JP7154439B2 - 直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路 - Google Patents
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Description
本発明は、直流電圧が給電される直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路に関する。
直流給電では、交流ではなく直流の電圧が電源から各負荷へ給電される。現状のデータセンター等の電源側から負荷側への構成としては、1.交流で配電される電圧を電源装置側で交流から直流に変換する、この時直流系統には、バッテリー又は太陽光発電等が接続される。その後、2.変換された直流を交流に再変換し、空気調和機等の各負荷へ供給する。電源からの交流電流は空気調和機に供給される。空気調和機は、3.供給された交流電流を直流に変換する。変換された直流電流は、4.圧縮機等のモータ駆動のために直流から交流へ再変換される。
上記「2.」の電源装置側での直流から交流変換を削減することで、その変換ロスを低減することができるため、消費電力の多いデータセンター等で直流給電システムが注目されている。電源から空気調和機等の負荷へ直流で給電するため、リプル電圧がなく、安定な直流電圧の供給が可能である。また、商用電源の停電が発生した際には、負荷の動作継続が望ましい。
データセンターで稼働する直流給電対応の空気調和機等では、瞬時停電発生時でも動作を継続的に行うよう高い信頼性が求められている。空気調和機において、瞬時停電の間に、空気調和機の圧縮機又はファン用モータ等の負荷への電力を供給継続するためのエネルギーを空気調和機内に蓄えなければならない。そのため、継続動作時間に必要な容量を備えた電解コンデンサを空気調和機内の直流回路の正極(P)-負極(N)間に設置する必要がある。電源投入時、この電解コンデンサへ過大な突入電流が発生することから、突入電流抑制対策が必要である。従来は、突入電流を防ぐ対策として、電解コンデンサと直列に突入電流防止抵抗を配置する。そして、突入電流防止抵抗と並列にスイッチを接続する。電解コンデンサの両端電圧がある一定値に到達した際に装置内制御部内の保持値と比較し、スイッチをON/OFFする構成が開示されている。
データセンターで稼働する直流給電対応の空気調和機等では、瞬時停電発生時でも動作を継続的に行うよう高い信頼性が求められている。空気調和機において、瞬時停電の間に、空気調和機の圧縮機又はファン用モータ等の負荷への電力を供給継続するためのエネルギーを空気調和機内に蓄えなければならない。そのため、継続動作時間に必要な容量を備えた電解コンデンサを空気調和機内の直流回路の正極(P)-負極(N)間に設置する必要がある。電源投入時、この電解コンデンサへ過大な突入電流が発生することから、突入電流抑制対策が必要である。従来は、突入電流を防ぐ対策として、電解コンデンサと直列に突入電流防止抵抗を配置する。そして、突入電流防止抵抗と並列にスイッチを接続する。電解コンデンサの両端電圧がある一定値に到達した際に装置内制御部内の保持値と比較し、スイッチをON/OFFする構成が開示されている。
しかし、従来の突入電流抑制回路の構成では、電解コンデンサの両端電圧と装置内制御部で持つ電圧値とを比較しているため、急峻な電源電圧の変化に対応が遅れるおそれがあり、遅れると過大な突入電流が流れる。また、突入電流防止抵抗及び電解コンデンサが1つのみの構成であるため、突入電流防止抵抗及び電解コンデンサのサイズが大きく、大容量のものとなり、スペースの限られた空気調和機内で配置しづらいという問題がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、定格電圧と動作保証最低電圧間の上昇と下降とを繰り返すような電源電圧が不安定な現象が起きた際に、回路構成を切り替えることなく、突入電流を抑制することができ、かつ、省スペースを実現することができる直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路を提供することを目的とする。
本発明に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路によれば、一端が直流電源の正極(P)に接続された第1ダイオードと、一端が前記第1ダイオードの他端に接続された抵抗と、一端が前記抵抗の他端と負荷との間に接続され、他端が前記直流電源の負極(N)に接続された第1電解コンデンサとを具備する第1ユニットを具備し、前記第1ユニットは前記直流電源と前記負荷との間に複数設けられ、前記複数の第1ユニットは、互いに並列に設けられている。
本発明によれば、電解コンデンサの充電時には抵抗を介して充電を行ない、電解コンデンサから負荷への放電時には低インピーダンスとなる回路構成を有するので、突入電流を抑制することができ、かつ、省スペースを実現することができる。
以下、図面を参照して、実施の形態に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路について説明する。なお、図面において、同一の構成要素には同一符号を付して説明し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。また、実施の形態において、構成要素を区別して説明する必要がない場合には、参照番号を総称して表わして説明する。例えば、電解コンデンサC1及び電解コンデンサC2を区別して説明する必要がない場合には、電解コンデンサCと表わして説明する。
実施の形態1.
1.構成
図1は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の構成を示す図である。
1.構成
図1は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の構成を示す図である。
図1に示すように、直流電圧を出力する直流電源Vdcの正極(P)には配線用遮断器21を介してヒューズF1の一端が接続される。ヒューズF1の他端には、ユニットu1~u4が並列に接続される。突入電流抑制回路1は、ヒューズF1及びユニットu1~u4を有する。ユニットu1~u4は、ヒューズF1と負荷Xとの間に並列に接続される。
ユニットu1は、逆潮流防止ダイオードD1、逆潮流防止ダイオードD2及び電解コンデンサC1を有する。逆潮流防止ダイオードD1は、一端がヒューズF1に直列に接続され、他端が逆潮流防止ダイオードD2の一端に接続される。逆潮流防止ダイオードD2は、一端が逆潮流防止ダイオードD1の他端に直列に接続され、他端が負荷Xの一端に直列に接続される。電解コンデンサC1は、一端が逆潮流防止ダイオードD1の他端と逆潮流防止ダイオードD2の一端との間に接続され、他端が負荷Xと配線用遮断器21を介して直流電源Vdcの負極(N)に接続される。
ユニットu2は、逆潮流防止ダイオードD3、突入電流防止抵抗R1、逆潮流防止ダイオードD4及び電解コンデンサC2を有する。逆潮流防止ダイオードD3は、一端がヒューズF1に接続され、他端が突入電流防止抵抗R1の一端に接続される。突入電流防止抵抗R1は、一端が逆潮流防止ダイオードD3の他端に接続され、他端が逆潮流防止ダイオードD4及び電解コンデンサC2に接続される。逆潮流防止ダイオードD4は、一端が突入電流防止抵抗R1の他端に接続され、他端が負荷Xの一端に接続される。電解コンデンサC2は、一端が突入電流防止抵抗R1の他端と逆潮流防止ダイオードD4の一端との間に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)と負荷Xの他端に接続される。
ユニットu3及びユニットu4もユニットu2と同様の構成を有する。すなわち、ユニットu3は、逆潮流防止ダイオードD5、突入電流防止抵抗R2、逆潮流防止ダイオードD6及び電解コンデンサC3を有する。逆潮流防止ダイオードD5は、一端がヒューズF1に接続され、他端が突入電流防止抵抗R2の一端に接続される。突入電流防止抵抗R2は、一端が逆潮流防止ダイオードD5の他端に接続され、他端が逆潮流防止ダイオードD6及び電解コンデンサC3に接続される。逆潮流防止ダイオードD6は、一端が突入電流防止抵抗R2の他端に接続され、他端が負荷Xの一端に接続される。電解コンデンサC3は、一端が突入電流防止抵抗R2の他端と逆潮流防止ダイオードD6の一端との間に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)と負荷Xの他端に接続される。
ユニットu4は、逆潮流防止ダイオードD7、突入電流防止抵抗R3、逆潮流防止ダイオードD8及び電解コンデンサC4を有する。逆潮流防止ダイオードD7は、一端がヒューズF1に接続され、他端が突入電流防止抵抗R3の一端に接続される。突入電流防止抵抗R3は、一端が逆潮流防止ダイオードD7の他端に接続され、他端が逆潮流防止ダイオードD8及び電解コンデンサC4に接続される。逆潮流防止ダイオードD8は、一端が突入電流防止抵抗R3の他端に接続され、他端が負荷Xの一端に接続される。電解コンデンサC4は、一端が突入電流防止抵抗R3の他端と逆潮流防止ダイオードD8の一端との間に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)と負荷Xの他端に接続される。
つまり、ユニットu1の逆潮流防止ダイオードD1と電解コンデンサC1の直列回路と、ユニットu2の逆潮流防止ダイオードD3と突入電流防止抵抗R1と電解コンデンサC2の直列回路と、ユニットu3の逆潮流防止ダイオードD5と突入電流防止抵抗R2と電解コンデンサC3の直列回路と、ユニットu4の逆潮流防止ダイオードD7と突入電流防止抵抗R3と電解コンデンサC4の直列回路は直流電源Vdcに対して互いに並列に接続される。また、電解コンデンサC1の容量は、電解コンデンサC2~C4の容量よりも小さい値に設定する。
負荷Xは、空気調和機の圧縮機又はファンモータなどの負荷であり、圧縮機または、ファンモータを駆動するインバータ回路を含む。
なお、図1では、突入電流防止抵抗Rを有する3つのユニットu2~u4について示したが、電解コンデンサC及び突入電流防止抵抗Rを調整することにより、突入電流防止抵抗Rを有するユニットの数は、任意とすることができる。
実施の形態1のユニットu2は第1ユニット、逆潮流防止ダイオードD3は第1ダイオード、突入電流防止抵抗R1は第1抵抗、逆潮流防止ダイオードD4は第2ダイオード及び電解コンデンサC2は第1電解コンデンサとも称する。また、実施の形態のユニットu1は第2ユニット、逆潮流防止ダイオードD1は第3ダイオード、逆潮流防止ダイオードD2は第4ダイオード及び電解コンデンサC1は第2電解コンデンサとも称する。
2.動作
次に、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の動作について説明する。
2-1.充電時
以下、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の配線用遮断器21を投入した場合などの電源投入時の充電動作について、図1を参照して説明する。また、図2は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に接続する直流電源Vdcの電源投入時の電圧の変化を示す図である。図3は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に接続する直流電源Vdcの電圧低下および電圧上昇の変化を示す図である。
次に、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の動作について説明する。
2-1.充電時
以下、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の配線用遮断器21を投入した場合などの電源投入時の充電動作について、図1を参照して説明する。また、図2は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に接続する直流電源Vdcの電源投入時の電圧の変化を示す図である。図3は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に接続する直流電源Vdcの電圧低下および電圧上昇の変化を示す図である。
電源投入時には、図2に示すように、直流電源Vdcの電圧は、0[V]から動作最低電圧を経て定格電圧まで急上昇する。ここでは、定格電圧まで上昇した場合で説明するが、0[V]から動作電圧範囲内に電源電圧Vdcが上昇した場合も同様な動作となる。また、電源電圧変動時には、図3に示す動作最低電圧が供給される区間Bから定格電圧が供給される区間Cへの切り替わる時に電源電圧が急上昇する。ここでは、動作最低電圧から定格電圧への電源電圧の急上昇で説明するが、動作電圧範囲内で電圧が急上昇する場合も同様な動作となる。
電圧急上昇時において、直流電源Vdcから出力される直流電流i1は、短絡電流による二次側保護のためのヒューズF1を通り、直流電流i2と直流電流i3に分岐する。直流電流i3は、ユニットu1は突入電流防止抵抗を有しないので、逆潮流防止ダイオードD1を通り、電解コンデンサC1に流れ、電解コンデンサC1を充電する。電解コンデンサC1は、負荷の影響によって生じるリプル電圧を抑制するのに必要な容量以上、かつi1の突入電流がヒューズF1の溶断やさらに上流に設置された配線用遮断器21等の誤動作を発生させることのない容量以下とする。
直流電流i2は、直流電流i4と、直流電流i5と、直流電流i6とに分岐する。直流電流i4は逆潮流防止ダイオードD3から突入電流防止抵抗R1を介し、電解コンデンサC2の充電を行なう。直流電流i5は逆潮流防止ダイオードD5から突入電流防止抵抗R2を介し、電解コンデンサC3の充電を行なう。直流電流i6は逆潮流防止ダイオードD7から突入電流防止抵抗R3を介し、電解コンデンサC4の充電を行なう。
負荷が駆動中おいて、図3のように区間Bから区間Cに直流電源電圧が急上昇したときには、電解コンデンサC1~C4の充電が完了すると直流電流i2が小さくなり、直流電流i3が直流電流i1に等しくなる。また、直流電流i3は逆潮流防止ダイオードD1、逆潮流防止ダイオードD2を経由して、負荷へXと流れる。
一方、負荷が停止中において、図3のように区間Bから区間Cに直流電源電圧が急上昇したときには、電解コンデンサC1~C4の充電が完了すると、i2とi3がゼロ、すなわちi1がゼロとなり、負荷へ電流は流れない。
一方、負荷が停止中において、図3のように区間Bから区間Cに直流電源電圧が急上昇したときには、電解コンデンサC1~C4の充電が完了すると、i2とi3がゼロ、すなわちi1がゼロとなり、負荷へ電流は流れない。
2-2.放電時
図4は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の放電時の動作について説明するための図である。また、図5は直流電源Vdcの電源に短時間の停電が発生したときの電源電圧の変化を示す図である。
図3の放電区間B、または図5の放電区間Dにおける電解コンデンサCの放電時には、ユニットu1では、電解コンデンサC1から放電された電流i10は、逆潮流防止ダイオードD2を通り、低インピーダンスで負荷Xに流れ、負荷Xに電力供給を行う。
図4は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の放電時の動作について説明するための図である。また、図5は直流電源Vdcの電源に短時間の停電が発生したときの電源電圧の変化を示す図である。
図3の放電区間B、または図5の放電区間Dにおける電解コンデンサCの放電時には、ユニットu1では、電解コンデンサC1から放電された電流i10は、逆潮流防止ダイオードD2を通り、低インピーダンスで負荷Xに流れ、負荷Xに電力供給を行う。
ユニットu2では、電解コンデンサC2から放電された電流i11は、逆潮流防止ダイオードD4を通り、負荷Xに流れ、負荷Xに電力供給を行う。ユニットu3では、電解コンデンサC3から放電された電流i12は、逆潮流防止ダイオードD6を通り、負荷Xに流れ、負荷Xに電力供給を行う。ユニットu4では、電解コンデンサC4から放電された電流i13は、逆潮流防止ダイオードD8を通り、負荷Xに流れ、負荷Xに電力供給を行う。ユニットu2~u4も、ユニットu1と同様に、放電時は低インピーダンスで負荷Xへ電力を供給することができる。従って、放電時には、負荷Xには、電流i20=i10+i11+i12+i13が流れる。
3.効果
従って、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1によれば、電解コンデンサC1~C4が十分に充電されていない状態で、直流電源Vdcの電源電圧が急峻に上昇しても、電解コンデンサC2~C4はそれぞれの突入電流防止抵抗R1~R3を介して充電されるため、突入電流制限することができる。
従って、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1によれば、電解コンデンサC1~C4が十分に充電されていない状態で、直流電源Vdcの電源電圧が急峻に上昇しても、電解コンデンサC2~C4はそれぞれの突入電流防止抵抗R1~R3を介して充電されるため、突入電流制限することができる。
また、電解コンデンサC1に至っては突入電流防止抵抗Rを介さず充電されるが、実施の形態1の突入電流抑制回路1は、電解コンデンサCを複数搭載しており、電解コンデンサC1の容量が小さく設定することができる。従って、電解コンデンサC1への突入電流を小さくすることができるため、電解コンデンサC1~C4への突入電流値が大きくならず、空気調和機器内のヒューズ溶断及び空気調和機外に設置される配線用遮断器21の誤動作(トリップ)を防止できる。
さらに、電解コンデンサC2~C4を有するユニットu2~u4を複数設けることで、停電発生時に電解コンデンサC2~C4から負荷へ電流供給するように構成しているため、短い停電時間において負荷の運転を継続させることが可能となる。ここでは、ユニットu2~u4で説明したが、さらにユニットuの接続数を増加させることで、より長い時間の停電が発生した場合においても運転継続可能な時間を長くすることができる。すなわち、停電発生時に運転継続したい時間からユニットuの接続数を決定すればよい。
さらに、電解コンデンサC2~C4を有するユニットu2~u4を複数設けることで、停電発生時に電解コンデンサC2~C4から負荷へ電流供給するように構成しているため、短い停電時間において負荷の運転を継続させることが可能となる。ここでは、ユニットu2~u4で説明したが、さらにユニットuの接続数を増加させることで、より長い時間の停電が発生した場合においても運転継続可能な時間を長くすることができる。すなわち、停電発生時に運転継続したい時間からユニットuの接続数を決定すればよい。
実施の形態1に係る突入電流抑制回路1では、ユニットu2における逆潮流防止ダイオードD3と突入電流防止抵抗R1と電解コンデンサC2の直列回路、ユニットu3における逆潮流防止ダイオードD5と突入電流防止抵抗R2と電解コンデンサC3の直列回路及びユニットu4における逆潮流防止ダイオードD7と突入電流防止抵抗R3と電解コンデンサC4の直列回路が互いに並列に配置されており、各電解コンデンサC2~C4の容量が小さくできる。従って、各突入電流防止抵抗R1~R3に流れる突入電流を小さくできるため、突入電流防止抵抗R1~R3を基板に実装できるような小型の抵抗とすることができる。
4.変形例
4-1.変形例1
実施の形態1では、直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1について説明したが、突入電流抑制回路1は直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に限られるものではなく、他の機器についても適用可能である。
4-2.変形例2
突入電流抑制回路1のユニットu1~u4は、逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8をそれぞれ有する場合について説明したが、逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8は、必ずしも必要ではない。逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8を設けない場合、突入電流抑制回路1をさらに小型化することができる。
4-3.変形例3
実施の形態1では、突入電流防止抵抗を有しないユニットu1を設ける場合について説明したが、突入電流抑制回路1はユニットu1内の電解コンデンサC1及び逆潮流防止ダイオードD2を設けなくても良い。
4-4.変形例4
ユニットu1の逆潮流防止ダイオードD1及び電解コンデンサC1の接続点と、逆潮流防止ダイオードD1との間に、突入電流抑制用の直流リアクトルL1を追加しても良い。図6は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の変形例4を示す図である。
4-1.変形例1
実施の形態1では、直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1について説明したが、突入電流抑制回路1は直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1に限られるものではなく、他の機器についても適用可能である。
4-2.変形例2
突入電流抑制回路1のユニットu1~u4は、逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8をそれぞれ有する場合について説明したが、逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8は、必ずしも必要ではない。逆潮流防止ダイオードD2、D4、D6及びD8を設けない場合、突入電流抑制回路1をさらに小型化することができる。
4-3.変形例3
実施の形態1では、突入電流防止抵抗を有しないユニットu1を設ける場合について説明したが、突入電流抑制回路1はユニットu1内の電解コンデンサC1及び逆潮流防止ダイオードD2を設けなくても良い。
4-4.変形例4
ユニットu1の逆潮流防止ダイオードD1及び電解コンデンサC1の接続点と、逆潮流防止ダイオードD1との間に、突入電流抑制用の直流リアクトルL1を追加しても良い。図6は、実施の形態1に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の変形例4を示す図である。
直流リアクトルL1は、急峻な電流の変化に対し、変化を抑制するような働きをするため、電源投入時等の電解コンデンサC1に流れ込む突入電流の値をさらに小さくできる。
実施の形態2.
1.構成
図7は、実施の形態2に係る直流給電対応空気調和機の構成を示す図である。
1.構成
図7は、実施の形態2に係る直流給電対応空気調和機の構成を示す図である。
図7に示すように、直流電源Vdcは、配線用遮断器21を介して空気調和機20に接続されている。
配線用遮断器21がオンにされると、直流電源Vdcからの直流が空気調和機20に供給される。
直流電源Vdcの正極(P)は、空気調和機20のヒューズF1に接続されている。ヒューズF1には逆潮流防止ダイオードD1が直列に接続されている。逆潮流防止ダイオードD1と、負荷Xとの間には、突入電流抑制回路を構成するユニットu11、ユニットu12及びユニットu13が互いに並列に接続されている。
負荷Xは、直流電源Vdcから直流電圧又は放電時に突入電流抑制回路1から供給される直流電圧をインバータ回路等で交流電圧に変換して圧縮機等に供給する。
ユニットu11は、突入電流防止抵抗R1、逆潮流防止ダイオードD11及び電解コンデンサC1を有する。突入電流防止抵抗R1は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC1に接続される。逆潮流防止ダイオードD11は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC1に接続され、突入電流防止抵抗R1と並列に接続される。電解コンデンサC1は、一端が突入電流防止抵抗R1及び逆潮流防止ダイオードD11の他端に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)に接続される。
ユニットu11は、突入電流防止抵抗R1、逆潮流防止ダイオードD11及び電解コンデンサC1を有する。突入電流防止抵抗R1は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC1に接続される。逆潮流防止ダイオードD11は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC1に接続され、突入電流防止抵抗R1と並列に接続される。電解コンデンサC1は、一端が突入電流防止抵抗R1及び逆潮流防止ダイオードD11の他端に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)に接続される。
ユニットu12は、突入電流防止抵抗R2、逆潮流防止ダイオードD12及び電解コンデンサC2を有する。突入電流防止抵抗R2は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC2に接続される。逆潮流防止ダイオードD12は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC2に接続され、突入電流防止抵抗R2と並列に接続される。電解コンデンサC2は、一端が突入電流防止抵抗R2及び逆潮流防止ダイオードD12の他端に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)に接続される。
ユニットu13は、突入電流防止抵抗R3、逆潮流防止ダイオードD13及び電解コンデンサC3を有する。突入電流防止抵抗R3は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC3に接続される。逆潮流防止ダイオードD13は、一端が逆潮流防止ダイオードD1に接続され、他端が電解コンデンサC3に接続され、突入電流防止抵抗R3と並列に接続される。電解コンデンサC3は、一端が突入電流防止抵抗R3及び逆潮流防止ダイオードD13の他端に接続され、他端が直流電源Vdcの負極(N)に接続される。
2.動作
以下、実施の形態2に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の電源投入時の充電動作について、図7を参照して説明する。
以下、実施の形態2に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1の電源投入時の充電動作について、図7を参照して説明する。
配線用遮断器21をONすると、図2に示すように、直流電源Vdcの電圧は、0[V]から定格電圧まで上昇する。直流電源Vdcから供給される直流電流I1は空気調和機20へ流れ、短絡電流が発生した際の二次側保護のためのヒューズF1、逆潮流防止ダイオードD1を介して各ユニットu11~u13へ電流が流れる。このとき、直流電流I2は、突入電流防止抵抗R1を経由して、主回路の電解コンデンサC1へ流れる。同様に、直流電流I3は突入電流防止抵抗R2を経由して、主回路の電解コンデンサC2へ流れる。直流電流I4は突入電流防止抵抗R3を経由して、主回路の電解コンデンサC3へ流れる。
電流I2、I3、I4は、電源電圧VdcをV[v]とすると、V/R1、V/R2、V/R3となる。それぞれ突入電流防止抵抗R1、R2、R3によって、その最大ピーク値が抑制され、その結果、I2、I3、I4の和であるI1も抑制される。従って直流電源Vdcの電圧とヒューズF1の溶断特性や配線用遮断器の遮断特性に応じて、抵抗R1、R2、R3の値を決定することで、ヒューズF1の溶断レベル以下かつ配線用遮断器の遮断レベル以下とすることができる。
電流I2、I3、I4は、電源電圧VdcをV[v]とすると、V/R1、V/R2、V/R3となる。それぞれ突入電流防止抵抗R1、R2、R3によって、その最大ピーク値が抑制され、その結果、I2、I3、I4の和であるI1も抑制される。従って直流電源Vdcの電圧とヒューズF1の溶断特性や配線用遮断器の遮断特性に応じて、抵抗R1、R2、R3の値を決定することで、ヒューズF1の溶断レベル以下かつ配線用遮断器の遮断レベル以下とすることができる。
上記は充電時の経路である。図5のD部の電源電圧低下時、つまり放電時は、電解コンデンサC1からの直流電流I2が放電され、突入電流防止抵抗R1ではなく、よりインピーダンスが低い逆潮流防止ダイオードD11を経由し、負荷Xへ流れる。同様に、電解コンデンサC2からの電流I3は、突入電流防止抵抗R2ではなく、よりインピーダンスが低い逆潮流防止ダイオードD12を経由し負荷Xへ流れる。電解コンデンサC3からの電流I4は、突入電流防止抵抗R3ではなく、よりインピーダンスが低い逆潮流防止ダイオードD13を経由し、負荷Xへ流れる。その際の電流I2~I4の電流向きは図7とは逆方向である。
3.効果
第2の実施の形態に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1によれば、第1の実施の形態の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1と同様の効果を得ることができる。
第2の実施の形態に係る直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1によれば、第1の実施の形態の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態は、例として提示したものであり、実施の形態の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施の形態及びその変形は、実施の形態の範囲及び要旨に含まれる。また、I1の突入電流がヒューズF1の溶断や配線用遮断器21の誤動作を発生させないようにユニットu11内のコンデンサ容量を小さく設定する場合には、突入電流防止抵抗R1と逆潮流防止ダイオードD11はなくてもよい。
1 突入電流抑制回路、Vdc 直流電源、X 負荷、u1~u4、u11~u13 ユニット、D1~D8、D11~D13 逆潮流防止ダイオード、R1~R3 突入電流防止抵抗、L1 直流リアクトル、20 空気調和機、21 配線用遮断器、22 インバータ。
Claims (7)
- 一端が直流電源の正極(P)に接続された第1ダイオードと、
一端が前記第1ダイオードの他端に接続された抵抗と、
一端が前記抵抗の他端と負荷との間に接続され、他端が前記直流電源の負極(N)に接続された第1電解コンデンサと
を具備する第1ユニットを具備し、
前記第1ユニットは前記直流電源と前記負荷との間に複数設けられ、前記複数の第1ユニットは、互いに並列に設けられている、
直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 前記各第1ユニットは、
一端が前記抵抗の他端に接続され、他端が前記負荷に接続される第2ダイオードをさらに具備する、
請求項1に記載の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 一端が前記直流電源の正極(P)に接続された第3ダイオードと、
一端が前記第3ダイオードの他端と前記負荷との間に接続され、他端が前記直流電源の負極(N)に接続された第2電解コンデンサと
を具備する第2ユニット
をさらに具備し、
前記第2ユニットは、前記複数の第1ユニットと並列に設けられている、
請求項1又は請求項2に記載の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 前記第2ユニットは、
一端が前記第3ダイオードの他端に接続され、他端が前記負荷に接続される第4ダイオードをさらに具備する、
請求項3に記載の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 前記第1ダイオードと前記直流電源との間に接続されたヒューズをさらに具備する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 前記第2ユニットは、
前記第3ダイオードと、前記第2電解コンデンサとの間に接続された直流リアクトルをさらに具備する、
請求項3又は請求項4に記載の直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。 - 一端が直流電源の正極(P)に接続された第1ダイオードの他端に接続された抵抗と、
前記第1ダイオードの他端に接続された第2ダイオードと、
一端が前記抵抗の他端及び前記第2ダイオードの他端に接続され、他端が前記直流電源の負極(N)に接続された第1電解コンデンサと
を具備するユニットを具備し、
前記ユニットは前記直流電源と負荷との間に複数設けられ、前記複数のユニットは、互いに並列に設けられている、
直流給電対応空気調和機の突入電流抑制回路。
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