JP2014023168A

JP2014023168A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2014023168A
Application number: JP2012156106A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Fujimoto; 和樹藤本
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】パワートランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ，ＩＧＢＴなど電力用半導体素子をスイッチングして電力を変換する電力変換装置のうち、２と３の公倍数の出力相を持ち、負荷中性点電位の変動を０にするように制御する２レベル多相インバータにおいて、デッドタイムやロジックＩＣの誤差、遅延時間等が生じると負荷中性点電位が変動する。
【解決手段】負荷中性点に小容量のキャパシタ回路をつなぎインバータの直流中間電位と接続し、負荷中性点電位の変動を０にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力回路に発生する電磁障害を抑制することができる交流出力の電力変換装置に関する。

図２を用いて背景技術を説明する。

一般にある直流電力を任意の電力に変換する電力変換装置は図２のように直流電源３と、その直流電圧をインバータ回路やチョッパ回路などの電力変換器１を用いて任意の電圧、周波数に変換し負荷２の電気機器を駆動する構成が一般的である。この電力変換回路は電力半導体素子を用い、高速でスイッチングし動作するものが一般的である。

一般的に使用される２レベル三相電力変換器では、入力する直流電圧の中間電位ＯをＶｏ、負荷の中性点Ｎの電位をＶｎとしたとき、入力する直流電圧の中間電位Ｏから負荷の中性点Ｎの電圧Ｖｎｏはインバータの各相出力電圧Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを使って次の式であらわされる。

Ｖｎｏ＝（Ｖｕｏ+Ｖｖｏ+Ｖｗｏ）／３・・・（１）

このとき、Ｖｎｏは、スイッチングパターン上０に必ずならないことが知られている。これがインバータ駆動電動機における軸電圧や軸電流の問題や、高周波電磁障害の原因の一つとなっている。

これらの対策として、特許文献１や非特許文献１、２では中性点を利用した高周波フィルタ回路が提案されている。

特許文献２では２と３の公倍数の出力相数を持ち、すべての相の出力電圧の和を常時０、すなわち負荷中性点電位の変動を０にすることを特徴とする電力変換装置が提案されているが、この方式は、電力変換回路の上下アーム短絡を防止するデッドタイムや、制御回路の遅れ時間等が考慮されていない。

特許第４２６０１１０号公報特開２０１２−３９８２５号公報

「ＰＷＭインバータを用いた交流電動機駆動システムが発生するＥＭＩ測定とその低減方法」、小笠原、外著、電気学会論文誌Ｄ、平成８年、１１６巻、１２号、ｐ．１２１１−１２１９藤本、森本他「統合接地システムにおけるＰＷＭインバータの漏洩電流の低下」平成１９年電気学会全国大会４−１５４

解決しようとする課題はデッドタイムや制御回路の遅れ時間を考慮した場合でも、電力変換器における各相の出力電圧の和を常時０、すなわち負荷中性点電位の変動を０にし、電磁障害を低下させることである。

請求項１によれば、電力用半導体素子をスイッチングして電力を変換する電力変換装置のうち、２と３の公倍数の出力相を持ち、全ての相の出力電圧の和を常時０、すなわち負荷中性点電位の変動を０にする電力変換装置であって、負荷中性点と電力変換装置の直流バス中間電位がキャパシタを介して接続されることを特徴とする。

請求項２によれば、請求項１に記載の電力変換装置において、上記出力相が６相であり負荷として２台の交流電動機もしくは２台の３相負荷を接続し、それぞれの負荷中性点にキャパシタを接続し、該キャパシタのもう一端を電力変換装置の直流バス中間電位に接続することを特徴とする。

本発明の電力変換装置は、理想的な状態では存在しないデッドタイムや制御回路の誤差を考慮した場合でも、各相の出力電圧の和をほぼ０にすることが可能であり、負荷中性点電位の変動を０に保つことが可能になる。このことにより、インバータ駆動電動機における軸電圧や軸電流の問題や、高周波電磁障害の問題が低下する。

本発明の電力変換器の実施方法を示した図である。(実施例１) 背景技術の説明図である。本発明の電力変換器の実施方法を示した図である。(実施例２)

図１を使用して、実施例１を説明する。

電力変換器１は負荷中性点電位を０にするスイッチングパターンでスイッチングを行う６相スイッチング素子４、直流電源３を持ち、負荷２に電力を供給している。この時、負荷中性点１０の電位は０となるスイッチングを行う。

これらが動作するとき、スイッチング素子の立ち上がり、立下り時間を考慮して上下アーム間短絡を防ぐために、上下の２つの素子両方オフするデッドタイムが入っている。特許文献1の回路のままではデッドタイム期間で、負荷中性点電位１０の電位は変動してしまう。そこで、負荷中性点電位１０をキャパシタ６、中性線５を介してインバータの直流中間電位７に接続する。この時負荷中性点電位１０の変動は直流電源３の電圧に対して０．３％程度であることがシミュレーションで確認できている。これは直流電源３の電圧より十分に小さいといえるので負荷中性点電位１０の変動はないといえる。

図３を使用して、実施例２を説明する。

電力変換器1は負荷中性点電位を０にするスイッチングパターンでスイッチングを行う６相スイッチング素子４、直流電源３を持ち、負荷である２台の交流電動機１１に電力を供給する。また、２台の交流電動機１１の中性点にはキャパシタが接続されておりそのキャパシタの一端どうしがモータ中性線１２により接続され、その中点を負荷中性点電位１０としている。この時、実施例1と同様に負荷中性点１０の電位が０となるようなスイッチングを行う。なおキャパシタ６は中性点電位１０とインバータの直流中間電位７の間に一括して接続してもよい。

この時、負荷中性点電位１０の変動は、直流電源３の電圧のに対して１％程度であり、十分に小さいといえる。なお、交流電動機１０の中性点電位の変動も直流電源３の電圧に対して５％程度であり、従来の３相交流電動機のインバータ駆動の場合に発生する中性点電位の変動の１６％よりも小さい値となり、十分に効果があるといえる。

負荷中性点電位の変動を０にする制御を行う多相インバータにおいて、キャパシタと中性点、中性線の活用により、デッドタイムや制御回路の遅れ時間や誤差を考慮した場合でも、各相の出力電圧の和をほぼ０にすることが可能であり、インバータ駆動電動機における軸電圧や軸電流の問題や、インバータを電源とした３相負荷における高周波電磁障害を低減させることが可能である。

１電力変換器（電力変換装置）
２負荷
３直流電源
４６相スイッチング素子
５中性線
６キャパシタ
７直流中間電位（直流バス中間電位）
１０負荷中性点
１１交流電動機
１２モータ中性線

Claims

電力用半導体素子をスイッチングして電力を変換する電力変換装置のうち、２と３の公倍数の出力相を持ち、全ての相の出力電圧の和を常時０、すなわち負荷中性点電位の変動を０にする電力変換装置であって、負荷中性点と電力変換装置の直流バス中間電位がキャパシタを介して接続されることを特徴とする電力変換装置。
請求項１に記載の電力変換装置において、上記出力相が６相であり負荷として２台の交流電動機もしくは２台の３相負荷を接続し、それぞれの負荷中性点にキャパシタを接続し、該キャパシタのもう一端を電力変換装置の直流バス中間電位に接続することを特徴とする電力変換装置。