WO2019082297A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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WO2019082297A1
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phase
bus
converter
voltage
fuse
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PCT/JP2017/038487
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一輝 西村
俊秀 中野
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • a power conversion apparatus applied to an uninterruptible power supply or the like includes a converter that converts alternating current power from a commercial alternating current power supply into direct current power and an inverter that converts the direct current power into alternating current power of a desired frequency and voltage. And have.
  • WO 2010/095241 discloses an uninterruptible power supply configured by a power conversion device provided with a three-level converter and a three-level inverter.
  • a power conversion device provided with a three-level converter and a three-level inverter.
  • each of the three-level converter and the three-level inverter includes a plurality of semiconductor switching elements.
  • each of the three-level converter and the three-level inverter includes a first fuse connected between a first semiconductor switching element and a DC positive bus, and a second fuse It has a second fuse connected to the semiconductor switching element and the DC negative bus, and a third fuse connected between the AC switch and the DC neutral bus. That is, a fuse is provided in the current path between one terminal of each semiconductor switching element and each DC bus. Therefore, there is concern that the number of fuses used will increase.
  • Patent Document 1 shows a configuration in which nine fuses are used for each of the three-level converter and the three-level inverter. When the number of fuses increases in this manner, the power converter may be increased in size and cost.
  • Patent Document 1 since the number of fuses is large, the total of the power loss generated in all the fuses becomes large when the power conversion device is operating, and as a result, the efficiency of the power conversion device is increased. There is a possibility of lowering.
  • an object of the present invention is to provide a power converter capable of realizing prevention of over current and over voltage with a simple configuration.
  • a power converter includes a DC positive bus, a DC negative bus and a DC neutral bus, a converter, a first capacitor, and a second capacitor.
  • the converter is connected between an AC power supply and a DC positive bus, a DC negative bus and a DC neutral bus, and converts an AC voltage supplied from the AC power into a DC voltage.
  • the first capacitor is connected between the DC positive bus and the DC neutral bus.
  • the second capacitor is connected between the DC neutral point bus and the DC negative bus.
  • the converter includes a diode rectifier connected between the AC power supply and the DC positive bus and the DC negative bus, and a first AC switch electrically connected between the AC power supply and the DC neutral bus. .
  • the power converter further includes a first fuse electrically connected between the first AC switch and the DC neutral point bus.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the operation of the R-phase converter. It is a figure which shows the case where IGBT element Q1R fails and it will be in a short circuit state in the period which IGBT element Q1S is on.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the operation of the R-phase converter. It is a figure which shows the case where IGBT element Q1R fails and it will be in a short circuit state in the period which IGBT element Q1S is on.
  • FIG. 13 is a waveform diagram showing a relationship between U-phase voltage VU and on / off of IGBT elements Q1U to Q4U.
  • IGBT element Q1U and Q3V are on, it is a figure which shows the case where IGBT element Q4U fails and it will be in a short circuit state.
  • IGBT element Q2U and Q4V are on, it is a figure which shows the case where IGBT element Q3U fails and it will be in a short circuit state.
  • It is a circuit diagram explaining composition of a power converter by a comparative example. It is a circuit diagram explaining composition of a power converter by a modification of an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a main circuit configuration of power converter 100 according to the embodiment of the present invention.
  • Power converter 100 according to the embodiment of the present invention is applied to, for example, an uninterruptible power supply.
  • the AC power supply 1 supplies three-phase AC power of commercial frequency to the power converter 100.
  • the load 4 is driven by three-phase AC power of commercial frequency supplied from the power conversion device 100.
  • power conversion device 100 includes three converter units U 1 to U 3 connected in parallel between AC power supply 1 and load 4.
  • Power converter 100 further includes interconnections WP 1, WP 2, WN 1, WN 2, WC 1 and WC 2, and control circuit 7.
  • Power converter 100 forms an uninterruptible power supply by being connected to DC positive bus PL 4, DC negative bus NL 4, DC neutral bus CL 4, bidirectional chopper 5, and DC power supply 6.
  • the first converter unit U1 includes an R phase converter 2R, a U phase inverter 3U, a DC positive bus PL1, a DC negative bus NL1, a DC neutral bus CL1, and capacitors C1R, C2R, C1U, C2U.
  • R-phase voltage VR is supplied to R-phase converter 2R from AC power supply 1 via R-phase line RL.
  • R-phase converter 2R converts R-phase voltage VR into a DC voltage, and supplies the DC voltage to U-phase inverter 3U via DC buses PL1, CL1, and NL1.
  • U-phase inverter 3U converts the DC voltage from R-phase converter 2R into U-phase voltage VU.
  • U-phase voltage VU generated by U-phase inverter 3U is supplied to load 4 via U-phase line UL.
  • Capacitors C1R (first capacitor) and C1U (third capacitor) are connected in parallel between DC positive bus PL1 and DC neutral bus CL1.
  • Capacitors C2R (second capacitor) and C2U are connected in parallel between DC neutral point bus CL1 and DC negative bus NL1.
  • the second converter unit U2 includes an S phase converter 2S, a V phase inverter 3V, a DC positive bus PL2, a DC negative bus NL2, a DC neutral bus CL2, and capacitors C1S, C2S, C1V, C2V.
  • the S-phase voltage VS is supplied to the S-phase converter 2S from the AC power supply 1 via the S-phase line SL.
  • the S-phase converter 2S converts the S-phase voltage VS into a DC voltage, and supplies the DC voltage to the V-phase inverter 3V through the DC buses PL2, CL2, and NL2.
  • V-phase inverter 3V converts the DC voltage from S-phase converter 2S into V-phase voltage VV.
  • V-phase voltage VV generated by V-phase inverter 3V is supplied to load 4 via V-phase line VL.
  • Capacitors C1S (first capacitor) and C1V (third capacitor) are connected in parallel between DC positive bus PL2 and DC neutral bus CL2.
  • Capacitors C2S (second capacitor) and C2V (fourth capacitor) are connected in parallel between DC neutral point bus CL2 and DC negative bus NL2.
  • the third converter unit U3 includes a T-phase converter 2T, a W-phase inverter 3W, a DC positive bus PL3, a DC negative bus NL3, a DC neutral bus CL3, and capacitors C1T, C2T, C1W, C2W.
  • T-phase voltage VT is supplied to T-phase converter 2T from AC power supply 1 via T-phase line TL.
  • T-phase converter 2T converts T-phase voltage VT into a DC voltage, and supplies the DC voltage to W-phase inverter 3W via DC buses PL3, CL3, and NL3.
  • W-phase inverter 3W converts the DC voltage from T-phase converter 2T into W-phase voltage VW.
  • W-phase voltage VW generated by W-phase inverter 3W is supplied to load 4 via W-phase line WL.
  • Capacitors C1T (first capacitor) and C1W (third capacitor) are connected in parallel between DC positive bus PL3 and DC neutral bus CL3.
  • Capacitors C2T (second capacitor) and C2W (fourth capacitor) are connected in parallel between DC neutral point bus CL3 and DC negative bus NL3.
  • each of converter units U1 to U3 includes one single-phase converter, one single-phase inverter, three DC buses (DC positive bus, DC negative bus, DC neutral bus), and It comprises four capacitors.
  • wires WP1, WN1, WC1 are provided between the first converter unit U1 and the second converter unit U2. Specifically, interconnection WP1 is connected between DC positive buses PL1 and PL2. Wiring WN1 is connected between DC negative buses NL1 and NL2. Wiring WC1 is connected between DC neutral point buses CL1 and CL2.
  • wires WP2, WN2, WC2 are provided between the second converter unit U2 and the third converter unit U3. Specifically, interconnection WP2 is connected between DC positive buses PL2 and PL3. Wiring WN2 is connected between DC negative buses NL2 and NL3. Wiring WC2 is connected between DC neutral point buses CL2 and CL3.
  • the DC positive bus PL 4, the DC negative bus NL 4, and the DC neutral bus CL 4 are provided between the third converter unit U 3 and the bidirectional chopper 5. Specifically, DC positive bus PL4, DC negative bus NL4, and DC neutral bus CL4 are respectively connected between DC positive bus PL3, DC negative bus NL3, DC neutral bus CL3, and bidirectional chopper 5 Be done.
  • Bidirectional chopper 5 is connected between DC power supply 6 and DC positive bus PL 4, DC negative bus NL 4 and DC neutral point bus CL 4.
  • Bidirectional chopper 5 is configured to perform DC voltage conversion bidirectionally between DC buses PL 4, NL 4, CL 4 and DC power supply 6.
  • the DC positive buses PL1, PL2, PL3 are connected to each other via the wires WP1, WP2. Thereby, the voltages of DC positive buses PL1, PL2, and PL3 can be matched.
  • DC negative buses NL1, NL2, NL3 are connected to each other through the wires WN1, WN2. Thereby, voltages of DC negative buses NL1, NL2 and NL3 can be made to coincide with each other.
  • DC neutral point busbars CL1, CL2, and CL3 are connected to each other through the wires WC1 and WC2. Thereby, the voltages of the DC neutral point buses CL1, CL2 and CL3 can be made to match.
  • the input voltages of the single phase inverters 3U, 3V, 3W of the converter units U1 to U3 can be matched. Therefore, the amplitudes of the phase voltages output from single phase inverters 3U, 3V, 3W can be made to match.
  • Three-phase AC power from AC power supply 1 is supplied to R-phase converter 2R, S-phase converter 2S and T-phase converter 2T through R-phase line RL, S-phase line SL and T-phase line TL, respectively.
  • the R-phase converter 2R, the S-phase converter 2S and the T-phase converter 2T constitute a three-phase converter.
  • the three-phase converter converts three-phase AC power supplied from AC power supply 1 into DC power, and generates U-phase inverter 3 U, V-phase inverter 3 V and W via DC positive bus, DC negative bus and DC neutral bus. It supplies to phase inverter 3W, respectively.
  • U-phase inverter 3U, V-phase inverter 3V and W-phase inverter 3W constitute a three-phase inverter.
  • the three-phase inverter converts DC power supplied via a DC positive bus, a DC negative bus and a DC neutral bus into three-phase AC power.
  • Three-phase AC power generated by the three-phase inverter is supplied to load 4 via U-phase line UL, V-phase line VL and W-phase line WL.
  • bidirectional chopper 5 steps down DC voltage between DC buses PL4 and CL4 and DC voltage between DC buses CL4 and NL4 to generate DC power.
  • the DC power supply 6 is charged by being supplied to 6.
  • bidirectional chopper 5 boosts the voltage across terminals of DC power supply 6 to connect DC buses PL4, CL4 and DC buses CL4, NL4.
  • the DC power supply 6 is discharged by supplying each of them.
  • Control circuit 7 includes a three-phase AC voltage supplied from AC power supply 1, a DC voltage of each of DC buses PL4, NL4 and CL4, a voltage between terminals of DC power supply 6, a three-phase inverter (single phase inverter 3U, 3V, 3W Three-phase converter (single-phase converter 2R, 2S, 2T), three-phase inverter (single-phase inverter 3U) on the basis of the three-phase AC voltage output from , 3V, 3W) and the operation of the bidirectional chopper 5 are controlled.
  • Power converter 100 further includes fuses FR, FS, FT, FP1, FP2, FP3, FN1, FN2, FN3, FC1, FC2, and FC3.
  • Fuse FR is electrically connected between R-phase converter 2R and DC neutral point bus CL1. Specifically, fuse FR has one terminal connected to the DC terminal of R-phase converter 2R and the other terminal connected to the connection point of capacitors C1R and C2R. Fuse FR is melted when an overcurrent flows between R-phase line RL and DC neutral point bus CL1. Fuse FS is electrically connected between S-phase converter 2S and DC neutral point bus CL2. Specifically, fuse FS has one terminal connected to the DC terminal of S-phase converter 2S, and the other terminal connected to the connection point of capacitors C1S and C2S. Fuse FS is melted when an overcurrent flows between S-phase line SL and DC neutral point bus CL2.
  • Fuse FT is electrically connected between T-phase converter 2T and DC neutral point bus CL3. Specifically, fuse FT has one terminal connected to the DC terminal of T-phase converter 2T, and the other terminal connected to the connection point between capacitors C1T and C2T. Fuse FT is fused when an overcurrent flows between T-phase line TL and DC neutral point bus CL3.
  • Fuse FP1 is electrically connected between DC positive bus PL1 and U-phase inverter 3U. Specifically, fuse FP1 has one terminal connected to the DC terminal of U-phase inverter 3U and the other terminal connected to the positive electrode of capacitor C1U. Fuse FP1 is fused when an overcurrent flows between DC positive bus PL1 and U-phase inverter 3U. Fuse FN1 is electrically connected between DC negative bus NL1 and U-phase inverter 3U. Specifically, fuse FN1 has one terminal connected to the DC terminal of U-phase inverter 3U and the other terminal connected to the negative electrode of capacitor C2U. Fuse FN1 is fused when an overcurrent flows between DC negative bus NL1 and U-phase inverter 3U.
  • Fuse FC1 is electrically connected between DC neutral point bus CL1 and U-phase inverter 3U. Specifically, fuse FC1 has one terminal connected to the DC terminal of U-phase inverter 3U and the other terminal connected to the connection point of capacitors C1U and C2U. Fuse FC1 is fused when an overcurrent flows between DC neutral point bus CL1 and U-phase inverter 3U.
  • Fuse FP2 is connected between DC positive bus PL2 and V-phase inverter 3V. Specifically, one terminal of the fuse FP2 is connected to the DC terminal of the V-phase inverter 3V, and the other terminal is connected to the positive electrode of the capacitor C1V. Fuse FP2 is fused when an overcurrent flows between DC positive bus PL2 and V-phase inverter 3V. Fuse FN2 is electrically connected between DC negative bus NL2 and V-phase inverter 3V. Specifically, fuse FN2 has one terminal connected to the DC terminal of V-phase inverter 3V and the other terminal connected to the negative electrode of capacitor C2V.
  • Fuse FN2 is fused when an overcurrent flows between DC negative bus NL2 and V-phase inverter 3V.
  • Fuse FC2 is electrically connected between DC neutral point bus CL2 and V-phase inverter 3V.
  • fuse FC2 has one terminal connected to the DC terminal of V-phase inverter 3V, and the other terminal connected to the connection point of capacitors C1V and C2V.
  • Fuse FC2 is fused when an overcurrent flows between DC neutral point bus CL2 and V-phase inverter 3V.
  • the fuse FP3 is connected between the DC positive bus PL3 and the W-phase inverter 3W. Specifically, in the fuse FP3, one terminal is connected to the DC terminal of the W-phase inverter 3W, and the other terminal is connected to the positive electrode of the capacitor C1W. Fuse FP3 is fused when an overcurrent flows between DC positive bus PL3 and W-phase inverter 3W. Fuse FN3 is electrically connected between DC negative bus NL3 and W-phase inverter 3W. Specifically, fuse FN3 has one terminal connected to the DC terminal of W-phase inverter 3W and the other terminal connected to the negative electrode of capacitor C2W.
  • Fuse FN3 is fused when an overcurrent flows between DC negative bus NL3 and W-phase inverter 3W.
  • Fuse FC3 is electrically connected between DC neutral point bus CL3 and W-phase inverter 3W.
  • fuse FC3 has one terminal connected to the DC terminal of W-phase inverter 3W, and the other terminal connected to the connection point of capacitors C1W and C2W.
  • Fuse FC3 is fused when an overcurrent flows between DC neutral point bus CL3 and W-phase inverter 3W.
  • FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a configuration example of single phase converters 2R, 2S, 2T and single phase inverters 3U, 3V, 3W shown in FIG.
  • R-phase converter 2R includes an IGBT element Q1R and diodes D1R to D6R.
  • S-phase converter 2S includes an IGBT element Q1S and diodes D1S to D6S.
  • T-phase converter 2T includes an IGBT element Q1T and diodes D1T to D6T.
  • U-phase inverter 3U includes IGBT elements Q1U-Q4U and diodes D1U-D4U.
  • V-phase inverter 3V includes IGBT elements Q1V to Q4V and diodes D1V to D4V.
  • W-phase inverter 3W includes IGBT elements Q1W-Q4W and diodes D1W-D4W.
  • Single-phase converter 2x is a diode rectifier having a neutral point switch.
  • single-phase converter 2x includes a bridge circuit (diode bridge) formed of diodes D3x to D6x, an IGBT element Q1x, and diodes D1x and D2x.
  • the cathode of diode D1x is connected to DC positive bus PLi, and the anode is connected to x phase line xL.
  • the cathode of diode D2x is connected to x phase line xL, and the anode is connected to DC negative bus NLi.
  • the anode of diode D3x and the cathode of diode D4x are connected to x phase line xL, and the anode of diode D5x and the cathode of diode D6x are connected to DC neutral point bus CLi.
  • the emitter of IGBT element Q1x is connected to the cathode of diode D3x and the cathode of diode D5x, and the collector is connected to the anode of diode D4x and the anode of diode D6x.
  • the diodes D1x and D2x constitute a diode rectifier.
  • the diode bridge and the IGBT element Q1x constitute an AC switch.
  • the AC switch functions as a neutral point switch.
  • the IGBT element Q1x is turned on / off in synchronization with the three-phase AC voltage from the AC power supply 1.
  • the alternating current switch corresponds to an example of the “first alternating current switch”.
  • the first alternating current switch is electrically connected between the x phase line xL and the DC neutral point bus bar CLi, and configured to electrically connect or disconnect the x phase line xL and the DC neutral point bus bar CLi Be done. That is, the first AC switch functions as a "neutral point switch".
  • a fuse Fx is electrically connected between the first AC switch (neutral point switch) and the DC neutral point bus CLi.
  • the fuse Fx corresponds to an example of the “first fuse”.
  • the fuse Fx is connected between the first AC switch and a connection point of the capacitors C1x and C2x connected in series.
  • the emitter of IGBT element Q1y is connected to y phase line yL, and the collector is connected to DC positive bus PLi.
  • the collector of IGBT element Q2y is connected to y-phase line yL, and the emitter is connected to DC negative bus NLi.
  • the emitter of IGBT element Q3y is connected to y-phase line yL, and the collector is connected to the collector of IGBT element Q4y.
  • the emitter of IGBT element Q4y is connected to DC neutral point bus CLi.
  • the diodes D1y and D2y function as freewheeling diodes, and the diodes D3y and D4y function as clamp diodes.
  • the IGBT elements Q3y and Q4y and the diodes D3y and D4y constitute an AC switch.
  • the alternating current switch corresponds to an example of the “second alternating current switch”.
  • the fuse FP is connected between the collector of the IGBT element Q1y and the positive electrode of the capacitor C1y.
  • Fuse FN is connected between the emitter of IGBT element Q2y and the negative electrode of capacitor C2y.
  • the fuse FC is connected between the AC switch and the connection point of the capacitors C1y and C2y.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between R-phase voltage VR and the on / off of IGBT element Q1R.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the operation of the R-phase converter.
  • the reference signals .phi.1R and .phi.2R are triangular signals synchronized with the R phase voltage VR and having a frequency five times that of the R phase voltage VR.
  • Reference signal ⁇ 2R is a triangular wave signal in phase with reference signal ⁇ 1R.
  • IGBT element Q1R is turned on.
  • voltage VIR at the connection point between R-phase line RL and R-phase converter 2R is equal to the voltage (neutral point voltage Vc) of DC neutral point bus CL1.
  • the R phase voltage VR is a negative voltage (periods t6, t8 and t10), as shown in FIG. 4D, the DC neutral point bus CL1 to the diode D5R, the IGBT element Q1R and the diode D4R A current flows through the R phase line RL. Therefore, voltage VIR at the connection point between R-phase line RL and R-phase converter 2R is equal to the voltage (neutral point voltage Vc) of DC neutral point bus CL1.
  • the IGBT element Q1R is turned off during a period (t2, t4, t12, t14) in which the R-phase voltage VR is positive and the level of the R-phase voltage VR is higher than the levels of the reference signals ⁇ 1R and ⁇ 2R.
  • a current flows from the R-phase line RL to the DC positive bus PL1 via the diode D1R. Therefore, voltage VIR at the connection point between R-phase line RL and R-phase converter 2R is equal to the voltage (positive voltage Vp) of DC positive bus PL1.
  • the IGBT element Q1R is subjected to PWM control, and turned on / off at predetermined timing in synchronization with the R-phase voltage from the AC power supply 1.
  • the R-phase converter 2R generates a positive voltage Vp, a neutral point voltage Vc and a negative voltage Vn as DC voltages based on the R-phase voltage. That is, R-phase converter 2R constitutes a three-level converter.
  • the S-phase and T-phase circuits operate in the same manner as the R-phase circuits.
  • FIG. 5 is a diagram showing a case where the IGBT element Q1R breaks down and enters a short circuit state while the IGBT element Q1S is on.
  • a short circuit current flows from the R phase line RL to the S phase line SL through the diode D3R, the IGBT element Q1R, the wiring WC2, the diode D5S, and the IGBT element Q1S.
  • the fuses FR and FS are blown.
  • the R phase and the V phase are described as an example, but the same applies to the W phase.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship between U-phase voltage VU and on / off of IGBT elements Q1U to Q4U.
  • U-phase voltage VU is a target voltage of the voltage output from the U-phase line, which is calculated based on the power input from AC power supply 1 to power conversion device 100 in control circuit 7.
  • the magnitudes of U-phase voltage VU and reference signals ⁇ 1U and ⁇ 2U are compared, and the combination of on / off of IGBT elements Q1U to Q4U is determined based on the comparison result.
  • VOU voltage at the connection point between U-phase line UL and U-phase inverter 3U
  • the potentials of DC buses PL1, NL1 and CL1 are Vp, Vc and Vn
  • voltage VOU has voltages Vp, Vc, It is determined to be one of Vn.
  • Reference signals .phi.1U and .phi.2U are triangular signals synchronized with U-phase voltage VU and having a frequency five times that of U-phase voltage VU.
  • Reference signal ⁇ 2U is a triangular wave signal in phase with reference signal ⁇ 1U.
  • V-phase and W-phase inverters 3V and 3W operate similarly to U-phase inverter 3U.
  • FIG. 7 is a diagram showing a case where the IGBT element Q4U breaks down to be in a short circuit state while the IGBT elements Q1U and Q3V are on.
  • a short circuit current from the U phase line UL to the V phase line VL through the diode D3U, the IGBT element Q4U, the wiring WC1, the diode D4V, and the IGBT element Q3V.
  • Flows and fuses FC1 and FC2 are melted.
  • FIG. 8 is a diagram showing a case where the IGBT element Q3U breaks down to be in a short circuit state while the IGBT elements Q2U and Q4V are on.
  • a short circuit from V phase line VL to diode D3V, IGBT element Q4V, interconnection WC1, diode D4U and IGBT element Q3U to U phase line UL A current flows to blow the fuses FC2 and FC1.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating the configuration of a power conversion device 1000 according to a comparative example.
  • the power conversion device 1000 according to the comparative example corresponds to the power conversion device shown in Patent Document 1 described above.
  • the power conversion device 1000 according to the comparative example has the same basic structure as the power conversion device 100 according to the present embodiment shown in FIG. Are different.
  • power conversion device 1000 includes one converter unit Ua connected between AC power supply 1 and load 4 (both not shown).
  • Converter unit U includes a three-phase converter 2a, a three-phase inverter 3, a DC positive bus PL, a DC negative bus NL, and a DC neutral bus CL.
  • Three-phase converter 2a is configured by connecting R-phase converter 2Ra, S-phase converter 2Sa and T-phase converter 2Ta in parallel between DC positive bus PL and DC negative bus NL.
  • the configuration of single phase converters 2Ra, 2Sa, 2Ta is such that the input / output relationship is reversed with that of single phase inverters 3U, 3V, 3W. The details will be described below.
  • R-phase converter 2Ra includes IGBT elements Q1R to Q4R and diodes D1R to D4R.
  • S-phase converter 2Sa includes IGBT elements Q1S-Q4S and diodes D1S-D4S.
  • T-phase converter 2Ta includes IGBT elements Q1T-Q4T and diodes D1T-D4T.
  • the emitter of IGBT element Q1xa is connected to xa phase line xaL, and the collector is connected to DC positive bus PLi.
  • the collector of IGBT element Q2xa is connected to xa phase line xaL, and the emitter is connected to DC negative bus NLi.
  • the emitter of IGBT element Q3xa is connected to xa phase line xaL, and its collector is connected to the collector of IGBT element Q4xa.
  • the emitter of IGBT element Q4xa is connected to DC neutral point bus CLi.
  • the diodes D1xa and D2xa function as freewheeling diodes, and the diodes D3xa and D4xa function as clamp diodes.
  • the IGBT elements Q3xa and Q4xa and the diodes D3xa and D4xa constitute an AC switch. In this configuration, the DC neutral point bus of each phase converter is commonly connected to the DC neutral point bus CL.
  • Three-phase inverter 3 is configured by connecting U-phase inverter 3U, V-phase inverter 3V and W-phase inverter 3W shown in FIGS. 1 and 2 in parallel between DC positive bus PL and DC negative bus NL. Ru. In this configuration, the DC neutral point bus of each phase inverter is commonly connected to the DC neutral point bus CL.
  • the operation of the three-phase inverter 3 is substantially the same as the operation of the single-phase inverters 3U, 3V, 3W described in FIG.
  • the operation of the three-phase converter 2a is such that the operation and the input / output relationship of the single-phase inverters 3U, 3V, 3W are reversed.
  • the power conversion device 1000 further includes fuses F1R to F3R, F1S to F3S, F1T to F3T, F1U to F3U, F1V to F3V, and F1W to F3W.
  • the codes R, S, T, U, V, and W are collectively shown as a code "z" in order to describe the configurations of these fuses collectively.
  • Fuse F1z is connected between the collector of IGBT element Q1z and DC positive bus PL.
  • the collector of IGBT element Q1z is connected to the positive electrode of capacitor C1z. Therefore, fuse F1z is connected between the connection point of IGBT element Q1z and capacitor C1 and DC positive bus PL.
  • Fuse F2z is connected between the emitter of IGBT element Q2z and DC negative bus NL.
  • the emitter of the IGBT element Q2z is connected to the negative electrode of the capacitor C2z. Therefore, fuse F2z is connected between the connection point of IGBT element Q2z and capacitor C2 and DC negative bus NL.
  • Fuse F3z is connected between the emitter of IGBT element Q4z and DC neutral point bus CLz.
  • the collector of IGBT element Q4z is connected to the connection point of capacitors C1z and C2z. Therefore, fuse F3z is connected between the connection point of capacitors C1z and C2z and DC neutral point bus CLzL
  • each of the fuses F1z, F2z, F3z is connected between the connection point of the IGBT element and the capacitor and the DC bus.
  • the fuse is connected between the IGBT element and the capacitor.
  • a short circuit current flows from the positive electrode of the capacitor C1S to the negative electrode of the capacitor C1S through the fuse F1S, F1R, the IGBT element Q1R, the IGBT element Q1R, the diode D3R, the IGBT element Q4R, and the fuses F3R and F3S. , F1R, F3R, and F3S are melted down.
  • power conversion apparatus 1000 nine fuses, nine in total, are used for each of three-phase inverter 3 and three-phase converter 2a. Therefore, there is concern that the size and cost of the power conversion device may be increased. In addition, when the number of fuses increases, the total power loss in all the fuses may increase during the operation of the power converter, which may reduce the efficiency of the power converter.
  • each of single-phase converters 2R, 2S, 2T is configured by a diode rectifier having a neutral point switch (first AC switch). There is.
  • the IGBT element is more likely to cause a short circuit due to an erroneous switching operation or the like than a diode which does not require the switching operation.
  • a diode rectifier having a neutral point switch even though it is a three-level converter, the number of IGBT elements that are likely to be shorted compared to diodes is reduced to one, making shorting less likely to occur. Therefore, by using a diode rectifier having a neutral point switch as a converter, the fuse arranged between one terminal of the IGBT element and the DC positive bus in the comparative example, and one terminal of the IGBT element and the DC negative bus This eliminates the need for the fuses placed between them.
  • the number of fuses for a three level converter can be reduced to three.
  • a total of 12 fuses of three for the three-level converter and nine for the three-level inverter correspond to the short circuit of all the switching elements of the power conversion device. It is possible to prevent the occurrence of current or overvoltage.
  • power conversion device 100 According to power conversion device 100 according to the present embodiment, downsizing and cost reduction of the power conversion device can be realized while suppressing the occurrence of overcurrent or overvoltage. That is, it is possible to provide a power converter capable of realizing the prevention of an overcurrent and an overvoltage with a simple configuration.
  • FIG. 10 is a circuit diagram for explaining the configuration of a power conversion device 101 according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • a power conversion device 101 according to this modification basically includes power conversion device 100 according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a main circuit structure of a converter and an inverter, and a basic formed of a converter and an inverter. The structure is the same but the configuration of the transducer unit is different.
  • power conversion device 101 includes one converter unit Ub connected between AC power supply 1 and load 4 (both not shown).
  • Converter unit Ub includes a three-phase converter 2, a three-phase inverter 3, a DC positive bus PL, a DC negative bus NL, and a DC neutral bus CL.
  • Three-phase converter 2 is configured by connecting R-phase converter 2R, S-phase converter 2S and T-phase converter 2T shown in FIGS. 1 and 2 in parallel between DC positive bus PL and DC negative bus NL. Ru.
  • the DC neutral point bus of each phase converter is commonly connected to the DC neutral point bus CL.
  • Three-phase inverter 3 is configured by connecting U-phase inverter 3U, V-phase inverter 3V and W-phase inverter 3W shown in FIGS. 1 and 2 in parallel between DC positive bus PL and DC negative bus NL. Ru.
  • the DC neutral point bus of each phase inverter is commonly connected to the DC neutral point bus CL.
  • the operations of three-phase converter 2 and three-phase inverter 3 are substantially the same as the operations of single-phase converters 2R, 2S, 2T and single-phase inverters 3U, 3V, 3W described in FIGS. 3 and 6, respectively. is there.
  • the total number of the fuses FR, FS, FT, FP1, FP2, FP3, FN1, FN2, FN3, FC1, FC2, and FC3, the insertion position and the function thereof are the embodiments described above. Are the same as in the power converter 100 according to FIG.
  • a fuse is connected between the IGBT element and the capacitor.
  • generation of overcurrent and overvoltage is more reliably prevented as compared with power conversion device 1000 (FIG. 9) according to the comparative example in which a fuse is connected between the connection point of the IGBT element and the capacitor and the DC bus. Can.
  • FIG. 11 shows a case where IGBT device Q1S of three-phase converter 2a fails and is in a short circuit state in power conversion device 1000 according to the comparative example shown in FIG.
  • IGBT element Q4S when IGBT element Q4S is turned on, as shown by the arrow in the figure, a short circuit from the positive electrode of capacitor C1S to the negative electrode of capacitor C1S through IGBT element Q1S, diode D3S and IGBT element Q4S A current will flow.
  • the path can not be interrupted. Such a problem can also occur when the IGBT element of the three-phase inverter 3 fails and becomes a short circuit state.
  • three-phase converter 2 (R-phase converter 2R, S-phase converter 2S, T-phase converter 2T) corresponds to an example of the "converter” in the present invention.
  • DC positive buses PL1, PL2, PL3, PL correspond to "DC positive bus” in the present invention
  • DC negative buses NL1, NL2, NL3, NL correspond to "DC negative bus” in the present invention
  • the buses CL1, CL2, CL3, and CL correspond to the "DC neutral point bus” in the present invention.
  • the diode bridge composed of the diodes D3x to D6x and the IGBT element Q1x correspond to an example of the "first AC switch" in the present invention.
  • the fuses FR, FS, FT correspond to the "first fuse” in the present invention.
  • Three-phase inverter 3 (U-phase inverter 3U, V-phase inverter 3V, W-phase inverter 3W) corresponds to an example of "inverter” in the present invention.
  • Fuses FP1, FP2 and FP3 correspond to the "second fuse” in the present invention
  • fuses FN1, FN2 and FN3 correspond to the "third fuse” in the present invention
  • fuses FC1, FC2 and FC3 in the present invention Corresponds to the "fourth fuse”.

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Abstract

電力変換装置は、コンバータ(2R)と、第1のコンデンサ(C1R)と、第2のコンデンサ(C2R)とを備える。第1のコンデンサ(C1R)は、直流正母線(PL1)と直流中性点母線(NL1)との間に接続される。第2のコンデンサ(C2R)は、直流中性点母線(NL1)と直流負母線(CL1)との間に接続される。コンバータ(2R)は、交流電源(1)と直流正母線(PL1)および直流負母線(NL1)との間に接続されるダイオード整流器(D1R,D2R)と、交流電源(1)と直流中性点母線(CL1)との間に電気的に接続される第1の交流スイッチ(D3R~D6R,Q1R)とを含む。電力変換装置は、第1の交流スイッチ(D3R~D6R,Q1R)と第1および第2のコンデンサの接続点との間に電気的に接続される第1のヒューズ(FR)をさらに備える。

Description

電力変換装置
 この発明は、電力変換装置に関する。
 無停電電源装置などに適用される電力変換装置は、一般的に、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、その直流電力を所望の周波数および電圧の交流電力に変換するインバータとを備えている。
 たとえば、国際公開第2010/095241号(特許文献1)には、3レベルコンバータと3レベルインバータとを備えた電力変換装置により構成された無停電電源装置が開示されている。この電力変換装置において、3レベルコンバータおよび3レベルインバータの各々は、複数の半導体スイッチング素子を含んでいる。
 上述した電力変換装置では、複数の半導体スイッチング素子のいずれかが破損して短絡状態となった場合に、過電流または過電圧が発生する可能性がある。そのため、特許文献1では、各半導体スイッチング素子の一方端子と直流母線(直流正母線、直流負母線または直流中性点母線)との間にヒューズを接続している。このようにすると、いずれかの半導体スイッチング素子が短絡状態となった場合には、ヒューズが溶断されて電流が流れる経路が遮断されるため、過電流または過電圧の発生を防止することができる。
国際公開第2010/095241号
 上記特許文献1に記載される電力変換装置において、3レベルコンバータおよび3レベルインバータの各々は、第1の半導体スイッチング素子と直流正母線との間に接続される第1のヒューズと、第2の半導体スイッチング素子と直流負母線に接続される第2のヒューズと、交流スイッチと直流中性点母線との間に接続される第3のヒューズとを有している。すなわち、各半導体スイッチング素子の一方端子と各直流母線との間の電流経路にヒューズを設けている。そのため、使用するヒューズの数が多くなることが懸念される。なお、特許文献1には、3レベルコンバータおよび3レベルインバータの各々に対して9個のヒューズを使用した構成が示されている。このようにヒューズの数が多くなると、電力変換装置の大型化および高コスト化を招いてしまう可能性がある。
 さらに、特許文献1では、ヒューズの数が多いことから、電力変換装置が動作しているときに全てのヒューズで発生する電力損失の合計が大きくなってしまい、結果的に電力変換装置の効率を低下させる可能性がある。
 それゆえに、この発明の目的は、簡易な構成で、過電流および過電圧の防止を実現できる電力変換装置を提供することである。
 この発明に係る電力変換装置は、直流正母線、直流負母線および直流中性点母線と、コンバータと、第1のコンデンサと、第2のコンデンサとを備える。コンバータは、交流電源と直流正母線、直流負母線および直流中性点母線との間に接続され、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。第1のコンデンサは、直流正母線と直流中性点母線との間に接続される。第2のコンデンサは、直流中性点母線と直流負母線との間に接続される。コンバータは、交流電源と直流正母線および直流負母線との間に接続されるダイオード整流器と、交流電源と直流中性点母線との間に電気的に接続される第1の交流スイッチとを含む。電力変換器は、第1の交流スイッチと直流中性点母線との間に電気的に接続される第1のヒューズをさらに備える。
 この発明によれば、簡易な構成で、過電流および過電圧の防止を実現できる電力変換装置を提供することができる。
本発明の実施の形態による電力変換装置100の主回路構成を示す概略ブロック図である。 図1に示した単相コンバータ2R,2S,2T、および単相インバータ3U,3V,3Wの構成例を説明する回路図である。 R相電圧VRとIGBT素子Q1Rのオンオフとの関係を示す波形図である。 図4は、R相コンバータの動作を示す回路図である。 IGBT素子Q1Sがオンしている期間において、IGBT素子Q1Rが故障して短絡状態になった場合を示す図である。 U相電圧VUとIGBT素子Q1U~Q4Uのオンオフとの関係を示す波形図である。 IGBT素子Q1U,Q3Vがオンしている期間において、IGBT素子Q4Uが故障して短絡状態になった場合を示す図である。 IGBT素子Q2U,Q4Vがオンしている期間において、IGBT素子Q3Uが故障して短絡状態になった場合を示す図である。 比較例による電力変換装置の構成を説明する回路図である。 本発明の実施の形態の変形例による電力変換装置の構成を説明する回路図である。 比較例による電力変換装置においてIGBT素子が故障して短絡状態になった場合を示す図である。 本発明の実施の形態による電力変換装置においてIGBT素子が故障して短絡状態になった場合を示す図である。
 以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
 図1は、本発明の実施の形態による電力変換装置100の主回路構成を示す概略ブロック図である。本発明の実施の形態による電力変換装置100は、たとえば、無停電電源装置に適用される。交流電源1は、商用周波数の三相交流電力を電力変換装置100に供給する。負荷4は、電力変換装置100から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。
 図1を参照して、電力変換装置100は、交流電源1と負荷4との間に並列接続された3台の変換器ユニットU1~U3を備える。電力変換装置100は、配線WP1,WP2,WN1,WN2,WC1,WC2、および制御回路7をさらに備える。電力変換装置100は、直流正母線PL4、直流負母線NL4、直流中性点母線CL4、双方向チョッパ5、および直流電源6と接続されることで、無停電電源装置を構成する。
 第1変換器ユニットU1は、R相コンバータ2R、U相インバータ3U、直流正母線PL1、直流負母線NL1、直流中性点母線CL1、およびコンデンサC1R,C2R,C1U,C2Uを含む。
 R相コンバータ2Rには、交流電源1からR相ラインRLを介してR相電圧VRが供給される。R相コンバータ2Rは、R相電圧VRを直流電圧に変換し、直流母線PL1,CL1,NL1を介してU相インバータ3Uにその直流電圧を供給する。U相インバータ3Uは、R相コンバータ2Rからの直流電圧をU相電圧VUに変換する。U相インバータ3Uで生成されたU相電圧VUは、U相ラインULを介して負荷4に供給される。コンデンサC1R(第1のコンデンサ)およびC1U(第3のコンデンサ)は、直流正母線PL1および直流中性点母線CL1の間に並列に接続される。コンデンサC2R(第2のコンデンサ)およびC2U(第4のコンデンサ)は、直流中性点母線CL1および直流負母線NL1の間に並列に接続される。
 第2変換器ユニットU2は、S相コンバータ2S、V相インバータ3V、直流正母線PL2、直流負母線NL2、直流中性点母線CL2、およびコンデンサC1S,C2S,C1V,C2Vを含む。
 S相コンバータ2Sには、交流電源1からS相ラインSLを介してS相電圧VSが供給される。S相コンバータ2Sは、S相電圧VSを直流電圧に変換し、直流母線PL2,CL2,NL2を介してV相インバータ3Vにその直流電圧を供給する。V相インバータ3Vは、S相コンバータ2Sからの直流電圧をV相電圧VVに変換する。V相インバータ3Vで生成されたV相電圧VVは、V相ラインVLを介して負荷4に供給される。コンデンサC1S(第1のコンデンサ),C1V(第3のコンデンサ)は、直流正母線PL2および直流中性点母線CL2の間に並列に接続される。コンデンサC2S(第2のコンデンサ),C2V(第4のコンデンサ)は、直流中性点母線CL2および直流負母線NL2の間に並列に接続される。
 第3変換器ユニットU3は、T相コンバータ2T、W相インバータ3W、直流正母線PL3、直流負母線NL3、直流中性点母線CL3、およびコンデンサC1T,C2T,C1W,C2Wを含む。
 T相コンバータ2Tには、交流電源1からT相ラインTLを介してT相電圧VTが供給される。T相コンバータ2Tは、T相電圧VTを直流電圧に変換し、直流母線PL3,CL3,NL3を介してW相インバータ3Wにその直流電圧を供給する。W相インバータ3Wは、T相コンバータ2Tからの直流電圧をW相電圧VWに変換する。W相インバータ3Wで生成されたW相電圧VWは、W相ラインWLを介して負荷4に供給される。コンデンサC1T(第1のコンデンサ),C1W(第3のコンデンサ)は、直流正母線PL3および直流中性点母線CL3の間に並列に接続される。コンデンサC2T(第2のコンデンサ),C2W(第4のコンデンサ)は、直流中性点母線CL3および直流負母線NL3の間に並列に接続される。
 このように、変換器ユニットU1~U3の各々は、1台の単相コンバータ、1台の単相インバータ、3本の直流母線(直流正母線、直流負母線、直流中性点母線)、および4個のコンデンサを含んで構成される。
 配線WP1,WN1,WC1は、第1変換器ユニットU1および第2変換器ユニットU2の間に設けられる。具体的には、配線WP1は、直流正母線PL1およびPL2の間に接続される。配線WN1は、直流負母線NL1およびNL2の間に接続される。配線WC1は、直流中性点母線CL1およびCL2の間に接続される。
 配線WP2,WN2,WC2は、第2変換器ユニットU2および第3変換器ユニットU3の間に設けられる。具体的には、配線WP2は、直流正母線PL2およびPL3の間に接続される。配線WN2は、直流負母線NL2およびNL3の間に接続される。配線WC2は、直流中性点母線CL2およびCL3の間に接続される。
 直流正母線PL4、直流負母線NL4、直流中性点母線CL4は、第3変換器ユニットU3および双方向チョッパ5の間に設けられる。具体的には、直流正母線PL4、直流負母線NL4、直流中性点母線CL4は、直流正母線PL3、直流負母線NL3、直流中性点母線CL3、双方向チョッパ5との間にそれぞれ接続される。
 双方向チョッパ5は、直流正母線PL4、直流負母線NL4および直流中性点母線CL4と直流電源6との間に接続される。双方向チョッパ5は、直流母線PL4,NL4,CL4と直流電源6との間で双方向に直流電圧変換を行なうように構成される。
 配線WP1,WP2を介して、直流正母線PL1,PL2,PL3が互いに接続される。これにより、直流正母線PL1,PL2,PL3の電圧を一致させることができる。
 また、配線WN1,WN2を介して、直流負母線NL1,NL2,NL3が互いに接続される。これにより、直流負母線NL1,NL2,NL3の電圧を一致させることができる。
 さらに、配線WC1,WC2を介して、直流中性点母線CL1,CL2,CL3が互いに接続される。これにより、直流中性点母線CL1,CL2,CL3の電圧を一致させることができる。
 このような構成とすることにより、変換器ユニットU1~U3の単相インバータ3U,3V,3Wの入力電圧を一致させることができる。したがって、単相インバータ3U,3V,3Wから出力される相電圧の振幅を一致させることができる。
 次に、本実施の形態1による電力変換装置100の動作について説明する。
 交流電源1からの三相交流電力は、R相ラインRL、S相ラインSLおよびT相ラインTLを介してR相コンバータ2R、S相コンバータ2SおよびT相コンバータ2Tにそれぞれ供給される。R相コンバータ2R、S相コンバータ2SおよびT相コンバータ2Tは三相コンバータを構成する。三相コンバータは、交流電源1から供給される三相交流電力を直流電力に変換し、直流正母線、直流負母線および直流中性点母線を介してU相インバータ3U、V相インバータ3VおよびW相インバータ3Wにそれぞれ供給する。
 U相インバータ3U、V相インバータ3VおよびW相インバータ3Wは三相インバータを構成する。三相インバータは、直流正母線、直流負母線および直流中性点母線を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換する。三相インバータで生成された三相交流電力は、U相ラインUL、V相ラインVLおよびW相ラインWLを介して負荷4に供給される。
 双方向チョッパ5は、交流電源1から三相交流電力が供給されている通常時は、直流母線PL4,CL4間の直流電圧および直流母線CL4,NL4間の直流電圧の各々を降圧して直流電源6に供給することにより、直流電源6を充電する。双方向チョッパ5は、交流電源1からの三相交流電圧の供給が遮断された停電時は、直流電源6の端子間電圧を昇圧して直流母線PL4,CL4間および直流母線CL4,NL4間の各々に供給することにより、直流電源6を放電させる。
 制御回路7は、交流電源1から供給される三相交流電圧、直流母線PL4,NL4,CL4の各々の直流電圧、直流電源6の端子間電圧、三相インバータ(単相インバータ3U,3V,3W)から出力される三相交流電圧、および負荷4に流れる三相交流電流(負荷電流)などに基づいて、三相コンバータ(単相コンバータ2R,2S,2T)、三相インバータ(単相インバータ3U,3V,3W)および双方向チョッパ5の動作を制御する。
 電力変換装置100は、ヒューズFR,FS,FT,FP1,FP2,FP3,FN1,FN2,FN3,FC1,FC2,FC3をさらに備える。
 ヒューズFRは、R相コンバータ2Rと直流中性点母線CL1との間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFRは、一方端子がR相コンバータ2Rの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1RおよびC2Rの接続点に接続される。ヒューズFRは、R相ラインRLおよび直流中性点母線CL1の間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFSは、S相コンバータ2Sと直流中性点母線CL2との間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFSは、一方端子がS相コンバータ2Sの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1SおよびC2Sの接続点に接続される。ヒューズFSは、S相ラインSLおよび直流中性点母線CL2の間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFTは、T相コンバータ2Tと直流中性点母線CL3との間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFTは、一方端子がT相コンバータ2Tの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1TおよびC2Tの接続点に接続される。ヒューズFTは、T相ラインTLおよび直流中性点母線CL3の間に過電流が流れた場合に溶断される。
 ヒューズFP1は直流正母線PL1とU相インバータ3Uとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFP1は、一方端子がU相インバータ3Uの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1Uの正側電極に接続される。ヒューズFP1は、直流正母線PL1およびU相インバータ3Uの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFN1は直流負母線NL1とU相インバータ3Uとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFN1は、一方端子がU相インバータ3Uの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC2Uの負側電極に接続される。ヒューズFN1は、直流負母線NL1およびU相インバータ3Uの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFC1は直流中性点母線CL1とU相インバータ3Uとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFC1は、一方端子がU相インバータ3Uの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1UおよびC2Uの接続点に接続される。ヒューズFC1は、直流中性点母線CL1およびU相インバータ3Uの間に過電流が流れた場合に溶断される。
 ヒューズFP2は直流正母線PL2とV相インバータ3Vとの間に接続される。具体的には、ヒューズFP2は、一方端子がV相インバータ3Vの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1Vの正側電極に接続される。ヒューズFP2は、直流正母線PL2およびV相インバータ3Vの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFN2は直流負母線NL2とV相インバータ3Vとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFN2は、一方端子がV相インバータ3Vの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC2Vの負側電極に接続される。ヒューズFN2は、直流負母線NL2およびV相インバータ3Vの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFC2は直流中性点母線CL2とV相インバータ3Vとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFC2は、一方端子がV相インバータ3Vの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1VおよびC2Vの接続点に接続される。ヒューズFC2は、直流中性点母線CL2およびV相インバータ3Vの間に過電流が流れた場合に溶断される。
 ヒューズFP3は直流正母線PL3とW相インバータ3Wとの間に接続される。具体的には、ヒューズFP3は、一方端子がW相インバータ3Wの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1Wの正側電極に接続される。ヒューズFP3は、直流正母線PL3およびW相インバータ3Wの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFN3は直流負母線NL3とW相インバータ3Wとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFN3は、一方端子がW相インバータ3Wの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC2Wの負側電極に接続される。ヒューズFN3は、直流負母線NL3およびW相インバータ3Wの間に過電流が流れた場合に溶断される。ヒューズFC3は直流中性点母線CL3とW相インバータ3Wとの間に電気的に接続される。具体的には、ヒューズFC3は、一方端子がW相インバータ3Wの直流端子に接続され、他方端子がコンデンサC1WおよびC2Wの接続点に接続される。ヒューズFC3は、直流中性点母線CL3およびW相インバータ3Wの間に過電流が流れた場合に溶断される。
 図2は、図1に示した単相コンバータ2R,2S,2T、および単相インバータ3U,3V,3Wの構成例を説明する回路図である。
 図2を参照して、R相コンバータ2Rは、IGBT素子Q1RおよびダイオードD1R~D6Rを含む。S相コンバータ2Sは、IGBT素子Q1SおよびダイオードD1S~D6Sを含む。T相コンバータ2Tは、IGBT素子Q1TおよびダイオードD1T~D6Tを含む。U相インバータ3Uは、IGBT素子Q1U~Q4UおよびダイオードD1U~D4Uを含む。V相インバータ3Vは、IGBT素子Q1V~Q4VおよびダイオードD1V~D4Vを含む。W相インバータ3Wは、IGBT素子Q1W~Q4WおよびダイオードD1W~D4Wを含む。なお、図2では、半導体スイッチング素子としてIGBT素子を用いているが、これに限定されず、たとえばMOSFET等の別の半導体スイッチング素子を用いてもよい。
 ここで、単相コンバータ2R,2S,2Tの構成を総括的に説明するため、符号R,S,Tをまとめて符号「x」とも示す。単相インバータ3U,3V,3Wの構成を総括的に説明するため、符号U,V,Wをまとめて符号「y」と示す。直流正母線PL1,PL2,PL3をまとめて「PLi」と示し、直流負母線NL1,NL2,NL3をまとめて「NLi」と示し、直流中性点母線CL1,CL2,CL3をまとめて「CLi」と示す。
 単相コンバータ2xは、中性点スイッチを有するダイオード整流器である。具体的には、単相コンバータ2xは、ダイオードD3x~D6xからなるブリッジ回路(ダイオードブリッジ)と、IGBT素子Q1xと、ダイオードD1x,D2xとを含む。
 ダイオードD1xのカソードは直流正母線PLiに接続され、アノードはx相ラインxLに接続される。ダイオードD2xのカソードはx相ラインxLに接続され、アノードは直流負母線NLiに接続される。ダイオードブリッジにおいて、ダイオードD3xのアノードおよびダイオードD4xのカソードはx相ラインxLに接続され、ダイオードD5xのアノードおよびダイオードD6xのカソードは直流中性点母線CLiに接続される。IGBT素子Q1xのエミッタはダイオードD3xのカソードおよびダイオードD5xのカソードに接続され、コレクタはダイオードD4xのアノードおよびダイオードD6xのアノードに接続される。
 ダイオードD1xおよびD2xは、ダイオード整流器を構成する。ダイオードブリッジおよびIGBT素子Q1xは、交流スイッチを構成する。交流スイッチは中性点スイッチとして機能する。IGBT素子Q1xは交流電源1からの三相交流電圧に同期してオン/オフされる。交流スイッチは「第1の交流スイッチ」の一実施例に対応する。
 第1の交流スイッチは、x相ラインxLと直流中性点母線CLiとの間に電気的に接続され、x相ラインxLおよび直流中性点母線CLiを電気的に導通または遮断するように構成される。すなわち、第1の交流スイッチは「中性点スイッチ」をして機能する。
 第1の交流スイッチ(中性点スイッチ)と直流中性点母線CLiとの間にはヒューズFxが電気的に接続される。ヒューズFxは「第1のヒューズ」の一実施例に対応する。ヒューズFxは、第1の交流スイッチと、直列接続されるコンデンサC1x,C2xの接続点との間に接続される。
 単相インバータ3U,3V,3Wにおいて、IGBT素子Q1yのエミッタはy相ラインyLに接続され、そのコレクタは直流正母線PLiに接続される。IGBT素子Q2yのコレクタはy相ラインyLに接続され、そのエミッタは直流負母線NLiに接続される。IGBT素子Q3yのエミッタはy相ラインyLに接続され、そのコレクタはIGBT素子Q4yのコレクタに接続される。IGBT素子Q4yのエミッタは直流中性点母線CLiに接続される。ダイオードD1y,D2yは還流ダイオードとして機能し、ダイオードD3y,D4yはクランプダイオードとして機能する。IGBT素子Q3y,Q4yおよびダイオードD3y,D4yは、交流スイッチを構成する。該交流スイッチは「第2の交流スイッチ」の一実施例に対応する。
 ヒューズFPは、IGBT素子Q1yのコレクタとコンデンサC1yの正側電極との間に接続される。ヒューズFNは、IGBT素子Q2yのエミッタとコンデンサC2yの負側電極との間に接続される。ヒューズFCは、交流スイッチとコンデンサC1yおよびC2yの接続点との間に接続される。
 次に、単相コンバータ2R,2S,2Tの動作について図3および図4を用いて説明する。図3は、R相電圧VRとIGBT素子Q1Rのオンオフとの関係を示す波形図である。図4は、R相コンバータの動作を示す回路図である。
 図3を参照して、R相電圧VRと参照信号φ1R,φ2Rとの高低が比較され、その比較結果に基づいてIGBT素子Q1Rのオンオフの組合せが決定される。
 参照信号φ1R,φ2RはR相電圧VRの5倍の周波数を有し、R相電圧VRに同期した三角波信号である。参照信号φ2Rは参照信号φ1Rと同相の三角波信号である。
 R相電圧VRのレベルが参照信号φ1R,φ2Rのレベルの間にある期間(t1,t3,t5,t6,t8,t10,t11,t13,t15)は、IGBT素子Q1Rがオンされる。この場合、R相電圧VRが正電圧である期間(t1,t3,t5,t11,t13,t15)においては、図4(B)に示すように、R相ラインRLからダイオードD3R、IGBT素子Q1RおよびダイオードD6Rを介して、直流中性点母線CL1に電流が流れる。よって、R相ラインRLとR相コンバータ2Rとの接続点の電圧VIRは、直流中性点母線CL1の電圧(中性点電圧Vc)と等しくなる。一方、R相電圧VRが負電圧である期間(期間t6,t8,t10)においては、図4(D)に示すように、直流中性点母線CL1からダイオードD5R、IGBT素子Q1RおよびダイオードD4Rを介して、R相ラインRLに電流が流れる。よって、R相ラインRLとR相コンバータ2Rとの接続点の電圧VIRは、直流中性点母線CL1の電圧(中性点電圧Vc)と等しくなる。
 R相電圧VRが正であり、R相電圧VRのレベルが参照信号φ1R,φ2Rのレベルよりも高い期間(t2,t4,t12,t14)は、IGBT素子Q1Rがオフされる。このとき、図4(A)に示すように、R相ラインRLからダイオードD1Rを介して、直流正母線PL1に電流が流れる。よって、R相ラインRLとR相コンバータ2Rとの接続点の電圧VIRは、直流正母線PL1の電圧(正電圧Vp)と等しくなる。
 R相電圧VRのレベルが参照信号φ1R,φ2Rのレベルよりも低い期間(t7,t9)は、IGBT素子Q1Rがオフされる。このとき、図4(C)に示すように、直流負母線NL1からダイオードD2Rを介して、R相ラインRLに電流が流れる。よって、R相ラインRLとR相コンバータ2Rとの接続点の電圧VIRは、直流中性点母線CL1の電圧(負電圧Vn)と等しくなる。
 このようにR相コンバータ2Rにおいて、IGBT素子Q1RはPWM制御され、交流電源1からのR相電圧に同期して所定のタイミングでオンオフされる。R相コンバータ2Rは、R相電圧に基づいて、直流電圧として正電圧Vp、中性点電圧Vcおよび負電圧Vnを生成する。すなわち、R相コンバータ2Rは3レベルコンバータを構成する。なお、S相、T相の回路も、R相の回路と同様に動作する。
 次に、電力変換装置100の単相コンバータ2R,2S,2T側に設けられる、ヒューズFR,FS,FTの働きについて説明する。
 図5は、IGBT素子Q1Sがオンしている期間において、IGBT素子Q1Rが故障して短絡状態になった場合を示す図である。この場合は、図中に実線矢印で示されるように、R相ラインRLからダイオードD3R、IGBT素子Q1R、配線WC2、ダイオードD5S、IGBT素子Q1Sを介してS相ラインSLに至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズFR,FSが溶断される。なお、図5では、R相およびV相を例にして説明したが、W相でも同様である。
 次に、単相インバータ3U,3V,3Wの動作について説明する。
 図6は、U相電圧VUとIGBT素子Q1U~Q4Uのオンオフとの関係を示す波形図である。U相電圧VUは、制御回路7において交流電源1から電力変換装置100に入力される電力を基に計算される、U相ラインから出力される電圧の目標電圧である。U相電圧VUと参照信号φ1U,φ2Uとの高低が比較され、その比較結果に基づいてIGBT素子Q1U~Q4Uのオンオフの組合せが決定される。その結果、U相ラインULとU相インバータ3Uとの接続点の電圧をVOU、直流母線PL1,NL1、CL1の各々の電位をVp,Vc,Vnとすると、電圧VOUは、電圧Vp,Vc,Vnのいずれかに決定される。
 参照信号φ1U,φ2UはU相電圧VUの5倍の周波数を有し、U相電圧VUに同期した三角波信号である。参照信号φ2Uは参照信号φ1Uと同相の三角波信号である。
 図6に示すように、U相電圧VUのレベルが参照信号φ1U,φ2Uのレベルの間にある期間(t1,t3,t5,t7,t9,t11,t13)は、IGBT素子Q3U,Q4Uがオンされ、IGBT素子Q1U,Q2Uがオフされる。よって、コンデンサC1U,C2UからIGBT素子Q3U,Q4Uを介してU相ラインULに直流中性点母線CL1の電圧が出力される。すなわち、VOU=Vcとなる。
 U相電圧VUのレベルが参照信号φ1U,φ2Uのレベルよりも高い期間(t2,t4,t10,t12)は、IGBT素子Q1U,Q3Uがオンされ、IGBT素子Q2U,Q4Uがオフされる。よって、コンデンサC1UからIGBT素子Q1Uを介して、U相ラインULに直流正母線PL1の電位が出力される。すなわち、VOU=Vpとなる。
 U相電圧VUのレベルが参照信号φ1U,φ2Uのレベルよりも低い期間(t6,t8)は、IGBT素子Q2U,Q4Uがオンされ、IGBT素子Q1U,Q3Uがオフされる。よって、コンデンサC2UからIGBT素子Q2Uを介して、U相ラインULに直流負母線NL1の電圧が出力される。すなわち、VOU=Vnとなる。
 なお、ここではU相インバータ3Uの動作を説明したが、V相およびW相インバータ3Vおよび3Wも、U相インバータ3Uと同様に動作する。
 次に、電力変換装置100の単相インバータ3U,3V,3W側に設けられるヒューズFP1,FP2,FP3,FN1,FN2,FN3,FC1,FC2,FC3の働きについて説明する。
 図7は、IGBT素子Q1U,Q3Vがオンしている期間において、IGBT素子Q4Uが故障して短絡状態になった場合を示す図である。この場合は、図中に破線矢印71で示されるように、U相ラインULからダイオードD3U、IGBT素子Q4U、配線WC1、ダイオードD4V、IGBT素子Q3Vを介してV相ラインVLに至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズFC1,FC2が溶断される。また、図中に実線矢印72で示されるように、コンデンサC1Vの正側電極から配線WP1、IGBT素子Q1U、ダイオードD3U、IGBT素子Q4U、配線WC1を介してコンデンサC1Vの負側電極に至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズFP2,FP1,FC1,FC2が溶断される。これにより、過電流が流れたり、過電圧が発生することが防止される。
 図8は、IGBT素子Q2U,Q4Vがオンしている期間において、IGBT素子Q3Uが故障して短絡状態になった場合を示す図である。この場合は、図中に破線矢印81で示されるように、V相ラインVLからダイオードD3V、IGBT素子Q4V、配線WC1、ダイオードD4U、およびIGBT素子Q3Uを介してU相ラインULに至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズFC2,FC1が溶断される。また、実線矢印82で示されるように、コンデンサC2Vの正側電極から配線WC1、ダイオードD4U、IGBT素子Q3U、IGBT素子Q2U、配線WN1を介してコンデンサC2Vの負側電極に至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズFC2,FC1,FN1,FN2が溶断される。これにより、過電流が流れたり、過電圧が発生することが防止される。なお、図7および図8では、U相およびV相を例にして説明したが、W相でも同様である。
 [本実施の形態の作用効果]
 次に、比較例による電力変換装置と対比しながら、本実施の形態による電力変換装置の作用効果について説明する。
 図9は、比較例による電力変換装置1000の構成を説明する回路図である。比較例による電力変換装置1000は、上述した特許文献1に示される電力変換装置に相当する。比較例による電力変換装置1000は、図1に示した本実施の形態による電力変換装置100とコンバータおよびインバータで構成される基本構造は同じであるが、コンバータの主回路構成および変換器ユニットの構成が異なっている。
 図9を参照して、比較例による電力変換装置1000は、交流電源1および負荷4(ともに図示せず)の間に接続された1台の変換器ユニットUaを備える。変換器ユニットUは、三相コンバータ2a、三相インバータ3、直流正母線PL、直流負母線NLおよび直流中性点母線CLを含む。
 三相コンバータ2aは、直流正母線PLおよび直流負母線NLの間に、R相コンバータ2Ra、S相コンバータ2SaおよびT相コンバータ2Taを並列に接続することにより構成される。単相コンバータ2Ra,2Sa,2Taの構成は、単相インバータ3U,3V,3Wと入出力関係が逆転したものである。以下にその詳細を説明する。
 図9を参照して、R相コンバータ2Raは、IGBT素子Q1R~Q4RおよびダイオードD1R~D4Rを含む。S相コンバータ2Saは、IGBT素子Q1S~Q4SおよびダイオードD1S~D4Sを含む。T相コンバータ2Taは、IGBT素子Q1T~Q4TおよびダイオードD1T~D4Tを含む。
 ここで、単相コンバータ2Ra,2Sa,2Taの構成を総括的に説明するため、符号R,S,Tをまとめて符号「xa」と示す。また、直流正母線PL1,PL2,PL3をまとめて「PLi」と示し、直流負母線NL1,NL2,NL3をまとめて「NLi」と示し、直流中性点母線CL1,CL2,CL3をまとめて「CLi」と示す。
 IGBT素子Q1xaのエミッタはxa相ラインxaLに接続され、そのコレクタは直流正母線PLiに接続される。IGBT素子Q2xaのコレクタはxa相ラインxaLに接続され、そのエミッタは直流負母線NLiに接続される。IGBT素子Q3xaのエミッタはxa相ラインxaLに接続され、そのコレクタはIGBT素子Q4xaのコレクタに接続される。IGBT素子Q4xaのエミッタは直流中性点母線CLiに接続される。ダイオードD1xa,D2xaは還流ダイオードとして機能し、ダイオードD3xa,D4xaはクランプダイオードとして機能する。IGBT素子Q3xa,Q4xaおよびダイオードD3xa,D4xaは、交流スイッチを構成する。この構成において、各相コンバータの直流中性点母線は直流中性点母線CLに共通に接続されている。
 三相インバータ3は、直流正母線PLおよび直流負母線NLの間に、図1および図2に示したU相インバータ3U、V相インバータ3VおよびW相インバータ3Wを並列に接続することにより構成される。この構成において、各相インバータの直流中性点母線は直流中性点母線CLに共通に接続される。
 なお、三相インバータ3の動作は、図6で説明した、単相インバータ3U,3V,3Wの動作と実質的に同じである。三相コンバータ2aの動作は、単相インバータ3U,3V,3Wの動作と入出力関係が逆転したものである。
 比較例による電力変換装置1000は、ヒューズF1R~F3R,F1S~F3S,F1T~F3T,F1U~F3U,F1V~F3V,F1W~F3Wをさらに備える。以下にこれらのヒューズの構成を総括的に説明するため、符号R,S,T,U,V,Wをまとめて符号「z」と示す。
 ヒューズF1zは、IGBT素子Q1zのコレクタと直流正母線PLとの間に接続される。IGBT素子Q1zのコレクタはコンデンサC1zの正側電極と接続されている。したがって、ヒューズF1zは、IGBT素子Q1zおよびコンデンサC1の接続点と直流正母線PLとの間に接続される。ヒューズF2zは、IGBT素子Q2zのエミッタと直流負母線NLとの間に接続される。IGBT素子Q2zのエミッタはコンデンサC2zの負側電極と接続されている。したがって、ヒューズF2zは、IGBT素子Q2zおよびコンデンサC2の接続点と直流負母線NLとの間に接続されている。ヒューズF3zは、IGBT素子Q4zのエミッタと直流中性点母線CLzとの間に接続される。IGBT素子Q4zのコレクタはコンデンサC1zおよびC2zの接続点と接続されている。したがって、ヒューズF3zは、コンデンサC1zおよびC2zの接続点と直流中性点母線CLzLとの間に接続される。
 このように、比較例による電力変換装置1000においては、ヒューズF1z,F2z,F3zの各々は、IGBT素子およびコンデンサの接続点と直流母線との間に接続されている。これに対して、図2に示したように、本実施の形態による電力変換装置100においては、ヒューズはIGBT素子とコンデンサとの間に接続されている。
 比較例による電力変換装置1000において、たとえば、IGBT素子Q1R,Q3Sがオンしている期間において、IGBT素子Q4Rが故障して短絡状態になった場合は、R相ラインRLからダイオードD3R、IGBT素子Q4R、ヒューズF3R,F3S、ダイオードD4S、およびIGBT素子Q3Sを介してS相ラインSLに至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズF3R,F3Sが溶断される。また、コンデンサC1Sの正側電極からヒューズF1S,F1R,IGBT素子Q1R、ダイオードD3R、IGBT素子Q4R、およびヒューズF3R,F3Sを介してコンデンサC1Sの負側電極に至る経路で短絡電流が流れ、ヒューズF1S,F1R,F3R,F3Sが溶断される。
 このように、電力変換装置1000においても、IGBT素子が故障して短絡状態になった場合には、ヒューズが溶断されることで、故障した相と正常な相とを切り離し、過電流が流れたり、過電圧が発生することが防止される。
 その一方で、電力変換装置1000においては、三相インバータ3および三相コンバータ2aの各々について9個、合計18個ものヒューズが使用されている。そのため、電力変換装置の大型化および高コスト化を招くことが懸念される。また、ヒューズの数が多くなると、電力変換装置の動作時において、全てのヒューズにおける電力損失の合計が大きくなり、電力変換装置の効率が低下することも懸念される。
 本実施の形態による電力変換装置100では、図2に示したように、単相コンバータ2R,2S,2Tの各々を、中性点スイッチ(第1の交流スイッチ)を有するダイオード整流器で構成している。
 ここで、IGBT素子は、スイッチング動作が不要なダイオードに比べて、誤ったスイッチング動作などによって短絡が起こりやすい。言い換えると、中性点スイッチを有するダイオード整流器では、3レベルコンバータでありながらも、ダイオードに比べて短絡しやすいIGBT素子の数を1つまで減らしたことで、短絡が起こりにくくなっている。よって、中性点スイッチを有するダイオード整流器をコンバータとして用いることで、比較例においてIGBT素子の一方端子と直流正母線との間に配置されていたヒューズ、およびIGBT素子の一方端子と直流負母線との間に配置されていたヒューズが不要となる。したがって、図1~図2に示すように、3レベルコンバータに対するヒューズの数を、3個にまで減らすことが可能である。この結果、実施の形態による電力変換装置100においては、3レベルコンバータについて3個、3レベルインバータについて9個、合計12個のヒューズで、電力変換装置の全てのスイッチング素子の短絡に対応し、過電流または過電圧の発生を防止することができる。
 よって、本実施の形態による電力変換装置100によれば、過電流または過電圧の発生を抑制しつつ、電力変換装置の小型化および低コスト化を実現することができる。すなわち、簡易な構成で、過電流および過電圧の防止を実現することができる電力変換装置を提供することができる。
 [変形例]
 図10は、本発明の実施の形態の変形例による電力変換装置101の構成を説明する回路図である。本変形例による電力変換装置101は、基本的に図1および図2に示した本実施の形態による電力変換装置100と、コンバータおよびインバータの主回路構造、および、コンバータおよびインバータで構成される基本構造は同じであるが、変換器ユニットの構成が異なっている。
 図10を参照して、本変形例による電力変換装置101は、交流電源1および負荷4(ともに図示せず)の間に接続された1台の変換器ユニットUbを備える。変換器ユニットUbは、三相コンバータ2、三相インバータ3、直流正母線PL、直流負母線NLおよび直流中性点母線CLを含む。
 三相コンバータ2は、直流正母線PLおよび直流負母線NLの間に、図1および図2に示したR相コンバータ2R、S相コンバータ2SおよびT相コンバータ2Tを並列に接続することにより構成される。この構成において、各相コンバータの直流中性点母線は直流中性点母線CLに共通に接続されている。
 三相インバータ3は、直流正母線PLおよび直流負母線NLの間に、図1および図2に示したU相インバータ3U、V相インバータ3VおよびW相インバータ3Wを並列に接続することにより構成される。この構成において、各相インバータの直流中性点母線は直流中性点母線CLに共通に接続される。なお、三相コンバータ2および三相インバータ3の動作は、図3および図6でそれぞれ説明した、単相コンバータ2R,2S,2Tおよび単相インバータ3U,3V,3Wの動作と実質的に同じである。
 本変形例による電力変換装置101において、ヒューズFR,FS,FT,FP1,FP2,FP3,FN1,FN2,FN3,FC1,FC2,FC3の総数、介挿位置およびその働きは、上述した実施の形態による電力変換装置100と同様である。
 すなわち、本変形例でも、単相コンバータおよび単相インバータのいずれかにおいてIGBT素子が故障して短絡状態になった場合には、12個のヒューズのうちいくつかが溶断されるため、過電流または過電圧の発生を防止できる。よって、本変形例でも上述した実施の形態と同様の効果が得られる。他の構成については、上述した実施の形態と同様であるので説明を繰返さない。
 なお、図2および図10に示したように、本実施の形態および変形例による電力変換装置100,101においては、ヒューズを、IGBT素子とコンデンサとの間に接続している。これにより、IGBT素子およびコンデンサの接続点と直流母線との間にヒューズを接続する、比較例による電力変換装置1000(図9)に比べて、より確実に過電流および過電圧の発生を防止することができる。
 図11には、図9に示した比較例による電力変換装置1000において、三相コンバータ2aのIGBT素子Q1Sが故障して短絡状態になった場合が示される。この場合、IGBT素子Q4Sがオンすると、図中に矢印で示すように、コンデンサC1Sの正側電極からIGBT素子Q1S,ダイオードD3SおよびIGBT素子Q4Sを介してコンデンサC1Sの負側電極に至る経路で短絡電流が流れることになる。しかしながら、この短絡電流の経路上にはヒューズが配置されていないため、経路を遮断することができない。このような不具合は、三相インバータ3のIGBT素子が故障して短絡状態になった場合においても起こり得る。
 これに対して、本実施の形態の変形例による電力変換装置101においては、図12に示すように、例えば、三相コンバータ2のダイオードD1Sが故障して短絡状態になった場合において、IGBT素子Q1Sがオンすると、図中に矢印で示すように、コンデンサC1Rの正側電極からダイオードD1S,D3S、IGBT素子Q1S,ダイオードD6Sを介してコンデンサC1Sの負側電極に至る経路で短絡電流が流れることになる。ただし、この短絡電流の経路上にはヒューズFSが配置されているため、ヒューズFSが溶断されることで、過電流および過電圧を防止することができる。
 三相インバータ3においても同様に、IGBT素子Q1Vが故障して短絡状態になった場合において、IGBT素子Q4Vがオンすると、図中に矢印で示すように、コンデンサC1Vの正側電極からIGBT素子Q1V,ダイオードD3VおよびIGBT素子Q4Vを介してコンデンサC1Vの負側電極に至る経路で短絡電流が流れることになる。ただし、この短絡電流の経路上にはヒューズFP2,FC2が配置されているため、ヒューズFP2,FC2の少なくとも一方が溶断されることで、過電流および過電圧を防止することができる。
 上記の実施の形態およびその変形例において、三相コンバータ2(R相コンバータ2R、S相コンバータ2S、T相コンバータ2T)はこの発明における「コンバータ」の一実施例に対応する。直流正母線PL1,PL2,PL3,PLはこの発明における「直流正母線」に対応し、直流負母線NL1,NL2,NL3,NLはこの発明における「直流負母線」に対応し、直流中性点母線CL1,CL2,CL3,CLはこの発明における「直流中性点母線」に対応する。
 ダイオードD3x~D6xからなるダイオードブリッジおよびIGBT素子Q1xはこの発明における「第1の交流スイッチ」の一実施例に対応する。ヒューズFR,FS,FTはこの発明における「第1のヒューズ」に対応する。
 三相インバータ3(U相インバータ3U、V相インバータ3V、W相インバータ3W)はこの発明における「インバータ」の一実施例に対応する。ヒューズFP1,FP2,FP3はこの発明における「第2のヒューズ」に対応し、ヒューズFN1,FN2,FN3はこの発明における「第3のヒューズ」に対応し、ヒューズFC1,FC2,FC3はこの発明における「第4のヒューズ」に対応する。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 交流電源、2,2a 三相コンバータ、2R,2Ra,2S,2Sa,2T,2Ta 単相コンバータ、3 三相インバータ、3U,3V,3W 単相インバータ、4 負荷、5 双方向チョッパ、6 直流電源、7 制御回路、100,101 電力変換装置、C1R,C1S,C1T,C1U,C1V,C1W,C2R,C2S,C2T,C2U,C2V,C2W コンデンサ、PL,PL1~PL4 直流正母線、NL,NL1~NL4 直流負母線、CL,CL1~CL4 直流中性点母線、D1R~D6R,D1S~D6S,D1T~D6T,D1U~D6U,D1V~D6V,D1W~D6W ダイオード、FR,FS,FT,FP1~FP3,FC1~FC3,FN1~FN3,F1R~F3R,F1S~F3S,F1T~F3T,F1U~F3U,F1V~F3V,F1W~F3W ヒューズ、Q1R~Q4R,Q1S~Q4S,Q1T~Q4T,Q1U~Q4U,Q1V~Q4V,Q1W~Q4W IGBT素子、RL,SL,TL,UL,VL,WL 各相ライン、Ua 変換器ユニット、U1 第1変換器ユニット、U2 第2変換器ユニット、U3 第3変換器ユニット、WC1,WC2,WN1,WN2,WP1,WP2 配線。

Claims (4)

  1.  直流正母線、直流負母線および直流中性点母線と、
     交流電源と、前記直流正母線、前記直流負母線および前記直流中性点母線との間に接続され、前記交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
     前記直流正母線と前記直流中性点母線との間に接続される第1のコンデンサと、
     前記直流中性点母線と前記直流負母線との間に接続される第2のコンデンサとを備え、
     前記コンバータは、
     前記交流電源と前記直流正母線および前記直流負母線との間に接続されるダイオード整流器と、
     前記交流電源と前記直流中性点母線との間に電気的に接続される第1の交流スイッチとを含み、
     前記第1の交流スイッチと前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に電気的に接続される第1のヒューズをさらに備える、電力変換装置。
  2.  前記コンバータは、前記交流電源から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換するように構成され、
     前記第1の交流スイッチおよび前記第1のヒューズは、前記三相交流電圧の各相電圧の交流ラインと前記第1および第2のコンデンサの接続点との間に電気的に直列に接続される、請求項1に記載の電力変換装置。
  3.  前記第1の交流スイッチは、ダイオードブリッジおよび単一の半導体スイッチング素子を有する、請求項1または2に記載の電力変換装置。
  4.  前記直流正母線、前記直流負母線および前記直流中性点母線と負荷との間に接続され、直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給するインバータをさらに備え、
     前記インバータは、
     前記直流正母線と前記負荷との間に電気的に接続される第1の半導体スイッチング素子と、
     前記直流負母線と前記負荷との間に電気的に接続される第2の半導体スイッチング素子と、
     前記直流中性点母線と前記負荷との間に電気的に接続される第2の交流スイッチと、
     前記直流正母線と前記直流中性点母線との間に接続される第3のコンデンサと、
     前記直流中性点母線と前記直流負母線との間に接続される第4のコンデンサとを含み、
     前記第3のコンデンサと前記第1の半導体スイッチング素子との間に接続される第2のヒューズと、
     前記第4のコンデンサと前記第2の半導体スイッチング素子との間に接続される第3のヒューズと、
     前記第3および第4のコンデンサの接続点と前記第2の交流スイッチとの間に接続される第4のヒューズとをさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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