JP3585792B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置に係り、特に直流短絡時に発生する直流コンデンサの短絡電流によるインバータの破壊を防止する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力、産業、民生、家庭等の各分野では、比較的大容量の電力制御や電源供給の際に、電圧、電流、周波数、位相といった電力の形態を変換するための電力変換装置が広く用いられている。
【０００３】
この種の電力変換装置としては、例えば、直流電源としてのコンバータに対し、コンバータの出力電力を平滑化する直流コンデンサと、平滑化された直流電力を交流電力に変換するインバータとからなる構成が典型的に知られている。
【０００４】
しかしながら、この種の電力変換装置は、直流短絡が発生した場合、インバータに耐量以上の電流が流れる恐れがある。特に、電圧型の電力変換装置の場合は、直流コンデンサの放電電流が重畳されて数十ｋＡの電流が流れる場合もある。
【０００５】
このため、従来からインバータを保護するために様々な手法がとられている。
【０００６】
図９（ａ）、図９（ｂ）は、これら手法を用いた電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【０００７】
図９（ａ）に示す電力変換装置は、外部の交流電源３２に接続されたコンバータ部１１に対して直流コンデンサ１２とインバータ部１３とが並列に接続された基本構造において、インバータ部１３の上流側および下流側に保護用のアームヒューズ２１、２２が挿入されている。
【０００８】
コンバータ部１１は、交流電源３２から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。この変換された直流電圧は直流コンデンサ１２およびアームヒューズ２１を介してインバータ部１３に印加される。インバータ部１３は、印加された直流電圧を交流電圧に変換して負荷３３に供給する。
【０００９】
ここで電力変換装置に直流短絡が生じたとき、直流コンデンサ１２の放電電流が重畳され、インバータ部１３の主回路素子である半導体素子に流れる電流が上昇する。しかしながら、放電電流の重畳に伴い、アームヒューズ２１がインバータ部１３の半導体素子の最大定格電流内で切断されるので、インバータ部１３の半導体素子は保護される。
【００１０】
一方、図９（ｂ）に示す電力変換装置は、図９（ａ）におけるアームヒューズ２１、２２に代えて、直流リアクトル２３、２４を備えた構成としている。ここで、電力変換装置に直流短絡が生じた場合、直流リアクトル２３が直流短絡電流の早い立ち上がりを遅らせ、かつピーク電流を抑えて、インバータ部１３に流れる電流を半導体素子の耐量以下に抑制する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような電力変換装置では、図９（ａ）に示す構成の場合、アームヒューズ２１の切断によりインバータ部１３を保護するため、直流短絡の発生毎にアームヒューズ２１を交換する必要が生じる。また、インバータ部１３の半導体素子が健全でも、アームヒューズ２１を交換しなければ運転できないため、再運転までに時間がかかり、経済的な負担が大きいという問題がある。
【００１２】
一方、図９（ｂ）に示す構成の場合、直流リアクトル２３により直流短絡電流を抑制するため、過渡状態を過ぎると、インバータ部１３に最大定格以上の電流が流れ込んでインバータ部１３の半導体素子が破壊される可能性がある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、直流短絡時において、直流コンデンサの放電を抑制でき、インバータの破壊を防止し得る電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、直流短絡からの復旧の際に、保護用の回路部品の交換を不要とし、迅速に運転を再開し得る電力変換装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明では、直流電源に対して、直流コンデンサと、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、インバータの出力電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する変流器と、ダイオードに並列に接続され、変流器により出力された２次電流を整流し、得られた直流電流をインピーダンスを介してダイオードに順方向に供給する整流回路と、変流器と整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、変流器により出力された２次電流を短絡させるスイッチ回路と、直流短絡を検出したとき、オン状態の制御入力をスイッチ回路に与える短絡時制御手段とを備える。
【００１７】
請求項２の発明では、請求項１の発明の電力変換装置において、直流電源は、交流電源から供給される交流電圧を変換し、得られた直流電圧を直流コンデンサに供給するコンバータであり、変流器は、インバータの出力電流に代えて、交流電源からコンバータに供給される入力電流を検出する。
【００１８】
請求項３の発明では、直流電源に対して、直流コンデンサと、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、ダイオードに並列に接続され、直流電源から供給される直流電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を、インピーダンスを介してダイオードの順方向に出力する変流器と、変流器とダイオードとの間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、変流器により出力された２次電流を短絡させるスイッチ回路と、直流短絡を検出したとき、オン状態の制御入力をスイッチ回路に与える短絡時制御手段とを備える。
【００１９】
請求項４の発明では、直流電源に対して、直流コンデンサと、直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、ダイオードに並列に接続され、直流電圧をインピーダンスを介してダイオードに順方向に供給する電源回路と、ダイオードと電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、電源回路による直流電圧の供給を遮断する遮断回路とを備え、直流短絡を検出したとき、オフ状態の制御入力を遮断回路に与える短絡時制御手段とを備える。
【００２０】
請求項５の発明では、請求項４に記載の電力変換装置において、遮断回路に代えて、電源回路とダイオードとの間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、電源回路から供給される直流電流をダイオードに供給せずに電源回路の負側にバイパスさせるバイパス手段を備え、短絡時制御手段は、直流短絡を検出したとき、オフ状態の制御入力をバイパス手段に与える。
【００２１】
請求項６の発明では、直流電圧を供給する直流電源と、直流電源の正側供給ラインに接続され、直流電源から供給される正側の直流電圧を平滑化する第１の直流コンデンサと、直流電源の負側供給ラインに接続され、直流電源から供給される負側の直流電圧を平滑化する第２の直流コンデンサと、第１および第２の直流コンデンサの直流回路に並列に接続され、直流電源から供給される正側および負側の直流電圧を交流電圧に変換する接地された中性点クランプ型インバータと、第１の直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、カソードが接地された第１のダイオードと、直流電源の正側供給ラインに接続され、正側供給ラインを流れる電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する第１の変流器と、第１のダイオードに並列に接続され、第１の変流器から出力された２次電流を整流し、得られた直流電流を第１のインピーダンスを介して第１のダイオードに順方向に供給する第１の整流回路と、第１の変流器と第１の整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、第１の変流器により出力された２次電流を短絡させる第１のスイッチ回路と、第２の直流コンデンサの正側端子にカノードが接続され、アノードが接地された第２のダイオードと、直流電源の負側供給ラインに接続され、負側供給ラインを流れる電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する第２の変流器と、第２のダイオードに並列に接続され、第２の変流器から出力された２次電流を整流し、得られた直流電流を第２のインピーダンスを介して第２のダイオードに順方向に供給する第２の整流回路と、第２の変流器と第２の整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、第２の変流器により出力された２次電流を短絡させる第２のスイッチ回路と、直流短絡を検出したとき、オン状態の制御入力を第１および第２のスイッチ回路のうち少なくとも一方に与える短絡時制御手段とを備える。
【００２２】
請求項７の発明では、請求項６の発明の電力変換装置において、第１ならびに第２の変流器、第１ならびに第２の整流回路、および第１ならびに第２のスイッチ回路に代えて、第１のダイオードに並列に接続され、直流電圧を第１のインピーダンスを介して第１のダイオードに順方向に供給する第１の電源回路と、第１のダイオードと第１の電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、第１の電源回路による直流電圧の供給を遮断する第１の遮断回路と、第２のダイオードに並列に接続され、直流電圧を第２のインピーダンスを介して第２のダイオードに順方向に供給する第２の電源回路と、第２のダイオードと第２の電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、第２の電源回路による直流電圧の供給を遮断する第２の遮断回路とを備え、短絡時制御手段は、直流短絡を検出したとき、オン状態の制御入力に代えて、オフ状態の制御入力を第１および第２の遮断回路のうち少なくとも一方に与える。
【００２３】
したがって、本発明は以上のような手段を講じたことにより、直流コンデンサの負側に順方向に直列接続されたダイオードを設け、通常時にはこのダイオードに順方向電流を流し（順方向バイアス電圧を印加し）、直流短絡検出時にはダイオードの順方向電流を遮断することにより、直流コンデンサの導通状態を制御している。
【００２４】
すなわち、請求項１から請求項７の発明の電力変換装置においては、直流短絡が発生した場合であっても、ダイオードに流れる電流を遮断することによって、直流コンデンサから流出する電流を抑制することができ、インバータの破壊を防止することができる。また、従来とは異なり、アームヒューズを用いないので直流短絡からの復旧の際に、保護用の回路部品の交換を不要にでき、迅速に運転を再開することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図９と同一部分については同一符号を付している。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００２８】
この電力変換装置は、前述したコンバータ部１１、直流コンデンサ１２及びインバータ部１３からなる基本構造に対し、保護装置４０を設けている。なお、こららコンバータ部１１、直流コンデンサ１２、インバータ部１３及び保護装置４０は、主回路部１０を構成している。
【００２９】
ここで、保護装置４０は、直流コンデンサ１２の負側端子にアノードを接続されたダイオード４１と、インバータ部１３の出力電流を検出して、この検出された出力電流に応じて２次電流を出力する変流器４２と、この変流器４２から出力される２次電流を整流して直流に変換する整流回路４４と、変流器４２と整流回路４４との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、変流器４２より出力された２次電流を短絡する半導体スイッチ４３と、整流回路４４で整流された電流が供給されるインピーダンス４５とを備えている。
【００３０】
なお、インピーダンス４５と整流回路４４とは、インピーダンス４５の出力がダイオード４１のアノードに入力され、且つダイオード４１のカソードからの出力が整流回路４４に入力されるように、ダイオード４１と並列に接続されている。
【００３１】
このような保護装置４０では、整流回路４４が変流器４２の２次電流を直流電流ｉ２に変換するとともに、インピーダンス４５を介してダイオード４１の順方向に直流電流ｉｄを供給可能となっている。
【００３２】
なお、図示しないが、ダイオード４１を流れる順方向電流は、この直流電流ｉｄを基準とし、直流コンデンサ１２を流れるリプル電流に応じて僅かに変動する（見かけ上、直流電流ｉｄ以下の電流がダイオード４１の逆方向に入出力されている）。
【００３３】
また、この電力変換装置は、図示しない短絡時制御装置により、直流短絡の発生を検知するとともに、オン状態の制御入力を半導体スイッチ４３に与える一方、コンバータ部１１を停止（ゲートブロック）させる機能をもっている。この短絡時制御装置は、インバータ部１３の前段側に配置される。
【００３４】
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る電力変換装置の動作を図２のタイミングチャートを用いて説明する。
【００３５】
電力変換装置が正常に運転している状態においては、インバータ部１３に供給される直流電流ｉ１は、図２に示すように、規則的にのこぎり状に変化する（時点ｔ＝０〜ｔ０）。また、整流回路４４から出力される直流電流ｉ２、およびダイオード４１を流れる直流電流ｉｄは、時間に対しほぼ一定値を示す。
【００３６】
次に、正常な状態において、時点ｔ０で直流短絡が発生したとする。このとき、直流コンデンサ１２の放電電流により、直流電流ｉ１が上昇する。続いて直流電流ｉ１が、直流短絡検出用に予め設定された電流レベルｉｓに到達する（時点ｔ１）と、図示しない短絡時制御装置が直流短絡を検知する。このとき、短絡時制御装置は、コンバータ部１１をゲートブロックし、交流電源３２からの電力の供給を遮断させる一方、オン状態の制御入力を半導体スイッチ４３に与える。これによって、応答の速い半導体スイッチ４３がオン状態となり、変流器４２の２次電流が短絡される。
【００３７】
変流器４２の２次電流の短絡により、ダイオード４１に流れていた直流電流ｉｄが遮断され、その結果、ダイオード４１がオフ（順方向バイアス以下）となる。
【００３８】
ダイオード４１がオフとなると、直流コンデンサ１２の放電電流は整流回路４４側へ回り込み、更にインピーダンス４５で抑制される。これにより、直流コンデンサ１２の放電電流量が低減され、インバータ部１３の半導体素子が過電流から保護される。
【００３９】
上述したように本実施の形態によれば、直流電流ｉ１と所定の電流レベルｉｓとの比較により、電力変換装置の主回路部１０で直流短絡が発生した場合であっても、応答の速い半導体スイッチ４３により変流器４２の２次側を短絡させてダイオード４１をオフとすることにより、直流コンデンサ１２から流出する放電電流を抑制することができる。
【００４０】
その結果、直流短絡が発生した場合においても、インバータ部１３の破壊を防止することができる。
【００４１】
また、保護装置４０をダイオード４１、変流器４２、半導体スイッチ４３、整流回路４４及びインピーダンス４５から構成したので、直流短絡からの復旧の際に、保護用の回路部品の交換を不要とし、迅速に運転を再開することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４３】
なお、以下の各実施の形態についても同様にして、重複した説明を省略する。
【００４４】
すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、図３に示すように、変流器４２が、インバータ部１３の出力電流に代えて、交流電源３２からコンバータ部１１に供給される入力電流を検出するように配置された構成となっている。
【００４５】
以上のような構成としても、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００４７】
すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、図４に示すように、整流回路４４を省略し、更に変流器４２が、インバータ部１３の出力電流に代えて、コンバータ部１１から供給される直流電流を検出するように配置された構成となっている。
【００４８】
以上のような構成としても、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
図５は第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００５０】
すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、変流器４２、整流回路４４、および半導体スイッチ４３に代えて、ダイオード４１に並列に接続され、直流電圧をインピーダンス４５を介してダイオード４１に順方向に供給する直流電源４６を備えている。
【００５１】
また、ダイオード４１と直流電源４６との間には、オフ状態の制御入力を受けたときに、直流電源４６からの直流電圧の供給を遮断する自己消弧型素子４７を備えている。
【００５２】
更に、図示しない短絡時制御装置は、直流短絡を検出したとき、オン状態の制御入力に代えて、オフ状態の制御入力を自己消弧型素子４７に与える機能をもっている。
【００５３】
以上のような構成としても、直流短絡が発生した場合、自己消弧型素子４７がオフとされることにより、直流コンデンサ１２から流出する放電電流を抑制することができ、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態は、直流電源４６のみがダイオード４１に直流電流を流す場合について説明したが、これに限らず、本実施の形態に係る直流電源４６、インピーダンス４５及び自己消弧型素子４７からなる電源回路を、上述したとおり、図１、図３または図４に示すダイオード４１に順方向に直流電流を供給するように並列接続し、直流電源４６と変流器４２との両者でダイオード４１に直流電流を流す構成に変形しても、本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５５】
（第５の実施の形態）
図６は第５の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００５６】
すなわち、本実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であり、中性点クランプ型インバータへの適用を図るものであって、具体的には図６に示すように、インバータ部１３に代えて、コンバータ部１１からの正側供給ラインＰ１および負側供給ラインＮ１に接続され、且つ両ラインＰ１、Ｎ１間に接地（中性点）ラインＧ１を有する中性点クランプ型インバータ部１６を備えている。
【００５７】
これに伴い、保護装置４０は、前述同様の構成を有するものの、正側供給ラインＰ１と接地ラインＧ１との間（以下、正側ともいう）に設置された正側保護装置（＃ａ）と、負側供給ラインと接地ラインＧ１との間（以下、負側ともいう）に配置された負側保護装置４０（＃ｂ）との２つの装置として設けられている。なお、（＃ａ）の添字は正側に属する要素を示し、（＃ｂ）の添字は負側に属する要素を示している。
【００５８】
ここで、正側保護回路４０（＃ａ）は、前述した通りに接続されたダイオード４１（＃ａ）、変流器４２（＃ａ）、半導体スイッチ４３（＃ａ）、整流回路４４（＃ａ）およびインピーダンス４５（＃ａ）からなる構成を備えている。
【００５９】
変流器４２（＃ａ）は、正側供給ラインＰ１に設けられ、正側供給ラインＰ１の電流を検出するとともに、この検出結果に応じて２次電流を半導体スイッチ４３（＃ａ）を介して整流回路４４（＃ａ）に出力する。
【００６０】
一方、負側保護回路４０（＃ｂ）は、前述同様にダイオード４１（＃ｂ）、変流器４２（＃ｂ）、半導体スイッチ４３（＃ｂ）、整流回路４４（＃ｂ）およびインピーダンス４５（＃ｂ）からなる構成を備えるが、極性の関係により、各要素４１（＃ｂ）〜４５（＃ｂ）の配置が若干異なっている。
【００６１】
すなわち、ダイオード４１（＃ｂ）は、アノードが正側主回路部１０（＃ａ）のダイオード４１（＃ａ）のカソードに接続されている。すなわち、負側のダイオード４１（＃ｂ）のアノード側は接地されている。
【００６２】
また、ダイオード４１（＃ｂ）のカソードは、直流コンデンサ１２（＃ｂ）の正側端子に接続されている。直流コンデンサ１２（＃ｂ）の負側端子は、コンバータ部１１の負側供給ラインＮ１に接続されている。
【００６３】
また、この負側供給ラインＮ１には、変流器４２（＃ｂ）が設けられている。この変流器４２（＃ｂ）は、負側供給ラインＮ１の電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を半導体スイッチ４３（＃ｂ）を介して整流回路４４（＃ｂ）に出力するものである。
【００６４】
整流回路４４（＃ｂ）は、ダイオード４１（＃ｂ）に並列に接続されており、変流器４２（＃ｂ）から出力された２次電流を整流し、得られた直流電流ｉ２’をインピーダンス４５（＃ｂ）を介してダイオード４１（＃ｂ）の順方向に直流電流ｉｄ’を供給可能となっている。
【００６５】
なお、ダイオード４１（＃ｂ）を流れる順方向電流、および半導体スイッチ４３（＃ｂ）は、前述同様のものである。
【００６６】
更に、図示しない短絡時制御装置は、前述した機能に加え、直流短絡の発生を検知したとき、オン状態の制御入力を半導体スイッチ４３（＃ａ）または半導体スイッチ４３（＃ｂ）に与える機能をもっている。この短絡時制御装置は、中性点クランプ型インバータ部１６の前段側に配置される。
【００６７】
以上のような構成としても、直流短絡が発生した場合、ダイオード４１（＃ａ）およびダイオード４１（＃ｂ）の少なくとも一方がオフ（順方向バイアス以下）とされることにより、正側または負側の直流コンデンサ１２（＃ａ）、１２（＃ｂ）あるいはその両方１２（＃ａ、＃ｂ）から流出する放電電流を抑制することができ、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形しても同様に実施できるものである。
【００６９】
すなわち、変流器４２（＃ａ、＃ｂ）を交流電源３２とコンバータ部１１との間に設ける、あるいは、変流器４２（＃ａ、＃ｂ）を中性点クランプ型インバータ部１６と負荷３３との間に設けても、上記と同様な効果を得ることができる。
【００７０】
（第６の実施の形態）
図７は第６の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００７１】
すなわち、本実施の形態は、第５の実施の形態に第４の実施の形態を適用させた変形例であり、具体的には図７に示すように、正側および負側保護装置４０（＃ａ、＃ｂ）がそれぞれ、第４の実施の形態に示した如く、直流電源４６（＃ａ、＃ｂ）、インピーダンス４５（＃ａ、＃ｂ）、ダイオード４１（＃ａ、＃ｂ）及び自己消弧型素子４７（＃ａ、＃ｂ）からなる閉ループ回路として構成されている。
【００７２】
なお、図示しない短絡時制御装置は、前述同様に、直流短絡の発生を検知したとき、オフ状態の制御入力を自己消弧型素子４７（＃ａ）または自己消弧型素子４７（＃ｂ）に与える機能をもっている。この短絡時制御装置は、中性点クランプ型インバータ部１６の前段側に配置される。
【００７３】
以上のような構成としても、直流短絡が発生した場合、自己消弧型素子４７（＃ａ）および自己消弧型素子４７（＃ｂ）の少なくとも一方がオフとされることにより、正側または負側の直流コンデンサ１２（＃ａ）、１２（＃ｂ）、あるいはその両方１２（＃ａ、＃ｂ）から流出する放電電流を抑制することができ、第４および第５の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７４】
なお、本実施の形態は、正側および負側で２つの直流電源４６（＃ａ）、４６（＃ｂ）を設けた場合について説明したが、これに限らず、両直流電源４６（＃ａ）、４６（＃ｂ）を共通化し、インピーダンス４５（＃ａ、＃ｂ）、ダイオード４１（＃ａ、＃ｂ）および自己消弧型素子４７（＃ａ、＃ｂ）からなる２つの閉ループを電気的に並列化した構成に変形しても同様の作用効果を得ることができ、更に保護装置４０（＃ａ、＃ｂ）の省スペース化を図ることができる。
【００７５】
（第７の実施の形態）
図８は第７の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【００７６】
すなわち、本実施の形態は、第４の実施の形態の変形例であり、図８に示すように、自己消弧型素子４７を省略し、通常時にインピーダンス４５からダイオード４１に至る接続を、直流短絡時にインピーダンス４５から直流電源４６の負側に切替可能なバイパススイッチ５０を備えている。
【００７７】
以上のような構成によれば、通常時には、直流電源４６の正側供給ラインｐ１にインピーダンス４５が接続され、更にこのインピーダンス４５がダイオード４１のアノード側に接続され、このダイオード４１のカソード側に直流電源４６の負側供給ラインｎ１が接続されている。
【００７８】
また、直流短絡の検出時には、バイパススイッチ５０により、インピーダンス４５とダイオード４１との間が切断されるとともに、インピーダンス４５と負側供給ラインｎ１とが直接接続され、直流電源４６から出力される電流をダイオード４１に供給せずに直流電源４６の負側にバイパスさせる。
【００７９】
このように、直流短絡が発生した場合、ダイオード４１に流れていた電流をバイパスさせるので、直流コンデンサ１２から流出する放電電流を抑制することができ、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直流短絡時において直流コンデンサの放電を抑制でき、インバータの破壊を防止できる電力変換装置を提供できる。
【００８２】
また、直流短絡からの復旧の際に、保護用の回路部品の交換を不要とし、迅速に運転を再開できる電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図２】第１の実施の形態に係る電力変換装置の直流短絡発生時における主回路内電流の時間変化を示すタイミングチャート。
【図３】第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図４】第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図５】第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図６】第５の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図７】第６の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図８】第７の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図。
【図９】従来の保護手法を用いた電力変換装置の構成例を示す回路図。
【符号の説明】
１０…主回路部、
１１…コンバータ部、
１２…直流コンデンサ、
１３…インバータ部、
１６…中性子点クランプ型インバータ部、
２１、２２…アームヒューズ、
２３、２４…直流リアクトル、
３２…交流電源、
３３…負荷、
４０…保護装置、
４１…ダイオード、
４２…変流器、
４３…半導体スイッチ、
４４…整流回路、
４５…インピーダンス、
４６…直流電源、
４７…自己消弧型素子、
５０…バイパススイッチ。

Claims (7)

1. 直流電源に対して、直流コンデンサと、前記直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、
   前記直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、前記直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、
   前記インバータの出力電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する変流器と、
   前記ダイオードに並列に接続され、前記変流器により出力された２次電流を整流し、得られた直流電流をインピーダンスを介して前記ダイオードに順方向に供給する整流回路と、
   前記変流器と前記整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、前記変流器により出力された２次電流を短絡させるスイッチ回路と、
   直流短絡を検出したとき、前記オン状態の制御入力を前記スイッチ回路に与える短絡時制御手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記直流電源は、交流電源から供給される交流電圧を変換し、得られた直流電圧を前記直流コンデンサに供給するコンバータであり、
   前記変流器は、前記インバータの出力電流に代えて、前記交流電源から前記コンバータに供給される入力電流を検出することを特徴とする電力変換装置。
3. 直流電源に対して、直流コンデンサと、前記直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、
   前記直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、前記直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、
   前記ダイオードに並列に接続され、前記直流電源から供給される直流電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を、インピーダンスを介して前記ダイオードの順方向に出力する変流器と、
   前記変流器と前記ダイオードとの間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、前記変流器により出力された２次電流を短絡させるスイッチ回路と、
   直流短絡を検出したとき、前記オン状態の制御入力を前記スイッチ回路に与える短絡時制御手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
4. 直流電源に対して、直流コンデンサと、前記直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換するインバータとをそれぞれ並列に接続してなる電力変換装置において、
   前記直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、前記直流電源の負側供給ラインにカソードが接続されたダイオードと、
   前記ダイオードに並列に接続され、直流電圧をインピーダンスを介して前記ダイオードに順方向に供給する電源回路と、
   前記ダイオードと前記電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、前記電源回路による直流電圧の供給を遮断する遮断回路とを備え、
   直流短絡を検出したとき、前記オフ状態の制御入力を前記遮断回路に与える短絡時制御手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項４に記載の電力変換装置において、
   前記遮断回路に代えて、前記電源回路と前記ダイオードとの間に接続され、前記オフ状態の制御入力を受けたとき、前記電源回路から供給される直流電流を前記ダイオードに供給せずに前記電源回路の負側にバイパスさせるバイパス手段を備え、
   前記短絡時制御手段は、直流短絡を検出したとき、前記オフ状態の制御入力を前記バイパス手段に与えることを特徴とする電力変換装置。
6. 直流電圧を供給する直流電源と、
   前記直流電源の正側供給ラインに接続され、前記直流電源から供給される正側の直流電圧を平滑化する第１の直流コンデンサと、
   前記直流電源の負側供給ラインに接続され、前記直流電源から供給される負側の直流電圧を平滑化する第２の直流コンデンサと、
   前記第１および第２の直流コンデンサの直流回路に並列に接続され、前記直流電源から供給される正側および負側の直流電圧を交流電圧に変換する接地された中性点クランプ型インバータと、
   前記第１の直流コンデンサの負側端子にアノードが接続され、カソードが接地された第１のダイオードと、
   前記直流電源の正側供給ラインに接続され、前記正側供給ラインを流れる電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する第１の変流器と、
   前記第１のダイオードに並列に接続され、前記第１の変流器から出力された２次電流を整流し、得られた直流電流を第１のインピーダンスを介して前記第１のダイオードに順方向に供給する第１の整流回路と、
   前記第１の変流器と前記第１の整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、前記第１の変流器により出力された２次電流を短絡させる第１のスイッチ回路と、
   前記第２の直流コンデンサの正側端子にカノードが接続され、アノードが接地された第２のダイオードと、
   前記直流電源の負側供給ラインに接続され、前記負側供給ラインを流れる電流を検出し、この検出結果に応じて２次電流を出力する第２の変流器と、
   前記第２のダイオードに並列に接続され、前記第２の変流器から出力された２次電流を整流し、得られた直流電流を第２のインピーダンスを介して前記第２のダイオードに順方向に供給する第２の整流回路と、
   前記第２の変流器と前記第２の整流回路との間に接続され、オン状態の制御入力を受けたとき、前記第２の変流器により出力された２次電流を短絡させる第２のスイッチ回路と、
   直流短絡を検出したとき、前記オン状態の制御入力を前記第１および第２のスイッチ回路のうち少なくとも一方に与える短絡時制御手段と
   を備えたことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置において、
   前記第１ならびに第２の変流器、前記第１ならびに第２の整流回路、および前記第１ならびに第２のスイッチ回路に代えて、
   前記第１のダイオードに並列に接続され、直流電圧を前記第１のインピーダンスを介して前記第１のダイオードに順方向に供給する第１の電源回路と、
   前記第１のダイオードと前記第１の電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、前記第１の電源回路による直流電圧の供給を遮断する第１の遮断回路と、
   前記第２のダイオードに並列に接続され、直流電圧を前記第２のインピーダンスを介して前記第２のダイオードに順方向に供給する第２の電源回路と、
   前記第２のダイオードと前記第２の電源回路との間に接続され、オフ状態の制御入力を受けたとき、前記第２の電源回路による直流電圧の供給を遮断する第２の遮断回路とを備え、
   前記短絡時制御手段は、直流短絡を検出したとき、前記オン状態の制御入力に代えて、前記オフ状態の制御入力を前記第１および第２の遮断回路のうち少なくとも一方に与えたことを特徴とする電力変換装置。

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