JP2010041815A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力変換装置の大容量化にともなって、整流ダイオードの直流耐電圧仕様を変更することなく、電力変換装置のサイズおよびコストの増大量を抑制する技術を提供する。
【解決手段】電力変換装置１００は、電力変換素子を備え交流／直流変換を実行する第１・第２変換器８０，８１と、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとの間、および母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとの間に、直流電圧の脈流を平滑化する各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを備えている。さらに、電力変換装置１００は、その平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電する初充電回路４０を備えている。初充電回路４０は、各単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１，Ｐ２に、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２および電圧バランス抵抗Ｒ１を導入することによって、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなく、そのサイズとコストの増大量を抑制できる。
【選択図】図１
【解決手段】電力変換装置１００は、電力変換素子を備え交流／直流変換を実行する第１・第２変換器８０，８１と、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとの間、および母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとの間に、直流電圧の脈流を平滑化する各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを備えている。さらに、電力変換装置１００は、その平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電する初充電回路４０を備えている。初充電回路４０は、各単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１，Ｐ２に、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２および電圧バランス抵抗Ｒ１を導入することによって、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなく、そのサイズとコストの増大量を抑制できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、電力変換装置の電力変換直流主回路に設置されるキャパシタを初期充電する初充電回路を備えた電力変換装置に関する。
電力変換装置は、交流電動機を任意の回転速度で回転させるために用いられている。一般的に、電力変換装置は、交流を直流に変換するときに、正側直流電源と中間点である中間点電源との間、および負側直流電源と中間点電源との間に、整流電圧を平滑化する平滑コンデンサを備えている。この平滑コンデンサを予め所定の電圧にまで充電しておかないと、電力変換装置を起動した時に、過剰に充電電流が流れてしまう。そこで、初充電回路によって、予め平滑コンデンサを初期充電しておき、充電電流が過剰に流れてしまうことを防止している。
初充電回路は、整流ダイオードと整流ダイオード電圧バランス用抵抗（以降、電圧バランス用抵抗という）との組み合わせによって構成されている（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、整流ダイオードと電圧バランス用抵抗とを並列に接続して、初期充電を終了した後に、整流ダイオードに印加される直流電圧を、電圧バランス用抵抗によって調整している。すなわち、整流ダイオードへの印加電圧が、整流ダイオードの直流耐電圧仕様以下になるようにしている。通常は、整流ダイオードの直流耐電圧仕様は、正側直流電源と中間点電源との間の電圧、および負側直流電源と中間点電源との間の電圧に対して、７割程度のものが選ばれている
しかし、鉄鋼圧延プラントに用いられる電力変換装置は、数ｋＷから数千ｋＷ程度であり、大きな電力容量を必要としている。そのような大きな電力容量の電力変換装置に備えられる初充電回路には、高電圧に対応させたものが用いられる。その際、電圧バランス用抵抗に印加される電圧が高電圧化される。つまり、電圧バランス用抵抗の絶縁能力が高耐電圧化される必要がある。そして、高耐電圧化のために、電圧バランス用抵抗は、絶縁距離を大きく確保して、そのサイズが大幅に大きくなると共に、コストも大幅に増大する。すなわち、初充電回路のサイズが大きくなり、またコストも高くなるという問題がある。
平山勝乙、「はじめて学ぶ サイリスタとパワーエレクトロニクス」、技術評論社出版、平成７年１１月２５日（初版第１２刷発行）、p.105-106
平山勝乙、「はじめて学ぶ サイリスタとパワーエレクトロニクス」、技術評論社出版、平成７年１１月２５日（初版第１２刷発行）、p.105-106
電力変換装置の大容量化にともなって、初充電回路のサイズおよびコストが大幅に増大するという問題を解決するために、電圧バランス用抵抗のサイズおよびコストの増大量を抑制するという課題がある。また、同時に、電圧バランス用抵抗に並列に接続されている整流ダイオードの直流耐電圧性能を変更しないで済むようにするという課題もある。
そこで、本発明は、整流ダイオードに印加される電圧を低減させるために、電圧低減用整流ダイオードを新たに追加し、電圧バランス用抵抗の数の削減を図った初充電回路を備える電力変換装置を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、整流ダイオードに印加される電圧を低減させるために、電圧低減用整流ダイオードを新たに追加し、電圧バランス用抵抗の数の削減を図った初充電回路を備える電力変換装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備え、前記初充電回路が、４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第３の抵抗とにより構成され、前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが接続されて、その直列接続された両端に並列に前記第３の抵抗が接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に、前記第３の抵抗が直列に接続され、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端が前記正側直流電源の母線に接続され、前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが前記中性点電源の母線に接続され、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端が前記負側直流電源の母線に接続され、前記初充電回路が、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、を特徴とする。
前記課題を解決するため、本発明の電力変換装置は、交流電圧を順変換する変換器と直流電圧を逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備え、前記初充電回路が、４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第４の抵抗と、第５の抵抗とにより構成され、前記第１の抵抗と前記第４の抵抗とが直列接続され、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソードが前記正側直流電源の母線に接続されるときは、前記第１の整流ダイオードのアノードが前記中性点電源の母線に接続され、前記第１の整流ダイオードのカソードが前記正側直流電源の母線に接続されるときは、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノードが前記中性点電源の母線に接続され、前記第２の抵抗と前記第５の抵抗とが直列接続され、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソードが前記中性点電源の母線に接続されるときは、前記第２の整流ダイオードのアノードが前記負側直流電源の母線に接続され、前記第２の整流ダイオードのカソードが前記中性点電源の母線に接続されるときは、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノードが前記負側直流電源の母線に接続され、前記初充電回路が、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、を特徴とする。
本発明によれば、初充電回路において、整流ダイオードに印加される電圧を低減させ、電圧バランス用抵抗の数の削減を図ることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態（以降、「実施形態」という）について、適宜図面を用いながら詳細に説明する。
《比較例》
初めに、比較例における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図６を用いて説明する。図６は、比較例における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
図６に示す電力変換システム３１０は、初充電回路２００を備える電力変換装置３００、主商用電源５０、交流遮断器６０、変圧器７０、および交流電動機（ＡＣＭ）９０により構成される。
初めに、比較例における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図６を用いて説明する。図６は、比較例における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
図６に示す電力変換システム３１０は、初充電回路２００を備える電力変換装置３００、主商用電源５０、交流遮断器６０、変圧器７０、および交流電動機（ＡＣＭ）９０により構成される。
まず、電力変換装置３００について説明する。電力変換装置３００は、直流を交流に変換する、または、交流を直流に変換する第１変換器８０および第２変換器８１と初充電回路２００とを備えている。第１変換器８０と第２変換器８１との間には、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとの間および負側直流電源の母線Ｎと中性点電源の母線ＣＯＭとの間のそれぞれの整流電圧を平滑化する各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが設けられている。
第１・第２変換器８０，８１は、スイッチング素子を備えていて、そのスイッチング素子が、第１・第２変換器８０，８１に印加されてくる交流電圧を導通、遮断することによって、直流電圧に変換する。また、第１・第２変換器８０，８１は、入力されてくる直流電圧（電力）を、任意の周波数、振幅の交流電圧（電力）に変換する。
第１・第２変換器８０，８１は、スイッチング素子を備えていて、そのスイッチング素子が、第１・第２変換器８０，８１に印加されてくる交流電圧を導通、遮断することによって、直流電圧に変換する。また、第１・第２変換器８０，８１は、入力されてくる直流電圧（電力）を、任意の周波数、振幅の交流電圧（電力）に変換する。
そして、主商用電源５０から出力される３相交流電力は、主商用電源５０と変圧器７０との間を接続状態または遮断状態に切り替える交流遮断器６０を介して変圧器７０に伝達され、電力変換装置３００に入力される。次に、電力変換装置３００は、入力してきた交流電力を第１変換器８０と各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎとによって一旦直流電力に変換し、第２変換器８１によって、直流・交流変換を行って、ＡＣＭ（９０）へ交流電力を供給する。ＡＣＭ（９０）は、供給された交流電力によって、駆動される。
また、出力電力を低減するときには、前記とは逆の経路を辿って、ＡＣＭ（９０）から入力された交流電力が、変換器８１と各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎとによって直流電力に変換される。そして、その直流電力が変換器８０によって商用周波数の交流電力に変換されて、変圧器７０、交流遮断器６０を介して、主商用電源５０へ回生される。
初充電回路２００は、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを初期充電するための単相全波整流ブリッジ回路によって構成される。各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが初充電回路２００によって所定の電圧にまで初期充電されると、電力変換装置３００の起動時において、主商用電源５０から変換器８０を介して、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎへ流れる初期充電電流を抑制することが可能となる。
なお、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電が行われるときには、主商用電源５０は、交流遮断器６０によって、変圧器７０から遮断されている。そして、初充電用商用電源１０から出力される交流電圧が、初充電用スイッチ２０および初充電用変圧器３０を介して、初充電回路２００に印加され、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを初期充電する。初期充電の電圧値は、前記した変換器８０を介する初期充電電流が過大とならない程度でよい。
なお、初充電用変圧器３０は、出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と出力端子（Ｕ２，Ｖ２）とを有し、それぞれの出力端子から単相の交流電圧を出力し、初充電用商用電源１０に接続される一次側と二次側の２つの出力端子との間は全て絶縁されている。
なお、初充電用変圧器３０は、出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と出力端子（Ｕ２，Ｖ２）とを有し、それぞれの出力端子から単相の交流電圧を出力し、初充電用商用電源１０に接続される一次側と二次側の２つの出力端子との間は全て絶縁されている。
各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電の電圧値が所定の電圧になったとき、交流遮断器６０が通電状態に切り替えられ、その後、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられて、初充電用商用電源１０は、初充電用変圧器３０から遮断される。
次に、初充電回路２００の構成について説明する。図６に示すように、初充電回路２００は、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０、および各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８によって構成されている。
なお、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭと間の電圧を、以降、Ｐ−ＣＯＭ間電圧Ｅｐということにする。また、中性点電源の母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとの間の電圧を、以降、ＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎということにする。ただし、通常は、Ｅｐ＝Ｅｎとなっている。
なお、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭと間の電圧を、以降、Ｐ−ＣＯＭ間電圧Ｅｐということにする。また、中性点電源の母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとの間の電圧を、以降、ＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎということにする。ただし、通常は、Ｅｐ＝Ｅｎとなっている。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）の交流電圧を整流するための各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されている。整流ダイオードＤ１のアノードに整流ダイオードＤ２のカソードが接続され、整流ダイオードＤ３のアノードに整流ダイオードＤ４のカソードが接続され、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソードが接続され、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードが接続されている。そして、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）が、各整流ダイオードＤ１，Ｄ２の接続点、および、各整流ダイオードＤ３，Ｄ４の接続点に接続されている。
また、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０は、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとに接続されている。すなわち、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０では、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソードが正側直流電源の母線Ｐに接続され、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードがそれぞれ各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のカソードに接続され、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードが中性点電源の母線ＣＯＭに接続されている。
また、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０は、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとに接続されている。すなわち、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０では、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソードが正側直流電源の母線Ｐに接続され、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のアノードがそれぞれ各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のカソードに接続され、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードが中性点電源の母線ＣＯＭに接続されている。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）の交流電圧を整流するための各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８によって構成されている。整流ダイオードＤ５のアノードに整流ダイオードＤ６のカソードが接続され、整流ダイオードＤ７のアノードに整流ダイオードＤ８のカソードが接続され、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソードが接続され、各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノードが接続されている。そして、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）が、各整流ダイオードＤ５，Ｄ６の接続点、および、各整流ダイオードＤ７，Ｄ８の接続点に接続されている。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０は、中性点電源の母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとに接続されている。すなわち、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０では、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソードが中性点電源の母線ＣＯＭに接続され、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のアノードがそれぞれ各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のカソードに接続され、各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノードが負側直流電源の母線Ｎに接続されている。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０は、中性点電源の母線ＣＯＭと負側直流電源の母線Ｎとに接続されている。すなわち、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０では、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソードが中性点電源の母線ＣＯＭに接続され、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のアノードがそれぞれ各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のカソードに接続され、各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノードが負側直流電源の母線Ｎに接続されている。
各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８は、それぞれ各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８に並列に接続されている。そして、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８は、初充電用スイッチ２０の遮断後に、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８へ印加される直流電圧（Ｅｐ＋Ｅｎ）を分圧する。ただし、図６では、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８は、全て同じ抵抗値であるものとする。したがって、図６に示す初充電回路２００では、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に印加される直流電圧は、Ｐ−ＣＯＭ電圧間Ｅｐの半分となる。また、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８に印加される直流電圧は、ＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの半分となる。
なお、一般的に、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様は、Ｐ−ＣＯＭ電圧間ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの７割程度のものが選ばれる。そのため、図６に示す初充電回路２００は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を満足していると言える。
なお、一般的に、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様は、Ｐ−ＣＯＭ電圧間ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの７割程度のものが選ばれる。そのため、図６に示す初充電回路２００は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を満足していると言える。
次に、初充電回路２００の動作について説明する。まず、初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０とに印加される。
いま、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｕ１→整流ダイオードＤ１→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→整流ダイオードＤ４→出力端子Ｖ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ２，Ｄ３に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ１の電位−出力端子Ｖ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ１，Ｄ４に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４の順方向降下電圧となる。
また、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｖ１→整流ダイオードＤ３→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→整流ダイオードＤ２→出力端子Ｕ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ１の電位−出力端子Ｕ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ２，Ｄ３に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（１）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（１）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（１）
次に、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｕ２→整流ダイオードＤ５→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→整流ダイオードＤ８→出力端子Ｖ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ６，Ｄ７に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ２の電位−出力端子Ｖ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ５，Ｄ８に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８の順方向降下電圧となる。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｖ２→整流ダイオードＤ７→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→整流ダイオードＤ６→出力端子Ｕ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ２の電位−出力端子Ｕ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ６，Ｄ７に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（２）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（２）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（２）
前記したようにして、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは、初充電回路２００によって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路２００への電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に印加される直流電圧は、電圧バランス用抵抗による分圧電圧で決まるため、式（３）のように表される。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝Ｅｐ／２ ・・・式（３）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝Ｅｐ／２ ・・・式（３）
また、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８に印加される直流電圧は、電圧バランス用抵抗による分圧電圧で決まるため、式（４）のように表される。
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝Ｅｎ／２ ・・・式（４）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝Ｅｎ／２ ・・・式（４）
すなわち、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧は、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの７割以下となっており、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。
そして、前記したように、電力変換装置３００の高電圧化を行うと、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８に印加される電圧も高くなる。したがって、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８の絶縁性能および抵抗値を増大させる必要がある。そのため、初充電回路２００のサイズが大きくなり、コストも増加する。
そして、前記したように、電力変換装置３００の高電圧化を行うと、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８に印加される電圧も高くなる。したがって、各電圧バランス用抵抗ｒ１〜ｒ８の絶縁性能および抵抗値を増大させる必要がある。そのため、初充電回路２００のサイズが大きくなり、コストも増加する。
《第１実施形態》
第１実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図６に示した比較例における電力変換システム３１０と同様の機能を有する各部については、同じ符号を付している。
第１実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図６に示した比較例における電力変換システム３１０と同様の機能を有する各部については、同じ符号を付している。
まず、電力変換装置１００について説明する。電力変換装置１００は、直流を交流に変換する、または、交流を直流に変換する第１変換器８０および第２変換器８１と初充電回路４０とを備えている。第１変換器８０と第２変換器８１との間には、正側直流電源の母線Ｐと中性点電源の母線ＣＯＭとの間および負側直流電源の母線Ｎと中性点電源の母線ＣＯＭとの間のそれぞれの整流電圧を平滑化する各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが設けられている。
第１・第２変換器８０，８１は、スイッチング素子を備えていて、そのスイッチング素子が、第１・第２変換器８０，８１に印加されてくる交流電圧を導通、遮断することによって、直流電圧に変換する。また、第１・第２変換器８０，８１は、入力されてくる直流電圧（電力）を、任意の周波数、振幅の交流電圧（電力）に変換する。
第１・第２変換器８０，８１は、スイッチング素子を備えていて、そのスイッチング素子が、第１・第２変換器８０，８１に印加されてくる交流電圧を導通、遮断することによって、直流電圧に変換する。また、第１・第２変換器８０，８１は、入力されてくる直流電圧（電力）を、任意の周波数、振幅の交流電圧（電力）に変換する。
そして、主商用電源５０から出力される３相交流電力は、主商用電源５０と変圧器７０との間を接続状態または遮断状態に切り替える交流遮断器６０を介して変圧器７０に伝達され、電力変換装置１００に入力される。次に、電力変換装置１００は、入力してきた交流電力を第１変換器８０と各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎとによって一旦直流電力に変換し、第２変換器８１によって、直流・交流変換を行って、ＡＣＭ（９０）へ交流電力を供給する。ＡＣＭ（９０）は、供給された交流電力によって、駆動される。
また、出力電力を低減するときには、前記とは逆の経路を辿って、ＡＣＭ（９０）から入力された交流電力が、変換器８１と各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎとによって直流電力に変換される。そして、その直流電力が変換器８０によって商用周波数の交流電力に変換されて、変圧器７０、交流遮断器６０を介して、主商用電源５０へ回生される。
初充電回路４０は、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを初期充電するための単相全波整流ブリッジ回路によって構成される。各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが初充電回路４０によって所定の電圧にまで初期充電されると、電力変換装置１００の起動時において、主商用電源５０から変換器８０を介して、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎへ流れる初期充電電流を抑制することが可能となる。
なお、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電が行われるときには、主商用電源５０は、交流遮断器６０によって、変圧器７０から遮断されている。そして、初充電用商用電源１０から出力される交流電圧が、初充電用スイッチ２０および初充電用変圧器３０を介して、初充電回路４０に印加され、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎを初期充電する。初期充電の電圧値は、前記した変換器８０を介する初期充電電流が過大とならない程度でよい。
なお、初充電用変圧器３０は、出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と出力端子（Ｕ２，Ｖ２）とを有し、それぞれの出力端子から単相の交流電圧を出力し、初充電用商用電源１０に接続される側と双方の出力端子との間は全て絶縁されている。
なお、初充電用変圧器３０は、出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と出力端子（Ｕ２，Ｖ２）とを有し、それぞれの出力端子から単相の交流電圧を出力し、初充電用商用電源１０に接続される側と双方の出力端子との間は全て絶縁されている。
各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎの初期充電の電圧値が所定の電圧になったとき、交流遮断器６０が通電状態に切り替えられ、その後、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられて、初充電用商用電源１０は、初充電用変圧器３０から遮断される。
次に、初充電回路４０の構成について説明する。図１に示すように、初充電回路４０は、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２、各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２および各電圧バランス用抵抗Ｒ１〜Ｒ３によって構成されている。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１（第１の単相全波整流ブリッジ回路）は、図６に示す比較例における第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２１０と同様に、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）の交流電圧を整流するための各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されている。そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１は、各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソード同士を正側直流電源の母線Ｐに接続し、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノード同士に電圧低減用整流ダイオードＤＵ１（第１の整流ダイオード）のカソードを接続し、その電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードを介して、中性点電源の母線ＣＯＭに接続している。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２（第２の単相全波整流ブリッジ回路）は、図６に示す比較例における第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２２０と同様に、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）の交流電圧を整流するための各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８によって構成されている。第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐは、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士を電圧低減用整流ダイオードＤＵ２（第２の整流ダイオード）のアノードに接続し、その電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のカソードを介して、中性点電源の母線ＣＯＭに接続し、各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノード同士を負側直流電源の母線Ｎに接続している。
電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードと電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のカソードとが接続されていて、電圧バランス用抵抗Ｒ１（第３の抵抗）は、各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直列接続に対して並列に接続される。電圧バランス用抵抗Ｒ２（第１の抵抗）は、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１の各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソード同士と各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノード同士とに接続されている。また、電圧バランス用抵抗Ｒ３（第２の抵抗）は、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２の各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士と各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノード同士とに接続されている。
次に、初充電回路４０の動作について説明する。まず、初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに印加される。
いま、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｕ１→整流ダイオードＤ１→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→電圧低減用整流ダイオードＤＵ１→整流ダイオードＤ４→出力端子Ｖ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ２，Ｄ３に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ１の電位−出力端子Ｖ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ１，Ｄ４および電圧低減用整流ダイオードＤＵ１に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４の順方向降下電圧となる。
また、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｖ１→整流ダイオードＤ３→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→電圧低減用整流ダイオードＤＵ１→整流ダイオードＤ２→出力端子Ｕ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ１の電位−出力端子Ｕ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ２，Ｄ３および電圧低減用整流ダイオードＤＵ１に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ２，Ｄ３の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（５）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（５）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（５）
次に、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｕ２→整流ダイオードＤ５→電圧低減用整流ダイオードＤＵ２→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→整流ダイオードＤ８→出力端子Ｖ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ６，Ｄ７に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ２の電位−出力端子Ｖ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ５，Ｄ８および電圧低減用整流ダイオードＤＵ２に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８の順方向降下電圧となる。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｖ２→整流ダイオードＤ７→電圧低減用整流ダイオードＤＵ２→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→整流ダイオードＤ６→出力端子Ｕ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ２の電位−出力端子Ｕ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ６，Ｄ７および電圧低減用整流ダイオードＤＵ２に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ６，Ｄ７の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（６）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（６）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧 ・・式（６）
前記したようにして、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは初充電回路４０によって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路４０への電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ１〜Ｒ３による分圧電圧で決まるため、式（７）のように表される。ただし、各電圧バランス用抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値は、全て等しいものとする。なお、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐとＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎとは、通常、Ｅｐ＝Ｅｎとなっている。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｐ／３ ・・式（７）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｐ／３ ・・式（７）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
また、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ１〜Ｒ３による分圧電圧で決まるため、式（８）のように表される。
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｎ／３ ・・式（８）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｎ／３ ・・式（８）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
また、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，Ｄｕ２に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ１〜Ｒ３による分圧電圧で決まるため、式（９）のように表される。
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｎ／３ ・・式（９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／３＝２Ｅｎ／３ ・・式（９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
以上、第１実施形態において説明した初充電回路４０は、比較例における初充電回路２００と比較して、式（５）および式（６）が式（１）および式（２）と同様になる。また、第１実施形態における初充電回路４０は、各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２を新たに追加することによって、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直流耐電圧が、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの７割以下となっていて（式（７）および式（８）参照）、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。これらのことから、第１実施形態において説明した初充電回路４０は、比較例における初充電回路２００の代替が可能である。
そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１および第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２における各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなしに、電圧バランス用抵抗の数が減少し、電圧低減用整流ダイオードは増加した。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの増加による効果を総合すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０の小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの増加による効果を総合すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０の小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
《第２実施形態》
次に、第２実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図２を用いて説明する。図２は、第２実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図２において、図１に示した第１実施形態における電力変換システム１１０と同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、第２実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図２を用いて説明する。図２は、第２実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図２において、図１に示した第１実施形態における電力変換システム１１０と同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
まず、初充電回路４０ａの構成について、第１実施形態における初充電回路４０と異なる点について以下に説明する。
図２に示すように、初充電回路４０ａでは、図１に示す電圧バランス用抵抗Ｒ１がなくなり、電圧バランス用抵抗Ｒ４（第４の抵抗）が電圧低減用整流ダイオードＤＵ１と並列に接続され，電圧バランス用抵抗Ｒ５（第５の抵抗）が電圧低減用整流ダイオードＤＵ２と並列に接続されている。その他の回路構成は、第１実施形態における回路構成と同様である。
図２に示すように、初充電回路４０ａでは、図１に示す電圧バランス用抵抗Ｒ１がなくなり、電圧バランス用抵抗Ｒ４（第４の抵抗）が電圧低減用整流ダイオードＤＵ１と並列に接続され，電圧バランス用抵抗Ｒ５（第５の抵抗）が電圧低減用整流ダイオードＤＵ２と並列に接続されている。その他の回路構成は、第１実施形態における回路構成と同様である。
次に、初充電回路４０ａの動作について説明する。
いま、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路は、第１実施形態における平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路と同様である。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（１０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１０）
いま、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路は、第１実施形態における平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路と同様である。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（１０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１０）
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路は、第１実施形態における平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路と同様である。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（１１）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１１）
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（１１）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１１）
前記したようにして、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは初充電回路４０ａによって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路４０ａへの電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（１２）のように表される。ただし、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５の抵抗値は、全て等しいものとする。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（１２）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（１２）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
また、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（１３）のように表される。
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１３）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１３）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
また、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，Ｄｕ２に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ４，Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（１４）のように表される。
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１４）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１４）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
以上、第２実施形態において説明した初充電回路４０ａは、比較例における初充電回路２００と比較して、式（１０）および式（１１）が式（１）および式（２）と同様になる。また、第２実施形態における初充電回路４０ａは、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直流耐電圧が、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの半分となっていて（式（１２）〜式（１４）参照）、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。これらのことから、第２実施形態において説明した初充電回路４０ａは、比較例における初充電回路２００の代替が可能である。
そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１および第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２における各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなしに、電圧バランス用抵抗の数が減少し、電圧低減用整流ダイオードの数は増加した。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ａの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ａの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
《第３実施形態》
次に、第３実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図３を用いて説明する。図３は、第３実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図３において、図２に示した第２実施形態における電力変換システム１１０ａと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
次に、第３実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図３を用いて説明する。図３は、第３実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図３において、図２に示した第２実施形態における電力変換システム１１０ａと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
まず、初充電回路４０ｂの構成について、第２実施形態における初充電回路４０ａと異なる点について以下に説明する。
電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４が、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１を構成する各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソード同士に接続され、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のカソードと電圧バランス用抵抗Ｒ４の他端が、母線Ｐに接続される。そして、電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ５が、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１を構成する各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノード同士に接続され、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードが、母線ＣＯＭに接続される。
電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４が、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１を構成する各整流ダイオードＤ１，Ｄ３のカソード同士に接続され、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のカソードと電圧バランス用抵抗Ｒ４の他端が、母線Ｐに接続される。そして、電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ５が、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１を構成する各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノード同士に接続され、各整流ダイオードＤ２，Ｄ４のアノードが、母線ＣＯＭに接続される。
なお、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２、電圧低減用整流ダイオードＤＵ２、電圧バランス用抵抗Ｒ５、および各母線ＣＯＭ，Ｎの接続構成は、図２に示す第２実施形態における初充電回路４０ａの構成と同じである。
次に、初充電回路４０ｂの動作について説明する。
まず、初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに印加される。
まず、初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに印加される。
いま、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｕ１→整流ダイオードＤ１→電圧低減用整流ダイオードＤＵ１→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→整流ダイオードＤ４→出力端子Ｖ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ２，Ｄ３に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ１の電位−出力端子Ｖ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ１，Ｄ４および電圧低減用整流ダイオードＤＵ１に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４の順方向降下電圧となる。
また、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、出力端子Ｕ１の電位が出力端子Ｖ１の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流は、出力端子Ｖ１→整流ダイオードＤ３→電圧低減用整流ダイオードＤＵ１→母線Ｐ→平滑コンデンサＣｐ→母線ＣＯＭ→整流ダイオードＤ２→出力端子Ｕ１という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ１，Ｄ４に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ１の電位−出力端子Ｕ１の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ２，Ｄ３および電圧低減用整流ダイオードＤＵ１に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ２，Ｄ３の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（１５）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１５）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１５）
次に、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路は、第２実施形態における平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路と同じなので、説明を省略する。
このとき、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（１６）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１６）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（１６）
前記したように、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは、初充電回路４０ｂによって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路４０ｂへの電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，Ｄｕ２に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（１７），式（１８）および式（１９）のように表される。ただし、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５の抵抗値は、全て等しいものとする。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（１７）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１８）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（１７）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１８）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（１９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
以上、第３実施形態において説明した初充電回路４０ｂは、比較例における初充電回路２００と比較して、式（１５）および式（１６）が式（１）および式（２）と同様になる。また、第３実施形態における初充電回路４０ｂは、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直流耐電圧が、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの半分となっていて（式（１７）〜式（１９）参照）、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。これらのことから、第３実施形態において説明した初充電回路４０ｂは、比較例における初充電回路２００の代替が可能である。
そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１および第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２における各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなしに、電圧バランス用抵抗の数が減少し、電圧低減用整流ダイオードの数は増加した。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｂの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｂの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
《第４実施形態》
第４実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図４を用いて説明する。図４は、第４実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図４において、図２に示したのと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
第４実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図４を用いて説明する。図４は、第４実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図４において、図２に示したのと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
まず、初充電回路４０ｃの構成について、第２実施形態における初充電回路４０ａと異なる点について以下に説明する。
電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のカソードと電圧バランス用抵抗Ｒ５が、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２を構成する各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノード同士に接続され、電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４の他端が、母線Ｎに接続される。そして、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４が、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２を構成する各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士に接続され、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士が、母線ＣＯＭに接続される。
電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のカソードと電圧バランス用抵抗Ｒ５が、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２を構成する各整流ダイオードＤ６，Ｄ８のアノード同士に接続され、電圧低減用整流ダイオードＤＵ２のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４の他端が、母線Ｎに接続される。そして、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１のアノードと電圧バランス用抵抗Ｒ４が、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２を構成する各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士に接続され、各整流ダイオードＤ５，Ｄ７のカソード同士が、母線ＣＯＭに接続される。
なお、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１、電圧低減用整流ダイオードＤＵ１、電圧バランス用抵抗Ｒ４、および各母線Ｐ，ＣＯＭの接続構成は、図２に示す第２実施形態における初充電回路４０ａの構成と同じである。
次に、初充電回路４０ｃの動作について説明する。
初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに入力される。
初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに入力される。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路は、第２実施形態における平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路と同様であるので説明を省略する。
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（２０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２０）
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（２０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２０）
次に、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも大きい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｕ２→整流ダイオードＤ５→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→電圧低減用整流ダイオードＤＵ２→整流ダイオードＤ８→出力端子Ｖ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ６，Ｄ７に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｕ２の電位−出力端子Ｖ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ５，Ｄ８および電圧低減用整流ダイオードＤＵ２に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８の順方向降下電圧となる。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、出力端子Ｕ２の電位が出力端子Ｖ２の電位よりも小さい場合、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流は、出力端子Ｖ２→整流ダイオードＤ７→母線ＣＯＭ→平滑コンデンサＣｎ→母線Ｎ→電圧低減用整流ダイオードＤＵ２→整流ダイオードＤ６→出力端子Ｕ２という経路を流れる。このとき、各整流ダイオードＤ５，Ｄ８に印加される電圧の振幅は、［出力端子Ｖ２の電位−出力端子Ｕ２の電位］（所定の電圧）となる。また、電流が通流している各整流ダイオードＤ６，Ｄ７および電圧低減用整流ダイオードＤＵ２に発生する電圧の振幅は、各整流ダイオードＤ６，Ｄ７の順方向降下電圧となる。
したがって、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（２１）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２１）
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２１）
前記したように、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは、初充電回路４０ｃによって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路４０への電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，Ｄｕ２に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（２２），式（２３）および式（２４）のように表される。ただし、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５の抵抗値は、全て等しいものとする。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（２２）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２３）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２４）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（２２）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２３）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２４）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
以上、第４実施形態において説明した初充電回路４０ｃは、比較例における初充電回路２００と比較して、式（２０）および式（２１）が式（１）および式（２）と同様になる。また、第４実施形態における初充電回路４０ｃは、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直流耐電圧が、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの半分となっていて（式（２２）〜式（２４）参照）、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。これらのことから、第４実施形態において説明した初充電回路４０ｃは、比較例における初充電回路２００の代替が可能である。
そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１および第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２における各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなしに、電圧バランス用抵抗の数が減少し、電圧低減用整流ダイオードの数は増加した。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｃの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｃの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
《第５実施形態》
第５実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図５を用いて説明する。図５は、第５実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図５において、図３，図４に示したのと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
第５実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成について、図５を用いて説明する。図５は、第５実施形態における電力変換装置を含む電力変換システムの構成を示す図である。
なお、図５において、図３，図４に示したのと同様の機能を有する各部については、同じ符号を付し、説明を省略する。
まず、初充電回路４０ｄの構成について、以下に説明する。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１、低減用整流ダイオードＤＵ１、および各電圧バランス用抵抗Ｒ２，Ｒ４を含む構成は、第３実施形態における構成と同様であり、詳細な説明を省略する。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２、低減用整流ダイオードＤＵ２、および各電圧バランス用抵抗Ｒ３，Ｒ５を含む構成は、第４実施形態における構成と同様であり、詳細な説明を省略する。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１、低減用整流ダイオードＤＵ１、および各電圧バランス用抵抗Ｒ２，Ｒ４を含む構成は、第３実施形態における構成と同様であり、詳細な説明を省略する。
また、第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２、低減用整流ダイオードＤＵ２、および各電圧バランス用抵抗Ｒ３，Ｒ５を含む構成は、第４実施形態における構成と同様であり、詳細な説明を省略する。
次に、初充電回路４０の動作について説明する。
初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに入力される。
初充電用商用電源１０の交流電圧は、初充電用変圧器３０の出力端子（Ｕ１，Ｖ１）と別の出力端子（Ｕ２，Ｖ２）を介して、それぞれ第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１と第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２とに入力される。
第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１において、平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路は、第３実施形態における平滑コンデンサＣｐへの初期充電電流の経路と同様であるので詳細な説明を省略する。
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（２０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２５）
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４へ印加される電圧の振幅は、式（２０）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２５）
第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２において、平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路は、第４実施形態における平滑コンデンサＣｎへの初期充電電流の経路と同様であるので詳細な説明を省略する。
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（２６）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２６）
なお、初充電用スイッチ２０が接続状態になっている間、各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８へ印加される電圧の振幅は、式（２６）で示される。
順方向降下電圧≦各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧振幅≦所定の電圧・・式（２６）
前記したようにして、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎは初充電回路４０ｄによって充電され、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐおよびＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎは所定の電圧まで昇圧される。ただし、所定の電圧は、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の電圧振幅が直流耐電圧仕様を満足する範囲に設定されるものとする。
次に、各平滑コンデンサＣｐ，Ｃｎが所定の電圧まで昇圧されたとき、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられ、主商用電源５０の電力が変圧器７０に供給される。また、交流遮断器６０が接続状態に切り替えられた後、初充電用スイッチ２０は遮断状態に切り替えられ、初充電回路４０ｄへの電力の供給が止められる。
そして、初充電用スイッチ２０が遮断状態に切り替えられた後、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，Ｄｕ２に印加される直流電圧は、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５による分圧電圧で決まるため、式（２７），式（２８）および式（２９）のように表される。ただし、各電圧バランス用抵抗Ｒ２〜Ｒ５の抵抗値は、全て等しいものとする。
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（２７）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２８）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
各整流ダイオードＤ１〜Ｄ４の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｐ／２ ・・式（２７）
各整流ダイオードＤ５〜Ｄ８の電圧＝（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２８）
各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の電圧＝
（Ｅｐ＋Ｅｎ）／４＝Ｅｎ／２ ・・式（２９）
（ただし、Ｅｐ＝Ｅｎ）
以上、第５実施形態において説明した初充電回路４０ｄは、比較例における初充電回路２００と比較して、式（２５）および式（２６）が式（１）および式（２）と同様になる。また、第５実施形態における初充電回路４０ｄは、各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧および各電圧低減用整流ダイオードＤＵ１，ＤＵ２の直流耐電圧が、Ｐ−ＣＯＭ間電圧ＥｐまたはＣＯＭ−Ｎ間電圧Ｅｎの半分となっていて（式（２７）〜式（２９）参照）、通常の直流耐電圧仕様を満たしている。これらのことから、第５実施形態において説明した初充電回路４０ｄは、比較例における初充電回路２００の代替が可能である。
そして、第１単相全波整流ブリッジ回路Ｐ１および第２単相全波整流ブリッジ回路Ｐ２における各整流ダイオードＤ１〜Ｄ８の直流耐電圧仕様を変更することなしに、電圧バランス用抵抗の数が減少し、電圧低減用整流ダイオードの数は増加した。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｄの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
ここで、電圧バランス用抵抗の数の減少による効果と、電圧低減用整流ダイオードの数の増加による効果を総合的に判断すると、電圧バランス用抵抗の数の減少の方が、電圧低減用整流ダイオードの数の増加よりも、初充電回路４０ｄの小型化およびコスト低減への効果が大きいと言える。この理由は、高耐電圧用の電圧バランス用抵抗のサイズが電圧低減用整流ダイオードのサイズより大きく、また、電圧バランス用抵抗のコストが電圧低減用整流ダイオードのコストより大きいためである。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。
例えば、平滑コンデンサとして、スーパキャパシタ等の電気二重層コンデンサを用いても良い。
例えば、平滑コンデンサとして、スーパキャパシタ等の電気二重層コンデンサを用いても良い。
１０ 初充電用商用電源
３０ 初充電用変圧器
４０ 初充電回路
４０ａ 初充電回路
４０ｂ 初充電回路
４０ｃ 初充電回路
４０ｄ 初充電回路
Ｐ 正側直流電源の母線
ＣＯＭ 中性点電源の母線
Ｎ 負側直流電源の母線
Ｃｐ 平滑コンデンサ（第１のキャパシタ）
Ｃｎ 平滑コンデンサ（第２のキャパシタ）
Ｐ１ 第１単相全波整流ブリッジ回路（第１の単相全波整流ブリッジ回路）
Ｐ２ 第２単相全波整流ブリッジ回路（第２の単相全波整流ブリッジ回路）
Ｄ１〜Ｄ８ 整流ダイオード
ＤＵ１，ＤＵ２ 電圧低減用整流ダイオード
Ｒ１〜Ｒ５ 整流ダイオード電圧バランス用抵抗
３０ 初充電用変圧器
４０ 初充電回路
４０ａ 初充電回路
４０ｂ 初充電回路
４０ｃ 初充電回路
４０ｄ 初充電回路
Ｐ 正側直流電源の母線
ＣＯＭ 中性点電源の母線
Ｎ 負側直流電源の母線
Ｃｐ 平滑コンデンサ（第１のキャパシタ）
Ｃｎ 平滑コンデンサ（第２のキャパシタ）
Ｐ１ 第１単相全波整流ブリッジ回路（第１の単相全波整流ブリッジ回路）
Ｐ２ 第２単相全波整流ブリッジ回路（第２の単相全波整流ブリッジ回路）
Ｄ１〜Ｄ８ 整流ダイオード
ＤＵ１，ＤＵ２ 電圧低減用整流ダイオード
Ｒ１〜Ｒ５ 整流ダイオード電圧バランス用抵抗
Claims (5)
- 交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置される第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置される第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備える電力変換装置であって、
前記初充電回路は、
４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と前記負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第３の抵抗とにより構成され、
前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが接続されて、その直列接続された両端に並列に前記第３の抵抗が接続され、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に、前記第３の抵抗が直列に接続され、
前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端が前記正側直流電源の母線に接続され、前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが前記中性点電源の母線に接続され、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端が前記負側直流電源の母線に接続され、
前記初充電回路は、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、
を特徴とする電力変換装置。 - 交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置される第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置される第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備える電力変換装置であって、
前記初充電回路は、
４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第４の抵抗と、第５の抵抗とにより構成され、
前記第１の整流ダイオードと前記第４の抵抗とが並列に接続され、前記第２の整流ダイオードと前記第５の抵抗とが並列に接続され、前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが接続され、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に、前記第４の抵抗と前記第５の抵抗とが直列に接続され、
前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端が前記正側直流電源の母線に接続され、前記第１の整流ダイオードのアノードと前記第２の整流ダイオードのカソードとが前記中性点電源の母線に接続され、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端が前記負側直流電源の母線に接続され、
前記初充電回路は、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、
を特徴とする電力変換装置。 - 交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備える電力変換装置であって、
前記初充電回路は、
４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第４の抵抗と、第５の抵抗とにより構成され、
前記第１の整流ダイオードと前記第４の抵抗とが並列に接続され、前記第２の整流ダイオードと前記第５の抵抗とが並列に接続され、
前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端に前記第１の整流ダイオードのアノードが接続され、前記第１の整流ダイオードのカソードが前記正側直流電源の母線に接続され、
前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端に前記第２の整流ダイオードのアノードが接続され、前記第２の整流ダイオードのカソードが前記中性点電源の母線と前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノードが接続されている側の前記第１の抵抗の一端に接続され、
前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端が前記負側直流電源の母線に接続され、
前記初充電回路は、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、
を特徴とする電力変換装置。 - 交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備える電力変換装置であって、
前記初充電回路は、
４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第４の抵抗と、第５の抵抗とにより構成され、
前記第１の整流ダイオードと前記第４の抵抗とが並列に接続され、前記第２の整流ダイオードと前記第５の抵抗とが並列に接続され、
前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端が前記正側直流電源の母線に接続され、
前記正側直流電源の母線に接続されていない側の第１の抵抗の一端に前記第１の整流ダイオードのカソードが接続され、その第１の整流ダイオードのアノードに中性点電源の母線が接続され、
前記第１の整流ダイオードのアノードに前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソードが接続されている側の第２の抵抗の一端が接続され、
前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端に前記第２の整流ダイオードのカソードが接続され、
前記第２の整流ダイオードのアノードが前記負側直流電源の母線に接続され、
前記初充電回路は、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、
を特徴とする電力変換装置。 - 交流電圧を直流電圧に順変換する変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する変換器との間の３本の母線において、正側直流電源の母線と中性点電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第１のキャパシタと、中性点電源の母線と負側直流電源の母線との間に設置され整流電圧を平滑化する第２のキャパシタとを設置し、前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとを初期充電する初充電回路を備える電力変換装置であって、
前記初充電回路は、
４つの整流ダイオードによって構成される第１の単相全波整流ブリッジ回路および第２の単相全波整流ブリッジ回路と、前記正側直流電源の母線と負側直流電源の母線間の直流電圧を分圧し、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第１の抵抗と、前記第２の単相全波整流ブリッジ回路に印加される直流電圧をバランスさせる第２の抵抗と、第１の整流ダイオードと、第２の整流ダイオードと、第４の抵抗と、第５の抵抗とにより構成され、
前記第１の整流ダイオードと前記第４の抵抗とが並列に接続され、前記第２の整流ダイオードと前記第５の抵抗とが並列に接続され、
前記第１の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのカソード同士が接続されている側の第１の抵抗の一端に前記第１の整流ダイオードのアノードが接続され、その第１の整流ダイオードのカソードが前記正側直流電源の母線に接続され、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とが直列に接続され、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間に前記中性点電源の母線が接続され、
前記第２の単相全波整流ブリッジ回路を構成する前記整流ダイオードのアノード同士が接続されている側の第２の抵抗の一端に前記第２の整流ダイオードのカソードが接続され、その第２の整流ダイオードのアノードが前記負側直流電源の母線に接続され、
前記初充電回路は、前記第１の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点および前記第２の単相全波整流ブリッジ回路の直列に接続されている前記整流ダイオードのアノードとカソードとの接続点のそれぞれに互いに絶縁された単相交流電圧が印加されること、
を特徴とする電力変換装置。
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2008
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