JPH06335254A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH06335254A
JPH06335254A JP5115853A JP11585393A JPH06335254A JP H06335254 A JPH06335254 A JP H06335254A JP 5115853 A JP5115853 A JP 5115853A JP 11585393 A JP11585393 A JP 11585393A JP H06335254 A JPH06335254 A JP H06335254A
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JP
Japan
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converter
capacitor
input
parallel
semiconductor switching
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JP5115853A
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English (en)
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Masashi Toyoda
昌司 豊田
Akira Kobayashi
彰 小林
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電源の瞬時停電に伴なってコンバータの
運転が停止されている間も、最小限のコンデンサ容量に
よりコンバータの負荷に安定した電力を供給することが
できること。 【構成】 PWMコンバータ3の直流出力にコンデンサ
4が接続され、コンデンサ4の両端にインバータ5が接
続された電力変換装置において、交流入力電源1の瞬時
停電に伴なってPWMコンバータ3の運転が停止されて
いる間も、コンデンサ4の出力電圧が、インバータ5が
正常に動作可能な規定電圧以上となるようにコンデンサ
4の容量が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電力変換装置に係り、特
に、半導体スイッチング素子と整流素子を含むコンバー
タの直流出力側にコンデンサを備え、交流電力を直流電
力に変換するに好適な電力変換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電力変換装置としては、交流電力
を直流電力に変換するコンバータあるいは直流電力を交
流電力に変換するインバータが知られている。これら電
力変換器のうちコンバータにおいては、特開平2−10
0116号公報に記載されているように、交流入力の高
調波電流を抑制すると共に力率を改善する方式を適用し
たものとして、PWM(パルス幅変調制御)コンバータ
を用いたものがある。この電力変換装置は、半導体スイ
ッチング素子とこのスイッチング素子と並列に接続され
たダイオードをブリッチ構成することによってPWMコ
ンバータを構成し、PWMコンバータの直流出力側にコ
ンデンサ及び蓄電池を並列接続するように構成されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】PWMコンバータを無
停電電源装置などに用いた場合、交流系統の瞬時停電時
にもPWMコンバータを停止しなければ、直流側の電力
がコンバータを介して交流電源側に回生され、交流系統
に過電圧が発生することがある。このため交流系統の瞬
時停電時にもPWMコンバータを停止することが必要と
されている。
【0004】一方、瞬時停電が復旧された復電時には、
入力電源との同期操作、コンバータの電圧及び位相調整
が必要なため、PWMコンバータを再起動するための運
転時間として、PWMコンバータの直流出力電圧が確立
するまでの時間、例えば数百mmから数秒程度の時間が
必要である。このため、従来技術では、コンバータの直
流出力側にコンデンサや蓄電池を接続し、交流系統の瞬
時停電時にもコンバータの負荷となるインバータに安定
した電力を供給する構成が採用されている。しかし、コ
ンバータの直流出力側に大容量のコンデンサを接続した
り、蓄電池を接続したりする構成では装置が大型化する
と共にコストアップとなる。
【0005】本発明の目的は、交流電源の瞬時停電に伴
なってコンバータの運転が停止されている間も、最小限
のコンデンサ容量によりコンバータの負荷に安定した電
力を供給することができる電力変換装置を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、交流入力を直流に変換する半導体スイッ
チング素子とこの半導体スイッチング素子に並列接続さ
れた整流素子を含むコンバータと、該コンバータの直流
出力に並列接続されたコンデンサとを備えた電力変換装
置において、前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コン
バータの運転が停止されている間は、前記コンデンサの
電圧が前記コンバータの負荷が正常に動作可能な規定電
圧以上になる値に、前記コンデンサの容量を設定してな
ることを特徴とする電力変換装置を構成したものであ
る。
【0007】また本発明は、交流入力を直流に変換する
半導体スイッチング素子とこの半導体スイッチング素子
に並列接続された整流素子を含むコンバータと、該コン
バータの直流出力に並列接続されたコンデンサとを備え
た電力変換装置において、前記交流入力の瞬時停電に伴
って前記コンバータの運転が停止されている間は、前記
コンバータの整流素子による出力電圧を前記コンバータ
の負荷が正常に動作可能な規定電圧以上になる値に設定
してなることを特徴とする電力変換装置を構成したもの
である。
【0008】また更に、本発明は、交流入力を直流に変
換する半導体スイッチング素子とこの半導体スイッチン
グ素子に並列接続された整流素子を含むコンバータと、
該コンバータの直流出力に並列接続されたコンデンサと
を備えた電力変換装置において、前記交流入力の瞬時停
電に伴って前記交流入力の瞬時停電の間は、前記コンデ
ンサに蓄積されているエネルギーが前記コンデンサの負
荷で消費される電力量以上になる値に、前記コンデンサ
の容量を設定してなることを特徴とする電力変換装置を
構成したものである。
【0009】前記各電力変換装置は、コンデンサの両端
にインバータが接続されたもの、あるいはコンデンサの
両端に直流−直流コンバータが接続されたものにも適用
することができる。
【0010】
【作用】前記した手段によれば、コンバータに電力を供
給する交流電源が瞬時停電状態となってコンバータの運
転が停止された場合でも、コンバータの運転が停止され
ている間は、コンデンサの電圧がコンバータの負荷が正
常に動作可能な規定電圧以上に維持され、あるいはコン
バータの整流素子による出力電圧がコンバータの負荷が
正常に動作可能な規定電圧以上に維持され、またコンデ
ンサに蓄積されているエネルギーがコンデンサの負荷で
消費される電力以上に維持される。このため、最少限の
コンデンサ容量でも、瞬時停電時からコンバータが再起
動されるまでコンバータの負荷には安定した電力が供給
される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。
【0012】図1において、電力変換装置は三相PWM
コンバータ3、コンデンサ4、インバータ5を備えて構
成されており、PWMコンバータ3の交流入力側が交流
リアクトル2を介して交流入力電源1に接続され、PW
Mコンバータ3の直流出力側がコンデンサ4を介してイ
ンバータ5に接続され、インバータ5の交流出力側が負
荷6に接続されている。
【0013】PWMコンバータ3は、半導体スイッチン
グ素子としてトランジスタ31T,32T,33T,3
4T,35T,36T、整流素子としてダイオード31
D,32D,33D,34D,35D,36Dを備えて
構成されている。そしてトランジスタ31Tとダイオー
ド31D、トランジスタ33Tとダイオード33D、ト
ランジスタ35Tとダイオード35Dとが互いに並列接
続されて各相の上アームを構成するようになっている。
更に、トランジスタ32Tとダイオード32D、トラン
ジスタ34Tとダイオード34D、トランジスタ36T
とダイオード36Dとが互いに並列接続されて下アーム
を構成するようになっている。
【0014】ここで、PWMコンバータ3の各トランジ
スタ31T〜36TのベースにPWM信号を印加するに
際して、交流入力電源1の正常時に、PWMコンバータ
3の直流出力電圧Edが交流入力電源1の線間電圧の実
効値Vinの波高値√2×Vinより高くなるようにパ
ルス幅を制御し、入力電流を正弦波化して高調波電流を
抑制するようにしている。
【0015】また、図2に示すように、交流電源1の正
常時におけるPWMコンバータ3の直流出力電圧をEd
0とし、PWMコンバータ3の全てのトランジスタ31
T〜36Tをオフとし、ダイオード31D〜36Dから
なる三相全波整流回路の整流出力電圧をEd2とし、イ
ンバータ5の正常動作可能な最小直流電圧をEd3とす
ると、Ed0≧Ed2≧Ed3の関係に設定されている。
更にEd2=k×Vinとなり、k=1.3〜1.4程
度となる。
【0016】更に、本実施例においては、コンデンサ4
の容量を設定するに際しては、瞬時停電の補償時間t1
秒間の直流電圧Edの低下△Edが、△Ed≦Ed0
Ed2となるようにコンデンサ4の容量が設定されてい
る。
【0017】すなわち、インバータ5に入力される電流
の値は一定で、消費電力は一定に制限されているため、
インバータ5は定電力源と見なせるため、次の(1)式
に示されるように、コンデンサ4に蓄積されるエネルギ
ーがインバータ5で消費される電力量以上となるように
コンデンサ4の容量が設定されている。
【0018】
【数1】
【0019】ここに、Winvはインバータ5の出力電
力を示す。
【0020】なお、インバータ5はトランジスタ51T
〜56T、ダイオード51D〜56Dを備えて構成され
ており、コンデンサ4に蓄積された直流電力を交流電力
に変換して負荷6に供給できるようになっている。
【0021】上記構成において、交流入力電源1が正常
な状態にあるときには、交流入力電源1からの交流電力
が交流リアクトル2を介してPWMコンバータ3に供給
される。このときPWMコンバータ3の各トランジスタ
31T〜36Tに印加されるPWM信号によってPWM
コンバータ3から直流電圧が出力される。このときの直
流電圧はEd0となる。
【0022】一方、交流入力電源1に地絡事故などが生
じ、交流入力電源1がt1秒間の間瞬時停電状態になる
と、PWMコンバータ3の運転が停止され、トランジス
タ31T〜36Tが全てオフとなる。これにより、PW
Mコンバータ3は、各ダイオード31D〜36Dの整流
による電圧が出力されることになる。この整流電圧は徐
々に低下し、交流入力電源1が復電した時刻t1にEd
1となる。この直流電圧Ed1は、Ed1≧Ed2≧Ed3
の関係に維持されている。
【0023】交流入力電源1が復電した後も、入力電源
との同期操作及びPWMコンバータ3の電圧及び位相調
整が完了するまでトランジスタ31T〜36Tは全てオ
フの状態にあり、ダイオード31D〜36Dによる整流
出力のみがコンデンサ4に入力される。このときの電圧
はEd2に維持される。この電圧Ed2はEd3よりも大
きいため、インバータ5の運転は安定した状態で継続さ
れる。そしてPWMコンバータ3の再起動の条件が整う
と、時刻t2においてPWMコンバータ3の各トランジ
スタ31T〜36TにPWM信号が印加され、PWMコ
ンバータ3が再起動される。これによりコンデンサ4の
電圧が徐々に高くなる。
【0024】このように、本実施例によれば、交流入力
電源1が瞬時停電状態になったあとPWMコンバータ3
が再起動されるまでの間コンデンサ4の端子電圧がEd
2に維持され、インバータ5の正常動作可能な最小直流
電圧Ed3をEd3>Ed2となるように設定したため、
交流入力電源1の瞬時停電に伴なってPWMコンバータ
3の運転が停止されている間も、最小限のコンデンサ容
量によりインバータ5に安定した電力を供給することが
でき、コンデンサ4の小型化に寄与することができる。
【0025】また前記実施例においては、PWMコンバ
ータ3の負荷としてインバータ5を用いたものについて
述べたが、図3に示すように、PWMコンバータ3の負
荷として、インバータ5の代わりに直流−直流コンバー
タ7を用いたものにも本発明を適用することができる。
【0026】また、PWMコンバータ3を構成する半導
体スイッチング素子としては、バイポーラトランジスタ
の代わりに、電界効果トランジスタ、絶縁ゲートバイポ
ーラトランジスタ、ゲートターンオフサイリスタなどの
自己消弧素子を用いることもできる。更にPWMコンバ
ータとしては、単相のコンバータを用いることもでき
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
交流電源の瞬時停電に伴なってコンバータの運転が停止
されている間も、最小限のコンデンサ容量によりコンバ
ータの負荷に安定した電力を供給するようにしたため、
コンデンサの小容量化及び小型化が図れ、装置の小型化
及び低コスト化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図2】図1に示す装置の作用を説明するためのタイム
ーチャートである。
【図3】本発明の他の実施例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
1 交流入力電源 2 交流リアクトル 3 PWMコンバータ 4 コンデンサ 5 インバータ 6 負荷 31T〜36T トランジスタ 31D〜36D ダイオード

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサを備えた電力変換装置
    において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記瞬時停電の間は、
    前記コンデンサに蓄積されているエネルギーが前記コン
    デンサの負荷で消費される電力量以上になる値に、前記
    コンデンサの容量を設定し、前記コンバータの運転が停
    止されている間は、前記コンデンサの電圧が前記コンバ
    ータの負荷が正常に動作可能な規定電圧以上になる値
    に、前記コンデンサの容量を設定してなることを特徴と
    する電力変換装置。
  2. 【請求項2】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサとを備えた電力変換装
    置において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コンバータの運転
    が停止されている間は、前記コンバータの整流素子によ
    る出力電圧を前記コンバータの負荷が正常に動作可能な
    規定電圧以上になる値に設定してなることを特徴とする
    電力変換装置。
  3. 【請求項3】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端子に接続されたインバータとを備えた電力変換装置に
    おいて、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コンバータの運転
    が停止されている間は、前記コンデンサの電圧が前記イ
    ンバータが正常に動作可能な規定電圧以上になる値に、
    前記コンデンサの容量を設定してなることを特徴とする
    電力変換装置。
  4. 【請求項4】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端子に接続されたインバータとを備えた電力変換装置に
    おいて、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コンバータの運転
    が停止されている間は、前記コンバータの整流素子によ
    る出力電圧を前記インバータが正常に動作可能な規定電
    圧以上になる値に設定してなることを特徴とする電力変
    換装置。
  5. 【請求項5】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端に接続された直流−直流コンバータとを備えた電力変
    換装置において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コンバータの運転
    が停止されている間は、前記コンデンサの電圧が前記直
    流−直流コンバータが正常に動作可能な規定電圧以上に
    なる値に、前記コンデンサの容量を設定してなることを
    特徴とする電力変換装置。
  6. 【請求項6】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端に接続された直流−直流コンバータとを備えた電力変
    換装置において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記コンバータの運転
    が停止されている間は、前記コンバータの整流素子によ
    る出力電圧を前記直流−直流コンバータが正常に動作可
    能な規定電圧以上になる値に設定してなることを特徴と
    する電力変換装置。
  7. 【請求項7】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサとを備えた電力変換装
    置において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記交流入力の瞬時停
    電の間は、前記コンデンサに蓄積されているエネルギー
    が前記コンデンサの負荷で消費される電力量以上になる
    値に、前記コンデンサの容量を設定してなることを特徴
    とする電力変換装置。
  8. 【請求項8】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端に接続されたインバータとを備えた電力変換装置にお
    いて、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記交流入力の瞬時停
    電の間は、前記コンデンサに蓄積されているエネルギー
    が前記コンデンサの負荷で消費される電力量以上になる
    値に、前記コンデンサの容量を設定してなることを特徴
    とする電力変換装置。
  9. 【請求項9】 半導体スイッチング素子とこの半導体ス
    イッチング素子に並列接続された整流素子を含み交流入
    力を直流に変換するコンバータと、該コンバータの直流
    出力に並列接続されたコンデンサと、該コンデンサの両
    端に接続された直流−直流コンバータとを備えた電力変
    換装置において、 前記交流入力の瞬時停電に伴って前記交流入力の瞬時停
    電の間は、前記コンデンサに蓄積されているエネルギー
    が前記コンデンサの負荷で消費される電力量以上になる
    値に、前記コンデンサの容量を設定してなることを特徴
    とする電力変換装置。
JP5115853A 1993-05-18 1993-05-18 電力変換装置 Pending JPH06335254A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5959858A (en) * 1996-11-20 1999-09-28 Hitachi, Ltd. Electric power conversion apparatus
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