JP2007312456A - 電力変換装置の駆動方式 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各アームにIGBT等の電圧駆動型半導体素子Qu1〜Qz2を、複数個直列接続して構成される電力変換装置において、半導体素子Qu1〜Qz2に対しスイッチングタイミング調整のためにそれぞれ並列に接続される分圧抵抗Rdu1〜Rdz2と、任意にオン,オフされる半導体素子とを介して、直流中間コンデンサCdに蓄えられている電荷を速やかに放電し得るようにする。
【選択図】図1
Description
図10では、3相交流電源VsからスイッチSsを介してダイオードからなる整流回路Recに接続され、交流から直流に変換された後コンデンサCdに蓄えられる。直流に変換された電力は、例えば電圧駆動型半導体素子としてのIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)Qu,Qv,Qw,Qx,Qy,Qzをオン,オフすることで任意の電力に変換され、スイッチSmを介してモータMなどの負荷に電力を供給する。
これは、例えば直列接続される2つのIGBTのゲート線を、コアを介して磁気結合するもので、これにより図12(c)のように電圧分担がほぼ等しくなるようにしている。なお、このような回路Tsetが無い場合は図(b)ように、電圧分担にばらつきが生じることになる。
一方、保守などで装置を停止したときには、直流中間コンデンサに電荷が蓄えられており、この電荷を放電するために、別途放電回路を設けるのが一般的である。図10の例では、抵抗RdとスイッチSdからなる放電回路Mdが設けられている。このような回路は、例えば特許文献3や特許文献4に開示されている。
したがって、この発明の課題は、放電回路を特別に設けることなく、直流中間コンデンサの電荷を速やかに放電し得るようにすることにある。
同じアームに接続されている電圧駆動型半導体素子を、オン,オフのタイミングを調整して動作させるか、またはそれぞれ独立にオン,オフさせるかを選択する選択手段を設けたことを特徴とする。
図1(a)では、各アームにIGBTを2直列接続した例を示す。また、装置が停止し電源および負荷をスイッチで切り離した場合を示すために、電源Vsや負荷Mと、それぞれに対応するスイッチSsやSmの図示を省略している。また、図1(b)に図1(a)の1相分を示し、図1(c)にはスイッチタイミング調整回路Tsetと、回路Tsetのオン,オフをアーム内で独立に制御するデコード回路Deとを示す。このデコード回路Deにより、スイッチタイミング調整回路Tsetを有効または無効とし、スイッチタイミング調整をするか否かを選択している。
運転中、すなわちインバータ動作させる場合は、オンオフ信号に追従して動作させる。このとき、放電信号は与えず、デコード回路Deはオフさせる。
一方、停止中で直流中間コンデンサの電荷を放電させたい場合は、オンオフ信号は与えず、放電信号に応じてオンさせたいIGBT素子を、デコード回路Deにより選択する。
まず、コンデンサCdの電圧をVdとし、IGBTQu1,Qu2,Qx1,Qx2がそれぞれオフしている場合は、分圧抵抗には次式のような電流が流れ、コンデンサの電荷を放電する。
Id(0)=Vd/(Rdu1+Rdu2+Rdx1+Rdx2)…(1)
式は次式のようになる。
Id(0)=Vd/4Rd
また、各IGBTには電圧が均等に印加されるとすれば、その値VCE0は次のように表わされる。
VCE0=Vd/4
Id(1)=Vd/3Rd(>Id(0)),VCE1=Vd/3
となることから、IGBTをすべてオフしているときに比べ、速やかに放電することができる。なお、図2(b)のようにQu2のみオンしていてもよく、分圧抵抗の発生損失に応じてIGBTをオンさせる部位を変更させればよい。
Id(2)=Vd/2Rd(>Id(1)),VCE2=Vd/2
となる。この状態は、通常のインバータ動作で発生するため、電源や負荷を切り離した状態でも問題ないことを示している。
また、電流は抵抗を介して流れるため、例えば図4のIGBTに流れる電流Icは小さく、IGBTをスイッチング(ターンオン)させたときには、跳ね上がり電圧は、図5(b)のように電流Icが大きい場合と比べて、図5(a)のように小さくなるため、素子を破壊する可能性は殆どない。
図1に示すものに対し、直流電圧検出回路Veを設けた点にある。図6の動作について、図7を参照して説明する。
図7(a)のように直流電圧Vdであるときは、IGBTをいずれもオフとする。これにより、図2で説明したようにコンデンサCdの電荷は、Id(0)=Vd/4Rdで放電する。
Id(1)=(3Vd/4)/(3・Rd)=Vd/(4・Rd)
となり、図7(a)と同じ電流で放電する。また、オフしているIGBTQx1,Qx2に印加される電圧の最大値は、次式のようになる。
VCE1=(3Vd/4)/3=Vd/4
Id(2)=(2Vd/4)/(2・Rd)=Vd/(4・Rd)
VCE1=(2Vd/4)/2=Vd/4
Id(3)=(Vd/4)/Rd=Vd/(4・Rd)
VCE3=(Vd/4)/1=Vd/4
さらに、IGBT個別にスナバ回路が接続されている場合には、IGBTのオン,オフ動作に伴いスナバ回路への流出入が発生し、コンデンサ電荷の放電はより速やかになる。
これは、インバータと負荷(M)との間のスイッチSmが無い場合であり、例えば図3(a)と同様にIGBTQu1,Qu2をオンすると、交流端子に電圧が発生し負荷に電流が流れてしまう可能性がある。そこで、全相で同じ位置(部位)の素子をスイッチングすれば、交流端子間は同電位になるため負荷には電流が流れず、コンデンサ電荷のみ放電されることになる。
図1〜9では2レベルインバータの例について説明したが、この発明は、3レベル以上の多レベルインバータの各アームに、電圧駆動型半導体素子を複数個直列に接続する場合にも適用することができる。
Claims (3)
- 各アームに電圧駆動型半導体素子が複数個直列接続されて構成される電力変換装置において、
同じアームに接続されている電圧駆動型半導体素子を、オン,オフのタイミングを調整して動作させるか、またはそれぞれ独立にオン,オフさせるかを選択する選択手段を設けたことを特徴とする電力変換装置の駆動方式。 - 前記電圧駆動型半導体素子をそれぞれ独立に動作させるときは、直流電圧の大きさに応じてオンさせる電圧駆動型半導体素子数を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の駆動方式。
- 前記電圧駆動型半導体素子をそれぞれ独立に動作させるときは、各相で同じ位置に設けられる電圧駆動型半導体素子をオン,オフさせることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置の駆動方式。
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