WO2014091625A1 - インバータ装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an inverter device.
  • a conventional inverter device for example, a converter rectifier (AC / DC converter) connected to a commercial power source, stores DC power as a driving device for variable-speed driving of a motor (for example, an induction motor) as a load with a commercial power source.
  • a charging circuit that has a smoothing unit, a charging resistor, a switching element, and a reverse connection diode to charge the capacitor (smoothing capacitor) of the smoothing unit, and an inverse conversion unit (DC / AC conversion unit) connected to the motor. Composed.
  • the conventional inverter device can operate by receiving power (DC power) from the DC common bus even when there is no power supply from a commercial power source.
  • the DC common bus is generally connected to a brake device for preventing overcurrent during regeneration.
  • this brake device is generally configured to have a brake resistor that consumes electric power during regeneration (regenerative power).
  • a load device for example, a brake device
  • a brake device connected to the DC common bus
  • a diode so-called reverse connection diode
  • a large-capacity brake device has a current rating corresponding to its capacity, but a reverse connection diode usually has only a current rating corresponding to the capacity of the inverter device incorporated therein.
  • the inverter device connected to the DC common bus those of various capacities are connected.
  • the reverse connection diode may be damaged by the brake current (or a part thereof) flowing through the reverse connection diode.
  • Patent Document 1 has a problem that it is not practical because the current during power running that flows through the inverter device always flows through the current limiting resistor, so that heat generation increases and efficiency decreases.
  • the present invention has been made in view of the above, and even if the load device connected to the DC common bus has a large capacity, the reverse connection diode provided in the device can be reliably prevented from being damaged.
  • An object is to provide an inverter device.
  • the present invention provides a first inverter that receives DC power from a DC common bus in an inverter device that receives DC power from a DC common bus and drives a load.
  • a smoothing unit that accumulates DC power supplied from a DC terminal, a DC / AC conversion unit that converts DC power supplied from the smoothing unit into AC power, and a first that flows through the first positive DC terminal during powering
  • a charging resistor disposed on a third current path that flows through the positive-side DC terminal of the first and second positive-side DC terminals, An external resistor is connected between the first and second DC terminals, and the first positive DC terminal is connected so as to be at the same potential as the positive bus of the DC common bus.
  • a small-capacity inverter device can be connected to a DC common bus including a large-capacity load device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another circuit configuration (with built-in brake resistor) of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating another circuit configuration (with built-in brake resistor and externally attached) of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another circuit configuration of the inverter device according to the embodiment (changing the connection position of the reverse connection diode).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating another circuit configuration (external powering diode) of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating another circuit configuration (N-side arrangement of the charging circuit) of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another embodiment of the inverter device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
  • the inverter device 10 according to the first embodiment includes a converter 11 as an AC / DC converter, a charging circuit 12, a smoother 13 having a smoothing capacitor, and a DC / AC converter 14. Is done.
  • the inverter device 10 includes an AC power supply terminal R, S, T, a DC terminal (first positive DC terminal) P that is electrically connected to the positive bus 15a of the DC common bus 15, a brake resistor described later.
  • Negative side DC terminal) N and load connection terminals U, V, W for connecting a load such as an electric motor (not shown) are provided.
  • a plurality of diodes constitute a full bridge circuit, and three-phase AC power supplied from AC power supply terminals R, S, T is converted into DC power.
  • the output of the converter 11 is supplied to the DC common bus 15 through the positive DC terminal P1 and the negative DC terminal N.
  • the output of the converter 11 is applied between the positive DC terminal P and the negative DC terminal N via a brake resistor R2 described later.
  • the smoothing unit 13 stores the DC power converted by the converter 11 in a smoothing capacitor via the brake resistor R2 and the charging circuit 12. Further, the smoothing unit 13 stores the DC power from the DC common bus 15 in the smoothing capacitor via the charging circuit 12 (not through the brake resistor R2).
  • the DC / AC conversion unit 14 has at least one voltage-type bridge circuit having an upper and lower arm configuration in which switching elements are connected in series, converts the DC power supplied from the smoothing unit 13 into AC power, and drives a load (not shown).
  • the charging circuit 12 includes a switching element SW1, a charging resistor R1, and a reverse connection diode D1.
  • the switching element SW1 is a unidirectional switching element (for example, a thyristor) and is connected to the positive DC terminal P and DC AC so as to form a current path during powering (direction from the positive bus 15a toward the DC / AC converter 14). It arrange
  • the charging resistor R1 is disposed so as to be connected in parallel to both ends of the switching element SW1 so as to limit the inrush current when the smoothing capacitor is initially charged. That is, the charging resistor R1 is disposed on a current path through which a current flows when the smoothing capacitor is initially charged.
  • the reverse connection diode D1 has a cathode connected to the positive side DC terminal P1 and an anode connected to the positive side of the DC / AC conversion unit 14 so as to form a current path during regeneration (a direction from the DC / AC conversion unit 14 toward the positive side bus 15a). It is arranged to be connected to the side input end side.
  • the charging circuit 12 is configured such that the current path that flows through the positive DC terminal P during power running (current path through the switching element: first current path), and the current path that flows through the positive DC terminal P1 during regeneration ( From the current path through the reverse-connected diode: the second current path) and the path of the current flowing through the positive DC terminal P when the smoothing capacitor is initially charged (current path through the charging resistor R1: the third current path) It has a function as a current path changing unit that automatically changes the three current paths according to the operation mode.
  • An externally connected brake resistor R2 is provided between the positive side DC terminals P and P1. At this time, the positive DC terminals P of the positive DC terminals P and P1 are connected so that the electric potential of the positive DC terminal P is the same as that of the positive bus 15a.
  • a large-capacity brake device 20 is connected to the DC common bus 15.
  • the large-capacity brake device 20 is provided with a brake resistor R3 connected in series with the switching element SW2.
  • the brake resistor R3 consumes the regenerative power (electric energy) by converting it into heat energy.
  • the value Rr of the brake resistor R2 is when the fluctuation range of the DC bus voltage during operation of the large-capacity brake device 20 is ⁇ V, the forward drop voltage of the reverse connection diode is Vd1, and the allowable current value of the reverse connection diode D1 is Id1.
  • the following equation can be used.
  • the path of the regenerative current is not only the path toward the positive bus 15a through the reverse connection diode D1 and the brake resistor R2, but also the path toward the positive bus 15a through the charging resistor R1.
  • the resistance value of the brake resistor R2 is selected to be smaller than the resistance value of the charging resistor R1, most of the regenerative current can be directed to the path passing through the brake resistor R2.
  • an external brake resistor R2 may be added as shown in FIG. According to the configuration of FIG. 3, it is possible to obtain an effect that the resistance value and the capacitance value of the brake resistor R2 that is externally attached can be made smaller than those of FIG.
  • the resistance value of the brake resistor R4 is sufficient.
  • the resistance value of the brake resistor R2 may be zero, that is, the brake resistor R2 may be removed.
  • the inverter device may be configured as shown in FIG.
  • the end of the charging resistor R1 that is not connected to the DC / AC converter 14 is connected to the anode of the reverse connection diode D1 so that the charging resistor R1 is included in the current path during regeneration.
  • the brake current Ibr2 flows through the charging resistor R1, so that the capacity value of the externally attached brake resistor R2 can be reduced (may be omitted in some cases).
  • the brake resistor R4 may be incorporated as shown in FIG. 2, and the capacitance value of the brake resistor R2 can be further reduced.
  • the resistance value of the brake resistor R4 when the resistance value of the brake resistor R4 is sufficiently large, the resistance value of the brake resistor R2 may be zero, that is, the brake resistor R2 may be removed.
  • the inverter device may be configured as shown in FIG.
  • the connection of the reverse connection diode D1 in the charging circuit 12 is different from that in FIG.
  • the reverse connection diode D1 is connected to the positive DC terminal P1 in FIG. 1, but is connected to the positive DC terminal P together with the charging resistor R1 in FIG. Therefore, in the configuration of FIG. 5, it is necessary to connect the externally attached brake resistor R2 between the positive bus 15a and the positive DC terminal P.
  • this configuration is not preferable because the current flowing during power running also flows through the brake resistor R2. Therefore, a powering diode D2 is connected in parallel so that a powering current flows through both ends of the brake resistor R2.
  • the configuration so far has been the configuration in which the charging circuit 12 is arranged on the positive electrode side (P side), but the charging circuit 12 may be arranged on the negative electrode side (N side) as shown in FIG.
  • a DC terminal (second negative DC terminal) N1 is provided instead of the positive DC terminal P1.
  • a brake resistor R2 is externally connected between the negative side DC terminals N and N1. At this time, the negative-side DC terminals N and N1 are connected so that the potential of the negative-side DC terminal N is the same as that of the negative-side bus 15b.
  • the circuit operation of the inverter device 10 of FIG. 6 is the same as that of the inverter device 10 of FIG. 1, and detailed description thereof is omitted. Therefore, the inverter device 10 of FIG. 6 has the same effect as the inverter device 10 of FIG.
  • FIG. 7 is a view showing an embodiment in which a large capacity inverter device 22 is connected to the DC common bus 15 instead of the large capacity brake device 20.
  • the load current Iinv of a load connected to the DC common bus 15 such as the large capacity inverter device 22 increases rapidly.
  • the DC / AC conversion unit 14 of the inverter device 10 generates regenerative power
  • a part of the load current Iinv may flow to the reverse connection diode D1, but this path has a brake resistor R2 Therefore, the current Iinv2 flowing through the reverse connection diode D1 can be suppressed to be small.
  • the inverter device according to the present embodiment is also effective when a load other than the large-capacity brake device is connected to the DC common bus.
  • the SiC element has excellent characteristics such as a higher heat transfer coefficient and operation at a high temperature than the Si element.
  • a SiC element as the reverse connection diode D1
  • the benefits of the SiC element can be obtained. That is, since the SiC element has a small conduction loss, it is possible to reduce the loss of the entire inverter device and to suppress the heat generation on the inverter device side.
  • SiC is an example of a semiconductor referred to as a wide bandgap semiconductor, capturing the characteristic that the bandgap is larger than that of Si.
  • a semiconductor formed using a gallium nitride-based material or diamond belongs to a wide band gap semiconductor, and their characteristics are also similar to silicon carbide. Therefore, a configuration using a wide band gap semiconductor other than SiC also forms the gist of the present invention.
  • switching element SW1 is arranged on the first current path that flows through positive DC terminal P during power running, and flows through positive DC terminal P1 during regeneration.
  • the reverse connection diode D1 is disposed on the second current path, and the charging resistor R1 is disposed on the third current path that flows through the positive DC terminal P when the smoothing capacitor of the smoothing unit 13 is initially charged.
  • the brake resistor R2 is connected between the DC terminals P and P1, and the positive side DC terminal P is connected so as to be at the same potential end as the positive side bus 15a of the DC common bus 15, the DC common bus Even if the load device connected to 15 has a large capacity, it is possible to reliably prevent the reverse connection diode D1 from being damaged.
  • the switching element SW1 is arranged on the first current path that flows through the positive DC terminal P during power running, and the second current that flows through the positive DC terminal P1 during regeneration.
  • the reverse connection diode D1 is disposed on the path
  • the charging resistor R1 is disposed on the third current path that flows through the positive DC terminal P when the smoothing capacitor of the smoothing unit 13 is initially charged, and the positive DC terminal P
  • Each of P1 is connected to be at the same potential end as the positive side bus 15a of the DC common bus 15, and a reverse connection diode between the positive side DC terminal P1 and the positive side input end of the DC / AC converter 14 Since the brake resistor R4 connected in series with D1 is arranged, it is possible to reliably prevent the reverse connection diode D1 from being damaged even if the load device connected to the DC common bus 15 has a large capacity. To become.
  • the switching element SW1 is arranged on the first current path that flows through the positive DC terminal P during power running, and the second current that flows through the positive DC terminal P1 during regeneration.
  • a reverse connection diode D1 is arranged on the path, connected in series to the reverse connection diode D1, and when the smoothing capacitor of the smoothing unit 13 is initially charged, the charging resistor R1 is set so that the current through the positive DC terminal P also flows.
  • the brake resistor R2 is connected between the positive side DC terminals P and P1, and the positive side DC terminal P is connected so as to be at the same potential end as the positive side bus 15a of the DC common bus 15. Therefore, even if the load device connected to the DC common bus 15 has a large capacity, it is possible to reliably prevent the reverse connection diode D1 from being damaged.
  • the switching element SW1 is arranged on the first current path that flows through the positive side DC terminal P during power running, and the second current that flows through the positive side DC terminal P during regeneration.
  • the reverse connection diode D1 is disposed on the path
  • the charging resistor R1 is disposed on the third current path that flows through the positive DC terminal P when the smoothing capacitor of the smoothing unit 13 is initially charged, and the positive DC terminal P
  • a brake resistor R2 is connected between P1, a powering diode D2 is connected to both ends of the brake resistor R2 in a direction in which a powering current flows, and the positive DC terminal P1 is the same as the positive bus 15a of the DC common bus 15. Since it is configured to be connected to the potential end, even if the load device connected to the DC common bus 15 has a large capacity, the reverse connection diode D1 can be reliably prevented from being damaged. It becomes possible.
  • the switching element SW1 is arranged on the first current path that flows through the negative DC terminal N during powering, and the second current that flows through the negative DC terminal N1 during regeneration.
  • the reverse connection diode D1 is disposed on the path
  • the charging resistor R1 is disposed on the third current path flowing through the negative DC terminal N when the smoothing capacitor of the smoothing unit 13 is initially charged, and the negative DC terminal N
  • the brake resistor R2 is connected between N1 and the negative side DC terminal N is connected so as to be at the same potential end as the negative side bus 15b of the DC common bus 15, it is connected to the DC common bus 15. Even if the load device has a large capacity, it is possible to reliably prevent the reverse connection diode D1 from being damaged.
  • the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.
  • the present invention is useful as an inverter device that can reliably prevent breakage of a reverse connection diode provided in the device.
  • inverter device 10 inverter device, 11 converter, 12 charging circuit (current path changing unit), 13 smoothing unit, 14 DC / AC conversion unit, 15 DC common bus, 15a positive bus, 15b negative bus, 20 large capacity brake device, 22 large Capacity inverter device.

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Abstract

 直流共通母線15からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に正側直流端子P1を通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際に正側直流端子Pを通じて流れる第3の電流経路上に充電抵抗R1を配置し、正側直流端子P,P1間にブレーキ抵抗R2を外部接続し、且つ、正側直流端子Pが直流共通母線15の正側母線15aと同電位の端となるように接続して構成した。

Description

インバータ装置
 本発明は、インバータ装置に関する。
 従来のインバータ装置は、例えば負荷である電動機(例えば誘導電動機)を商用電源にて可変速駆動するための駆動装置として、商用電源に接続されるコンバータ整流器(交流直流変換部)、直流電力を蓄積する平滑部、充電抵抗、スイッチング素子および逆接続ダイオードを有し、平滑部のコンデンサ(平滑コンデンサ)を充電する充電回路ならびに、電動機に接続される逆変換部(直流交流変換部)などを備えて構成される。
 また、従来のインバータ装置は、商用電源からの電力供給がない場合にも、直流共通母線からの電力(直流電力)を受電して動作することができるように、正負の直流端子(P,N)を備えている。なお、この直流共通母線には、回生時の過電流を防止するためのブレーキ装置が接続されることが一般的である。また、このブレーキ装置には、回生時の電力(回生電力)を消費するブレーキ抵抗が設けられる構成が一般的である。
特開昭63-7101号公報
 直流共通母線に接続される負荷装置(例えばブレーキ装置)が大容量の場合、この大容量ブレーキ装置に流れる電流がインバータ装置内のダイオード(所謂、逆接続ダイオード)に流れる可能性が高い。大容量ブレーキ装置は、その容量に対応した電流定格を持っているが、逆接続ダイオードは、組み込まれているインバータ装置の容量に対応した電流定格しか持っていないのが通常である。直流共通母線に接続されるインバータ装置としては、様々な容量のものが接続されるが、例えば、大容量ブレーキ装置に比べてインバータ装置の容量が著しく小さい場合には、大容量ブレーキ装置に流れる大きなブレーキ電流(もしくはその一部)が逆接続ダイオードに流れることで、逆接続ダイオードが破損する可能性があるという問題があった。
 なお、上記特許文献1のように逆接続ダイオードに限流抵抗器を付加する構成も考えられる。しかしながら、この特許文献1の構成では、インバータ装置に流れる力行時の電流が、常に限流抵抗器を流れるため、発熱が増大し、効率も悪くなるので実用的ではないという問題がある。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直流共通母線に接続される負荷装置が大容量であっても、装置内に設けられる逆接続ダイオードの破損を確実に防止することができるインバータ装置を提供することを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、前記第1の正側直流端子とは異なる第2の正側直流端子と、前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、力行時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の正側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、を備え、前記第1の正側直流端子と前記第2の正側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記第1の正側直流端子が前記直流共通母線の正側母線と同電位の端となるように接続して構成したことを特徴とする。
 この発明によれば、大容量の負荷装置を含む直流共通母線に小容量のインバータ装置を接続することができる、という効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。 図2は、実施の形態に係るインバータ装置の他の回路構成(ブレーキ抵抗内蔵)を示す図である。 図3は、実施の形態に係るインバータ装置の他の回路構成(ブレーキ抵抗内蔵&外付け)を示す図である。 図4は、実施の形態に係るインバータ装置の他の回路構成(逆接続ダイオードの接続位置変更)を示す図である。 図5は、実施の形態に係るインバータ装置の他の回路構成(力行ダイオード外付け)を示す図である。 図6は、実施の形態に係るインバータ装置の他の回路構成(充電回路のN側配置)を示す図である。 図7は、実施の形態に係るインバータ装置の他の実施態様を示す図である。
 以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るインバータ装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
 図1は、本発明の実施の形態に係るインバータ装置の回路構成を示す図である。図1に示すように、実施の形態1に係るインバータ装置10は、交流直流変換部としてのコンバータ11、充電回路12、平滑コンデンサを具備する平滑部13および、直流交流変換部14を備えて構成される。
 また、インバータ装置10には、交流電源端子R,S,T、直流共通母線15の正側母線15aに電気的に接続される直流端子(第1の正側直流端子)P、後述するブレーキ抵抗R2を介して正側母線15aに電気的に接続される直流端子(第2の正側直流端子)P1、直流共通母線15の負側母線15bに電気的に接続される直流端子(第1の負側直流端子)Nおよび、図示しない電動機などの負荷を接続する負荷接続端子U,V,Wが設けられている。
 コンバータ11は、例えば複数のダイオードがフルブリッジ回路を構成し、交流電源端子R,S,Tから供給される3相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ11の出力は、正側直流端子P1および負側直流端子Nを通じて直流共通母線15に供給される。また、コンバータ11の出力は、後述するブレーキ抵抗R2を介して正側直流端子Pと負側直流端子Nとの間に印加される。
 平滑部13は、コンバータ11にて変換された直流電力をブレーキ抵抗R2および充電回路12を介して平滑コンデンサに蓄積する。また、平滑部13は、直流共通母線15からの直流電力を充電回路12を介して(ブレーキ抵抗R2は介さない)平滑コンデンサに蓄積する。
 直流交流変換部14は、スイッチング素子を直列接続した上下アーム構成の電圧形ブリッジ回路を1以上有し、平滑部13から供給される直流電力を交流電力に変換して図示しない負荷を駆動する。
 充電回路12は、スイッチング素子SW1、充電抵抗R1および、逆接続ダイオードD1を備えて構成される。スイッチング素子SW1は、一方向性のスイッチング素子(例えばサイリスタ)であり、力行時の電流経路(正側母線15aから直流交流変換部14に向かう向き)を成すように正側直流端子Pと直流交流変換部14の正側入力端との間に配置される。充電抵抗R1は、平滑コンデンサを初期充電する際の突入電流を制限するようにスイッチング素子SW1の両端に並列に接続されるように配置される。即ち、充電抵抗R1は、平滑コンデンサを初期充電する際に電流が流れる電流経路上に配置される。逆接続ダイオードD1は、回生時の電流経路(直流交流変換部14から正側母線15aに向かう向き)を成すようにカソードが正側直流端子P1に接続され、アノードが直流交流変換部14の正側入力端側に接続されるように配置される。
 上記のように、充電回路12は、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる電流の経路(スイッチング素子を通る電流経路:第1の電流経路)、回生時に正側直流端子P1を通じて流れる電流の経路(逆接続ダイオードを通る電流経路:第2の電流経路)および、平滑コンデンサを初期充電する際に正側直流端子Pを通じて流れる電流の経路(充電抵抗R1を通る電流経路:第3の電流経路)からなる3つの電流経路を動作態様に応じて自動的に変更する電流経路変更部としての機能を有する。
 正側直流端子P,P1間には、外部接続されるブレーキ抵抗R2が設けられる。この際、正側直流端子P,P1のうちの正側直流端子Pの電位が正側母線15aと同電位となるように接続される。
 また、直流共通母線15には、大容量ブレーキ装置20が接続されている。大容量ブレーキ装置20には、スイッチング素子SW2に直列接続されるブレーキ抵抗R3が設けられている。このブレーキ抵抗R3は、回生電力(電気エネルギー)を熱エネルギーに変換して消費する。
 つぎに、図1のように構成されたインバータ装置の要部動作について、図1を参照して説明する。
 まず、直流共通母線15に接続される大容量ブレーキ装置20が動作し、図示のようなブレーキ電流Ibrが流れたときを想定する。このとき、インバータ装置10の内部においても、図示のようなブレーキ電流Ibr2が流れるが、このブレーキ電流Ibr2は外付けされたブレーキ抵抗R2によって抑制されるため、逆接続ダイオードD1に流れる電流を小さくすることができ、逆接続ダイオードD1の破損を防止することができる。
 ブレーキ抵抗R2の値Rrは、大容量ブレーキ装置20の動作時の直流母線電圧の変動幅をΔV、逆接続ダイオードの順方向ドロップ電圧をVd1、逆接続ダイオードD1の許容電流値をId1とするとき、次式を用いて求めることができる。
 Rr=(ΔV-Vd1)/Id1      ……(1)
 なお、図1を参照すると、回生電流の経路は、逆接続ダイオードD1およびブレーキ抵抗R2を通って正側母線15aに向かう経路の他にも充電抵抗R1を通って正側母線15aに向かう経路も存在する。しかしながら、充電抵抗R1の抵抗値よりもブレーキ抵抗R2の抵抗値の方が小さいものが選定されるので、回生電流の多くをブレーキ抵抗R2を通る経路に向かわせることが可能となる。
 本実施の形態に係るインバータ装置は、図2のように構成してもよい。図2では、外付けのブレーキ抵抗R2に代えて、インバータ装置に内蔵されるブレーキ抵抗R4を設ける構成である。なお、図2では、ブレーキ抵抗R4を正側直流端子P1に接続しているが、ブレーキ抵抗R4と逆接続ダイオードD1の接続順序を逆転し、逆接続ダイオードD1のカソードを正側直流端子P1に接続し、逆接続ダイオードD1のアノードにブレーキ抵抗R4の一端を接続してもよい。
 また、図2の構成において、ブレーキ抵抗R4のみでは抵抗値が不足する場合には、図3に示すように外付けのブレーキ抵抗R2を追加して対応すればよい。図3の構成によれば、図1よりも外付けされるブレーキ抵抗R2の抵抗値や容量値を小さくできるという効果が得られる。
 また、図3の構成を前提とするとき、即ち充電回路12内にブレーキ抵抗R4を有し、且つ、外付けされるブレーキ抵抗R2を有する構成のときに、ブレーキ抵抗R4の抵抗値で充分な場合には、ブレーキ抵抗R2の抵抗値を零、即ちブレーキ抵抗R2を取り外して構成してもよい。
 また、本実施の形態に係るインバータ装置は、図4のように構成してもよい。図4では、回生時の電流経路に充電抵抗R1が含まれるように、充電抵抗R1の直流交流変換部14に接続されない側の端を逆接続ダイオードD1のアノードに接続している。このように接続すると、充電抵抗R1にブレーキ電流Ibr2が流れるため、外付けされるブレーキ抵抗R2の容量値を小さく(場合によっては省略)することが可能となる。この際、図2のようにブレーキ抵抗R4を内蔵していてもよく、ブレーキ抵抗R2の容量値を更に小さくすることが可能となる。また、図3のときと同様に、ブレーキ抵抗R4の抵抗値が充分な大きさの場合には、ブレーキ抵抗R2の抵抗値を零、即ちブレーキ抵抗R2を取り外して構成してもよい。
 また、本実施の形態に係るインバータ装置は、図5のように構成してもよい。図5に示すインバータ装置10は、充電回路12における逆接続ダイオードD1の接続が図1とは異なっている。逆接続ダイオードD1は、図1では正側直流端子P1に接続されていたが、図5では充電抵抗R1と共に正側直流端子Pに接続されている。したがって、図5の構成では、外付けされるブレーキ抵抗R2は正側母線15aと正側直流端子Pとの間に接続する必要がある。しかしながら、この構成では力行時に流れる電流もブレーキ抵抗R2を流れてしまうので好ましくない。そこで、ブレーキ抵抗R2の両端に力行電流が流れる向きに力行ダイオードD2を並列に接続する。このように構成すれば、力行時の電流の多くは、力行ダイオードD2およびスイッチング素子SW1を通る経路で流れ、回生時の電流の殆どは、逆接続ダイオードD1およびブレーキ抵抗R2を通る経路で流れるため、力行時の損失を小さくしつつ、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能となる。
 これまでの構成は、充電回路12を正極側(P側)に配置する構成であったが、図6に示すように充電回路12を負極側(N側)に配置するようにしてもよい。図6に示すインバータ装置10では、正側直流端子P1に代えて直流端子(第2の負側直流端子)N1が設けられている。
 図6において、スイッチング素子SW1は、力行時の電流経路(直流交流変換部14から負側母線15bに向かう向き)を成すように直流交流変換部14の負側入力端と負側直流端子Nとの間に接続される。充電抵抗R1は、平滑コンデンサを充電する際の突入電流を制限するようにスイッチング素子SW1の両端に並列に接続される。逆接続ダイオードD1は、回生時の電流経路(負側母線15bから直流交流変換部14に向かう向き)を成すようにアノードが負側直流端子N1に接続され、カソードが直流交流変換部14の負側入力端側に接続されるように配置される。また、負側直流端子N,N1間には、ブレーキ抵抗R2が外付けされる。この際、負側直流端子N,N1のうちの負側直流端子Nの電位が負側母線15bと同電位となるように接続される。
 図6のインバータ装置10の回路動作については、図1のインバータ装置10と同様であり、詳細な説明は省略する。したがって、図6のインバータ装置10は、図1のインバータ装置10と同様の作用効果を有する。
 なお、図6では、充電回路12を負極側に配置する構成を図1の構成に適用したが、図2乃至図5の構成に適用することも無論可能である。
 図7は、大容量ブレーキ装置20に代えて大容量インバータ装置22が直流共通母線15に接続される実施態様を示す図である。図7において、大容量インバータ装置22のような直流共通母線15に接続される負荷の負荷電流Iinvが急増した場合を考える。この場合、インバータ装置10の直流交流変換部14が回生電力を発生している場合には、負荷電流Iinvの一部が逆接続ダイオードD1に流れる可能性があるが、この経路にはブレーキ抵抗R2が設けられているため、逆接続ダイオードD1に流れる電流Iinv2を小さく抑えることができる。
 このように、本実施の形態に係るインバータ装置は、大容量ブレーキ装置以外の負荷が直流共通母線に接続される場合にも効果的である。
 つぎに、逆接続ダイオードD1の素材について説明する。半導体素子の素材としては、珪素(Si)を用いるのが一般的であるが、近年注目されている炭化珪素(SiC)を用いることも無論可能である。
 SiC素子は、Si素子と比較して、熱伝達率が大きい、高温での動作が可能といった優れた特性を持っている。逆接続ダイオードD1としてSiC素子を用いることでSiC素子の恩恵を受けることができる。すなわち、SiC素子は導通損失が小さいことから、インバータ装置全体の損失を低減でき、インバータ装置側の発熱も抑制することができるという効果が得られる。
 なお、SiCは、Siよりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このSiC以外にも、例えば窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性も炭化珪素に類似した点が多い。したがって、SiC以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。
 以上説明したように、本実施の形態に係るインバータ装置によれば、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に正側直流端子P1を通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際に正側直流端子Pを通じて流れる第3の電流経路上に充電抵抗R1を配置し、正側直流端子P,P1間にブレーキ抵抗R2を接続し、且つ、正側直流端子Pが直流共通母線15の正側母線15aと同電位の端となるように接続して構成したので、直流共通母線15に接続される負荷装置が大容量であっても、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能になる。
 また、本実施の形態に係るインバータ装置によれば、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に正側直流端子P1を通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際に正側直流端子Pを通じて流れる第3の電流経路上に充電抵抗R1を配置し、正側直流端子P,P1の夫々を直流共通母線15の正側母線15aと同電位の端となるように接続すると共に、正側直流端子P1と直流交流変換部14の正側入力端との間にて逆接続ダイオードD1に直列接続されるブレーキ抵抗R4を配置したので、直流共通母線15に接続される負荷装置が大容量であっても、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能になる。
 また、本実施の形態に係るインバータ装置によれば、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に正側直流端子P1を通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、逆接続ダイオードD1に直列に接続し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際には正側直流端子Pを通じた電流も流れるように充電抵抗R1を配置し、正側直流端子P,P1間にブレーキ抵抗R2を接続し、且つ、正側直流端子Pが直流共通母線15の正側母線15aと同電位の端となるように接続して構成したので、直流共通母線15に接続される負荷装置が大容量であっても、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能になる。
 さらに、本実施の形態に係るインバータ装置によれば、力行時に正側直流端子Pを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に正側直流端子Pを通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際に正側直流端子Pを通じて流れる第3の電流経路上に充電抵抗R1を配置し、正側直流端子P,P1間にブレーキ抵抗R2を接続し、且つ、ブレーキ抵抗R2の両端に力行電流が流れる向きに力行ダイオードD2を接続し、且つ、正側直流端子P1が直流共通母線15の正側母線15aと同電位の端となるように接続して構成したので、直流共通母線15に接続される負荷装置が大容量であっても、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能になる。
 また、本実施の形態に係るインバータ装置によれば、力行時に負側直流端子Nを通じて流れる第1の電流経路上にスイッチング素子SW1を配置し、回生時に負側直流端子N1を通じて流れる第2の電流経路上に逆接続ダイオードD1を配置し、平滑部13の平滑コンデンサを初期充電する際に負側直流端子Nを通じて流れる第3の電流経路上に充電抵抗R1を配置し、負側直流端子N,N1間にブレーキ抵抗R2を接続し、且つ、負側直流端子Nが直流共通母線15の負側母線15b同電位の端となるように接続して構成したので、直流共通母線15に接続される負荷装置が大容量であっても、逆接続ダイオードD1の破損を確実に防止することが可能になる。
 なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨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い。
 以上のように、本発明は、装置内に設けられる逆接続ダイオードの破損を確実に防止することができるインバータ装置として有用である。
 10 インバータ装置、11 コンバータ、12 充電回路(電流経路変更部)、13 平滑部、14 直流交流変換部、15 直流共通母線、15a 正側母線、15b 負側母線、20 大容量ブレーキ装置、22 大容量インバータ装置。

Claims (10)

  1.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子とは異なる第2の正側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の正側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の正側直流端子と前記第2の正側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記第1の正側直流端子が前記直流共通母線の正側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  2.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子とは異なる第2の正側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の正側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の正側直流端子および前記第2の正側直流端子の夫々を前記直流共通母線の正側母線と同電位の端となるように接続すると共に、前記第2の正側直流端子と前記直流交流変換部の正側入力端との間にて前記逆接続ダイオードに直列接続される抵抗を配置した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  3.  前記第2の正側直流端子と前記直流共通母線の正側母線との間に外部抵抗を設けたことを特徴とする請求項2に記載のインバータ装置。
  4.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子とは異なる第2の正側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の正側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記逆接続ダイオードに直列接続されて前記第2の電流経路上に配置され、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際には前記第1の正側直流端子を通じた電流も流れる充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の正側直流端子と前記第2の正側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記第1の正側直流端子が前記直流共通母線の正側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  5.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子とは異なる第2の正側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の正側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の正側直流端子と前記第2の正側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記外部抵抗の両端に力行電流が流れる向きに力行ダイオードを接続し、且つ、前記第2の正側直流端子が前記直流共通母線の正側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  6.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の負側直流端子とは異なる第2の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の負側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の負側直流端子と前記第2の負側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記第1の負側直流端子が前記直流共通母線の負側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  7.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の負側直流端子とは異なる第2の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の負側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の負側直流端子および前記第2の負側直流端子の夫々を前記直流共通母線の負側母線と同電位の端となるように接続すると共に、前記第2の負側直流端子と前記直流交流変換部の負側入力端との間にて前記逆接続ダイオードに直列接続される抵抗を配置した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  8.  前記第2の負側直流端子と前記直流共通母線の負側母線との間に外部抵抗を設けたことを特徴とする請求項7に記載のインバータ装置。
  9.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の負側直流端子とは異なる第2の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第2の負側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記逆接続ダイオードに直列接続されて前記第2の電流経路上に配置され、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際には前記第1の負側直流端子を通じた電流も流れる充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の負側直流端子と前記第2の負側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記第1の負側直流端子が前記直流共通母線の負側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
  10.  直流共通母線からの直流電力を受電して負荷を駆動するインバータ装置において、
     前記直流共通母線からの直流電力を受電する第1の正側直流端子および第1の負側直流端子と、
     前記第1の負側直流端子とは異なる第2の負側直流端子と、
     前記第1の正側直流端子および前記第1の負側直流端子から供給される直流電力を蓄積する平滑部と、
     前記平滑部から供給される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換部と、
     力行時に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第1の電流経路上に配置されるスイッチング素子と、回生時に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第2の電流経路上に配置される逆接続ダイオードと、前記平滑部の平滑コンデンサを初期充電する際に前記第1の負側直流端子を通じて流れる第3の電流経路上に配置される充電抵抗と、を有する電流経路変更部と、
     を備え、
     前記第1の負側直流端子と前記第2の負側直流端子との間に外部抵抗を接続し、且つ、前記外部抵抗の両端に力行電流が流れる向きに力行ダイオードを接続し、且つ、前記第2の負側直流端子が前記直流共通母線の負側母線と同電位の端となるように接続して構成した
     ことを特徴とするインバータ装置。
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