JP3402938B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源に接続し
て使用される電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３には、この種の電力変換装置の一例
が示されている。この図３において、電力変換装置であ
るインバータ装置１は、直流電源２から給電されるもの
で、その可変電圧・可変周波数出力により三相誘導電動
機３を可変速駆動する構成となっている。

【０００３】具体的には、インバータ装置１において、
平滑コンデンサ４には、直流電源２から電流抑制用抵抗
５及び逆接続保護用ダイオード６を通じて充電される構
成となっており、その平滑コンデンサ４の両端からイン
バータ主回路７に電源が与えられる。平滑コンデンサ４
の両端電圧を検出するように設けられた主回路電圧検出
回路８は、平滑コンデンサ４に所定レベル以上充電され
た状態となったときに、短絡用リレー９を動作させるこ
とにより電流抑制用抵抗５及び逆接続保護用ダイオード
６の直列回路の両端を短絡する。これにより、定常状態
における電流抑制用抵抗５及び逆接続保護用ダイオード
６での電力損失の発生が阻止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成によれ
ば、インバータ装置１が直流電源に２に対し誤って逆接
続された場合でも、逆接続保護用ダイオード６の働きに
よって当該インバータ装置１が保護されるようなる。し
かしながら、従来構成のものでは、上記逆接続状態に対
し警報を発する機能が存在せず、これが使用上において
不便になるという問題点があった。このような問題点に
は、逆接続状態を検知して警報を発する機能を追加する
ことにより対処可能である。

【０００５】上記のような機能を追加する場合には、そ
の警報発生のためにインバータ装置１に設けられた制御
電源の出力を利用することが考えられるが、上記制御電
源は、インバータ装置１の電源（図３の例では直流電源
２）から得るのが一般的であるため、逆接続された状態
では警報出力を得られなくなり、実現困難である。この
ため、実際には、別途に電源を設ける必要が出てくるも
のであり、これがコストの高騰の原因になるという事情
があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、直流電源に対し正規の状態と逆極性
で接続された場合の警報を、別途に電源を用いることな
く容易に発生できるようになるなどの効果を奏する電力
変換装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、直流電源に接続して使用されるものであっ
て、その直流電源の出力電流を平滑して電力変換部に与
えるための平滑コンデンサを備えた電力変換装置におい
て、前記平滑コンデンサに流れ込む突入電流を抑制する
ための電流抑制用抵抗と、この電流抑制用抵抗と直列に
接続され、前記直流電源との接続状態が正規の状態と逆
極性であった場合に当該直流電源からの出力電流を阻止
する逆接続保護用ダイオードと、前記突入電流が所定レ
ベル以下に低下した定常状態時にオンされて前記電流抑
制用抵抗及び逆接続保護用ダイオードの直列回路の両端
を短絡する開閉器と、前記逆接続保護用ダイオードと並
列に接続され、当該逆接続保護用ダイオードに逆方向電
圧が印加された状態で点灯される発光素子と、この発光
素子とでホトカプラを構成する受光素子を有し、その受
光素子の受光状態に応じて接点信号を出力する接点信号
出力回路とを備えた構成としたものである（請求項
１）。

【０００８】この構成によれば、電力変換装置が直流電
源に対し正規の極性で接続された場合には、平滑コンデ
ンサに流れ込む突入電流が電流抑制用抵抗により抑制さ
れるようになる。また、このときには、逆接続保護用ダ
イオードに対し順方向電圧が印加された状態となるた
め、発光素子が点灯されることはない。この後におい
て、上記突入電流が所定レベル以下に低下した定常状態
となったときには、開閉器がオンされて電流抑制用抵抗
及び逆接続保護用ダイオードの直列回路の両端が短絡さ
れるから、定常状態における電流抑制用抵抗及び逆接続
保護用ダイオードでの電力損失の発生が阻止されると共
に、発光素子が消灯状態に保持される。

【０００９】これに対して、電力変換装置が直流電源に
対し正規の状態と逆極性で接続された場合には、逆接続
保護用ダイオードに逆方向電圧が印加された状態とな
る。このため、平滑コンデンサに対する充電が阻止され
ると共に、発光素子が上記直流電源からの出力により点
灯されるようになる。従って、このような発光素子の点
灯により、電力変換装置が直流電源に対し正規の状態と
逆極性で接続された状態に対する警報が発せられるよう
になる。

【００１０】この場合、発光素子が点灯されたとき、つ
まり電力変換装置が直流電源に対し正規の状態と逆極性
で接続されたときには、当該発光素子とでホトカプラを
構成する受光素子が受光状態になって、接点信号出力回
路から接点信号が出力されることになるから、その接点
信号を、例えば直流電源の遮断に利用できるなど、応用
範囲を広げ得るようになる。

【００１１】また、直流電源に接続して使用されるもの
であって、その直流電源の出力電流を平滑して電力変換
部に与えるための平滑コンデンサを備えた電力変換装置
において、前記平滑コンデンサに流れ込む突入電流を抑
制するための電流抑制用抵抗と、この電流抑制用抵抗と
直列に接続され、前記直流電源との接続状態が正規の状
態と逆極性であった場合に当該直流電源からの出力電流
を阻止する逆接続保護用ダイオードと、前記突入電流が
所定レベル以下に低下した定常状態時にオンされて前記
電流抑制用抵抗及び逆接続保護用ダイオードの直列回路
の両端を短絡する開閉器と、過負荷保護動作などを行う
ための保護回路からの出力により動作されて前記直流電
源を遮断すると共に故障表示を行う故障出力回路と、前
記逆接続保護用ダイオードと並列に接続され、当該逆接
続保護用ダイオードに逆方向電圧が印加された状態で前
記故障出力回路を動作状態に切替える切替手段とを備え
た構成とすることもできる（請求項２）。

【００１２】この構成によっても、請求項１記載の発明
と同様に、電力変換装置が直流電源に対し正規の極性で
接続された場合には、発光素子が消灯状態に保持される
と共に、定常状態における電流抑制用抵抗及び逆接続保
護用ダイオードでの電力損失の発生が阻止されるように
なる。

【００１３】これに対して、電力変換装置が直流電源に
対し正規の状態と逆極性で接続された場合には、逆接続
保護用ダイオードに逆方向電圧が印加された状態となる
のに応じて、切替手段が故障出力回路を動作状態に切替
えるようになる。このため、当該故障出力回路によっ
て、直流電源が遮断されると共に、故障表示が行われる
ようになる。従って、上記のような故障表示状態によっ
て、電力変換装置が直流電源に対し正規の状態と逆極性
で接続された状態に対する警報が発せられるようにな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て図１を参照しながら説明する。図１において、電力変
換装置としてのインバータ装置１１は、正側入力端子Ｐ
及び負側入力端子Ｎを有し、それら入力端子Ｐ及びＮ
を、直流電源１２の正側出力端子１２ａ及び負側出力端
子１２ｂにそれぞれ接続することにより、当該直流電源
１２から給電される構成となっている。

【００１５】インバータ装置１１において、正側入力端
子Ｐは、電流抑制用抵抗１３及び逆接続保護用ダイオー
ド１４を直列に介して正側の主回路母線１５ａに接続さ
れ、負側入力端子Ｎは負側の主回路母線１５ｂに直接的
に接続されている。上記主回路母線１５ａ及び１５ｂ間
には、電流平滑用の平滑コンデンサ１６及び電力変換部
としてのインバータ主回路１７がそれぞれ接続されてお
り、このインバータ主回路１７からの可変電圧・可変周
波数出力によって、負荷である三相誘導電動機１８を可
変速駆動する構成となっている。尚、上記インバータ主
回路１７は、具体的には図示しないが、三相ブリッジ接
続された例えば６個のＩＧＢＴ１７ａ（１個のみ図示）
と、各ＩＧＢＴ１７ａにそれぞれ接続されたフライホイ
ールダイオード１７ｂとを備えた周知構成のものであ
る。

【００１６】主回路電圧検出回路１９は、平滑コンデン
サ１６の両端電圧を検出するように設けられており、そ
の検出電圧が所定レベル以上となったとき（平滑コンデ
ンサ１６に所定レベル以上充電された状態となったと
き）に、開閉器としての短絡用リレー２０を動作させる
構成となっている。この短絡用リレー２０が有する常開
接点２０ａは、電流抑制用抵抗１３及び逆接続保護用ダ
イオード１４の直列回路と並列に接続されている。

【００１７】従って、平滑コンデンサ１６に所定レベル
以上充電された後、換言すれば、平滑コンデンサ１６に
対する突入電流が所定レベル以下に低下した定常状態に
移行した後には、電流抑制用抵抗１３及び逆接続保護用
ダイオード１４の直列回路の両端が上記常開接点２０ａ
により短絡されるようになり、これにより、定常状態に
おける電流抑制用抵抗１３及び逆接続保護用ダイオード
１４での電力損失の発生が阻止される。

【００１８】さて、上記逆接続保護用ダイオード１４の
両端には、これと逆極性の発光ダイオード２１（本発明
でいう発光素子に相当）及び抵抗２２の直列回路が接続
される。具体的には、上記発光ダイオード２１は、その
アノードが逆接続保護用ダイオード１４のカソード側に
接続され、カソードが抵抗２２を介して逆接続保護用ダ
イオード１４のアノード側に接続される。尚、上記抵抗
２２は、発光ダイオード２１に流れる電流を制限するた
めのもので、高抵抗で尚且つ小容量のものを使用すれば
良い。

【００１９】また、ホトトランジスタ２３（本発明でい
う受光素子に相当）は、発光ダイオード２１とでホトカ
プラを構成するもので、このホトトランジスタ２３の両
端（エミッタ及びコレクタ）を出力端子１１ａ及び１１
ｂに接続することにより、それら出力端子１１ａ及び１
１ｂを通じて接点信号を出力可能な接点信号出力回路２
４を構成するようにしている。

【００２０】上記構成によれば、インバータ装置１１の
正側入力端子Ｐ及び負側入力端子Ｎが直流電源１２に対
し正規の極性で接続された状態では、その接続直後から
短絡用リレー２０の常開接点２０ａがオンされるまでの
期間において発光ダイオード２１は逆バイアス状態とな
る。また、その後において上記常開接点２０ａがオンさ
れた状態では、発光ダイオード２１に対する電圧印加が
停止された状態となる。従って、発光ダイオード２１が
点灯されることはない。

【００２１】これに対して、インバータ装置１１の正側
入力端子Ｐ及び負側入力端子Ｎが直流電源１２に対し正
規の状態と逆極性で接続された状態（正側入力端子Ｐが
直流電源１２の負側出力端子１２ｂに接続され、負側入
力端子Ｎが正側出力端子１２ａに接続された状態）で
は、逆接続保護用ダイオード１４が逆バイアスされた状
態（逆方向電圧が印加された状態）となる。このため、
平滑コンデンサ１６に対する充電が阻止されると共に、
発光ダイオード２１に対し、直流電源１２からインバー
タ主回路１７内のフライホイールダイオード１７ｂ、抵
抗２２、電流抑制用抵抗１３を介して順方向電流が供給
されるようになり、これにより当該発光ダイオード２１
が点灯されるようになる。

【００２２】つまり、インバータ装置１１が直流電源１
２に対し正規の状態と逆極性で接続された場合には、発
光ダイオード２１の点灯により、逆接続状態に対する警
報が発せられるものであり、実用上において非常に便利
となる。しかも、このような警報出力を得るために別途
に電源を設ける必要がないから、コストの高騰を招く虞
もなくなる。

【００２３】また、発光ダイオード２１が点灯されたと
き、つまりインバータ装置１１が直流電源１２に対し正
規の状態と逆極性で接続されたときには、接点信号出力
回路２４内のホトトランジスタ２３がオン状態になって
出力端子１１ａ及び１１ｂから接点信号が出力されるよ
うになる。従って、出力端子１１ａ及び１１ｂから接点
信号が出力されたときに、例えば、直流電源１２の出力
を遮断する処理を行う外部シーケンス回路を設ける構成
とすれば、インバータ装置１１が直流電源１２に対し正
規の状態と逆極性で接続された場合に、その直流電源１
２が自動的に遮断されることになるから、安全性の向上
を期待できるようになる。

【００２４】尚、上記実施例において、ホトトランジス
タ２３に代えて、ホトダイオードやホトサイリスタ或い
はＣｄＳ光電セルのような受光素子を使用しても良いも
のである。

【００２５】図２には本発明の第２実施例が示されてお
り、以下これについて前記第１実施例と異なる部分のみ
説明する。本実施例におけるインバータ装置１１′は、
故障出力回路２５を備えた構成となっている。この故障
出力回路２５は、インバータ装置１１′に過負荷保護な
どのために設けられた周知の保護回路（図示せず）から
の指令により動作される故障出力リレー２６と、出力端
子ＦＬＡ、ＦＬＢ、ＦＬＣとを備えた構成となってい
る。上記出力端子ＦＬＡ及びＦＬＣ間は、常時において
遮断状態を呈しており、リレー２６の常開接点２６ａが
オンされたとき当該常開接点２６ａを介して橋絡される
ようになっている。また、出力端子ＦＬＢ及びＦＬＣ間
は、常時においてリレー２６の常閉接点２６ｂを介して
橋絡された状態を呈しており、その常開接点２６ｂがオ
フされたときに遮断状態を呈する構成となっている。

【００２６】この場合、具体的には図示しないが、出力
端子ＦＬＢ及びＦＬＣ間が遮断された状態では、直流電
源１２が遮断されるようになっていると共に、出力端子
ＦＬＡ及びＦＬＣ間が橋絡された状態では、図示しない
故障表示器が直流電源１２の出力により動作されて故障
表示が行われる構成となっている。従って、前記保護回
路により故障出力リレー２６が動作されたときには、リ
レー２６の常閉接点２６ｂのオフに応じて直流電源１２
が遮断されると共に、当該リレー２６の常開接点２６ａ
のオンに応じて故障表示動作が行われることになる。

【００２７】しかして、本実施例においては、逆接続保
護用ダイオード１４の両端に、第１実施例における発光
ダイオード２１及び抵抗２２の直列回路に代えて、補助
リレー２７（本発明でいう切替手段に相当）及び抵抗２
８の直列回路を接続した構成としている。上記補助リレ
ー２７は常開接点２７ａ及び常閉接点２７ｂを備えたも
ので、常開接点２７ａを前記出力端子ＦＬＡ及びＦＬＣ
間に前記故障検出リレー２６の常開接点２６ａと並列に
接続すると共に、常閉接点２７ｂを前記出力端子ＦＬＢ
及びＦＬＣ間に故障検出リレー２６の常閉接点２６ｂと
直列に接続した構成とされている。

【００２８】このように構成された本実施例によれば、
インバータ装置１１′の正側入力端子Ｐ及び負側入力端
子Ｎが直流電源１２に対し正規の極性で接続された状態
では、その接続直後から短絡用リレー２０の常開接点２
０ａがオンされるまでの期間において、補助リレー２７
の両端に対し、逆接続保護用ダイオード１４の順方向電
圧レベルに応じた低いレベルの電圧が印加されるだけあ
る。また、その後において上記常開接点２０ａがオンさ
れた状態では、補助リレー２７の両端に対する電圧印加
が停止された状態となるから、当該補助リレー２７が動
作されることはない。

【００２９】これに対して、インバータ装置１１′の正
側入力端子Ｐ及び負側入力端子Ｎが直流電源１２に対し
正規の状態と逆極性で接続された状態では、逆接続保護
用ダイオード１４が逆バイアスされた状態となるため、
補助リレー２７に対し、直流電源１２からインバータ主
回路１７内のフライホイールダイオード１７ｂ、抵抗２
２、電流抑制用抵抗１３を介して比較的大きい電圧が印
加されるようになり、これにより当該補助リレー２７が
動作されるようになる。尚、補助リレー２７に対する印
加電圧の大きさは、電流抑制用抵抗１３及び抵抗２８の
抵抗値により決まるものであるが、それらの抵抗値は、
補助リレー２７に対する印加電圧が当該補助リレー２７
の動作電圧以上となるように設定されることは勿論であ
る。

【００３０】上記のように補助リレー２７が動作された
ときには、出力端子ＦＬＢ及びＦＬＣ間が当該補助リレ
ー２７の常閉接点２７ｂにより遮断されるため、直流電
源１２が遮断されるものであり、また、これと同時に、
出力端子ＦＬＡ及びＦＬＣ間が補助リレー２７の常開接
点２７ａにより橋絡されるため、図示しない故障表示器
が動作されるようになる。

【００３１】従って、インバータ装置１１′が直流電源
１２に対し正規の状態と逆極性で接続されたときには、
補助リレー２７の動作に応じて、直流電源１２が自動的
に遮断されると共に、故障表示器が動作されて警報が出
力されるものであり、これにより実用上において便利に
なると共に、安全性を高め得るようになる。勿論、本実
施例においても、上記警報のために別途に電源を設ける
必要がなくなると共に、補助リレー２７及び抵抗２８を
追加するだけで済むから、コストの高騰を招く虞がなく
なるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の電力変換装置によれば、直流電源に対し正
規の状態と逆極性で接続された場合には、逆接続保護用
ダイオードと並列に接続された発光素子を上記直流電源
からの出力により点灯させる構成としたから、直流電源
に対し正規の状態と逆極性で接続された場合の警報を、
別途に電源を用いることなく発生できるようになる。ま
た、前記発光素子の点灯に応じて接点信号を出力する接
点信号出力回路を設けられているから、直流電源に対し
正規の状態と逆極性で接続された状態で接点信号を得る
ことができて、応用範囲を広げ得るようになる。

【００３３】請求項２記載の電力変換装置によれば、直
流電源に対し正規の状態と逆極性で接続された場合に
は、故障出力回路を切替手段を通じて動作状態に切替え
ることによって、直流電源の遮断動作並びに故障表示を
行う構成としたから、安全性を高め得ると共に、上記の
ように誤接続された場合の警報を、別途に電源を用いる
ことなく行い得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図

【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】従来例を説明するための図１相当図

【符号の説明】

図面中、１１、１１′はインバータ装置（電力変換装
置）、１２は直流電源、１３は電流抑制用抵抗、１４は
逆接続保護用ダイオード、１６は平滑コンデンサ、１７
はインバータ主回路（電力変換部）、１９は主回路電圧
検出回路、２０は短絡用リレー（開閉器）、２１は発光
ダイオード（発光素子）、２３はホトトランジスタ（受
光素子）、２４は接点信号出力回路、２５は故障出力回
路、２６は故障検出リレー、２７は補助リレー（切替手
段）を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源に接続して使用されるものであ
   って、その直流電源の出力電流を平滑して電力変換部に
   与えるための平滑コンデンサを備えた電力変換装置にお
   いて、 前記平滑コンデンサに流れ込む突入電流を抑制するため
   の電流抑制用抵抗と、 この電流抑制用抵抗と直列に接続され、前記直流電源と
   の接続状態が正規の状態と逆極性であった場合に当該直
   流電源からの出力電流を阻止する逆接続保護用ダイオー
   ドと、 前記突入電流が所定レベル以下に低下した定常状態とな
   ったときにオンされて前記電流抑制用抵抗及び逆接続保
   護用ダイオードの直列回路の両端を短絡する開閉器と、 前記逆接続保護用ダイオードと並列に接続され、当該逆
   接続保護用ダイオードに逆方向電圧が印加された状態で
   点灯される発光素子と、 この発光素子とでホトカプラを構成する受光素子を有
   し、その受光素子の受光状態に応じて接点信号を出力す
   る接点信号出力回路 とを備えたことを特徴とする電力変
   換装置。
2. 【請求項２】 直流電源に接続して使用されるものであ
   って、その直流電源の出力電流を平滑して電力変換部に
   与えるための平滑コンデンサを備えた電力変換装置にお
   いて、 前記平滑コンデンサに流れ込む突入電流を抑制するため
   の電流抑制用抵抗と、 この電流抑制用抵抗と直列に接続され、前記直流電源と
   の接続状態が正規の状態と逆極性であった場合に当該直
   流電源からの出力電流を阻止する逆接続保護用ダイオー
   ドと、 前記突入電流が所定レベル以下に低下した定常状態とな
   ったときにオンされて前記電流抑制用抵抗及び逆接続保
   護用ダイオードの直列回路の両端を短絡する開閉器と、 過負荷保護動作などを行うための保護回路からの出力に
   より動作されて前記直 流電源を遮断すると共に故障表示
   を行う故障出力回路と、 前記逆接続保護用ダイオードと並列に接続され、当該逆
   接続保護用ダイオードに逆方向電圧が印加された状態で
   前記故障出力回路を動作状態に切替える切替手段とを備
   えたことを特徴とする 電力変換装置。