JP2012143049A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、入力力率を改善する回路を備えて交流電力を直流電力に変換する電力変換装置の供給電源から電力変換装置に流れる突入電流を防止する突入電流防止回路と内部コンデンサにたまった電荷を放電する放電回路に関するものである。 The present invention includes an inrush current prevention circuit for preventing an inrush current flowing from a power supply device of a power conversion device that includes a circuit for improving an input power factor to convert alternating current power into direct current power, and an electric charge accumulated in an internal capacitor. It is related with the discharge circuit which discharges.
従来の電力変換装置は、交流入力を整流した後段に単相インバータを1以上直列接続したインバータ回路を直列接続し、その後段に整流ダイオードを介して平滑コンデンサと短絡用スイッチを備え、短絡用スイッチはゼロクロス位相を中央とする短絡位相範囲でのみオン状態とし、平滑コンデンサ直流電圧を目標電圧に追従させ、入力力率を改善するように、電流指令を用いてインバータ回路を出力制御する入力力率の改善、電力損失およびノイズの低減化を図ったものである(例えば、特許文献1参照)。 A conventional power conversion device has an inverter circuit in which one or more single-phase inverters are connected in series in a subsequent stage after rectifying an AC input, and is provided with a smoothing capacitor and a short-circuit switch via a rectifier diode in the subsequent stage. Is an input power factor that controls the output of the inverter circuit using a current command so that the smoothing capacitor DC voltage follows the target voltage and improves the input power factor so that it is turned on only in the short-circuit phase range centered on the zero-cross phase. Improvement, reduction of power loss and noise (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の電力変換装置は、動作開始時の突入電流を防止する突入電流防止用の抵抗と動作終了時の平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電抵抗をそれぞれ設ける必要があった。各抵抗はコストが高く、さらに通常の動作時は使用しないため無駄である。このため、電力変換装置が大型化し、製造コストが高くなる問題があった。 However, the above-described conventional power conversion device has to be provided with a resistor for preventing inrush current at the start of operation and a discharge resistor for discharging the charge stored in the smoothing capacitor at the end of operation. It was. Each resistor is expensive and is not used because it is not used during normal operation. For this reason, there existed a problem that a power converter device enlarged and manufacturing cost became high.
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、突入電流を減少させるとともに平滑コンデンサ及び直流電圧源に蓄えられた電荷を放電する小型な電力変換装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a small-sized power conversion device that reduces inrush current and discharges electric charges stored in a smoothing capacitor and a DC voltage source. And
この発明に係る電力変換装置は、複数の半導体スイッチ素子及び直流電圧源を有する単相インバータまたは交流側を直列接続される複数の前記単相インバータで構成されているインバータ回路と、前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、前記インバータ回路の出力に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチとを備える電力変換装置において、突入電流防止回路と、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、を備える。 A power conversion device according to the present invention includes a single-phase inverter having a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source, or an inverter circuit composed of a plurality of the single-phase inverters connected in series on the AC side, and the inverter circuit A smoothing capacitor having one end connected to the latter stage via a rectifier diode and a shorting switch having one end connected to the output of the inverter circuit and the other end connected to the other end of the smoothing capacitor In the power conversion device, for discharging, the inrush current prevention circuit is interposed between the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit, and connects and separates the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit. A switch, and a control unit that turns on and off the semiconductor switch element, the short-circuit switch, and the discharge switch. That.
この発明に係る電力変換装置は、突入電流を小さくすることと平滑コンデンサ及び直流電圧源の放電を一つの抵抗で行うことができ、装置の大規模化やコストアップを防止できる。 The power conversion device according to the present invention can reduce the inrush current and discharge the smoothing capacitor and the DC voltage source with one resistor, and can prevent the device from being scaled up and costing up.
以下、本発明の電力変換装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態1に係る電力変換装置は、図1に示すように、交流入力電源としての交流電圧電源(以下、交流電源と称す)1を入切するシステムのメインとなるリレー(以下、メインリレーと称す)2から平滑コンデンサ22までの要素で構成されている。そして、メインリレー2から平滑コンデンサ22を見て手前に配設されていると前段、向う側に配設されていると後段と称す。すなわち、平滑コンデンサ22は最も後段に配設されていることになる。
メインリレー2は、整流回路としてのダイオードブリッジ12の入力が接続されている。ダイオードブリッジ12の出力は、突入電流防止回路7、整流電流検出回路31、限流回路としてのリアクトル13の順で直列に接続されている。
突入電流防止回路7は、突入電流防止抵抗5と、突入電流防止抵抗5に並列に接続されるリレー(以下、充電リレーと称す)4とで構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of a power conversion device of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a configuration diagram of a power converter according to
As shown in FIG. 1, the power conversion device according to
The
The inrush
リアクトル13の出力は、単相インバータにて構成されたインバータ回路14の交流側に直列接続される。インバータ回路14を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)からなる半導体スイッチ素子17と半導体スイッチ素子17と直列接続されているダイオード15から構成されている直列回路と、半導体スイッチ素子18と半導体スイッチ素子18と直列接続されているダイオード16から構成されている直列回路とが並列に接続されているブリッジ回路から構成されている。ダイオード15のアノードに半導体スイッチ素子17が接続され、ダイオード16のカソードに半導体スイッチ素子18が接続されている。
The output of the
そして、半導体スイッチ素子17とダイオード15の接続点にリアクトル13の出力が接続され、半導体スイッチ素子18とダイオード16の接続点が出力となる。
ダイオード15のカソードと半導体スイッチ素子18の接続点とダイオード16のアノードと半導体スイッチ素子17の接続点の間に直流電圧源19及び直流電圧源電圧検出回路32が並列に接続されている。
なお、リアクトル13はインバータ回路14の後段に直列接続しても良い。
The output of the
A
The
インバータ回路14の出力には、短絡用スイッチ21と整流ダイオード20とが並列に接続され、整流ダイオード20のカソードが出力段の平滑コンデンサ22の正極に接続されている。ここでは、短絡用スイッチ21と整流ダイオード20のアノードとの接続点がインバータ回路14の後段の交流出力線に接続され、短絡用スイッチ21の他端は平滑コンデンサ22の負極に接続されている。
また、平滑コンデンサ22に並列に平滑コンデンサ電圧検出回路33が接続されている。
また、平滑コンデンサ22の正極とダイオードブリッジ12の出力の間を接離する放電用のリレー(以下、放電リレーと称す)3が設けられている。
The
A smoothing capacitor
In addition, a discharge relay (hereinafter referred to as a discharge relay) 3 that connects and separates the positive electrode of the
制御部6は、制御線40a、40b、40c、40d、40e、40fによりそれぞれメインリレー2、充電リレー4、放電リレー3、半導体スイッチ素子17、18および短絡用スイッチ21に接続されており、メインリレー2、充電リレー4、放電リレー3、半導体スイッチ素子17、18および短絡用スイッチ21をオン・オフ制御する。
また、制御部6は、信号線41a、41b、41cによりそれぞれ整流電流検出回路31、直流電圧源電圧検出回路32および平滑コンデンサ電圧検出回路33に接続されており、整流電流検出回路31、直流電圧源電圧検出回路32および平滑コンデンサ電圧検出回路33から電流または電圧の検出値を取得する。
なお、短絡用スイッチ21は、ダイオードが逆並列接続された半導体スイッチ素子で構成したものを図示したが、これに限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良い。
The
The
In addition, although the
このように構成される電力変換装置の動作を説明する。まず、充電時の動作を説明する。
図2は、動作開始直後のこの発明の実施の形態1に係る電力変換装置に電流が流れる経路の一例を上書きした構成図である。
動作開始時、充電リレー4をオフにした状態でメインリレー2をオンして交流電源1を投入した直後は、図2に示すように、順に交流電源1、メインリレー2、ダイオードブリッジ12、突入電流防止抵抗5、リアクトル13という経路に突入電流が流れ、突入電流防止抵抗5が突入電流を低減する。なお、図2は突入電流を小さくするときの充電電流が流れる経路を示しているが、この経路に限るものではない。
その後、充電リレー4をオンすると、突入電流が流れる経路が交流電源1、メインリレー2、ダイオードブリッジ12、充電リレー4、リアクトル13という経路に変わる。
The operation of the power conversion device configured as described above will be described. First, the operation during charging will be described.
FIG. 2 is a configuration diagram overwriting an example of a path through which a current flows in the power conversion apparatus according to
At the start of operation, immediately after the
Thereafter, when the
次に、放電時の動作について説明する。
メインリレー2をオフして交流電源1を電力変換装置から切り離すとき、放電リレー3をオンし、且つ充電リレー4をオフすることで、直流電圧源19と平滑コンデンサ22の放電を開始する。
しかし、直流電圧源19と平滑コンデンサ22の放電を同時に行うことは好ましくない。その理由は、直流電圧源19と平滑コンデンサ22の放電を同時に行うと突入電流防止抵抗5には大電力がかかるため、突入電流防止抵抗5はそれに耐えうる定格のものを選定しなければならず、突入電流防止抵抗5は大型化しコストもかかるというデメリットがあるからである。また、例えば、直流電圧源19の定格電圧以上の電圧が平滑コンデンサ22にかかっている場合、同時に放電すると平滑コンデンサ22の電圧が直流電圧源19にかかり定格オーバーで直流電圧源19や周囲の素子が破壊する恐れがあり、回避するためには結局定格を上げる必要があり、大型化してしまうというデメリットがあるからである。そこで、この問題を解決するために、半導体スイッチ素子17、18と短絡用スイッチ21を制御し、直流電圧源19と平滑コンデンサ22の放電を別々に行うことで、突入電流防止抵抗5の小型化を図る。
Next, the operation during discharging will be described.
When the
However, it is not preferable to discharge the
図3は、放電開始直後に平滑コンデンサ22に充電されている電荷がこの発明の実施の形態1に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
最初に、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17をオンし、半導体スイッチ素子18をオフし、短絡用スイッチ21をオンすることで、図3に示すように、平滑コンデンサ22に充電されている電荷が、平滑コンデンサ22(正極)、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、ダイオード16、短絡用スイッチ21、平滑コンデンサ22(負極)の順で構成する経路(以下、第1の放電経路と称す)を流れ、平滑コンデンサ22の放電を行う。
FIG. 3 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in the smoothing
First, the
なお、半導体スイッチ素子17をオンし且つ半導体スイッチ素子18をオフしたときの放電経路を図4に示したが、半導体スイッチ素子17をオフし且つ半導体スイッチ素子18をオンしたときには、平滑コンデンサ22(正極)、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、ダイオード15、半導体スイッチ素子18、短絡用スイッチ21、平滑コンデンサ22(負極)の順で構成する放電経路を平滑コンデンサ22の電荷が放電される。
FIG. 4 shows the discharge path when the
図4は、直流電圧源19に充電されている電荷がこの発明の実施の形態1に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
次に、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17、18をそれぞれオンし、短絡用スイッチ21をオフすることで、図5に示すように、直流電圧源19に充電されている電荷が、直流電圧源19(正極)、半導体スイッチ素子18、整流ダイオード20、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、直流電圧源19(負極)の順で構成する経路(以下、第2の放電経路と称す)に流れ、直流電圧源19の放電を行う。
FIG. 4 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in
Next, the
図5は、制御部6において実行する放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートである。
制御部6の切り替え判定アルゴリズムは、まずステップS1において、平滑コンデンサ22の電圧が直流電圧源19の電圧以上か否かを判定し、平滑コンデンサ22の電圧が直流電圧源19の電圧以上の場合にはステップS2に進み、平滑コンデンサ22の電圧が直流電圧源19の電圧未満の場合にはステップS7に進む。
ステップS2において、第1の放電経路を有効、第2の放電経路を無効と設定し、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17をオンし、半導体スイッチ素子18をオフし、短絡用スイッチ21をオンして平滑コンデンサ22の放電を開始する。
ステップS3において、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth以上か否かを判定し、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth以上と判定した場合ステップS3を繰返し、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth未満と判定した場合ステップS4に進む。
FIG. 5 is a flowchart showing a discharge path switching determination algorithm executed in the
The switching determination algorithm of the
In step S2, the first discharge path is set valid and the second discharge path is set invalid, the
In step S3, it is determined whether or not the voltage of the smoothing
ステップS4において、第1の放電経路を無効、第2の放電経路を有効と設定し、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17、18をそれぞれオンし、短絡用スイッチ21をオフして直流電圧源19の放電を開始する。
ステップS5において、直流電圧源19の電圧が閾値Vth以上か否かを判定し、直流電圧源19の電圧が閾値Vth以上の場合ステップS5を繰返し、直流電圧源19の電圧が閾値Vth未満の場合、ステップS6に進む。
ステップS6において、第1の放電経路と第2の放電経路をそれぞれ無効とし、放電リレー3、半導体スイッチ素子17、18をそれぞれオフして放電動作を終了する。
In step S4, the first discharge path is disabled and the second discharge path is enabled, the
In step S5, it is determined whether or not the voltage of the
In step S6, the first discharge path and the second discharge path are invalidated, the
ステップS7において、第1の放電経路を無効、第2の放電経路を有効と設定し、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17、18をそれぞれオンし、短絡用スイッチ21をオフして直流電圧源19の放電を開始する。
ステップS8において、直流電圧源19の電圧が閾値Vth以上か否かを判定し、直流電圧源19の電圧が閾値Vth以上の場合ステップS8を繰返し、直流電圧源19の電圧が閾値Vth未満の場合、ステップS9に進む。
In step S7, the first discharge path is set to be invalid and the second discharge path is set to be valid, the
In Step S8, it is determined whether or not the voltage of the
ステップS9において、第1の放電経路を有効、第2の放電経路を無効と設定し、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17をオンし、半導体スイッチ素子18をオフし、短絡用スイッチ21をオンして平滑コンデンサ22の放電を開始する。
ステップS10において、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth以上か否かを判定し、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth以上と判定した場合ステップS10を繰返し、平滑コンデンサ22の電圧が閾値Vth未満と判定した場合ステップS6に進む。
In step S9, the first discharge path is set valid and the second discharge path is set invalid, the
In step S10, it is determined whether or not the voltage of the smoothing
なお、制御部6において実行される切り替え判定アルゴリズムは、電圧値を閾値とした場合のフローチャートを図示したが、これに限るものではなく例えば、電流値を閾値として切り替え判定を行ってもよい。
Note that the switching determination algorithm executed in the
また、上述の実施の形態1に係る電力変換装置では、突入電流防止回路7はダイオードブリッジ12の出力に直列に接続されているが、これに限るものではなく、リアクトル13の後段、インバータ回路14の後段、またはメインリレー2の後段に接続しても良い。
Further, in the power conversion device according to the first embodiment described above, the inrush
また、上述の実施の形態1に係る電力変換装置では、整流ダイオード20のカソードが出力段の平滑コンデンサ22の正極に接続されているが、平滑コンデンサ22の負極に整流ダイオード20のアノードを接続しても良く、実施の形態1と同様の動作が得られる。
また、インバータ回路14は、1つの単相インバータで構成されたものを示したが、図6に示すように、複数個の単相インバータ14a、14bを直列に接続してインバータ回路100を構成しても良い。このとき、突入電流防止回路7を単相インバータ14aと単相インバータ14bの間に直列に接続しても良い。
In the power conversion device according to the first embodiment described above, the cathode of the
In addition, the
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態2に係る電力変換装置は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置と短絡用スイッチ21aの配置位置が異なり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
この発明の実施の形態2に係る電力変換装置では、インバータ回路14を構成する直流電圧源19の負極と平滑コンデンサ22の負極の間に短絡用スイッチ21aを介設している。すなわち、短絡用スイッチ21aの一端が直流電圧源19の負極、短絡用スイッチ21aの他端がダイオードブリッジ12の一端に接続されている。
FIG. 7 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to
The power conversion device according to the second embodiment of the present invention differs from the power conversion device according to the first embodiment of the present invention in the arrangement position of the short-
In the power conversion device according to
図8は、平滑コンデンサ22に充電されている電荷がこの発明の実施の形態2に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
平滑コンデンサ22を放電するときには、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17をオンし、半導体スイッチ素子18をオフし、短絡用スイッチ21aをオンすることで、図8に太い実線で示すように、平滑コンデンサ22の正極、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、短絡用スイッチ21a、平滑コンデンサ22の負極から構成する放電経路に平滑コンデンサ22に充電されている電荷が流れる。
FIG. 8 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in the smoothing
When discharging the smoothing
図9は、直流電圧源19に充電されている電荷がこの発明の実施の形態2に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
直流電圧源19を放電するときには、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17と半導体スイッチ素子18をそれぞれオンし、短絡用スイッチ21aをオフすることで、図9に太い実線で示すように、直流電圧源19の正極、半導体スイッチ素子18、整流ダイオード20、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、直流電圧源19の負極から構成する放電経路に直流電圧源19に充電されている電荷が流れる。
FIG. 9 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in
When discharging the
この発明の実施の形態2に係る電力変換装置は、この発明の実施の形態1に係る電力変換装置と同様な効果を奏すると共に、短絡用スイッチ21aを直流電圧源19の負極に接続したため、平滑コンデンサ22を放電するときに電流が流れる素子数が少なくなり、放電時に素子にかかる負担を低減できる。また、電力変換装置としても導通損失が低減でき、ひいては電力変換装置全体の変換効率を向上できるという効果を奏する。
The power conversion device according to the second embodiment of the present invention has the same effect as the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, and the shorting
なお、図10で示したように、複数個の単相インバータ14a、14bを直列接続してインバータ回路100を構成した場合は、複数個の単相インバータ14a、14bの内、最後段に接続された単相インバータ14bの直流電圧源19の負極に短絡用スイッチ21aを接続することで、同様に動作して同様の効果を奏する。
また、この実施の形態においても、突入電流防止回路7はダイオードブリッジ12の出力段に直列に接続されているが、これに限るものではなく、単相インバータ14aと14bの間に直列に接続されても良い。
As shown in FIG. 10, when the inverter circuit 100 is configured by connecting a plurality of single-
Also in this embodiment, the inrush
実施の形態3.
図11は、この発明の実施の形態3に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態3に係る電力変換装置は、図11に示すように、交流電源1の第1の端子がメインリレー2の一端に接続され、メインリレー2の他端が突入電流防止抵抗5と充電リレー4で構成される突入電流防止回路7の入力に接続されている。突入電流防止回路7の出力は整流電流検出回路31に接続され、整流電流検出回路31はリアクトル13に接続されている。
リアクトル13は、単相インバータにて構成されたインバータ回路29の交流側に直列接続されている。
FIG. 11 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to
As shown in FIG. 11, in the power converter according to
インバータ回路29を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やソース・ドレイン間にダイオードが介設されたMOSFETなどからなる半導体スイッチ素子17と半導体スイッチ素子27が直列接続されている直列回路と、半導体スイッチ素子18と半導体スイッチ素子28が直列接続されている直列回路とが並列に接続されているブリッジ回路から構成されている。半導体スイッチ素子27のソースに半導体スイッチ素子17が接続され、半導体スイッチ素子28のドレインに半導体スイッチ素子18が接続されている。
The single-phase inverter constituting the
そして、半導体スイッチ素子17と半導体スイッチ素子27の接続点にリアクトル13の出力が接続され、半導体スイッチ素子18と半導体スイッチ素子28の接続点が出力となる。
半導体スイッチ素子27と半導体スイッチ素子18の接続点と半導体スイッチ素子28と半導体スイッチ素子17の接続点の間に直流電圧源19及び直流電圧源電圧検出回路32が並列に接続されている。
The output of the
A
半導体スイッチ素子からなる短絡用スイッチ23aと整流ダイオード24aとが直列接続されている第1の直列回路26aと、半導体スイッチ素子からなる短絡用スイッチ23bと整流ダイオード24bとが直列接続されている第2の直列回路26bが並列接続されてブリッジ回路が構成されている。
短絡用スイッチ23aと整流ダイオード24aの接続点にインバータ回路29の出力が接続されている。短絡用スイッチ23bと整流ダイオード24bの接続点に交流電源1の第2の端子が接続されている。
整流ダイオード24aと整流ダイオード24bの接続点に平滑コンデンサ22の正極が接続され、短絡用スイッチ23aと短絡用スイッチ23bの接続点に平滑コンデンサ22の負極が接続されている。
平滑コンデンサ22に平滑コンデンサ電圧検出回路33が並列接続されている。
なお、短絡用スイッチ23a、23bは、半導体スイッチ素子に限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良いが、ダイオード25a、25bを逆並列接続する。
A
The output of the
The positive electrode of the smoothing
A smoothing capacitor
The short-
図12は、動作開始直後のこの発明の実施の形態3に係る電力変換装置に電流が流れる経路の一例を上書きした構成図である。
動作開始時、充電リレー4と放電リレー3を共にオフし、半導体スイッチ素子27、28をオンし、半導体スイッチ素子17、18をオフし、短絡用スイッチ23bをオンし、短絡用スイッチ23aをオフした状態でメインリレー2をオンして交流電源1を投入した直後は、図12に太い実線で示すように、順に交流電源1、メインリレー2、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子27、直流電圧源19、半導体スイッチ素子28、整流ダイオード24a、平滑コンデンサ22、短絡用スイッチ23b、交流電源1という経路に突入電流が流れて、直流電圧源19及び平滑コンデンサ22が充電される。突入電流防止抵抗5が突入電流を低減する。なお、図12は突入電流を小さくするときの充電電流が流れる経路を示しているが、この経路に限るものではない。
その後、充電リレー4をオンし、半導体スイッチ素子27をオフし、半導体スイッチ素子17をオンし、短絡用スイッチ23aをオンすると、交流電源1から電流が流れる経路が交流電源1、メインリレー2、充電リレー4、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、半導体スイッチ素子28、短絡用スイッチ23a、短絡用スイッチ23b、交流電源1という経路に変わる。
FIG. 12 is a configuration diagram overwriting an example of a path through which a current flows in the power conversion apparatus according to
At the start of operation, both the
Thereafter, when the charging
図13は、平滑コンデンサ22に充電されている電荷がこの発明の実施の形態3に係る電力変換装置において流れる経路を上書きした構成図である。
最初に、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17、28をオンし、半導体スイッチ素子18、27をオフし、短絡用スイッチ23aをオンし、短絡用スイッチ23bをオフすることで、図13に太い実線で示すように、平滑コンデンサ22に充電されている電荷が、平滑コンデンサ22(正極)、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、半導体スイッチ素子28、短絡用スイッチ23a、平滑コンデンサ22(負極)の順で構成する経路(以下、第3の放電経路と称す)を流れ、平滑コンデンサ22の放電を行う。
FIG. 13 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in the smoothing
First, the
図14は、直流電圧源19に充電されている電荷がこの発明の実施の形態3に係る電力変換装置において流れる経路を上書きした構成図である。
次に、メインリレー2と充電リレー4をそれぞれオフし、放電リレー3をオンし、半導体スイッチ素子17、18をそれぞれオンし、半導体スイッチ素子27、28をそれぞれオフし、短絡用スイッチ23a、23bをオフすることで、図14に太い実線で示すように、直流電圧源19に充電されている電荷が、直流電圧源19(正極)、半導体スイッチ素子18、整流ダイオード24a、放電リレー3、突入電流防止抵抗5、リアクトル13、半導体スイッチ素子17、直流電圧源19(負極)の順で構成する経路(以下、第4の放電経路と称す)に流れ、直流電圧源19の放電を行う。
FIG. 14 is a configuration diagram overwriting a path in which the electric charge charged in
Next, the
この実施の形態3では、上記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、さらに、上記実施の形態1で用いたダイオードブリッジ12を不要としているため、部品点数を低減でき装置構成が簡単になる。
また、電流が通過する素子数が低減できるため導通損失を低減でき、電力変換装置全体の変換効率を向上できる。
In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and further, the
In addition, since the number of elements through which current passes can be reduced, conduction loss can be reduced, and the conversion efficiency of the entire power conversion device can be improved.
なお、この実施の形態3においても、実施の形態1に関係して図7で示したように、複数個の単相インバータの交流側を直列接続してインバータ回路100を構成しても良い。また、上記実施の形態では、放電リレー3の一端は平滑コンデンサ22の正極側に接続されているが、これに限るものではなく、平滑コンデンサ22の負極側に接続されても良い。
また、この実施の形態においても、充電リレー4と突入電流防止抵抗5はダイオードブリッジ12の出力段に直列に接続されているが、これに限るものではなく、単相インバータ14aと14bの間に直列に接続されても良い。
Also in the third embodiment, as shown in FIG. 7 in relation to the first embodiment, the inverter circuit 100 may be configured by connecting the AC sides of a plurality of single-phase inverters in series. Moreover, in the said embodiment, although the end of the
Also in this embodiment, the charging
また、上述の実施の形態1乃至3では、平滑コンデンサ22に整流ダイオード20、24a、24bを接続したが、これら整流ダイオードに替わって半導体スイッチ素子を接続し、オン・オフ制御により同様の動作をさせても良い。
In the first to third embodiments described above, the
また、上記各実施の形態では、放電リレー3の一端は平滑コンデンサ22の正極側に接続されているが、これに限るものではなく、平滑コンデンサ22の負極側に接続されても良い。
Moreover, in each said embodiment, although the end of the
また、上記各実施の形態では、経路の接続および遮断を行う切り替えスイッチはリレー
を使用しているが、これに限るものではなく、例えばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチ素子でも良い。
In each of the above-described embodiments, the changeover switch for connecting and blocking the path uses a relay. However, the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor switch element such as a MOSFET or IGBT may be used.
同様に上記各実施の形態では、突入電流防止回路7は抵抗とリレーで構成されているが、リレーである必要はなく、例えばMOSFETやIGBT等の半導体スイッチ素子でも良い。
Similarly, in each of the above embodiments, the inrush
1 交流電源、2 メインリレー、3 放電リレー、4 充電リレー、5 突入電流防止抵抗、6 制御部、7 突入電流防止回路、12 ダイオードブリッジ、13 リアクトル、14、29、100 インバータ回路、14a、14b 単相インバータ、15、16、25a、25b ダイオード、17、18、27、28 半導体スイッチ素子、19 直流電圧源、20、24a、24b 整流ダイオード、21、23a、23b 短絡用スイッチ、22 平滑コンデンサ、26a、26b 直列回路、31 整流電流検出回路、32 直流電圧源電圧検出回路、33 平滑コンデンサ電圧検出回路、40a、40b、40c、40d、40e、40f 制御線、41a、41b、41c 信号線。 1 AC power supply, 2 main relay, 3 discharge relay, 4 charging relay, 5 inrush current prevention resistor, 6 control unit, 7 inrush current prevention circuit, 12 diode bridge, 13 reactor, 14, 29, 100 inverter circuit, 14a, 14b Single-phase inverter, 15, 16, 25a, 25b Diode, 17, 18, 27, 28 Semiconductor switch element, 19 DC voltage source, 20, 24a, 24b Rectifier diode, 21, 23a, 23b Short-circuit switch, 22 Smoothing capacitor, 26a, 26b Series circuit, 31 Rectified current detection circuit, 32 DC voltage source voltage detection circuit, 33 Smoothing capacitor voltage detection circuit, 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f Control line, 41a, 41b, 41c Signal line.
Claims (11)
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記インバータ回路の出力に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと
を備える電力変換装置において、
突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A single-phase inverter having a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source or an inverter circuit composed of a plurality of the single-phase inverters connected in series on the AC side;
A smoothing capacitor having one end connected via a rectifier diode to the subsequent stage of the inverter circuit;
In a power converter comprising: a shorting switch having one end connected to the output of the inverter circuit and the other end connected to the other end of the smoothing capacitor;
An inrush current prevention circuit,
A discharge switch interposed between the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit, and connecting and separating the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit;
A control unit for turning on and off the semiconductor switch element, the shorting switch, and the discharging switch;
A power conversion device comprising:
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記直流電圧源の負極に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと
を備える電力変換装置において、
突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A single-phase inverter having a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source or an inverter circuit composed of a plurality of the single-phase inverters connected in series on the AC side;
A smoothing capacitor having one end connected via a rectifier diode to the subsequent stage of the inverter circuit;
In a power converter comprising: a short-circuit switch having one end connected to the negative electrode of the DC voltage source and the other end connected to the other end of the smoothing capacitor;
An inrush current prevention circuit,
A discharge switch interposed between the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit, and connecting and separating the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit;
A control unit for turning on and off the semiconductor switch element, the shorting switch, and the discharging switch;
A power conversion device comprising:
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記インバータ回路に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと、
直列に接続されている前記整流ダイオード及び前記短絡用スイッチからなる直列回路に並列に接続される直列接続されているスイッチ及びダイオードと、
を備える電力変換装置において、
突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力を接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ、前記スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A single-phase inverter having a plurality of semiconductor switch elements and a DC voltage source or an inverter circuit composed of a plurality of the single-phase inverters connected in series on the AC side;
A smoothing capacitor having one end connected via a rectifier diode to the subsequent stage of the inverter circuit;
A shorting switch having one end connected to the inverter circuit and the other end connected to the other end of the smoothing capacitor;
A series-connected switch and diode connected in parallel to a series circuit consisting of the rectifier diode and the shorting switch connected in series;
In a power converter comprising:
An inrush current prevention circuit,
A discharge switch interposed between the smoothing capacitor and the input of the inrush current prevention circuit, and connecting and separating the input of the smoothing capacitor and the inrush current prevention circuit;
A control unit for turning on and off the semiconductor switch element, the shorting switch, the switch and the discharging switch;
A power conversion device comprising:
前記放電用スイッチ、前記突入電流防止回路、少なくとも1つ以上の前記半導体スイッチ素子、前記直流電圧源及び前記整流ダイオードで構成されている第2の放電経路と
を備え、
前記制御部は、前記第1の放電経路と前記第2の放電経路とを切り替える切り替え手段を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 A first discharge path composed of the discharge switch, the inrush current prevention circuit, at least one semiconductor switch element, the short-circuit switch, and the smoothing capacitor;
A second discharge path including the discharge switch, the inrush current prevention circuit, at least one or more semiconductor switch elements, the DC voltage source, and the rectifier diode;
The power control device according to claim 1, wherein the control unit includes a switching unit that switches between the first discharge path and the second discharge path.
前記切り替え手段は、前記平滑コンデンサと前記直流電圧源の電圧を比較し、前記平滑コンデンサの電圧が前記直流電圧源の電圧以上の場合、前記第1の放電経路を有効且つ前記第2の放電経路を無効とし、前記平滑コンデンサの電圧が前記直流電圧源の電圧未満の場合、前記第2の放電経路を有効且つ前記第1の放電経路を無効とし、当該有効とされた放電経路に切替えることを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 Means for measuring respective voltages of the smoothing capacitor and the DC voltage source;
The switching means compares the voltage of the smoothing capacitor and the DC voltage source, and when the voltage of the smoothing capacitor is equal to or higher than the voltage of the DC voltage source, the first discharge path is effective and the second discharge path. When the voltage of the smoothing capacitor is less than the voltage of the DC voltage source, the second discharge path is enabled and the first discharge path is disabled, and the discharge path is switched to the enabled discharge path. The power converter according to claim 8, wherein
前記切り替え手段は、どちらか一方の前記放電経路を有効として放電した後に、有効とした前記放電経路を流れる電流が予め定める第2の所定値を下回った場合、有効としている前記放電経路を無効且つ無効としている前記放電経路を有効とすることを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 Means for measuring the current flowing through the discharge path,
The switching means disables the effective discharge path when the current flowing through the enabled discharge path falls below a predetermined second predetermined value after discharging one of the discharge paths as effective and discharging. 9. The power conversion device according to claim 8, wherein the invalid discharge path is validated.
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