JP2000209870A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、停止時間を短くすると共に、予
備品コストを低減し、極めて有用な電力変換装置を提供
する。 【解決手段】 本発明は、交流を直流に変換する整流
器とこの整流器の直流電力を交流電力に変換するインバ
ータとを有する単相インバータ回路を筐体に収納し、出
力側を直列接続し交流負荷に接続した単位インバータセ
ル４Ｕ１〜４Ｕ３，４Ｖ１〜４Ｖ３，４Ｗ１〜４Ｗ３
と、複数の２次巻線を有し、この２次巻線のそれぞれに
上記単位インバータセルを接続する入力変圧器３と、上
記直列接続された複数の単位インバータセルの内、任意
の単位インバータセルと入れ替えて、他方の単位インバ
ータセルの出力間をバイパスする接続手段１３とを備え
たことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の単位インバ
ータセルの出力側を直列接続して得られる高電圧出力
を、交流負荷に供給する電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流電動機、例えば誘導電動機の
可変速運転による省エネルギー化のニーズは多い。特
に、国内では３ｋＶ系、６ｋＶ系、海外では２．４ｋＶ
系、４．２ｋｖ系で、既設の高電圧電動機を直接駆動で
きるインバータ装置が必要とされている。

【０００３】このような用途の駆動装置として、例え
ば、特開平２−２０２３２４号公報に記載されている複
数の単位インバータの出力を直列接続した電力変換装置
が考えられる。

【０００４】この装置は、交流を直流に或いは直流を交
流に変換する第１の電圧形自励変換器と、この変換器の
直流が供給され直流を交流に或いは交流を直流に変換す
る第２の電圧形自励変換器から成る単位インバータセル
をｎ組設け、この単位インバータセルの入力側にそれぞ
れ絶縁変圧器を設けて交流電源に接続し、出力側端子を
それぞれ直列接続してその直列接続端子間に負荷を接続
し、更に各単位インバータセルの交流端子間に通常は開
路状態のバイパス回路を有している。

【０００５】このように構成された電力変換装置におい
て、いずれかの単位インバータセルが故障した場合に、
従来は以下に示す方法のいずれか又は組合せによって処
置していた。

【０００６】第１は、いずれかの単位インバータセルの
故障時には、単位インバータセルの出力をバイパス回路
でバイパスして、一定期間運転を継続する。装置を停止
しても支障がないときに、故障した単位セルインバータ
を修理する方法である。

【０００７】また、上記方法を３相負荷に接続する３相
多重インバータ構成に適用する場合、いずれかの単位イ
ンバータセルの故障を検出したときには、故障した単相
インバータセルの出力をバイパス回路でバイパスすると
同時に、同じ段に配置される他相の単位インバータセル
の出力もバイパスして、各相の出力を揃えるように制御
している。

【０００８】第２は、各相とも１段の予備の単位セルイ
ンバータを直列に接続しておき、定常時は、予備の単位
セルインバータは出力をバイパス回路でバイパスしてお
く。故障時には、故障した単位インバータセルの出力を
バイパス回路でバイパスするとともに、故障した相の予
備の単位インバータセルをバイパスからインバータに切
り替えて、運転を継続する。そして、装置を停止しても
支障がないときに、故障した単位セルインバータを取り
外して修理する方法である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】装置の故障に対する備
えは、装置に接続される負荷の用途により選択される
が、一般に、装置を停止している間の損失と、予備品コ
ストのバランスを考慮して決められる。しかし、装置の
修理には原因追及のために、予想を超えて時間がかかる
ことも多くある。また、多重式インバータ装置の単位イ
ンバータセルは、コンバータ回路、インバータ回路、平
滑コンデンサなど多くの電気部品を実装していて、予備
部品も高価となる。このため、万一の装置停止が許され
ないような場合を除き、停止時間は短く、予備品コスト
は低くすることが求められているが、前述の方法は、そ
れぞれ以下の問題点がある。

【００１０】まず、第１の方法では、それぞれの単位イ
ンバータセルにバイパス回路を収納するために、単位イ
ンバータセルの価格が上昇する。また、故障後、継続運
転はできるものの、装置容量を低減するため、長期間の
運転は見込めないことから、故障した単位インバータセ
ルの修理を必要としその期間は装置を停止せざるをえな
い。また、第１の方法を、３相多重式インバータに適用
する場合、故障した単位インバータセルのみならず、同
じ段にある他相の単位インバータセルも同時にバイパス
して、出力電圧を制御している。このため、１相のみを
バイパスして運転する場合には、従来の出力電圧制御方
法は、適用できない。

【００１１】第２の方法は、万一の装置停止が許されな
いような場合の保証を考慮したものであり、特殊仕様と
なり、装置コストが高く、顧客満足は極めて低いので、
あまり普及されていない。

【００１２】従って、本発明は、以上の問題を解決しよ
うとしてなされたもので、停止時間を短くすると共に、
予備品コストを低減し、極めて有用な電力変換装置を提
供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、請求項１記載の発明は、交流を直流に変換
する整流器とこの整流器の直流電力を交流電力に変換す
るインバータとを有する単相インバータ回路を筐体に収
納し、出力側を直列接続し交流負荷に接続した単位イン
バータセルと、複数の２次巻線を有し、この２次巻線の
それぞれに上記単位インバータセルを接続する入力変圧
器と、上記直列接続された複数の単位インバータセルの
内、任意の単位インバータセルと入れ替えて、他方の単
位インバータセルの出力間をバイパスする接続手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１４】従って、請求項１記載の発明においては、
故障したセルインバータの代わりに、高価な電気部品を
搭載しない簡易な接続具を取り付けることで、予備品コ
ストを低減できる。また、短時間で運転を再開できる。
さらに、故障した単位インバータセルを修理のために取
り外している間も、装置を運転できるために、修理時間
の確保が容易にできる。

【００１５】また、請求項２記載の発明は、接続具を取
り付けたことを検出する検出手段を備えたことを特徴と
する。従って、請求項２記載の発明においては、バイパ
スユニット取付に伴う出力電圧制御のための制御信号を
検出して、装置の出力の制御を容易にする。

【００１６】更に、請求項３記載の発明は、接続具を筐
体に収納し、単位インバータセルに着脱自在なバイパス
ユニットを構成したことを特徴とする。従って、請求項
３記載の発明においては、バイパスユニットと、単位イ
ンバータセルが、収納盤への固定方法に互換性を持たせ
ることで、バイパスユニットの取付に特別な方法を要せ
ず、交換作業を迅速にする。

【００１７】また、請求項４記載の発明は、検出手段
は、バイパスユニットを前記単位インバータセルに取り
付けたときに、上記バイパスユニットが固定されたこと
を自動的に検出することを特徴とする。

【００１８】従って、請求項４記載の発明においては、
バイパスユニットの固定検出を自動化して、人為的なミ
スによる装置の破損を防止する。また更に、請求項５記
載の発明は、バイパスユニットが、バイパスユニット内
を冷却する冷却風が逆流することを防ぐ整風板を備えた
ことを特徴とする。

【００１９】従って、請求項５記載の発明においては、
風洞からの冷却風の漏れを防ぎ、装置性能を確保する。
更に、請求項６記載の発明は、バイパスユニットと入れ
替えて取り外される単位インバータセルと入力変圧器の
２次巻線とを接続する主回路配線の端子と、上記単位イ
ンバータセルの制御回路配線の、いずれかまたは両方
を、電気的に絶縁するとともに、物理的に固定する固定
具を、上記バイパスユニットに備えることを特徴とす
る。

【００２０】従って、請求項６記載の発明においては、
バイパス時に使用しない電線ケーブルを絶縁して固定
し、電気的な保護を不要とし、交換作業を迅速にすると
共に、短絡などの事故を防止する。

【００２１】また更に、請求項７記載の発明は、多相交
流負荷に接続した場合、各相ごとに接続具またはバイパ
スユニットを取り付けたことを検出手段が検出し、この
検出結果に基づいて、健全な相に対して、故障した相の
出力電圧に応じた比率を積算した電圧基準を与えて出力
電圧を制御することを特徴とする。従って、請求項７記
載の発明においては、３相交流を出力する際に、各相に
与える電圧基準を自動的に計算し、単位インバータセル
出力電圧を制御する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。図１は、このような用途に使
用される複数の単位インバータの出力を直列接続し、か
つ３相に構成した多重式インバータ装置の主回路を示す
ものであり、また、図２は単位インバータセルの主回路
を示す。

【００２３】図１及び図２に示すように、商用交流電源
１と、開閉器２と、複数の２次巻線をもつ入力変圧器３
と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相を構成するために各相に３段設け
られた単位インバータセル４Ｕ１〜４Ｕ３，４Ｖ１〜４
Ｖ３，４Ｗ１〜４Ｗ３と、これら単位インバータセルの
各々に設けられたバイパスユニット１３から構成され
る。単位インバータセル４Ｕ１〜４Ｕ３，４Ｖ１〜４Ｖ
３，４Ｗ１〜４Ｗ３には、入力変圧器３の２次巻線から
入力ケーブル２２で電源を供給される。そして、それぞ
れの単位インバータセルの出力端子１４ａ，１４ｂを、
相毎に、主回路ケーブル２１にて、直列接続して、交流
負荷２０に接続される。

【００２４】図３乃至図５は、単位インバータセル４の
正面、右側面、背面を示す図である。図３に示すよう
に、単位セルインバータ４の正面には、出力端子１４
ａ、出力端子１４ｂ、入力端子１５ｕ，１５ｖ，１５
ｗ、制御基板１６、ユニット吸気口１７を備える。図４
に示すように、側面には、単位インバータセル４を収納
盤に取り付けるための固定パネル１８が取り付けられて
いる。図５に示すように、背面には、ユニット排気口１
９を備える。また、図示しないが、内部には単位インバ
ータセルを構成する電気部品が収納されている。

【００２５】図６は、図１に示した多重式インバータ装
置において１段分の単位インバータセルを収納する収納
盤５の実装状態の一例を示す側面図である。収納盤５
は、周囲を箱状に構成し密閉した筐体と、正面に吸気口
８を備えた正面扉７とから成り、内部に、単位インバー
タセル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを収納し、背面に風洞６、天井
に排気ファン９を有している。

【００２６】風洞６には、単位インバータセル４Ｕ，４
Ｖ，４Ｗそれぞれと密着する開口部１０を備え、吸気口
８から吸入した冷却風１２は単位インバータセル４Ｕ，
４Ｖ，４Ｗを貫通し、開口部１０、風洞６を通り、排気
ファン９によって排気される。単位インバータセル４
Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、それぞれスライドレール１１にて収
納盤５に取り付けられている。

【００２７】図７乃至図９は、バイパスユニット１３の
正面、右側面、背面を示す図である。図７乃至図９に示
すように、バイパスユニットは箱状のシャーシを備え、
バイパスユニット正面には、図４に示した単位インバー
タセル４の出力端子１４ａ，１４ｂと対応する位置に、
出力端子１４ａ´，１４ｂ´が取り付けられている。出
力端子１４ａ´，１４ｂ´は、銅帯を加工して作られた
接続具２６を取り付けて電気的に接続している。接続具
２６は導電性の良いものであればよく、もちろんケーブ
ルでもよい。

【００２８】また、バイパスユニット正面の下方には、
図３に示す入力端子１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに対応する
位置に、電気的絶縁材料で作られたガイシ１５ｕ´，１
５ｖ´，１５ｗ´が取り付けられている。

【００２９】更に、図８に示すように、バイパスユニッ
ト側面には、図４に示した単位インバータセル４の固定
パネル１８に対応する位置に固定パネル１８を取り付け
ている。また、バイパスユニット側面下方には、突起２
５を備える。この突起２５は、単位インバータセル４に
は備えない。また更に、図９に示すように、バイパスユ
ニット背面には、整風板２４を備える。

【００３０】図１０は、３相多重式インバータ装置の１
相分の実装状態を示す図であり、左右方向に単相インバ
ータセル４ｕ１，４ｕ２，４ｕ３を配置するが、４ｕ２
は、バイパスユニット１３に取り替えた状態を示す。ま
た、図１１は、バイパスユニット１３の取付状態を示す
側面図である。

【００３１】図１０に示すように、単相インバータセル
４ｕ１の出力端子１４ｂは、バイパスユニット１３の出
力端子１４ａ´と主回路ケーブル２１ａで接続され、さ
らに、接続具２６にて出力端子１４ｂ´と接続され、主
回路ケーブル２１ｂにて、単相インバータセル４ｕ３の
出力端子１４ａに接続される。本実施例の接続具によれ
ば、故障したセルインバータの代わりに、高価な電気部
品を搭載しない、簡易な接続具を取り付けることで、予
備品コストを低減できる。また、故障した単位インバー
タセルの修理を待たずに、短時間で運転を再開できる。

【００３２】バイパスユニット１３の両側面に備えた固
定パネル１８は、収納盤に備えたスライドレール１１に
固定され、単位インバータセルユニット４ｖ１と同様に
収納される。本実施例のバイパスユニットによれば、バ
イパスユニットと、単位インバータセルが、収納盤への
固定方法を共有することで、バイパスユニットの取り付
けに特別な方法を要せず、交換作業を迅速にする。

【００３３】入力変圧器３の２次側から配線された入カ
ケーブル２２は、バイパスユニット下部に設けたガイシ
１５´に固定される。本実施例のバイパスユニットによ
れば、バイパス時に使用しない電線ケーブルを絶縁して
固定し、電気的な保護を不要として、交換作業を迅速に
すると共に、短絡などの事故を防止する。

【００３４】また、図１１に示すように、収納盤５に
は、単相インバータセルに対応した位置に、スイッチ２
７を備える。スイッチ２７は、単相インバータセル４が
収納されているときには作用しない。単相インバータセ
ル４を取り外し、バイパスユニット１３を収納すると、
バイパスユニット１３に設けられた突起２５がスイッチ
２７を作動させ、バイパスユニット１３が取り付けられ
たことを示す制御信号を検出する。尚、出力電圧の制御
についての説明は省略する。

【００３５】従って、本実施の形態においては、バイパ
スユニット取付を知らせる制御信号を検出して、装置の
出力の制御を容易にする。更に、制御信号の検出を自動
化して、人為的なミスによる装置の破損を防止する。

【００３６】また更に、バイパスユニット１３の背面に
設けた整風板２４は、収納盤５の開口部１０と密着する
本実施例の電力変換装置は、風洞からの冷却風の漏れを
防ぎ、装置性能を確保する。

【００３７】また、図１において、単位インバータセル
を３段直列接続すると共に３相交流負荷に接続して、３
相多重式インバータ装置を構成している。このうちの１
相、例えば、図１０に示すように、Ｕ相を構成する単位
インバータセル群４ｕ１，４ｕ２，４ｕ３において、故
障が発生した場合、ダミーユニット（図示せず）の取付
によって制御信号を検出する。このとき、故障した相以
外の他の２相（この場合はＶ相、Ｗ相）に対して、出力
の電圧基準を２／３とするように制御する。これによ
り、出力電圧を２／３に抑制し、バイパスユニット１３
を取り付けた相の電圧出力と整合させる。尚、出力電圧
の制御の詳細については説明を省略する。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、故
障した単位インバータセルの代わりに、高価な電気部品
を搭載しない簡易な接続具を取り付けることで、予備品
コストを低減できると共に、短時間で運転を再開でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における３相多重インバ
ータ装置の主回路を示す概要構成図。

【図２】 図１に示した単位インバータセルの主回路を
示す概要構成図。

【図３】 図１に示した単位インバータセルの外観を示
す正面図。

【図４】 図１に示した単位インバータセルの外観を示
す右側面図。

【図５】 図１に示した単位インバータセルの外観を示
す背面図。

【図６】 本発明の実施の形態における収納盤の実装例
を示す概要構成図。

【図７】 図１に示したバイパスユニットの外観を示す
正面図。

【図８】 図１に示したバイパスユニットの外観を示す
右側面図。

【図９】 図１に示したバイパスユニットの外観を示す
背面図。

【図１０】 本発明の実施の形態における３相多重イン
バータ装置の１相分の実装状態を示す図。

【図１１】 図１に示したバイパスユニットの取付状態
を示す側面図。

【符号の説明】

３……入力変圧器、４Ｕ１〜４Ｕ３，４Ｖ１〜４Ｖ３，
４Ｗ１〜４Ｗ３……単位インバータセル、５……収納
盤、１２……冷却風、１３……バイパスユニット、１４
……出力端子、１５……入力端子、２０……交流負荷、
２３……シャーシ、２４……整風板、２６……接続具、
２７……スイッチ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA00 BB06 CA01 CA03 CB05 CC04 CC06 CC12 CC23 DB05 GA05 GA13 HA03 HA07 5H576 BB06 BB07 BB10 CC05 DD02 DD04 DD10 HB01 HB05 MM11 PP02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流を直流に変換する整流器とこの整
   流器の直流電力を交流電力に変換するインバータとを有
   する単相インバータ回路を筐体に収納し、出力側を直列
   接続し交流負荷に接続した単位インバータセルと、複数
   の２次巻線を有し、この２次巻線のそれぞれに前記単位
   インバータセルを接続する入力変圧器と、前記直列接続
   された複数の単位インバータセルの内、任意の単位イン
   バータセルと入れ替えて、他方の単位インバータセルの
   出力間をバイパスする接続手段とを具備したことを特徴
   とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 前記接続手段を取り付けたことを検出
   する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   電力変換装置。
3. 【請求項３】 前記接続手段を筐体に収納し、前記単
   位インバータセルに着脱自在なバイパスユニットを構成
   したことを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装
   置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記バイパスユニッ
   トを前記単位インバータセルに取り付けたときに、前記
   バイパスユニットが固定されたことを自動的に検出する
   ことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 前記バイパスユニットが、前記バイパ
   スユニット内を冷却する冷却風が逆流することを防ぐ整
   風板を具備したことを特徴とする請求項３又は４記載の
   電力変換装置。
6. 【請求項６】 前記バイパスユニットと入れ替えて取
   り外される単位インバータセルと前記入力変圧器の２次
   巻線とを接続する主回路配線の端子と、前記単位インバ
   ータセルの制御回路配線の、いずれかまたは両方を、電
   気的に絶縁するとともに、物理的に固定する固定具を、
   前記バイパスユニットに備えることを特徴とする請求項
   ３乃至５のいずれかに記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 多相交流負荷に接続した場合、各相ご
   とに前記接続具または前記バイパスユニットを取り付け
   たことを前記検出手段が検出し、この検出結果に基づい
   て、健全な相に対して、故障した相の出力電圧に応じた
   比率を積算した電圧基準を与えて出力電圧を制御するこ
   とを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の電力
   変換装置。