JP3637741B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御などに基づいて高周波スイッチングを行う半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成される、例えばＰＷＭインバータなどの電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電力変換装置として、図６はＰＷＭインバータの従来例を示す回路構成図である。
図６において、１は直流電源回路を構成する整流電源、２は直流電源回路を構成する電解形コンデンサ、３は図示の如くトランジスタとダイオートとを逆並列接続した複数組の半導体スイッチなどから構成される電力変換回路をそれぞれ示し、この電力変換装置は、図示しない制御回路でＰＷＭ制御された前記半導体スイッチの駆動信号に基づき入力される前記直流電源回路の直流電圧を電力変換回路３により所望の周波数，電圧の交流電圧に変換して出力する、周知の技術によるＰＷＭインバータである。
【０００３】
前記半導体スイッチのＰＷＭ制御に伴って、ＰＷＭのキャリア信号（例えば、１ＫＨｚの三角波）の基本波とその高調波の周波数の電流が前記直流電源回路にも流れるが、該直流電源回路の平滑用に供される電解形コンデンサ２が低周波領域（数百Ｈｚ以下）のみに作用する周波数特性を有しているので、結果として電解形コンデンサ２に流れるＰＷＭ制御に伴う電流は僅かであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＰＷＭインバータなどの電力変換装置において、近年、該装置の長寿命化，メインテナンスフリー等の要請から、前記直流電源回路の平滑用の電解形コンデンサに代えて、油浸コンデンサまたはプラスチックフィルムコンデンサ（以下、これらのコンデンサを巻回形コンデンサとも称する）を備える電力変換装置が増加している。
【０００５】
このとき、電力変換装置が必要とした電解形コンデンサの容量と等しくするためには、巻回形コンデンサを複数個並列接続して対応していた。
しかしながら、巻回形コンデンサは従来の平滑用に採用されていた電解形コンデンサに比して周波数特性が広いため、前述のＰＷＭ制御に伴う電流がこのコンデンサに流れ、このとき、図５の回路構成図に示すように電力変換器３から油浸コンデンサまたはプラスチックフィルムコンデンサからなる巻回形コンデンサ４，５への経路の配線が有する等価インダクタンス（図示のｌ1 ，ｌ2 ，ｌ3 ）と、巻回形コンデンサ４，５の容量とに基づく共振周波数が、前記キャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれかと一致すると、巻回形コンデンサ４，５に流れるこの周波数の電流が増大し、その結果、該コンデンサの内部損失が増大して温度上昇を招き、最悪の場合には、該コンデンサの特性が劣化する又は該コンデンサが焼損する恐れがあった。
【０００６】
この発明の目的は上記問題点を解決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】
半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成される電力変換装置において、
第１の発明は、前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサから前記電力変換回路への経路の接続導体に、該接続導体が有するインダクタンスを調整できる手段を備える。
【０００８】
第２の発明は前記電力変換装置において、前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサに、該コンデンサが有する内部インダクタンスを調整できる手段を備える。
【０００９】
第３の発明は前記電力変換装置において、前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサから前記電力変換回路への経路の接続導体を、該接続導体の中央部が低抵抗の導体、周辺部が高抵抗の導体からなる複合導体とする。
第４の発明は前記電力変換装置において、前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサに、該コンデンサが有する内部直列抵抗値を調整できる手段を備える。
【００１０】
この第１，第２の発明は、前記共振周波数を前記キャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれかとも異なった値に調整することができる。
また、第３，第４の発明は前記半導体スイッチのＰＷＭ制御に基づいて、例えば、前記共振周波数が前記キャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれかと同じ値になったときにも、前記コンデンサに流れる電流を軽減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電力変換装置の回路構成図であり、図５，６に示した回路と同一機能を有するものには同一符号を付している。
すなわち図１においては、整流電源１，電力変換回路３，巻回形コンデンサ４，５の他に、巻回形コンデンサ４，５から電力変換器３への経路の接続導体それぞれに、該導体のインダクタンスの調整手段６ａ，６ｂ，６ｃを備えている。
【００１２】
この調整手段６ａ，６ｂ，６ｃは、例えば、別個に製作した僅かなインダクタンスのリアクトルを前記接続導体に挿設する、または前記接続導体の形状を変える、または１個若しくは複数個のフェライトリングに前記接続導体を貫通させるなどで具現できる。
すなわちインダクタンスの調整手段６ａ，６ｂ，６ｃにより、前記接続導体の調整されたインダクタンスと巻回形コンデンサ４，５の総容量とに基づく共振周波数が、ＰＷＭ制御のキャリア信号（例えば、１ＫＨｚの三角波）の基本波とその高調波の周波数（２ＫＨｚ、３ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ・・・）のいずれかとも一致しないようにして、前記ＰＷＭ制御に基づく電流が巻回形コンデンサ４，５に流れるのを抑制することができる。
【００１３】
また、この発明の第２の実施例として、図５に示した回路構成図の巻回形コンデンサ４，５それぞれの内部で、該コンデンサが有するインダクタンスを調整するためにコンデンサ本体と外部接続端子間の配線の長さ又は配線の形状を変えるようにする。この第２の実施例の作用も上述の第１の実施例と同じである。
図２は、この発明の第３の実施例を示す断面構成図であり、図５の回路構成図に示した巻回形コンデンサ４，５から電力変換器３への経路の接続導体の一部分の具体的な構造を示している。
【００１４】
図２において、１１は銅バーなどの接続導体、１２は接続導体１１の表面を覆う絶縁物、１３は鉄心などの磁性体を示し、接続導体１１に電流が流れることにより磁性体１３に渦電流が発生する。この渦電流損は接続導体１１に流れる電流の周波数が高い程大きな値となるので、その結果、前記ＰＷＭ制御に基づく高周波成分の電流が巻回形コンデンサ４，５に流れるのを抑制することができる。
【００１５】
図３は、この発明の第４の実施例を示す断面構成図であり、図５の回路構成図に示した巻回形コンデンサ４，５から電力変換器３への経路の接続導体の具体的な構造を示している。
図３において、２１は比較的抵抗値の小さい導体、２２は比較的抵抗値の大きい導体を示し、前記ＰＷＭ制御に基づく高周波成分の電流は表皮効果により導体２２側に流れることにより、該電流が巻回形コンデンサ４，５に流れるのを抑制することができる。
【００１６】
図４は、この発明の第５の実施例を示す模式的構成図であり、図５の回路構成図に示した巻回形コンデンサ４，５それぞれの内部の構成図を示している。
図４において、コンデンサ本体４１から外部接続端子４２，４３への接続線４４の本数，長さ，断面積などにより、該コンデンサの内部抵抗値を調整して、前記ＰＷＭ制御に基づく高周波成分の電流が巻回形コンデンサ４，５に流れるのを抑制することができる。
【００１７】
また、接続線４４に意図的に太い線径の電線を用いることにより、この電線の表皮効果を利用して、前記ＰＷＭ制御に基づく高周波成分に対して抵抗値を大きくするも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、前記共振周波数を前記キャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれかとも異なった値に調整する、または高周波の電流に対する回路抵抗を増大させることにより、前記ＰＷＭ制御に基づく高周波成分の電流が直流回路の平滑用のコンデンサに流れるのを軽減させることができ、その結果、前記コンデンサとしての巻回形コンデンサが小形化でき、この種の電力変換装置の軽量化、小形化、低価格化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す回路構成図
【図２】この発明の第３の実施例を示す断面構成図
【図３】この発明の第４の実施例を示す断面構成図
【図４】この発明の第５の実施例を示す模式的構成図
【図５】この発明の実施例を説明する回路構成図
【図６】従来例を示す回路構成図
【符号の説明】
１…整流電源、２…電解形コンデンサ、３…電力変換回路、４，５…巻回形コンデンサ、６ａ，６ｂ，６ｃ…調整手段、１１…接続導体、１２…絶縁物、１３…磁性体、２１，２２…導体、４１…コンデンサ本体、４２，４３…外部接続端子、４４…接続線。
Claims (4)
- 半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成されてパルス幅変調制御を行なう電力変換装置において、
前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサから前記電力変換回路への経路の接続導体に、該接続導体が有するインダクタンスを調整できる手段を備え、前記接続導体が有するインダクタンスと前記コンデンサの容量とに基づく共振周波数をパルス幅変調制御のキャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれとも異なった値に調整することを特徴とする電力変換装置。 - 半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成されてパルス幅変調制御を行なう電力変換装置において、
前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサに、該コンデンサが有する内部インダクタンスを調整できる手段を備え、前記コンデンサから前記電力変換回路への経路の接続導体が有するインダクタンスと前記コンデンサの容量とに基づく共振周波数をパルス幅変調制御のキャリア信号の基本波および高調波の周波数のいずれとも異なった値に調整することを特徴とする電力変換装置。 - 半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成されてパルス幅変調制御を行なう電力変換装置において、
前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサから前記電力変換回路への経路の接続導体を、該接続導体の中央部が低抵抗の導体、周辺部が高抵抗の導体からなる複合導体としたことを特徴とする半導体電力変換装置。 - 半導体スイッチからなる電力変換回路と直流電源回路とから構成されてパルス幅変調制御を行なう電力変換装置において、
前記直流電源回路の平滑用に設置された複数個のコンデンサに、該コンデンサが有する内部直列抵抗値を調整できる手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
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