专利汇可以提供マルチレベルインバータ专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且【課題】本発明は、直列に接続されているセルに同じ電流を提供し、各セルで電流を検出し、汎用の電流検出素子を用いて、マルチレベルインバータの電流を検出する、マルチレベルインバータを提供する。【解決手段】マルチレベルインバータが開示される。1つの相の構成する複数の単位電 力 セルが直列に接続され、3相の電圧を電動機に出力する本発明のマルチレベルインバータは、複数の単位電力セルの出力電圧を検出する複数の電流センサを含む。【選択図】図3,下面是マルチレベルインバータ专利的具体信息内容。
本発明は、マルチレベルインバータに関するものである。
電力産業において、フレキシブル交流送電システム(Flexible AC Transmission System;FACTS)のような、効率的でかつフレキシブルな電力系統の運用及び構成を図るための高圧電力機器の開発要件に応じて、高圧大容量のマルチレベルインバータが出現しており、最近のマルチレベルインバータは、高圧大容量のインバータシステムのためのトポロジーとして関心が増してきている。
このようなマルチレベルインバータは、大きく三つの種類があるが、ダイオードクランプインバータ、カスケードH−ブリッジ(cascaded H−bridge)インバータ、及びフライングキャパシタインバータが、それである。
このうち、カスケードH−ブリッジインバータは、低圧H−ブリッジインバータを直列に接続して、独立したDCリンクを有する単位セルで構成され、各セルの電圧の和と総出力電圧の大きさが同じであり、セルの数に応じて出力電圧を可変することができる。 このようなカスケードH−ブリッジインバータの最大の欠点は、独立したDCリンク電源を供給しなければならないということである。
図1は、従来のカスケードH−ブリッジインバータを概略的に説明するための構成図である。
図1に示すように、従来のカスケードH−ブリッジインバータは、マスターコントローラ130と、複数のセル120内のセルコントローラ(図示せず)とによって制御が行われ、マスターコントローラ130のセルコントローラは、高速リンクで連結されており、これを用いてデータを送受信する。
マスターコントローラ130は、電動機の速度とインバータの出力電流を受信し、電動機の速度及び電流制御を行い、3相の電圧基準を各相別に同期を合わせて、セルコントローラに送信する。
セルコントローラは、各セル120のDCリンク電圧と、マスターコントローラ130から受信される電圧の基準を用いて、パルス幅変調(Pulse Width Modulation)を生成する。
このような従来のカスケードH−ブリッジインバータにおいて、マスターコントローラ130は、電動機200の安全な加減速のために各相の電流を電動機200から検出し、このために、電流センサ140が配置される。
従来、電動機200に用いられる電流センサ140は、最終の絶縁電圧の大きさが電動機200の電圧と等しく、電流センサ140の検出長さが非常に長くなるため、電圧型電流センサが用いられず、電流型電流センサが使用される。 これは、電流型電流センサがノイズに、より強いからである。
つまり、事前電圧及び電流条件によって検出電流センサの選択に制約を受けることになり、また、各相の電流を検出する素子が1つのみ配置されるため、ハードウェア的な障害がある場合、対応可能な方法が無いという問題点がある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、直列に接続されているセルに同じ電流を提供し、各セルで電流を検出し、汎用の電流検出素子を用いて、マルチレベルインバータの電流を検出する、マルチレベルインバータを提供することである。
また、本発明が解決しようとするもう一つの技術的課題は、電圧及び電流の条件やノイズへの制約に関係なく、電流検出素子を適用することができるマルチレベルインバータを提供することである。
上記のような技術的課題を解決するために、1つの相の構成する複数の単位電力セルが直列に接続され、3相の電圧を電動機に出力する本発明の一実施形態のマルチレベルインバータは、前記複数の単位電力セルの出力電圧を検出する複数の電流センサを含む。
本発明の一実施形態において、前記複数の単位電力セルの出力電流を受信し、前記単位電力セルに電圧基準情報を送信するマスター制御部をさらに含む。
本発明の一実施形態では、前記単位電力セルは、入力されるAC電圧をDC電圧に整流する整流部と、前記整流部の出力電圧を平滑するDCリンクコンデンサと、前記マスター制御部から受信した電圧基準情報に基づいて、パルス幅変調(PWM)信号を生成するセル制御部と、前記セル制御部のPWM信号により、DCリンクコンデンサのDC電圧を電動機に出力するAC電圧に変換するインバータ部と、及び前記インバータ部の出力電流を検出する前記電流センサと、を含む。
本発明の一実施形態において、前記インバータ部は、複数の半導体素子を含み、前記電流センサは、前記複数の半導体素子から出力される電流を検出する。
本発明の一実施形態において、前記電流センサは、前記インバータ部の出力電流を検出し、前記マスター制御部に提供する。
上記のような本発明は、システムを構成する場合、ハードウェア的な障害が発生しても、設定した性能を同一に出力するようにして、システムの信頼性を向上させることができ、別の設定変更を必要とすることがないため、システムのメンテナンスコストを減らすことができる。
また、セル別に電流を検出し、電圧に対して安全して電流を検出することができ、より正確な値を検出する効果がある。
本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示して、詳細な説明において詳細に説明する。 しかし、これは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。
以下、添付した図面を参照して、本発明による好適な一実施形態を詳細に説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係るマルチレベルインバータの構成図である。
本発明で説明するマルチレベルインバータは、例えば、カスケードH−ブリッジインバータを挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、様々な方式のインバータに提供することができる。
図2に示すように、本発明のマルチレベルインバータ10は、電動機20を制御するためのものであり、マスター制御部11、複数の単位電力セル(以下、「セル」という。)12及び位相シフト変圧器(phase shift transformer)13を含む。
位相シフト変圧器13は、各セル12に独立した電源を供給する。 この構成については、本発明と直接関連がないため、詳細な説明は省略する。
複数のセル12は、U相を構成するセルU1,U2,. . . ,Un、V相を構成するセルV1,V2,. . . ,Vn、及び、W相を構成するセルW1,W2,. . . ,Wnを含み、それぞれの相電圧を提供するために構成されているセルが直列に接続されており、これらの出力の和が電動機20の駆動のためのマルチレベルの出力電圧になり得る。 1つの相を構成するセルの数は、出力電圧によって決められる。
図3は、図2の各セルの詳細構成図である。 複数のセルの構成は同一であるため、1つのセルのみを示すことにする。
図3に示すように、本発明の単位電力セル12は、整流部31、DCリンクコンデンサ32、インバータ部33、電流センサ34、及びセル制御部35を含む。
整流部31は、位相シフト変圧器13から入力されるAC電圧をDC電圧に整流し、DCリンクコンデンサ32は、整流部31から入力されるDC電圧を平滑する。 整流部31は、複数のダイオードで構成されてもよい。
インバータ部33は、セル制御部35のPWM制御により、電動機20に出力するAC電圧を生成して出力し、複数の半導体素子(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor;IGBT)で構成してもよい。
電流センサ34は、インバータ部33の複数の半導体素子から出力される電流を検出して、マスター制御部11に提供することができる。
図2のマスター制御部11は、複数のセル12と独立して構成されるように示されているが、これは簡単のためであって、マスター制御部11と、複数のセル12のセル制御部35は、絶縁及びノイズ低減のために光通信を介して連結することができる。
マスター制御部11は、複数のセルから出力電圧を受信して、再びセル12に電圧基準情報を送信する。 それぞれのセル12は、DCリンク電圧に該当する出力電圧を負荷である電動機20に印加するが、電圧基準情報に基づいてパルス幅変調(PWM)信号を生成し、これによって、電動機20に印可される周波数を可変して起動トルクを得ると同時に、電動機の速度を制御することができる。
本発明のマルチレベルインバータ10は、電動機20に入力される相電圧を構成する複数のセル12にそれぞれ電流センサ34を配置し、複数のセル12のインバータ部33の出力電流を検出する。
このような構成により、各セルでは、全マルチレベルインバータ10に比べてノイズレベルが低いため、電圧型電流センサを用いることができ、電流検出をセル12で行うため、検出距離が短く、電源供給が円滑である。 また、各セル12別に過電流保護が可能であるため、より信頼性の高いシステムを構築することができる。
また、各相でセル12に流れる電流は同一であるため、一つのセルが動作しない場合も、連続的に電流検出が可能であり、セル12の電流情報をマスター制御部11に送信するため、マスター制御部11は、セル制御部35に、より正確な制御情報を送信することができる。
また、インバータ単位の電流センサに比べると、汎用の電圧型電流センサを用いることができるため、従来の電流型大容量の電流センサに比べてコストを節減することができ、電流センサに対する絶縁耐圧がセル電圧に限定されるため、追加の絶縁補強が求められない。
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解することができる。 したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定めなければならない。
10 マルチレベルインバータ 20 電動機 11 マスター制御部 34 電流センサ 35 セル制御部
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