JP7304322B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図1に示すように、電力変換装置10は、電力変換部20と、制御装置50と、を備える。電力変換部20は、端子21a~21cを含む。電力変換部20は、端子21a~21cを介して、交流回路1に接続される。この例のように、電力変換部20は、変圧器2を介して、交流回路1に接続されてもよい。交流回路1は、たとえば、交流電源や交流負荷、送電線等を含むことができる。交流回路1は、たとえば、三相交流の電力系統である。
図2(a)および図2(b)は、単位変換器30の回路構成を示している。図2(a)は、ハーフブリッジ形式の主回路の例を示しており、図2(b)は、フルブリッジ形式の主回路の例を示している。
図2(a)に示すように、単位変換器30は、スイッチング素子31a,31bと、逆導通ダイオード32a,32bと、コンデンサ33と、を含む。スイッチング素子31a,31bは、直列に接続されている。スイッチング素子31a,31bの直列回路では、スイッチング素子31a(第1スイッチング素子)は、高電位側に接続され、スイッチング素子31b(第2スイッチング素子)は、低電位側に接続される。スイッチング素子31a,31bは、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。後述するフルブリッジ形式の主回路の場合であっても、スイッチング素子は、電圧駆動型のスイッチング素子であればよく、IGBTに限らず、MOSFETでもよい。
図3には、スイッチング素子31bのための駆動回路35の一部が模式的に示されている。図3は、駆動回路35の動作の概念を説明するための図であり、駆動回路35内のレベルシフト回路等の構成は省略されている。
図3に示すように、駆動回路35は、この例では、駆動回路35は、インバータ351,353、AND回路352a,352b、駆動トランジスタ354a,354bおよびバイパス時駆動トランジスタ356を含んでいる。
図4(a)および図4(b)は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的な回路図である。
図4(a)は、逆導通ダイオード32aに電流が流れている状態を示している。逆導通ダイオード32aに流れる電流は矢印によって示されている。図4(b)は、逆導通ダイオード32aに電流が流れている期間に、バイパス動作によってスイッチング素子31bがターンオンした状態を示している。端子30aに流入する電流が、逆導通ダイオード32aからスイッチング素子31bに転流することが矢印によって示されている。
図5を用いて、過電圧保護オン指令によって、スイッチング素子S2がターンオンし、逆導通ダイオードD1がターンオフする場合の動作についてより詳細に説明する。
図5に示すように、時刻t1よりも前の期間では、逆導通ダイオードD1に電流が流れている。時刻t1までの期間で、コンデンサ33は、iD1によって充電され、コンデンサ33の両端の電圧は、上昇を続ける。
本実施形態の電力変換装置10では、バイパス動作時のスイッチング素子31bにオン時間を、通常動作時のスイッチング素子31bのオン時間よりも遅く設定している。そのため、バイパス動作時に逆導通ダイオード32aの両端に発生するサージ電圧を抑制することができ、サージ電圧による逆導通ダイオードD1の破損事故を防止することができる。一方、通常の動作時では、スイッチング素子31bのオン時間およびオフ時間は、十分高速に設定されるので、単位変換器30の効率を十分に高めることが可能になる。
Claims (6)
- 直列に接続された複数の単位変換器を含む電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御装置と、
を備え、
前記複数の単位変換器は、
第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に直列に接続された第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子に逆並列に接続された第1ダイオードと、
前記第2スイッチング素子に逆並列に接続された第2ダイオードと、
前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子の直列回路に並列に接続されたコンデンサと、
をそれぞれ含み、
前記複数の単位変換器のそれぞれは、
前記コンデンサの両端の電圧値が所定の過電圧しきい値よりも低い場合に、前記第1スイッチング素子および前記第2スイッチング素子のスイッチング動作によって前記コンデンサの両端電圧を制御する通常動作をし、
前記コンデンサの両端の電圧値が前記過電圧しきい値以上となった場合に、バイパス動作のために前記第1スイッチング素子をオフし、前記第2スイッチング素子をオンし、
前記バイパス動作時の前記第2スイッチング素子のオンするときの前記第2スイッチング素子に流れる電流のdi/dtは、前記通常動作時の前記第2スイッチング素子のオンするときの前記第2スイッチング素子に流れる電流のdi/dtよりも小さく設定された電力変換装置。 - 前記バイパス動作時の前記第2スイッチング素子のオン時間は、前記通常動作時の前記第2スイッチング素子のオン時間よりも遅く設定された請求項1記載の電力変換装置。
- 前記第2スイッチング素子は、電圧駆動型のスイッチング素子であり、
前記複数の単位変換器は、
前記第2スイッチング素子を駆動する駆動回路をそれぞれ含み、
前記駆動回路は、前記バイパス動作時に前記第2スイッチング素子を駆動する電流値を、
前記通常動作時に前記第2スイッチング素子を駆動する電流値よりも小さく設定された請求項2記載の電力変換装置。 - 前記駆動回路は、
前記通常動作において、前記第2スイッチング素子をターンオンするように設けられた第1駆動トランジスタと、
前記バイパス動作において前記第2スイッチング素子をターンオンするように設けられた第2駆動トランジスタと、
前記第1駆動トランジスタと前記第2スイッチング素子のゲートとの間に設けられた第1抵抗器と、
前記第2駆動トランジスタと前記第2スイッチング素子のゲートとの間に設けられた第2抵抗器と、
を含み、
前記第2抵抗器の抵抗値は、前記第1抵抗器の抵抗値よりも大きい値に設定された請求項3記載の電力変換装置。 - 前記複数の単位変換器は、
前記コンデンサの両端の電圧を検出して前記両端の電圧が前記過電圧しきい値以上であるか否かを判定し、前記通常動作および前記バイパス動作を切り替える制御回路をそれぞれ含む請求項1~4のいずれか1つに記載の電力変換装置。 - 前記複数の単位変換器のそれぞれにおいて、前記コンデンサの両端の電圧を検出し、
前記制御装置は、前記両端の電圧が前記過電圧しきい値以上であるか否かを判定し、判定結果にもとづいて、前記通常動作および前記バイパス動作を切り替える制御回路を含む請求項1~4のいずれか1つに記載の電力変換装置。
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