JP2015186376A

JP2015186376A - 電力変換装置

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Publication number: JP2015186376A
Application number: JP2014061765A
Authority: JP
Inventors: 明加々美; Akira Kagami
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP6154347B2

Abstract

【課題】複数のスタックユニット及び予備スタックユニットを盤に着脱可能に収納した電力変換装置において、上記スタックユニットに障害が発生した場合、当該障害が発生したスタックユニットの相ごとに形状が異なる出力導体を上記予備スタックユニットに用いることにより誤挿入の防止が可能な電力変換装置を提供すること。
【解決手段】Ｕ相スタックユニット１００に障害が発生した場合、当該Ｕ相スタックユニットの電源スイッチＳＷ１をＯＦＦにする。Ｕ相出力端子１７とＵ相出力ＢＵＳを接続するＵ相出力導体１８及びゲート信号入力部１４とＵ相制御部６０ａを接続する信号線６１を取り外す。次に、予備スタックユニット４００の出力端子４７と出力ＢＵＳ４９ａ間を上記取り外したＵ相出力導体１８で接続すると共に、信号入力部４４とＵ相制御部６０ａを取り外した信号線６１で接続する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置内スタックと負荷を接続する経路を遮断する断路ＢＵＳの形状がＵ相Ｖ相Ｗ相で異なる電力変換装置に関する。

船舶向け電力変換装置では、スタック障害時の交換作業を揺れる船舶内で行う必要がある。当該スタックの重量は、約２００ｋｇある重量物であるため、スタック交換時の抜き差し作業が悪く時間が掛るという課題があった。

特許第２６８５４３８号公報

従来、ラックに収納されている障害があるスタックユニットを取り出し、取り出したところに、予備スタックユニットを挿入して取り付け、取り付けたスタックユニットの出力端子と負荷に接続されている出力ＢＵＳとの間を断路ＢＵＳで接続していた。しかしながら、この断路ＢＵＳの形状がＵ相、Ｖ相、Ｗ相で同一であるため、誤接続してしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、障害が発生したスタックユニットの断路ＢＵＳに相当する出力導体を、予備スタックユニットの出力導体に用いることにより、誤接続を防止すると共に障害後の回復時間を短縮することができる電力変換装置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、本発明の電力変換装置は、複数のスタックユニット及び当該スタックユニットを制御する制御部を盤に収納して構成した電力変換装置であって、前記スタックユニットは、直流電源を取り込む入力ＢＵＳと、前記入力ＢＵＳから取り込んだ直流電源を交流電源に変換するインバータ部及びこのインバータ部で生成された相電圧が出力される相出力端子を備えたスタック部と、前記相出力端子に出力された相電圧を負荷に供給するための相出力ＢＵＳと、前記相出力端子と前記相出力ＢＵＳを接続する相出力導体と、を備え、前記盤に対して当該スタックユニット単位で着脱可能に収納され、前記制御部は、スタックユニットごと、当該スタックユニットのインバータ部を構成するスイッチング素子のゲート端子に接続され、当該スイッチング素子を制御することにより、当該インバータ部から出力される相電圧を生成し、前記相出力導体は、相電圧ごとに異なる形状を有する。

この発明によれば、スタックユニットに障害が発生した際、スタックユニットの出力導体を予備スタックユニットの出力導体に用いることにより誤接続を防止すると共に障害後の回復時間を短縮することができる。

実施例１に係る電力変換装置の構成を示す概略図。実施例１に係る電力変換装置の回路図。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置１０００の構成を示す概略構成図の一例である。図示した電力変換装置１０００は、Ｕ相スタックユニット１００、Ｖ相スタックユニット２００及びＷ相スタックユニット３００からなる複数のスタックユニットに予備スタックユニット４００を加えた４個のスタックユニット並びに制御部６０を有して構成される。

上記複数のスタックユニットに予備スタックユニットを加えた４個のスタックユニットは、盤（ラック）に対して２段かつ２列に配置（スタック）して収納される。

スタックユニットとは、例えばインバータ回路及び関連部品が一体に構成されたもので、盤（ラック）に組み込み又は取り外し可能な形態を備えたユニットである。すなわち、スタックユニットは、盤に対して着脱可能に収納される。

直流電源には、Ｐ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ：正）相、Ｎ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ：負）相及び接地相Ｃが設けられており、各相間に所定の電圧が出力される。図示した例では、Ｃ相―Ｐ相間（以下、Ｃ―Ｐ間と称する。）に直流電圧＋Ｅ（Ｖ）が供給され、Ｃ相―Ｎ相（以下、Ｃ−Ｎ間と称する。）に直流電圧-Ｅ（Ｖ）が供給された場合を示す。

上記直流電圧±Ｅ（Ｖ）からなる直流電力は、入力ＢＵＳ（入力側断路ＢＵＳ）、ヒューズを介してスタックに供給される。Ｕ相スタックユニット１００、Ｖ相スタックユニット２００、Ｗ相スタックユニット３００及び予備スタックユニット４００は何れも同様に構成されているため、：ここでは、Ｕ相スタックユニット１００に付いて説明する。

Ｕ相スタックユニット１００は、Ｕ相入力ＢＵＳ（入力側断路ＢＵＳ）（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）、ヒューズ（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）、Ｕ相スタック１０及びＵ相出力ＢＵＳ（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）などを有して構成される。なお、図１には、Ｕ相ヒューズ１６ｂを用いずヒューズの両端を短絡した場合が図示されている。

Ｕ相スタック１０のＵ相出力電圧ＶｕはＵ相出力端子１７に出力される。Ｕ相出力端子１７は、Ｕ相出力導体１８によってＵ相出力ＢＵＳ（出力側断路ＢＵＳ）１９ａに接続される。

同様に、Ｖ相スタック２０のＶ相出力電圧ＶｖはＶ相出力端子２７に出力される。Ｖ相出力端子２７は、Ｖ相出力導体２８によってＶ相出力ＢＵＳ（出力側断路ＢＵＳ）２９ｂに接続される。

同様に、Ｗ相スタック３０のＷ相出力電圧ＶｗはＷ相出力端子３７に出力される。Ｗ相出力端子３７は、Ｗ相出力導体３８によってＷ相出力ＢＵＳ（出力側断路ＢＵＳ）３９ｃに接続される。

上記Ｕ相出力導体１８、Ｖ相出力導体２８及びＷ相出力電圧３８は図示されているように形状が異なり、Ｕ相出力導体１８はＵ相出力ＢＵＳ１９ａにのみ接続可能である。同様にＶ相出力導体２８は、Ｖ相出力ＢＵＳ２９ｂにのみ接続可能である。同様にＷ相出力導体３８は、Ｗ相出力ＢＵＳ３９ｃにのみ接続可能である。

予備スタックユニット４００は、上述したＵ相スタックユニット１００と同様に構成され、上述したＵ相スタックユニット１００、Ｖ相スタックユニット２００又はＷ相スタックユニット３００の何れかに障害が発生した場合、当該障害が発生したスタックユニットの替わりに使用することができる。

図２は、実施例１に係る電力変換装置１０００の回路図である。図に示す電力変換装置１０００は、Ｕ相スタックユニット１００、Ｖ相スタックユニット２００、Ｗ相スタックユニット３００及び予備スタックユニット４００並びに制御部６０を有して構成される。本実施例では、上述した各スタックユニットの出力電圧が、負荷としての電動機５０に接続された場合について説明する。

本実施例に係るスタックユニット１００〜４００には、主要な構成要素にインバータが備えられており、各スタックユニットは、同様に構成されているので、Ｕ相スタックユニット１００の説明を中心に行い、他のスタックユニット２００〜４００の説明は省略する。

Ｕ相スタックユニット１００は、電源スイッチＳＷ１、Ｕ相入力ＢＵＳ（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）、ヒューズ（１６ａ、１６ｂ（実施例では省略してある）、１６ｃ）、Ｕ相スタック部１０、Ｕ相出力導体１８、Ｕ相出力ＢＵＳ１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃの総称）などで構成される。

Ｕ相スタック部１０は、平滑部１１ａ・１１ｂ、スナバ部１２ａ・１２ｂ、及びインバータ部１３で構成される。

直流電源は、電源スイッチＳＷ１を介して供給され、Ｃ−Ｐ間に＋Ｅ（Ｖ）、Ｃ−Ｎ間に-Ｅ（Ｖ）が供給される。

平滑部１１ａは、コンデンサＣ１及びこのコンデンサＣ１に並列に接続されたブリーダ抵抗Ｒ１を有して構成される。平滑部１１ｂは、コンデンサＣ２及びこのコンデンサＣ２に並列に接続されたブリーダ抵抗Ｒ２を有して構成され、供給される直流電源を平滑にする。

スナバ部１２ａ・１２ｂは、本実施例に係る半導体素子で構成されたスイッチング素子のオン・オフ時のスパイク電圧が高周波成分を有しているため、これを低減する機能を有する。なお、スナバ部は、回路の低インダクタンス化を達成することにより省略される場合もある。

インバータ部は、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が、供給される直流電源＋Ｅ（Ｖ）、-Ｅ（Ｖ）の両端に対して直列接続される。スイッチング素子としては、例えばＩＥＧＴ(高耐圧ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などが使用される。このスイッチグ素子Ｑ１〜Ｑ４にはそれぞれ逆並列にダイオード（還流ダイオード）ＤＦ１〜ＤＦ４が接続される。その他、クランプダイオードＤＰ、ＤＮなどにより構成される。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子は、ゲート信号入力部１４に接続されており、信号線６１によって制御部６０のＵ相制御部６０ａに接続される。制御部６０により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオン／オフ制御され、Ｕ相出力電圧ＶｕがＵ相出力端子１７に出力される。

Ｖ相スタック部２０のインバータ部を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（図示しない）のゲート端子は、Ｖ相ゲート信号入力部２４に接続されており、信号線６２によって制御部６０のＶ相制御部６０ｂに接続される。制御部６０により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオン／オフ制御され、Ｖ相出力電圧ＶｖがＶ相出力端子２７に出力される。

Ｗ相スタック部３０のインバータ部を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（図示しない）のゲート端子は、Ｗ相ゲート信号入力部３４に接続されており、信号線６３によって制御部６０のＶ相制御部６０ｃに接続される。制御部６０により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がオン／オフ制御され、Ｗ相出力電圧ＶｗがＷ相出力端子３７に出力される。

予備スタック部４０のインバータ部を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（図示しない）のゲート端子を盤に組み込んだ際、上記信号線は未接続となっているが、予備スタックユニット４００以外のスタックユニット１００〜３００の何れかに障害が発生した場合は、当該障害が発生したスタックユニットのゲート信号入力部と制御部６０を接続する信号線を当該予備スタックユニット４００のゲート信号入力部と制御部６０を接続する信号線に使用する。

例えばＵ相スタックユニット１００に障害が発生した場合、当該Ｕ相スタックユニット１００の電源スイッチＳＷ１をＯＦＦにする。次にＵ相出力導体（出力側断路ＢＵＳ）１８を取り外す。この結果、当該Ｕ相スタックユニット１００に接続されている負荷が切り離される。次に、障害が発生したＵ相スタックユニット１００のゲート信号入力部１４と制御部６０のＵ相制御部６０ａを接続する信号線６１を取り外す。

次に、予備スタックユニット４００の電源スイッチＳＷ４がＯＦＦ状態であることを確認する。次に、予備スタックユニット４００の出力端子４７とＵ相出力ＢＵＳ４９ａ間を上記取り外したＵ相出力導体１８で接続する。

次に、上記取り外した信号線６１を用いて、予備スタックユニット４００と制御部６０のＵ相制御部６０ａを接続する。また、予備入力ＢＵＳ（４５ａ、４５ｂ、４５ｃ）が接続されていることを確認後、電源スイッチ４をＯＮする。この操作により、障害が発生したＵ相スタックユニット１００の機能を予備スタックユニット４００によって代替することが可能になる。

なお、上記、スタックユニットに障害が発生すると、ヒューズも遮断する場合が多い。ヒューズが遮断した場合は、遮断したヒューズを交換する。

以上、説明したように本実施例１によれば、スタックユニットに障害が発生した場合、当該障害が発生したスタックユニットの出力導体及び当該スタックユニットのゲートを制御する信号線を取り外し、当該取り外した出力導体及び信号線を用いて予備スタックユニットを接続する。出力導体はＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとにその形状が異なるため、取り外した出力導体を予備スタックユニットに使用すれば、誤接続を防止することができる。また、故障したスタックユニットを取り外し、そこに予備スタックユニットを取り付ける場合に比べてスタックユニット本体の重量物（約２００ｋｇ）抜き差しをする必要がないため、容易に障害を回復することができる。なお、障害が発生したスタックユニットは、後日、ゆっくり修理することができる。

１００Ｕ相スタックユニット
１０Ｕ相スタック部
１４Ｕ相ゲート信号入力部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃＵ相入力ＢＵＳ
１６ａ、１６ｃヒューズ
１７Ｕ相出力端子
１８Ｕ相出力導体
１９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａＵ相出力ＢＵＳ
２００Ｖ相スタックユニット
２０Ｖ相スタック部
２４Ｖ相ゲート信号入力部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃＶ相入力ＢＵＳ
２６ａ、２６ｃヒューズ
２７Ｖ相出力端子
２８Ｖ相出力導体
１９ｂ、２９ｂ、３９ｂ、４９ｂＶ相出力ＢＵＳ
３００Ｗ相スタックユニット
３０Ｗ相スタック部
３４Ｗ相ゲート信号入力部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃＷ相入力ＢＵS
３６ａ、３６ｃヒューズ
３７Ｗ相出力端子
３８Ｗ相出力導体
１９ｃ、２９ｃ、３９ｃ、４９ｃＷ相出力ＢＵＳ
４００予備スタックユニット
４０予備スタック部
４４予備ゲート信号入力部
４５ａ、４５ｂ、３５ｃ予備入力ＢＵＳ
４６ａ、４６ｃヒューズ
４７予備電圧出力端子
５０電動機
６０制御部
６０ａＵ相制御部
６０ｂＶ相制御部
６０ｃＷ相制御部

Claims

複数のスタックユニット及び当該スタックユニットを制御する制御部を盤に収納して構成した電力変換装置であって、
前記スタックユニットは、
直流電源を取り込む入力ＢＵＳと、
前記入力ＢＵＳから取り込んだ直流電源を交流電源に変換するインバータ部及びこのインバータ部で生成された相電圧が出力される相出力端子を備えたスタック部と、
前記相出力端子に出力された相電圧を負荷に供給するための相出力ＢＵＳと、
前記相出力端子と前記相出力ＢＵＳを接続する相出力導体と、
を備え、
前記盤に対して当該スタックユニット単位で着脱可能に収納され、
前記制御部は、
スタックユニットごと、当該スタックユニットのインバータ部を構成するスイッチング素子のゲート端子に接続され、当該スイッチング素子を制御することにより、当該インバータ部から出力される相電圧を生成し、
前記相出力導体は、
相電圧ごとに異なる形状を有することを特徴とする電力変換装置。
前記複数のスタックユニットは、
Ｕ相スタックユニット、Ｖ相スタックユニット及びＷ相スタックユニットであって、
前記盤は、前記複数のスタックユニットに予備スタックユニットを加えた４個のスタックユニットを、２段かつ２列に収納し、何れのスタックユニットも着脱可能に取り付けることができることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
前記盤はさらに、
前記複数のスタックユニットの何れかに障害が発生した場合、当該障害が発生したスタックユニットの相出力端子と相出力ＢＵＳを接続する相出力導体を取り外し、当該予備スタックユニットの相出力端子と相出力ＢＵＳを接続する相出力導体として用いると共に、当該障害が発生したスタックユニットと前記制御部を接続する信号線を予備スタックユニットと制御部を接続する信号線として用いることにより、当該障害が発生したスタックユニットの取り付け位置を変更しなくとも、予備スタックユニットで代替できることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。