JP2015042053A - 電力変換装置の初期充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間直流回路に増設コンデンサを増設した場合でも、初期充電終了時の電流を小さく抑制することができる電力変換装置の初期充電装置を提供する。
【解決手段】少なくとも直流電力を出力する第１の電力変換部６と、該第１の電力変換部の出力側に接続された直流を交流に変換する第２の電力変換部８と、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部の少なくとも一方に内蔵された内蔵コンデンサＣ１１，Ｃ２１と、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部間の中間直流回路７に増設された増設コンデンサＣｅと、前記内蔵コンデンサの初期充電を行う第１の初期充電回路５と、前記中間直流回路を電源として前記増設コンデンサの初期充電を行う第２の初期充電回路９とを備え、前記第２の初期充電回路は、前記第１の初期充電回路による前記内蔵コンデンサの充電が完了した後に前記増設コンデンサの充電を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンバータやインバータ等を備えた電力変換装置の直流回路部に接続されたコンデンサを電源投入時に初期充電する電力変換装置の初期充電装置に関する。

コンバータやインバータ等を備えた電力変換装置では、直流回路部に平滑用のコンデンサが接続されているので、運転開始のためにコンバータ主回路の１次側電源を投入する際に、平滑用のコンデンサが放電されていると、電源投入時に過大な突入電流が流れる。この過大電流を防ぐために、コンバータ主回路の１次側電源を投入する前には必ずコンデンサの初期充電を行っている（例えば、特許文献１参照）。

この初期充電回路を含めた電力変換装置は、図７に示すように構成されている。すなわち、交流電力系統に、電源スイッチＭＣ１、入力フィルタ１０１、昇圧リアクトル１０２及び初期充電回路１０３を介して交流を直流に変換するコンバータ１０４が接続され、このコンバータ１０４の直流出力側に直流を交流に変換するインバータ１０５が接続され、このインバータ１０５から出力される交流電力が負荷としての電動機１０６に供給されている。

ここで、入力フィルタ１０１はインダクタＬｆと、このインダクタＬｆと昇圧リアクトル１０２との間と接地との間に接続された抵抗Ｒｆ及びコンデンサＣｆの直列回路とで構成されている。また、初期充電回路１０３は、スイッチＭＣ２と初期充電用抵抗Ｒとが並列に接続された構成を有する。この初期充電回路１０３では、図８に示すように、電源スイッチＭＣ１の投入時には、スイッチＭＣ２をオフ状態としておき、初期充電用抵抗Ｒを通じて充電電流をコンバータ１０４及びインバータ１０５に内蔵されるコンデンサに供給する。これによりコンデンサの電圧が指数関数的に増加し、このコンデンサの電圧がある程度大きい値となると、スイッチＭＣ２をオン状態として抵抗Ｒを短絡することで初期充電を終了する。

ところで、上記のようにコンバータ１０４及びインバータ１０５が中間直流回路１０６を介して接続された電力変換装置では、図９に示すように、受電電圧のピークカット等の目的でコンバータ１０４及びインバータ１０５間の中間直流回路１０７に増設コンデンサＣｅを増設する場合がある。この場合でも、コンバータ１０４及びインバータ１０５に内蔵されるコンデンサと増設コンデンサＣｅの初期充電を１つの初期充電回路１０３で行うようにしている。

特開平５−１６８２４２号公報

上記従来例では、コンバータ１０４及びインバータ１０５間を接続する中間直流回路１０６に接続した増設コンデンサＣｅについてもコンバータ１０４及びインバータ１０５に内蔵されるコンデンサと同様に１つの初期充電回路１０３で初期充電を行うようにしている。この場合、内蔵コンデンサに増設コンデンサＣｅが増設されているため、トータルの静電容量が大きくなり、初期充電終了時の抵抗短絡時に比較的大きな電流が発生するという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するために、初期充電時の充電時間を長くすれば、初期充電終了の抵抗短絡時に発生する電流を小さくすることができるが、限られた充電時間内で初期充電終了後に発生する電流を小さくすることは困難である。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、中間直流回路に増設コンデンサを増設した場合でも、初期充電終了時の電流を小さく抑制することができる電力変換装置の初期充電装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置の初期充電装置の一態様は、少なくとも直流電力を出力する第１の電力変換部と、該第１の電力変換部の出力側に接続された直流を交流に変換する第２の電力変換部と、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部の少なくとも一方の直流回路部に介挿された内蔵コンデンサと、前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部間の中間直流回路に増設された増設コンデンサと、前記内蔵コンデンサの初期充電を行う第１の初期充電回路と、前記中間直流回路を電源として前記増設コンデンサの初期充電を行う第２の初期充電回路とを備え、前記第２の初期充電回路は、前記第１の初期充電回路による前記内蔵コンデンサの充電が完了した後に前記増設コンデンサの充電を行うように構成されている。

本発明によれば、第１の初期充電回路による内蔵コンデンサの初期充電が終了した後に、中間直流回路を電源とする第２の初期充電回路で、中間直流回路に増設する増設コンデンサの初期充電を行うので、第２の初期充電回路での増設コンデンサの初期充電が終了した時の突入電流を十分に抑制することができる。しかも、第１の初期充電回路では増設コンデンサの容量を考慮する必要がなく、標準的な初期充電方式を採用することができる。

本発明に係る電力変換装置の初期充電装置の第１の実施形態を示す回路図である。 図１のコンバータ、中間直流回路及びインバータの具体的構成を示す回路図である 図１の初期充電制御装置で実行する初期充電処理手順の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の動作の説明に供するタイミングチャートである。 本発明に係る電力変換装置の初期充電装置の第２の実施形態を示す回路図である。 第２の実施形態の動作の説明に供するタイミングチャートである。 従来の電力変換装置を示す回路図である。 従来の電力変換装置の初期充電装置の動作の説明に供するタイミングチャートである。 増設コンデンサを増設した従来の電力変換装置を示す回路図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る電力変換装置の初期充電装置の第１の実施形態を示す回路図である。
図１において、電力変換装置１は、交流電源２に接続された電源スイッチＭＣ１、入力フィルタ３、昇圧リアクトル４及び第１の初期充電回路５の直列回路と、第１の初期充電回路５の出力側に接続された第１の電力変換部としてのＡＣ−ＤＣコンバータ６と、このＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力側に中間直流回路７を介して接続された第２の電力変換部としてのＤＣ−ＡＣインバータ８とを備えている。そして、中間直流回路７に第２の初期充電回路９を介して増設コンデンサＣｅが接続されている。

また、ＤＣ−ＡＣインバータ８の交流出力側には負荷として電動機１０が接続されている。
入力フィルタ３は、前述した従来例と同様に、電源スイッチＭＣ１及び昇圧用リアクトル３との間に接続されたインダクタＬｆと、このインダクタＬｆと昇圧用リアクトル３との間の接続点と接地との間に接続された抵抗Ｒｆ及びコンデンサＣｆの直列回路とで構成されている。

第１の初期充電回路５は、スイッチＭＣ１１と充電用抵抗Ｒ１１との並列回路で構成されている。スイッチＭＣ１１は、電源スイッチＭＣ１がオフ状態であるときにはオフ状態を維持し、電源スイッチＭＣ１がオン状態となった後は、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の出力側電圧が所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達したときにオン状態に制御される。
ＡＣ−ＤＣコンバータ６は、図２に示すように、例えば６個のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６が２個ずつ直列に接続された直列回路が３列並列に接続され、これら並列回路の直流出力側に平滑用の内蔵コンデンサＣ１１が並列に接続され、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のゲートがＰＷＭ方式で制御されるＰＷＭコンバータで構成されている。

ＤＣ−ＡＣインバータ８は、ＡＣ−ＤＣコンバータ６と同様に例えば６個のスイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６が２個ずつ直列に接続された直列回路が３列並列に接続され、これら並列回路の直流入力側に平滑用の内蔵コンデンサＣ２１が並列に接続され、各スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のゲートがＰＷＭ方式で制御されるＰＷＭインバータで構成されている。

第２の初期充電回路９は、中間直流回路７から直流電源が入力される入力側スイッチＭＣ２１と、この入力側スイッチＭＣ２１と直列に接続されたスイッチＭＣ２２及び充電用抵抗Ｒ２１の並列回路とを備えている。
ここで、入力側スイッチＭＣ２１は電源スイッチＭＣ１がオフ状態であるときにオフ状態となり、電源スイッチＭＣ１がオン状態となってから第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１がオン状態となった時点から所定遅延時間Ｔｄが経過するまでオフ状態を維持し、所定遅延時間Ｔｄが経過した時点オン状態に制御される。

スイッチＭＣ２２は、電源スイッチＭＣ１がオフ状態からオン状態となり、入力側スイッチＭＣ２１がオン状態となった後に、増設コンデンサＣｅの端子間電圧が所定電圧に達するまでオフ状態に制御され、増設コンデンサＣｅの端子間電圧が所定電圧に達したときにオン状態に制御され、その後電源スイッチＭＣ１がオフ状態となるとオフ状態に制御される。

また、中間直流回路７に第１の電圧検出器１１が接続されているとともに、増設コンデンサＣｅと並列に第２の電圧検出器１２が接続されている。
そして、第１の電圧検出器１１及び第２の電圧検出器１２で検出されたコンデンサ充電電圧Ｖｃ１及びＶｃ２が初期充電制御装置１３に供給されている。
この初期充電制御装置１３は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、Ａ／Ｄ変換入力端子ｔ１及びｔ２に入力される第１の電圧検出器１１及び第２の電圧検出器１２で検出したコンデンサ充電電圧Ｖｃ１及びＶｃ２がＡ／Ｄ変換入力端子に基づいて図３に示す初期充電処理を実行する。

この初期充電処理は、電源スイッチＭＣ１が投入されたときに、実行開始され、先ず、ステップＳ１で、第１の電圧検出器１２で検出したコンデンサ充電電圧Ｖｃ１を読込み、次いでステップＳ２に移行して、読込んだコンデンサ充電電圧Ｖｃ１がＡＣ−ＤＣコンバータ６が出力する直流電圧の定格値に近い所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達したか否かを判定し、Ｖｃ１＜Ｖｃ１ｓであるときには、前記ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２の判定結果がＶｃ１≧Ｖｃ１ｓであるときには、ステップＳ３に移行して、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ１１を出力してからステップＳ４に移行する。
このステップＳ４では、所定の遅延時間Ｔｄを計時する遅延時間タイマ（ソフトウェアタイマ）をセットし、次いでステップＳ５に移行して、タイマが遅延時間Ｔｄの経過によりタイムアップしたか否かを判定し、タイムアップしていないときにはタイムアップするまで待機し、タイムアップしたときにはステップＳ６に移行する。

このステップＳ６では、第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１に対して、これをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ２１を出力し、次いでステップＳ７に移行して、第２の電圧検出器１２で検出したコンデンサ充電電圧Ｖｃ２を読込んでからステップＳ８に移行する。
このステップＳ８では、読込んだコンデンサ充電転圧Ｖｃ２がＡＣ−ＤＣコンバータ６が出力する直流電圧の定格値の例えば１．３５倍の所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達したか否かを判定する。このように、所定設定電圧Ｖｃ２ｓをＡＣ−ＤＣコンバータ６の定格直流電圧の１．３５倍に設定する理由は、上述したように、ＡＣ−ＤＣコンバータ６としてＰＷＭ方式を採用する場合には、定格直流電圧の１．３５倍以上になると、ＰＷＭコンバータの電流制限機能が有効となり、それ以上の電流供給を増設コンデンサＣｅに対して行うことができなくなるので、所定設定電圧Ｖｃ２ｓをコンバータ定格電圧の１．３５倍に設定する。

このステップＳ８の判定結果が、Ｖｃ２＜Ｖｃ２ｓであるときには初期充電中であると判断して前記ステップＳ７に戻り、Ｖｃ２≧Ｖｃ２ｓであるときには、増設コンデンサＣｅの充電が完了したものと判断してステップＳ９に移行する。
このステップＳ９では、第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２２に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ２２を出力してからステップＳ１０に移行する。

このステップＳ１０では、電源スイッチＭＣ１がオフ状態となったか否かを判定し、電源スイッチＭＣ１がオン状態であるときには電源スイッチＭＣ１がオフ状態となるまで待機し、電源スイッチＭＣ１がオフ状態となったときにはステップＳ１１に移行する。
このステップＳ１１では、後述する放電回路で内蔵コンデンサＣ１１及びＣ１２と増設コンデンサＣｅとの放電処理が完了するために必要な所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過していないときにはこれが経過するまで待機し、所定時間が経過したときにはステップＳ１２に移行する。

このステップＳ１２では、スイッチＭＣ１１、ＭＣ２１及びＭＣ２２に対して、これらをオフ状態とする論理値“０”の制御信号ＳＣ１１、ＳＣ２１及びＳＣ２２を出力してから初期充電処理を終了する。
なお、電源スイッチＭＣ１がオフ状態となったときには例えば中間直流回路７に図示しないスイッチと放電抵抗との直列回路で構成される放電回路を介挿し、このスイッチを図示しない放電処理によって前述した初期充電処理でスイッチＭＣ２１及びＭＣ２２がオフ状態に制御される前にオン状態とすることにより、内蔵コンデンサＣ１１、Ｃ２１及び増設コンデンサＣｅに蓄積された電荷を放電する。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
今、電源スイッチＭＣ１がオフ状態であり、前回の動作の終了時に上述した放電回路のスイッチをオン状態として、内蔵コンデンサＣ１１、Ｃ２１及び増設コンデンサＣｅが放電されているとともに、スイッチＭＣ１１、ＭＣ２１及びＭＣ２２がオフ状態となっているものとする。
この状態で、電源スイッチＭＣ１を図４（ａ）に示すように時点ｔ１で投入すると、初期充電制御装置１３で図３に示す初期充電処理を実行開始する。

このとき、第１の初期充電回路５では、スイッチＭＣ１１がオフ状態であるので、電源スイッチＭＣ１の投入によって、交流電源２からの交流電力が入力フィルタ３及び昇圧用リアクトル４を介し、さらに第１の初期充電回路５の充電用抵抗Ｒ１１を介してＡＣ−ＤＣコンバータ６に入力され、ＡＣ−ＤＣコンバータ６で交流電力を直流電力に変換する。
変換された直流電力はＡＣ−ＤＣコンバータ６の直流出力側に接続された内蔵コンデンサＣ１１を充電するとともに、中間直流回路７を介してＤＣ−ＡＣインバータ８の直流入力に接続された内蔵コンデンサＣ２１を充電する。

このとき、第２の初期充電回路９では、スイッチＭＣ２１がオフ状態であるので、増設コンデンサＣｅに対する充電は行われない。
このため、中間直流回路７に接続された第１の電圧検出器１１で検出されるコンバータ６及びインバータ８の内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１のコンデンサ充電電圧Ｖｃ１が、充電用抵抗Ｒ１１の抵抗値と内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１の静電容量とによって決まる時定数で図４（ｂ）に示すように指数関数的に増加する。

このとき、図３の初期充電処理では、第１の電圧検出器１１で検出されるコンデンサ充電電圧Ｖｃ１を読込み（ステップＳ１）、読込んだコンデンサ充電電圧Ｖｃ１が所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達したか否かを判定する（ステップＳ２）。
この判定結果が、Ｖｃ１＜Ｖｃ１ｓであるときには再度コンデンサ充電電圧Ｖｃ１を読込んで所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達したか否かを判定する処理を繰り返す。

その後、時点ｔ２でコンデンサ充電電圧Ｖｃ１が所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達すると、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ１１を出力する（ステップＳ３）。
このため、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１がオン状態に制御されることにより、充電用抵抗Ｒ１１が短絡されて、スイッチＭＣ１１を通って交流電力がＡＣ−ＤＣコンバータ６に入力される。

そして、遅延時間タイマがセットされ（ステップＳ４）、この遅延時間タイマがタイムアップすると、第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１に対して、これをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ２１が出力される。このため、スイッチＭＣ２１がオン状態となることにより、ＡＣ−ＤＣコンバータ６から出力される直流電力がスイッチＭＣ２１及び充電用抵抗Ｒ２１を介して増設コンデンサＣｅに供給されてこの増設コンデンサＣｅが充電開始される。このため、コンデンサ充電電圧Ｖｃ２が図４（ｅ）に示すように指数関数的に増加する。

このとき、図３の初期充電処理では、第２の電圧検出器１２で検出される増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２を読込み（ステップＳ７）、読込んだコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達したか否かを判定する（ステップＳ８）。
コンデンサ充電電圧Ｖｃ２が所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達しないときには、コンデンサ充電電圧Ｖｃ２の読込み及びコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達したかを判定する処理を繰り返し、時点ｔ３でコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達すると、第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２２に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ２２が出力される（ステップＳ９）。

このため、第２の初期充電回路９でスイッチＭＣ２２がオン状態となることにより、充電用抵抗Ｒ２１が短絡状態となり、以後、ＡＣ−ＤＣコンバータ６の直流出力がスイッチＭＣ２２を通じて増設コンデンサＣｅに供給される。
したがって、内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１と増設コンデンサＣｅとの初期充電が終了し、これら内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１と増設コンデンサＣｅとによる直流電流の平滑化処理が行われる通常の電力変換状態に移行する。

その後、電源スイッチＭＣ１がオフ状態に操作されると、図３の初期充電処理で、第１及び第２の初期充電回路５及び９におけるスイッチＭＣ１１及びＭＣ２１，ＭＣ２２がオフ状態に制御される（ステップＳ１１）。
そして、その前に、図示しない放電処理によって中間直流回路７に介挿された放電回路のスイッチがオン状態となって、このスイッチ及び放電用抵抗を通じて内蔵コンデンサＣ１１，Ｃ２１及び増設コンデンサＣｅに蓄積された電荷が放電される。

このように、上記第１の実施形態によると、第１の初期充電回路５及び第２の初期充電回路９を設けて、第１の初期充電回路５でＡＣ−ＤＣコンバータ６に内蔵された内蔵コンデンサＣ１１及びＤＣ−ＡＣインバータ８に内蔵された内蔵コンデンサＣ２１の初期充電を行う。そして、内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１の初期充電が終了した後に、第２の初期充電回路９でＡＣ−ＤＣコンバータ６から出力される直流電力を電源として増設コンデンサＣｅに対する初期充電が開始される。

そして、増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が図４（ｅ）に示すように指数関数的に増加し、時点ｔ４でコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が所定設定電圧Ｖｃ２ｓに達すると、スイッチＭＣ２２に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号ＳＣ２２が出力される。これによって、充電用抵抗Ｒ２１がスイッチＭＣ２２によって短絡されて増設コンデンサＣｅに対する初期充電が終了して通常の電力変換処理に移行し、ＤＣ−ＡＣインバータ８から出力される交流電力で負荷としての電動機１０が回転駆動される。

その後、電源スイッチＭＣ１がオフ状態となると、まず、図示しない放電回路によって、内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１と増設コンデンサＣｅの放電が行われる。その後、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１及び第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１，ＭＣ２２に対してこれらをオフ状態とする論理値“０”の制御信号ＳＣ１１及びＳＣ２１，ＳＣ２２が出力される（ステップＳ１１）。

このように、上記第１の実施形態によると、ＡＣ−ＤＣコンバータ６やＤＣ−ＡＣインバータ８に内蔵されている内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１に対しては第１の初期充電回路５で電源スイッチＭＣ１の投入直後から初期充電が開始される。このとき、第２の初期充電回路９ではスイッチＭＣ２１がオフ状態を維持し、増設コンデンサＣｅが中間直流回路７から切り離された状態となっている。

そして、内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１の初期充電が完了すると、第２の初期充電回路９で中間直流回路７の直流電力を直流電源として増設コンデンサＣｅの初期充電が開始される。
したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータ６及びＤＣ−ＡＣインバータ８に内蔵する内蔵コンデンサＣ１１及びＣ１２に対しては通常の電力変換装置に用いられる第１の初期充電回路５で初期充電を行うことができ、増設コンデンサＣｅの初期充電を考慮する必要がなく、増設コンデンサＣｅを考慮した特別な初期充電回路を設ける必要がなく、標準的な初期充電方式を採用することができる。

また、増設コンデンサＣｅの初期充電については、中間直流回路７に第２の初期充電回路９を介して増設コンデンサＣｅを接続するだけでよく、第２の初期充電回路９で中間直流回路７の直流電力を電源として増設コンデンサＣｅの初期充電を行うので、別途充電用電源を設ける必要がないとともに、増設コンデンサＣｅの初期充電を短時間で正確に行うことができる。しかも、ＡＣ−ＤＣコンバータ６としてＰＷＭ方式のコンバータを採用する場合には、中間直流電圧を一定にする制御を行うので、電源電圧変動を考慮に入れる必要がなく、第２の初期充電回路９の設計が非常に容易となる。

なお、上記第１の実施形態においては、ＡＣ−ＤＣコンバータ６としてＰＷＭ方式のコンバータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、整流ダイオードを使用したＡＣ−ＤＣコンバータを適用することができるほか、電力変換装置１の入力が直流である場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータを適用することができる。

また、上記第１の実施形態では、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１及び第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１，ＭＣ２２を共通の初期充電制御装置１３で制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の初期充電回路５のスイッチＭＣ１１及び第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１，ＭＣ２２を個別の初期充電制御装置で制御するようにしてもよい。
また、上記第１の実施形態では、初期充電制御装置１３で図３の初期充電処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２組の比較回路及び遅延回路を設けるハードウェア構成とすることもできる。

次に、本発明の第２の実施形態について図５を伴って説明する。
この第２の実施形態では、第２の初期充電回路９の充電用抵抗に代えてチョッパ回路を適用したものである。
すなわち、第２の実施形態では、図５に示すように、前述した第１の実施形態における第２の初期充電回路９の充電用抵抗Ｒ２１を省略し、これに代えてチョッパ回路２１を適用したことを除いては前述した図１と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

ここで、チョッパ回路２１は、図５に示すように、電流の断続動作を行うトランジスタ等の半導体スイッチング素子２２と、この半導体スイッチング素子２２と直列に接続されたリアクトル２３と、半導体スイッチング素子２２及びリアクトル２３の接続点と接地との間に接続されたフリーホイールダイオード２４とで構成されている。そして、半導体スイッチング素子２２のエミッタがスイッチＭＣ２１及びＭＣ２２の接続点に接続され、リアクトル２３の半導体スイッチング素子２２とは反対側がスイッチＭＣ２２及び増設コンデンサＣｅの接続点に接続されている。

そして、半導体スイッチング素子２２のベースに初期充電制御装置１３からＰＷＭ信号でなる充電信号Ｓｃが供給され、これによってチョッパ回路２１の半導体スイッチング素子２２がオン・オフ動作を開始し、増設コンデンサＣｅに供給される充電電流を断続して充電電流が過大とならないように制御する。
ここで、増設コンデンサＣｅの充電初期は、充電電荷量が零または少ないので、中間直流回路７の直流電圧Ｖｃ１と増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２との差電圧ΔＶｃが大きいため、チョッパ回路２１の通流率αを小さくして充電電流を小さく抑制する。

通流率αは、チョッパ回路２１の断続周期をＴ０とし、導通して電流を通流している時間幅をＴｎとしたとき、α＝Ｔｎ／Ｔ０（％）として表される。
チョッパ回路２１によって、増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が増加すると、中間直流回路７の直流電圧値Ｖｃ１との差電圧ΔＶｃが次第に小さくなるので、これに対応してチョッパ回路２１の通流率αを高めて、充電電流が略一定になるようにする。

そして、チョッパ回路２１の通流率αが１００％（全導通）となったところで、増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が中間直流回路７の直流電圧Ｖｃ１に達して充電電流が零となった時点で充電信号Ｓｃをオフ状態として増設コンデンサＣｅの充電を完了させる。その後所定時間経過後にスイッチＭＣ２２をオン状態に制御する。
この第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同様に、電源スイッチＭＣ１が投入されると、図６に示すように、第１の初期充電回路５でＡＣ−ＤＣコンバータ６及びＤＣ−ＡＣインバータ８の内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１の初期充電が行われる。

これら内蔵コンデンサＣ１１及びＣ２１のコンデンサ充電電圧Ｖｃ１が所定設定電圧Ｖｃ１ｓに達して初期充電が終了すると、続いて第２の初期充電回路９によって、増設コンデンサＣｅの初期充電が開始される。このとき、第２の初期充電回路９のスイッチＭＣ２１がオン状態に制御されると同時に、初期充電制御回路１３からチョッパ回路２１の半導体スイッチング素子２２に対して充電信号Ｓｃが供給されて増設コンデンサＣｅに対する充電電流が図６（ｅ）に示すように一定に制御される。
このとき、充電開始時には、上述したようにチョッパ回路２１の通流率αを小さくして充電電流を抑制し、その後、コンデンサ充電電圧Ｖｃ２と中間直流回路７の直流電圧Ｖｃ１との差電圧ΔＶｃが小さくなるに応じて通流率αを大きくして充電電流を一定に制御する。

このため、増設コンデンサＣｅの初期充電をチョッパ回路２１によって充電電流を一定にして行うので、図６（ｆ）に示すように、増設コンデンサＣｅのコンデンサ充電電圧Ｖｃ２が直線的に増加し、増設コンデンサＣｅの初期充電を、充電用抵抗を使用する場合に比較して短時間で行うことができる。すなわち、充電用抵抗を使用する場合には、充電電圧の増加に伴って充電電流が指数関数的に減少することになり、増設コンデンサＣｅの初期充電時間が長くなる。しかしながら、チョッパ回路２１を増設コンデンサＣｅの初期充電に使用した場合には、充電電流を一定に制御することができるので、初期充電時間を短縮することができる。

その後、コンデンサ充電電圧Ｖｃ２が時点ｔ４でＡＣ−ＤＣコンバータ６の直流出力電圧に達するとチョッパ回路２１の半導体スイッチング素子２２に対する制御信号Ｓｃがオフ状態となり、チョッパ回路２１が停止されるとともに、スイッチＭＣ２２に対してこれをオン状態とする論理値“１”の制御信号Ｓｃ２２が出力される。
なお、上記第２の実施形態においては、第２の初期充電回路９にのみチョッパ回路２１を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の初期充電回路５でも充電用抵抗Ｒ１１に代えてチョッパ回路を適用することができる。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、ＡＣ−ＤＣコンバータ６としてＰＷＭ方式コンバータを適用しているので、コンデンサの電圧が受電電圧の１．３５倍以上になったときに電流制限機能が有効となる場合について説明したが、この電流制限機能が有効になる電圧を増設コンデンサＣｅの初期充電時に通常時の電流制限値より小さい充電用電流制限値を設定して、初期充電電流を抑制することもできる。

１…電力変換装置、２…交流電源、３…入力フィルタ、４…リアクトル、５…第１の初期充電回路、６…ＡＣ−ＤＣコンバータ、７…中間直流回路、８…ＤＣ−ＡＣインバータ、９…第２の初期充電回路、１０…電動モータ、１１…第１の電圧検出器、１２…第２の電圧検出器、１３…初期充電制御装置、２１…チョッパ回路、２２…半導体スイッチング素子、２２…リアクトル、２３…フリーホイールダイオード、ＭＣ１…電源スイッチ、ＭＣ１１，ＭＣ２１，ＭＣ２２…スイッチ、Ｒ１１，Ｒ２１…充電用抵抗、Ｃ１１，Ｃ２１…内蔵コンデンサ、Ｃｅ…増設コンデンサ

Claims (4)

1. 少なくとも直流電力を出力する第１の電力変換部と、
   該第１の電力変換部の出力側に接続された直流を交流に変換する第２の電力変換部と、
   前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部の少なくとも一方の直流回路部に介挿されたコンデンサと、
   前記第１の電力変換部及び前記第２の電力変換部間の中間直流回路に増設された増設コンデンサと、
   前記内蔵コンデンサの初期充電を行う第１の初期充電回路と、
   前記中間直流回路を電源として前記増設コンデンサの初期充電を行う第２の初期充電回路とを備え、
   前記第２の初期充電回路は、前記第１の初期充電回路による前記内蔵コンデンサの充電が完了した後に前記増設コンデンサの充電を行うように構成されている
   ことを特徴とする電力変換装置の初期充電装置。
2. 前記第２の初期充電回路は、入力側スイッチと、該入力側スイッチと直列に接続された充電用抵抗とスイッチとの並列回路とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の初期充電装置。
3. 前記第２の初期充電回路は、入力側スイッチと、該入力側スイッチと緒列に接続されたチョッパ回路とスイッチとの並列回路とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の初期充電装置。
4. 前記第１の電力変換装置をＰＷＭコンバータで構成し、前記第２の初期充電回路による付加コンデンサの初期充電時に前記ＰＷＭコンバータの電流制限値を通常値より小さい充電用電流制限値に設定することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電力変換装置の初期充電装置。

Images