JP2012100508A - 高圧インバータ装置及びその初期充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保守点検時に、上位電源側の安全を確保することができる高圧インバータ装置及びその初期充電方法を提供する。
【解決手段】交流電源から入力開閉器１を介して給電される入力変圧器２と、入力変圧器２の２次巻線から給電され、直流リンクに平滑コンデンサを有し、その出力で交流電動機５を駆動する電力変換器３と、電力変換器３の出力側に接続され、低圧の交流電源から低圧開閉器６１を介して接続される限流素子６２と、限流素子６２の他端を入力とし、２次出力が電力変換器３の出力側に接続された昇圧変圧器６３とを有する初期充電回路６とを具備する高圧インバータ装置において、入力開閉器１をオフし、低圧開閉器６１をオンして平滑コンデンサへの初期充電を開始し、所定の時間経過後に低圧開閉器６１をオフする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧インバータ装置及びその初期充電方法に係り、保守点検時に、上位電源側の安全を確保することができる高圧インバータ装置及びその初期充電方法に関する。

近年、大容量のインバータ装置は、高電圧化され、交流電源から数ｋＶの電圧が印加されて運転されるようになった。このような高圧インバータ装置を起動して交流電源から高電圧を印加するとき、インバータ装置の直流回路に使用されている平滑コンデンサに突入電流が流れて構成機器が損傷する恐れがある。このため、交流電源と高圧インバータ装置の間に限流素子と開閉器の並列回路を設け、限流素子を介して平滑コンデンサを初期充電したあと、開閉器を短絡することによって平滑コンデンサの初期充電を完了させるようにした初期充電回路が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００２−３５４８３０号公報（第４頁、図１）

特許文献１に示された初期充電方法は、交流電源すなわちインバータ装置の高電圧の上位電源側から平滑コンデンサの初期充電を行うことになる。この初期充電は、充電電流を抑制しながら行うのでかなりの時間を要する。しかるに、平滑コンデンサの初期充電が必要となるのは、交流電源に接続された機器、例えばインバータ装置の入力変圧器や入力開閉器の保守点検を行った後インバータ装置を起動するケースが該当することが多い。この場合、初期充電を行いながら入力変圧器や入力開閉器の保守点検を行うことができれば保守点検時間の節約になるが、これらの機器は初期充電のために使用されている状態にあるため、これを行うことは安全上好ましくない。

本発明は上記状況に鑑みて為されたものであり、保守点検時に、上位電源側の安全を確保することができる高圧インバータ装置及びその初期充電方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の高圧インバータ装置は、高電圧の交流電源から入力開閉器を介して給電される入力変圧器と、前記入力変圧器の２次巻線から給電され、直流リンクに平滑コンデンサを有し、その出力で交流電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器の出力側に接続された初期充電回路と、前記平滑コンデンサへの初期充電を行うための起動制御器とを具備し、前記初期充電回路は、低圧の交流電源から低圧開閉器を介して接続される限流素子と、この限流素子の他端を入力とし、２次出力がヒューズを介して前記電力変換器の出力側に接続された昇圧変圧器とを有することを特徴としている。

また、本発明の高圧インバータ装置の初期充電方法は、高電圧の交流電源から入力開閉器を介して給電される入力変圧器と、前記入力変圧器の２次巻線から給電され、直流リンクに平滑コンデンサを有し、その出力で交流電動機を駆動する電力変換器と、前記電力変換器の出力側に接続され、低圧の交流電源から低圧開閉器を介して接続される限流素子と、この限流素子の他端を入力とし、２次出力がヒューズを介して前記電力変換器の出力側に接続された昇圧変圧器とを有する初期充電回路とを具備する高圧インバータ装置において、前記入力開閉器をオフした後、前記低圧開閉器をオンして前記平滑コンデンサへの初期充電を開始し、所定の時間経過後に前記低圧開閉器をオフするようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、保守点検時に、上位電源側の安全を確保することができる高圧インバータ装置及びその初期充電方法を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置の回路構成図。 本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置の主回路部の詳細構成図。 図２における単位インバータの内部構成図。 本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置の初期充電動作のフローチャート。 本発明の実施例２に係る高圧インバータ装置の回路構成図。 本発明の実施例２に係る高圧インバータ装置の初期充電動作のフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

以下、本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置を図１乃至図４を参照して説明する。 図１は本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置の回路構成図である。交流電源から与えられる高電圧の３相交流は、入力開閉器１を介して入力変圧器２に給電される。入力変圧器２の２次出力は電力変換器３に与えられる。電力変換器３は直流リンクに平滑コンデンサを有する電圧型変換器であり、その交流出力は出力開閉器４を介して交流電動機５を駆動する。

電力変換器３の交流出力側には初期充電回路６が接続されている。初期充電回路６は、開閉器６１、限流抵抗器６２、昇圧変圧器６３及びヒューズ６４の直列回路で構成され、低圧の３相交流電源から得られた電圧を電力変換器３の定格出力電圧相等の電圧に昇圧して電力変換器３の出力側に給電する。開閉器６１、限流抵抗器６２は低圧定格のものを使用できる。初期充電回路６を用いて電力変換器３内の平滑コンデンサを初期充電するときには、後述するように起動制御器７からの指令によって入力開閉器１、出力開閉器４及び開閉器６１がオンオフ制御される。

図２に入力変圧器２及び電力変換器３の詳細構成の一例を示す。交流電源から、２次側に９個の２次巻線２Ｕ１、２Ｖ１、２Ｗ１、２Ｕ２、２Ｖ２、２Ｗ２、２Ｕ３、２Ｖ３、２Ｗ３を持った入力変圧器２の１次巻線に交流電圧を印加する。２次巻線２Ｕ１、２Ｖ１、２Ｗ１、２Ｕ２、２Ｖ２、２Ｗ２、２Ｕ３、２Ｖ３、２Ｗ３の夫々の出力は、電力変換器３の単位インバータ３Ｗ１、３Ｕ２、３Ｖ２、３Ｗ２、３Ｕ３、３Ｖ３、３Ｗ３に給電される。各々の単位インバータは、Ｕ、Ｖ及びＷの３グループに分割され、その単相出力はグループ毎に直列に接続され、その一端を中性点として接続し、その他端が電力変換器３の各相の出力となる。全ての単位インバータの出力周波数は全て同一とし、直列に接続されるＵ、Ｖ及びＷの各グループの単位インバータの出力は、同一位相となるようにし、グループ間の位相差は互いに１２０度となるようにする。

尚、図２に示した例は入力変圧器の２次巻線を９個とし、３台の単位インバータの単相出力を直列接続して電力変換器３の相電圧を作るように構成したが、直列接続数は１以上の任意の整数で良い。すなわち、入力変圧器の２次巻線を３Ｎ（Ｎは１以上の整数）個とし、２次巻線の各々を入力とし、単相交流を出力する３Ｎ個の単位インバータで電力変換器を構成し、３Ｎ個の単位インバータを３分割し、Ｎ個の単位インバータの出力を直列接続した直列接続体を３組設け、各々の直列接続体の一端を共通の中性点として互いに接続し、各々の直列接続体の他端から電力変換器の出力を得るように構成すれば良い。

図３は図２の単位インバータ３Ｕ１の内部構成図であり、他の全ての単位インバータは単位インバータ３Ｕ１と同一構成となっている。変圧器２の２次巻線からの電力を整流回路３１及び直流平滑コンデンサ３３で直流電力に変換し、さらに単相インバータ回路３２で任意の周波数、電圧を持った単相電力に変換する構成となっている。

以上の構成における起動制御器７の動作を、図４に示す高圧インバータ装置の初期充電動作のフローチャートを参照して以下に説明する。

まず、各単位インバータの平滑コンデンサ３３が放電され、電力変換器３を起動すべき状態となったとき、開閉器１をオフし、交流電源の接続をオフする（ＳＴ１）。次に開閉器４をオフして交流電動機５との接続をオフする（ＳＴ２）。次に初期充電回路６の開閉器６１をオンし、初期充電を開始する（ＳＴ３）。初期充電は限流抵抗器６２で充電電流が制限された状態で行われるので相当の時間が必要となる。充電ルートは、各単位インバータのインバータ回路３２の単相出力端に昇圧変圧器６３の出力相電圧の１／３（一般には１／Ｎ）が印加された状態で、インバータ回路３２の各アームの逆並列ダイオードを介して各平滑コンデンサ３３が充電される。従って、限流抵抗器６２と平滑コンデンサ３３で決まる時定数で昇圧変圧器６３の出力相電圧の１／３に向かう充電カーブとなるので、タイマなどによって充電完了を容易に検出することができる（ＳＴ４）。ステップＳＴ４で充電完了が検出されれば、開閉器６４をオフして充電を停止し（ＳＴ５）、開閉器４をオンし（ＳＴ６）、更に開閉器１をオンする（ＳＴ７）。これらの動作によって初期充電に関する運転準備が完了する。

尚、ステップＳＴ５における充電完了の検出は、平滑コンデンサ３３の電圧、あるいはこれを実質的に検出する初期充電回路６の出力電圧が所定値に到達したかどうかに拠っても良い。また平滑コンデンサ３３の電圧を用いる場合には、全ての単位インバータの電圧を検出しても良いし、何れか１台または数台を代表として検出するようにしても良い。

図５は本発明の実施例２に係る高圧インバータ装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る高圧インバータ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、開閉器４を省くと共に起動制御器７Ａが開閉器４に与える信号を省いた点である。

そして図６は本発明の実施例２に係る高圧インバータ装置の初期充電動作のフローチャートであり、実施例１の図４相当図である。図４と異なる点は、ステップＳＴ２とステップＳＴ６の開閉器４のオンオフ動作を省いた点である。

このように図５においては、交流電動機５を接続したまま初期充電を行うことになる。以下これが可能な理由について説明する。

初期充電回路６から見た交流電動機５はかなり大きいリアクタンス分を有している。これに対し、単位インバータ内インバータ回路３２のダイオードと平滑コンデンサ３３とで決まるインピーダンスは非常に小さい。従って、限流抵抗器６２の抵抗値と昇圧変圧器６３の昇圧比を適切に選んでおけば、低圧交流電源から流れる電流は限流される上、このうちの大半の電流は平滑コンデンサ３３の充電電流となるため、交流電動機５に流入する電流は小さくなる。但し、交流電動機５が熱的に問題ない範囲で行う必要があり、また充電電圧は定格電圧より低く抑える必要がある。

このようにすれば、初期充電電圧が定格電圧より低くても突入電流が問題とならない場合にはこの実施例２の適用が可能となる。

以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、初期充電回路６の低圧側にＭＣＣＢを追加しても良く、またヒューズ６４を省略しても良い。更に、限流抵抗器６２はリアクタンスを含む限流素子に置き換えても良く、電流の少ない昇圧変圧器６３の２次側に入れるように構成しても良い。

１ 入力開閉器
２ 入力変圧器
３ 電力変換器
４ 出力開閉器
５ 交流電動機
６ 初期充電回路
７ 起動制御器
６１ 開閉器
６２ 限流抵抗器
６３ 昇圧変圧器
６４ ヒューズ

Claims (6)

1. 高電圧の交流電源から入力開閉器を介して給電される入力変圧器と、
   前記入力変圧器の２次巻線から給電され、直流リンクに平滑コンデンサを有し、その出力で交流電動機を駆動する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力側に接続された初期充電回路と、
   前記平滑コンデンサへの初期充電を行うための起動制御器と
   を具備し、
   前記初期充電回路は、
   低圧の交流電源から低圧開閉器を介して接続される限流素子と、
   この限流素子の他端を入力とし、２次出力がヒューズを介して前記電力変換器の出力側に接続された昇圧変圧器と
   を有することを特徴とする高圧インバータ装置。
2. 前記起動制御器は、
   前記入力開閉器をオフしたあと、前記低圧開閉器をオンして初期充電を開始し、
   所定時間経過後、前記低圧開閉器をオフして初期充電を完了させるようにすることを特徴とする請求項１に記載の高圧インバータ装置。
3. 前記電力変換器の出力と前記交流電動機との間に出力開閉器を設け、
   前記出力開閉器をオフした状態で初期充電を行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載の高圧インバータ装置。
4. 前記入力変圧器の２次巻線は３Ｎ（Ｎは１以上の整数）個あり、
   前記電力変換器は、前記２次巻線の各々を入力とし、単相交流を出力する３Ｎ個の単位インバータから成り、
   前記３Ｎ個の単位インバータを３分割し、Ｎ個の単位インバータの出力を直列接続した直列接続体を３組設け、前記各々の直列接続体の一端を共通の中性点として互いに接続し、前記各々の直列接続体の他端から出力を得るようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高圧インバータ装置。
5. 高電圧の交流電源から入力開閉器を介して給電される入力変圧器と、
   前記入力変圧器の２次巻線から給電され、直流リンクに平滑コンデンサを有し、その出力で交流電動機を駆動する電力変換器と、
   前記電力変換器の出力側に接続され、低圧の交流電源から低圧開閉器を介して接続される限流素子と、この限流素子の他端を入力とし、２次出力がヒューズを介して前記電力変換器の出力側に接続された昇圧変圧器とを有する初期充電回路と
   を具備する高圧インバータ装置において、
   前記入力開閉器をオフした後、前記低圧開閉器をオンして前記平滑コンデンサへの初期充電を開始し、所定の時間経過後に前記低圧開閉器をオフするようにしたことを特徴とする高圧インバータ装置の初期充電方法。
6. 前記電力変換器の出力と前記交流電動機との間に出力開閉器を設け、
   前記出力開閉器をオフした状態で初期充電を行うようにしたことを特徴とする請求項５に記載の高圧インバータ装置の初期充電方法。

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