JP5502165B2

JP5502165B2 - 電力変換装置及び電源システム

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Publication number: JP5502165B2
Application number: JP2012201388A
Authority: JP
Inventors: 友介椿
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-05-28
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Also published as: JP2014057452A

Description

この発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置及び電源システムに関するものである。

従来の電力変換装置としては、例えば、ＷＯ２００７−１２９４６９号再公表公報（特許文献１）に開示されている技術が知られている。この特許文献１に開示された電力変換装置は、交流電源と、メインコンバータ、サブコンバータ（インバータ回路）、およびフィルタコンデンサ（平滑コンデンサ）によって構成される電力変換器との間に初期充電用抵抗回路が設けられている。この初期充電用抵抗回路は、充電用抵抗に対して小容量のコンタクタ又はリレーをスイッチとして直列接続した回路と、上記直列回路をバイパスする切り替えスイッチとを並列接続した回路であり、上記交流電源から充電用抵抗を介する電流経路により、電力変換装置内部のフィルタコンデンサ（平滑コンデンサ）の初期充電を行なうものである。

このように構成された従来の電力変換装置において、運転停止や事故・過負荷運転での電力変換装置の停止動作時には上記直列回路をバイパスする切り替えスイッチを開極することにより、アーク電圧による電流は、並列接続された充電用抵抗に転流して限流されるため、スイッチ遮断時の断路サージを抑制することができる。

国際公開ＷＯ２００７／１２９４６９号

しかしながら、上記電力変換装置においては、運転停止や事故・過負荷運転などにより電力変換装置が停止した際、電力変換装置内部のフィルタコンデンサ（平滑コンデンサ）とサブコンバータ（単相インバータ回路）の直流電圧源には電荷が充電されたままの状態であって、感電する可能性があり危険であるという問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解決するために成されたもので、電力変換装置内部の直流電圧源に充電された電荷を放電し、その放電エネルギーを充電用抵抗で消費させることにより運転停止時に於ける感電の危険性を排除する電力変換装置及び電源システムを得ることを目的とするものである。

この発明による電力変換装置は、交流電圧電源の電圧を整流する整流回路と、上記整流回路の後段に設けられ、初期充電用スイッチと抵抗とが第１の接続点において接続された直列回路と、上記直列回路に並列接続された充電用スイッチと、上記充電用スイッチと上記抵抗との接続点に一端が接続され、他端が整流素子のアノードと第２の接続点において接続されたリアクトルと、上記リアクトルに上記整流素子を介して接続され、上記整流回路の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、上記第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された短絡用スイッチと、上記第１の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された第１の放電用スイッチと、上記第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの正極に接続された第２の放電用スイッチと、上記初期充電用スイッチ、上記充電用スイッチ、上記短絡用スイッチ、上記第１の放電用スイッチ、及び上記第２の放電用スイッチを制御する制御部と、を備え、
上記制御部は、放電動作開始前に上記充電用スイッチをオフし、所定の時間経過後、上記初期充電用スイッチをオフし、さらに、所定の時間経過後、上記第１の放電用スイッチと上記第２の放電用スイッチをオンして、上記平滑コンデンサに充電された電荷の放電完了を規定する規定電圧まで放電させるものである。

また、この発明による電源システムは、上記電力変換装置の初期充電用スイッチに代えて、上記交流電圧電源と上記整流回路との間に入力電圧を遮断する開閉手段を設け、上記開閉手段を上記制御部により制御するものである。

この発明によれば、上記構成により、動作停止後に電力変換装置内部の直流電圧源に充電された電荷を放電し、その放電エネルギーを充電用抵抗で消費させるので、感電の危険性を排除することができる。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける平滑コンデンサを放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける直流電圧源を放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける平滑コンデンサと直流電圧源に充電された電荷をそれぞれ放電する場合の、放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートであるこの発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける直流電圧源と平滑コンデンサを同時に放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。この発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける平滑コンデンサと直流電圧源に充電された電荷を同時に放電する場合の、放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートである。この発明の実施の形態１の電力変換装置に於ける平滑コンデンサと直流電圧源に充電された電荷をそれぞれ放電する場合と同時放電する場合を組み合わせた場合の、放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートであるこの発明の実施の形態２による電力変換装置の概略構成図である。この発明の実施の形態３による電源システムの概略構成図である。

以下、この発明による電力変換装置及び電源システムの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。図１に示すように、実施の形態１による電力変換装置は、交流入力電源としての交流電圧電源（以下、単に交流電源と称する。）１の後段には、交流電源１の電圧を整流する整流回路であるダイオードブリッジ２、内部ダイオードのアノード同士が接続されるようにＭＯＳＦＥＴ２つの直列接続体で構成される初期充電用スイッチ３が接続され、充電用抵抗４、リアクトル５の順に直列に接続されている。また、電力変換時は充電用抵抗４をバイパスするために、初期充電用スイッチ３と充電用抵抗４とが直列接続された直列回路と並列に充電用イッチ６が接続されている。また、交流電源１と並列に整流電圧検出回路７が設けられおり、リアクトル５の前段に交流電源１からの入力電流値を取得する整流電流検出回路８が設けられている。尚、初期充電用スイッチ３は、半導体スイッチ素子２つを直列接続した構成について図示したが、これに限るものではなく、リレーなどの機械式スイッチなどでも良い。また、充電用スイッチ６は、リレーなどの機械式スイッチによる構成について図示したが、これに限るものではなく、内部ダイオードのアノード同士が接続されるようにＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴを２個直列接続した直列接続体で構成しても良い。

リアクトル５の後段には、インバータ回路９が接続されている。インバータ回路９は、第１の半導体スイッチ素子１０と第２の半導体スイッチ素子１１とを直列接続してなる第１の直列回路と、第３の半導体スイッチ素子１２と第４の半導体スイッチ素子１３とを直列接続してなる第２の直列回路と、直流電圧源１４と、直流電圧源１４と並列に接続された直流電圧源電圧検出回路１５を備えた単相インバータ回路により構成されている。そして、第１の直列回路と第２の直列回路は並列接続され、直流電圧源１４、直流電圧源電圧検出回路１５は、第１の直列回路と第２の直列回路の並列接続点の間に接続されている。

第１の半導体スイッチ素子１０、第２の半導体スイッチ素子１１、第３の半導体スイッチ素子１２、および第４の半導体スイッチ素子１３は、それぞれ、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ若しくはダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴにより構成されている。

インバータ回路９の第１の半導体スイッチ素子１０と第２の半導体スイッチ素子１１との接続ノード９１は、リアクトル５の出力端に接続されている。また、第３の半導体スイッチ素子１２と第４の半導体スイッチ素子１３との接続ノード９２は、短絡用スイッチ１６の一端と整流素子としての整流ダイオード１７のアノードに接続されている。

平滑コンデンサ１８の一端である正極は、整流ダイオード１７のカソードと後述する第２の放電用スイッチ２１の一端にそれぞれ接続され、平滑コンデンサ１８の他端である負極は、短絡用スイッチ１６の他端とダイオードブリッジ２の負極側端子に接続されている。電圧検出手段としての平滑コンデンサ電圧検出回路１９は、平滑コンデンサ１８に並列接続されている。尚、短絡用スイッチ１６は、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ若しくはダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴにより構成されている。

直流電圧源１４と平滑コンデンサ１８に充電された電荷を放電する放電経路を構成する第１の放電用スイッチ２０が平滑コンデンサ１８の負極側に接続されており、もう一端は初期充電用スイッチ３と充電用抵抗４との間に接続されている。

また、直流電圧源１４と平滑コンデンサ１８に充電された電荷を放電する放電経路を構成する第２の放電用スイッチ２１の一端は平滑コンデンサ１８の正極側に接続されており、もう一端は、短絡用スイッチ１６の一端と整流ダイオード１７のアノードとの間に接続されている。

尚、第１の放電用スイッチ２０は、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ若しくはダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ２２と、第１のダイオード２３が直列接続された直列接続体で構成されており、ダイオードのカソード同士が接続されている。また、第２の放電用スイッチ２１についても、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴ若しくはダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ２４と、第２のダイオード２５が直列接続された直列接続体で構成されており、ダイオードのカソード同士が接続されている。

尚、本実施の形態１では、第１の放電用スイッチ２０と第２の放電用スイッチ２１は、ダイオードと半導体スイッチ素子を直列接続したものとしたが、これに限るものではなく、例えば、リレーなどの機械式スイッチでもよい。また、第１の放電用スイッチ２０と第２の放電用スイッチ２１は、ダイオードと半導体スイッチ素子を直列接続したものとしたが、これに限るものではなく、例えば、内部ダイオードのアノード同士が接続されるようにＭＯＳＦＥＴ若しくはＩＧＢＴ２つを直列接続したものでもよい。

次に、制御部２６は、制御線２７ａ〜２７ｉによりそれぞれ充電用スイッチ６、初期充電用スイッチ３、第１の半導体スイッチ素子１０、第２の半導体スイッチ素子１１、第３の半導体スイッチ素子１２、第４の半導体スイッチ素子１３、短絡用スイッチ１６、第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１をオン・オフ制御する。

また、制御部２６は、信号線２８ａ〜２８ｄによりそれぞれ整流電圧検出回路７、整流電流検出回路８、直流電圧源電圧検出回路１５、平滑コンデンサ電圧検出回路１９から電圧値または電流値を取得する。

実施の形態１による電力変換装置は上記のように構成されており、次に、この電力変換装置に於ける直流電圧源１４と平滑コンデンサ１８の放電時の動作について説明する。

先ず、平滑コンデンサ１８の放電時の動作について説明する。
図２は、平滑コンデンサ１８を放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。尚、図２では、制御部２６、制御線２７ａ〜２７ｉ、及び信号線２８ａ〜２８ｄは省略されている。
制御部２６は、第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１、第２の半導体スイッチ素子１１、第４の半導体スイッチ素子１３をオンする。これにより、図２中に太い実線で示すように、平滑コンデンサ１８に充電されている電荷が、平滑コンデンサ１８の正極、第２の放電用スイッチ２１、第４の半導体スイッチ素子１３、第２の半導体スイッチ素子１１、リアクトル５、充電用抵抗４、第１の放電用スイッチ２０、平滑コンデンサ１８の負極の順で構成される第１の放電経路Ｌ１を流れ、平滑コンデンサ１８の放電が行なわれる。

尚、上記第１の放電経路Ｌ１では、第２の半導体スイッチ素子１１、第４の半導体スイッチ素子１３をオンにする組合せにより、平滑コンデンサ１８の放電を行なうとしたが、第１の半導体スイッチ素子１０、第３の半導体スイッチ素子１２をオンすることにより、図２中に太い点線で示すように、平滑コンデンサ１８に充電されている電荷が、平滑コンデンサ１８の正極、第２の放電用スイッチ２１、第３の半導体スイッチ素子１２、第１の半導体スイッチ素子１０、リアクトル５、充電用抵抗４、第１の放電用スイッチ２０、平滑コンデンサ１８の負極の順で構成される放電経路を流れ、平滑コンデンサ１８の放電が行なわれる。この放電経路も、ここでは第１の放電経路Ｌ１と称する。

次に、直流電圧源１４の放電時の動作について説明する。
図３は、直流電圧源１４を放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。尚、図３では、制御部２６、制御線２７ａ〜２７ｉ、及び信号線２８ａ〜２８ｄは省略されている。
制御部２６は、第１の放電用スイッチ２０、第１の半導体スイッチ素子１０、第４の半導体スイッチ素子１３、短絡用スイッチ１６をオンする。これにより、図３中に太い実線で示すように、直流電圧源１４に充電されている電荷が、直流電圧源１４の正極、第１の半導体スイッチ素子１０、リアクトル５、充電用抵抗４、第１の放電用スイッチ２０、短絡用スイッチ１６、第４の半導体スイッチ素子１３、直流電圧源１４の負極の順で構成される第２の放電経路Ｌ２を流れ、直流電圧源１４の放電が行なわれる。

以上に述べたように、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４とは、異なる放電経路で放電を行なうので、その放電経路の切り替えが必要である。

図４は、実施の形態１の電力変換装置に於ける放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すチャートである。この放電開始前動作と放電経路の切り替え判定は制御部２６において行なわれる。

まず、制御部２６は、初期充電用スイッチ３、及び充電用スイッチ６以外の全半導体スイッチ素子のゲートをオフする（ステップＳ１）。上記動作終了時から規定時間Ｔ１が経過したかを判定し（ステップＳ２）、規定時間Ｔ１を経過していたら充電用スイッチ６をオフする（ステップＳ３）。

次に、上記動作終了時から規定時間Ｔ２が経過かを判定し（ステップＳ４）、規定時間Ｔ２を経過していたら初期充電用スイッチ３をオフし、交流電源１から電力変換装置に電力が供給されない状態とする（ステップＳ５）。

ここで、上記手順において、規定時間Ｔ１と規定時間Ｔ２は、スイッチ遮断時の断路サージによるエネルギーを充電用抵抗４にて消費させるために設けている。

さらに、上記動作終了時から規定時間Ｔ３が経過したかを判定し（ステップＳ６）、規定時間Ｔ３を経過していたら第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１をオンにし、第１の放電経路Ｌ１にて平滑コンデンサ１８の放電動作に遷移する（ステップＳ７）。

次に、平滑コンデンサ１８の電圧が放電完了を規定する規定電圧Ｖｔｈ１以上であるかを判定し（ステップＳ８）、規定電圧Ｖｔｈ１未満であれば、制御部２６によって第２の放電経路Ｌ２に切り替えを行い、直流電圧源１４の電荷を放電する（ステップＳ９）。

次に、直流電圧源１４の放電開始後、直流電圧源１４の電圧値が規定電圧Ｖｔｈ１以上であるかを判定（ステップＳ１０）、規定電圧Ｖｔｈ１未満であれば、第１の放電経路Ｌ１、及び第２の放電経路Ｌ２を無効として放電動作を終了する（ステップＳ１１）。

尚、上記放電動作では、第１の放電経路Ｌ１にて平滑コンデンサ１８に充電された電荷を放電した後に、第２の放電経路Ｌ２にて直流電圧源１４に充電された電荷を放電する手順を示したが、これに限るものではなく、第２の放電経路Ｌ２にて直流電圧源１４に充電された電荷を放電した後に、第１の放電経路Ｌ１にて平滑コンデンサ１８に充電された電荷を放電する手順でもよい。

上記動作手順により、実施の形態１による電力変換装置では、動作停止後に電力変換装置内部のコンデンサを放電させることが可能となるため、感電の危険性を排除すことができる。

上記放電時の動作説明において、図２及び図３に示す第１の放電経路Ｌ１、第２の放電経路Ｌ２の放電経路にて、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４をそれぞれ放電する動作について説明したが、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４を同時放電してもよい。

次に、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の同時放電時の動作について説明する。
図５は、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４を同時放電するときに流れる電流の経路を示す説明図である。尚、図５では、制御部２６、制御線２７ａ〜２７ｉ、及び信号線２８ａ〜２８ｄは省略されている。
制御部２６は、第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１、第１の半導体スイッチ素子１０、第４の半導体スイッチ素子１３をオンする。これにより、図５中に太い実線で示すように、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４に充電されている電荷が、平滑コンデンサ１８の正極、第２の放電用スイッチ２１、第４の半導体スイッチ素子１３、直流電圧源１４の負極、直流電圧源１４の正極、第１の半導体スイッチ素子１０、リアクトル５、充電用抵抗４、第１の放電用スイッチ２０、平滑コンデンサ１８の負極の順で構成される第３の放電経路Ｌ３を流れ、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の同時放電が行なわれる。

図６は、実施の形態１の電力変換装置に於ける同時放電を行なう場合の放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すチャートである。図６のステップＳ６までは、図４と同様のアルゴリズムにより判定が行なわれる。従って、ステップＳ１２以降について説明する。

図６に示すフローチャートのステップＳ１２において、第１の放電経路Ｌ１及び第２の放電経路Ｌ２を無効、第３の放電経路Ｌ３を有効として、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４に充電された電荷の同時放電を開始する。次に、平滑コンデンサ１８の電圧と直流電圧源１４の電圧合計値が規定電圧Ｖｔｈ１以上であるかを判定し（ステップＳ１３）、規定電圧Ｖｔｈ１未満であれば、制御部２６によって、第１の放電経路Ｌ１、第２の放電経路Ｌ２、及び第３の放電経路Ｌ３の全てを無効として放電動作を終了する（ステップＳ１４）。

上記第３の放電経路Ｌ３では、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４が直列接続となるため平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４に充電された電荷を放電する時間を短縮することができる。

さらに、上記放電時動作において、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４を各々放電する経路と、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４を同時に放電する経路を組み合わせることによって放電動作を行なってもよい。
次に、一例として、平滑コンデンサ１８を放電する第１の放電経路Ｌ１と、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４を同時放電する第３の放電経路Ｌ３を組み合わせた場合について説明する。

図７は、実施の形態１の電力変換装置に於ける放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すチャートである。図７のステップＳ６までは、図４及び図６と同様のアルゴリズムにより判定が行なわれる。従って、ステップＳ１５以降について説明する。

図７に示すフローチャートのステップＳ１５において、先ず、第１の放電経路Ｌ１を有効とし、平滑コンデンサ１８の電荷を放電する。

次に、平滑コンデンサ１８の放電開始後、平滑コンデンサ１８の電圧が、規定電圧Ｖｔｈ１よりも高い規定電圧Ｖｔｈ２以上であるかを判定し（ステップＳ１６）、規定電圧Ｖｔｈ２未満であれば、制御部２６によって、第３の放電経路Ｌ３に切り替えを行い、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の電荷を同時放電する（ステップＳ１７）。

平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の放電開始後、直流電圧源１４の電圧合計値が規定電圧Ｖｔｈ１以上であるかを判定し（ステップＳ１８）、規定電圧Ｖｔｈ１未満になったとき、第１の放電経路Ｌ１、第２の放電経路Ｌ２、及び第３の放電経路Ｌ３を全て無効として放電動作を終了する（ステップＳ１９）。

上記第３の放電経路Ｌ３によって放電時間が短縮できる一方、放電経路中に流れる電流は大きくなる。このことにより、充電用抵抗４での電力消費が大きくなってしまうため、定格電力が大きな抵抗を使用する必要がある。このような場合、上記図７の放電手順によって電流を制御しながら放電動作を行なうことが可能となるため、定格電力が大きな抵抗を使用する必要がなく、安価な素子を使用することができる。

更に、実施の形態１による電力変換装置において、インバータ回路９は１つの単相インバータで構成されたものを示したが、複数個の単相インバータを直列に接続してインバータ回路を構成してもよい。

次に、実施の形態１による電力変換装置において、複数個の単相インバータを直列に接続してインバータ回路を構成する場合の放電動作と手順について説明する。

まず、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータの直流電圧源１４を各々放電するときの放電動作については、１つの単相インバータで構成した場合と同様、図２と図３にて図示したように、それぞれ異なる放電経路で放電を行う。
放電開始前動作と放電経路の切り換えは、前述の図４で示した放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムと基本的には同様である。また、この場合の放電開始前動作と放電経路の切り替え判定についても、制御部２６において行なわれる。

放電開始前動作から平滑コンデンサ１８を放電するまでは同様の手順を実施し（ステップＳ１からステップＳ８）、平滑コンデンサ１８の電圧を規定電圧Ｖｔｈ１まで放電した後は、複数個の単相インバータの直流電圧源１４を規定電圧Ｖｔｈ１まで各々放電する経路に切り替えを行うが、接続された単相インバータの数だけ、単相インバータ回路の直流電圧源１４の電荷を放電する手順（ステップＳ９とステップＳ１０）を繰り返す。

また、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータの直流電圧源１４を同時放電するときの放電動作についても、１つの単相インバータで構成した場合と同様、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータの直流電圧源１４が直列接続となる放電経路で放電を行う。

この場合の放電開始前動作と放電経路の切り換えは、前述の図６で示した放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムと基本的には同様である。また、放電開始前動作と放電経路の切り替え判定についても、制御部２６において行なわれる。

図６のステップＳ６以降、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータの直流電圧源１４が直列接続となる放電経路を有効にし、平滑コンデンサ電圧１８と複数個の単相インバータの直流電圧源１４の合計電圧値が規定電圧Ｖｔｈ１未満となるまで放電動作を行う。

さらに、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータ１４を各々放電する場合と、平滑コンデンサ１８と複数個の単相インバータ１４を同時放電する場合を組み合わせた場合の放電動作についても、１つの単相インバータで構成した場合と同様、平滑コンデンサ１８の電圧を規定電圧Ｖｔｈ２まで放電し、さらに、平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の電荷を同時放電する放電経路に切り替えを行った後、合計電圧値を規定電圧Ｖｔｈ１まで放電する。

放電開始前動作と放電経路の切り換えは、前述の図７で示した放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムと基本的には同様である。また、この場合の放電開始前動作と放電経路の切り替え判定についても、制御部２６において行なわれる。

図７のステップＳ１６において、平滑コンデンサ１８を規定電圧Ｖｔｈ１よりも高い規定電圧Ｖｔｈ２まで放電した後、制御部２６によって、複数個ある単相インバータのうち１つの直流電源１４と平滑コンデンサ１８が直列接続される放電経路に切り替えを行って同時放電する。その電圧合計値が規定電圧Ｖｔｈ２未満であるかを判定し、規定電圧Ｖｔｈ２未満になったとき、その電力変換装置が備えるもう１つの直流電圧源１４を放電経路に追加し、さらに、その電圧合計値が規定電圧Ｖｔｈ２未満となるまで放電する。この手順を繰り返し、平滑コンデンサ１８と複数個ある単相インバータすべてが直列となる経路にて放電動作を行うとき、電圧合計値が規定電圧Ｖｔｈ１未満となるまで放電を行う。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電力変換装置について説明する。図８は、実施の形態２による電力変換装置の概略構成図である。前述の実施の形態１では、単相インバータにより構成されたインバータ回路を備えた電力変換装置について説明したが、実施の形態２では、インバータ回路に代えて、ＰＦＣ（Power Factor Correction）コンバータを備えた電力変換装置について説明する。

図８において、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴやダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ等から成る短絡用スイッチ１６と、この短絡用スイッチ１６の一端と平滑コンデンサ１８の一端との間に接続されたダイオード１７とは、ＰＦＣコンバータを構成する。尚、その他の構成については前述の実施の形態１と同様である。

次に、実施の形態２の電力変換装置に於ける平滑コンデンサ１８の放電動作時について説明する。前述の実施の形態１による電力変換装置とは異なり、直流電圧源１４（図１参照）を備えていないため、平滑コンデンサ１８のみの放電経路となる。制御部２６は、第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１をオンすることにより、平滑コンデンサ１８に充電されている電荷が、平滑コンデンサ１８の正極、第２の放電用スイッチ２１、リアクトル５、充電用抵抗４、第１の放電用スイッチ２０、平滑コンデンサ１８の負極の順で構成される放電経路を流れ、平滑コンデンサ１８の放電が行なわれる。

実施の形態２の電力変換装置に於ける放電開始前動作と放電経路の切り替え判定アルゴリズムに関しては、前述の実施の形態１の電力変換装置と基本的には同じで、放電開始前動作（ステップＳ１〜ステップＳ６）までは、同様のアルゴリズムにより判定が行なわれる。従って、ステップＳ６以降の放電動作について説明する。

上記放電開始前動作（ステップＳ１〜ステップＳ６）以降、第１の放電用スイッチ２０、第２の放電用スイッチ２１をオンし、上記で説明した放電経路にて平滑コンデンサ１８に充電されている電荷を放電する。さらに、平滑コンデンサ電圧１８が規定電圧Ｖｔｈ１以上であるかを判定、規定電圧Ｖｔｈ１未満であれば、上記放電経路を無効として放電動作を終了する。

この実施の形態２では、前述の実施の形態１と同様、動作停止後に電力変換装置内部のコンデンサ１８に充電されている電荷を放電させることが可能となるため、感電の危険性を排除ことができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による電源システムについて説明する。図９は、この発明の実施の形態３による電源システムの構成図である。この電源システムは、前述の実施の形態１による電力変換装置から初期充電用スイッチ３（図１参照）を取り除いた電力変換装置に対し、その電力変換装置への入力電圧を遮断できる開閉手段のスイッチ５０が、例えばスイッチ５０を含むユニット（図示せず）として電力変換装置とは別に接続されている。そして、上記電力変換装置の制御部２６によりスイッチ５０を制御することができる電源システムとなっている。上記電源システムにおいて、スイッチ５０は前述の実施の形態１に於ける初期充電用スイッチ３と同様の役割をする。

実施の形態３による電源システムにおいて、電力変換装置内部の平滑コンデンサ１８と直流電圧源１４の放電動作と手順は、前述の実施の形態１による電力変換装置と同様である。また、実施の形態３では、前述の実施の形態１と同様にインバータ回路９が１つの単相インバータで構成されたものを示したが、複数個の単相インバータを直列に接続してインバータ回路を構成してもよい。さらに、実施の形態３では、前述の実施の形態１と同様にインバータ回路９が接続された構成について説明したが、前述の実施の形態２の様にインバータ回路を有さない電力変換装置についても同様である。

この実施の形態３による電源システムにより、電力変換装置外部に存在するスイッチ５０を電力変換装置の制御部２６によって制御することができ、電力変換装置の初期充電用スイッチが不要となるため、小型な電力変換装置を構成することができる。

以上、この発明について実施の形態１から実施の形態３について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１交流電源２ダイオードブリッジ
３初期充電用スイッチ４充電用抵抗
５リアクトル６充電用スイッチ
７整流電圧検出回路８整流電流検出回路
９インバータ回路１０第１の半導体スイッチ素子
１１第２の半導体スイッチ素子１２第３の半導体スイッチ素子
１３第４の半導体スイッチ素子１４直流電圧源
１５直流電圧源電圧検出回路１６短絡用スイッチ
１７整流ダイオード１８平滑コンデンサ
１９平滑コンデンサ電圧検出回路２０第１の放電用スイッチ
２１第２の放電用スイッチ２２、２４ＭＯＳＦＥＴ
２３第１のダイオード２５第２のダイオード
２６制御部２７ａ〜２７ｉ制御線
２８ａ〜２８ｄ信号線５０スイッチ
９１、９２接続ノード

Claims

交流電圧電源の電圧を整流する整流回路と、
上記整流回路の後段に設けられ、初期充電用スイッチと抵抗とが第１の接続点において接続された直列回路と、
上記直列回路に並列接続された充電用スイッチと、
上記充電用スイッチと上記抵抗との接続点に一端が接続され、他端が整流素子のアノードと第２の接続点において接続されたリアクトルと、
上記リアクトルに上記整流素子を介して接続され、上記整流回路の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
上記第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された短絡用スイッチと、
上記第１の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された第１の放電用スイッチと、
上記第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの正極に接続された第２の放電用スイッチと、
上記初期充電用スイッチ、上記充電用スイッチ、上記短絡用スイッチ、上記第１の放電用スイッチ、及び上記第２の放電用スイッチを制御する制御部と、を備え、
上記制御部は、放電動作開始前に上記充電用スイッチをオフし、所定の時間経過後、上記初期充電用スイッチをオフし、さらに、所定の時間経過後、上記第１の放電用スイッチと上記第２の放電用スイッチをオンして、上記平滑コンデンサに充電された電荷の放電完了を規定する規定電圧まで放電させることを特徴とする電力変換装置。
交流電圧電源の電圧を整流する整流回路と、
上記整流回路の後段に設けられ、初期充電用スイッチと抵抗とが第１の接続点において接続された直列回路と、
上記直列回路に並列接続された充電用スイッチと、
上記充電用スイッチと上記抵抗との接続点に一端が接続され、他端が単相インバータの入力側に接続されたリアクトルと、
上記単相インバータの出力側に整流素子を介して接続され、上記整流回路の出力電圧を平滑する平滑コンデンサと、
上記単相インバータの出力側と上記整流素子のアノードとの第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された短絡用スイッチと、
上記第１の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの負極に接続された第１の放電用スイッチと、
上記第２の接続点に一端が接続され、他端が上記平滑コンデンサの正極に接続された第２の放電用スイッチと、
上記初期充電用スイッチ、上記充電用スイッチ、上記短絡用スイッチ、上記第１の放電用スイッチ、上記第２の放電用スイッチ、及び上記単相インバータの半導体スイッチ素子を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする電力変換装置。
上記制御部は、放電動作開始前に上記充電用スイッチをオフし、所定の時間経過後、上記初期充電用スイッチをオフし、さらに、所定の時間経過後、上記第１の放電用スイッチと上記第２の放電用スイッチをオンして、上記平滑コンデンサに充電された電荷もしくは上記単相インバータの直流電圧源に充電された電荷の何れか一方の電荷を、放電完了を規定する規定電圧まで放電させ、その後、他方の電荷を上記規定電圧まで放電させることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
上記制御部は、放電動作開始前に上記充電用スイッチをオフし、所定の時間経過後、上記初期充電用スイッチをオフし、さらに、所定の時間経過後、上記第１の放電用スイッチと上記第２の放電用スイッチをオンして、上記平滑コンデンサと上記単相インバータの直流電圧源に充電された電荷を、放電完了を規定する規定電圧まで同時に放電させることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
上記制御部は、放電動作開始前に上記充電用スイッチをオフし、所定の時間経過後、上記初期充電用スイッチをオフし、さらに、所定の時間経過後、上記第１の放電用スイッチと上記第２の放電用スイッチをオンして、上記平滑コンデンサに充電された電荷を、放電完了を規定する第１の規定電圧よりも高い第２の規定電圧まで放電し、その後、上記平滑コンデンサと上記単相インバータの直流電圧源に充電された電荷を上記第１の規定電圧まで同時に放電することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
上記第１の放電用スイッチ及び上記第２の放電用スイッチは、半導体スイッチ素子と整流素子との直列接続体で構成されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電力変換装置。
上記第１の放電用スイッチの半導体スイッチ素子と整流素子との直列接続体は、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴまたはダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴと、第１のダイオードによって構成されると共に、上記ＭＯＳＦＥＴに内蔵されたダイオードまたは上記ＩＧＢＴに逆並列接続されたダイオードのアノード側が上記平滑コンデンサの負極にされ、上記第１のダイオードのアノード側が上記第１の接続点に接続され、
上記第２の放電用スイッチの半導体スイッチ素子と整流素子との直列接続体は、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたＭＯＳＦＥＴまたはダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴと、第２のダイオードによって構成されると共に、上記ＭＯＳＦＥＴに内蔵されたダイオードまたは上記ＩＧＢＴに逆並列接続されたダイオードのアノード側が上記第２の接続点との間に接続され、上記第２のダイオードのアノード側が上記平滑コンデンサの正極に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
上記第１の放電用スイッチ及び上記第２の放電用スイッチは、半導体スイッチ素子２つの直列接続体で構成されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電力変換装置。
上記半導体スイッチ素子２つの直列接続体は、内蔵ダイオードのアノード同士が直列接続された２つのＭＯＳＦＥＴまたは逆並列接続されたダイオードのアノード同士が直列接続された２つのＩＧＢＴによって構成されることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
上記充電用スイッチは、半導体スイッチ素子２つの直列接続体で構成されることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の電力変換装置。
上記直列接続体を構成する２つの半導体スイッチ素子は、内蔵ダイオードのアノード同士が直列接続された２つのＭＯＳＦＥＴまたは逆並列接続されたダイオードのアノード同士が直列接続された２つのＩＧＢＴによって構成されることを特徴とする請求項１０に記載の電力変換装置。
上記請求項１から１１の何れか一項に記載の電力変換装置の初期充電用スイッチに代えて、上記交流電圧電源と上記整流回路との間に入力電圧を遮断する開閉手段を設け、上記開閉手段を上記制御部により制御することを特徴とする電源システム。