KR101285486B1 - 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법 - Google Patents

전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

직류 전원에 직렬로 접속된 단류기와, 직류 전원에 단류기를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서와, 직렬로 접속된 저항기 및 제1 스위칭 회로를 포함하고 제1 콘덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와, 동기기를 구동시키는 전력 변환기와, 전력 변환기의 직류 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서와, 제1 콘덴서와 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로와, 방전 회로를 제어하는 제어 회로를 구비하고, 제어 회로는 제1 콘덴서의 전압 및 제2 콘덴서의 전압에 기초하여 방전 회로를 제어한다.

Description

전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법{POWER CONVERSION DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING THE CONDENSER VOLTAGE OF THE POWER CONVERSION DEVICE}
본 발명은 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법에 관한 것이며, 특히, 동기기(同期機)의 고속 회전시의 무부하 유기 전압이 직류 전원 전압보다 높은 경우에 대응 가능한 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법에 관한 것이다.
자동차나 전철에서는, 구동 시스템에 의한 가속, 감속을 행하지 않고 타성(惰性)으로 주행(타행)하는 것이 운전 모드의 특징이다. 동기기를 사용하는 구동 시스템에서는, 이와 같은 타행의 경우에, 무부하 유기 전압이 발생하고, 이 무부하 유기 전압이 전력 변환 장치를 구성하는 스위칭 회로에 역병렬(逆竝列) 접속된 다이오드를 통하여 전파 정류되고, 직류 전압(콘덴서의 단자간 전압)이 상승하여 전원 측에 전력을 회생하여, 구동 시스템 전체로서는 브레이크 동작을 실행하게 된다.
관련하는 기술로서, 하기 특허 문헌 1에는 인버터의 전원과 인버터 암(inverter arm)간에 일방향 도통 수단과 개폐 수단의 병렬 접속 회로를 직렬로 삽입하여 인버터를 통해 영구 자석형 동기 전동기를 구동하는 구동장치로서, 인버터의 정지 중에는 개폐 수단을 개방하고, 인버터의 운전 개시시에는 개폐 수단을 개방한 상태에서 전동기의 단자 전압이 소정 값이 되도록 여자 전류를 제어하고, 전동기의 단자 전압이 소정 값에 이르렀을 때 개폐 수단을 닫힘으로 한 상태에서 전동기의 토크 전류를 제어하여 전동기를 가감속(加減速) 운전하고, 운전 중의 인버터를 정지할 때는, 전동기의 단자 전압이 소정 값이 되도록 여자 전류를 제어한 상태에서 토크 전류를 제로에 감소시킨 후, 개폐 수단을 개방하고, 그러한 후에 여자 전류를 감소시켜 인버터의 운전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기차용 영구 자석 전동기의 구동장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 기술에서는, 전원 측의 콘덴서의 과전압 대책에 관해서 고려되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본국 특개 2000－308388호 공보
특허 문헌 1에서는, 인버터 암측의 콘덴서에 관해서, IGBT 등의 반도체 소자와 인버터 암측의 콘덴서의 전압 정격을 적절히 선택함으로써, 충분히 대처할 수 있는 것으로 되어 있다. 그렇지만, IGBT 등의 반도체 소자와 인버터 암측의 콘덴서의 전압 정격을 적절히 선택했다고 하더라도, 무부하 유기 전압이 더 높아져서, 인버터 암측의 콘덴서가 과전압이 되어, 인버터의 정지를 피할 수 없게 되는 경우가 일어날 수 있다고 생각된다. 그리고 인버터 암측의 콘덴서를 방전하기 위해서는, 인버터 암측의 콘덴서에 방전 회로를 부속시킬 필요가 있어, 전력 변환 장치가 필요 이상으로 커지는 것이나 비용이 높아진다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 콘덴서마다 방전 회로를 마련할 필요를 없애는 것이 가능한 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 전력 변환 장치는 직류 전원에 직렬로 접속된 단류기와, 상기 직류 전원에 상기 단류기를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서와, 상기 제1 콘덴서에 병렬로 접속되고, 직렬로 접속된 저항기 및 제1 스위칭 회로를 포함하는 방전 회로와, 동기기를 구동시키는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기의 직류 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서와, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로와, 상기 방전 회로를 제어하는 제어 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서, 상기 제1 콘덴서의 전압을 검출하는 제1 전압 검출기와, 상기 제2 콘덴서의 전압을 검출하는 제2 전압 검출기를 더 구비하고, 상기 제어 회로는 상기 제1 콘덴서의 전압 및 상기 제2 콘덴서의 전압에 기초하여 상기 방전 회로를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 콘덴서마다 방전 회로를 마련할 필요를 없앨 수 있다. 즉, 직류 전원에 병렬로 접속된 제1 콘덴서와 전력 변환기의 직류 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서의 방전을 1개의 방전 회로로 실시할 수 있으므로, 전력 변환 장치의 소형화, 부품수의 저감에 의한 저비용화를 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 제어 회로(11)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 주요부 동작을 나타내는 파형도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 제어 회로(15)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 전력 변환 장치의 주요부 동작을 나타내는 파형도이다.
이하에, 본 발명에 관한 전력 변환 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이러한 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에 관한 전력 변환 장치는 직류 전원(1)에 직렬로 접속된 단류기(2)와, 직류 전원(1)에 단류기(2)를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서(6)와, 서로 직렬로 접속되고 콘덴서(6)에 병렬로 접속되어 과전압을 억제하는 저항기(3) 및 제1 스위칭 회로(4)와, 동기기(13)를 구동시키는 전력 변환기(12)와, 전력 변환기(12)의 직류 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서(9)와, 콘덴서(9)와 콘덴서(6)의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로(8)와, 콘덴서(6)의 전압을 검출하는 제1 전압 검출기(7)와, 콘덴서(9)의 전압을 검출하는 제2 전압 검출기(10)와, 스위칭 회로(4), 스위칭 회로(8), 및 단류기(2)를 제어하는 제어 회로(11)를 구비하고 있다. 저항기(3) 및 스위칭 회로(4)는 방전 회로(5)를 구성한다.
실시 형태 1에서는, 동기기(13)로서, 회전자에 장착된 영구 자석에 의한 자속을 이용한 영구 자석 동기기를 이용하고 있다. 영구 자석 동기기에 있어서는, 영구 자석에 의한 자속이 일정하고, 동기기(13) 단체(單體)의 특성으로서 영구 자석에 의한 자속 밀도와 동기기(13)의 회전 속도의 곱에 비례한 유기 전압을 발생한다. 이 유기 전압은 일반적으로 무부하 유기 전압으로 불리고 있다. 이것에 대해서, 전력 변환기(12)는 입력인 직류 전원(1)의 직류 전압 이상의 전압을 발생할 수 없다는 것으로부터, 무부하 유기 전압이 전력 변환기(12)의 최대 출력 전압을 초과하는 영역에서는, 영구 자석에 의한 자속을 상쇄하는 자속을 전기자 코일로 발생시키도록, 전력 변환기(12)로 이른바 약한 계자 제어를 실행하여, 고회전 속도까지의 운전을 실행한다.
일반적으로, 자동차나 전철 등의 전기차에서는, 전력 변환기가 정지하여 있고, 역행(力行)도 아니고 회생(回生)도 아닌, 타성으로 주행하는 타행이라고 하는 운전 모드가 있는 것이 특징이다. 그리고 영구 자석 동기기를 이용한 전기차의 타행에 있어서는 상술한 무부하 유기 전압이 발생한다.
도 1에 제시된 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치에 있어서, 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 전력 변환기(12)의 직류 전압(콘덴서(6)의 양단 전압에 상당)보다 큰 영역에서는, 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 전력 변환기(12)를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gｖ, Gw, Gx, Gy, Gz)의 다이오드를 통해서 전파 정류되어 직류 전압이 상승하여, 직류 전원(1) 측에 전력이 회생되어 시스템 전체로서는 브레이크력이 발생하여, 브레이크 동작이 이루어지게 된다.
또, 전기차의 타행 중에, 약한 계자 제어를 위한 여자 전류를 흘리고자 전력 변환 장치가 운전하는 것은, 영구 자석 동기기의 코일에 전류를 흘림으로써 발생하는 동손(銅損)이나 전력 변환기(12)의 손실이 발생하므로, 에너지 절약의 관점에서 바람직한 것은 아니다. 특히, 에너지 효율이 최대 중요 과제인 전기 자동차에 있어서는 매우 큰 과제이다.
그래서 실시 형태 1에서는, 도 1에 제시된 바와 같이, 전력 변환기(12)와 콘덴서(6) 사이에 스위칭 회로(8)를 직렬로 삽입하고, 전력 변환기(12)를 통해서 동기기(13)를 구동한다. 또한, 실시 형태 1에 있어서, 스위칭 회로(8)는, 예를 들면 다이오드 등의 일방향 도통 회로를 역병렬로 접속한 예를 들면 IGBT 등의 트랜지스터 등의 개폐 회로를 포함하여 구성할 수 있고, 전력 변환기(12)를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gｖ, Gw, Gx, Gy, Gz)와 같은 것을 사용할 수 있다. 또, 스위칭 회로(4)도, 스위칭 회로(8)와 마찬가지로, 예를 들면 다이오드 등의 일방향 도통 회로를 역병렬로 접속한 예를 들면 IGBT 등의 트랜지스터 등의 개폐 회로를 포함하여 구성할 수 있고, 전력 변환기(12)를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gｖ, Gw, Gx, Gy, Gz)와 같은 것을 사용할 수 있다.
제어 회로(11)는 전압 검출기(10)에 의해서 검출된 콘덴서(9)의 전압값 및 전압 검출기(7)에 의해서 검출된 콘덴서(6)의 전압값을 입력으로 하여 단류기(2), 스위칭 회로(4), 및 스위칭 회로(8)를 제어한다.
전력 변환기(12)가 가속 운전을 실행하는 경우에는, 제어 회로(11)는 직류 전원(1)로부터 전력 변환기(12)에 전력을 공급하기 위해서, 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 온 상태로 제어한다.
또, 전력 변환기(12)가 운전을 정지하는 경우에는, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한다. 이때에 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 콘덴서(9)의 전압보다 큰 경우는, 콘덴서(9)는 전력 변환기(12)를 구성하는 스위칭 회로(Gu, Gv, Gw, Gx, Gy, Gz)의 다이오드를 통해서 피크 충전되지만, 콘덴서(9)의 용량을 적절히 선택함으로써, 콘덴서(9)는 즉시 충전되고, 시스템 전체로서는 브레이크 동작을 하지 않는다.
또, 스위칭 회로(8)의 트랜지스터가 오프 상태인 경우에는, 전력 변환기(12)측에서 직류 전원(1)측으로 하는 방향의 전력의 흐름이 스위칭 회로(8)에 의해서 차단되기 때문에, 타행 시에 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 직류 전원(1) 측에 회생되는 것에 의해서 발생하는 불필요한 브레이크력의 발생과 그에 따른 전력 손실을 막을 수 있고, 또한 직류 전원(1)의 전압이 통상의 전압 이상으로 상승하는 것을 막을 수 있다.
도 2에 제어 회로(11)의 구성의 일례를 나타낸다. 제어 회로(11)는 콘덴서(9)의 전압값 Vc와 콘덴서(6)의 전압값 Vfc를 입력으로 하여, 콘덴서(9)의 전압값 Vc와 콘덴서(6)의 전압값 Vfc의 값에 따라서, 스위칭 회로(8), 방전 회로(5)를 구성하는 스위칭 회로(4), 및 단류기(2)를 제어하는 신호를 출력한다.
도 2에 제시된 바와 같이, 콘덴서(9)의 전압값 Vc와 과전압의 설정값을 나타내는 소정 임계값(여기에서는, 일례로서 1850V로 함)의 비교를 비교기(16a)로 실행하고, 콘덴서(9)의 전압값 Vc가 과전압의 설정값을 나타내는 소정 임계값(여기에서는, 1850V) 이상이 되면, 비교기(16a)는 값(논리 신호) 「1」을 출력한다. 그 비교기(16a)로부터 출력된 값 「1」은 논리곱(AND)기(19a)에 입력된다. 또한, 논리곱(AND)기(19a)의 출력 신호는 유지(래치)기(18)에 의해서, 「1」의 값을 유지할 수 있도록 되어 있다. 즉, 유지(래치)기(18)는 비교기(16a)의 출력값 「1」을 유지 하도록 되어 있고, 그 유지 조건은 반전(NOT)기(17a)와 비교기(16b)에 의해 결정된다. 콘덴서(9)의 전압값 Vc는 비교기(16b)에 입력되고, 콘덴서(9)의 전압값 Vc는 소정 임계값(여기에서는, 일례로서 1600V로 함)과 비교되고, 비교기(16b)는 콘덴서(9)의 전압값 Vc가 소정 임계값(여기에서는, 1600V)보다 낮아지면 값 「1」을 출력한다. 그 비교기(16b)의 출력은 반전(NOT)기(17a)에 입력되어 반전된다. 즉, 값 「1」이 반전(NOT)기(17a)에 입력되면, 반전(NOT)기(17a)로부터 값 「0」이 출력되게 된다. 반전(NOT)기(17a)의 출력이 「0」인 경우는, 유지(래치)기(18)는 비교기(16a)의 출력 「1」을 유지한 상태가 된다. 콘덴서(9)의 전압값 Vc가 소정 임계값(여기에서는, 1600V) 이상으로 되면 비교기(16b)의 출력은 「0」이 되고, 반전(NOT)기(17a)의 출력은 「1」이 되기 때문에 유지(래치)기(18)는 유지 상태를 해제하고, 비교기(16a)의 값을 「1」에서 「0」으로 변경한다. 즉, 콘덴서(9)의 전압 Vc가 한 번 1850V가 되면, 1600V까지 방전될 때까지 단류기(2)를 제어하는 제어 신호 SCS(후술함)는 「0」이 된다.
또, 콘덴서(6)의 전압값 Vfc는 비교기(16c)에 입력되고, 소정 임계값(여기에서는, 일례로서 1600V로 함)과 비교되고, 콘덴서(6)의 전압값 Vfc가 소정 임계값(여기에서는, 1600V)이상이 되면, 비교기(16c)는 값「1」을 출력한다. 그 비교기(16c)로부터 출력된 값 「1」은 논리곱(AND)기(19a)에 입력된다.
논리곱(AND)기(19a)는 비교기(16a)로부터 출력된 값과 비교기(16c)로부터 출력된 값이 양쪽 모두 「1」인 경우에 신호 「1」을 출력한다. 또한, 그 이외는, 논리곱(AND)기(19a)는 신호 「0」을 출력한다.
논리곱(AND)기(19a)의 출력 신호는 반전(NOT)기(17b)에 입력되고, 반전(NOT)기(17b)의 출력 신호는 단류기(2)를 제어하는 ON(반전(NOT)기(17b)의 출력이 「1」인 경우)／OFF(반전(NOT)기(17b)의 출력이 「0」인 경우) 제어 신호 SCS가 된다.
비교기(16a)의 출력 신호는 시한 릴레이(20a)를 통해서 스위칭 회로(4)의 ON(시한 릴레이(20a)의 출력이 「1」인 경우)／OFF(시한 릴레이(20a)의 출력이 「0」인 경우) 제어 신호 GS가 된다. 또한, 시한 릴레이(20a)는 입력 신호를 어느 소정 시간(지연 시간)만큼 타이밍을 늦춰서 출력하는 것이다. 이것은 단류기(2)가 개방(OFF)되는 것보다, 먼저 스위칭 회로(4)가 ON 되는 것(관통 전류가 흐르는 것)을 방지하는 효과가 있다. 이 때문에, 시한 릴레이(20a)의 지연 시간은 단류기(2)가 개방하는 시간을 예측하여 설정한다(후술하는 도 3에 있어서 시각 t1 ~ t2의 기간분(예를 들면, 100msec 정도)으로 설정함).
또, 시한 릴레이(20a)의 출력 신호는 시한 릴레이(20b)에 추가로 입력되고, 그 시한 릴레이(20b)의 출력 신호는 비교기(16b)의 출력 신호와 함께 논리곱(AND)기(19b)에 입력된다. 그 논리곱(AND)기(19b)의 출력이 스위칭 회로(8)의 ON(논리곱(AND)기(19b)의 출력이 「1」인 경우)／OFF(논리곱(AND)기(19b)의 출력이 「0」인 경우) 제어 신호 OS가 된다. 또한, 시한 릴레이(20a)의 출력 신호를 시한 릴레이(20b)에 추가로 입력하고, 스위칭 회로(8)가 ON 되는 타이밍을 스위칭 회로(4)가 ON 되는 타이밍보다 늦춤으로써, 스위칭 회로(8)에 큰 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있어 스위칭 회로(8)가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시 형태 1은 이와 같은 회로 구성에 있어서 콘덴서(9)의 전압이 상정 이상(예를 들면, 상정 임계값 이상 등)으로 큰 전압(과전압)이 되었을 경우를 고려한 것이다. 상술한 것과 같이, 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압은 직류 전원(1)의 전압보다 크기 때문에, 제어 방법 등에 의해서는 콘덴서(9)의 전압이 상정 이상으로 큰 전압이 되는 것이 자주 일어날 수 있다. 이 때문에, 콘덴서(9)의 전압을 제어하는(전하를 방전하는) 방법은 중요하다고 말할 수 있다.
다음으로, 실시 형태 1의 동작에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다.
도 3의 시각 t0에 있어서, 전압 검출기(10)에 의해서 검출 가능한 콘덴서(9)의 전압이 어떠한 요인으로 상승하여 과전압이 되면, 전력 변환기(12)의 동작은 정지하고, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한다.
이와 같이 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한 후, 콘덴서(9)의 전압과 콘덴서(6)의 전압에 전위차가 있는 상태에서 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 다시 온 상태로 하면, 스위칭 회로(8)의 임피던스가 작기 때문에, 스위칭 회로(8)에 큰 단락 전류가 흘러서 스위칭 회로(8)가 파괴되게 된다. 이것을 방지하기 위해서, 이하에 설명하는 것처럼, 실시 형태 1에서는, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 다시 온 상태로 제어하기 전에 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 온 상태로 제어한다.
시각 t1에 있어서, 제어 회로(11)는 단류기(2)를 오프 상태로 제어하여, 직류 전원(1) 측에 전력이 회생하지 않게 한다.
시각 t2에 있어서, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 온 상태로 제어한다. 이것에 의해, 콘덴서(6)의 전하가 방전되므로, 전압 검출기(7)에 의해서 검출된 콘덴서(6)의 전압이 낮아지게 된다.
시각 t3에 있어서, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 온 상태로 한 상태에서, 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 온 상태로 제어한다. 이것에 의해, 콘덴서(9)의 전하가 방전된다. 이와 같이, 콘덴서(9)의 전압과 콘덴서(6)의 전압의 전위차를 줄인 다음에 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 온 상태로 제어함으로써, 스위칭 회로(8)에 큰 단락 전류가 흐르는 것을 막아, 스위칭 회로(8)의 파괴를 막을 수 있다. 실시 형태 1에 있어서는, 상기와 같은, 2개의 콘덴서(9)와 콘덴서(6)의 전하 방전을, 1개의 방전 회로(5)로 실시할 수 있다.
시각 t4에 있어서, 콘덴서(9)의 전하가 방전되어 콘덴서(9)의 전압이 전력 변환기(12)가 기동할 수 있는 전압으로까지 저하되면, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한다. 또, 그에 맞추어, 제어 회로(11)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터도 오프 상태로 제어한다. 제어 회로(11)가 이상과 같은 제어를 실행함으로써, 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 직류 전원(1)이나 콘덴서(6)에 흘러 들어가는(인가됨) 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 실시 형태 1에 있어서는, 콘덴서(9) 및 콘덴서(6) 각각에 방전 회로를 마련할 필요를 없앨 수 있다. 즉, 콘덴서(9)와 콘덴서(6)의 방전을 1개의 방전 회로(5)로 실행할 수 있으므로, 전력 변환 장치의 소형화, 부품수의 저감에 의한 저비용화를 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
실시 형태 2.
다음으로, 본 발명의 실시 형태 2에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 형태 2의 전력 변환 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
또한, 실시 형태 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략하고, 여기에서는 다른 부분에 대해서만 설명한다.
실시 형태 2에 관한 전력 변환 장치에 있어서는, 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치와 비교하여 스위칭 회로(8)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(14)를 더 구비하고 있는 것이 특징이다. 또, 그것에 따라서, 실시 형태 2에 관한 전력 변환 장치에 있어서는, 실시 형태 1에 관한 전력 변환 장치의 제어 회로(11)를 대신하여 제어 회로(15)를 구비하고 있다.
도 5에 제어 회로(15)의 구성의 일례를 나타낸다. 실시 형태 1의 제어 회로(11)와 비교하여, 스위칭 회로(8)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기(14)에 의해서 검출된 전류 id를 입력으로 하여, id가 소정 임계값(여기에서는, 일례로서 1000A로 함)보다 낮은 경우만 스위칭 회로(8) 및 스위칭 회로(4)를 ON 하도록, 비교기(16d)와 논리곱(AND)기(19c)를 추가한다. 그것에 의해, 스위칭 회로(8)에 흐르는 전류값이 소정 임계값(여기에서는, 1000A) 이상으로 되면, 제어 회로(15)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터와 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어할 수 있다.
다음으로, 실시 형태 2의 동작에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6의 시각 t3까지, 실시 형태 2의 동작은 먼저 설명한 실시 형태 1의 동작과 같으므로, 설명을 생략한다.
도 6의 시각 t4에 있어서, 전류 검출기(14)로 검출된 스위칭 회로(8)에 흐르는 전류값이 소정 임계값보다 커지면, 제어 회로(15)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터와 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한다. 이것에 의해, 스위칭 회로(8)가 과전류에 의해서 파괴되는 것을 방지할 수 있는 효과를 달성한다. 또, 스위칭 회로(8)의 트랜지스터에 맞추어 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써, 콘덴서(6)의 전압이 낮아지는 것을 방지하고, 다음으로 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 온 상태로 할 경우에 콘덴서(9)의 전압과 콘덴서(6)의 전압의 전위차를 가능한 한 작게 할 수 있어 콘덴서(9)의 전압과 콘덴서(6)의 전압의 전위차에 의해 큰 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 효과를 달성한다. 또한, 시각 t4와 같이 스위칭 회로(8)에 큰 전류가 흐르는 요인으로서, 스위칭 회로(4)가 온 상태로 되지 않고(스위칭 회로(4)가 오프 상태에서) 스위칭 회로(8)가 온 상태로 되는 경우 등이 생각된다.
그 후, 시각 t5에 있어서, 제어 회로(15)는 재차 콘덴서(9)의 전하의 방전을 실행하기 위해서 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 온 상태로 제어한다. 추가로 그 후, 곧바로, 시각 t6에 있어서, 제어 회로(15)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터를 온 상태로 제어하여 콘덴서(9)의 전하를 방전한다.
시각 t6에 있어서 스위칭 회로(8)의 트랜지스터가 온 상태로 제어되어 콘덴서(9)의 전하가 방전됨으로써, 시각 t7에 있어서, 콘덴서(9)의 전압이 전력 변환기(12)가 기동할 수 있는 전압으로까지 저하하면, 제어 회로(15)는 스위칭 회로(4)의 트랜지스터를 오프 상태로 제어한다. 또, 이에 맞추어, 제어 회로(15)는 스위칭 회로(8)의 트랜지스터도 오프 상태로 제어한다. 제어 회로(15)가 이상과 같은 제어를 실행함으로써, 동기기(13)에서 발생하는 무부하 유기 전압이 직류 전원(1)이나 콘덴서(6)에 흘러 들어가는(인가됨) 것을 방지할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 실시 형태 2에 있어서는, 콘덴서(9) 및 콘덴서(6) 각각에 방전 회로를 마련할 필요를 없앨 수 있다. 즉, 콘덴서(9)와 콘덴서(6)의 방전을 1개의 방전 회로(5)로 실시할 수 있으므로, 전력 변환 장치의 소형화, 부품수의 저감에 의한 저비용화를 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
또, 스위칭 회로(4)가 고장난 경우 등에 방전을 실행하려고 스위칭 회로(8)를 온 했을 때에 스위칭 회로(8)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 스위칭 회로(8)의 신뢰성을 향상할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 관한 전력 변환 장치는 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법에 유용하고, 특히 동기기의 고속 회전시의 무부하 유기 전압이 직류 전원 전압보다 높은 경우에 대응 가능한 전력 변환 장치 및 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법에 적절하다.
1: 직류 전원
2: 단류기
3: 저항기
4, 8: 스위칭 회로
5: 방전 회로
6, 9: 콘덴서
7, 10: 전압 검출기
11, 15: 제어 회로
12: 전력 변환기
13: 동기기
14: 전류 검출기
16a, 16b, 16c, 16d: 비교기
17a, 17b: 반전(NOT)기
18: 유지(래치)기
19a, 19b, 19c: 논리곱(AND)기
20a, 20b: 시한 릴레이

Claims (8)

  1. 직류 전원에 직렬로 접속된 단류기와,
    상기 직류 전원에 상기 단류기를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서와,
    서로 직렬로 접속된 저항기 및 제1 스위칭 회로를 포함하는 회로로서, 상기 제1 콘덴서에 병렬로 접속되는 방전 회로와,
    동기기(同期機)를 구동시키는 전력 변환기와,
    상기 전력 변환기의 입력 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서와,
    상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로와,
    상기 방전 회로를 제어하는 제어 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서,
    상기 제1 콘덴서의 전압을 검출하는 제1 전압 검출기와,
    상기 제2 콘덴서의 전압을 검출하는 제2 전압 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는 상기 제1 콘덴서의 전압 및 상기 제2 콘덴서의 전압에 기초하여 상기 방전 회로를 제어하고,
    상기 제어 회로는 상기 제2 콘덴서를 방전하는 경우에, 상기 단류기를 오프 상태로 제어하고 상기 제1 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제1 콘덴서를 방전하고, 그 후에, 상기 제2 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제2 콘덴서를 방전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  2. 직류 전원에 직렬로 접속된 단류기와,
    상기 직류 전원에 상기 단류기를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서와,
    서로 직렬로 접속된 저항기 및 제1 스위칭 회로를 포함하는 회로로서, 상기 제1 콘덴서에 병렬로 접속되는 방전 회로와,
    동기기를 구동시키는 전력 변환기와,
    상기 전력 변환기의 입력 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서와,
    상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로와,
    상기 방전 회로를 제어하는 제어 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서,
    상기 제1 콘덴서의 전압을 검출하는 제1 전압 검출기와,
    상기 제2 콘덴서의 전압을 검출하는 제2 전압 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는 상기 제1 콘덴서의 전압 및 상기 제2 콘덴서의 전압에 기초하여 상기 방전 회로를 제어하고,
    상기 제어 회로는 상기 제1 콘덴서의 전압이 제1 전압 임계값 이상이 되고, 또한 상기 제2 콘덴서의 전압이 제2 전압 임계값 이상으로 되었을 때에, 상기 단류기를 오프 상태로 제어하고, 상기 단류기가 개방된 후에 상기 제1 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제1 콘덴서를 방전하고, 상기 제1 스위칭 회로가 온 상태가 된 후, 또한 상기 제2 콘덴서의 전압이 제3 전압 임계값보다 낮아졌을 때에, 상기 제2 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제2 콘덴서를 방전하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2 스위칭 회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기를 더 구비하고,
    상기 제어 회로는 상기 제2 콘덴서를 방전할 때에 상기 전류 검출기에 의해서 검출된 상기 제2 스위칭 회로에 흐르는 전류가 전류 임계값보다 커지면, 상기 제2 스위칭 회로를 오프 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  4. 직류 전원에 직렬로 접속된 단류기와, 상기 직류 전원에 상기 단류기를 통해서 병렬로 접속된 제1 콘덴서와, 직렬로 접속된 저항기 및 제1 스위칭 회로를 포함하고 상기 제1 콘덴서에 병렬로 접속된 방전 회로와, 동기기를 구동시키는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기의 직류 측에 병렬로 접속된 제2 콘덴서와, 상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서의 사이에 직렬로 접속된 제2 스위칭 회로와, 상기 제1 및 상기 제2 스위칭 회로, 및 상기 단류기를 제어하는 제어 회로를 구비한 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법으로서,
    상기 제어 회로가 상기 단류기를 오프 상태로 제어하는 스텝과,
    상기 제어 회로가 상기 제1 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제1 콘덴서를 방전하는 스텝과,
    상기 제어 회로가 그 후에 상기 제2 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제2 콘덴서를 방전하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어 회로가 상기 제1 콘덴서의 전압 및 상기 제2 콘덴서의 전압에 기초하여, 상기 방전 회로, 상기 단류기, 및 상기 제2 스위칭 회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제어 회로가 상기 제1 콘덴서의 전압이 제1 전압 임계값 이상이 되고, 또한 상기 제2 콘덴서의 전압이 제2 전압 임계값 이상이 되었을 때에, 상기 단류기를 오프 상태로 제어하는 스텝과,
    상기 제어 회로는 상기 단류기가 개방된 후에, 상기 제1 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제1 콘덴서를 방전하는 스텝과,
    상기 제어 회로는 상기 제1 스위칭 회로가 온 상태가 된 후, 또한 상기 제2 콘덴서의 전압이 제3 전압 임계값보다 낮아졌을 때에, 상기 제2 스위칭 회로를 온 상태로 제어하여 상기 제2 콘덴서를 방전하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 제어 회로가 상기 제2 콘덴서를 방전하는 때에 상기 제2 스위칭 회로에 흐르는 전류가 전류 임계값보다 커지면 상기 제2 스위칭 회로를 오프 상태로 제어하는 스텝을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치의 콘덴서 전압의 제어 방법.
  8. 삭제
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