JP6470832B2 - 電力変換装置及びその初期充電方法 - Google Patents

電力変換装置及びその初期充電方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6470832B2
JP6470832B2 JP2017500187A JP2017500187A JP6470832B2 JP 6470832 B2 JP6470832 B2 JP 6470832B2 JP 2017500187 A JP2017500187 A JP 2017500187A JP 2017500187 A JP2017500187 A JP 2017500187A JP 6470832 B2 JP6470832 B2 JP 6470832B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
phase
input
input transformer
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017500187A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016132471A1 (ja
Inventor
木下 真吾
真吾 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Publication of JPWO2016132471A1 publication Critical patent/JPWO2016132471A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6470832B2 publication Critical patent/JP6470832B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及びその初期充電方法に関する。
電源から入力変圧器を介してインバータを初期充電する方法について、従来は、限流抵抗または限流リアクトルを用いる方法が採用されていた。しかし、装置のコンパクト化・低価格化の観点から、これら初期充電用部品を用いず、直接電源を投入して充電する方法が採用されている。
特開2004−266978号公報
しかしながら、上記初期充電用部品を用いず、直接電源を投入してインバータを初期充電する方法では、入力変圧器の漏れインダクタンスに発生する逆起電力により、インバータの平滑コンデンサに、入力電圧の波高値以上の電圧が印加され、部品破損につながる課題があった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、初期充電用部品を用いず、直接電源を投入してインバータを初期充電する方法において、電源投入時の投入位相を制御することにより、直流電圧の過電圧を抑制し、過電圧に伴う過充電を防止する充電方式を用いることができ、上記部品破壊につながる課題を解決することができる電力変換装置及びその初期充電方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、高圧電源をインバータ装置が要求する電源に変換する入力変圧器と、前記高圧電源と前記入力変圧器の間に配置され、前記高圧電源から供給される高圧電力を前記入力変圧器に供給する電路を投入する遮断器と、前記入力変圧器によって変換された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部によって変換された前記直流電力を平滑する平滑コンデンサと、前記高圧電源の位相を検出し、所定の位相に到達したタイミングで、前記遮断器を投入する同期開閉制御装置と、を備え、前記同期開閉制御装置は、前記所定の位相が前記平滑コンデンサの最初の半波ピーク電圧値と前記入力変圧器の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値が一致する位相のときに、前記遮断器を投入制御することを特徴とする電力変換装置。
本実施例に係る電力変換装置100の構成を説明する図。 入力変圧器10の2次側等価回路及び入力変圧器10の2次側端子に接続されたインバータ装置20の回路構成図。 図2に示す電力変換装置100のインバータ装置20の初期充電を説明する図 図3(3)に示すモデルのシミュレーション波形。 「コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値>入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値」での、コンデンサ電圧Vc、入力電圧の2次側換算電圧V2及びコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcの関係を示す図。 「コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値=入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値」での、コンデンサ電圧Vc、入力電圧の2次側換算電圧V2及びコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcの関係を示す図。 「コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値<入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値」での、コンデンサ電圧Vc、入力電圧の2次側換算電圧V2及びコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcの関係を示す図。 本実施例に係る電力変換装置100において最適投入位相角θ1の求め方を示す図。 本実施例において設定した最適投入位相角θ1で投入するための動作を説明するフローチャート。
以下、図面を参照して本実施例に係る電力変換装置100及びその充電方法の動作を説明する。
図1は、本実施例に係る電力変換装置100の構成を説明する図である。電力変換装置100は、遮断器1、計器用変圧器2、同期開閉制御装置3、入力変圧器10及びインバータ装置20などで構成される。
高圧電源は、遮断器1の入力端子に接続され、その出力端子は、入力変圧器10の1次側端子に接続される。なお、本実施例においては、高圧電源が単相交流電源である場合について以下説明する。
遮断器1は、上記高圧電源から供給される高圧電力を入力変圧器10に供給する電路を投入又は遮断する。
入力変圧器10の2次側端子は、本実施例に係る電力変換装置100を構成するインバータ装置20の入力端子に接続される。
同期開閉制御装置3は、高圧電源の位相を検出して所定の位相角に到達したタイミングで遮断器1を投入又は遮断制御する。この結果、高圧電源から供給される高圧電力は、入力変圧器10を介してインバータ装置20に投入又は遮断される。
入力変圧器10は、高圧電源を商用電源など低圧電源に変換する。このようにして変換された電力は、インバータ装置20に供給される。
インバータ装置20は、図示しない負荷に必要な電力を供給する。
図2は、入力変圧器10の2次側等価回路及び当該入力変圧器10の2次側端子に接続されたインバータ装置20の回路構成を示す。
インバータ装置20は、コンバータ部21、平滑コンデンサC1・C2及びインバータ部22を有して構成される。
コンバータ部21は、複数のスイッチング素子で構成され、入力変圧器10の2次側端子から供給された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ部21を構成する各スイッチング素子のゲート端子は、制御部30に接続され、当該制御部30によって制御され、直流電力が生成される。
平滑コンデンサC1・C2は、コンバータ部21で生成された直流電力を平滑するためのコンデンサで、容量の大きなコンデンサが用いられる。上記コンバータ部21は、交流電力を直流電力に変換する際、当該コンバータ部21を構成する複数のスイッチング素子がスイッチングされるため、高調波が発生する。この高調波を平滑するために当該平滑コンデンサC1・C2が用いられる。
インバータ部22は、コンバータ部21と同様に複数のスイッチング素子で構成され、コンバータ部21から出力された直流電力を交流電力に変換する。インバータ部22を構成する各スイッチング素子のゲート端子は、制御部30に接続され、当該制御部30によって制御され、負荷に必要な交流電源が生成される。なお、当該インバータ部22を構成するスイッチング素子を制御することにより、負荷に応じて、基本的には任意の周波数の交流電源を生成することが可能になる。
図3は、図2に示す電力変換装置100のインバータ装置20の初期充電を説明する図である。図3(1)は、入力変圧器10の2次側等価回路及びインバータ装置20の主要な回路図である。
図3(2)は、上記図3(1)をモデル化した場合の等価回路図である。入力変圧器10の2次側漏れインピーダンスZは、1次側及び2次側換算合計巻線抵抗R[Ω]並びに1次側及び2次側の合計漏れインダクタンスL[H]を用いて下記数式(1)で示すことができる。
また、コンバータ部21は、ダイオードブリッジ21aを用いて表すことができる。
図3(3)は、上記図3(2)で示したダイオードブリッジを省略し、単純化した場合の等価回路図である。この等価回路を用いて入力変圧器10の入力電圧の2次側換算電圧V2は下記数式(2)で示すことができる。ここでV2mは入力変圧器10の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値である。
コンデンサCに流れる電荷qとコンデンサCの電圧Vcの関係は数式(3−1)で示され、当該関係式から、コンデンサCに流れる電流iは、下記数式(3−2)で示される。
数式(3−2)を数式(2)に代入すると下記数式(4)が得られる。
数式(4)は、抵抗R、インダクタンスL及びコンデンサCが直列に接続された場合のコンデンサCの電圧Vcに関する微分方程式を示しており、この微分方程式の解は、定常電圧Vc1及び過渡電圧Vc2を加算したものとなり、下記数式(5)で示される。
定常電圧Vc1は、入力電圧の2次側換算電圧V2に同期した振動電圧を示す。一方、過渡電圧Vc2は、振動しながら減衰する電圧である。コンデンサ電圧Vcは、上記定常電圧Vc1と過渡電圧Vc2を加算した電圧で示され、下記数式(6)で示される。
数式(6)に示すA1、x、y、θ、α、βは、下記数式(7)で示される。
なお、数式(6)は、コンデンサ電圧Vcを示しているが、この数式(6)から明らかなように、コンデンサ電圧Vcは、後述する電源投入位相角(以下投入位相角と称する。)θの関数となっており、投入位相角θを可変することによりコンデンサ電圧Vcが変化する。後述する図5〜図8などの説明において、投入位相角θによってコンデンサ電圧Vcが異なる電圧値を示すのはそのためである。
図4は、図3(3)に示すモデルのシミュレーション波形である。シミュレーション条件は、下記の通りである。
V2=894[Vrms]
R=44.9[mΩ]
L=1.29[mH]
C=3200[μF]
f=50[Hz]
θ=0[deg]
図4(1)は、上記シミュレーション条件時の数式(4)に示すコンデンサ電圧Vcの電圧波形であり、上述したように定常電圧Vc1と過渡電圧Vc2が加算された電圧波形となる。
図4(2)は、上記シミュレーション条件時の数式(2)に示す入力電圧の2次側換算電圧V2及び数式(6)に示す定常電圧Vc1を示す。
図4(3)は、上記シミュレーション条件時の数式(6)に示す過渡電圧Vc2を示す。
図4(4)は、図4(1)に示すコンデンサ電圧Vcの充電開始直後の電圧波形の拡大図である。同図に関する説明は、後述する。
図5は、下記条件時のコンデンサ電圧Vc、入力電圧の2次側換算電圧V2及びコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcの関係を示す図である。
条件:コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値>入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値
この場合のコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcは、ダイオードブリッジを構成する整流ダイオードにより、初期充電時の直流電圧Vdc=Vcとなる最初の半波ピーク電圧値となり、そのまま保持されるため、入力電圧の2次側換算電圧V2よりも大きな電圧になる。
この時の入力電流iは、上記初期充電時のみ充電電流が流れるが、その後(t1以降)は、入力電圧の2次側換算電圧V2がコンデンサCの直流電圧Vdc以下となるため流れない。
図6は、コンデンサ電圧Vcと入力電圧の2次側換算電圧V2の関係を示す図で、下記条件の場合のコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcを示す。
条件:コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値=入力電圧V2の2次側換算電圧V2のピーク電圧値が一致する位相のとき
この場合のコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcは、ダイオードブリッジを構成する整流ダイオードにより、初期充電時の直流電圧Vdc=Vcとなる最初の半波ピーク電圧値となり、そのまま保持されるが、入力電圧の2次側換算電圧V2を超えない。
この時の入力電流iは、図5の場合と同様、上記初期充電時のみ充電電流が流れるが、
その後(t2以降)は、入力電圧の2次側換算電圧V2が、コンデンサCの直流電圧Vdc以下となるため流れない。
図7は、コンデンサ電圧Vcと入力電圧の2次側換算電圧V2の関係を示す図で、下記条件の場合のコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcを示す。
条件:コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値<入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値
この場合のコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcは、一旦、コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値(タイミングt3)まで充電されるが、入力電圧の2次側換算電圧V2の値がコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdc以上になった時(タイミングt3〜t4)に再び充電される。この充電は、図7において、Vdc及びVcが初期電圧を持った場合に相当するため、結局直流電圧Vdcは、入力電圧の2次側換算電圧V2以上に充電される。
なお、タイミングt3〜t4の間は、入力電圧の2次側換算電圧V2が負電圧を示しているが、上述したダイオードブリッジにより、コンデンサCに対しては、常に一方向の電圧に変換されるため、入力電圧の2次側換算電圧V2の絶対値が直流電圧Vdcを超えたとき、当該入力電圧の2次側換算電圧V2によってコンデンサCは充電されることになる。
図8は、本実施例に係る電力変換装置100において最適投入位相角θ1の求め方を示す図である。ここでは、入力電圧の2次側換算電圧V2の投入位相角θ[deg]に対するコンデンサ電圧Vc及びコンデンサCの初期充電時の直流電圧Vdcを算出した図である。
以上から、直流電圧Vdcが最も低くなる場合は、図6に示すコンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値=入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値の場合であることがわかる。コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値は、電源投入位相θによって変わる。よって、コンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値=入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値となる場合のθが最適投入位相となる。
これを解析的に求めることは困難であるため、0[deg]≦θ≦180[deg]において、投入位相角θを5[deg]刻みごとに上記数式(6)を用いてコンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値を計算し、グラフから最適投入位相を求める。なお、シミュレーション条件は、下記の通りである。
V2=894[Vrms]
R=44.9[mΩ]
L=1.29[mH]
C=3200[μF]
f=50[Hz]
θ=0〜180[deg]
本実施例の場合、上記数式(6)を用いて計算した各投入位相におけるコンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値と、入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値が交差する点(タイミングt5)が最適投入位相角θ1となる。図示した例の場合は最適投入位相角θ1(=103[deg])となる。具体的には下記の通りである。
入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値=√2×V2=1264[V]
コンデンサ電圧Vcの最初の半波(θ=0〜180[deg])でのピーク電圧値をプロットしたグラフとの交点(タイミングt5)の位相角θ1が最適投入位相角となる。本実施例の場合、上述したように最適投入位相角θ1は103[deg]となる。
図9は、本実施例において設定した最適投入位相角θ1で投入するための動作を説明するフローチャートである。
最初に、上記数式(6)に入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値V2m[V]、入力変圧器10の1次側及び2次側の2次側換算合計巻線抵抗R[Ω]並びに1次側及び2次側の合計漏れインダクタンスL[H]、コンデンサC[F]、電源周波数f[Hz]を代入し、投入位相角θ[deg]を0〜180[deg]まで5〜10[deg]間隔で可変し、投入位相角θ[deg]に対するコンデンサ電圧Vcの最初の半波ピーク電圧値を求める(S1)。なお、投入位相角θ[deg]とは、数式(6)におけるθ[deg]のことである。
次に、横軸に投入位相角θ、縦軸にコンデンサ電圧Vcの最初の半波のピーク電圧値のグラフを描き、入力電圧の2次側換算電圧V2のピーク電圧値との交点を求める。交点の投入位相角θが最適投入位相角θ1となる(S2)。
次に、同期開閉制御装置3を用いて、最適投入位相角θ1にて入力変圧器10の1次側に接続された遮断器1を投入する。同期開閉制御装置3は投入指令を受けた後、遮断器1の温度・制御電圧などの状態から遅延時間・閉極動作時間を加味して遮断器1を投入する(S3)。
以上の処理を経て、最適投入位相角θ1で遮断器1が閉じ入力変圧器10に入力電圧が供給される。
以上説明したように、本実施例によれば、直流電圧Vdcが入力電圧の2次側換算電圧V2を超えることによる過充電を防止することができ、「発明が解決しようとする課題」を解決することができる電力変換装置及びその初期充電方法を提供することができる。
実施例1は、遮断器1に供給される高圧電源が単相交流の場合について説明した。しかしながら、上記高圧電源が、U相、V相、W相からなる3相交流電源であって、実施例1で説明した上記遮断器1、入力変圧器10、インバータ装置20、同期開閉制御装置3及び制御部30を、U相、V相、W相ごとに備えた電力変換装置に適用可能である。
この場合、上記同期開閉制御装置3は、U相、V相、W相ごと高圧電源の位相を検出し、相ごとに、所定の位相に到達したタイミングで上記相ごとに備えられた遮断器1の投入又は遮断を制御する。
遮断器1の制御方法は、実施例1同様である。すなわち、相ごと、上述した最適投入位相角θ1にて入力変圧器10の1次側に接続された遮断器1を投入する。
以上の処理を経て、最適投入位相角θ1で遮断器1が閉じ入力変圧器10に入力電圧が供給される。
以上説明したように、本実施例2によれば、直流電圧Vdcが入力電圧の2次側換算電圧V2を超えることによる過充電を防止することができ、「発明が解決しようとする課題」を解決することができる電力変換装置及びその初期充電方法を提供することができる。
1 遮断器
2 計器用変圧器
3 同期開閉制御装置
10 入力変圧器
20 インバータ装置
21 コンバータ部
22 インバータ部
30 制御部
100 電力変換装置

Claims (4)

  1. 高圧電源をインバータ装置が要求する電源に変換する入力変圧器と、
    前記高圧電源と前記入力変圧器の間に配置され、前記高圧電源から供給される高圧電力を前記入力変圧器に供給する電路を投入する遮断器と、
    前記入力変圧器によって変換された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、
    前記コンバータ部によって変換された前記直流電力を平滑する平滑コンデンサと、
    前記高圧電源の位相を検出し、所定の位相に到達したタイミングで、前記遮断器を投入する同期開閉制御装置と、
    を備え
    前記同期開閉制御装置は、
    前記所定の位相が前記平滑コンデンサの最初の半波ピーク電圧値と前記入力変圧器の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値が一致する位相のときに、前記遮断器を投入制御することを特徴とする電力変換装置。
  2. 高圧電源がU相、V相、W相からなる3相交流電源であって、
    前記高圧電源をインバータ装置が要求する電源に変換する入力変圧器と、
    前記高圧電源と前記入力変圧器の間に配置され、当該高圧電源から供給される高圧電力を前記入力変圧器に供給する電路を投入する遮断器と、
    前記入力変圧器によって変換された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、
    前記コンバータ部によって変換された前記直流電力を平滑する平滑コンデンサと、
    前記高圧電源の位相を検出し、所定の位相に到達したタイミングで、前記遮断器を投入制御する同期開閉制御装置と、
    を、前記U相、V相、W相ごとに備え、
    前記U相、V相、W相ごとに備えられた前記同期開閉制御装置は、
    前記U相、V相、W相ごとに検出された前記高圧電源の前記所定の位相が、前記平滑コンデンサの最初の半波ピーク電圧値と前記入力変圧器の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値が一致する位相のときに、当該相に備えられた前記遮断器を投入制御することを特徴とする電力変換装置。
  3. 高圧電源をインバータ装置が要求する電源に変換する入力変圧器と、前記高圧電源と前記入力変圧器の間に配置され、当該高圧電源から供給される高圧電力を前記入力変圧器に供給する電路を投入または遮断する遮断器と、前記入力変圧器によって変換された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部によって変換された前記直流電力を平滑する平滑コンデンサと、前記高圧電源の位相を検出し、所定の位相に到達したタイミングで、前記遮断器を投入又は遮断制御する同期開閉制御装置と、を備えた電力変換装置であって、
    前記入力変圧器の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値と、前記入力変圧器の1次側及び2次側の2次側換算巻線抵抗R並びに1次側及び2次側の合計漏れインダクタンスと、前記平滑コンデンサの容量と、前記高圧電源の角周波数を用い、所定の演算式に基づいて、投入位相角をパラメータとして、0〜180[deg]の間、所定の間隔で前記投入位相角を変化させたときの前記平滑コンデンサの電圧を算出し、
    前記入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値と、前記平滑コンデンサの電圧が一致する投入位相角θ1を算出し、
    前記同期開閉制御装置は、前記投入位相角θ1のタイミングで前記遮断器を投入することを特徴とする電力変換装置の初期充電方法。
  4. 前記入力変圧器の入力電圧の2次側換算電圧のピーク電圧値をV2m、前記入力変圧器の1次側及び2次側の2次側換算巻線抵抗をR、並びに1次側及び2次側の合計漏れインダクタンスをL、前記平滑コンデンサの容量をC、前記高圧電源の角周波数をω、前記平滑コンデンサの電圧をVc、前記パラメータとする前記投入位相角をθ、時間をtとするとき、
    前記所定の演算式は、下式(8)で与えられることを特徴とする請求項3記載の電力変換装置の初期充電方法。
JP2017500187A 2015-02-18 2015-02-18 電力変換装置及びその初期充電方法 Active JP6470832B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/054398 WO2016132471A1 (ja) 2015-02-18 2015-02-18 電力変換装置及びその初期充電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016132471A1 JPWO2016132471A1 (ja) 2017-07-20
JP6470832B2 true JP6470832B2 (ja) 2019-02-13

Family

ID=56692648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017500187A Active JP6470832B2 (ja) 2015-02-18 2015-02-18 電力変換装置及びその初期充電方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10122253B2 (ja)
EP (1) EP3261243B1 (ja)
JP (1) JP6470832B2 (ja)
CN (1) CN107343388B (ja)
WO (1) WO2016132471A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6824479B1 (ja) * 2020-02-25 2021-02-03 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN113799663B (zh) * 2021-11-19 2022-03-04 西南交通大学 一种动车供电传动系统、交直交牵引变流器及其控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1198610A (ja) * 1997-09-22 1999-04-09 Toshiba Corp 交流電気車制御装置
JP3496532B2 (ja) * 1998-08-18 2004-02-16 日立工機株式会社 遠心機用モータの制御装置
JP2006074965A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Honda Motor Co Ltd 電源装置
JP2006350900A (ja) 2005-06-20 2006-12-28 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電力変換装置
RU2558944C2 (ru) * 2009-07-28 2015-08-10 ТиЭйчИкс ЛТД. Источник питания
CN102035424A (zh) * 2010-12-20 2011-04-27 青岛四方车辆研究所有限公司 动车组电源转换单相逆变器
JP5753035B2 (ja) * 2011-09-07 2015-07-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 インバータ装置及び当該装置用入力変圧器の突入電流低減方法
JP5156149B1 (ja) * 2012-01-18 2013-03-06 三菱電機株式会社 電力変換装置
WO2014186933A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-27 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd. Input filter pre-charge fed by a medium-voltage grid supply

Also Published As

Publication number Publication date
EP3261243A1 (en) 2017-12-27
EP3261243A4 (en) 2018-10-31
US20180034357A1 (en) 2018-02-01
WO2016132471A1 (ja) 2016-08-25
CN107343388A (zh) 2017-11-10
US10122253B2 (en) 2018-11-06
JPWO2016132471A1 (ja) 2017-07-20
CN107343388B (zh) 2019-11-15
EP3261243B1 (en) 2020-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Ripple eliminator to smooth DC-bus voltage and reduce the total capacitance required
EP2896109B1 (en) Uninterruptible power supply system with fast transfer for undervoltage source line failures
You et al. Applying reduced general direct space vector modulation approach of AC–AC matrix converter theory to achieve direct power factor controlled three-phase AC–DC matrix rectifier
Wang et al. Design and operation of A 3.6 kV high performance solid state transformer based on 13kV SiC MOSFET and JBS diode
US10186874B2 (en) Predicting high-voltage direct current transmission in a wind turbine system
US10044278B2 (en) Power conversion device
KR101442990B1 (ko) 고전압직류송전 사이리스터 밸브를 위한 합성시험회로
WO2018208991A1 (en) Modular medium voltage fast chargers
JP6335889B2 (ja) 共振型dc−dcコンバータのための制御モード
Demetriades On small-signal analysis and control of the single-and the dual-active bridge topologies
KR20180014165A (ko) 배터리 충전기
KR20180014166A (ko) 배터리 충전기
JP2015070708A (ja) 電流共振型電源装置
JP2014176226A (ja) Dc/dc変換装置及び分散電源システム
TW201526492A (zh) 電轉換裝置
KR20180011327A (ko) 배터리 충전기
KR20190115364A (ko) 단상 및 3상 겸용 충전기
Ahn et al. Design and test of a 35-kJ/s high-voltage capacitor charger based on a delta-connected three-phase resonant converter
JP6470832B2 (ja) 電力変換装置及びその初期充電方法
Moghaddami et al. A single-stage three-phase AC-AC converter for inductive power transfer systems
KR20110135126A (ko) 캐스케이드 멀티레벨 고압인버터의 돌입전류 방지장치
JP6364307B2 (ja) 電源装置およびこれを用いた無停電電源システム
Shin et al. The voltage-doubler rectifier type full-bridge converter built in voltage-balancing circuit for bipolar LVDC distribution system
JP7298448B2 (ja) 絶縁型dc/dc変換器
Bhus et al. Virtual infinite capacitor applied to DC-link voltage filtering for electric vehicle chargers

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180724

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190111

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6470832

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250