JP2010074969A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の適切なシリーズ化を可能とし、また交流リアクトルの保護を適切に行なうことが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電源１とコンバータ６の入力間に設けられ、並列接続された複数台の同一定格の交流リアクトル５ａ、５ｂと、前記コンバータ６の入力電流を制御用として実質的に検出する制御用電流検出手段４と、前記複数台の交流リアクトル５ａ、５ｂのうち何れかの異常を検出するため、前記各々の交流リアクトルに流れる電流を直接または間接的に検出する異常監視用補助電流検出手段４ｂとを具備した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電力変換装置に係り、特にその交流入力または交流出力にリアクトルを有する電力変換装置に関する。

従来の電力変換装置、例えば無停電電源装置においては、コンバータの入力部にフィルタコンデンサと交流リアクトルから成るフィルタ回路を設け、コンバータが発生する高調波が系統に影響を与えないように構成している。この交流リアクトルは過渡時の突入電流の抑制の効果もある。（例えば特許文献１参照。）
特開２００７−１５１２３１号公報（全体）

特許文献１に示されている従来の交流リアクトルは単一の構成となっているが、例えば小型の無停電電源装置を適切な容量ごとに標準化する場合、単一の交流リアクトルを適用すると、部品の種類が多くなり、適切なシリーズ設計とならない場合があった。また、複数台の同一のリアクトルを並列使用して無停電電源装置等のシリーズ設計を行なうと、各々のリアクトルの断線や短絡などの異常を通常の一括電流検出手段だけで検出するのが困難となり、リアクトル破損等の異常が生じる恐れがあった。

本発明は上記に鑑みて為されたもので、その目的は装置の適切なシリーズ化を可能とし、また交流リアクトルの保護を適切に行なうことが可能な電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である電力変換装置は、交流電源とコンバータ入力間に設けられ、並列接続された複数台の同一定格の交流リアクトルと、前記コンバータの入力電流を制御用として実質的に検出する制御用電流検出手段と、前記複数台の交流リアクトルのうち何れかの異常を検出するため、前記各々の交流リアクトルに流れる電流を直接または間接的に検出する異常監視用補助電流検出手段とを具備したことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明である電力変換装置は、インバータ出力と負荷との間に設けられ、並列接続された複数台の同一定格の交流リアクトルと、前記コンバータの入力電流を制御用として実質的に検出する制御用電流検出手段と、前記複数台の交流リアクトルのうち何れかの異常を検出するため、前記各々の交流リアクトルに流れる電流を直接または間接的に検出する異常監視用補助電流検出手段とを具備したことを特徴としている。

本発明は並列構成の交流リアクトルを用いるようにしたので、適切な装置のシリーズ化を可能とし、またこれらの交流リアクトルの保護を適切に行なうことが可能な電力変換装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図である。電力変換装置としては小型無停電電源装置の例を示している。一般に単相出力の小型無停電電源装置は、入出力の基準電位を共通にすることが可能で耐ノイズ性に優れているハーフブリッジ構成とした回路が使用されることが多く、図１もその例を示している。

図１において、商用交流電源１から交流入力スイッチ２を介して入力フィルタコンデンサ３に単相交流が給電される。そしてこの単相交流入力の一端は並列に接続された交流リアクトル５ａ及び交流リアクトル５ｂを介してコンバータ６に給電される。図示しないコンバータ６の内部は、逆並列にダイオードを接続したパワーデバイスをハーフブリッジ接続した構成となっている。

入力側の交流リアクトル５ａ及び交流リアクトル５ｂの並列回路に流れる電流は入力電流センサ４によって検出され、図示しない制御回路に制御用入力電流として与えられる。また、交流リアクトル５ｂに流れる電流は補助電流センサ４ｂによって検出され、図示しない制御回路に監視用入力電流として与えられる。

コンバータ６の出力は平滑コンデンサ７ａ及び７ｂの直列回路に供給される。平滑コンデンサ７ａ及び７ｂの中点には単相交流入力の他端が接続され基準電位を形成している。この平滑コンデンサ７ａ及び７ｂの直列回路の直流出力は、インバータ８に供給され、このインバータ８で再び交流に変換し、出力側の交流リアクトル９ａ及び交流リアクトル９ｂの並列回路を介して負荷１２に給電する。負荷１２と並列に出力フィルタコンデンサ１１が接続されている。尚、図示しないインバータ８の内部も逆並列にダイオードを接続したパワーデバイスをハーフブリッジ接続した構成となっている。

交流リアクトル９ａに流れる電流は出力電流センサ１０ａによって検出され、図示しない制御回路に制御用出力電流として与えられる。制御回路においてはこの出力電流センサ１０ａによって検出された電流を例えば２倍して出力電流とする。また、交流リアクトル９ｂに流れる電流は補助電流センサ１０ｂによって検出され、図示しない制御回路に監視用出力電流として与えられる。

商用交流電源１が停電したときに負荷１２への給電を継続するため、バッテリ１３の直流電圧がチョッパリアクトル１４及び昇圧チョッパ１５を介してインバータ８の入力に接続されている。また、交流入力とインバータ８の出力の間には、無停電電源装置の所定箇所が故障したとき、交流入力を直接負荷１２に給電するように切換えるためのバイパス回路１６が接続されている。

以上の回路構成における本発明の構成上及び動作上の特徴について以下説明する。

構成上の特徴は、入力側の交流リアクトルを交流リアクトル５ａと交流リアクトル５ｂに分割したこと、また出力側の交流リアクトルを交流リアクトル９ａと交流リアクトル９ｂに分割したことである。このように２分割することによって同一の標準部品を複数使用するような標準化を達成することができる。

次に作用上の特徴を説明する。無停電電源装置の正常運転中は、交流入力電源１とコンバータ６の間に流れる入力電流は、交流リアクトル５ａと交流リアクトル５ｂの間で２分流される。ここで、入力電流センサ４によって検出される電流はコンバータ６の入力電流そのものであるので、コンバータ６の制御用として用いることができる。今、異常監視用の補助電流センサ４ｂを設けない場合における動作について考えてみる。

例えば装置を運転中に交流リアクトル５ａが断線すると交流リアクトル５ｂに全入力電流が集中し、そのため交流リアクトル５ｂが過熱、損傷する恐れがある。また、交流リアクトル５ａのインダクタンスが低下すると、交流リアクトル５ｂの電流が減少して交流リアクトル５ａだけに入力電流が集中して過熱、損傷する恐れある。

これらの事象が生じても、入力電流センサ４の電流は基本的に変化しないので回路異常を検出することができない。従って、異常監視用の補助電流センサ４ｂを設けない場合は何れかの交流リアクトルの異常を検出することが困難である。

出力側の交流リアクトルについても上記と同様のことが言える。この出力側においては、前述したように出力電流センサ１０ａによって検出された電流を２倍して制御用の出力電流としているので、何れかのリアクトルが異常となって電流バランスが崩れると、実際の出力電流とは異なる電流を用いた制御を行うことになり、例えば出力過電圧となってしまう恐れがある。

これに対して入力側の補助電流センサ４ｂあるいは出力側の補助電流センサ１０ｂを設けることにより、図示しない制御回路によって２台の交流リアクトルに流れる電流を監視することが可能となる。例えば入力側においては、入力電流センサ４の検出電流から補助電流センサ４ｂの検出電流を減算したものが交流リアクトル５ａに流れる電流となるので、両者の電流差が所定値以上となったとき、何れかの交流リアクトルが異常となったと判断してコンバータ６の運転を停止するなどの保護動作を行なうことが可能となる。

以上の実施例１の説明において、入力側の制御用電流検出はコンバータ６の入力全電流を検出し、出力側の制御用電流検出は交流リアクトルに分流する電流を検出するように説明したが、逆であっても良いし、両者共同一構成であっても良い。また、図１における回路構成のうち入力側または出力側の何れかの交流リアクトルを割愛した回路構成であっても良い。これらは以下の実施例２乃至４について同様である。

更に、実施例１の説明において入力及び出力のリアクトルは夫々２台並列としたが、３台以上であっても追加されたリアクトルに補助電流センサを用いれば良いことは明らかである。

図２は本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、補助電流センサ４ｂに代えて交流リアクトル５ａと交流リアクトル５ｂの電流が互いに逆方向となるように内部貫通させ、差電流を測定する差動型補助電流センサ４ｂ１を設けた点、同様に補助電流センサ１０ｂに代えて差動型補助電流センサ１０ｂ１を設けた点である。

実施例１で説明したように異常監視用の電流検出は２つの交流リアクトルの差電流を監視するのが目的であるので、この実施例２のように差電流を直接差動型補助電流センサで検出すれば制御回路内の異常判定が簡略化される。

図３は本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図２の本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、交流リアクトル５ｃを交流リアクトル５ａ、５ｂと並列に設ける構成とした点、交流リアクトル５ａと交流リアクトル５ｃの夫々に流れる電流の差電流を検出する差動型補助電流センサ４ｃ１を設けた点、交流リアクトル９ｃを交流リアクトル９ａ、９ｂと並列に設ける構成とした点、交流リアクトル９ａと交流リアクトル９ｃの夫々に流れる電流の差電流を検出する差動型補助電流センサ１０ｃ１を設けた点である。

この実施例３で示したように、リアクトルを３台並列構成した場合であっても、差動型補助電流センサを１台追加することによって全ての交流リアクトルの異常監視を行なうことが可能となる。

図４は本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図である。この実施例４の各部について、図３の本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例３と異なる点は、交流リアクトル５ｄを交流リアクトル５ａ、５ｂ、５ｃと並列に設ける構成とした点、差動型補助電流センサ４ｂ１に代えて交流リアクトル５ｂと交流リアクトル５ｄの夫々に流れる電流の差電流を検出する差動型補助電流センサ４ｄ１を設けた点、交流リアクトル９ｄを交流リアクトル９ａ、９ｂ、９ｃと並列に設ける構成とした点、差動型補助電流センサ１０ｂ１に代えて交流リアクトル９ｂと交流リアクトル９ｄの夫々に流れる電流の差電流を検出する差動型補助電流センサ１０ｄ１を設けた点である。

この実施例４で示したように、交流リアクトルを４台並列構成した場合には、差動型補助電流センサを１台追加することなく、２台の差動型補助電流センサのみによって全てのリアクトルの異常監視を行なうことが可能となる。

本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。 本発明の実施例２に係る電力変換装置の回路構成図。 本発明の実施例３に係る電力変換装置の回路構成図。 本発明の実施例４に係る電力変換装置の回路構成図。

符号の説明

１ 交流入力電源
２ 入力スイッチ
３ 入力フィルタコンデンサ
４ 入力電流センサ
４ｂ、 補助電流センサ
４ｂ１、４ｃ１、４ｄ１ 差動型補助電流センサ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 交流リアクトル（入力側）
６ コンバータ
７ａ、７ｂ 平滑コンデンサ
８ インバータ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 交流リアクトル（出力側）
１０ａ 出力電流センサ
１０ｂ 補助電流センサ
１０ｂ１、１０ｃ１、１０ｄ１ 差動型補助電流センサ
１１ 出力フィルタコンデンサ
１２ 負荷
１３ バッテリ
１４ チョッパリアクトル
１５ 昇圧チョッパ
１６ バイパススイッチ

Claims (8)

1. 交流電源とコンバータ入力間に設けられ、並列接続された複数台の同一定格の交流リアクトルと、
   前記コンバータの入力電流を制御用として実質的に検出する制御用電流検出手段と、
   前記複数台の交流リアクトルのうち何れかの異常を検出するため、前記各々の交流リアクトルに流れる電流を直接または間接的に検出する異常監視用補助電流検出手段と
   を具備したことを特徴とする電力変換装置。
2. インバータ出力と負荷との間に設けられ、並列接続された複数台の同一定格の交流リアクトルと、
   前記コンバータの入力電流を制御用として実質的に検出する制御用電流検出手段と、
   前記複数台の交流リアクトルのうち何れかの異常を検出するため、前記各々の交流リアクトルに流れる電流を直接または間接的に検出する異常監視用補助電流検出手段と
   を具備したことを特徴とする電力変換装置。
3. 前記異常監視用補助電流検出手段が何れかの前記交流リアクトルの電流の異常を検出したとき、装置を保護停止するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 交流電源と負荷との間にバイパススイッチを備え、
   前記異常監視用補助電流検出手段が何れかの前記交流リアクトルの電流の異常を検出したとき、装置を保護停止すると共に、前記バイパススイッチを投入して負荷への給電を継続するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記異常監視用補助電流検出手段は、２つの前記交流リアクトルの差電流を検出する差動型補助電流センサを用いてなることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記交流リアクトルは３台で構成され、
   前記差動型補助電流センサは、共通の１台の交流リアクトルに流れる電流と、他の２台の交流リアクトルに流れる電流との夫々の差電流を検出する２台を具備してなることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記交流リアクトルは４台で構成され、
   前記差動型補助電流センサは、任意の２台の交流リアクトルに流れる差電流と、前記２台とは異なる他の２台の交流リアクトルに流れる差電流を検出する２台を具備してなることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
8. 前記制御用電流検出手段は、
   前記複数台の交流リアクトルのうち１台に流れる電流を検出し、この検出電流に前記交流リアクトルの並列数を乗算して求めるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の電力変換装置。

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