この方法は前記した工場の環境において、標準的な手法として広く利用されていく可能性がある。
【符号の説明】
【００６６】
１ ３相交流電源
１１１、１１１１ 一次側３相交流電源
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎ、１１２１、１１２２、１１２３、１１２４、１１２５、１１２６、１１２７、１１２８、１１２９ ３相交流セル電源
１２１１、１２１２、１２１３、１２４１、１２４２、１２４３、１２７１、１２７２、１２７３ 二次側巻線
１２１４、１２１５、１２１６、１２４４、１２４５、１２４６、１２７４、１２７５、１２７６ 二次側出力端子
１０３、２０３、ｎ０３ 直列多重電力変換器入力
１０４、２０４、ｎ０４ 直列多重電力変換器出力
２、２ｂ 多重変圧器
３ 主遮断器
４、５ 電動機、交流電動機（ＡＣＭ）
６ ３相配線群
７、８ 切替器
３０、１３０、ｎ３０ 直列多重電力変換器
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６、１３７、１３８、１３９、３ｎ、３ｍ、３ｍ＋１、３ｍ＋ｎ、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１ｎ、Ｕ１１〜１ｍ、Ｕ１１〜１ｎ、Ｕ１１〜１ｉ、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１ｎ、Ｖ１１〜１ｍ、Ｖ１１〜１ｎ、Ｖ１１〜１ｉ、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１ｎ、Ｗ１１〜１ｍ、Ｗ１１〜１ｎ、Ｗ１１〜１ｉ、４００ 直流ユニット
４０、１４０、ｎ４０ 直流ユニット制御回路
４００１ 正極端子
４００２ 負極端子
４０１ ダイオード整流器
４０２ 単相変換器
４０３ ヒューズ（遮断器）
４０４ 平滑コンデンサ
４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ） 直流ユニット入力端子
４０２１（ＵＰ）、４０２２（ＵＮ）、４０２３（ＶＰ）、４０２４（ＶＮ） 半導体スイッチ（ＩＧＢＴ）
４１１１、４１１２、４１２１、４１２２、４１３１、４１３２ ダイオード
４０２５（ａ）、４０２６（ｂ） 直流ユニット出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を用いて、交流電動機を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を使用する際において、回転速度の制御が重要になる場合がある。交流電動機の回転速度制御に適した方法として、多重電力変換器、もしくは高圧に適した直列多重電力変換器を用いる方法がある。これにより任意の周波数の近似的な交流を発生し、電動機の回転速度を制御するものである。
従来技術としては、１台の直列多重電力変換器を用いて電動機を駆動する技術が、特許文献１に開示されている。
また、この方法を２台の多重変圧器と直列多重電力変換器とで用いる場合について示したのが図１９である。図１９においては多重変圧器２から３相交流を直列多重電力変換器３０に供給し、直列多重電力変換器３０によって任意の周波数の近似的な３相交流電力を生成し、電動機４を駆動している。また、多重変圧器２ｂから３相交流を直列多重電力変換器１３０に供給し、直列多重電力変換器１３０によって任意の周波数の近似的な３相交流電力を生成し、電動機５を駆動している。
この場合は２台の電動機を駆動するために、２台の多重変圧器と２台の直列多重電力変換器が必要となっている。多数の台数を用意すると、その台数分の多重変圧器と直列多重電力変換器が必要となり、設備に多大な費用がかかるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多数の電動機を使用し、かつ電動機速度（回転速度）を個別に制御する場合において、これらに関連する設備全体の費用が膨大になり、かつこの設備の占有する面積と容積、そして制御する盤数が多大になる。また、これらの台数が増えるにしたがって、信頼性の確保も課題となる。
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、多重変圧器に係る設備コストと設備占有面積と容積の低減、および信頼性の向上の図れる直列多重電力変換方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続した。
【０００６】
かかる構成により、１台の前記多重変圧器で複数台の前記直列多重電力変換器が稼動する。
【０００７】
また、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、前記多重変圧器と、前記複数台の直列多重電力変換器とを接続し、複数台の中の１台の直列多重電力変換器を常時使用系、残りの台数の直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器にて常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動する。
【０００８】
かかる構成により、１台の前記多重変圧器で複数台の前記直列多重電力変換器が予備として稼動する。
【０００９】
また、複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による電力変換方法において、前記多重変圧器が、主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と、独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源と、を備えた。
【００１０】
かかる構成により、前記多重変圧器から主出力と部分出力の３相交流が別々に出力する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多重変圧器に係る設備コストと設備占有面積と容積の低減、および信頼性の向上の図れる直列多重電力変換方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第１の概略の構成図である。
【図２】本発明の実施形態である多重変圧器に備えられる３相交流セル電源の構成を示す図である。
【図３】３相交流の波形例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニットの構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニットの機能動作を示す図である。
【図６】本発明の実施形態である直列多重電力変換器に備えられる直流ユニット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直列多重電力変換器の出力電圧波形例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態である直列多重電力変換器の出力電圧波形例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第２の概略の構成図である。
【図１０】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第３の概略の構成図である。
【図１１】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第４の概略の構成図である。
【図１２】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第５の概略の構成図である。
【図１３】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す第６の概略の構成図である。
【図１４】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、切替器によって電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第７の概略の構成図である。
【図１５】図１４に示した第７の概略の構成における直列多重電力変換器と電動機と切替器の動作の関連を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、切替器によって電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第８の概略の構成図である。
【図１７】図１６に示した第８の概略の構成における直列多重電力変換器と電動機と切替器の動作の関連を示すタイムチャートである。
【図１８】本発明の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と、電力供給源が切り替えられる電動機との関連を示す第９の概略の構成図である。
【図１９】従来の実施形態である多重変圧器と直列多重電力変換器と負荷となる電動機との関連を示す概略の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態（その１））
図１は本発明の第１の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。
直列多重電力変換器３０においては、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４から３相の交流電動機（ＡＣＭ：AC Motor、以下、単に電動機と略すこともある。）４に電力を供給して、駆動する。
また、直列多重電力変換器１３０においても、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）２０４から電動機５に電力を供給して、駆動する。
【００１４】
ここで、図１の第１の実施形態の詳しい機能、動作の説明には、まず本発明の特徴であり、主構成要素である多重変圧器２、直列多重電力変換器３０、また、直列多重電力変換器３０において用いられる直流ユニット（３１〜３９）、ダイオード整流器（４０１（図４））、単相変換器（４０２（図４））についての理解が必要であるので、それらを先に説明し、その後、（第１の実施形態（その２））として、再度、全体を説明することにする。
【００１５】
（多重変圧器）
図１における多重変圧器２は３相交流用の３相の一次側巻線と３相の複数本の二次側巻線を備えた変圧器である。なお、よく知られている３相交流の電圧波形を図３に示す。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。
【００１６】
多重変圧器２は、一次側として、一次側３相交流電源１１１を、二次側として、９個の３相交流セル電源１２１〜１２９を備えている。一次側３相交流電源１１１により、１次側として、３相交流電力を受け、変圧器としての機能により、２次側で複数個の３相交流セル電源１２１〜１２９に電圧と電力が変換される。２次側で複数個の３相交流セル電源１２１〜１２９によってそれぞれの３相交流電圧と電力が出力される。３相交流セル電源１２１〜１２９は、Δを横にして丸で囲んで表した第１型のΔ結線の３相交流セル電源１２１〜１２３を３個と、Δを丸で囲んで表した第２型のΔ結線の３相交流セル電源１２４〜１２６を３個と、Ｙを丸で囲んで表した第３型のＹ結線の３相交流セル電源１２７〜１２９を３個と、を備えている。これらの第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源の概略の内部構造を図２に示す。
【００１７】
図２において、第１型の３相交流セル電源１２１は図２（ａ）に示すように、二次巻線１２１１、１２１２、１２１３を備え、正三角形状に接続形成され、よく知られた、いわゆるΔ結線（デルタ結線）を構成している。二次巻線１２１１、１２１２、１２１３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２１４（ｗ）、１２１５（ｕ）、１２１６（ｗ）から３相交流電圧と電力が出力される。また、第１型の３相交流セル電源１２２、１２３（図１）も３相交流セル電源１２１と同じ構成である。
【００１８】
第２型の３相交流セル電源１２４は図２（ｂ）に示すように、二次巻線１２４１、１２４２、１２４３を備え、正三角形状に接続形成され、よく知られた、いわゆるΔ結線（デルタ結線）を構成している。二次巻線１２４１、１２４２、１２４３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２４４、１２４５、１２４６から３相交流電圧と電力が出力される。また、第２型の３相交流セル電源１２５、１２６（図１）も３相交流セル電源１２４と同じ構成である。
【００１９】
なお、第２型の３相交流セル電源１２４の各相の構成は、電圧が異なるが位相関係は一次側３相交流電源１１１の各相の関係と同じである。
また、第１型の３相交流セル電源１２１の二次巻線１２１１、１２１２、１２１３と第２型の３相交流セル電源１２４の二次巻線１２４１、１２４２、１２４３は同じ構造で形成し、第２型の３相交流セル電源１２４の出力端子１２４４（ｕ）、１２４５（ｖ）、１２４６（ｗ）を第１型の３相交流セル電源１２１の出力端子１２１５（ｕ）、１２１６（ｖ）、１２１４（ｗ）として取り出せば第１型の３相交流セル電源１２１の各相の関係が得られる。
【００２０】
第３型の３相交流セル電源１２７は図２（ｃ）に示すように、二次巻線１２７１、１２７２、１２７３を備え、Ｙ字状に接続形成され、よく知られた、いわゆるＹ結線（スター結線）を構成している。二次巻線１２７１、１２７２、１２７３には位相が１２０度、異なる正弦波形の交流電圧が誘起されるので、出力端子１２７４、１２７５、１２７６から３相交流電圧と電力が出力される。ただし、３相交流セル電源１２７の出力端子１２７４と１２７５の間からは、二次巻線１２７１、１２７２の各相の電圧の差が出力される。これは第１型の３相交流セル電源１２１の出力端子１２１４と出力端子１２１５の間から二次巻線１２１１の相の電圧がそのまま出力されるのとは異なる。二次巻線１２７１、１２７２が二次巻線１２１１と同じ条件で構成されると、出力端子１２７４と出力端子１２７５の間からは、よく知られているようにベクトル演算した（（３）1/2≒１．７３）倍の電圧が出力されるので、同じ相間の出力電圧となるように二次巻線１２７１、１２７２、１２７３は二次巻線１２１１、１２１２、１２１３より、巻数を少なく調整した二次巻線で構成する。また、第３型の３相交流セル電源１２８、１２９（図１）も３相交流セル電源１２７と同じ構成である。
【００２１】
なお、第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源１２１〜１２９は、以上のようにすべて同じではなく、異なる位相の出力をしているが、後記するように、直列多重電力変換器３０のなかの直流ユニットで一度、すべて直流に変換されてしまう。したがって、前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源１２１〜１２９の交流としての位相情報は消去されてしまい、直列多重電力変換器３０側においては第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を用いる意味は事実上ない。
にもかかわらず、多重変圧器２の二次側に第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を用いるのは、多重変圧器２の一次側における高調波が、前記第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同じ数だけ揃えたときに、相殺されて、少なくなることが知られているからである。
【００２２】
（直列多重電力変換器（その１））
図１において、直列多重電力変換器３０は９個の直流ユニット３１〜３９と各直流ユニットを制御する直流ユニット制御回路４０からなっている。直流ユニット３１（Ｕ１１）、３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）を直列にしてＵ相を形成している。また、直流ユニット３２（Ｖ１１）、３５（Ｖ１２）、３８（Ｖ１３）を直列にしてＶ相を形成している。また、直流ユニット３３（Ｗ１１）、３６（Ｗ１２）、３９（Ｗ１３）を直列にしてＷ相を形成している。これらのＵ相、Ｖ相、Ｗ相は直流ユニット３１（Ｕ１１）、直流ユニット３２（Ｖ１１）、直流ユニット３３（Ｗ１１）のａ側の直流ユニット出力端子４０２５（図４）で接続され、Ｙ結線（スター結線）を構成している。
【００２３】
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの直流ユニット３７（Ｕ１３）、直流ユニット３８（Ｖ１３）、直流ユニット３９（Ｗ１３）の各ｂ側の直流ユニット出力端子４０２６（図４）から直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４として出力する。
なお、この３相出力は交流電動機（ＡＣＭ）４に供給されている。
また、後記するように直流ユニット制御回路４０は直流ユニット３１〜３９を制御している。直列多重電力変換器３０がどのような機能を持ち、動作するかに直流ユニットの説明が必要であるので、先に直列多重電力変換器３０の主構成要素である直流ユニット４００（図４）について説明する。
【００２４】
（直流ユニット）
図４に示したのが、直流ユニット４００（３１〜３９（図１））の回路構成である。直流ユニット入力端子４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ）から２次側の３相交流セル電源（１２１〜１２９）のどれかひとつの３相交流を入力している。入力した３相交流はヒューズ（遮断器）４０３を経由してダイオード整流器４０１に入力する。ダイオード整流器４０１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。ダイオード整流器４０１の出力は平滑コンデンサ（Ｃ）４０４を経て、単相変換器４０２に供給され、直流ユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）間に＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃの直流電圧を直流ユニット制御回路４０（図１）の制御状況に応じて出力する。
以下に、直流ユニット４００の主構成要素であるダイオード整流器４０１と単相変換器４０２について詳しく述べる。
【００２５】
（ダイオード整流器）
ダイオード整流器４０１はダイオード４１１１、４１１２、４１２１、４１２２、４１３１、４１３２から構成されている。ダイオード４１１１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１１２のカソードに接続されている。ダイオード４１１２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１１１のアノードとダイオード４１１２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１１（ｕ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１１１のアノードとダイオード４１１２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４１１１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１１２を通り負極端子４００２に到達する。
以上から、直流ユニット端子４１１（ｕ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１１１とダイオード４１１２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２６】
ダイオード４１２１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１２２のカソードに接続されている。ダイオード４１２２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１２１のアノードとダイオード４１２２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１２（ｖ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１２１のアノードとダイオード４１２２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４１２１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１２２を通り負極端子４００２に到達する。以上から、直流ユニット端子４１２（ｖ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１２１とダイオード４１２２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２７】
ダイオード４１３１のカソードは正極端子４００１に接続され、アノードはダイオード４１３２のカソードに接続されている。ダイオード４１３２のアノードは負極端子４００２に接続されている。また、ダイオード４１３１のアノードとダイオード４１３２のカソードの接続点には、直流ユニット端子４１３（ｗ）から３相交流の１相分が入力されている。ダイオード４１３１のアノードとダイオード４１３２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４１３１を通り正極端子４００１に到達する。また、負であればダイオード４１３２を通り負極端子４００２に到達する。以上から、直流ユニット端子４１３（ｗ）から３相交流の１相分の入力はダイオード４１３１とダイオード４１３２によって全波整流され正極端子４００１と負極端子４００２に到達し、かつ平滑コンデンサ（Ｃ）４０４によって蓄積され、かつ平滑化される。
【００２８】
ダイオード整流器４０１には直流ユニット端子４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ）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４００１と負極端子４００２の間に接続された平滑コンデンサ４０４には、より平滑化された直流電力（電圧Ｖｄｃ）が蓄積される。
【００２９】
（単相変換器）
図４において、単相変換器４０２は半導体スイッチ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と略すこともある。）４０２１〜４０２４で構成される。
ＩＧＢＴ（ＵＰ）４０２１はコレクタが正極端子４００１に接続され、エミッタは直流ユニット出力端子（ａ）４０２５に接続されている。ＩＧＢＴ（ＵＮ）４０２２はエミッタが負極端子４００２に接続され、コレクタは直流ユニット出力端子４０２５（ａ）に接続されている。ＩＧＢＴ（ＶＰ）４０２３はコレクタが正極端子４００１に接続され、エミッタは直流ユニット出力端子４０２６（ｂ）に接続されている。ＩＧＢＴ（ＶＮ）４０２４はエミッタが負極端子４００２に接続され、コレクタは直流ユニット出力端子４０２６（ｂ）に接続されている。また、ＩＧＢＴ４０２１〜４０２４の各ベースには直流ユニット制御回路４０（図１）の制御信号がそれぞれ接続されている。
【００３０】
このとき、ＩＧＢＴ（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御を図５に示したように行うと、ユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）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（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ）のオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）の制御は直流ユニット制御回路４０（図１）が一括して行う。
なお、半導体スイッチは必ずしも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、直流ユニット４００（３１〜３９（図１））、あるいは直列多重電力変換器３０（図１）として、高電圧を容易に得やすい。
【００３１】
図６は直流ユニット４００のユニット出力端子４０２５（ａ）、４０２６（ｂ）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。
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６（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６（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６（ｂ）の方が高くなる。
したがって、直流ユニット制御回路４０（図１）による直流ユニット４００（図４）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。
【００３２】
（直列多重電力変換器（その２））
図７は図１の直列多重電力変換器３０において、直流ユニット３１（Ｕ１１）、３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）を直列に接続した状態で、直流ユニット３４（Ｕ１２）、３７（Ｕ１３）はともに＋Ｖｄｃを発生させ、直流ユニット３１（Ｕ１１）を０と＋Ｖｄｃの間で出力した場合におけるＵ相の電圧波形を示したものである。図７においてはＵ相の電圧波形を＋２Ｖｄｃと＋３Ｖｄｃとで発生させることができることを示している。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直流ユニット制御回路４０（図１）が行う。また、Ｕ相のみならずＶ相（Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３）やＷ相（Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３）でも同様に制御し、階段状の波形を発生させることができる。
【００３３】
図８は直流ユニットの段数を３段より、更に増やした場合の直列多重電力変換器の出力電圧波形の一例を示すものである。前記したように、直流ユニットの出力は＋Ｖｄｃ、０、−Ｖｄｃを選択でき、直列多重電力変換器においては直流ユニット４００の直列の段数を３段を超して構成でき、かつ直流ユニット４００の出力の期間を直流ユニット制御回路で制御すれば図８（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。なお、図８（ａ）がＵ相やＶ相、Ｗ相の単相の出力電圧波形であり、図８（ｂ）は例えばＵ相とＶ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。
【００３４】
また、直流ユニット制御回路４０（図１）で開閉の周波数を変えれば、これらの近似した三相交流の周波数は変わるので、周波数の可変な３相交流電源が多重変圧器と直列多重電力変換器の組み合わせにより近似的に実現する。
なお、幾ら直流ユニット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。
【００３５】
また、図１において、直列多重電力変換器３０における直流ユニット（３１〜３９）は多重変圧器の３相交流セル電源１２１〜１２９から別々に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、複数の直流ユニット制御回路に接続すると、直流ユニット制御回路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、それぞれの直流ユニット（３１〜３９）にはそれぞれ別の３相交流セル電源１２１〜１２９を用いる必要がある。
【００３６】
（第１の実施形態、（その２））
再び、図１に戻る。以上において、説明した多重変換器２と２台の直列多重電力変換器３０、１３０を図１で用いている。これにより、１台で２台の直列多重電力変換器を駆動しているので、変圧器の設備費（コスト）と、これらの機器の設置場所の占有する面積や容積が減少する。また、これらを制御する盤の数も少なくできる。
【００３７】
なお、図１において、直列多重電力変換器３０は直列ユニットが直列３段の構成例を示したが、前記したように、段数は一般にｎ段で構成できる。図９に直列ユニットの直列段数をｎ段で構成した例を示す。
図９において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎによる出力を直列多重電力変換器３０に入力し、直列多重電力変換器３０から電動機４に電力を供給し、駆動している。
以上の基本的な構成は図１と同じである。しかし、図９では直列多重電力変換器３０の直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ）の段数が異なっている。段数ｎを増やせば、より高電圧、もしくはより滑らかな３相交流波形に近い電圧が交流電動機４に供給できる。
【００３８】
また、高出力、高容量の電動機の場合には、直列多重電力変換器３０から供給する電圧が高い方が電動機４の設計は容易となる。
また、直列多重電力変換器３０からの出力電圧が、同じ高い電圧を発生させる方法として、直流ユニットの１段当たりの電圧を高くする方法と、直流ユニットの１段当たりの電圧はそのままにして、直列の段数を増やす方法がある。直流ユニット４００（図４）のなかの単相変換器４０２（図４）を構成する半導体スイッチのＩＧＢＴ（４０２１〜４０２４（図４））に加わる電圧をＩＧＢＴの耐圧以下にする必要があるので、直流ユニットの１段当たりの電圧を高くする方法には限界がある。この場合には図９において、直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ）のｎの段数を増やすことで実現する。
なお、図９において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎにおいては、前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
また、図９においては、直列多重電力変換器３０の構造を拡大して示すために、直列多重電力変換器１３０を不図示としたが、多重変圧器２は２台の直列多重電力変換器３０、１３０に電力を供給している。
【００３９】
また、図９では直列多重電力変換器は相数が３相の構成例を示したが、相数も一般にｍ相で構成できる。
図１０に直列段数をｎ段、相をｍ相とした構成例を示す。図１０において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２６、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎによる出力を直列多重電力変換器３０に入力し、直列多重電力変換器３０で周波数や電圧の異なる別の３相の交流を再発生して、電動機４に電力を供給し、駆動している。
【００４０】
以上の基本的な構成は図９と同じである。しかし、図１０では直列多重電力変換器３０の直流ユニット（Ｕ１１〜Ｕ１ｎ、Ｖ１１〜Ｖ１ｎ、Ｗ１１〜Ｗ１ｎ、３ｍ〜３ｍ＋ｎ）の相数ｍが異なっている。相数を増やした場合は、電動機の極数を増やすことが必要であるが、それによって、より滑らかな回転をする電動機の動作が可能となる。
また、図１０においては、直列多重電力変換器３０の構造を拡大して示すために、直列多重電力変換器１３０を不図示としたが、多重変圧器２は２台の直列多重電力変換器３０、１３０に電力を供給している。
【００４１】
（第２の実施形態）
図１１は本発明の第２の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１１において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。
直列多重電力変換器３０においては、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力１０４から３相の交流電動機４に電力を供給して、駆動する。
また、直列多重電力変換器１３０においても、入力した前記３相交流は整流されて、一度、直流に変換された後、周波数や電圧の異なる別の３相の交流として再発生され、直列多重電力変換器出力２０４から電動機５に電力を供給して、駆動する。
【００４２】
以上の基本的な構成は図１と同じである。しかし、図１１では第２の直列多重電力変換器１３０が直列の段数において、第１の直列多重電力変換器３０と異なっている。このため、出力電圧が異なる２台の直列多重電力変換器３０、１３０の電力を１台の多重変圧器２で同時に供給することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
図１２は本発明の第３の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１２において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９による出力に直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０をそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３、・・・、ｎ０３により接続している。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には電動機４を接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には電動機５を接続し、一般に直列多重電力変換器ｎ３０の直列多重電力変換器出力ｎ０４には電動機ｎ＋３を接続している。
この構成により、１台の多重変圧器２から、ｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０に電力を供給し、これらの直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０が電動機４、５、・・・、ｎ＋３をそれぞれ駆動している。
【００４４】
以上において、１台の多重変圧器２にｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０が接続され、かつ直列段数も異なる（ｍ、ｉ等）場合を示している。
なお、直列多重電力変換器をｎ台に拡張した以外、機能、動作などは図１に準じているので、詳細な説明は省略する。
また、３相配線群６は図１２において、簡略化をして表示しているが、図１における３相配線群６と同じ意味の構成である。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１３は本発明の第４の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１３において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の主巻線によって発生する主出力の３相交流セル電源１２１〜１２９に直列多重電力変換器３０を直列多重電力変換器入力１０３により接続し、直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力（Ｖａｃｍ）１０４には電動機４を接続している。
【００４６】
また、多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂに直列多重電力変換器１３０を直列多重電力変換器入力２０３により接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には電動機５を接続している。
一般に多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎに直列多重電力変換器ｎ３０を直列多重電力変換器入力ｎ０３により接続し、直列多重電力変換器ｎ３０の直列多重電力変換器出力ｎ０４には電動機ｎ＋３を接続している。
以上の構成により、１台の多重変圧器２から、主出力である３相交流セル電源１２１〜１２９による直列多重電力変換器３０と電動機４を駆動する以外にも、部分出力である３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂや３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎ等により、ｎ−１台の直列多重電力変換器１３０、・・・、ｎ３０に電力を供給し、これらの直列多重電力変換器が２台以上の複数台の電動機５、・・・、ｎ＋３をそれぞれ駆動している。
【００４７】
また、多重変圧器２に接続されたｎ台の直列多重電力変換器３０、１３０、・・・、ｎ３０は直流ユニットの直列段数も異なる（３、ｍ、ｉ等）場合を示している。
なお、図１３においては、多重変圧器に巻線を追加して、主出力（３相交流セル電源１２１〜１２９）以外に部分出力である３相交流セル電源１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、・・・、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎを設け、そこから得た複数の３相交流セル電源で直列多重電力変換器（１３０、・・・、ｎ３０）と電動機（５、・・・、ｎ＋３）を駆動している例を示している。このとき二次側巻線は増加するが、同等の機能、効果となり、かつ、変圧器の一次側配線工数と、多重変圧器の台数が低減できる。さらには設備の占有面積と容積、および制御する盤の低減も図れる。
なお、図１３において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９、１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎにおいては前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
また、直列多重電力変換器をｎ−１台の部分出力を設けた以外についての機能、動作は図１、図１２に準じているので、詳細な説明は省略する。
【００４８】
（第５の実施形態）
図１４において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続して駆動する。また、直列多重電力変換器１３０の出力２０４には切替器８を経由して、電動機４を接続し、駆動している。
【００４９】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２は共通であり、２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式が構成できる。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
なお、３相配線群６は図１４において、簡略化をして表示しているが、図１における３相配線群６と同じ意味の構成である。
【００５０】
図１４を用いて説明した待機二重系方式を、図１５のタイムチャートで更に説明する。
Ａ系の直列多重電力変換器３０が正常なときには切替器７を経由して電動機４には正常な電圧が印加されていて、電動機４はｎ０という電動機速度（回転速度）で動作している。ここで時刻ｔ０という時点で何らかの原因、例えば直列多重電力変換器３０内の直流ユニットの故障などで、直列多重電力変換器３０が故障したと仮定する。Ａ系故障信号（不図示）によりまず切替器７が「入」状態から「切」状態に変移する。そこである一定時間ｔｓｗ経過後、切替器８が「切」状態から「入」状態に変移する。Ｂ系の直列多重電力変換器１３０はこの時点ｔ１で同期検出動作を開始し、電動機速度（回転速度）ｎ１に見合った同期点（直列多重電力変換器１３０の出力電圧、および周波数が電動機速度（回転速度）ｎ１に同期）を時刻ｔ２で検出する。時刻ｔ２で直列多重電力変換器１３０は出力運転を開始し、電動機４の電動機速度（回転速度）は以前のＡ系の直列多重電力変換器３０で運転していた状態の電動機速度（回転速度）ｎ０に復帰する。
【００５１】
以上の図１４の待機二重系方式の特徴について説明する。この方式においては、１台の多重変圧器２と２台の直列多重電力変換器３０、１３０と２台の切替器７、８を用いて待機二重系化を図れるので、１台分の多重変圧器のコスト低減と、配線工数の低減ができる。更に、一般に変圧器（多重変圧器）は鉄と絶縁体、銅線を主体として構成されているので、パワー半導体やＩＣ類を搭載したプリント基板などの複合部品の組み合わせの直列多重電力変換器より高い信頼性を有する。これは多重変圧器を含む直列多重電力変換器システムとして、多重変圧器は一重のまま、直列多重電力変換器の多重化を図ることが信頼性向上につながる簡便かつ有用な方法であることを示している。
したがって、図１４に示した本発明の実施形態では１台の多重変圧器２に２台の直列多重電力変換器３０、１３０を接続し、前記２台の直列多重電力変換器３０、１３０を切り替えて使用することによって、２台分の多重変圧器コストを必要とせずに、また、設備占有面積と容積が低減し、信頼性の低下もなく、待機二重系の直列多重電力変換方法を提供できる。
【００５２】
（第６の実施形態）
図１６は第６の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１６において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して、多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源が供給され、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９にそれぞれ３相交流が出力される。この３相交流出力は３相配線群６を経由して、直列多重電力変換器３０、１３０にそれぞれ直列多重電力変換器入力１０３、２０３を経て入力する。直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続して駆動する。また、直列多重電力変換器１３０の出力２０４には切替器８を経由して、電動機４を接続し、駆動している。
【００５３】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２が共通である２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式が構成できる。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
【００５４】
以上は図１４に示した第５の実施形態とほぼ同じ構成である。異なるのはＢ系の直列多重電力変換器１３０における直列ユニット（Ｕ１１〜１ｎ、Ｖ１１〜１ｎ、Ｗ１１〜１ｎ）の各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相における段数である。このため直列の出力電圧が異なる。この直列ユニットの段数ｎが２以下の場合には、Ｂ系に切り替えた後は速度を下げて縮退運転となる。つまり、Ａ系で通常運転操業から、Ａ系が故障後にＢ系に切り替え、速度を下げて縮退運転をする場合である。このとき、Ｂ系の直列多重電力変換器容量は小さくできる。例えば、電動機４の負荷がポンプやファンの場合、電動機速度（回転速度）の３乗に消費電力が比例するので、待機系であるＢ系は、常用であるＡ系の５０％の速度までしか運転しないものとすると、Ｂ系の直列多重電力変換器の容量は０．５（５０％）の３乗、すなわち０．１２５である１２．５％のＢ系の直列多重電力変換器容量ですむ。
【００５５】
図１６を用いて説明した縮退の待機二重系方式を、図１７のタイムチャートで更に説明する。図１７において、Ａ系の直列多重電力変換器３０が正常なときには切替器７を経由して電動機４には正常な電圧が印加されていて、電動機４はｎ０という電動機速度（回転速度）で動作している。ここで時刻ｔ０という時点で何らかの原因、例えば直列多重電力変換器３０内の直流ユニットの故障などで、直列多重電力変換器３０が故障したと仮定する。Ａ系故障信号（不図示）によりまず切替器７が「入」状態から「切」状態に変移する。そこである一定時間ｔｓｗ経過後、切替器８が「切」状態から「入」状態に変移する。Ｂ系の直列多重電力変換器１３０はこの時点ｔ１で同期検出動作を開始し、電動機速度（回転速度）ｎ１に見合った同期点（直列多重電力変換器１３０の出力電圧、および周波数が電動機速度（回転速度）ｎ１に同期）を時刻ｔ２で検出する。時刻ｔ２で直列多重電力変換器１３０は出力運転を開始し、電動機４の電動機速度（回転速度）は以前のＡ系の直列多重電力変換器３０で運転していた状態の電動機速度（回転速度）ｎ０から速度ｎ２に降下し、縮退運転となる。
【００５６】
（第７の実施形態）
図１８は第７の実施形態を示す機能ブロックの構成図である。図１８において、３相交流電源１から主遮断器３を経由して多重変圧器２の一次側３相交流電源１１１に３相交流電源を供給し、電圧と位相を変換した多重変圧器２の二次側の主巻線によって発生する主出力の３相交流セル電源１２１〜１２９に直列多重電力変換器３０を直列多重電力変換器入力１０３により接続し、直列多重電力変換器３０の直列多重電力変換器出力１０４には切替器７を経由して電動機４を接続し、駆動している。
【００５７】
また、多重変圧器２の二次側の独立巻線によって発生する部分出力の３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎに直列多重電力変換器１３０を直列多重電力変換器入力２０３により接続し、直列多重電力変換器１３０の直列多重電力変換器出力２０４には切替器８を経由して電動機４を接続して駆動する。
【００５８】
以上により、１台の電動機４を多重変圧器２は共通である２台の直列多重電力変換器３０、１３０と切替器７、８によって、切り替え駆動する待機二重系方式を構成している。通常は切替器７がオン（ＯＮ）、切替器８がオフ（ＯＦＦ）であって、Ａ系の直列多重電力変換器３０によって、電動機４を運転する。また、Ａ系が故障した場合、切替器７をオフ（ＯＦＦ）、切替器８をオン（ＯＮ）とすることにより、Ｂ系に切り替えて、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０によって、電動機４を運転する。
【００５９】
以上は図１６に示した第６の実施形態とほぼ同じ構成である。異なるのは前記したように、Ｂ系の直列多重電力変換器１３０が多重変圧器２の二次側の部分出力である３相交流セル電源１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎから電力を受けていることである。多重変圧器２の部分出力を取り出すために１台の多重変圧器に巻線を追加したものであり、主出力でＡ系を駆動し、追加した巻線による部分出力でＢ系を駆動する。巻線を追加してあるので、２つの直列多重電力変換器３０、１３０の間の相互干渉が少なくなる。
なお、図１８において、多重変圧器２の二次側の３相交流セル電源１２１〜１２９、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎにおいては前記した第１型、第２型、第３型の３相交流セル電源を同数個で使用する。これは前記したように多重変圧器２の一次側において、高調波の発生を抑えるためである。
【００６０】
（その他の実施形態）
多重変圧器の電力容量は複数台の直列多重電力変換器の電力容量の合計値を目安として設定することが一般的である。しかし、前記複数台の直列多重電力変換器に駆動される複数の電動機などの負荷の用途によっては、負荷の電力容量の単純な合計値よりも、少なくてもよい場合や、より多くの電力容量を必要とする場合がともにある。したがって、多重変圧器の電力容量は複数台の直列多重電力変換器の電力容量の合計値よりも小さい場合や、大きい場合にも本発明は適用される。
【００６１】
以上において、直列多重電力変換器が駆動する負荷は電動機として説明したが、電動機とは限らず一般的な負荷でもよい。
【００６２】
また、図１４、図１６、図１８において常時系（Ａ系）と予備系（Ｂ系）との直列多重電力変換器によって切り替えて駆動される電動機もしくは負荷は１台の場合で説明したが、複数台の電動機もしくは負荷であってもよく、また予備系の直列多重電力変換器の台数も１台とは限らず、複数の予備系列を備えてもよい。
【００６３】
また、図１６においては、Ｂ系の直列多重電力変換器の直流ユニットの段数のｎは２以下の縮退の場合で説明したが、ｎは４以上であって、一次的に駆動能力を増加させる場合もある。
【００６４】
また、図１４、図１６、図１８において常時系（Ａ系）と予備系（Ｂ系）に切り替える切替器７、８は別々の切替器として図示し、かつ説明したが、切替器７、８の機能が一体化した切替器でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
ベルトコンベアが多数配備される製造ラインにおいて、多数の電動機が必要であり、かつ駆動能力や回転速度が異なる。このような工場において、本発明によれば、１台の多重変圧器によって、複数台の直列多重電力変換器を稼動し、複数台の電動機が運転できるので、設備コストと設備占有面積、容積が軽減できる。したがって、この方法は前記した工場の環境において、標準的な手法として広く利用されていく可能性がある。
【符号の説明】
【００６６】
１ ３相交流電源
１１１、１１１１ 一次側３相交流電源
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８、１２９、１２１ｂ、１２４ｂ、１２７ｂ、１２１ｎ、１２４ｎ、１２７ｎ、１２８ｎ、１２９ｎ、１１２１、１１２２、１１２３、１１２４、１１２５、１１２６、１１２７、１１２８、１１２９ ３相交流セル電源
１２１１、１２１２、１２１３、１２４１、１２４２、１２４３、１２７１、１２７２、１２７３ 二次側巻線
１２１４、１２１５、１２１６、１２４４、１２４５、１２４６、１２７４、１２７５、１２７６ 二次側出力端子
１０３、２０３、ｎ０３ 直列多重電力変換器入力
１０４、２０４、ｎ０４ 直列多重電力変換器出力
２、２ｂ 多重変圧器
３ 主遮断器
４、５ 電動機、交流電動機（ＡＣＭ）
６ ３相配線群
７、８ 切替器
３０、１３０、ｎ３０ 直列多重電力変換器
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６、１３７、１３８、１３９、３ｎ、３ｍ、３ｍ＋１、３ｍ＋ｎ、Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１ｎ、Ｕ１１〜１ｍ、Ｕ１１〜１ｎ、Ｕ１１〜１ｉ、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１ｎ、Ｖ１１〜１ｍ、Ｖ１１〜１ｎ、Ｖ１１〜１ｉ、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ１ｎ、Ｗ１１〜１ｍ、Ｗ１１〜１ｎ、Ｗ１１〜１ｉ、４００ 直流ユニット
４０、１４０、ｎ４０ 直流ユニット制御回路
４００１ 正極端子
４００２ 負極端子
４０１ ダイオード整流器
４０２ 単相変換器
４０３ ヒューズ（遮断器）
４０４ 平滑コンデンサ
４１１（ｕ）、４１２（ｖ）、４１３（ｗ） 直流ユニット入力端子
４０２１（ＵＰ）、４０２２（ＵＮ）、４０２３（ＶＰ）、４０２４（ＶＮ） 半導体スイッチ（ＩＧＢＴ）
４１１１、４１１２、４１２１、４１２２、４１３１、４１３２ ダイオード
４０２５（ａ）、４０２６（ｂ） 直流ユニット出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、
１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続したことを特徴とする直列多重電力変換方法。
【請求項２】
複数台の前記直列多重電力変換器の相互間において、前記直流ユニットの直列接続された段数が異なるものがあることを特徴とする請求項１に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項３】
前記直列多重電力変換器において、前記複数個の直列接続された直流ユニットからなる出力線が３相からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項４】
前記直列多重電力変換器において、前記複数個の直列接続された直流ユニットからなる出力線が４相以上からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項５】
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と独立並列巻線によって部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源とを備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、
１台の前記多重変圧器の前記主出力に１台の前記直列多重電力変換器を接続し、前記部分出力に他の直列多重電力変換器を接続したことを特徴とする直列多重電力変換方法。
【請求項６】
複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、
前記多重変圧器と、前記複数台の直列多重電力変換器とを接続し、複数台の中の１台の直列多重電力変換器を常時使用系、残りの台数の直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器にて常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動することを特徴とする直列多重電力駆動方法。
【請求項７】
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源とを備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、
１台の前記多重変圧器の前記主出力に１台の前記直列多重電力変換器を接続し、前記部分出力に他の直列多重電力変換器を接続し、前記主出力に接続された１台の前記直列多重電力変換器を常時使用系、前記部分出力に接続された他の前記直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器によって常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動することを特徴とする直列多重電力駆動方法。
【請求項８】
複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器に接続される多重変圧器であって、
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と、
独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源と、
を備えたことを特徴とする多重変圧器。
【請求項１】
複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、
１台の前記多重変圧器の出力に複数台の前記直列多重電力変換器を接続したことを特徴とする直列多重電力変換方法。
【請求項２】
複数台の前記直列多重電力変換器の相互間において、前記直流ユニットの直列接続された段数が異なるものがあることを特徴とする請求項１に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項３】
前記直列多重電力変換器において、前記複数個の直列接続された直流ユニットからなる出力線が３相からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項４】
前記直列多重電力変換器において、前記複数個の直列接続された直流ユニットからなる出力線が４相以上からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直列多重電力変換方法。
【請求項５】
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と独立並列巻線によって部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源とを備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器と、による直列多重電力変換方法において、
１台の前記多重変圧器の前記主出力に１台の前記直列多重電力変換器を接続し、前記部分出力に他の直列多重電力変換器を接続したことを特徴とする直列多重電力変換方法。
【請求項６】
複数個の３相交流セル電源を備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、
前記多重変圧器と、前記複数台の直列多重電力変換器とを接続し、複数台の中の１台の直列多重電力変換器を常時使用系、残りの台数の直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器にて常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動することを特徴とする直列多重電力駆動方法。
【請求項７】
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源とを備えた多重変圧器と、複数個の直列接続された直流ユニットを備えた複数台の直列多重電力変換器と、負荷への供給電力源を切り替える切替器と、によって負荷を駆動する方法において、
１台の前記多重変圧器の前記主出力に１台の前記直列多重電力変換器を接続し、前記部分出力に他の直列多重電力変換器を接続し、前記主出力に接続された１台の前記直列多重電力変換器を常時使用系、前記部分出力に接続された他の前記直列多重電力変換器を予備使用系として、複数台の直列多重電力変換器の出力を前記切替器によって常時使用と予備使用とに切り替えて、１台または複数台の負荷を駆動することを特徴とする直列多重電力駆動方法。
【請求項８】
複数個の直列接続された直流ユニットを備えた直列多重電力変換器に接続される多重変圧器であって、
主巻線によって主出力となる第１群の複数個の３相交流セル電源と、
独立並列巻線を設け部分出力となる第２群の複数個の３相交流セル電源と、
を備えたことを特徴とする多重変圧器。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１３０５６７（Ｐ２０１１−１３０５６７Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６０１６（Ｐ２００９−２８６０１６）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【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２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【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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