JP3958964B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭコンバータの適用範囲を拡大した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＰＷＭコンバータから成る電力変換装置の構成を図７に示す。同図に示すように、この電力変換装置は、自己消弧形素子３と、逆並列接続された非可制御素子であるフリーホイールダイオード５’とから成るＰＷＭ回路１’を用いて構成されている。直流電圧が低い場合のラッシュ電流を抑制するため限流抵抗１５を挿入する回路が設けられており、回路切り替え器１４により始動時および瞬時停電後の再始動時等には回路の切り替えが行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、逆並列接続された非可制御素子５’の存在により、直流出力電圧は交流入力電圧の波高値以下には制御できない。また始動時および瞬時停電後の再始動時のように直流電圧が低い場合に限流抵抗１５を挿入して直流電圧の上昇を待つ必要があるため、迅速な起動が不可能である。更に、交流入力側や直流出力側で短絡が発生した場合に電流を遮断する能力がないため、自己消弧形素子３の破損等に伴う交流電源短絡事象やクローバスイッチによる保護回路を持つ負荷に対応できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記問題を解消するためになされたもので、出力電圧制御範囲を交流入力電圧の波高値以下まで拡大し、直流電圧の値に関わらず運転が可能で、交流入力短絡やクローバスイッチ負荷にも対応可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、自己消弧形素子で構成する逆変換回路と整流用素子で構成する整流回路とを並列接続したＰＷＭコンバータから成る電力変換装置において、整流用素子を可制御素子で構成し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値以下の場合は、逆変換回路を停止させるとともに、整流回路の可制御素子を位相制御動作させて直流出力電圧を制御し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値を超過する場合は、整流回路の可制御素子を常時オンとするとともに、逆変換回路を稼動させて直流出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、回路の素子数を増加させることなく出力電圧制御範囲を交流入力電圧の波高値以下まで拡大し、直流電圧の値に関わらず運転を可能とすることができる。
【０００７】
また、本発明は、自己消弧形素子で構成する逆変換回路と整流用素子で構成する整流回路とを並列接続したＰＷＭコンバータから成る電力変換装置において、整流回路の正側若しくは負側の整流用素子を可制御素子で構成し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値以下の場合は、逆変換回路を停止させるとともに、整流回路の可制御素子を位相制御動作させて直流出力電圧を制御し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値を超過する場合は、整流回路の可制御素子を常時オンとするとともに、逆変換回路を稼動させて直流出力電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、回路の素子数を増加させることなく出力電圧制御範囲を交流入力電圧の波高値以下まで拡大し、直流電圧の値に関わらず運転を可能とするとともに、整流回路に供給する信号の点数を半減させ、装置構成を簡素化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を図１に示す。同図に示すように、この実施形態は、自己消弧形素子３で構成する逆変換回路１と整流用素子としての可制御素子４で構成する整流回路２とを並列接続したＰＷＭコンバータから成り、装置の停止状態ではゲート信号生成回路２０から出力されるＰＷＭゲート信号６、整流回路ゲート信号７ともに休止状態にある。交流入力から直流出力に至る電路には可制御素子４が介在するため、交流入力が印加されている場合でも直流出力電圧を零に保つことができる。
【００１１】
次に装置の運転状態では、直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値を超過するか否かで動作が異なる。直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値以下の場合は、ゲート信号生成回路２０は整流回路ゲート信号７のみ供給し、整流回路２の可制御素子４を位相角制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値を超過する場合は、ゲート信号生成回路２０はＰＷＭゲート信号６を直流出力電圧の目標値に応じて供給するとともに、整流回路ゲート信号７を常時オンとして供給することで、可制御素子４を通常のＰＷＭコンバータにおけるフリーホイールダイオード５’と同様に機能させる。
【００１２】
本実施の形態によれば、回路の素子数を増加させることなく直流出力電圧を交流入力電圧の波高値以下の任意の値に制御できる。また従来の構成における回路切り替え器１４および限流抵抗１５が不要となるとともに、限流抵抗１５経由で出力部のコンデンサが充電されるまでの待ち時間も不要となる。
【００１３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図１との相違は、図２（ｂ）、若しくは（ａ）に示すように、整流回路２を構成する正側、若しくは負側の可制御素子４が非可制御素子５に置換されていることである。そして、直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値以下の場合は、正側・負側一方の可制御素子４を制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。これにより整流回路ゲート信号７の点数が半減し、装置構成を簡素化できる。
【００１４】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成を図３に示す。図１との相違は交流入力電圧の低下を検出する交流電圧低下検出器８、および直流出力電圧の低下を検出する直流電圧低下検出器９の存在である。系統事故等で交流入力電圧が低下した場合、これを検出した交流電圧低下検出器８の検出信号によりゲート信号生成回路２０はＰＷＭゲート信号６および整流回路ゲート信号７の供給を停止する。次に交流入力電圧が復旧し交流電圧低下検出器８の信号が復帰した時に、直流電圧低下検出器９の検出信号が存在する間は、ゲート信号生成回路２０は整流回路ゲート信号７のみ供給し、整流回路２の可制御素子４を位相角制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。直流電圧低下検出器９の信号が復帰するとゲート信号生成回路はＰＷＭゲート信号６を直流出力電圧の目標値に応じて供給すると共に、整流回路ゲート信号７を常時オンとして供給することで、可制御素子４を通常のＰＷＭコンバータにおけるフリーホイールダイオード５’と同様に機能させる。
【００１５】
本実施の形態によれば、停電発生とそれに伴う直流出力電圧低下という過渡事象からの復帰に際し、限流抵抗１５経由で出力部のコンデンサが充電されるまでの待ち時間が不要となり、装置を迅速に再起動することができる。
【００１６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を図４（ａ）、（ｂ）に示す。図３との相違は、図４（ｂ）、若しくは（ａ）に示すように、整流回路２を構成する正側、若しくは負側の可制御素子４が非可制御素子５に置換されていることである。そして、直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値以下の場合は、正側・負側一方の可制御素子４を制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。これにより整流回路ゲート信号７の点数が半減し、装置構成を簡素化できる。
【００１７】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置の構成を図５に示す。図１との相違は、直流電圧の低下を検出する直流電圧低下検出器９、負荷インバータ１０、電流検出器１１、直流過電流を検出する直流過電流検出器１２、クローバスイッチ１３の存在である。直流部に過電流が流れた場合、直流過電流検出器１２はこれを検出して信号を出力し、負荷インバータ１０に流入する電流を分流するためクローバスイッチ１３を動作させる。同時に直流過電流検出器１２はゲート信号生成回路２０に指令してＰＷＭゲート信号６および整流回路ゲート信号７を停止させ、交流側からの電流流入を遮断する。次にクローバスイッチ１３が復帰した時に、直流電圧低下検出器９の検出信号が存在する間は、ゲート信号生成回路２０は整流回路ゲート信号７のみ供給し、整流回路２の可制御素子４を位相角制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。直流電圧低下検出器９の信号が復帰するとゲート信号生成回路２０はＰＷＭゲート信号６を直流出力電圧の目標値に応じて供給すると共に、整流回路ゲート信号７を常時オンとして供給することで、可制御素子４を通常のＰＷＭコンバータにおけるフリーホイールダイオード５’と同様に機能させる。
【００１８】
本実施の形態によれば、クローバスイッチを備えた負荷に対してＰＷＭコンバータを適用することが可能となる。
【００１９】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置の構成を図６（ａ）、（ｂ）に示す。図５との相違は図６（ｂ）、若しくは（ａ）に示すように、整流回路２を構成する正側、若しくは負側の可制御素子４が非可制御素子５に置換されていることである。そして、直流出力電圧の目標値が交流入力電圧の波高値以下の場合は、正側・負側一方の可制御素子４を制御動作させることにより直流出力電圧を制御する。これにより整流回路ゲート信号７の点数が半減し、装置構成を簡素化できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば出力電圧制御範囲を交流入力電圧の波高値以下まで拡大し、直流電圧の値に関わらず運転が可能で、交流入力短絡やクローバスイッチ負荷にも対応可能な電力変換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図２】 本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図３】 本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図４】 本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図５】 本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図６】 本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図７】 従来の電力変換装置の構成図。
【符号の説明】
１…逆変換回路
２…整流回路
３…自己消弧形素子
４…可制御素子
５…非可制御素子
６…ＰＷＭゲート信号
７…整流回路ゲート信号
８…交流電圧低下検出回路
９…直流電圧低下検出回路
１０…負荷インバータ
１１…電流検出器
１２…直流過電流検出器
１３…クローバスイッチ
１４…回路切り替え器
１５…限流抵抗
２０…ゲート信号生成回路

Claims (4)

1. 自己消弧形素子で構成する逆変換回路と整流用素子で構成する整流回路とを並列接続したＰＷＭコンバータから成る電力変換装置において、前記整流用素子を可制御素子で構成し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値以下の場合は、前記逆変換回路を停止させるとともに、前記整流回路の可制御素子を位相制御動作させて直流出力電圧を制御し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値を超過する場合は、前記整流回路の可制御素子を常時オンとするとともに、前記逆変換回路を稼動させて直流出力電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 自己消弧形素子で構成する逆変換回路と整流用素子で構成する整流回路とを並列接続したＰＷＭコンバータから成る電力変換装置において、前記整流回路の正側若しくは負側の整流用素子を可制御素子で構成し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値以下の場合は、前記逆変換回路を停止させるとともに、前記整流回路の可制御素子を位相制御動作させて直流出力電圧を制御し、直流出力電圧の目標値が交流入力の波高値を超過する場合は、前記整流回路の可制御素子を常時オンとするとともに、前記逆変換回路を稼動させて直流出力電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、交流入力電圧の低下を検出する第１の手段と、直流出力電圧の低下を検出する第２の手段と、前記第１の手段により交流入力電圧の低下を検出した場合には、前記逆変換回路と前記整流回路の両方を停止させ、前記第１の手段による交流入力電圧の低下が検出されなくなった時に前記第２の手段により直流出力電圧の低下を検出している間は、前記逆変換回路を停止させると共に前記整流回路の可制御素子を位相制御動作させるように切り替える第３の手段とを備えることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の電力変換装置において、直流出力側に接続される負荷インバータと、直流出力電圧の低下を検出する第２の手段と、直流部の過電流を検出する第４の手段と、前記第４の手段の信号により直流回路を短絡する第５の手段と、前記第５の手段が動作している場合には、前記逆変換回路と前記整流回路の両方を停止させ、前記第５の手段による短絡動作が解除された時に前記第２の手段により直流出力電圧の低下を検出している間は、前記逆変換回路を停止させると共に前記整流回路の可制御素子を位相制御動作させるように切り替える第６の手段とを備えることを特徴とする電力変換装置。

Images