JP5800133B2 - 電力変換装置およびこれを用いたインバータ装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明に係る第1の実施形態を説明するための図である。図1において、符号1a,1bは直流電圧源、2aはインバータ、3aは制御装置、Lfはリアクトル、Cfはコンデンサである。以下において、リアクトルLfのインダクタンス値をL[H]、コンデンサCfのキャパシタンス値をC[F]とする。
本図において、それぞれの制御信号GQU,GQX,GSU,GSXがHighのとき、対応するスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxがオン状態にある。一方、それぞれの制御信号GQU,GQX,GSU,GSXがLowのとき、対応するスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxがオフ状態にある。また、スイッチング素子QuとSxの制御信号GQU,GSXの間には、スイッチング素子QuとSxとが同時にオンしないように休止時間Tdが設けられている。同様に、スイッチング素子QxとSuの制御信号GQX,GSUの間にも休止時間Tdが設けられている。
図5(a)〜(d)は、第2のモードにおけるスイッチング素子Qu,Qx,Su,Sxの制御信号の関係を説明するための図である。
単相インバータ2b内のスイッチング素子の選択的オンオフ動作により、直流電圧源直列回路の電圧は、正弦波電圧と等価なパルス電圧列に変換される。このパルス電圧列は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路で正弦波状に波形整形された後、電動機4bに印加される。
制御装置3bは、単相インバータ2b内のスイッチング素子を選択的にオンオフさせるための制御信号を生成する。制御装置3bで生成される制御信号は、電流検出器5bから出力される電動機電流に相当する信号を参照して、電動機4bに供給される電流が所定値となるように調整されている。
単相インバータ2bは、第1の実施形態で示したインバータ2aを1相分のスイッチングアームとし、このスイッチングアーム2つを用いて2相のスイッチングアームを構成した単相インバータである。
双方向スイッチ回路Suxの一端は交流端子Uに接続されている。双方向スイッチ回路Svyの一端は、交流端子Vに接続されている。また、双方向スイッチ回路Sux,Svyのそれぞれの他端は、中性点端子Mに接続されている。
また、図7の単相インバータ2bは、スイッチング素子の一つであるIGBTを用いて構成したものである。しかし、スイッチング素子は高周波数でオンオフ動作を行うことができるものであれば良く、例えばトランジスタ、MOSFETまたはSiC半導体のいずれであっても良い。
制御装置3bは単相インバータ2b内のスイッチング素子Qu,Qx,Qv,Qy,Su,Sx,Sv,Syを選択的にオンオフ動作させるための制御信号GQU,GQX,GSU,GSX,GQV,GQY,GSV,GSYを生成する。制御装置3bが生成する制御信号GQU,GQX,GSU,GSXの間の関係と、制御信号GQV,GQY,GSV,GSYの間の関係は、それぞれ図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示す制御信号の関係と同じである。
図8は、第3の実施形態を説明するための図である。この第3の実施形態は、第1の実施形態で示したスイッチングアームとフィルタ回路を三相インバータに適用して電動機の入力端子に生じるサージ電圧を低減するものである。
三相インバータ2c内のスイッチング素子の選択的オンオフ動作により、直流電圧源直列回路の電圧は、正弦波電圧と等価なパルス電圧列に変換される。このパルス電圧列は、リアクトルLfとコンデンサCfとからなるフィルタ回路で正弦波状に波形整形された後、電動機4cに印加される。
制御装置3cは、三相インバータ2c内のスイッチング素子を選択的にオンオフさせるための制御信号を生成する。制御装置3cで生成される制御信号は、電流検出器5cから出力される電動機電流に相当する信号を参照して、電動機4cに供給される電流が所定値となるように調整されている。
三相インバータ2cは、第1の実施形態で示したインバータ2aを1相分のスイッチングアームとし、このスイッチングアーム3つを用いて三相のスイッチングアームを構成した三相インバータである。
制御装置3cは三相インバータ2c内のスイッチング素子Qu,Qx,Qv,Qy,Qw,Qz,Su,Sx,Sv,Sy,Sw,Szを選択的にオンオフ動作させるための制御信号GQU,GQX,GSU,GSX,GQV,GQY,GSV,GSY,GQW,GQZ,GSW,GSZを生成する。制御装置3cが生成する制御信号GQU,GQX,GSU,GSXの間の関係、制御信号GQV,GQY,GSV,GSYの間の関係およびGQW,GQZ,GSW,GSZの間の関係は、それぞれ図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示す制御信号の関係と同じである。
なお、三相を超える多相インバータであっても、第3の実施形態と同様に各相のスイッチングアームおよびフィルタ回路を構成し、各スイッチング素子の制御信号を図3(a)〜(d)、図5(a)〜(d)に示すように生成して各スイッチング素子のオンオフ動作を行えば、電動機の入力端子に生じるサージ電圧を抑制することができる。
フィルタ回路の共振周期Tfは、上記のとおりリアクトルLfのインダクタンス値L[H]の平方根に正比例する。したがって、リアクトルLfのインダクタンス値L[H]の平方根に正比例するように時間T1,T2を調節すれば、共振電圧が効果的に打消される。また、リアクトルLfのインダクタンス値L[H]に時間T1,T2の二乗値が正比例するように調節しても、共振電圧が効果的に打消される。
Claims (10)
- 直列に接続された第1の直流電圧源と第2の直流電圧源とからなる直流電圧源直列回路の両端に接続される正側端子と負側端子と、
前記第1の直流電圧源と前記第2の直流電圧源との直列接続点に接続される中性点端子と、
前記正側端子と前記負側端子との間に直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなるスイッチング素子直列回路と、
前記の第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との直列接続点に接続される交流端子と、
前記中性点端子と前記交流端子との間に接続される双方向スイッチ回路と、
リアクトルの一端とコンデンサの一端とが接続されてなり、前記リアクトルの他端が前記交流端子に接続され前記コンデンサの他端が前記中性点端子に接続されるフィルタ回路と、
を備え、
前記交流端子の電位を前記正側端子の電位から前記負側端子の電位に切り換えるとき
および前記交流端子の電位を前記負側端子の電位から前記正側端子の電位に切り換えるとき、一旦、前記交流端子に前記中性点端子の電位を出力し、この中性点端子の電位を出力する時間を前記フィルタ回路が有する共振周期の1/2の時間とすることを特徴とする電力変換装置。 - 前記交流端子に前記中性点端子の電位を出力する時間の間、前記双方向スイッチ回路は双方向に導通可能な状態を維持し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。
- 前記交流端子に前記中性点端子の電位を出力する時間は、前記フィルタ回路を構成する前記リアクトルに流れる電流値に応じて変化することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記双方向スイッチ回路は、逆耐圧を有するスイッチング素子を逆並列に接続してなることを特徴とする請求項1乃至請求項3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回路は、ダイオードを逆並列接続されたスイッチング素子を逆直列に接続してなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記スイッチング素子直列回路および前記双方向スイッチ回路を構成するスイッチング素子は、SiC半導体であることを特徴とする請求項4または請求項5のいずれかに記載の電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて2相のスイッチングアームを構成してなる単相インバータ装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて2相のスイッチングアームを構成してなる単相コンバータ装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて3相以上のスイッチングアームを構成してなる多相インバータ装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置を用いて3相以上のスイッチングアームを構成してなる多相コンバータ装置。
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