JP2017184496A - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ回路と制御盤と複数の変換器と制御部とを備えた電力変換装置10であって、インバータ回路12は、入力電力を変換して交流負荷4に供給する。インバータ回路は、複数台の変換器22が直列に接続された変換器ユニット20を含む。各変換器は、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、故障検出部と、第1接続端子と、第2接続端子と、を含む。制御盤14は、インバータ回路による電力の変換を制御する。各故障検出部は、各変換器の各スイッチング素子の故障の検出を行い、故障の検出結果を示す検出信号を出力する。制御部26は、検出信号を基に、各接続端子の間を導通状態にする。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、電力変換装置10は、インバータ回路12と、制御盤14と、を備える。
図2に表したように、変換器22は、第1接続端子22aと、第2接続端子22bと、第1スイッチング素子31と、第2スイッチング素子32と、第3スイッチング素子33と、第4スイッチング素子34と、電荷蓄積素子35と、抵抗素子36と、インダクタ37と、整流回路38と、駆動回路40と、故障検出部42と、を含む。
図3(a)及び図3(b)に表したように、第1スイッチング素子31は、半導体チップ60と、第1電極61と、第2電極62と、配線63と、ケース64と、を含む。
図4(a)は、第1スイッチング素子31が短絡故障した時に、電荷蓄積素子35の電圧に基づいて第1スイッチング素子31に流れる短絡電流の一例を表す。
図4(b)は、第1スイッチング素子31が短絡故障した時の電荷蓄積素子35の電圧の一例を表す。
図4(c)は、図4(a)に表す短絡電流の電流二乗積(短絡電流の二乗の積分値)の一例を表す。また、図4(c)では、第1スイッチング素子31のケース64のエネルギー耐量を破線で表している。
次に、図5に表すフローチャートを基に、電力変換装置10の動作について説明する。 電力変換装置10の制御盤14は、動作を開始すると、各変換器22毎に制御信号を生成し、制御信号を各変換器22に送信する。制御信号は、信号線23を介して駆動回路40に入力される。駆動回路40は、入力された制御信号に基づいて各スイッチング素子31〜34のオン・オフを制御する。これにより、電源2の入力電力が、交流負荷4に応じた交流の出力電力に変換され、出力電力が、交流負荷4に供給される。
図6は、上記実施形態の変換器22に置き換えて用いられる別の変換器28を模式的に表す。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
図7は、第2の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図7に表したように、電力変換装置100のインバータ回路112は、一対の入力端子80a、80bと、第1〜第6の6つのアーム部81a〜81fと、を含む。
図8に表したように、変換器82は、第1接続端子82aと、第2接続端子82bと、第1スイッチング素子31と、第2スイッチング素子32と、電荷蓄積素子35と、抵抗素子36と、インダクタ37と、故障検出部42と、を含む。
図9に表したように、変換器84は、第3スイッチング素子33と、第4スイッチング素子34と、をさらに含む。第4スイッチング素子34の一対の主端子は、第3スイッチング素子33の一対の主端子に対して直列に接続される。また、第3スイッチング素子33及び第4スイッチング素子34は、第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32に対して並列に接続される。電荷蓄積素子35は、第1スイッチング素子31及び第2スイッチング素子32に対して並列に接続されるとともに、第3スイッチング素子33及び第4スイッチング素子34に対して並列に接続される。
Claims (6)
- 電源及び交流負荷に接続され、前記電源から入力された入力電力を、前記入力電力と異なる交流の出力電力に変換し、前記出力電力を前記交流負荷に供給するインバータ回路であって、
複数台の変換器が直列に接続された変換器ユニットを含み、
前記複数台の変換器のそれぞれは、
一対の主端子と制御端子とを含む第1スイッチング素子と、
一対の主端子と制御端子とを含み、前記第1スイッチング素子に対して直列に接続された第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、
前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間に接続された第1接続端子と、
前記第1スイッチング素子の前記第2スイッチング素子に接続された主端子と反対側の主端子に接続された第2接続端子と、
を含む
インバータ回路と、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のオン・オフを制御するための制御信号を前記複数台の変換器毎に生成し、前記制御信号を前記複数台の変換器のそれぞれに入力することにより、前記インバータ回路による電力の変換を制御する制御盤と、
前記複数台の変換器のそれぞれに対応して前記インバータ回路に設けられ、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の故障の検出を行い、前記故障の検出結果を示す検出信号を出力する複数の故障検出部と、
前記検出信号を基に、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、前記第1接続端子と前記第2接続端子との間を導通状態にする制御部と、
を備えた電力変換装置。 - 前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の故障モードは、短絡故障である請求項1記載の電力変換装置。
- 前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のそれぞれは、
第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた半導体チップと、
前記第1電極と前記第2電極と前記半導体チップとを保持するケースと、
を含み、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の少なくとも一方が短絡故障した時に、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の前記少なくとも一方に流れる電流の電流二乗積は、前記ケースのエネルギー耐量以下である請求項2記載の電力変換装置。 - 前記電源に接続された一次巻線と、前記一次巻線と磁気結合した複数の二次巻線と、を含むトランスを、さらに備え、
前記入力電力は、交流電力であり、
前記複数台の変換器のそれぞれは、
前記電荷蓄積素子に対して並列に接続されるとともに、前記トランスの前記二次巻線に接続され、前記二次巻線から供給される交流電力を整流電力に変換し、前記整流電力を前記電荷蓄積素子に供給する整流回路と、
一対の主端子と制御端子とを含む第3スイッチング素子と、
一対の主端子と制御端子とを含み、前記第3スイッチング素子に対して直列に接続された第4スイッチング素子と、
を、さらに含み、
前記第3スイッチング素子及び前記第4スイッチング素子は、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子に対して並列に接続され、
前記第2接続端子は、前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との間に接続され、前記第3スイッチング素子を介して前記第1スイッチング素子の前記第2スイッチング素子に接続された主端子と反対側の主端子に接続される請求項1〜3のいずれか1つに記載の電力変換装置。 - 前記インバータ回路は、
前記電源に接続される一対の入力端子と、
前記入力端子の一方に接続された第1アーム部と、
前記第1アーム部と前記入力端子の他方との間に接続された第2アーム部と、
前記入力端子の前記一方に接続された第3アーム部と、
前記第3アーム部と前記入力端子の前記他方との間に接続された第4アーム部と、
前記第1アーム部、前記第2アーム部、前記第3アーム部及び前記第4アーム部のそれぞれに設けられた複数の前記変換器ユニットと、
を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の電力変換装置。 - 電源及び交流負荷に接続され、前記電源から入力された入力電力を、前記入力電力と異なる交流の出力電力に変換し、前記出力電力を前記交流負荷に供給するインバータ回路であって、複数台の変換器が直列に接続された変換器ユニットを含み、前記複数台の変換器のそれぞれは、一対の主端子と制御端子とを含む第1スイッチング素子と、一対の主端子と制御端子とを含み、前記第1スイッチング素子に対して直列に接続された第2スイッチング素子と、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との間に接続された第1接続端子と、前記第1スイッチング素子の前記第2スイッチング素子に接続された主端子と反対側の主端子に接続された第2接続端子と、を含むインバータ回路と、
前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のオン・オフを制御するための制御信号を前記複数台の変換器毎に生成し、前記制御信号を前記複数台の変換器のそれぞれに入力することにより、前記インバータ回路による電力の変換を制御する制御盤と、
を含む電力変換装置の制御方法であって、
前記複数台の変換器のそれぞれの前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の故障の検出を行う工程と、
前記故障を検出した場合に、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、前記第1接続端子と前記第2接続端子との間を導通状態にする工程と、
を備えた電力変換装置の制御方法。
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