JP2012019647A

JP2012019647A - 電源装置

Info

Publication number: JP2012019647A
Application number: JP2010156542A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yamagata; 義彦山方; Yutaka Azuma; 裕我妻
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN102315780B; JP5659584B2; CN102315780A

Abstract

【課題】従来の順変換器と逆変換器からなる三相−三相電源装置では、交流入力に３個、交流出力に３個のヒューズが必要で、動作信頼性、コスト、大きさの点で問題である。
【解決手段】三相交流入力を正極、中性極、負極からなる直流に変換する順変換器と、前記直流を３相交流に変換する逆変換器と、前記順変換器の正極，中性極、負極と各々接続されるコンデンサ直列回路とからなる入出力非絶縁形の電源装置で、交流入力の１相が交流出力の1相及び直流部の中性極に接続される共通線と、順変換器の交流入力に接続される２個のヒューズと、逆変換器の交流出力に接続される２個のヒューズと、順変換器の中性極と共通線との間に接続される1個のヒューズとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、３相入出力電源装置の保護回路に関する。

図３に、従来の技術を用いた三相入出力電源装置の回路構成を示す。
三相交流電源１の交流を順変換器３で直流に変換し、コンデンサ４で平滑した後、逆変換器６で交流に変換して出力する三相入出力電源装置の回路例である。順変換器３の交流入力には各相各々にヒューズ９，１０，１１が接続され、それらの交流電源１側にはリアクトルとコンデンサで構成された交流入力フィルタ２が接続される。逆変換器６の交流出力側には各相各々にヒューズ１２、１３、１４が接続され、それらと負荷８との間にはリアクトルとコンデンサで構成された交流出力フィルタ７が接続される。

このような構成における保護動作について以下に説明する。順変換器３の交流入力側のヒューズ９〜１１の役割は、順変換器３を構成するＩＧＢＴ、ダイオードなどの半導体素子の故障時や誤動作時に交流電源１から交流入力フィルタ２を介して流れる過電流を遮断する役割や、順変換器の回路や逆変換器の回路で地絡故障が発生した場合にヒューズ遮断により半導体素子や回路部品を保護する役割を果たす。また、逆変換器６の交流出力の各相に接続されるヒューズ１２〜１４は、負荷の短絡、過電流、地絡故障など時にヒューズ遮断により逆変換器を保護する役割を担う。

特許文献１には、本実施例に示したヒューズを各相に接続した順変換器の回路構成と保護動作に関して記載されている。逆変換器の回路は順変換器の回路の入力と出力を逆にした回路構成であり、三相−三相変換装置の回路構成は図３に示すような構成になることは周知である。

特開平１１−１６４５６０号公報

上述のように、従来の三相−三相変換回路においては、交流入力と交流出力に各々３個のヒューズが用いられている。図３における電源装置を構成する上で、保護用ヒューズ９〜１４は、ヒューズ自体の故障や磨耗により溶断すると装置出力停止につながり動作信頼性が低下すること、電力用のヒューズは半導体素子保護のために高速遮断型のヒューズが必要で、高価で大型となることなどの理由から、可能な限り使用個数が少ないことが望ましい。従って、本願の課題は三相−三相変換装置におけるヒューズの使用個数を削減することにある。

上述の課題を解決するために、第1の発明においては、３相３線の交流入力を整流して正極、中性極、負極からなる直流に変換する順変換器と、前記直流を３相３線の交流に変換する逆変換器と、前記順変換器の正極，中性極、負極と各々接続されるコンデンサ直列回路とからなる入出力非絶縁形の電源装置において、３相のうちの１相の交流入力が交流出力の1相及び直流部の中性極に接続される共通線と、前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記順変換器の中性極と前記共通線との間に接続される1個の保護用ヒューズとを備える。

第２の発明においては、第１の発明において、前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズは、前記順変換器の交流入力に接続される入力フィルタと電源装置の交流入力端子との間に接続する。

第３の発明においては、第１の発明において、前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズは、前記逆変換器の交流出力に接続される出力フィルタと電源装置の交流出力端子との間に接続する。

本発明では、３相３線の交流入力を整流して正極、中性極、負極からなる直流に変換する順変換器と、前記直流を３相３線の交流に変換する逆変換器と、前記順変換器の正極，中性極、負極と各々接続されるコンデンサ直列回路とからなる入出力非絶縁形の電源装置で、３相のうちの１相の交流入力が交流出力の1相及び直流部の中性極に接続される共通線と、前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記順変換器の中性極と前記共通線との間に接続される1個の保護用ヒューズとを備えるようにしている。この結果、従来６個使用していたヒューズの使用数を５個に削減することが可能となり、装置の小型化、低価格化、動作信頼性の向上を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施例を示す回路図である。本発明の第２の実施例を示す回路図である。従来例を示す回路図である。

本発明の要点は、３相３線の交流入力を整流して正極、中性極、負極からなる直流に変換する順変換器と、前記直流を３相３線の交流に変換する逆変換器と、前記順変換器の正極，中性極、負極と各々接続されるコンデンサ直列回路とからなる入出力非絶縁形の電源装置で、３相のうちの１相の交流入力が交流出力の1相及び直流部の中性極に接続される共通線と、前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記順変換器の中性極と前記共通線との間に接続される1個の保護用ヒューズとを備えるようにしている点である。

図１に、本発明の第1の実施例を示す。ＩＧＢＴＴ１〜Ｔ４及びダイオードＤ１〜Ｄ４で構成された順変換器３ａの交流入力にはヒューズ９、１０を介して交流入力フィルタ２ａが、交流入力フィルタ２ａの入力には三相交流電源１の各相が各々接続される。また、ＩＧＢＴＴ５〜Ｔ８及びダイオードＤ５〜Ｄ８で構成された逆変換器６ａの出力にはヒューズ１２，１３を介して交流出力フィルタ７ａが、交流出力フィルタ７ａの出力には負荷８が各々接続される。順変換器３ａ及び逆変換器６ａの直流端子間（正極−負極間）にはコンデンサ４と５の直列回路が接続され、コンデンサ４と５の直列接続点（中性極）と三相交流電源１のＶ相及び負荷の１相とはヒューズ１５を介して接続される。

このような構成における保護動作を以下に説明する。順変換器３ａのＩＧＢＴ又はダイオードのいずれかが短絡故障した場合の保護動作例の一つとして、Ｕ相からＶ相又はＷ相へ電流を流すモードでＩＧＢＴＴ２が短絡故障した場合の保護動作例を説明する。ＩＧＢＴＴ２がオンして交流電源１のＵ相→フィルタ２ａ→ヒューズ９→ＩＧＢＴＴ２→ダイオードＤ４→ヒューズ１０→フィルタ２ａ→交流電源のＷ相の経路、又は交流電源１のＵ相→フィルタ２ａ→ヒューズ９→ＩＧＢＴＴ２→コンデンサ５→ヒューズ１５→交流電源のＶ相の経路で電流が増加し、フィルタ回路２ａのリアクトルにエネルギーが蓄積される。次にＩＧＢＴＴ２を遮断するとリアクトルのエネルギーがダイオードＤ１又はＤ４を通ってコンデンサ４及び５を充電し、リアクトルの電流が減少するのが正常動作である。

ここで、ＩＧＢＴＴ２が通電中に短絡故障が発生すると、次にオフさせようとしてもオフできない。この状態で次にＩＧＢＴＴ１をオンさせると、直流回路をＩＧＢＴＴ１とＴ２で短絡することになるが、ＩＧＢＴＴ１は正常であるためこの時の過電流を検出して遮断させる保護回路が動作する。しかし、ＩＧＢＴＴ２は短絡故障しているためフィルタ回路２ａのリアクトル→ヒューズ９→ＩＧＢＴＴ２→ダイオード４→ヒューズ１０の経路又はフィルタ回路２ａのリアクトル→ヒューズ９→ＩＧＢＴＴ２→コンデンサ５→ヒューズ１５の経路の電流は増加する。この結果、ヒューズ９が過電流遮断して、半導体素子、フィルタ構成部品等を保護する。他のＩＧＢＴやダイオードが短絡故障した場合も同様にヒューズで保護することができる。

次に、順変換器３ａ又は逆変換器６ａに接地故障が発生した場合の保護について説明する。説明を容易にするため、交流電源１の中性点が接地されている状態で、直流回路の負極が接地故障した場合の動作を説明する。接地故障が発生すると、交流電源１のＵ相からフィルタ回路２ａ→ヒューズ９→ＩＧＢＴＴ２→接地点の経路の電流はヒューズ９で、交流電源１のＷ相からフィルタ回路２ａ→ヒューズ１０→ＩＧＢＴＴ４→接地点の経路の電流はヒューズ１０で、交流電源のＶ相→ヒューズ１５→コンデンサ５→接地点の経路の電流はヒューズ１５で、各々遮断され、半導体素子、フィルタ構成部品等を保護する。

逆変換器６ａについても、順変換器と同様に負荷の過電流及び接地故障時の保護をヒューズ１２，１３、１５で実現できる。

図２に、本発明の第２の実施例を示す。第１の実施例との違いは、交流電源１と順変換器３ａとの間のヒューズ９、１０、及び逆変換器６ａと負荷８との間のヒューズ１２，１３の挿入位置である。実施例１では交流電源１側は、順変換器３ａの交流入力と交流入力フィルタ２ａとの間にヒューズ９，１０挿入されているが、第２の実施例では交流入力フィルタ２ａと交流電源１との間に挿入される。また、実施例１の交流出力側は、逆変換器６ａと交流出力フィルタ７ａとの間にヒューズ１２，１３が挿入されているが、第２の実施例では交流出力フィルタ７ａと負荷８との間に挿入される。保護動作は、第１の実施例と同様であるので、省略する。

尚、上記実施例には交流電源の中性点接地の場合の例を示したが、１相接地の場合も同様に保護可能である。また、第１の実施例と第２の実施例を混在させても同様の保護を実現できる。

１：交流電源２：交流入力フィルタ３、３ａ：順変換器
６、６ａ：逆変換器７、７ａ：交流出力フィルタ８：負荷
４、５：コンデンサ９〜１５：ヒューズ
Ｔ１〜Ｔ８：ＩＧＢＴＤ１〜Ｄ８：ダイオード

Claims

３相３線の交流入力を整流して正極、中性極、負極からなる直流に変換する順変換器と、前記直流を３相３線の交流に変換する逆変換器と、前記順変換器の正極，中性極、負極と各々接続されるコンデンサ直列回路とからなる入出力非絶縁形の電源装置において、３相のうちの１相の交流入力が交流出力の1相及び直流部の中性極に接続される共通線と、前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズと、前記順変換器の中性極と前記共通線との間に接続される1個の保護用ヒューズとを備えることを特徴とする電源装置。
前記順変換器の交流入力に接続される２個の保護用ヒューズは、前記順変換器の交流入力に接続される入力フィルタと電源装置の交流入力端子との間に接続することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記逆変換器の交流出力に接続される２個の保護用ヒューズは、前記逆変換器の交流出力に接続される出力フィルタと電源装置の交流出力端子との間に接続することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。