JP2013027182A

JP2013027182A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2013027182A
Application number: JP2011160440A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sakuma; 淑裕佐久間; Naoki Takada; 直樹高田
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】電力変換装置の平滑コンデンサ部が未接続であった場合に回路遮断となり逆変換部に電力が供給されない仕組みの電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電源から電力を供給される順変換部と、前記順変換部と接続された逆変換部と、前記順変換部と前記逆変換部との間に配置されたコンデンサと、を備える電力変換装置であって、前記順変換部と前記逆変換部は、前記コンデンサを介して接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置に用いられる平滑コンデンサの容量抜けに関する技術については、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００７−２５２０５７号公報

電力変換装置において用いられる平滑コンデンサは有寿命部品である為、メンテナンス時に交換を行う場合がある。この際、作業ミス等により平滑コンデンサが接続されない状態で通電、運転された場合、入力した電力を蓄える部分がなくなるため、電力変換装置の素子に不安定かつ過大な負荷がかかり問題となる場合が想定され、電力変換装置は本来の性能を発揮できない場合がある。

平滑コンデンサが異常な状況を検出する手段として、特許文献１の平滑コンデンサ容量抜けの検出方法があるが、特許文献１に発明では電力変換装置に平滑コンデンサが未接続であることの検出を行うことができない。

本発明の目的は、電力変換装置の平滑コンデンサ部が未接続であった場合に回路遮断となり逆変換部に電力が供給されない仕組みの電力変換装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば、交流電源から電力を供給される順変換部と、前記順変換部と接続された逆変換部と、前記順変換部と前記逆変換部との間に配置されたコンデンサと、
を備える電力変換装置において、前記順変換部と前記逆変換部は、前記コンデンサを介して接続されるという構成をとる。

本発明によれば、電力変換装置の平滑コンデンサ部未接続となった場合であっても回路遮断となり電力が供給されない仕組みの電力供給装置を提供することができる。

本発明にかかる電力変換装置の構成図の例である。従来の電力変換装置の構成図の例である。図２の逆変換部の動作を説明するために簡易化した例である。図３で平滑コンデンサが接続されない状態の逆変換部を説明するための例である。

以下、図面を用いて実施例につき説明する。なお、本発明は図示例に限定されるものではない。本実施例では、従来の電力供給装置の平滑コンデンサが未接続時に起こりうる現象の例と本発明によりその現象を起こらないようにできる例を説明する。

図１は本発明における電力変換装置２００の構成図の例である。また、図２は従来技術における電力変換装置１００の構成図の例である。これら電力変換装置の構成図の例には、一般的なＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式インバータ装置の一実施形態ブロック構成図が示されている。ＰＷＭ方式は、一定周期毎に方形波出力電圧のパルス幅を変化させることにより、この周期間の出力電圧を変化させるものである。

以下の説明でのＩＧＢＴとは、”Insulated Gate Bipolar Transistor”の略であり、絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタのことである。また、ＦＷＤとは、“Fly Wheel Diode”の略である。

まず、図２に記載されている従来技術における電力変換装置１００について説明する。図２に示すように、交流電源1からの交流電力を順変換部2で整流し、直流電圧に変換する。該直流電圧を電解コンデンサ３１及び32にて平滑し、逆変換部４にて交流電力へ変換する。

逆変換部４のブリッジ回路は、ＩＧＢＴのＳ1と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ1からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ3と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ3からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ5と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ5からなるスイッチング素子で構成される上アーム、ＩＧＢＴのＳ2と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ2からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ4と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ4からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ6と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ6からなるスイッチング素子で構成される下アームとからなっている。

図２の従来技術における電力変換装置１００の構成によれば、電解コンデンサ３２をＰ21、Ｎ21の計２点で取り外した場合、逆変換部４への回路が遮断とならないため逆変換部４に電力が供給されることがわかる。

なお、ＳＷは電源投入時の瞬時過電流突入防止用のスイッチであり、マグネットコンタクタでも良いし、サイリスタでも差し支えない。

図３は図２の従来技術における電力変換装置１００の構成であり、逆変換部４の動作を簡単に説明するため、上下アームのスイッチング素子をそれぞれ２個ずつで構成された単相ブリッジを例にとる。ＩＧＢＴのＳ31と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ31からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ33と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ33からなるスイッチング素子で構成される上アーム、ＩＧＢＴのＳ32と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ32からなるスイッチング素子、ＩＧＢＴのＳ34と逆並列に接続されたＦＷＤのＤ34からなるスイッチング素子で構成される下アームとからなっている。Ｌはモータ等のインダクタンス負荷をしめす。なお、図３における逆変換部４の動作については図２の構成の場合と相違ない。また、図４は図３に示す電解コンデンサ３が未接続の状態で通電、運転された場合の例である。

図３において、Ｔ1区間でＩＧＢＴのＳ31及びＳ34がＯＮし、Ｌに電圧ＶＬが印加され電流ＩＬが徐々に上昇する。Ｔ2区間でＳ34がＯＦＦした場合、電流ＩＬはＩＧＢＴのＳ31及びＦＷＤのＤ33を通過する形で還流電流となって流れる。Ｔ3区間においてＳ31がＯＦＦするとＩＬはＦＷＤのＤ33,電解コンデンサ32、ＦＷＤのＤ32を通して流れる。すなわちT3区間ではＬによって誘導される電流ＩＬが電解コンデンサ32を充電する形で電流が流れる。通常の運転状態ではこのようなＯＮ、ＯＦＦ動作が繰り返される事により行われる。

図４は図３における電解コンデンサ３２をＰ21、Ｎ21の計２点で取り外した場合に通電・運転した場合である。Ｔ1、Ｔ2区間までは図３と同様の動きとなるがＴ3区間のモードに入った時、電解コンデンサ32がない為、電流の通過ルートが遮断される形となる。Ｌ負荷において、電流ルートが無い状態で電流を遮断した場合、大きな誘起電圧が発生する事になる。従って、Ｌの電圧ＶＬが非常に大きな電圧となり、正常な制御が出来ないだけでなく、ＩＧＢＴ素子の耐電圧を脅かす可能性もあり問題となりうる。

次に、本実施例にかかる電力変換装置２００について図１を用いて説明する。なお、図２と共通する部分に関する説明は省略し、異なる部分について詳細に説明する。図１と図２の回路構成上の異なる部分は、図１における電解コンデンサ３１と図２における電解コンデンサ３２である。

図１にかかる電力変換装置２００においては、電解コンデンサ３１をＰ11及びＰ12、Ｎ11及びＮ12の計４点で取り外した場合、逆変換部４への回路が遮断となり逆変換部４に電力が供給されないことがわかる。

電解コンデンサ３１の二つの接続部はそれぞれ二股に分かれており、二股に分かれたそれぞれの端部の一端は順変換部２側に、他の一端は逆変換部４側に接続されているようになっている。そのため、電解コンデンサ３１を外した状態においては、逆変換部４は逆変換部２から遮断された状態になっている。

そのため、作業ミス等により平滑コンデンサ３１の電力変換装置２００への接続が正確に行われなかった場合には、逆変換部４は順変換部２から遮断された状態となるため、逆変換部４に電力が供給されることはない。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１…交流電源、２…順変換部、３１…電解コンデンサ３２…電解コンデンサ、４…逆変換部、４３…逆変換部、５…コイル、１００…電力変換装置、２００電力変換装置
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ３１、Ｓ３３…上アームのＩＧＢＴ
Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ３１、Ｄ３３…上アームのＦＷＤ
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ３２、Ｓ３４…下アームのＩＧＢＴ
Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ３２、Ｄ３４…下アームのＦＷＤ
Ｐ１１、Ｐ１２…電解コンデンサ３１のＰライン接続部
Ｎ１１、Ｎ１２…電解コンデンサ３１のＮライン接続部
Ｐ２１…電解コンデンサ３２のＰライン接続部
Ｎ２１…電解コンデンサ３２のＮライン接続部
Ｉ_Ｌ…コイル５を流れる電流
Ｖ_Ｌ…コイル５にかかる電圧

Claims

交流電源から電力を供給される順変換部と、
前記順変換部と接続された逆変換部と、
前記順変換部と前記逆変換部との間に配置されたコンデンサと、
を備える電力変換装置であって、
前記順変換部と前記逆変換部は、前記コンデンサを介して接続されるようになっていることを特徴とする電力変換装置。
前記コンデンサは着脱自在となっているとともに、前記コンデンサを取り外すと前記順変換部は、前記逆変換部と未接続となることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。