JP4882266B2 - 交流−交流変換装置 - Google Patents
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Description
図4において、1、2はフィルタコンデンサ、3、4はリアクトル、5〜8は半導体スイッチング素子、9〜12はダイオード、14、15は平滑コンデンサである。
フィルタコンデンサ1、リアクトル3、スイッチング素子5、6、ダイオード9、10、平滑コンデンサ15、15からなる回路はハーフブリッジ構成による整流回路としてよく知られており、スイッチング素子5、6のスイッチングにより交流を直流に変換する。また、フィルタコンデンサ2、リアクトル4、スイッチング素子7、8、ダイオード11、12、平滑コンデンサ14、15からなる回路はハーフブリッジ構成によるインバータとしてよく知られており、スイッチング素子7、8のスイッチングにより直流を交流に変換する。
この交流−交流変換装置は、下記のように用いられている。
(1)交流入力の電圧変動または周波数変動を補償し、一定電圧、一定周波数の交流電力を負荷に供給する。
(2)交流入力の停電時に、図示しない蓄電手段により直流電力を供給することにより無停電化された交流電力を負荷に供給する。
・蓄電手段はほとんどの場合蓄電池や大容量コンデンサ等の直流電圧源であり、充電および放電を行うには直流回路がある方が好都合である。
・入力の変動や停電時の蓄電手段への切替えによって発生するじょう乱が直流回路によって吸収されるので、出力電圧の変動防止が容易であり、入力変動補償装置としての信頼性が高い。
整流回路において交流入力電流の極性が正の場合を例に取ると、その経路は交流入力端子の一端→リアクトル3→ダイオード9→平滑コンデンサ14→入力端子の他端、あるいは入力端子の一端→リアクトル3→スイッチング素子6→平滑コンデンサ15→入力端子の他端であり、電流経路上に半導体素子がかならず1個存在する。また、インバータにおいて交流出力電流が正の場合を例に取ると、その経路はコンデンサ14→スイッチング素子7→リアクトル4→交流出力の一端→負荷(記載されていない)→交流出力の他端→平滑コンデンサ14、あるいは平滑コンデンサ15→ダイオード12→リアクトル4→交流出力の一端→負荷(記載されていない)→交流出力の他端→平滑コンデンサ15であり、電流経路上に半導体素子がかならず1個存在する。
以下に本装置の第1の動作方法を説明する。
図1において、入力電流をI1、出力電流をI2とする。たとえば、IGBT5とIGBT7が同時にオンしているタイミングにおいて双方向スイッチ13をオンする。リアクトル3からリアクトル4に至る電流の経路としてはリアクトル3→ダイオード9→IGBT7→リアクトル4とリアクトル3→双方向スイッチ13→リアクトル4の2つが存在するが、前者は半導体素子2個が経路上に存在するのに対し、後者は双方向スイッチ13に図2(a)の回路を用いた場合、半導体素子としては逆阻止IGBT1個である。したがっておおよそI1とI2の値が小さい方に等しい電流が13を流れ、導通にともなう半導体素子の損失は逆阻止IGBT1個分のみとなる。またI1とI2の差分についてはI1>I2の場合、差電流がダイオード9を通って平滑コンデンサ14を充電し、I1<I2の場合には差電流がIGBT7を通って平滑コンデンサ14から放電される。
以上は、交流入力電源の極性が正極性で、入力電流I1、出力電流I2が図1の矢印の方向の場合の例で説明したが、交流入力電源の極性が負極性で、入力電流I1、出力電流I2が図1の矢印と逆方向の場合の例では、IGBT6とIGBT8が同時にオンしているタイミングにおいて双方向スイッチ13をオンすることにより、同様の効果が得られる。
以下に本装置の第2の動作方法を述べる。
交流−交流変換装置においては、交流入力電圧および周波数が、交流出力電圧に要求される規定の範囲内にあるときには、交流入力を直接交流出力に供給してもかまわない場合が多い。この場合、IGBT5〜8のスイッチング動作を停止してオフ状態とし、双方向スイッチ13を連続的にオンさせることでこれを実現できる。このとき、導通損失の低減に加え、スイッチングを行わないことによりスイッチング損失が発生しなくなり、一層の損失低減効果が得られる。交流入力が規定値内のときに交流出力に電力を直送することは常時商用方式の無停電電源装置等で一般的に行われている手法であるが、本回路においては入力が規定値を逸脱した場合、半導体素子のスイッチングサイクル程度の時間(通常数10μs)で通常運転に復帰でき、その間のじょう乱はコンデンサ1,2,リアクトル3,4からなるフィルタにより除去されるため、常時商用給電方式と異なり、交流出力にじょう乱が生じないという長所がある。
3、4、34〜36、65〜67・・・リアクトル
5〜8、23〜26、37〜42、53〜58・・・IGBT
9〜12、27〜30、43〜48、59〜64・・・ダイオード
14,15、52・・・平滑コンデンサ
13、49〜51・・・双方向スイッチ
21,22・・・逆阻止IGBT
Claims (1)
- 半導体スイッチング素子にダイオードを逆並列接続した半導体スイッチの直列接続回路を構成要素とし半導体スイッチのスイッチング動作により交流を直流に変換するいわゆる順変換器と、半導体スイッチの直列回路を構成要素とし半導体スイッチのスイッチング動作により直流を交流に変換するいわゆる逆変換器と、により構成され、かつ前記順変換器の直流出力と前記逆変換器の直流入力とを共通接続した、いわゆる交流−交流変換装置において、
順電圧降下が前記順変換器の半導体素子1個分と前記逆変換器に用いる半導体素子1個分との和より小さい逆阻止形半導体スイッチ素子を逆並列接続した、順逆両方向の電流の導通、遮断を制御可能ないわゆる双方向スイッチを、前記順変換器内の半導体スイッチの直列接続点のいずれかと、上記逆変換器内の半導体スイッチの直列接続点のいずれかとの間に、少なくとも1個接続し、前記順変換器の交流入力の電圧および周波数が規定の範囲内であるときには前記順変換器および前記逆変換器のスイッチング動作を停止し、かつ前記双方向スイッチを連続的に導通させるに際し、前記双方向スイッチは、前記順変換器および前記逆変換器の同相の半導体スイッチが共にオンになった後にオンし、さらに前記同相の半導体スイッチのいずれかがオフする前にオフすることを特徴とする交流−交流変換装置。
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