JP2009106098A - 電力変換システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の半導体スイッチング素子及びこれらのスイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された環流ダイオードを有する電力変換装置100Bと、その出力端子に接続された負荷Mと、負荷Mの中性点と記電力変換装置100Bの正側直流端子Pまたは負側直流端子Nとの間に接続された電源PSと、を備えた電力変換システムにおいて、負荷Mの力行動作モード及び回生動作モードに応じて、スイッチング素子Qu1〜Qum,Qx1〜Qxnまたは環流ダイオードDu1〜Dun,Dx1〜Dxmの並列数を変更することにより、各素子の電流容量(分担電流)を変える。
【選択図】図1
Description
図5(b)に示したようなU相電流iuが流れる場合、図5(c)の各半導体素子には、図5(d)に示す如くバランスした電流が流れることになる。
上記昇圧チョッパChopは、直流電源PSと直流中間コンデンサCdとの間に接続され、半導体スイッチQp,Qn及びリアクトルLcから構成されている。半導体スイッチQp,Qnを交互にオンオフすることにより、直流中間コンデンサCdの電圧Edを直流電源PSの電圧Vdよりも高く調整することができ、例えば直流電源PSにバッテリ等を用いてその電圧が垂下した場合でも、昇圧チョッパChopの動作によって三相インバータの直流中間電圧Edを一定に保ち、三相インバータの出力を安定させることができる。
図7(a)の従来技術によれば、図6に示した昇圧チョッパChopを用いずに、負荷Mのインダクタンスと三相インバータの半導体スイッチQu〜Qzのオンオフとを利用することにより、直流中間コンデンサCdの電圧Edを直流電源PSの電圧Vdよりも高い値に維持することができる。
これにより、図6における昇圧チョッパChopと同様の昇圧動作を三相インバータによって実現することができ、また、三相インバータを従来と同様に所定のスイッチングパターンに従って動作させることにより、出力電圧及び出力電流を制御して負荷Mに供給することができる。
なお、図7(a)において、idは直流電源PSから負荷Mの中性点に流入する電流を示している。また、図7(b)〜(d)は図7(a)の動作説明図であり、これらについては後述する。
いま、直流電源PSから流出する直流電流をidとすると、負荷Mには、図7(b)のように三相交流電流に対し直流電流id/3が負側に重畳されて流れることになり、三相交流電流iu,iv,iwの波形は正負で非対称となる。
この場合、図5(d)と異なり、各半導体素子に流れる電流は均等にならず、特定の半導体素子の電流責務が厳しくなる。例えば、図7(d)の例では、上アームの環流ダイオードU−FWD及び下アームのスイッチング素子X−IGBTに流れる電流が他の半導体素子よりも多くなり、発熱による損失も増大する。
前記負荷の力行動作モード及び回生動作モードに応じて、前記スイッチング素子または環流ダイオードの電流容量を変えることを特徴とする。
前記スイッチング素子または環流ダイオードの並列数を変更することにより、これらの素子の電流容量を変えるものである。
前記負荷の力行動作モード及び回生動作モードに応じて、前記電源を前記負荷の中性点と前記電力変換装置の正側直流端子または負側直流端子との間に接続するためのスイッチを備えたものである。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示すものである。図1(a)は本実施形態の全体構成を示すもので、図7(a)と同一であるが、以下に述べるように半導体スイッチQu,Qv,Qw,Qx,Qy,Qzの構成が異なっている。なお、Pは電力変換装置の正側直流端子、Nは負側直流端子である。
図1(b)は、図1(a)における一相分の上下アームの半導体スイッチQu,Qxの構成を直流中間コンデンサCdと共に示してある。なお、他の半導体スイッチQv,Qy及びQw,Qzの構成も図1(b)と同様であるため、図示を省略する。
他方、下アームの半導体スイッチQxは、n個の半導体スイッチング素子Qx1〜Qxnとm個の環流ダイオードDx1〜Dxmとを全て並列に接続して構成されている。
図1(d)に示すように、力行動作時には、上アームの環流ダイオードU−FWD及び下アームのスイッチング素子X−IGBTに流れる電流が他の半導体素子よりも多くなるので、図1(b)の如く、上アームにはm個のスイッチング素子Qu1〜Qumよりも多いn個の環流ダイオードDu1〜Dunを接続し、下アームには、m個の環流ダイオードDx1〜Dxmよりも多いn個のスイッチング素子Qx1〜Qxnを接続してある。
なお、スイッチング素子及び環流ダイオードの並列数m,nは、相電流の大きさや半導体素子の電流容量に応じて任意に選択可能である。
また、図3(c),図4(c)は一相分の上下アームの半導体スイッチQu,Qxの構成を示し、第1実施形態と同様に、上アームの半導体スイッチQuは、図2(b)のm個のスイッチング素子Qu1〜Qumからなるスイッチング素子U−IGBTと、n個の環流ダイオードDu1〜Dunからなる環流ダイオードU−FWDとから構成され、下アームの半導体スイッチQxは、図2(b)のn個のスイッチング素子Qx1〜Qxnからなるスイッチング素子X−IGBTと、m個の環流ダイオードDx1〜Dxmからなる環流ダイオードX−FWDとから構成されている。
更に、図3(d),図4(d)はU相電流iuと各半導体素子の電流とを示す波形図である。
図4(b)では、負荷Mに流れる電流の方向が図3(b)と同じであるため、三相交流電流には直流電流id/3が負方向に重畳してその波形も図3(b)と同一になる。
本実施形態によれば、スイッチの切替によって力行動作モード、回生モードの何れの場合にも各半導体素子の電流利用率を向上させることができる。
P:正側直流端子
N:負側直流端子
U,V,W:出力端子
M:負荷
PS:直流電源
Cd:直流中間コンデンサ
Qu,Qv,Qw,Qx,Qy,Qz:半導体スイッチ
Qu1〜Qum,Qx1〜Qxn:半導体スイッチング素子
Du1〜Dun,Dx1〜Dxm:環流ダイオード
S1,S2:スイッチ
Claims (3)
- 複数の半導体スイッチング素子及びこれらのスイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された環流ダイオードを有する電力変換装置と、この電力変換装置の出力端子に接続された負荷と、この負荷の中性点と前記電力変換装置の正側直流端子または負側直流端子との間に接続された電源と、を備えた電力変換システムにおいて、
前記負荷の力行動作モード及び回生動作モードに応じて、前記スイッチング素子または環流ダイオードの電流容量を変えることを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1に記載した電力変換システムにおいて、
前記スイッチング素子または環流ダイオードの並列数を変更することにより、これらの素子の電流容量を変えることを特徴とする電力変換システム。 - 請求項1または請求項2に記載した電力変換システムにおいて、
前記負荷の力行動作モード及び回生動作モードに応じて、前記電源を前記負荷の中性点と前記電力変換装置の正側直流端子または負側直流端子との間に接続するためのスイッチを備えたことを特徴とする電力変換システム。
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