JPH10136656A

JPH10136656A - 電力変換装置の起動方法

Info

Publication number: JPH10136656A
Application number: JP8286380A
Authority: JP
Inventors: Taichiro Tsuchiya; 多一郎土谷; Hideo Okayama; 秀夫岡山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】素子破壊などを未然に防ぐことができる安全
で確実な起動方法を提供すること。【解決手段】この発明に係る電力変換装置の起動方法
は、電力変換装置の通常運転開始前に、スイッチング素
子１をスイッチングさせることによってアノードリアク
トル１４とエネルギー回収回路１５とで構成される閉ル
ープに電流を流しエネルギー回収回路１５のコンデンサ
１６にエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積過程と、
コンデンサ１６に蓄積されたエネルギーをエネルギー回
生回路１８によって直流電源部１００に回生させるエネ
ルギー回生過程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自己消弧型半導
体スイッチング素子によって構成される電力変換装置の
起動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゲートターンオフサイリスタ（以下、Ｇ
ＴＯと略す）に代表されるような高電圧、大電流用途に
適した自己消弧型半導体素子を用いた大容量電力変換装
置の開発が活発に行われている。また、超高電圧分野に
適用される電力変換装置では、複数個ＧＴＯを直列接続
してアームを構成している。

【０００３】図２３は１９９２年電気学会研究会資料Ｓ
ＰＣ−９２−６３「回路解析用のＧＴＯサイリスタモデ
ルと直列接続時の分担電圧の検討」に示された従来の電
力変換装置を示す図である。図において、１ａ、１ｈは
自己消弧型半導体スイッチ素子であるＧＴＯ１ａ、ＧＴ
Ｏ１ｈ、２ａ、２ｈはフリーホイールダイオード、３
ａ、３ｈはスナバコンデンサ４ａ、４ｈ、及びスナバダ
イオード５ａ、５ｈからなるスナバ回路である。１４
ａ、１４ｂはアノードリアクトル、５０ａ、５０ｈはス
ナバ抵抗、５１ａ、５１ｂはリセット抵抗、５２ａ、５
２ｂはリセットダイオードである。

【０００４】まず、ＧＴＯ１のオフ状態からターンオン
した場合の動作について説明する。ＧＴＯ１がオフ状態
からターンオンすると、ＧＴＯ１に電流が流れるように
なる。このとき、電流はアノードリアクトル１４を介し
て流れることにより、ＧＴＯのターンオン時の電流上昇
率ｄｉ／ｄｔが抑制される。また、ＧＴＯ１のオフ時に
スナバコンデンサ４に蓄積されていたエネルギーは、Ｇ
ＴＯ１がオン状態になることにより、スナバコンデンサ
４、スナバ抵抗５０、ＧＴＯ１から成る閉ループのスナ
バ抵抗５０で消費される。

【０００５】次に、ＧＴＯ１のオン状態からターンオフ
した場合の動作について説明する。ＧＴＯ１のオン時に
アノードリアクトル１４に蓄積されていたエネルギー
は、ＧＴＯ１がオフ状態になることにより、アノードリ
アクトル１４、回収ダイオード１７、リセット抵抗５１
から成る閉ループのリセット抵抗５１で消費される。ま
た、ＧＴＯ１がオン状態からターンオフすると、ＧＴＯ
１に電圧がかかるようになる。このとき、ＧＴＯ１によ
って遮断された電流はスナバダイオード５、スナバコン
デンサ４から成る経路にバイパスされ、スナバコンデン
サ４が充電されるので、ＧＴＯ１のターンオフ時の電圧
上昇率ｄｖ／ｄｔが抑制される。

【０００６】電力変換装置にＧＴＯを使用する場合に
は、スイッチング時にＧＴＯにかかるスイッチング責務
を抑制するためにアノードリアクトル及びスナバ回路を
接続する。このアノードリアクトル及びスナバ回路は、
ＧＴＯのターンオン時の電流上昇率ｄｉ／ｄｔ、および
ターンオフ時の電圧上昇率ｄｖ／ｄｔを抑制し、ＧＴＯ
のスイッチング損失を低減する役割を有する。つまり、
ＧＴＯ１のターンオン時には、アノードリアクトル１４
によってＧＴＯ１にかかるｄｉ／ｄｔが抑制され、ター
ンオフ時には、スナバコンデンサ４によってＧＴＯ１に
かかるｄｖ／ｄｔが抑制される。そして、アノードリア
クトル１４とスナバコンデンサ４に蓄積したエネルギー
は、それぞれリセット抵抗５１とスナバ抵抗５０で消費
して次のスイッチングに備えていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の大
容量の電力変換装置においては、スナバ抵抗やリセット
抵抗で消費するエネルギーが大きくなるため、変換効率
低下などの問題が発生する。この問題を解決するために
は、それらのエネルギーを直流電源側に回生することに
よって電力変換装置を高効率化する必要がある。そのエ
ネルギー回生方式の一つとして、アノードリアクトルや
スナバコンデンサに蓄積したエネルギーを一度回収コン
デンサに回収し、エネルギー回生回路によって回収コン
デンサに回収されたエネルギーを直流電源に回生するエ
ネルギー回生方式がある。ただし、このエネルギー回生
方式では、アノードリアクトルのリセット時間に関する
配慮が必要である。ここで、リセット時間は、アノード
リアクトルに流れていた電流が零アンペアになるまでの
時間のことである。

【０００８】従来の大容量の電力変換装置のようにアノ
ードリアクトルを抵抗でリセットする場合には、そのリ
セット時間はアノードリアクトルのインダクタンス値と
リセット抵抗の抵抗値によって決まる。それに対して、
アノードリアクトルの蓄積したエネルギーを回収コンデ
ンサに回収する場合には、そのリセット時間は、回収コ
ンデンサの電圧に依存する。したがって、所定時間内に
アノードリアクトルをリセットすることができる回収コ
ンデンサ電圧が確保されていない状態でＧＴＯをターン
オンした場合には、アノードリアクトルがリセットされ
ないのでＧＴＯにかかるｄｉ／ｄｔを抑制することがで
きず、ＧＴＯが素子破壊に至る可能性がある。そのた
め、アノードリアクトルの蓄積したエネルギーを回収す
る回収コンデンサの電圧は、アノードリアクトルのリセ
ット時間を考慮して設定する必要がある。

【０００９】また、ＧＴＯを駆動するために必要である
ゲートドライブ回路の電源は、従来は低圧側から絶縁変
圧器を介して供給していた。しかし、ＧＴＯを多数個直
列接続してアームを構成した電力変換装置の場合、低圧
側から絶縁変圧器を介してゲートドライブ回路の電源を
供給すると、非常に高耐圧の絶縁変圧器が多数個必要に
なるため、装置が大型化するとか高コスト化するといっ
た問題が発生する。そこで、ゲートドライブ回路の電源
を主回路側から供給する主回路給電方式が必要になる。

【００１０】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、アノードリアクトルやスナバコンデ
ンサに蓄積したエネルギーをエネルギー回生回路によっ
て直流電源に回生し、かつ主回路給電方式によってゲー
トドライブ回路の電源にエネルギーを供給する電力変換
装置に対して、電力変換装置の通常運転開始前にスイッ
チング素子をスイッチングさせることによりアノードリ
アクトルの蓄積したエネルギーを回収コンデンサに回収
し、この回収コンデンサの電圧を所定電圧にすることに
より、素子破壊などを未然に防ぐことができる安全で確
実な起動方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる電力変
換装置の起動方法は、直流電源部と、この直流電源部の
両極間に互いに直列に接続された自己消弧型のスイッチ
ング素子と、このスイッチング素子に逆並列接続された
ダイオードと、スイッチング素子に並列接続されたスナ
バコンデンサ及びスナバダイオードの直列体からなるス
ナバ回路と、直流電源部の両極間にスイッチング素子と
直列に接続されたアノードリアクトルと、このアノード
リアクトルの端子間に接続されたコンデンサ及びダイオ
ードの直列体からなるエネルギー回収回路と、コンデン
サと直流電源部との間に接続されコンデンサに蓄積され
たエネルギーを直流電源部に回生させるエネルギー回生
回路とを有する相を備えた電力変換装置を起動させる電
力変換装置の起動方法において、この電力変換装置の通
常運転開始前に、スイッチング素子をスイッチングさせ
ることによってアノードリアクトルとエネルギー回収回
路とで構成される閉ループに電流を流しエネルギー回収
回路のコンデンサにエネルギーを蓄積させるエネルギー
蓄積過程と、コンデンサに蓄積されたエネルギーをエネ
ルギー回生回路によって直流電源部に回生させるエネル
ギー回生過程とを含んでいる。

【００１２】また、直流電源部と、この直流電源部の両
極間に互いに直列に接続された自己消弧型のスイッチン
グ素子と、このスイッチング素子に逆並列接続されたダ
イオードと、スイッチング素子に並列接続されたスナバ
コンデンサ及びスナバダイオードの直列体からなるスナ
バ回路と、直流電源部の両極間にスイッチング素子と直
列に接続されたアノードリアクトルと、このアノードリ
アクトルの端子間に接続されたコンデンサ及びダイオー
ドの直列体からなるエネルギー回収回路と、コンデンサ
と直流電源部との間に接続されコンデンサに蓄積された
エネルギーを直流電源部に回生させるエネルギー回生回
路と、スイッチング素子に並列に接続された初期充電抵
抗及び回収コンデンサの直列体と、回収コンデンサと直
流電源部との間に接続され回収コンデンサに回収された
エネルギーを直流電源部に回生させる回収エネルギー回
生回路及び回収コンデンサとスイッチング素子のゲート
との間に接続され回収コンデンサに回収されたエネルギ
ーをゲートに供給するゲートドライブ回路のいずれか一
方または両方とを有する相を備えた電力変換装置を起動
させる電力変換装置の起動方法において、この電力変換
装置の通常運転開始前に、初期充電抵抗を介して回収コ
ンデンサにエネルギーを蓄積させる過程と、回収コンデ
ンサに蓄積されたエネルギーを回収エネルギー回生回路
によって直流電源部に回生させる第１の回収エネルギー
回生過程及び回収コンデンサに回収されたエネルギーを
ゲートドライブ回路によってゲートに供給する第２の回
収エネルギー回生過程のいずれか一方または両方の回収
エネルギー回生過程と、回収エネルギー回生過程後に、
スイッチング素子をスイッチングさせることによってア
ノードリアクトルとエネルギー回収回路とで構成される
閉ループに電流を流しエネルギー回収回路のコンデンサ
にエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積過程と、コン
デンサに蓄積されたエネルギーをエネルギー回生回路に
よって直流電源部に回生させるエネルギー回生過程とを
含んでいる。

【００１３】さらに、エネルギーを蓄積させる過程は、
電力変換装置の通常運転開始前に、初期充電抵抗を介し
て回収コンデンサにエネルギーを蓄積させると共にスナ
バコンデンサにエネルギーを蓄積させ、エネルギー蓄積
過程は、回収エネルギー回生過程後に、スイッチング素
子をスイッチングさせることによってアノードリアクト
ルとエネルギー回収回路とで構成される閉ループに電流
を流しエネルギー回収回路のコンデンサにエネルギーを
蓄積させると共にスナバコンデンサに蓄積されたエネル
ギーを回収コンデンサに蓄積させる過程である。

【００１４】また、第１の回収エネルギー回生過程は、
回収エネルギー回生回路を駆動させるために回収コンデ
ンサのエネルギーを回収エネルギー回生回路に供給し
て、回収エネルギー回生回路の駆動電源を得た後、回収
コンデンサのエネルギーを回収エネルギー回生回路によ
って直流電源部に回生させる。さらに、第２の回収エネ
ルギー回生過程は、ゲートドライブ回路を駆動させるた
めに回収コンデンサのエネルギーをゲートドライブ回路
に供給して、ゲートドライブ回路の駆動電源を得た後、
回収コンデンサのエネルギーをゲートドライブ回路によ
ってゲートに供給する。

【００１５】また、回収コンデンサの電圧は、回収エネ
ルギー回生回路の駆動電圧またはゲートドライブ回路の
駆動電圧以上、かつ回収エネルギー回生回路の回生動作
開始電圧以下にする。さらに、エネルギー回生過程は、
エネルギー回生回路を駆動させるためにコンデンサのエ
ネルギーをエネルギー回生回路に供給して、エネルギー
回生回路の駆動電源を得た後、コンデンサのエネルギー
をエネルギー回生回路によって直流電源部に回生させ
る。

【００１６】また、コンデンサの電圧はエネルギー回生
回路の駆動電圧以上、かつエネルギー回生回路の回生動
作開始電圧以下にする。さらに、コンデンサの電圧はア
ノードリアクトルが所定時間内にリセットされる電圧以
上、かつエネルギー回生回路の回生動作開始電圧以下に
する。

【００１７】また、エネルギー蓄積過程は、スイッチン
グ素子を駆動させるゲート信号の印加時間がアノードリ
アクトルがリセットされるまでの時間より長くなるよう
に設定する。さらに、エネルギー蓄積過程は、コンデン
サの電圧が所定電圧以下のときにコンデンサにエネルギ
ーを蓄積させる。

【００１８】また、直流電源部に並列に接続された複数
の相を備えた電力変換装置を起動させる電力変換装置の
起動方法において、エネルギー蓄積過程は、電力変換装
置の複数の相から出力される出力線間電圧を零ボルトに
する。さらに、直流電源部に並列に接続された複数の相
を備えた電力変換装置を起動させる電力変換装置の起動
方法において、エネルギー蓄積過程は、電力変換装置の
複数の相から出力される出力線間電圧を電力変換装置の
出力端子に接続される電力系統負荷の線間電圧と等しく
する。さらにまた、電力変換装置の出力端子に接続され
る電力系統負荷の線間電圧に応じてスイッチング素子を
スイッチングさせる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１の電力変換
装置を示す図で、スナバコンデンサ及びアノードリアク
トルに蓄積されたエネルギーを直流電源に回生する電力
変換装置の図である。図において、１ａ、１ｈは自己消
弧型半導体スイッチング素子（ＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１
ｈ）、２ａ、２ｈはＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１ｈに逆並列に
接続されるフリーホイールダイオード、３ａ、３ｈはＧ
ＴＯ１ａ、ＧＴＯ１ｈに並列に接続されスナバコンデン
サ４ａ、４ｈとスナバダイオード５ａ、５ｈの直列回路
で構成されるスナバ回路、そして、６ａ、６ｈは回収コ
ンデンサ７ａ、７ｈ、回収リアクトル８ａ、８ｈ、およ
び回収ダイオード９ａ、９ｈで構成されスナバコンデン
サ４ａ、４ｈに蓄積されたエネルギーを回収コンデンサ
７ａ、７ｈに回収するエネルギー回収回路、１０ａ、１
０ｈは起動時に回収コンデンサ７ａ、７ｈを初期充電す
る初期充電抵抗である。

【００２０】１１ａ、１１ｈは回収コンデンサ７ａ、７
ｈに回収されたエネルギーを直流電源側１００に回生す
るエネルギー回生回路、１２ａ、１２ｈはＧＴＯ１ａ、
ＧＴＯ１ｈを駆動するためのゲートドライブ回路、１３
ａ、１３ｈはゲート制御回路（図示していない）からの
信号をゲートドライブ回路１２ａ、１２ｈに伝送する光
ファイバーである。そして、１４ａ、１４ｂはアノード
リアクトル、１５ａ、１５ｂは回収コンデンサ１６ａ、
１６ｂ、回収ダイオード１７ａ、１７ｂで構成されアノ
ードリアクトル１４ａ、１４ｂのエネルギーを回収コン
デンサ１６ａ、１６ｂに回収するエネルギー回収回路、
１８ａ、１８ｂは回収コンデンサ１６ａ、１６ｂに回収
されたエネルギーを直流電源側１００に回生するエネル
ギー回生回路である。また、１９は出力端子である。

【００２１】なお３０ｂ〜３０ｇの内部構成は、３０
ａ、３０ｈと同じであるので説明を省略する。また、３
１ａはＧＴＯが４個直列接続されている上アーム、３１
ｂはＧＴＯが４個直列接続されている下アーム、４０は
相である。

【００２２】また、多数個のＧＴＯを直列接続してアー
ムを構成した電力変換装置では、低電圧側から絶縁変圧
器などを介してゲートドライブ回路用の電源にエネルギ
ーを供給することが絶縁設計などの問題から非常に困難
である。このため、図１に示したようなゲートドライブ
回路用電源のエネルギーを主回路側から供給する、いわ
ゆる主回路給電方式を採用する必要がある。

【００２３】なお、図１に示した例では、ゲートドライ
ブ回路１２には、回収コンデンサ７に回収したエネルギ
ーの一部を給電している。

【００２４】前述したように３０ａ〜３０ｈは同一な構
成であるので、上アーム３１ａがターンオンやターンオ
フ等の動作をするときの３０ａ〜３０ｄの各回路動作は
同じになる。また、下アーム３１ｂの３０ｅ〜３０ｈに
ついても、それらの各回路動作は全て同じである。した
がって、ここでは３０ａの部分に着目して、基本的な回
路動作を説明する。

【００２５】最初に、ＧＴＯ１ａがオフ状態からターン
オンしたときの動作を説明する。ＧＴＯ１ａがターンオ
ンすると、スナバコンデンサ４ａは図２（ａ）に示す経
路１で放電し、オフ時にスナバコンデンサ４ａに蓄積さ
れていたエネルギーは回収リアクトル８ａに移ると同時
に、回収コンデンサ７ａに回収される。スナバコンデン
サ４ａの放電が完了すると、スナバダイオード５ａが導
通し、回収リアクトル８ａに移されたエネルギーは図２
（ｂ）に示す経路２で回収コンデンサ７ａに回収され
る。つまり、ＧＴＯ１ａのターンオン動作によって、ス
ナバコンデンサ４ａに蓄積されていたエネルギーを回収
コンデンサ７ａに全て回収することができる。

【００２６】次に、ＧＴＯ１ａがオン状態からターンオ
フしたときの動作を説明する。ＧＴＯ１ａがターンオフ
するとＧＴＯ１ａを流れていた電流は、スナバコンデン
サ４ａとスナバダイオード５ａを通る図３（ａ）に示す
経路３にバイパスされ、スナバコンデンサ４ａが充電さ
れる。このとき、スナバコンデンサ４ａは定常オフ時の
分担電圧以上に過充電される。スナバコンデンサ４ａの
過充電分は図３（ｂ）に示す経路４で放電し、そのエネ
ルギーが回収リアクトル８ａに移ると同時に、回収コン
デンサ７ａに回収される。そして、スナバコンデンサ４
ａの電圧が定常分担電圧になると、スナバダイオード５
ａが導通し、回収リアクトル８ａに移されたエネルギー
は図２（ｂ）に示す経路２で回収コンデンサ７ａに回収
される。つまり、ＧＴＯ１ａのターンオフ動作時には、
スナバコンデンサ４ａの過充電分のエネルギーを回収コ
ンデンサ７ａに回収することができる。

【００２７】次に、ＧＴＯ１ａがオフ状態を維持してい
る場合について説明する。ＧＴＯ１ａがオフ状態を維持
している場合には、ＧＴＯ１ａのアノード・カソード間
電圧によって、図４（ａ）に示す経路５にて回収コンデ
ンサ７ａが充電される。このように、初期充電抵抗１０
ａを接続して回収コンデンサ７ａを充電させることによ
り、ゲートドライブ回路１２ａの電源にエネルギーを供
給することができ、最初のスイッチングでＧＴＯ１ａに
与えるオンゲート電流を確保することができる。もし初
期充電抵抗１０ａが接続されていなければ、ＧＴＯ１ａ
のスイッチング開始以前の回収コンデンサ７ａの電圧は
零ボルトとなり、ゲートドライブ回路１２ａの電源にエ
ネルギーを供給することができない。つまり、電力変換
装置を起動させることができない。

【００２８】以上のような回路動作で回収コンデンサ７
ａに回収されたエネルギーは、その一部をゲートドライ
ブ回路１２ａの電源のエネルギーとして供給すると共
に、エネルギー回生回路１１ａによって直流電源側１０
０に回生する。また、エネルギー回生回路１１ａについ
ても、図示していないが制御回路用やスイッチング素子
駆動用などの電源が必要である。しかし、この電源につ
いても、ゲートドライブ回路１２ａの電源と同様な理由
によって低圧側から供給することが困難であるため、通
常主回路給電を行う。つまり、回収コンデンサ７ａに回
収されたエネルギー、すなわちスナバコンデンサ４ａに
蓄積したエネルギーは、このエネルギー回生回路１１ａ
の電源に供給することもできる。

【００２９】図６は本発明の実施の形態１の電力変換装
置を示す図で、複数個のＧＴＯを直列接続してアームを
構成した３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）インバータである。
図において、４０ａ〜４０ｃは直流電源１００に並列に
接続された相で、相４０ａ〜相４０ｃは図１に示した相
４０と同一な回路構成である。１９ａ〜１９ｃは相４０
ａ〜４０ｃからの出力端子、４１は直流電源１００と並
列に接続された直流コンデンサ、そして、４２は出力端
子１９ａ〜１９ｃに直接接続され電力変換装置を起動す
る以前には電圧を持っていないモータ等の負荷である。

【００３０】本実施の形態における電力変換装置の初期
状態は、直流コンデンサ４１、相４０ａ〜４０ｃのスナ
バコンデンサ４、回収コンデンサ７、１６は充電されて
おらず、電圧は全て零ボルトであるとし、各ＧＴＯは全
てオフされているものとする。

【００３１】図７は図６に示した電力変換装置の起動方
法のタイムチャートを示す図である。図において、Ｖｔ
ｈ１は回収コンデンサ７がゲートドライブ回路１２の電
源及びエネルギー回生回路１１の電源にエネルギーを供
給することができる電圧、Ｖｒｇ１はエネルギー回生回
路１１の回生動作開始電圧、Ｖｔｈ２は回収コンデンサ
１６がエネルギー回生回路１８の電源にエネルギーを供
給することができる電圧、Ｖｒｇ２はエネルギー回生回
路１８の回生動作開始電圧である。

【００３２】次に、図６に示した電力変換装置の起動方
法について説明する。まず、直流コンデンサ４１を直流
電源側１００から所定の直流電圧（Ｅボルトとする）ま
で初期充電する。通常運転開始前においては、全てのＧ
ＴＯ１はオフ状態であるので、直流コンデンサ４１がＥ
ボルトまで充電されて定常状態になると、全てのスナバ
コンデンサ４は図４（ｂ）に示した経路６にてＥ／８ボ
ルトまで充電される。そして、回収コンデンサ７は図４
（ａ）に示した経路５で徐々に充電され、図７に示した
ように初期充電開始からある時間経過後、ゲートドライ
ブ回路１２の電源とエネルギー回生回路１１の電源にエ
ネルギーを供給することができる電圧Ｖｔｈ１に達す
る。その後、さらに回収コンデンサ７は充電されてい
き、回生動作開始電圧Ｖｒｇ１に達する。そして、その
後、エネルギー回生回路１１で回収コンデンサ７に回収
したエネルギーを直流電源側１００に回生する。ここ
で、回生動作開始電圧Ｖｒｇ１はＶｔｈ１以上に設定す
るものとする。このように、エネルギー回生回路１１の
回生動作開始電圧Ｖｒｇ１をＶｔｈ１以上に設定するこ
とによって、ゲートドライブ回路１２の電源とエネルギ
ー回生回路１１の電源に供給するためのエネルギーを確
保しつつ、それ以上のエネルギーについては直流電源側
１００に回生させることができる。

【００３３】このようにして直流コンデンサ４１の初期
充電を行うと、各相には図４（ｂ）で示した経路６で電
流が流れ、スナバコンデンサ４がＥ／８ボルトまで充電
されるが、通常の電力変換装置では、この充電は数秒オ
ーダーの時定数で充電される。この充電時には図４
（ｂ）に示した経路６を流れる電流は小さく、スナバコ
ンデンサ４の電圧がＥ／８ボルトに達した後に、図５
（ａ）に示した経路７に還流する電流値も小さくなる。
そのため、エネルギー回収後の回収コンデンサ１６の電
圧はごく低い値となる。

【００３４】また、ＧＴＯ１がオフ状態を維持している
ときには、アノードリアクトル１４には電圧が印加され
ないため、回収コンデンサ７で行っているような初期充
電を回収コンデンサ１６で行うことは不可能で、エネル
ギー回生回路１８の電源にエネルギーを供給することも
できない。このように、ＧＴＯ１をスイッチングする以
前には、回収コンデンサ１６を初期充電することが不可
能であるため、アノードリアクトル１４のエネルギー回
生回路１８の電源にエネルギーを供給することができな
い。

【００３５】そこで、以下では通常運転を行う以前に回
収コンデンサ１６にも初期充電ができ、エネルギー回生
回路１８の電源にエネルギーを供給することができる電
力変換装置の起動方法を説明する。なお、ここで言う通
常運転とは、負荷であるモータ４２を駆動する運転、つ
まりモータ４２に電流が流れる運転のことである。図８
に示すように電力変換装置の相電圧が全て等しい場合に
は、線間電圧が全て零ボルトとなるので、負荷であるモ
ータ４２に電流は流れない。したがって、図６に示した
ような電力変換装置では、図８に示したように線間電圧
が全て零ボルトになるようにＧＴＯ１をスイッチングを
するようにすると、モータ４２に電流を流さずに回収コ
ンデンサ７、１６を充電することができる。

【００３６】次に、回収コンデンサ１６の初期充電を行
うことができる電力変換装置の起動方法について説明す
る。はじめに、初期状態について説明する。回収コンデ
ンサ１６の初期充電を行う以前には、直流コンデンサ４
１の初期充電が終了し、その電圧がＥボルトで定常状態
になっており、また回収コンデンサ７も図４（ａ）に示
した経路５にて充電され、ＧＴＯ１のゲートドライブ回
路１２の電源とエネルギー回生回路１１の電源にエネル
ギーを既に供給することができる状態、すなわちＶｔｈ
１以上になっているものとする。さらに、各ＧＴＯは全
てオフされているものとする。以下で説明を行う回路動
作の初期状態としては、前述の状態を仮定する。また、
このような初期状態では回収コンデンサ１６の電圧がご
く低い値であることは既に述べたが、ここでは説明を簡
単にするためにその電圧を零ボルトであると仮定する。

【００３７】まず、図８に示したように、各相のＧＴＯ
１に全て同じゲート信号を与え、３相とも同じ相電圧に
なるようなスイッチングを行う。このとき、図９に示す
ように、時刻ｔ＝ｔ１において上アーム３１ａのＧＴＯ
１をターンオンすると、上アーム３１ａのスナバコンデ
ンサ４はそれぞれ図２（ａ）に示した経路１で放電して
零ボルトになり、下アーム３１ｂのスナバコンデンサ４
は図５（ｂ）で示した経路８でＥ／４ボルトに充電され
る。ここで、スナバコンデンサ４の容量をＣＳ（Ｆ）、
アノードリアクトル１４のインダクタンスをＬＡ（Ｈ）
とすると、この期間において図５（ｂ）に示した経路８
に流れる電流は式（１）、そして、下アーム３１ｂのス
ナバコンデンサ４の各電圧がＥ／４ボルトになるまでの
時間は式（２）で表される。

【００３８】Ｅ／２｛（ＣＳ／４）／（２ＬＡ）｝^1/2ｓｉｎω₁（ｔ−ｔ₁）・・・（１）ここで、ω₁＝１／｛（ＣＳ／４）・２ＬＡ｝^1/2

【００３９】π／（２ω₁）・・・（２）

【００４０】下アーム３１ｂのスナバコンデンサ４の各
電圧がＥ／４ボルトになると、アノードリアクトル１４
を流れている電流は図５（ａ）に示した経路７に還流す
る。そして、回収コンデンサ１６は、アノードリアクト
ル１４の蓄積エネルギーを回収することによって充電さ
れる。このときの還流する電流の初期値は式（１）およ
び式（２）より、式（３）となる。なお、この期間はア
ノードリアクトル１４の電流が零アンペアになると終了
する。

【００４１】Ｅ／２｛（ＣＳ／４）／（２ＬＡ）｝^1/2・・・（３）

【００４２】図５（ａ）に示した経路７を還流していた
電流が零アンペアになると、上アーム３１ａのＧＴＯ１
のターンオンに伴う一連の動作は終了する。そして、こ
のとき充電された回収コンデンサ１６の電圧が、エネル
ギー回生回路１８の電源にエネルギーを供給するために
必要な電圧Ｖｔｈ２に達していない場合には、図９に示
したように時刻ｔ＝ｔ２で上アーム３１ａのＧＴＯ１を
ターンオフし、時刻ｔ＝ｔ３で下アーム３１ｂのＧＴＯ
１をターンオンする。図９に示したゲート信号におい
て、時間（ｔ３−ｔ２）は上下アームの短絡を防止する
ために予め設定された上下アーム短絡防止時間Ｔｄであ
る。そして、図９によると、上アーム３１ａのＧＴＯ１
がターンオンした後、下アーム３１ｂのＧＴＯ１がター
ンオンするまでの時間は（ｔ３−ｔ１）となる。ここ
で、時間（ｔ３−ｔ１）は、式（２）の時間にアノード
リアクトル１４のリセット時間（以下で詳しく説明す
る）を加えた時間より必ず長く設定しておかなければな
らない。

【００４３】ところで、前述した上アーム３１ａのＧＴ
Ｏ１のターンオンに伴う一連の動作時間は、式（２）と
アノードリアクトル１４のリセット時間を足した時間で
あり、これをＴ１とすると、例えば直流電圧Ｅ＝１２０
００Ｖ、ＣＳ＝６μＦ、ＬＡ＝４０μＨ、回収コンデン
サ１６の電圧ＶＣＯ＝０Ｖとすると、Ｔ１≒３３２μｓ
となる。そして、この時間Ｔ１に対して時間（ｔ３−ｔ
１）は必ず長く設定しておかなければならない。先の例
において、もし（ｔ３−ｔ１）＜Ｔ１（＝３３２μｓ）
であれば、アノードリアクトル１４がリセットしていな
い状態で下アーム３１ｂのＧＴＯ１がターンオンするこ
とになる。従って、（ｔ３−ｔ１）＞Ｔ１としなければ
ならない。

【００４４】また、図９に示した時刻ｔ＝ｔ３以降の動
作、すなわち下アーム３１ｂのＧＴＯ１がターンオンし
た後の一連の動作についても、先程と同様に式を導出
し、その動作が終了するまでの時間を計算することが可
能である。したがって、図９に示された時間（ｔ５−ｔ
３）、（ｔ７−ｔ５）などについて、それぞれ異なる時
間を設定することもできる。しかし、先の例において
は、（ｔ３−ｔ１）＝（ｔ５−ｔ３）＝（ｔ７−ｔ５）
＝・・・としておくと、パルス幅変調（ＰＷＭ）にて電
力変換装置を運転する場合には、その変調率を零に設定
すれば図８に示すような信号を得ることができ、そのと
き（ｔ３−ｔ１）＝（ｔ５−ｔ３）＝（ｔ７−ｔ５）＝
・・・となるので、ゲート制御回路などを構成する上で
簡単になる。

【００４５】以後、回収コンデンサ１６の電圧が、最低
でもエネルギー回生回路１８の電源にエネルギーを供給
するために必要な電圧Ｖｔｈ２になるまで、図９に示し
たようなスイッチングを同様に繰り返す。以上のような
スイッチングを行うと、回収コンデンサ７にもエネルギ
ーが回収されるため、その電圧は上昇する。そこで、回
収コンデンサ７の電圧が、エネルギー回生回路１１の回
生動作開始電圧Ｖｒｇ１以上になった場合には、直流電
源側１００にエネルギーを回生するようにする。そし
て、回収コンデンサ１６の電圧が所定電圧Ｖｔｈ２以上
に充電された後に、電力変換装置における通常運転を開
始するようにする。

【００４６】次に、アノードリアクトル１４のリセット
時間について説明する。リセット時間とは、アノードリ
アクトル１４に流れていた電流が図５（ａ）に示した経
路７を還流し、その電流が零アンペアになるまでの時間
である。このリセット時間は、以下で説明するように、
アノードリアクトル１４の電流が還流する直前の回収コ
ンデンサ１６の初期電圧に大きく依存する。まず、その
特性について説明する。

【００４７】図５（ａ）に示した経路７で還流する直前
での時刻（ｔ＝ｔｘ）でのアノードリアクトル１４の初
期電流をＩ１アンペア、アノードリアクトル１４のイン
ダクタンスをＬＡヘンリー、回収コンデンサ１６の初期
電圧をＶ１ボルト、回収コンデンサ１６の容量をＣＯフ
ァラッドとすると、図５（ａ）に示した経路７に流れる
電流は式（４）、その電流が時刻（ｔ＝ｔｘ）から零ア
ンペアになる時刻（ｔ＝ｔｙ）までの時間（ｔｙ−ｔ
ｘ）は式（５）で表される。

【００４８】｛Ｉ₁ ²＋（ω₂・ＣＯ・Ｖ₁）²｝^1/2× ｓｉｎ｛ｔａｎ^-1〔Ｉ₁／（ω₂・ＣＯ・Ｖ₁）〕−ω₂（ｔ−ｔｘ）｝・・・（４）ここで ω₂＝１／（ＬＡ・ＣＯ）^1/2

【００４９】（１／ω₂）ｔａｎ^-1｛Ｉ₁／（ω₂・ＣＯ・Ｖ₁）｝・・・（５）

【００５０】式（５）のアノードリアクトル１４のリセ
ット時間（ｔｙ−ｔｘ）について、具体的な数値を与え
てその特性をグラフ化する。図１０は、ＬＡ＝４０μ
Ｈ、ＣＯ＝１０００μＦ、Ｉ１＝２０００Ａとした場合
における、リセット時間（ｔｙ−ｔｘ）の回収コンデン
サ１６の初期電圧Ｖ１に対する依存性を示すグラフであ
る。図１０に示したようにリセット時間（ｔｙ−ｔｘ）
は、回収コンデンサ１６の初期電圧Ｖ１が高いほど短く
なることが分かる。また、式（５）からも明らかなよう
に、Ｖ１＝０ボルトの場合には、リセット時間はＩ１に
は依存せず、ＬＡおよびＣＯの値のみによって決まる。
そして、そのときのリセット時間が最大値をとることも
分かる。

【００５１】本実施の形態では、回収コンデンサに蓄積
されたエネルギーをゲートドライブ回路及びエネルギー
回生回路の電源の両方に供給すると共に直流電源に回生
させているが、これは特に限定するものではなく一方の
電源のみにエネルギーを供給するようにしてもよい。ま
た、本実施の形態では、出力端子にモータを接続してい
るが、これは特にモータに限定するものではなく、電力
変換装置を起動する以前に電圧を持っていない負荷であ
ればよい。

【００５２】以上のような手順に従えば、ゲートドライ
ブ回路１２の電源やエネルギー回生回路１１、１８の電
源のエネルギーを確保した後に、通常運転を開始するこ
とができる。

【００５３】実施の形態２．図１１は本発明の実施の形
態２の電力変換装置の起動方法のタイムチャートを示す
図である。図において、Ｖｔｈ１は回収コンデンサ７が
ゲートドライブ回路１２の電源及びエネルギー回生回路
１１の電源にエネルギーを供給することができる電圧、
Ｖｒｇ１はエネルギー回生回路１１の回生動作開始電
圧、Ｖｔｈ２は回収コンデンサ１６がエネルギー回生回
路１８の電源にエネルギーを供給することができる電
圧、Ｖｒｇ２はエネルギー回生回路１８の回生動作開始
電圧、Ｖｔｈ３はＶｔｈ２以上Ｖｒｇ２以下の初期充電
電圧である。

【００５４】図７に示した実施の形態１では、回収コン
デンサ１６を、エネルギー回生回路１８の電源にエネル
ギーを供給するために必要な電圧Ｖｔｈ２以上まで初期
充電している。それに対して、本実施の形態では、初期
充電電圧Ｖｔｈ３を以下で述べるような電圧値に設定さ
せることにより、所定時間内に確実にアノードリアクト
ル１４をリセットすることができるようにする。

【００５５】初期充電電圧Ｖｔｈ３の設定方法を説明す
る。アノードリアクトル１４のリセット時間が回収コン
デンサ１６の初期電圧に依存することは実施の形態１で
既に説明したが、これは通常運転時においても同様であ
る。そのため、通常運転時の回収コンデンサ１６の電圧
は、想定されるいかなる状態においても、所定時間内に
確実にアノードリアクトル１４をリセットすることがで
きる最低電圧Ｖｔｈ３以上を確保しておく必要がある。

【００５６】例えば、ＰＷＭにて電力変換装置を運転
し、負荷であるモータを駆動する場合の通常運転時に
は、ＰＷＭの最小パルスが出力され、そのときに最大の
負荷電流をＧＴＯ１で遮断したときが、アノードリアク
トル１４のリセット時間の制約に関して想定される最も
厳しい状態になる。しかし、このような状態においても
来るべきＧＴＯ１のターンオンまでには確実にアノード
リアクトル１４をリセットしておく必要があるので、そ
の制約を満足することができるように、回収コンデンサ
１６の最低電圧が初期充電電圧Ｖｔｈ３以上を常に確保
できるようにする必要がある。したがって、このような
場合には、回収コンデンサ１６の初期充電電圧をこの初
期充電電圧Ｖｔｈ３以上に設定する。

【００５７】また、電力変換装置を起動した後の通常運
転のパターンを考慮したときに、前述したような厳しい
状態が起動直後には想定されない場合には、通常運転開
始前に行う回収コンデンサ１６の充電電圧の最低電圧と
して、前述した初期充電電圧Ｖｔｈ３よりも低い電圧を
設定させてもよい。

【００５８】なお、回収コンデンサ１６の初期充電電圧
Ｖｔｈ３をいかなる電圧に設定した場合においても、こ
の初期充電電圧Ｖｔｈ３がエネルギー回生回路１８の電
源にエネルギーを供給するために必要な最低電圧Ｖｔｈ
２以上にはなるようにしておく必要がある。もし、この
ように設定されていない場合には、エネルギー回生回路
１８の電源にエネルギーが確保されていない状態で電力
変換装置を起動することになるからである。

【００５９】次に、図１１に示したタイムチャートを説
明する。図１１に示したように、エネルギー回生回路１
８の回生動作開始電圧Ｖｒｇ２は前述の最低電圧Ｖｔｈ
３以上にしておき、回収コンデンサ１６の電圧がＶｔｈ
３になったときには、回収コンデンサ１６の初期充電動
作を停止する。また、エネルギー回生回路１８の電源に
エネルギーを供給するために必要な最低電圧Ｖｔｈ２
を、前述の最低電圧Ｖｔｈ３以下にしておけば、エネル
ギー回生回路１８の電源に供給するためのエネルギーを
確保しつつ、それ以上のエネルギーについては直流電源
側に回生することができる。

【００６０】実施の形態３．図１２は本発明の実施の形
態３の電力変換装置を示す図である。図において４０ａ
〜４０ｃは直流電源１００に並列に接続された相で、相
４０ａ〜相４０ｃは図１に示した相４０と同一な回路構
成である。１９ａ〜１９ｃは相４０ａ〜４０ｃからの出
力端子、４１は直流電源１００と並列に接続された直流
コンデンサ、そして、４２は出力端子１９ａ〜１９ｃに
遮断器４３を介して接続された負荷であるモータであ
る。

【００６１】上記本発明の実施の形態１では、モータな
どのような電力変換装置を起動する以前には電圧を持っ
ていない負荷が出力端子１９に直接接続されている場合
の電力変換装置の起動方法について説明を行った。それ
に対して、本実施の形態では、図１２に示したように出
力端子１９と負荷との間に遮断器４３が接続され、かつ
通常運転開始前にはこの遮断器４３は開放されている場
合の電力変換装置の起動方法について説明する。なお、
本実施の形態では、通常運転開始前の遮断器４３は開放
されているので、負荷はモータなどに限らず、電力変換
装置を起動する以前から電圧を持っている電力系統など
についても、回収コンデンサ７、１６の初期充電方法は
同じとなる。

【００６２】本実施の形態での初期状態を説明する。本
実施の形態の初期状態では、直流コンデンサ４１は初期
充電が終了し、その電圧がＥボルトで定常状態になって
いるものとし、回収コンデンサ７も図４（ａ）に示した
経路５にて充電され、ＧＴＯ１のゲートドライブ回路１
２の電源とエネルギー回生回路１１の電源にエネルギー
を既に供給することができる状態になっているものとす
る。そして、ＧＴＯ１は全てオフされているものとす
る。また、この初期状態では回収コンデンサ１６の電圧
がごく低い値であることは既に述べたが、ここでも説明
を簡単にするために、この電圧は零ボルトであると仮定
する。

【００６３】本実施の形態では、遮断器４３が開放され
ているので、電力変換装置の出力端子１９にいかなる相
電圧を出力しても、負荷に電圧が印加されることはな
く、負荷電流も流れない。したがって、回収コンデンサ
１６の初期充電を行うスイッチングについては、特に線
間電圧を零ボルトにする必要はなく、前述したアノード
リアクトル１４のリセット時間にさえ注意をすればよ
い。

【００６４】本実施の形態の電力変換装置の起動方法
は、ＧＴＯ１に与えるゲート信号以外は実施の形態１と
同様であるので、その他の説明は省略する。図１３は本
発明の実施の形態３のゲート信号を示す図で、図１３
（ａ）は線間電圧が変化するゲート信号の例を示す図で
ある。ここで、回収コンデンサ１６の初期充電を開始す
るタイミングとして、例えば図１３（ａ）のゲート信号
パルスの立ち上がりを利用する場合を想定する。そのタ
イミングとしては時刻ｔ１〜ｔ６が考えられるが、この
うち時刻ｔ３で初期充電を開始したとする。全てのＧＴ
Ｏ１は、回収コンデンサ１６の初期充電を行う直前に
は、オフ状態を維持しているので、実際に各ＧＴＯ１に
与えられるゲート信号は図１３（ｂ）に示したようなゲ
ート信号になる。この場合には、図中の（ｔ４−ｔ３）
時間内にＷ相のアノードリアクトル１４がリセットされ
ていれば、他の相のアノードリアクトル１４については
リセット時間の問題はないことが分かる。

【００６５】次に、図１３（ａ）に示した時刻ｔ４で初
期充電を開始したとすると、実際に各ＧＴＯ１に与えら
れるゲート信号は図１３（ｃ）のようになるので、Ｖ相
の上アームのＧＴＯ１に与えるゲート信号のパルス幅が
特に短くなることが分かる。そして、図中の（ｔ５−ｔ
４）時間内にアノードリアクトル１４がリセットされて
いないとき、すなわち（ｔ５−ｔ４）＜Ｔ１（Ｔ１は実
施の形態１において定義されたものとする）であるとき
には、Ｖ相の下アームのＧＴＯ１にはターンオン時に高
いｄｉ／ｄｔがかかる可能性がある。したがって、この
ようなタイミングで、回収コンデンサ１６の初期充電動
作を開始しないようにしなければならない。

【００６６】また、回収コンデンサ１６の初期充電を開
始するタイミングとして、ゲート信号パルスの立ち上が
りを利用しないことも可能であるが、その場合において
も、ＧＴＯ１がターンオンしたときに、アノードリアク
トル１４が必ずリセットされていることが必要である。

【００６７】実施の形態１では、線間電圧が零ボルトに
なるようなゲート信号を用いて回収コンデンサ１６を初
期充電しているので、各相の回収コンデンサ１６の電圧
は同時刻において全て等しくなる。しかし、図１３に示
したようなゲート信号を用いて回収コンデンサ１６を初
期充電する場合には、各相の回収コンデンサ１６の電圧
が同時刻において等しくならないので注意する必要があ
る。つまり、ある時刻においてある相の回収コンデンサ
１６が所定電圧に達した場合でも、その時刻に他の相の
回収コンデンサ１６が所定電圧に達しているとは限らな
い。そのため、ある相の回収コンデンサ１６の電圧のみ
を計測し、それを基準として電力変換装置を起動する
と、他相のエネルギー回生回路１８の電源にエネルギー
が供給されていなかったり、通常運転時におけるアノー
ドリアクトル１４のリセット時間の制約が満足されない
などの問題が発生する可能性がある。したがって、図１
３に示したようなゲート信号を用いて回収コンデンサ１
６を初期充電する場合には、全アームの回収コンデンサ
１６の電圧を計測し、全ての回収コンデンサ１６の電圧
が所定電圧以上になった時点で通常運転を開始させるよ
うにする。

【００６８】なお、出力端子１９が遮断器４３によって
負荷側から開放されている場合にも、実施の形態１で示
したように、線間電圧が零ボルトになるゲート信号でＧ
ＴＯ１をスイッチングさせ、回収コンデンサ１６を初期
充電させてもよい。また、その場合においても、アノー
ドリアクトル１４のリセット時間を考慮したゲート信号
を準備する必要があることは言うまでもない。

【００６９】本実施の形態では、出力端子１９が遮断器
４３によって負荷側から開放されている場合には、図１
３に示したように線間電圧が零ボルトにならないような
ゲート信号でＧＴＯ１をスイッチングさせることによっ
て、回収コンデンサ１６を初期充電することができる。
なお、図１３に示したのようなゲート信号は、ＰＷＭで
運転される電力変換装置では通常のゲート制御回路から
容易に得られるもで、回収コンデンサ１６の初期充電用
に特別なゲート制御回路などを準備する必要はなく、電
力変換装置の構成が複雑化するのを防ぐことができる。

【００７０】実施の形態４．図１４は本発明の実施の形
態４の電力変換装置を示す図である。図において４０ａ
〜４０ｃは直流電源１００に並列に接続された相で、相
４０ａ〜相４０ｃは図１に示した相４０と同一な回路構
成である。１９ａ〜１９ｃは相４０ａ〜相４０ｃからの
出力端子、４１は直流電源１００と並列に接続された直
流コンデンサ、そして、４４は出力端子１９ａ〜１９ｃ
に遮断器４３を介して接続された負荷である電力系統で
ある。

【００７１】上記実施の形態１、２では、電力変換装置
に接続される負荷が、モータなどのように電力変換装置
を起動する以前には電圧を持っていない電力変換装置の
起動方法について説明した。これに対して本実施の形態
では、図１４に示したように電力変換装置に接続される
負荷が電力系統、つまり電力変換装置を起動する以前に
電圧を持っている場合の電力変換装置の起動方法につい
て説明する。

【００７２】図１４に示した電力変換装置では、直流コ
ンデンサ４１を初期充電した後、回収コンデンサ１６の
電圧が零ボルトの状態で遮断器４３を投入する場合に
は、負荷である電力系統４４に電力変換装置を接続した
状態で回収コンデンサ１６を初期充電しなければならな
い。

【００７３】はじめに、図１４に示した電力変換装置の
初期状態について説明する。まず、全てのＧＴＯ１はオ
フ状態で、遮断器４３は開放されているものとする。そ
して、直流コンデンサ４１は直流電源側１００から所定
の直流電圧Ｅボルトまで充電され定常状態になっている
ものとする。このとき、全てのＧＴＯ１はオフ状態にあ
るので、全てのスナバコンデンサ４の電圧はＥ／８ボル
トとなる。そして、回収コンデンサ７は図４（ａ）に示
した経路５にて充電され、ＧＴＯ１のゲートドライブ回
路１２の電源とエネルギー回生回路１１の電源にエネル
ギーを供給することができる状態になっているものとす
る。なお、少なくとも直流コンデンサ４１の初期充電が
終了するまでは、遮断器４３は開放されているものとす
る。この状態から遮断器４３を投入し、電力変換装置と
負荷である電力系統４４を接続する。

【００７４】遮断器４３を投入すると、電力変換装置の
線間電圧は系統側の線間電圧に支配されるため、スナバ
コンデンサ４の電圧は系統電圧に同期して変化する。ス
ナバコンデンサ４の電圧が変化すると、回収コンデンサ
７にはエネルギーが回収されるため回収コンデンサ７は
充電されるが、回収コンデンサ１６はほとんど充電され
ない。この理由を次に説明する。

【００７５】前述したように電力変換装置の線間電圧は
系統側の線間電圧に支配されるので、スナバコンデンサ
４の電圧は系統周波数で変動する。ここで、系統周波数
を６０Ｈｚ、アノードリアクトルのインダクタンスを４
０μＨとすると、そのインピーダンスは２×π×６０Ｈ
ｚ×４０μＨ≒０．０１５Ωとなる。したがって、例え
スナバコンデンサ４の電圧変動時に１００Ａの電流が流
れたとしても、回収コンデンサ１６の電圧は１．５Ｖま
でしか上昇しないことになる。また、系統周波数でスナ
バコンデンサ４の電圧が変動する際に、１００Ａの電流
が流れることは通常あり得ず、回収コンデンサ１６の電
圧はほぼ零ボルトのままであると考えることができる。

【００７６】このように、遮断器４３を投入し、電力変
換装置と電力系統４４を接続しただけでは、回収コンデ
ンサ１６を初期充電することができない。そこで、本実
施の形態では、電力変換装置の出力電圧と系統電圧とを
完全に対向させるように電力変換装置のＧＴＯ１をスイ
ッチングすることにより、電力系統４４に対して電力の
供給や消費を行わないように回収コンデンサ１６を充電
する。このようにＧＴＯ１をスイッチングするには、電
力変換装置の出力電圧と系統電圧とが全く同じ電圧にな
るように電力変換装置を制御すればよい。例えばＰＷＭ
を用いて電力変換装置を運転する場合には、系統電圧と
同じ出力電圧となるような変調率を設定すればよい。図
１５は本発明の実施の形態４のＰＷＭの一例を示す図で
ある。図１５に示したＰＷＭの変調率は、電力変換装置
の出力電圧が系統電圧と対向するように設定されている
とする。また、ＰＷＭのキャリア周波数は通常運転時と
同じであるとする。

【００７７】次に、図１４に示した電力変換装置の起動
方法を説明する。ここで、回収コンデンサ１６の初期充
電を開始するタイミングとしては、実施の形態３と同様
にゲート信号パルスの立ち上がりを利用する場合を想定
する。この場合には、以下の注意が必要である。

【００７８】まず、図１５に示した時刻ｔ１のタイミン
グで回収コンデンサ１６の初期充電を開始した場合を考
える。図１６（ａ）は図１５に示したＰＷＭの時刻ｔ１
近傍の拡大図で、図１６（ｂ）は時刻ｔ１で回収コンデ
ンサ１６の初期充電を開始した場合、実際に各ＧＴＯに
与えられるゲート信号の図である。図１６（ｂ）に示し
たようなゲート信号が各相に与えられた場合には、Ｖ相
において（ｔ２−ｔ１）時間内にアノードリアクトル１
４がリセットできないと、時刻ｔ２でターンオンしたＶ
相における上アームのＧＴＯ１には、高いｄｉ／ｄｔが
かかる可能性がある。したがって、このようなタイミン
グでは、回収コンデンサ１６の初期充電を開始させない
ようにする必要がある。

【００７９】次に、図１６（ｂ）に示したゲート信号の
タイミングと異なる時刻ｔ３のタイミングで回収コンデ
ンサ１６の初期充電を開始した場合を考える。図１７
（ａ）は図１５に示したＰＷＭの時刻ｔ３近傍の拡大図
で、図１７（ｂ）は時刻ｔ３で回収コンデンサ１６の初
期充電を開始した場合、実際に各ＧＴＯに与えられるゲ
ート信号の図である。図１７（ｂ）に示したようなゲー
ト信号が各相に与えられる場合には、最初のターンオン
動作から次のターンオン動作までの時間（ｔ４−ｔ
３）、（ｔ５−ｔ３）、（ｔ６−ｔ３）の中で最小とな
るのは、回収コンデンサ１６の初期充電開始タイミング
に利用したＵ相の時間（ｔ４−ｔ３）である。そして、
この時間はＵ相における上アームのＧＴＯ１のターンオ
ン動作に伴う一連の動作時間、すなわちＵ相において下
アームのスナバコンデンサ４がＥ／４ボルトまで充電
し、アノードリアクトル１４がリセットするまでの時間
より長くなければならない。

【００８０】また、電力変換装置の出力端子１９を電力
系統４４に接続している場合には、前述したようにスナ
バコンデンサ４の電圧は系統電圧に同期して変化してい
るので、ターンオンする側のアームのスナバコンデンサ
４の電圧は、回収コンデンサ１６の初期充電を開始する
タイミングによって異なる。そのため、あるタイミング
において回収コンデンサ１６の初期充電を開始した場
合、例えば上アームのＧＴＯ１がターンオンしたとする
と、下アームのスナバコンデンサ４がＥ／４ボルトまで
充電し、アノードリアクトル１４がリセットするまでの
時間についても、そのタイミングにおける下アームのス
ナバコンデンサ４の電圧によって異なる。

【００８１】回収コンデンサ１６の初期充電を開始した
ときのＧＴＯ１のターンオン動作に伴う一連の動作時間
が最も長くなるのは、スナバコンデンサ４が零ボルトか
らＥ／４ボルトまで充電され、その後アノードリアクト
ル１４がリセットする場合である。この最長時間をＴ２
とすると、図１４に示した電力変換装置では、時間Ｔ２
は式（６）により求まる。したがって、例えば図１５に
示した時刻ｔ３のようなタイミングを利用して初期充電
させるときには、（ｔ４−ｔ３）＞Ｔ２の場合にのみ、
回収コンデンサ１６の初期充電を開始するように予め設
定すれば、他相については、（ｔ６−ｔ３）＞（ｔ５−
ｔ３）＞（ｔ４−ｔ３）＞Ｔ２であるので、次のターン
オン動作までには必ずアノードリアクトル１４はリセッ
トされていることになる。

【００８２】｛π／（２ω₁）｝＋｛π／（２ω₂）｝・・・（６）

【００８３】いま、図１５に示した時刻ｔ１のタイミン
グではなく、時刻ｔ３のようなタイミング、例えば図１
５に示した時刻ｔ７のタイミングで回収コンデンサ１６
の初期充電開始タイミングを設定したとする。その場合
には、ｔ７からＶ相では現在設定されている変調率での
最小幅パルスが出力される。このような場合において
も、Ｖ相の次のターンオン動作である上アームにおける
ＧＴＯ１のターンオンまでの時間Ｔ３については、Ｔ３
＞Ｔ２の関係が成立していなければならない。逆に、先
に述べたような初期充電開始タイミングが設定されてい
る場合に、最小幅パルスが出力されるタイミングで回収
コンデンサ１６の初期充電を開始することが可能であれ
ば、他のタイミングにおいても開始可能であると言え
る。

【００８４】なお、ＰＷＭでは、変調率に対して出力さ
れる最小幅パルスを予め計算しておくことができる。ま
た、上下アーム短絡防止時間Ｔｄも予め決まっているの
で、これらからＴ３を求めることが可能である。つま
り、変調率に対するＴ３を予め求めておくことが可能で
ある。

【００８５】ここで、ＰＷＭの変調率に対するＴ３の特
性の一例を説明する。図１８はＰＷＭの変調率に対する
Ｔ３の特性の一例を示す図である。ここでは、ＰＷＭの
キャリア周波数を４５０Ｈｚ、Ｔｄを４０μｓとした。

【００８６】系統電圧が高いときにはＰＷＭの変調率が
大きくなるので、図１８に示したようにＴ３は短くな
る。また、前述したように、Ｔ３＜Ｔ２になると、次の
ＧＴＯ１のターンオンまでにアノードリアクトル１４を
リセットできない場合がある。つまり、この例では、変
調率が０．８以上になるような系統電圧のときには、回
収コンデンサ１６の初期充電を開始することができない
ことが分かる。そして、このような特性を予め把握して
おけば、回収コンデンサ１６の初期充電の開始が可能な
系統電圧の最大値、すなわちＰＷＭの変調率の最大値を
設定することができる。

【００８７】ところで、先の例では系統電圧が高く、Ｐ
ＷＭの変調率が大きいときには、Ｔ３＜Ｔ２となるタイ
ミングでは、回収コンデンサ１６の初期充電を開始しな
いようにしていた。しかし、そのような変調率である場
合にも、Ｔ２以上を確保できるタイミングが他に存在す
れば、そのタイミングから回収コンデンサ１６の初期充
電を開始することができる。

【００８８】具体的には、図１５に示した時刻ｔ７にお
けるタイミングではＴ３＜Ｔ２となるため、回収コンデ
ンサ１６の初期充電を開始することができない場合にお
いても、時刻ｔ８におけるタイミングからであれば初期
充電を開始することが可能な場合がある。ただし、この
ときには、時刻ｔ８におけるタイミングについても、回
収コンデンサ１６初期充電を開始することができる変調
率の最大値を把握しておく必要がある。

【００８９】また、以上の説明では、ＰＷＭのキャリア
周波数は通常運転時と同じであるとしていたが、同じ変
調率でキャリア周波数を低くすると、前述の時間Ｔ３は
長くなる。したがって、回収コンデンサ１６の初期充電
時のキャリア周波数が通常運転時と同じ場合には、初期
充電を開始することができなかったタイミングについて
も、キャリア周波数が低い場合には開始することができ
ることもある。つまり、回収コンデンサ１６の初期充電
時のみ、ＰＷＭのキャリア周波数を低くすれば、変調率
が高い場合にも初期充電を開始することができる。

【００９０】以上のような方法に従って回収コンデンサ
１６を所定電圧まで初期充電した後、電力系統４４に対
して電力の供給や消費を行う通常運転に切り換える。

【００９１】ここで説明した方法に従えば、系統側に影
響を与えずに回収コンデンサ１６を初期充電することが
でき、電力変換装置を安全で確実に起動することができ
る。

【００９２】実施の形態５．図１９は本発明の実施の形
態５の電力変換装置の起動方法のタイムチャートを示す
図である。図において、Ｖｔｈ１は回収コンデンサ７が
ゲートドライブ回路１２の電源及びエネルギー回生回路
１１の電源にエネルギーを供給することができる電圧、
Ｖｒｇ１はエネルギー回生回路１１の回生動作開始電
圧、Ｖｔｈ２は回収コンデンサ１６がエネルギー回生回
路１８の電源を供給することができる電圧、Ｖｒｇ２は
エネルギー回生回路１８の回生動作開始電圧、Ｖｔｈ３
はＶｔｈ２以上Ｖｒｇ２以下の初期充電電圧である。

【００９３】上記実施の形態１〜４では、直流コンデン
サ４１の電圧が零ボルトの状態からの電力変換装置の起
動方法について説明した。それに対して、本実施の形態
では先に説明した方法に従って起動し、その後通常運転
を行った電力変換装置を一度停止させ、ある時間の後、
再度通常運転を行う場合を考える。なお、本実施の形態
では、直流コンデンサ４１の電圧は常に一定に保たれて
いると仮定する。

【００９４】通常運転を行っている状態から通常運転を
停止させると、通常運転時におけるＧＴＯ１のスイッチ
ングに伴う回収コンデンサ７、１６へのエネルギーの供
給がなくなる。しかし、この場合にでも回収コンデンサ
７からゲートドライブ回路１２とエネルギー回生回路１
１の電源に、また回収コンデンサ１６からエネルギー回
生回路１８の電源に無負荷電力を供給し続けるので、そ
れぞれの回収コンデンサの電圧は低下する。ただし、直
流コンデンサ４１の電圧は常にＥボルトを保っているの
で、回収コンデンサ７は図４（ａ）に示した経路５にて
充電される。このため、回収コンデンサ７の電圧は、前
述の無負荷電力と図４（ａ）に示した経路５にて供給さ
れる電力が等しくなるところで一定値になる。しかし、
回収コンデンサ１６には電力が供給されないために回収
コンデンサ１６の電圧は徐々に低下し、この電圧がＶｔ
ｈ２以下になるとエネルギー回生回路１８の制御回路が
停止する。

【００９５】このような状態から通常運転を再開するた
めには、まず回収コンデンサ１６の初期充電を行い、エ
ネルギー回生回路１８の制御回路を動作させるために必
要な電圧値Ｖｔｈ２を確保し、さらにアノードリアクト
ル１４のリセット時間の制約によって決まる電圧値Ｖｔ
ｈ３を確保する必要がある。そのため、通常運転の再開
指令が出されると、まず回収コンデンサ１６の初期充電
を行い、その後に通常運転を行うことになる。したがっ
て、指令と同時に通常運転を再開することができない。

【００９６】そこで、本実施の形態では図１９のタイム
チャートに示したように、通常運転を停止している期間
において、回収コンデンサ１６の電圧がＶｔｈ３以下に
なった場合には、上記実施の形態１〜４で説明したよう
な初期充電を行う。こうすることによって、電力変換装
置は、常に通常運転を再開できる状態を保つことができ
るので、いつでも指令と同時に通常運転を再開すること
ができる。

【００９７】本実施の形態では、遮断器４３を投入した
状態で初期充電させる方法を説明したが、遮断器４３を
開放したままで、回収コンデンサ１６を所定電圧まで充
電することができる場合には、実施の形態３で説明した
ような回収コンデンサ１６の初期充電方法を適用すれば
よい。

【００９８】実施の形態６．上記実施の形態１〜５で
は、図１に示した回路構成の電力変換装置の起動方法を
説明した。しかし、アノードリアクトル１４の蓄積エネ
ルギーを回収コンデンサ１６に回収し、エネルギー回生
回路１８によって直流電源側１００に回生する電力変換
装置であれば、ＧＴＯを直列接続していない場合につい
ても、回収コンデンサ１６の初期充電方法は基本的に同
じである。したがって、以上で説明した電力変換装置の
起動方法を、他の回路構成の電力変換装置に適用するこ
とは可能である。

【００９９】図２０は本発明の実施の形態６の電力変換
装置を示す図で、スナバコンデンサ及びアノードリアク
トルに蓄積されたエネルギーを直流電源に回生する電力
変換装置の図である。図において、１ａ、１ｈは自己消
弧型半導体スイッチング素子（ＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１
ｈ）、２ａ、２ｈは、ＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１ｈに逆並列
に接続されるフリーホイールダイオード、３ａ、３ｈは
ＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１ｈに並列に接続されスナバコンデ
ンサ４ａ、４ｈとスナバダイオード５ａ、５ｈの直列回
路で構成されるスナバ回路、１０ａ、１０ｈは初期充電
抵抗、１２ａ、１２ｈはＧＴＯ１ａ、ＧＴＯ１ｈを駆動
するためのゲートドライブ回路、１４ａ、１４ｂはアノ
ードリアクトルである。

【０１００】２１ａ、２１ｈは給電コンデンサ、２２
ａ、２２ｂは回収コンデンサ、２３ａ、２３ｈは回収ダ
イオード、２４ａ、２４ｂは回収コンデンサ２２ａ、２
２ｂに回収されたエネルギーを直流電源側１００に回生
するエネルギー回生回路である。また、２５ａ、２５ｈ
は共振コンデンサ、２６ａ、２６ｈは共振リアクトル、
２７ａ、２７ｈ及び２８ａ、２８ｈはダイオードであ
る。なお３０ｂ〜３０ｄの内部構成は３０ａ、３０ｅ〜
３０ｇの内部構成は３０ｈと同じであるので説明を省略
する。また、３１ａは３０ａ〜３０ｄから構成されたＧ
ＴＯが４個直列接続されている上アーム、３１ｂは３０
ｅ〜３０ｈから構成されたＧＴＯが４個直列接続されて
いる下アームである。

【０１０１】図２０に示した電力変換装置では、上アー
ム３１ａのスナバコンデンサ４の蓄積エネルギーとアノ
ードリアクトル１４ａの蓄積エネルギーは回収コンデン
サ２２ａに回収され、下アーム３１ｂのスナバコンデン
サ４の蓄積エネルギーとアノードリアクトル１４ｂの蓄
積エネルギーは回収コンデンサ２２ｂに回収される。つ
まり、図１に示した電力変換装置において回収コンデン
サ１６ａと上アーム３１ａの回収コンデンサ７とに分割
して回収していたエネルギーは、図２０に示した電力変
換装置では一括して回収コンデンサ２２ａに回収され
る。また、図１に示した電力変換装置における回収リア
クトル８の役割は、図２０に示した電力変換装置ではア
ノードリアクトル１４が担っている。

【０１０２】また、図２０に示した電力変換装置では、
ゲートドライブ回路１２の電源のエネルギーは給電コン
デンサ２１より供給している。図１に示した電力変換装
置では、回収コンデンサ７に回収されるスナバコンデン
サ４の蓄積エネルギーの一部をゲートドライブ回路１２
の電源用に供給している。これに対して図２０に示した
電力変換装置では、ゲートドライブ回路１２の電源用に
スナバコンデンサ４の蓄積エネルギーを利用せず、コン
デンサ２５や共振リアクトル２６などで給電コンデンサ
２１にエネルギーを供給している。

【０１０３】回路動作については詳述しないが、図１に
示した電力変換装置における図２（ａ）に示した経路１
に対応する図２０に示した電力変換装置の電流経路は図
２１（ａ）に示した経路９である。ただし、先に述べた
ように図２０に示した電力変換装置では上アーム３１ａ
のスナバコンデンサ４の蓄積エネルギーは一括して回収
コンデンサ２２ａに回収されるので、上アーム３１ａの
ＧＴＯのターンオンに伴う上アーム３１ａスナバコンデ
ンサ４の放電経路は図２１（ｂ）に示した経路１０とな
る。以下、図２（ｂ）、図５（ａ）に示した経路２、経
路７には図２２（ａ）に示した経路１１が対応する。つ
まり、アノードリアクトル１４の蓄積エネルギー回収動
作と電流リセット時間に関しては、図１と図２０に示し
た電力変換装置は等価であることが分かる。

【０１０４】また、ＧＴＯがスイッチングを開始する以
前にゲートドライブ回路１２の電源に供給するエネルギ
ーについては、図１に示した電力変換装置では図４
（ａ）に示した経路５を流れる電流で確保していた。こ
れに対して、図２０に示した電力変換装置では図２２
（ｂ）に示した経路１２を流れる電流で確保している。
つまり、直流コンデンサを零ボルトから所定の直流電圧
まで充電したときの、ゲートドライブ回路の電源供給に
関しても、図１と図２０に示した電力変換装置は等価で
あることが分かる。

【０１０５】以上のことから、上記実施の形態１〜５で
説明した電力変換装置の起動方法を、図１以外の電力変
換装置に適用することができる。

【０１０６】

【発明の効果】請求項１の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、通常運転を開始する以前にコンデンサを所定
電圧に初期充電することができると同時に、コンデンサ
に余剰に蓄積されたエネルギーを直流電源部に回生する
ことができる。

【０１０７】請求項２の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、通常運転を開始する以前に初期充電抵抗を介し
て回収コンデンサを所定電圧に初期充電することができ
る。また、回収コンデンサに余剰に蓄積されたエネルギ
ーは直流電源部に回生するか、もしくはゲートドライブ
回路によって自己消弧型のスイッチング素子のゲートに
供給することができる（併用も可能）。

【０１０８】請求項３の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、コンデンサに回収されたアノードリアクトルの
エネルギーは直流電源部に回生し、回収コンデンサに回
収されたスナバコンデンサのエネルギーは直流電源部に
回生するか、もしくはゲートドライブ回路によって自己
消弧型のスイッチング素子のゲートに供給することがで
きる（併用も可能）。

【０１０９】請求項４の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、回収コンデンサに蓄積されたエネルギーの一部
を回収エネルギー回生回路の駆動電源として供給すると
共に、それ以降回収コンデンサに過剰に蓄積されたエネ
ルギーを直流電源部に回生することができる。

【０１１０】請求項５の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、回収コンデンサに蓄積されたエネルギーの一部
をゲートドライブ回路の駆動電源として供給すると共
に、それ以降回収コンデンサに過剰に蓄積されたエネル
ギーを自己消弧型のスイッチング素子のゲートに供給す
ることができる。

【０１１１】請求項６の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、回収エネルギー回生回路の駆動電源またはゲー
トドライブ回路の駆動電源を確保すると同時に、それ以
降回収コンデンサに過剰に蓄積されたエネルギーは直流
電源部に回生することができる。

【０１１２】請求項７の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、コンデンサに蓄積されたエネルギーの一部をエ
ネルギー回生回路の駆動電源として供給すると共に、そ
れ以降コンデンサに過剰に蓄積されたエネルギーを直流
電源部に回生することができる。

【０１１３】請求項８の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、エネルギー回生回路の駆動電源を確保すると同
時に、それ以降コンデンサに過剰に蓄積されたエネルギ
ーは直流電源部に回生することができる。

【０１１４】請求項９の発明に係る電力変換装置の起動
方法は、コンデンサの電圧を、電力変換装置を通常運転
するときに想定されるいかなる状態においても、アノー
ドリアクトルを所定時間内にリセットすることができる
電圧以上にすることができる。したがって、通常運転を
開始した直後に、アノードリアクトルのリセット時間に
関して最も厳しい状態になった場合にも、確実にアノー
ドリアクトルはリセットされるので、自己消弧型のスイ
ッチング素子にかかるｄｉ／ｄｔは設計値どおりに抑制
され、自己消弧型のスイッチング素子を安全に駆動する
ことができる。

【０１１５】請求項１０の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、自己消弧型のスイッチング素子がターンオン
するまでに、アノードリアクトルをリセットしておくこ
とができる。したがって、ターンオン時、自己消弧型の
スイッチング素子にかかるｄｉ／ｄｔは設計値どおりに
抑制され、自己消弧型のスイッチングを安全に駆動する
ことができる。

【０１１６】請求項１１の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、コンデンサの電圧を常に所定電圧以上に保っ
ておくことができる。したがって、いかなるタイミング
においても、直ちに通常運転を開始することができる。

【０１１７】請求項１２の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、電力変換装置と負荷との間で電力の供給や消
費を行わず、つまり負荷に影響を与えることなくコンデ
ンサ及び回収コンデンサのいずれか一方または両方を所
定電圧に初期充電することができる。

【０１１８】請求項１３の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、電力変換装置と負荷との間で電力の供給や消
費を行わず、つまり負荷に影響を与えることなくコンデ
ンサ及び回収コンデンサのいずれか一方または両方を所
定電圧に初期充電することができる。

【０１１９】請求項１４の発明に係る電力変換装置の起
動方法は、電力系統負荷の線間電圧と電力変換装置の出
力線間電圧とが等しくなるように自己消弧型のスイッチ
ング素子をスイッチングさせるので、電力変換装置と電
力系統負荷との間で電力の供給や消費を行わず、つまり
負荷である電力系統に影響を与えることなくコンデンサ
及び回収コンデンサのいずれか一方または両方を所定電
圧に初期充電することができる。また、自己消弧型のス
イッチング素子をスイッチングさせると、ターンオンし
た際に高いｄｉ／ｄｔがかかるなどして素子が破壊する
可能性があるときには、初期充電を開始しないようにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の電力変換装置の回路
構成図。

【図２】図１に示した電力変換装置の動作を説明する
ための図。

【図３】図１に示した電力変換装置の動作を説明する
ための図。

【図４】図１に示した電力変換装置の動作を説明する
ための図。

【図５】図１に示した電力変換装置の動作を説明する
ための図。

【図６】本発明の実施の形態１の電力変換装置を示す
図。

【図７】図６に示した電力変換装置の起動方法を示す
タイムチャート図。

【図８】図６に示した電力変換装置の線間電圧が零ボ
ルトになる相電圧を示す図。

【図９】図６に示した電力変換装置のゲート信号を示
す図。

【図１０】回収コンデンサの初期電圧に対するアノー
ドリアクトルのリセット時間の特性を示す図。

【図１１】本発明の実施の形態２の電力変換装置の起
動方法を示すタイムチャート図。

【図１２】本発明の実施の形態３の電力変換装置を示
す図。

【図１３】図１２に示した電力変換装置のゲート信号
を示す図。

【図１４】本発明の実施の形態４の電力変換装置を示
す図。

【図１５】図１４に示した電力変換装置のゲート信号
を示す図。

【図１６】図１５で示したゲート信号の拡大図。

【図１７】図１５で示したゲート信号の拡大図。

【図１８】ＰＷＭの変調率に対するＴ３時間の特性を
示す図。

【図１９】本発明の実施の形態５の電力変換装置の起
動方法を示すタイムチャート図。

【図２０】本発明の実施の形態６の電力変換装置の回
路構成図。

【図２１】図２０に示した電力変換装置の動作を説明
するための図。

【図２２】図２０に示した電力変換装置の動作を説明
するための図。

【図２３】従来の電力変換装置を示す図。

【符号の説明】

１自己消弧型半導体素子２フリーホイ
ールダイオード３スナバ回路４スナバコン
デンサ５スナバダイオード６エネルギー
回収回路７回収コンデンサ８回収リアク
トル９回収ダイオード１０初期充電
抵抗１１エネルギー回生回路１２ゲート
ドライブ回路１３光ファイバ１４アノー
ドリアクトル１５エネルギー回収回路１６回収コ
ンデンサ１７回収ダイオード１８エネル
ギー回生回路１９出力端子２１給電コンデンサ２２回収コ
ンデンサ２３回収ダイオード２４エネル
ギー回生回路２５共振コンデンサ２６共振リ
アクトル２７ダイオード２８ダイオ
ード３１ａ上アーム３１ｂ下アー
ム４０相４１直流コ
ンデンサ４２モータ４３遮断器４４電力系統５０スナバ抵抗５１リセッ
ト抵抗５２リセットダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源部と、前記直流電源部の両極間
に互いに直列に接続された自己消弧型のスイッチング素
子と、前記スイッチング素子に逆並列接続されたダイオ
ードと、前記スイッチング素子に並列接続されたスナバ
コンデンサ及びスナバダイオードの直列体からなるスナ
バ回路と、前記直流電源部の両極間に前記スイッチング
素子と直列に接続されたアノードリアクトルと、前記ア
ノードリアクトルの端子間に接続されたコンデンサ及び
ダイオードの直列体からなるエネルギー回収回路と、前
記コンデンサと前記直流電源部との間に接続され前記コ
ンデンサに蓄積されたエネルギーを前記直流電源部に回
生させるエネルギー回生回路とを有する相を備えた電力
変換装置を起動させる電力変換装置の起動方法におい
て、前記電力変換装置の通常運転開始前に、前記スイッチン
グ素子をスイッチングさせることによって前記アノード
リアクトルと前記エネルギー回収回路とで構成される閉
ループに電流を流し前記エネルギー回収回路のコンデン
サにエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積過程と、前
記コンデンサに蓄積されたエネルギーを前記エネルギー
回生回路によって前記直流電源部に回生させるエネルギ
ー回生過程とを含むことを特徴とする電力変換装置の起
動方法。
【請求項２】直流電源部と、前記直流電源部の両極間
に互いに直列に接続された自己消弧型のスイッチング素
子と、前記スイッチング素子に逆並列接続されたダイオ
ードと、前記スイッチング素子に並列接続されたスナバ
コンデンサ及びスナバダイオードの直列体からなるスナ
バ回路と、前記直流電源部の両極間に前記スイッチング
素子と直列に接続されたアノードリアクトルと、前記ア
ノードリアクトルの端子間に接続されたコンデンサ及び
ダイオードの直列体からなるエネルギー回収回路と、前
記コンデンサと前記直流電源部との間に接続され前記コ
ンデンサに蓄積されたエネルギーを前記直流電源部に回
生させるエネルギー回生回路と、前記スイッチング素子
に並列に接続された初期充電抵抗及び回収コンデンサの
直列体と、前記回収コンデンサと直流電源部との間に接
続され前記回収コンデンサに回収されたエネルギーを前
記直流電源部に回生させる回収エネルギー回生回路及び
前記回収コンデンサと前記スイッチング素子のゲートと
の間に接続され前記回収コンデンサに回収されたエネル
ギーを前記ゲートに供給するゲートドライブ回路のいず
れか一方または両方とを有する相を備えた電力変換装置
を起動させる電力変換装置の起動方法において、前記電力変換装置の通常運転開始前に、前記初期充電抵
抗を介して前記回収コンデンサにエネルギーを蓄積させ
る過程と、前記回収コンデンサに蓄積されたエネルギー
を回収エネルギー回生回路によって直流電源部に回生さ
せる第１の回収エネルギー回生過程及び前記回収コンデ
ンサに回収されたエネルギーをゲートドライブ回路によ
ってゲートに供給する第２の回収エネルギー回生過程の
いずれか一方または両方の回収エネルギー回生過程と、
前記回収エネルギー回生過程後に、前記スイッチング素
子をスイッチングさせることによって前記アノードリア
クトルとエネルギー回収回路とで構成される閉ループに
電流を流し前記エネルギー回収回路のコンデンサにエネ
ルギーを蓄積させるエネルギー蓄積過程と、前記コンデ
ンサに蓄積されたエネルギーをエネルギー回生回路によ
って前記直流電源部に回生させるエネルギー回生過程と
を含むことを特徴とする電力変換装置の起動方法。
【請求項３】エネルギーを蓄積させる過程は、電力変
換装置の通常運転開始前に、初期充電抵抗を介して回収
コンデンサにエネルギーを蓄積させると共にスナバコン
デンサにエネルギーを蓄積させ、エネルギー蓄積過程
は、回収エネルギー回生過程後に、スイッチング素子を
スイッチングさせることによってアノードリアクトルと
エネルギー回収回路とで構成される閉ループに電流を流
し前記エネルギー回収回路のコンデンサにエネルギーを
蓄積させると共に前記スナバコンデンサに蓄積されたエ
ネルギーを前記回収コンデンサに蓄積させる過程である
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の起動方
法。
【請求項４】第１の回収エネルギー回生過程は、回収
エネルギー回生回路を駆動させるために回収コンデンサ
のエネルギーを前記回収エネルギー回生回路に供給し
て、前記回収エネルギー回生回路の駆動電源を得た後、
前記回収コンデンサのエネルギーを前記回収エネルギー
回生回路によって直流電源部に回生させることを特徴と
する請求項２または請求項３記載の電力変換装置の起動
方法。
【請求項５】第２の回収エネルギー回生過程は、ゲー
トドライブ回路を駆動させるために回収コンデンサのエ
ネルギーを前記ゲートドライブ回路に供給して、前記ゲ
ートドライブ回路の駆動電源を得た後、前記回収コンデ
ンサのエネルギーを前記ゲートドライブ回路によってゲ
ートに供給することを特徴とする請求項２〜４にいずれ
か１項記載の電力変換装置の起動方法。
【請求項６】回収コンデンサの電圧は、回収エネルギ
ー回生回路の駆動電圧またはゲートドライブ回路の駆動
電圧以上、かつ前記回収エネルギー回生回路の回生動作
開始電圧以下にすることを特徴とする請求項２〜５のい
ずれか１項記載の電力変換装置の起動方法。
【請求項７】エネルギー回生過程は、エネルギー回生
回路を駆動させるためにコンデンサのエネルギーを前記
エネルギー回生回路に供給して、前記エネルギー回生回
路の駆動電源を得た後、前記コンデンサのエネルギーを
前記エネルギー回生回路によって直流電源部に回生させ
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の
電力変換装置の起動方法。
【請求項８】コンデンサの電圧はエネルギー回生回路
の駆動電圧以上、かつ前記エネルギー回生回路の回生動
作開始電圧以下にすることを特徴とする請求項１〜７の
いずれか１項記載の電力変換装置の起動方法。
【請求項９】コンデンサの電圧はアノードリアクトル
が所定時間内にリセットされる電圧以上、かつエネルギ
ー回生回路の回生動作開始電圧以下にすることを特徴と
する請求項１〜７のいずれか１項記載の電力変換装置の
起動方法。
【請求項１０】エネルギー蓄積過程は、スイッチング
素子を駆動させるゲート信号の印加時間がアノードリア
クトルがリセットされるまでの時間より長くなるように
設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項
記載の電力変換装置の起動方法。
【請求項１１】エネルギー蓄積過程は、コンデンサの
電圧が所定電圧以下のときに前記コンデンサにエネルギ
ーを蓄積させることを特徴とする請求項１〜１０のいず
れか１項記載の電力変換装置の起動方法。
【請求項１２】直流電源部に並列に接続された複数の
相を備えた請求項１または請求項２記載の電力変換装置
を起動させる電力変換装置の起動方法において、エネルギー蓄積過程は、前記電力変換装置の複数の相か
ら出力される出力線間電圧を零ボルトにすることを特徴
とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の電力変換装
置の起動方法。
【請求項１３】直流電源部に並列に接続された複数の
相を備えた請求項１または請求項２記載の電力変換装置
を起動させる電力変換装置の起動方法において、エネルギー蓄積過程は、前記電力変換装置の複数の相か
ら出力される出力線間電圧を前記電力変換装置の出力端
子に接続される電力系統負荷の線間電圧と等しくするこ
とを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の電
力変換装置の起動方法。
【請求項１４】電力変換装置の出力端子に接続される
電力系統負荷の線間電圧に応じてスイッチング素子をス
イッチングさせることを特徴とする請求項１３記載の電
力変換装置の起動方法。