JP7244378B2 - 電力変換装置及びその制御方法 - Google Patents

電力変換装置及びその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7244378B2
JP7244378B2 JP2019132085A JP2019132085A JP7244378B2 JP 7244378 B2 JP7244378 B2 JP 7244378B2 JP 2019132085 A JP2019132085 A JP 2019132085A JP 2019132085 A JP2019132085 A JP 2019132085A JP 7244378 B2 JP7244378 B2 JP 7244378B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switch
voltage
smoothing capacitor
converter
closed state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019132085A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021019377A (ja
Inventor
眞一 堀越
幸次郎 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2019132085A priority Critical patent/JP7244378B2/ja
Priority to CN202010651235.2A priority patent/CN112242793A/zh
Priority to US16/925,155 priority patent/US11171573B2/en
Priority to DE102020004166.3A priority patent/DE102020004166A1/de
Publication of JP2021019377A publication Critical patent/JP2021019377A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7244378B2 publication Critical patent/JP7244378B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/1555Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with control circuit
    • H02M7/1557Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with control circuit with automatic control of the output voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34Snubber circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36Means for starting or stopping converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34Snubber circuits
    • H02M1/348Passive dissipative snubbers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。
特許文献1には、コンバータの入力電圧が設定値以上である場合に当該コンバータのスイッチングを停止する電力変換装置が開示されている。特許文献1によれば、電気部品の破壊の防止に寄与することができる。
特開2019-13148号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、コンバータに備えられたスイッチング素子等の破壊を必ずしも良好に防止し得ない。
本発明の目的は、スイッチング素子等の破壊を良好に防止し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することにある。
本発明の一態様による電力変換装置は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。
本発明の他の態様による電力変換装置の制御方法は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップとを有し、前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。
本発明によれば、スイッチング素子等の破壊を良好に防止し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することができる。
一実施形態による電力変換装置の構成を示す図である。 図2A及び図2Bは、開閉器を開状態から閉状態に遷移させた際における各部の電圧の変化の例を示す図である。 一実施形態による電力変換装置の動作を示すフローチャートである。 一実施形態の変形例による電力変換装置の構成を示す図である。
本発明による電力変換装置及びその制御方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
[一実施形態]
一実施形態による電力変換装置及びその制御方法について図1~図3を用いて説明する。図1は、本実施形態による電力変換装置の構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態による電力変換装置10には、コンバータ12が備えられている。コンバータ12は、交流電源14から開閉器16を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ12は、例えば公知のパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)コンバータであるが、これに限定されるものではない。
交流電源14は、例えば、多相の相電圧を供給する多相交流電源、より具体的には、3相交流電源であるが、これに限定されるものではない。交流電源14は、例えば、120度ずつ位相がずれたU相、V相及びW相の電圧を供給し得る。
開閉器16は、交流電源14から電力変換装置10への交流電圧の供給をオン/オフするためのものである。開閉器16としては、例えば、電磁接触器、ブレーカ等を用い得るが、これに限定されるものではない。
電力変換装置10には、フィルタ24が更に備えられている。フィルタ24は、開閉器16とコンバータ12との間に備えられている。フィルタ24は、コンバータ12側から交流電源14側に伝達されるノイズを除去し得るとともに、交流電源14側からコンバータ12側に伝達されるノイズを除去し得る。
コンバータ12には、整流回路30が備えられている。整流回路30は、交流電源14から開閉器16を介して供給される交流電圧を直流電圧に整流する。
整流回路30には、交流電源14の各相に対応して、パワー素子部32U、32V、32Wが備えられている。
U相に対応したパワー素子部32Uには、上アーム側のダイオード36Uuと、下アーム側のダイオード36Udと、上アーム側のスイッチング素子(半導体スイッチング素子)34Uuと、下アーム側とスイッチング素子34Udとが備えられている。
V相に対応したパワー素子部32Vには、上アーム側のダイオード36Vuと、下アーム側のダイオード36Vdと、上アーム側のスイッチング素子34Vuと、下アーム側とスイッチング素子34Vdとが備えられている。
W相に対応したパワー素子部32Wには、上アーム側のダイオード36Wuと、下アーム側のダイオード36Wdと、上アーム側のスイッチング素子34Wuと、下アーム側とスイッチング素子34Wdとが備えられている。
上アーム側のダイオード一般について説明する際には、符号36uを用い、個々の上アーム側のダイオードについて説明する際には、符号36Uu、36Vu、36Wuを用いる。また、下アーム側のダイオード一般について説明する際には、符号36dを用い、個々の下アーム側のダイオードについて説明する際には、符号36Ud、36Vd、36Wdを用いる。
スイッチング素子一般について説明する際には、符号34を用い、個々のスイッチング素子について説明する際には、符号34Uu、34Ud、34Vu、34Vd、34Wu、34Wdを用いる。また、上アーム側のスイッチング素子一般について説明する際には、符号34uを用い、個々の上アーム側のスイッチング素子について説明する際には、符号34Uu、34Vu、34Wuを用いる。また、下アーム側のスイッチング素子一般について説明する際には、符号34dを用い、個々の下アーム側のスイッチング素子について説明する際には、符号34Ud、34Vd、34Wdを用いる。スイッチング素子34は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を用い得るが、これに限定されるものではない。FET(Field Effect Transistor)をスイッチング素子34として用いるようにしてもよい。
上アーム側のダイオード36uと、下アーム側のダイオード36dとは、互いに直列に接続されている。上アーム側のダイオード36uのカソードは、一方の出力線42uに接続されている。上アーム側のダイオード36uのアノードは、下アーム側のダイオード36dのカソードに接続されている。下アーム側のダイオード36dのアノードは、他方の出力線42dに接続されている。
上アーム側のスイッチング素子34uと、下アーム側のスイッチング素子34dとは、互いに直列に接続されている。上アーム側のスイッチング素子34uの第1端子は、上アーム側のダイオード36uのカソードに接続されている。スイッチング素子34が例えばIGBTである場合、第1端子はコレクタであり、スイッチング素子34が例えばFETである場合、第1端子はソース/ドレインの一方である。上アーム側のスイッチング素子34uの第2端子は、上アーム側のダイオード36uのアノードに接続されている。スイッチング素子34が例えばIGBTである場合、第2端子はエミッタであり、スイッチング素子34が例えばFETである場合、第2端子はソース/ドレインの他方である。下アーム側のスイッチング素子34dの第1端子は、下アーム側のダイオード36dのカソードに接続されている。下アーム側のスイッチング素子34dの第2端子は、下アーム側のダイオード36dのアノードに接続されている。
上アーム側のダイオード36Uuのアノードと、上アーム側のスイッチング素子34Uuの第2端子と、下アーム側のダイオード36Udのカソードと、下アーム側のスイッチング素子34Udの第1端子とに接続されたノード38Uには、U相の電圧、即ち、U相電圧が供給される。
上アーム側のダイオード36Vuのアノードと、上アーム側のスイッチング素子34Vuの第2端子と、下アーム側のダイオード36Vdのカソードと、下アーム側のスイッチング素子34Vdの第1端子とに接続されたノード38Vには、V相の電圧、即ち、V相電圧が供給される。
上アーム側のダイオード36Wuのアノードと、上アーム側のスイッチング素子34Wuの第2端子と、下アーム側のダイオード36Wdのカソードと、下アーム側のスイッチング素子34Wdの第1端子とに接続されたノード38Wには、W相の電圧、即ち、W相電圧が供給される。
電力変換装置10には、平滑コンデンサ18が更に備えられている。平滑コンデンサ18は、コンバータ12の後段に備えられている。平滑コンデンサ18の一端は、一方の出力線42uに接続されている。平滑コンデンサ18の他端は、他方の出力線42dに接続されている。平滑コンデンサ18は、コンバータ12から出力される直流電圧、即ち、整流回路30によって整流された直流電圧を平滑化する。
電力変換装置10には、抵抗器20が更に備えられている。抵抗器20は、一方の出力線42uに設けられている。抵抗器20は、コンバータ12と平滑コンデンサ18との間に位置している。抵抗器20の一端は、一方の出力線42uを介して、上アーム側のダイオード36u及び上アーム側のスイッチング素子34uに電気的に接続されている。抵抗器20の他端は、一方の出力線42uを介して、平滑コンデンサ18の一端に接続されている。
電力変換装置10には、スイッチ22が更に備えられている。スイッチ22は、抵抗器20に対して並列に接続されている。スイッチ22は、抵抗器20の両端を短絡し得る。スイッチ22が閉じられた際には、抵抗器20の両端が短絡された状態となる。スイッチ22が開かれた際には、抵抗器20の両端が短絡されていない状態となる。
スイッチ22が開かれている状態で、交流電圧から直流電圧への変換がコンバータ12によって開始される。このため、交流電圧から直流電圧への変換がコンバータ12によって開始された際に、平滑コンデンサ18に大きな突入電流が流入するのを、抵抗器20によって抑制することができる。平滑コンデンサ18に十分な電荷が充電された後には、スイッチ22は閉じられる。
フィルタ24には、リアクトル46U、46V、46Wが備えられている。リアクトル46U、46V、46Wの一端は、フィルタ24の一方の入出力端子44U、44V、44Wにそれぞれ接続されている。フィルタ24の一方の入出力端子44U、44V、44Wには、交流電源14からの交流電圧が開閉器16を介してそれぞれ供給される。
フィルタ24には、リアクトル48U、48V、48Wが更に備えられている。リアクトル46U、46V、46Wの他端は、リアクトル48U、48V、48Wの一端にそれぞれ接続されている。リアクトル48U、48V、48Wの他端は、フィルタ24の他方の入出力端子50U、50V、50Wにそれぞれ接続されている。フィルタ24の他方の入出力端子50U、50V、50Wには、ノード38U、38V、38Wがそれぞれ接続されている。
フィルタ24には、抵抗器52U、52V、52Wが更に備えられている。抵抗器52U、52V、52Wは、共振現象を抑制するための抵抗器であるダンピング抵抗器である。リアクトル46U、46V、46Wの他端と、リアクトル48U、48V、48Wの一端とに接続されたノード53U、53V、53Wは、抵抗器52U、52V、52Wの一端にそれぞれ接続されている。
フィルタ24には、コンデンサ54U、54V、54Wが更に備えられている。コンデンサ一般について説明する際には、符号54を用い、個々のコンデンサについて説明する際には、符号54U、54V、54Wを用いる。コンデンサ54U、54V、54Wの一端は、抵抗器52U、52V、52Wの他端にそれぞれ接続されている。
フィルタ24には、抵抗器56U、56V、56Wが更に備えられている。抵抗器一般について説明する際には、符号56を用い、個々の抵抗器について説明する際には、符号56U、56V、56Wを用いる。抵抗器56U、56V、56Wは、コンデンサ54U、54V、54Wに対してそれぞれ並列に接続されている。抵抗器56U、56V、56Wは、コンデンサ54U、54V、54Wに蓄えられた電荷を放電させるためのものである。
コンデンサ54U、54V、54Wの他端は、互いに接続されている。
電力変換装置10には、電圧センサ(検出部)28が更に備えられている。電圧センサ28の一方の入力端子は、平滑コンデンサ18の一端に接続されている。電圧センサ28の他方の入力端子は、平滑コンデンサ18の他端に接続されている。電圧センサ28は、平滑コンデンサ18の電圧、即ち、平滑コンデンサ18の両端の電圧を検出し得る。
電力変換装置10には、PWM制御回路29が更に備えられている。PWM制御回路29は、コンバータ12をPWM制御するためのものである。具体的には、PWM制御回路29は、制御部64から供給される信号(指令)に基づいて、スイッチング素子34の第3端子(ゲート)に電圧を印加することによって、スイッチング素子34をスイッチングする。PWM制御回路29は、スイッチング素子34を適宜スイッチングすることにより、出力電圧の調整、即ち、平滑コンデンサ18の両端の電圧の調整等を行い得る。
電力変換装置10には、制御装置26が更に備えられている。制御装置26は、電力変換装置10の全体の制御を司る。制御装置26には、演算部58と、記憶部60とが備えられている。演算部58は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等によって構成され得るが、これに限定されるものではない。記憶部60には、例えば、不図示の揮発性メモリと、不図示の不揮発性メモリとが備えられている。揮発性メモリとしては、例えばRAM(Random Access Memory)等が挙げられる。不揮発性メモリとしては、例えばROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等が挙げられる。プログラム、データ、テーブル等が、記憶部60に記憶され得る。
演算部58には、判定部62と、制御部64とが備えられている。判定部62と、制御部64とは、記憶部60に記憶されているプログラムが演算部58によって実行されることによって実現され得る。
判定部62は、平滑コンデンサ18の両端の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。具体的には、判定部62は、電圧センサ28から供給される情報に基づいて、平滑コンデンサ18の両端の電圧を判定する。電圧閾値は、平滑コンデンサ18の電圧が十分に大きい状態であるか否かを判定するための閾値である。
制御部64は、開閉器16の開閉を制御し得る。開閉器16が閉じられると、交流電源14から供給される交流電圧が、開閉器16とフィルタ24とを介してコンバータ12に供給される状態となる。開閉器16が開かれると、フィルタ24及びコンバータ12に交流電圧が供給されない状態となる。
制御部64は、スイッチ22の開閉を制御し得る。上述したように、スイッチ22が閉じられると、抵抗器20の両端が短絡された状態となる。上述したように、スイッチ22が開かれると、抵抗器20の両端が短絡されていない状態となる。
制御部64は、例えば、不図示の電圧センサ、電流センサ等によって取得される情報等に基づいて、PWM制御回路29に供給する信号(指令)を生成し得る。制御部64は、PWM制御回路29を用いてスイッチング素子34を適宜スイッチングすることにより、出力電圧の調整、即ち、平滑コンデンサ18の両端の電圧の調整等を行い得る。
コンデンサ54の両端には、3相交流の線間電圧に応じた電圧が印加される。コンデンサ54には、印加された当該電圧に応じた電荷が蓄えられる。開閉器16が閉状態から開状態に遷移すると、当該タイミングにおいてコンデンサ54に蓄えられている電荷が抵抗器56を介して放電され始める。開閉器16が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間が比較的短い段階においては、コンデンサ54に蓄えられている電荷が十分に放電しきらず、コンデンサ54の両端の電圧は大きい状態のままである。開閉器16を開状態から閉状態に遷移させると、共振電圧がフィルタ24において生じ得る。開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短く、しかも、開閉器16を開状態に遷移させた際における線間電圧の位相と、開閉器16を閉状態に戻した際における線間電圧の位相とが逆である場合には、共振電圧のピークが著しく大きくなり得る。ピークの著しく大きい共振電圧がスイッチング素子34に印加された場合には、当該スイッチング素子34が破壊される虞がある。
ところで、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合には、平滑コンデンサ18の電圧は大きい状態のままである。抵抗器20をスイッチ22によって短絡するようにすれば、共振電圧のピークは、平滑コンデンサ18の電圧にクランプされるため、著しく大きくはならない。そこで、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合、即ち、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上である場合には、スイッチ22を閉じた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる。なお、スイッチ22を閉じた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させても、平滑コンデンサ18の電圧が大きいため、大きな突入電流が平滑コンデンサ18に流れることはない。
図2A及び図2Bは、開閉器を開状態から閉状態に遷移させた際における各部の電圧の変化の例を示す図である。図2Aには、比較例の場合、即ち、抵抗器20がスイッチ22によって短絡されていない場合の例が示されている。図2Bには、本実施形態の場合、即ち、抵抗器20がスイッチ22によって短絡されている場合の例が示されている。図2A及び図2Bの左側には、開閉器16の出力側の電圧の例が示されている。図2A及び図2Bの右側には、共振電圧の例が示されている。なお、ここでは、説明を簡略化するため、開閉器16を介してフィルタ24に直流電圧を印加した場合の例が示されている。図2A及び図2Bには、平滑コンデンサ18の電圧が十分に大きくなっている場合の例が示されている。
抵抗器20がスイッチ22によって短絡されていない状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させた場合、即ち、比較例の場合には、図2Aに示すように、共振電圧のピークは著しく大きくなる。
一方、抵抗器20がスイッチ22によって短絡されている状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させた場合、即ち、本実施形態の場合には、図2Bに示すように、共振電圧のピークは平滑コンデンサ18の電圧によってクランプされる。
このように、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合、即ち、平滑コンデンサ18の電圧が十分に大きい場合には、スイッチ22を閉じた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる。抵抗器20がスイッチ22によって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサ18の電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、本実施形態によれば、スイッチング素子34等が破壊されるのを良好に防止することができる。
一方、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が十分に長い場合には、コンデンサ54に蓄えられた電荷が抵抗器56を介して十分に放電されるため、コンデンサ54の両端の電圧は十分に小さくなっている。平滑コンデンサ18の両端の電圧が十分に小さくなっていることは、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が十分に長いこと、即ち、コンデンサ54の両端の電圧が十分に小さくなっていることを意味する。コンデンサ54の両端の電圧が十分に小さくなっている場合には、開閉器16を開状態に遷移させた際の電圧の位相と、開閉器16を閉状態に戻した際の電圧の位相とが逆であったとしても、共振電圧のピークは著しく大きくはならない。そこで、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器16を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的長い場合、即ち、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値未満である場合には、スイッチ22を開いた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる。スイッチ22を開いた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させるため、平滑コンデンサ18に大きな突入電流が流れるのを抵抗器20によって防止し得る。
本実施形態による電力変換装置10の動作について図3を用いて説明する。図3は、本実施形態による電力変換装置の動作を示すフローチャートである。図3には開閉器16が閉状態から開状態に遷移した後の動作が示されている。
ステップS1において、制御部64は、開閉器16を開状態から閉状態に遷移させるか否かを判定する。開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる場合(ステップS1においてYES)、ステップS2に遷移する。開閉器16を開状態から閉状態に遷移させない場合(ステップS1においてNO)、図3に示す処理が完了する。
ステップS2において、判定部62は、平滑コンデンサ18の電圧、即ち、平滑コンデンサ18の両端の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上である場合(ステップS2においてYES)、ステップS3に遷移する。平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値未満である場合(ステップS2においてNO)、ステップS4に遷移する。
ステップS3において、制御部64は、スイッチ22を閉じる。スイッチ22が既に閉じられている場合には、制御部64は、スイッチ22が閉じられている状態を維持する。この後、ステップS5に遷移する。
ステップS4において、制御部64は、スイッチ22を開く。スイッチ22が既に開かれている場合には、制御部64は、スイッチ22が開かれている状態を維持する。この後、ステップS5に遷移する。
ステップS5において、制御部64は、開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる。こうして、図3に示す処理が完了する。
このように、本実施形態によれば、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値未満である場合には、スイッチ22を開いた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させ、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上である場合には、スイッチ22を閉じた状態で開閉器16を開状態から閉状態に遷移させる。本実施形態によれば、コンデンサ54の両端の電圧が大きい場合には、抵抗器20がスイッチ22によって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサ18の電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、本実施形態によれば、スイッチング素子34等が破壊されるのを良好に防止することができる。
(変形例)
本実施形態の変形例による電力変換装置10について図4を用いて説明する。図4は、本変形例による電力変換装置の構成を示す図である。
本変形例による電力変換装置10は、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上であるか否かを、開閉器16が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するものである。
図4に示すように、本変形例では、電圧センサ28(図1参照)が備えられていない。本実施形態では、演算部58にタイマ66が更に備えられている。タイマ66は、記憶部60に記憶されているプログラムが演算部58によって実行されることによって実現され得る。
制御部64は、開閉器16を閉状態から開状態に遷移させた際、開閉器16を閉状態から開状態に遷移させたことを示す情報をタイマ66に供給する。タイマ66は、開閉器16が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間をカウントする。タイマ66によってカウントされた経過時間は、判定部62に供給される。判定部62は、タイマ66によってカウントされた経過時間に基づいて、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。
本変形例による電力変換装置10の動作は、図3を用いて上述した電力変換装置10の動作と同様であるため、説明を省略する。
このように、平滑コンデンサ18の電圧が電圧閾値以上であるか否かを、開閉器16が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するようにしてもよい。
上記実施形態をまとめると以下のようになる。
電力変換装置(10)は、交流電源(14)から開閉器(16)を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ(12)と、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ(18)と、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器(20)と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチ(22)と、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル(46U、46V、46W、48U、48V、48W)及びコンデンサ(54U、54V、54W)を含み、ノイズを除去するフィルタ(24)と、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部(64)とを備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。このような構成によれば、平滑コンデンサの電圧が十分に大きい場合、即ち、コンデンサの両端の電圧が大きい際には、抵抗器がスイッチによって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサの電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、このような構成によれば、スイッチング素子34等が破壊されるのを良好に防止することができる。
前記平滑コンデンサの前記電圧を検出する検出部(28)を更に有し、前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて判定するようにしてもよい。
前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記開閉器が前記閉状態から前記開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するようにしてもよい。このような構成によれば、平滑コンデンサの電圧を検出する検出部が不要となるため、低コスト化等に寄与することができる。
前記コンバータは、パルス幅変調コンバータであるようにしてもよい。
電力変換装置の制御方法は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップ(S2)と、前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップ(S5)とを有し、前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ(S4、S5)、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる(S3、S5)。
10:電力変換装置 12:コンバータ
14:交流電源 16:開閉器
18:平滑コンデンサ
20、52U、52V、52W、56U、56V、56W:抵抗器
22:スイッチ 24:フィルタ
26:制御装置 28:電圧センサ
29:PWM制御回路 30:整流回路
32U、32V、32W:パワー素子部
34Ud、34Uu、34Vd、34Vu、34Wd、34Wu:スイッチング素子
36Ud、36Uu、36Vd、36Vu、36Wd、36Wu:ダイオード
38U、38V、38W、53U、53V、53W:ノード
42d、42u:出力線
44U、44V、44W、50U、50V、50W:入出力端子
46U、46V、46W、48U、48V、48W:リアクトル
54U、54V、54W:コンデンサ 58:演算部
60:記憶部 62:判定部
64:制御部 66:タイマ

Claims (5)

  1. 交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
    前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
    前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、
    前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、
    前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、
    前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる、電力変換装置。
  2. 請求項1に記載の電力変換装置において、
    前記平滑コンデンサの前記電圧を検出する検出部を更に有し、
    前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて判定する、電力変換装置。
  3. 請求項1に記載の電力変換装置において、
    前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記開閉器が前記閉状態から前記開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定する、電力変換装置。
  4. 請求項1~3のいずれか1項に記載の電力変換装置において、
    前記コンバータは、パルス幅変調コンバータである、電力変換装置。
  5. 交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、
    前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップと、
    前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップとを有し、
    前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる、電力変換装置の制御方法。
JP2019132085A 2019-07-17 2019-07-17 電力変換装置及びその制御方法 Active JP7244378B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019132085A JP7244378B2 (ja) 2019-07-17 2019-07-17 電力変換装置及びその制御方法
CN202010651235.2A CN112242793A (zh) 2019-07-17 2020-07-08 电力转换装置及其控制方法
US16/925,155 US11171573B2 (en) 2019-07-17 2020-07-09 Power conversion apparatus and control method of the same
DE102020004166.3A DE102020004166A1 (de) 2019-07-17 2020-07-10 Stromwandlervorrichtung und Steuerverfahren derselben

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019132085A JP7244378B2 (ja) 2019-07-17 2019-07-17 電力変換装置及びその制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021019377A JP2021019377A (ja) 2021-02-15
JP7244378B2 true JP7244378B2 (ja) 2023-03-22

Family

ID=74093417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019132085A Active JP7244378B2 (ja) 2019-07-17 2019-07-17 電力変換装置及びその制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11171573B2 (ja)
JP (1) JP7244378B2 (ja)
CN (1) CN112242793A (ja)
DE (1) DE102020004166A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7311323B2 (ja) * 2019-06-26 2023-07-19 ファナック株式会社 整流装置及びモータ駆動装置
DE102019118927A1 (de) * 2019-07-12 2021-01-14 Vacon Oy Gleichstromzwischenkreisladeanordnung und Verfahren zum Laden eines Gleichstromzwischenkreiskondensators
JP7381236B2 (ja) * 2019-07-24 2023-11-15 ファナック株式会社 電力変換装置及びその制御方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008104276A (ja) 2006-10-18 2008-05-01 Toshiba Schneider Inverter Corp インバータ装置
US20100080022A1 (en) 2008-09-26 2010-04-01 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for pre-charging power converters and diagnosing pre-charge faults
JP2012120376A (ja) 2010-12-02 2012-06-21 Fuji Electric Co Ltd インバータ装置
JP2016077031A (ja) 2014-10-02 2016-05-12 ファナック株式会社 直流リンク残留エネルギーの放電機能を有するモータ制御装置
JP2016152671A (ja) 2015-02-17 2016-08-22 田淵電機株式会社 突入電流保護機能付電源装置
JP2016167948A (ja) 2015-03-10 2016-09-15 ファナック株式会社 順変換器の直流側に接続される直流コンデンサの寿命判定装置
JP2017135955A (ja) 2016-01-29 2017-08-03 ファナック株式会社 放電機能を有するモータ駆動装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995001670A1 (en) * 1993-06-29 1995-01-12 Square D Company Ac to dc power conversion system
US6038155A (en) * 1998-03-31 2000-03-14 International Rectifier Corporation Three phase SCR rectifier bridge with soft start control IC
JP2005117777A (ja) 2003-10-07 2005-04-28 Toshiba Elevator Co Ltd エレベータの電力変換装置
US7511976B2 (en) * 2006-06-27 2009-03-31 Rockwell Automation Technologies, Inc. Self powered supply for power converter switch driver
CN104024029B (zh) 2012-01-05 2017-03-01 株式会社东芝 电动车控制装置以及电动车
JP6462407B2 (ja) 2014-06-23 2019-01-30 東芝キヤリア株式会社 電力変換装置及び電力変換システム
JP7381236B2 (ja) * 2019-07-24 2023-11-15 ファナック株式会社 電力変換装置及びその制御方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008104276A (ja) 2006-10-18 2008-05-01 Toshiba Schneider Inverter Corp インバータ装置
US20100080022A1 (en) 2008-09-26 2010-04-01 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for pre-charging power converters and diagnosing pre-charge faults
JP2012120376A (ja) 2010-12-02 2012-06-21 Fuji Electric Co Ltd インバータ装置
JP2016077031A (ja) 2014-10-02 2016-05-12 ファナック株式会社 直流リンク残留エネルギーの放電機能を有するモータ制御装置
JP2016152671A (ja) 2015-02-17 2016-08-22 田淵電機株式会社 突入電流保護機能付電源装置
JP2016167948A (ja) 2015-03-10 2016-09-15 ファナック株式会社 順変換器の直流側に接続される直流コンデンサの寿命判定装置
JP2017135955A (ja) 2016-01-29 2017-08-03 ファナック株式会社 放電機能を有するモータ駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11171573B2 (en) 2021-11-09
CN112242793A (zh) 2021-01-19
JP2021019377A (ja) 2021-02-15
US20210021205A1 (en) 2021-01-21
DE102020004166A1 (de) 2021-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7244378B2 (ja) 電力変換装置及びその制御方法
KR100633847B1 (ko) 인버터 장치
US11837964B2 (en) Method for detecting low impedance condition at output of electrical converter, control unit, computer program product and electrical converter
KR100471087B1 (ko) 전원공급장치 및 그 제어방법
JP5487746B2 (ja) 逆耐圧を有するigbtの過電流保護回路
JP2016092907A (ja) 半導体装置
CN109600030B (zh) 用于功率装置的母线电容放电方法、***及装置
JP2008079381A (ja) マトリックスコンバータ
US11283367B2 (en) Power conversion apparatus and control method of the same
CN111527684B (zh) 驱动电路内置型功率模块
JP4662022B2 (ja) マトリクスコンバータ
JPWO2018034084A1 (ja) 半導体モジュール、半導体モジュールに使われるスイッチング素子の選定方法、及びスイッチング素子のチップ設計方法
JP2021180562A (ja) 駆動回路内蔵型パワーモジュール
JPH11187651A (ja) 同期整流方式非絶縁型dc−dcコンバータ
JP7099199B2 (ja) 駆動対象スイッチの駆動回路
JP2021035150A (ja) モータ駆動装置
CN211320924U (zh) 硬件快速过压抑制电路
JP2019022348A (ja) スイッチング回路
CN112448603A (zh) 电力转换装置
CN113661643A (zh) 用于在多电平逆变器的交变电流输出端发生瞬态电压变化的情况下进行电流限制的方法以及多电平逆变器
JPH0624393U (ja) Igbtインバータ回路
JP3284526B2 (ja) 瞬時電圧低下補償装置
US11863070B2 (en) DC/DC converter and network feedback unit
KR101960610B1 (ko) 직류 배전 시스템 안정화 장치
JP7154972B2 (ja) インバータ装置、その制御方法及び制御プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220408

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230131

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230207

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7244378

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150