JP2012044824A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2のスイッチ素子直列回路とコンデンサ直列回路とを並列接続する。第1のスイッチ素子直列回路内部の接続点とコンデンサ直列回路内部の接続点との間に第1の双方向スイッチを、第2のスイッチ素子直列回路内部の接続点とコンデンサ直列回路内部の接続点との間に第2の双方向スイッチを接続する。第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点をリアクトルを介して交流電源の入出力共通接続線に、交流電源の他端を前記コンデンサ直列回路内部の接続点に、各々接続する。
【選択図】図1
Description
ここで、リアクトルLoとコンデンサCoはフィルタを構成しており、第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点のパルス列状の波形を歪みの小さな正弦波形に整形する役割を担う。また、交流電源Vac1の電圧変動が十分小さい時には直列補償する必要はないため、交流電源Vac1の電圧を直接負荷に供給(スルー出力と呼ぶ)すれば良いが、この回路構成の場合にはIGBTT3とT4をディーティ50%でオンオフスイッチングさせれば実現できる。
第6の発明においては、第2〜第5の発明において、交流電源停電時は、交流電源をスイッチ手段で切離し、前記コンデンサ直列回路を直流電源として、前記第1のスイッチング素子直列回路と、前記第2のスイッチング素子直列回路と、前記第1及び第2の双方向スイッチ手段とで3レベルインバータ回路を構成し、前記第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点と、前記第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点との間に得られる3レベル交流電圧波形を、前記第1及び第2のリアクトルと前記第4のコンデンサで平滑して負荷に供給する。
第8の発明においては、第1〜第7の発明において、前記双方向スイッチ手段は、逆方向の耐圧を備えた逆阻止型半導体素子を逆並列接続して構成する。
前記コンデンサ直列回路と前記第2のスイッチング素子直列回路と前記第2の双方向スイッチ手段とによって直列コンバータを構成し、前記コンデンサ直列回路と前記第1のスイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチ手段とによって並列コンバータを構成する。交流電源の電圧変動分を前記直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保つと共に、前記直列コンバータの補償動作による前記コンデンサの電圧変動分を、前記並列コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償する。
前記コンデンサ直列回路と前記第2のスイッチング素子直列回路と前記第2の双方向スイッチ手段とによって直列コンバータを構成し、前記コンデンサ直列回路と前記第1のスイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチ手段とによって並列コンバータを構成する。交流電源の電圧変動分を前記直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保つと共に、前記直列コンバータの補償動作による前記コンデンサの電圧変動分を、前記並列コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償する。
第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点とコンデンサ直列回路内部の接続点との間に第1の双方向スイッチ手段S1を、第2のスイッチング素子直列回路内部の接続点とコンデンサ直列回路内部の接続点との間に第2の双方向スイッチ手段S2を接続する。第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点はリアクトルLiを介して、交流電源Vac1の一端と負荷LD1の一端が接続された入出力共通接続線に、第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点はリアクトルLoを介して負荷LD1の他端が、コンデンサ直列回路内部の直列接続点には交流電源Vac1の他端が、各々接続される。また、交流電源Vac1とは並列にコンデンサCiが、負荷LD1と並列にコンデンサCoが、各々接続される。交流−直流変換装置として使用する場合には、コンデンサ直列回路の両端P、N又はコンデンサ直列回路内部の接続点Mを出力端子とする。
交流電源Vac1のM点側が正の時、S1をオンさせるとリアクトルLiには交流電源Vac1の電圧が印加され、電流が上昇する。次にS1をオフさせ、IGBTT2をオンさせるとリアクトルLiの電流は交流電源Vac1→コンデンサCN→ダイオードD2の経路となり、リアクトルLiに蓄積されたエネルギーはコンデンサCNに放電される。同様に、交流電源Vac1のM点側が負の時、S1をオンさせるとリアクトルLiには交流電源Vac1の電圧が印加され、電流が上昇する。次にS1をオフさせ、IGBTT1をオンさせるとリアクトルLiの電流はダイオードD1→コンデンサCP→交流電源Vac1の経路となり、リアクトルLiに蓄積されたエネルギーはコンデンサCPに放電される。
ここで、IGBTT1、T2はコンデンサCP,CNのエネルギーを交流電源Vac1に回生する役割を果たす。
以上の動作を繰り返すことにより、コンデンサCPは交流電源Vac1の正のピーク電圧より高い電圧(+E)に、コンデンサCNは交流電源Vac1の負のピーク電圧より低い電圧(−E)に充電される。
例えば、交流電源Vac1の電圧が正の期間(区間B)でIGBTT3をオンさせると交流電源Vac1の電圧にコンデンサCPの電圧(+E)が加算された波形の電圧が、IGBTT3をオフし双方向スイッチS2をオンさせると交流電源Vac1の電圧が、各々リアクトルLoに印加される。区間Aにおいては、交流電源Vac1の電圧が負の期間でIGBTT4をオンさせると交流電源Vac1の電圧にコンデンサCNの電圧(−E)が加算された波形の電圧が、IGBTT4をオフし双方向スイッチS2をオンさせると交流電源Vac1の電圧が、各々リアクトルLoに印加される。この波形をリアクトルLoとコンデンサCoからなるフィルタでリプルの少ない正弦波に整形して負荷に供給する。
例えば、交流電源Vac1の電圧が正の期間(区間B)でIGBTT4をオンさせると交流電源Vac1の電圧にコンデンサCNの電圧(−E)が加算された波形の電圧が、IGBTT4をオフし、双方向スイッチS2をオンさせると交流電源Vac1の電圧が、各々リアクトルLoに印加される。区間Aにおいては、交流電源Vac1の電圧が負の期間でIGBTT3をオンさせると交流電源Vac1の電圧にコンデンサCPの電圧(+E)が加算された波形の電圧が、IGBTT3をオフし、双方向スイッチS2をオンさせると交流電源Vac1の電圧が、各々リアクトルLoに印加される。この波形をリアクトルLoとコンデンサCoからなるフィルタでリプルの少ない正弦波に整形して負荷に供給する。
出力各相間の位相差が120度となるように、各変換回路を制御することにより、三相出力が得られる。各変換回路MCaとMCbの動作は、実施例1と同じであるので、説明は省略する。
また、実施例2と同様に、各変換回路MCaとMCb内のコンデンサ直列回路と並列に蓄電装置を接続することにより、無停電化を達成することが可能である。
尚、上記実施例に使用している双方向スイッチ手段は、逆阻止型IGBTを逆並列接続する構成、逆導通IGBTとダイオードの直列回路を逆並列接続した構成、単相ダイオードブリッジ回路とIGBTを組合せた回路などで実現可能である。
SW1、SW2・・・遮断スイッチ
T1〜T4、T1a〜T4a、T1b〜T4b・・・IGBT
D1〜D4、D1a〜D4a、D1b〜D4b・・・ダイオード
S1、S1a、S1b、S2、S2a、S2b・・・双方向スイッチ手段
Ci,Cia、Cib、Co,Coa、Cob・・・コンデンサ
CP、CPa、CPb、CN,CNa、CNb・・・コンデンサ
LD1,LD2・・・負荷 EB・・・蓄電装置
Bat・・・蓄電池 MCa、MCb・・・変換回路
Claims (10)
- それぞれダイオードが逆並列接続された第1及び第2の半導体スイッチング素子を直列
接続した第1のスイッチング素子直列回路と、第1及び第2のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路とを並列接続し、前記スイッチング素子直列回路内部の接続点と前記コンデンサ直列回路内部の接続点との間に第1の双方向スイッチ手段を接続し、前記第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点及び前記コンデンサ直列回路内部の接続点を、少なくとも一方は第1のリアクトルを介して、各々交流電源に接続し、コンデンサ直列回路の両端又はコンデンサ直列回路内部の接続点を直流出力とすることを特徴とする電力変換装置。 - それぞれダイオードが逆並列接続された第1及び第2の半導体スイッチング素子を直列
接続してなる第1のスイッチング素子直列回路と、
それぞれダイオードが逆並列接続された第3及び第4の半導体スイッチング素子を直列
接続してなる第2のスイッチング素子直列回路と、
第1及び第2のコンデンサを直列接続してなるコンデンサ直列回路と、
前記第1のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点と前記コンデンサ直列回路の内部の直列接続点との間に接続された第1の双方向スイッチ手段と、
前記第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点と前記コンデンサ直列回路の内部の直列接続点との間に接続された第2の双方向スイッチ手段と、
交流電源に並列接続された第3のコンデンサと、
負荷に並列接続された第4のコンデンサと、
負荷の一端に接続された交流電源の一端と第1のスイッチング素子直列回路内部の直列
接続点との間に接続された第1のリアクトルと、
負荷の他端と第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点との間に接続された第
2のリアクトルと、を備え、
前記第1のスイッチング素子直列回路と前記第2のスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路とを並列に接続して第1の並列接続回路を構成すると共に、
交流電源の他端を前記コンデンサ直列回路内部の直列接続点に接続し、
前記コンデンサ直列回路と前記第2のスイッチング素子直列回路と前記第2の双方向スイッチ手段とによって直列コンバータを構成し、前記コンデンサ直列回路と前記第1のスイッチング素子直列回路と第1の双方向スイッチ手段とによって並列コンバータを構成し、
交流電源の電圧変動分を前記直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保つ
と共に、前記直列コンバータの補償動作による前記コンデンサの電圧変動分を、前記並列
コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償することを特徴とする電力変換
装置。 - 前記コンデンサ直列回路の充電は、前記第1の双方向スイッチ手段をオンさせた時交流電源で第1のリアクトルにエネルギーを蓄積し、オフさせた時に前記蓄積されたエネルギーを前記第1又は第2のコンデンサへ充電することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
- 前記直列コンバータの補償動作は、前記第3の半導体スイッチング素子と前記第2の双方向スイッチ手段とを交互にオンオフさせる動作又は前記第4の半導体スイッチング素子と前記第2の双方向スイッチ手段とを交互にオンオフさせる動作であることを特徴とする請求項2又は3に記載の電力変換装置。
- 交流電源の電圧を直接交流出力として負荷に供給する時は、前記第2の交流スイッチ手段をオン状態とすることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 交流電源停電時は、交流電源をスイッチ手段で切離し、前記コンデンサ直列回路を直流電源として、前記第1のスイッチング素子直列回路と、前記第2のスイッチング素子直列回路と、前記第1及び第2の双方向スイッチ手段とで3レベルインバータ回路を構成し、前記第1のスイッチング素子直列回路内部の接続点と、前記第2のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点との間に得られる3レベル交流電圧波形を、前記第1及び第2のリアクトルと前記第4のコンデンサで平滑して負荷に供給することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記コンデンサ直列回路と並列に蓄電装置を接続することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記双方向スイッチ手段は、逆方向の耐圧を備えた逆阻止型半導体素子を逆並列接続して構成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記双方向スイッチ手段は、逆方向の耐圧を備えていない半導体スイッチング素子とダイオードの直列回路を逆並列接続して構成することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 三相交流電源の第1相を入出力共通とし、前記第1相と第2相との間及び前記第1相と第3相との間に、前記請求項2〜9のいずれか1項に記載の電力変換装置を接続することを特徴とする電力変換システム。
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