WO2008001427A1 - Convertisseur de courant - Google Patents

Description

明 細 書

電力変換装置

技術分野

[0001] 本発明は、入力側に供給される直流電力を交流電力に変換して交流側に接続され る負荷に供給するインバータ回路を備えた電力変換装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、半導体スイッチング素子を用いて構成したインバータ回路を備えた電力変換 装置は、電気車や、自動車等の多くの産業分野で多用されている。例えば、電気車 に搭載され、入力側が集電装置を介して架線に接続され、出力側が電気車を駆動 する主電動機に接続されたインバータ回路を備え、そのインバータ回路の入力側導 体と出力側導体にノイズ抑制用の磁気材料カゝらなるコアを設けた電力変換装置があ る。（例えば、特許文献 1参照）

[0003] 又、同じく電気車に搭載される電力変換装置で、インバータ回路の入力側に電圧 検出器を接続し、インバータ回路の出力側に電流検出器を接続し、これらの検出器 力 の電圧検出信号及び電流検出信号に基づいてインバータ回路を制御するように したものがある。（例えば、特許文献 2参照）

[0004] 特許文献 1：特開 2004— 187368号公報

特許文献 2：特許第 3747858号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 近年、電力変換装置の制御部に内蔵されるマイコンは、高速処理に伴う消費電力 を低減するために、その動作電圧の低電圧化がすすめられており、従来は 5[V]程度 であったものが近年では 1[V]〜3[V]程度の低電圧動作のマイコンが使用されている 。この為、制御部の誤動作を防止し、電力変換装置の安定な運転を得るためには、 制御部へのコモンモードノイズ電流の抑制が必要となる。

[0006] 制御部へのコモンモードノイズ電流を効果的に抑制するには、インバータ回路の入 力側と出力側とに夫々設けられた電圧検出器と電流検出器のコモンモードノイズ電 流に対するインピーダンスを増加させたり、インバータ回路を制御する制御部の入力 側に配置した絶縁アンプのインピーダンスを増加させる等の対策を講じることが考え られる力 その対策を講じることによって、部品の大型化、部品点数の増加、コストの 増加等を招くことになる。

[0007] 本発明の目的は、部品の大型化、部品点数の増加、コストの増加等を招くことなぐ 制御部へのコモンモードノイズ電流を抑制し、比較的低電圧で動作するマイコン等を 使用しても安定な動作が得られる電力変換装置を得ることにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明に係る電力変換装置は、入力側に供給される直流電力を交流電力に変換 して出力側に接続される負荷に供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の 入力側に接続されたコンデンサと、前記インバータ回路の入力側に接続された入力 側導体と前記インバータ回路の出力側に接続された出力側導体とのうちの少なくとも Vヽずれか一方に設けられたノイズ抑制手段と、前記ノイズ抑制手段の反インバータ回 路側で前記入力側導体又は前記出力側導体に設置された電気量検出器と、前記電 気量検出器からの電気量検出信号に基づいて前記インバータ回路を制御する制御 部とを備えたものである。

発明の効果

[0009] 本発明に係る電力変換装置によれば、部品の大型化、部品点数の増力！]、コストの 増加等を招くことなく制御部へのコモンモードノイズ電流を抑制することができ、比較 的低電圧で動作するマイコン等を使用しても安定な動作を得ることができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る電力変換装置の構成図である。

[図 2]本発明の実施の形態 2に係る電力変換装置の構成図である。

[図 3]本発明の実施の形態 1及び 2に係る電力変換装置のコモンモードノイズ電流の 等価回路を示す説明図である。

圆 4]発明の基礎となる技術 1に係る電力変換装置の構成図である。

[図 5]発明の基礎となる技術 2に係る電力変換装置の構成図である。

[図 6]発明の基礎となる技術 1及び 2に係る電力変換装置のコモンモードノイズ電流 の等価回路を示す説明図である。

符号の説明

[0011] 1 架線

2 集電装置

3 リアタトル

4 車輪

5 レール

6 電力変換装置

7 三相交流電動機

10a 第 1のコア

10b 第 2のコア

11 電圧検出器

12 コンデンサ

13a、 13b インバータモジュール

SU、 SV、 SW、 SX、 SY、 SZ スイッチング素子

19aゝ 19bゝ 19c 電流検出器

20 制御部

22a, 22b, 22c, 22d 絶縁アンプ

30 放電抵抗

31 放電素子

発明を実施するための最良の形態

[0012] 本発明の実施の形態を説明する前に、先ず本発明の基礎となる技術について説 明する。

発明の基礎となる技術 1.

[0013] 図 4は、本発明の基礎となる技術 1に係る電力変換装置の構成図であり、電気車に 搭載された例を示す。図 4に於いて、電気車に搭載される電力変換装置 6は、架線 1 から集電装置 2を介して直流電力が供給される。集電装置 2にはスィッチ（図示せず) が接続され、更にリアタトル 3と、コンデンサ 12とにより構成される平滑回路が接続さ れている。インバータ回路としてのインバータモジュール 13bは、スイッチング素子 S U、 SV、 SW、 SX、 SY、 SZにより構成された三相ブリッジ回路を備え、その入力側で ある直流側端子はコンデンサ 12の両端間に接続され、出力側である U相、 V相、 W 相の交流側端子は、電気車を駆動する三相交流電動機 7 (以下、電動機と称する）の 入力端子に接続されている。

[0014] インバータモジュール 13bの直流側端子には、コンデンサ 12の両端電圧を検出す る電圧検出器 11が接続され、インバータモジュール 13bの交流側端子には、各相の 出力電流を検出する電流検出器 19a、 19b、 19cが夫々設置されている。インバータ モジュール 13bの直流側端子の負極側は、電気車の車輪 4を介してレール 5に接続 されている。インバータモジュール 13bは、コンデンサ 12からの直流電力を交流電力 に変換して電動機 7に出力する。又、電気車の回生制動時には、電動機 7が発生す る交流電力を直流電力に変換してコンデンサ 12側へ出力する。

[0015] コンデンサ 12の両端電圧を検出する電圧検出器 11からの電圧検出信号 VD、及 びインバータモジュール 13bの出力側の電流を検出する電流検出器 19a〜 19cから の電流検出信号 IU〜IWは、絶縁アンプ 22a、 22b, 22c, 22dを介して制御部 20に 入力される。制御部 20は、これらの信号と図示しない外部より入力される指令に基づ いてゲート信号 Gを生成し、スイッチング素子 SU〜SZのゲートへ出力する。

[0016] 夫々のスイッチング素子 SU〜SZは、そのゲート信号に基づ 、て制御され、パルス 幅変調制御（Pulse Width Modulation;以下、 PWMと称する）された三相交流 電力を電動機 7に供給し、電動機 7を所望のトルクを発生するよう制御する。制御部 2 0は、マイクロコンピュータ（以下マイコンと称する）を内蔵し、ソフトウェアにより制御さ れる。

[0017] フ ライト又はアモルファス金属等の磁気材料で構成された中空の環状 (リング形 状）の第 1のコア 10aは、インバータモジュール 13bの入力側である直流側に設けら れており、その直流側の一対の導体は、第 1のコア 10aの内側空間部を貫通している 。又、フェライト又はアモルファス金属等の磁気材料で構成された中空の環状 (リング 形状）の第 2のコア 10bは、インバータモジュール 13bの出力側に設けられており、そ の出力側の U相、 V相、 W相の各導体は、第 2のコア 10bの内側空間部を貫通してい る。

[0018] 第 1のコア 10a及び第 2のコア 10bは、実際には複数のコアを直列にして構成され ており、サイズが比較的大きい。従って、インバータモジュール 13bの内部には配置 されず、インバータモジュール 13b、制御部 20、コンデンサ 11、及びリアタトル 3で構 成される電力変換装置 6を収納する金属製の筐体の内部の、比較的スペースがある 場所に配置されている。尚、電力変換装置 6を収納する金属製の筐体の内部には、 電流検出器 19a〜19c、及び電圧検出器 11も収納されている。

[0019] 電圧検出器 11は、第 1のコア 10aの出力側、即ち、第 1のコア 10aのインバータモジ ユール 13b側でインバータモジュール 13bの入力側導体に接続されて 、る。電流検 出器 19a〜19cは、第 2のコア 10bの入力側、即ち、第 2のコア 10bのインバータモジ ユール 13b側でインバータモジュール 13bの出力側導体に設置されている。

[0020] 電流検出器 19a〜19cから得る電流検出信号 IU、 IV、 IWは、前述のように電動機 7の制御に使用する他、インバータモジュール 13bの出力側の導体である交流側端 子が短絡や地絡等の異常が生じた場合に、その異常を確実に検出して制御部 20に よりスイッチング素子 SU〜SZのスイッチング動作を停止させて保護動作を行うため にも使用する。このため、電流検出器 19a〜19cは、インバータモジュール 13bの出 力線の極力広い範囲の異常電流を検出できるように、インバータモジュール 13bの 内部のスイッチング素子 SU〜SZに近 、位置に配置されて 、る。電圧検出器 11は、 コンデンサ 12の両端間の電圧を検出するという機能上、コンデンサ 12の直近に配置 されている。

[0021] 以上のように構成された電力変換装置 6は、制御容量が 1[MVA]程度と大きい上 に、主回路電圧も 600[V]〜3000[V]程度と高電圧であるのが特徴であり、インバー タモジュール 13b内のスイッチング素子 SU〜SZがスイッチング動作をした場合に、 スイッチング素子付近の回路の電圧は数 [ μ s]の時間で 0[V]から最大 3000[V]程度 まで変化することになる。この電圧変化により、回路中の浮遊キャパシタンスを通して 高周波数の漏洩電流が発生する。この漏洩電流は、電力変換装置 6の内外へ流出 する。このような漏洩電流はコモンモードノイズ電流と称される。

[0022] 又、電力変換装置 6は車両の床下に搭載される場合が多ぐコモンモードノイズ電 流が電力変換装置 6の筐体外部の車両の車体等に広範囲に流出すると、コモンモ ードノイズ電流が流れる大きなループ回路を形成することになり、これにより発生する 高周波磁束によりレール付近に設置される信号機器 (図示せず）に悪影響を及ぼす 恐れがある。電力変換装置 6内に設けられた第 1のコア 10a及び第 2のコア 10bは、こ のような悪影響を避けるために設けられたもので、コモンモードノイズ電流の流出を抑 制するノイズ抑制手段として動作する。

[0023] 即ち、第 1のコア 10aの内側の空間部は、前述したようにインバータモジュール 13b の入力側の一対の導体により貫通され、又、第 2のコア 10bの内側の空間部は、イン バータモジュール 13bの出力側の 3本の導体により貫通されている。従って、第 1のコ ァ 10a、及び第 2のコア 10bは、貫通された複数の導体を同方向に流れるコモンモー ドノイズ電流に対してインピーダンスを発生し、コモンモードノイズ電流を抑制するも のである。第 1のコア 10a及び第 2のコア 10bは、コモンモードノイズ電流の低減要求 に応じて、複数のコアを直列に接続して構成するのが一般的である。

[0024] 発明の基礎となる技術 2.

図 5は、本発明の基礎となる技術 2に係る電力変換装置の構成図である。図 5に於 いて、放電抵抗 30と放電素子 31とは直列に接続され、これらは過電圧抑制放電回 路を構成している。この過電圧抑制放電回路は、コンデンサ 12に並列に接続されて いる。電圧検出器 11は、放電素子 31の両端に接続されている。その他の構成は、発 明の基礎となる技術 1と同様である。

[0025] 放電抵抗 30と放電素子 31とにより構成された過電圧抑制放電回路は、コンデンサ 12の両端電圧が過電圧となった場合、放電素子 31をオンとして、コンデンサ 12の電 荷を放電抵抗 30で放電させる構成としており、これによりインバータモジュール 13b が過電圧により破損を防止することをできる。

[0026] 電圧検出器 11を放電素子 31の両端に接続している理由は、コンデンサ 12の両端 電圧の検出機能と、放電素子 31の動作を確認する機能を兼ねるためであり、このよう に構成すれば、通常時 (放電素子 31がオフしているとき）は、電圧検出器 11はコン デンサ 12の両端電圧を検出することができ、且つ過電圧発生時 (放電素子 31がオン したとき）は、電圧検出器 11の検出値はゼロとなるため、これをもって放電素子 31が オンしたことを制御部 20で把握でき、放電素子 31が正常動作しているかを監視する ことが可能となる。尚、過電圧発生時は、インバータモジュール 13bを停止するため、 電圧検出器 11の検出値がゼロとなっても、制御動作上の問題はない。

[0027] 図 6は、図 4及び図 5に示した発明の基礎となる技術 1及び 2に於ける、コモンモード ノイズ電流の等価回路を示す説明図である。尚、図 6に示す等価回路は、現象を把 握しやすくするために物理的意味を損なわな 、範囲で単純ィ匕して表現して 、る。図 6 に於 、て、 VNはスイッチング素子 SU〜SZのスイッチング動作による電圧変化により 発生するコモンモードノイズ電圧であり、このコモンモードノイズ電圧 VNにより発生す るコモンモードノイズ電流経路として、 4つ経路 Al、 A2、 Bl、 B2を考えることができ る。

[0028] (1) 経路 A1

経路 A1は、スイッチング素子 SU〜SZから第 1のコア 10aに至る回路インピーダン ス Z1Aと、第 1のコア 10aのインピーダンス Z2Aと、第 1のコア 10aから電力変換装置 6の外部や電力変換装置 6の筐体を経由してコモンモードノイズ源まで戻る回路のィ ンピーダンス Z3Aとの直列回路力もなる経路である。

[0029] (2) 経路 A2

経路 A2は、スイッチング素子 SU〜SZから電圧検出器 11に至る回路のインピーダ ンス Z4Aと、電圧検出器 11のインピーダンス Z5Aと、電圧検出器 11から絶縁アンプ 22aを経由して制御部 20に至る回路のインピーダンス Z6Aと、制御部 20から電力変 換装置 6の筐体を経由してコモンモードノイズ源まで戻る回路のインピーダンス Z7A との直列回路力もなる経路である。尚、スイッチング素子 SU〜SZから電圧検出器 11 までの距離より、スイッチング素子 SU〜SZから第 1のコア 10aまでの距離の方が長 いので、 Z1A>Z4Aの関係となっている。

[0030] (3) 経路 B1

経路 B1は、スイッチング素子 SU〜SZ力も第 2のコア 10bまでの回路のインピーダ ンス Z1Bと、第 2のコア 10bのインピーダンス Z2Bと、第 2のコア 10bから電力変換装 置 6の外部や電力変換装置 6の筐体を経由してコモンモードノイズ源まで戻る回路の インピーダンス Z3Bとの直列回路力もなる経路である。 [0031] (4)経路 B2

経路 B2は、スイッチング素子 SU〜SZ力 電流検出器 19a〜 19cに至る回路のィ ンピーダンス Z4Bと、電流検出器 19a〜19cのインピーダンス Z5Bと、電流検出器 19 a〜 19cから絶縁アンプ 22b〜22dを経由して制御部 20に至る回路のインピーダンス Z6Bと、制御部 20から電力変換装置 6の筐体を経由してコモンモードノイズ源まで戻 る回路のインピーダンス Z7Bとの直列回路力もなる経路である。尚、スイッチング素子 SU〜SZから電流検出器 19a〜19cまでの距離よりも、スイッチング素子 SU〜SZか ら第 2のコア 10bまでの距離の方が長いので、 Z1B>Z4Bの関係となっている。

[0032] 図 6により、経路 Al、経路 B1により、電力変換装置 6の外へ流出するコモンモード ノイズ電流は、第 1のコア 10a及び第 2のコア 10bのインピーダンス Z2A、 Z2Bにより 抑制され、コモンモードノイズ電流が電力変換装置 6の外部の車両車体等に広範囲 に流出することが抑制され、コモンモードノイズ電流が大きなループ回路を形成する ことが抑制される。その結果、コモンモードノイズ電流により発生する高周波磁束を低 減できるので、レール付近に設置される信号機器（図示しな ヽ）への影響を軽減する ことが可能となる。

[0033] 以上のとおり、第 1のコア 10a及び第 2のコア 10bは、経路 Al、経路 B1により電力 変換装置 6の外部へ流出するコモンモードノイズ電流を抑制することが可能となるが 、電力変換装置 6内を制御部 20を通して経路 A2、経路 B2により流れるコモンモード ノイズ電流を抑制することはできない。しかし、経路 A2及び経路 B2により流れるコモ ンモードノイズ電流を抑制することは、制御部 20の誤動作を防止し、電力変換装置 6 の安定な運転を得るために必須である。

[0034] 従って、電圧検出器 11と電流検出器 19a〜19cのコモンモードノイズ電流に対する インピーダンス Z5A、 Z5Bを増加させるため、電圧検出器 11或いは電流検出器 19a 〜 19cにノイズ抑制手段（図示しな ヽ）を設けたり、制御部 20の入力側に絶縁アンプ 22a〜22dを設置することで、これをインピーダンス Z6A、 Z6Bとして機能させ、経路 A2及び経路 B2に流れるコモンモードノイズ電流を抑制する構成としている。

[0035] 次に、本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態 1. 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る電力変換装置の構成図であり、発明の基礎と なる技術と同一又は相当部分には同一符号を付してある。

[0036] 前述の発明の基礎となる技術 1では、電圧検出器 11は、第 1のコア 10aの出力側、 即ち第 1のコア 10aのインバータモジュール 13b側で、インバータモジュール 13bの 入力側導体に接続されていたが、本発明の実施の形態 1に係る電力変換装置では、 図 1に示す通り、電圧検出器 11は、第 1のコア 10aの入力側、即ち、第 1のコア 10aの 反インバータモジュール 13b側で、インバータモジュール 13bの入力側導体に接続さ れている。第 1のコア 10aは、コモンモードノイズ電流にのみインピーダンスを持つも のであるので、電圧検出器 11は第 1のコア 10aの入力側、即ち、第 1のコア 10aの反 インバータモジュール 13b側でインバータモジュール 13bの入力側に接続されてい ても、コンデンサ 12の両端電圧を検出することができる。

[0037] 又、発明の基礎となる技術 1では、電流検出器 19a〜19cは、第 2のコア 10bの入 力側、即ち、第 2のコア 10bのインバータモジュール 13b側でインバータモジュール 1 3bの出力側導体に設置され、且つインバータモジュール 13bの筐体の内部に配置さ れていたが、本発明の実施の形態 1に係る電力変換装置では、電流検出器 19a〜l 9cは、第 2のコア 10bの出力側、即ち、第 2のコア 10bの反インバータモジュール 13b 側でインバータモジュール 13bの出力側導体に設置されている。そして電流検出器 1 9a〜 19cは、インバータモジュール 13aの外部に配置されて!、る。

[0038] 実施の形態 1におけるスイッチング素子 SU〜SZは、インテリジェントパワーモジュ ール（Intelligent Power Module ;以下、 IPMと称する）、或いは過電流保護機 能を有したゲートドライバーと組み合わせたパワーモジュールにより構成されている。

[0039] 尚、 IPM、或いは過電流保護機能を有したゲートドライバーと組み合わせたパワー モジュールは、出力導体の短絡や地絡等により過電流が流れた場合にこれを検知し 、自動的にスイッチング動作をオフする機能を有しており、過電流を電流センサ 19a 〜19cで検出し、制御部 20を経由してスイッチング動作をオフさせる必要がなぐより 高速に確実に過電流に対しての保護動作が可能となる特徴を有する。

[0040] この為、本発明の実施の形態 1では、電流センサ 19a〜19cは、スイッチング素子 S U〜SZから離れた第 2のコア 10bの出力側（電動機側）に設置されている力 スイツ チング素子 SU〜SZと電流センサ 19a〜 19cの間の配線導体に短絡や地絡が生じ た場合でも、スイッチング素子 SU〜SZを保護することが可能となる。つまり、電流セ ンサ 19a〜19cよりも電源側 (スイッチング素子 SU〜SZがある側）で短絡や地絡など が発生した場合、発明の基礎となる技術では電流センサ 19a〜 19cには過電流が流 れないため、短絡や地絡などを電流センサ 19a〜19cにより検出することはできず、 スイッチング素子をオフできな 、ため電力変換装置を破壊することがあった力 本発 明の実施の形態 1の構成ではスイッチング素子 SU〜SZ自体に過電流保護機能を 有しており、スイッチング素子 SU〜SZと電流センサ 19a〜 19cの間の配線導体に短 絡や地絡が生じた場合に於いても、スイッチング素子 SU〜SZをオフし、電力変換装 置の破壊を避けることができる。

[0041] 実施の形態 2.

図 2は、本発明の実施の形態 2に於ける電力変換装置の構成図である。図 2に於い て、放電抵抗 30と放電素子 31とは直列に接続され、これらは過電圧抑制放電回路 を構成している。この過電圧抑制放電回路は、コンデンサ 12に並列に接続されてい る。電圧検出器 11は、放電素子 31の両端に接続されている。

[0042] 前述の発明の基礎となる技術 2では、電圧検出器 11は、第 1のコア 10aの出力側に 配置されていたが、本発明の実施の形態 2に係る電力変換装置では、図 2に示す通 り、電圧検出器 11は、第 1のコア 10aの入力側に配置されている。第 1のコア 10aは、 コモンモードノイズ電流にのみインピーダンスを持つものであるので、電圧検出器 11 は第 1のコア 1 Oaの入力側に配置されて ヽても、コンデンサ 12の両端電圧を検出す ることがでさる。

[0043] 又、発明の基礎となる技術 2では、電流検出器 19a〜19cは、第 2のコア 10bの入 力側で且つインバータモジュール 13bの筐体の内部に配置されていた力 本発明の 実施の形態 2に係る電力変換装置では、電流検出器 19a〜19cは、第 2のコア 10b の出力側で且つインバータモジュール 13aの外部に配置されている。その他の構成 は実施の形態 1の場合と同様である。

[0044] 図 3は、本発明の実施の形態 1、 2による電力変換装置の構成におけるコモンモー ドノイズ電流の等価回路を示す説明図である。尚、図 3に示す等価回路は、現象を把 握しやすくするために物理的意味を損なわな 、範囲で単純ィ匕して表現して 、る。図 3 に於 、て、 VNはスイッチング素子 SU〜SZのスイッチング動作による電圧変化により 発生するコモンモードノイズ電圧であり、このコモンモードノイズ電圧 VNにより発生す るコモンモードノイズ電流経路としては、図 3に示す 4つの経路 Al、 Bl、 A3、 B3を考 えることができる。

[0045] 経路 Al、経路 B1は、発明の基礎となる技術で説明した図 6と同様であるので、説 明を省略する。本発明の実施の形態 1及び 2では、発明の基礎となる技術 1及び 2〖こ 於ける経路 A2、経路 B2の代わりに、夫々以下に示す経路 A3、経路 B3を備えること となる。

[0046] (1) 経路 A3

経路 A3は、スイッチング素子 SU〜SZから第 1のコア 10aに至る回路インピーダン ス Z1Aと、第 1のコア 10aのインピーダンス Z2Aと、電圧検出器 11のインピーダンス Z 5Aと、電圧検出器 11から絶縁アンプ 22aを経由して制御部 20に至る回路のインピ 一ダンス Z6Aと、制御部 20から電力変換装置 6の筐体を経由してコモンモードノイズ 源まで戻る回路のインピーダンス Z7Aとの直列回路力もなる経路である。

[0047] (2)経路 B3

経路 B3は、スイッチング素子 SU〜SZから第 2のコア 10bまでの回路のインピーダ ンス Z1Bと、第 2のコア 10bのインピーダンス Z2Bと、電流検出器 19a〜19cのインピ 一ダンス Z5Bと、電流検出器 19a〜 19cから絶縁アンプ 22b〜22dを経由して制御 部 20に至る回路のインピーダンス Z6Bと、制御部 20から電力変換装置 6の筐体を経 由してコモンモードノイズ源まで戻る回路のインピーダンス Z7Bとの直列回路力 なる 経路である。

[0048] 本発明の実施の形態に於ける経路 A3と経路 B3とによれば、発明の基礎となる技 術（図 6)に於ける経路 A2と経路 B2とに比較して、夫々、スイッチング素子 SU〜SZ から電圧検出器 11に至る回路のインピーダンス Z4Aが、スイッチング素子 SU〜SZ 力 第 1のコア 10aに至る回路インピーダンス Z1A(Z1A>Z4A)となり、スイッチング 素子 SU〜SZから電流検出器 19a〜 19cに至る回路のインピーダンス Z4Bが、スイツ チング素子 SU〜SZから第 2のコア 10bまでの回路インピーダンス Z1B (Z1B>Z4B )となり、更に第 1のコア 10aのインピーダンス Z2A、第 2のコア 10bのインピーダンス Z 2Bが増加していることが分かる。即ち、本発明の実施の形態によれば、電力変換装 置 6の外部へのコモンモードノイズ電流の抑制用に元々設置している第 1のコア 10a 及び第 2のコア 10bにより、制御部 20へのコモンモードノイズ電流も抑制させることが 可能となることが分かる。

[0049] このように本発明の実施の形態 1及び 2による電力変換装置によれば、コンデンサ 1 2の電圧を検出でき、またインバータモジュール 13aの出力線である導体が短絡や地 絡等の異常が生じた場合に、これを確実に検出してスイッチングを停止させる過電流 保護機能を維持することが可能であり、且つ、電圧検出器 11或いは電流検出器 19a 〜19cにノイズ抑制手段を設ける等による部品の大型化、部品点数の増力！]、コストの 増加を招くことなくコモンモードノイズ電流を抑制することができ、近年の低電圧動作 のマイコンを使用しても安定な動作が得られる電力変換装置を得ることが可能となる

[0050] 尚、実施の形態 1及び 2に示した構成は、本発明の構成の一例であり、他の公知の 技術と組み合わせることも可能であるし、又、本発明の精神を逸脱しない範囲で、一 部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもな 、。

[0051] 例えば、本発明の実施の形態 1及び 2では、インバータモジュールの入力側に電圧 検出器を配置し、又、インバータモジュールの出力側に電流検出器を配置した例を もって説明をしたが、インバータモジュールの入力側に電流検出器を配置し、又、ィ ンバータモジュールの出力側に電圧検出器を配置してもよいことは勿論である。又、 第 1のコア 10a又は第 2のコア 10bのどちらかでだけ、電気量検出器をインバータモ ジュールでない側に設置するようにしてもよい。更に、過電流保護機能を有しないス イッチング素子を使用してもょ 、。

[0052] 又、本発明による電力変換装置は、集電装置から交流電力の供給を受け、これを コンバータで直流電力に変換した後、インバータモジュールに入力する構成の電力 変換装置に適用しても良ぐ更に、電力変換装置の出力側に電動機以外の例えば 変圧器と平滑回路とを介して車両の空調や照明機器等の負荷を接続し、インバータ を定電圧定周波数運転を行うことで、前記負荷に定電圧 '定周波数の電力を供給す る所謂補助電源装置に適用することも可能である。

産業上の利用可能性

本発明による電力変換装置は、電気鉄道のみならず、自動車、エレベータ、電力シ ステム等、種々の関連分野への応用が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 入力側に供給される直流電力を交流電力に変換して出力側に接続される負荷に 供給するインバータ回路と、前記インバータ回路の入力側に接続されたコンデンサと 、前記インバータ回路の入力側に接続された入力側導体と前記インバータ回路の出 力側に接続された出力側導体とのうちの少なくともいずれか一方に設けられたノイズ 抑制手段と、前記ノイズ抑制手段の反インバータ回路側で前記入力側導体又は前 記出力側導体に設置された電気量検出器と、前記電気量検出器からの電気量検出 信号に基づいて前記インバータ回路を制御する制御部とを備えた電力変換装置。

[2] 前記ノイズ抑制手段の反インバータ回路側で前記入力側導体に接続された過電圧 抑制放電回路を備えたことを特徴とする請求項 1に記載の電力変換装置。

[3] 前記ノイズ抑制手段は環状の磁気材料により構成され、前記導体がその中空部を 貫通して!/ヽる事を特徴とする請求項 1に記載の電力変換装置。

[4] 前記インバータ回路は、前記制御部から与えられるスイッチング信号によりスィッチ ング制御される複数の半導体スイッチング素子により構成され、前記制御部は、前記 電気量検出器からの電気量検出信号に基づいて前記スイッチング信号を発生するこ とを特徴とする請求項 1に記載の電力変換装置。

[5] 前記半導体スイッチング素子は、過電流保護機能を有することを特徴とする請求項

4に記載の電力変換装置。

[6] 電気車に搭載され、前記インバータ回路の入力側は集電装置を介して架線に接続 され、前記インバータ回路の出力側は前記電気車を駆動する電動機に接続されるこ とを特徴とする請求項 1乃至 5に記載の電力変換装置。