WO2017122317A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
Definitions
- the present invention relates to a power converter having an AC-DC converter that converts an input AC voltage from an AC power source into a DC voltage, such as an uninterruptible power supply and a motor drive device, and in particular, initial charging of a smoothing capacitor of a DC intermediate circuit
- the present invention relates to a circuit and a discharge circuit of a smoothing capacitor when the apparatus is stopped.
- a power converter having an AC-DC converter that converts an input AC voltage from an AC power source into a DC voltage, a rectifier circuit using a semiconductor element that constitutes the AC-DC converter, and a DC load circuit (inverter and AC)
- a smoothing capacitor is connected to the DC intermediate circuit between the AC input side of the rectifier circuit and the AC power supply, and a cutoff device is provided to cut off the circuit.
- the smoothing capacitor When starting up the power converter, the smoothing capacitor must be initially charged in advance to avoid an excessive inrush current flowing from the AC power source to the smoothing capacitor via the rectifier circuit. In addition, when the power converter is stopped, the residual energy of the smoothing capacitor must be discharged for safety.
- a second rectifier circuit is provided for initial charging, a smoothing capacitor is connected to the DC output side of the second rectifier circuit, and the second rectifier circuit It is also known to perform initial charging of a smoothing capacitor by connecting a series circuit of a charging switch and a charging resistor to the AC input side (see, for example, Patent Document 2). *
- FIG. 7 shows a conventional power converter having such a charge / discharge circuit.
- the power conversion apparatus 20 has an input side connected to an AC power source 21 via a circuit breaker 22 and an output side connected to an AC motor 23.
- the power conversion device 20 includes an input-side rectifier 24, an output-side inverter 25, a smoothing capacitor 26 connected to a DC intermediate circuit between the rectifier 24 and the inverter 25, and a smoothing capacitor 26. And a charge / discharge control circuit 30.
- a series circuit of a resistor 31 and a diode 32 is inserted and connected to a DC circuit on the positive electrode side connecting the rectifying unit 24 and the smoothing capacitor 26, and a switch 33 is connected in parallel to the series circuit.
- a common connection point between the resistor 31 and the diode 32 is connected to a DC circuit on the negative electrode side connecting the rectifying unit 24 and the smoothing capacitor 26 via the transistor 34.
- the charge / discharge control of the smoothing capacitor 26 is performed as follows. That is, by first turning on the circuit breaker 22 at the time of starting, a charging current flows through the path of the AC power source 21 ⁇ the circuit breaker 22 ⁇ the rectifying unit 24 ⁇ the resistor 31 ⁇ the diode 32 ⁇ the DC capacitor 26, and the smoothing capacitor 26 is initially charged. Is done. After the initial charging is completed, the resistor 31 is short-circuited by turning on the switch 33 and the inverter unit 25 is operated. Then, the main circuit current flows through the bypass path (main electric circuit) by the switch 33.
- the voltage of the smoothing capacitor 26 is adjusted by the on / off control of the transistor 34. That is, for example, when the capacitor voltage reaches the upper limit value, the transistor 34 is turned on. As a result, the discharge current of the smoothing capacitor 26 flows through the path of the smoothing capacitor 26 ⁇ switch 33 ⁇ resistor 31 ⁇ transistor 34 ⁇ smoothing capacitor 26. Reaches the lower limit value, the transistor 34 is returned to the off state.
- the technical method of charge / discharge control of the smoothing capacitor 26 employed in the conventional power converter shown in FIG. 7 is the initial charge of the smoothing capacitor at the start and the residual energy of the smoothing capacitor at the stop, which are the objects of the present invention. It is conceivable to use or divert to a charge / discharge circuit for discharging. That is, it is conceivable to use the discharge circuit of the smoothing capacitor 26 in the regenerative operation mode for residual energy discharge when the power converter is stopped.
- the switch means 33 through which the load current flows is additionally connected in order to use one resistor for both the initial charging of the smoothing capacitor and the residual energy discharge during the stop. There is a need.
- a circuit configuration described in Patent Document 4 is known as a circuit system that also uses one resistor for initial charging of a smoothing capacitor and for discharging residual energy when stopped.
- a diode, a resistor, a charging switch, and a discharging switch are connected between two phases of a three-phase AC power source and a smoothing capacitor.
- the smoothing capacitor is charged from a single-phase AC power supply via a diode and a resistor.
- the charging current flows once in one cycle of the AC power supply, and the smoothing capacitor is charged in a short time.
- it is necessary to select components that can flow a large current with a large peak value as a diode, resistor, and charging switch, which has the disadvantage that the device is large and expensive.
- An object of the present invention is to share a single resistor that does not require a large current to flow for initial charge at start-up and for residual energy discharge at stop for charging and discharging a smoothing capacitor of a power converter.
- a large capacity switch means and diode parts through which a large current flows, and there is no need to additionally connect a large capacity switch means through which a load current flows, thereby reducing the size and weight of the device. It is to enable pricing.
- a power conversion device having an AC-DC converter that converts an input AC voltage from a three-phase AC power source into a DC voltage, and a semiconductor element that constitutes the AC-DC converter
- a first shut-off device connected to shut off the circuit between the three-phase full-wave rectifier circuit and the AC input side; and a first shut-off device connected to shut off the circuit between the smoothing capacitor and the load circuit.
- a second three-phase full-wave rectifier circuit connected to a connection point between the three-phase AC power source and the first breaker, and a DC output side of the second three-phase full-wave rectifier circuit
- a short-circuit device that connects the resistor in parallel to the smoothing capacitor to enable discharge of residual energy of the smoothing capacitor when the power converter is stopped. Achieved by the power converter.
- the resistor is connected to at least one of a positive electrode side and a negative electrode circuit between the second three-phase full-wave rectifier circuit and the smoothing capacitor.
- the resistor is composed of two partial resistors, and each partial resistor is inserted and connected to the positive and negative electric circuits between the second three-phase full-wave rectifier circuit and the smoothing capacitor, respectively. Further, the short-circuit device may be connected between both partial resistors.
- the third shut-off device may be connected to the DC output side of the second three-phase full-wave rectifier circuit, or may be connected to the AC input side. In the case where the third cutoff device is connected to the DC output side of the second three-phase full-wave rectifier circuit, the third cutoff device is connected to the DC output side of the second three-phase full-wave rectifier circuit. What is necessary is just to connect to at least one of the electric circuit of a positive electrode side and a negative electrode side. *
- the short-circuit device is an auxiliary contact attached to a first interrupting device that is closed when the first interrupting device is interrupted.
- the load circuit may be an AC load that is fed via an inverter device.
- the second cutoff device may be connected to the DC input side of the inverter device or may be connected to the AC output side of the inverter device.
- a common circuit is shared between the initial charging circuit of the smoothing capacitor and the discharging circuit of the residual energy of the smoothing capacitor when the device is stopped, that is, a large peak current is generated.
- One resistor that does not need to flow can be shared on the one hand to suppress the inrush current during the initial charging of the smoothing capacitor, and on the other hand to suppress the discharge current of the remaining energy of the smoothing capacitor when the device is stopped. Since there is no need to connect an interrupter that depends on the load current or a diode that carries a large peak current, the number of parts can be reduced and the circuit can be optimized, thus realizing a compact, lightweight, and low-cost power converter. can do.
- FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a power converter according to the present invention.
- FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the power converter according to the present invention.
- FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the power converter according to the present invention.
- FIG. 4 is a circuit diagram showing a fourth embodiment of the power converter according to the present invention.
- FIG. 5 is a circuit diagram showing a fifth embodiment of the power converter according to the present invention.
- FIG. 6 is a circuit diagram showing a sixth embodiment of the power converter according to the present invention.
- FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of a conventional power converter.
- FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
- the power converter shown in FIG. 1 uses a three-phase AC power source 1, a first circuit breaker 2, and a semiconductor element (here, a diode) that constitutes an AC-DC converter as the main circuit for passing a load current.
- the three-phase full-wave rectifier circuit 3, the smoothing capacitor 4 connected to the DC intermediate circuit on the output side of the three-phase full-wave rectifier circuit 3, the load 6, and the DC intermediate circuit and the load 6 are connected. It is comprised with the 2nd interruption
- a second three-phase full-wave rectifier circuit 7 is provided.
- the AC input side of the second three-phase full-wave rectifier circuit 7 is connected to a connection point between the AC power source 1 and the first cutoff device 2.
- one end of one third cutoff device 8 is connected to the positive terminal and the negative terminal thereof.
- the other ends of these interrupting devices 8 are connected to the positive terminal or the negative terminal of the smoothing capacitor 4 via resistors 10 respectively.
- the two resistors 10 function as partial resistors obtained by dividing one charging resistor into two.
- the terminals on the side of each partial resistor 10 facing the breaking device 8 can be short-circuited by the short-circuit device 9 so that these two partial resistors 10 can also function as one discharge resistor.
- each shut-off device and short-circuit device are in an open (off) state.
- the smoothing capacitor 4 is initially charged, if the third breaking device 8 is closed (turned on) in the initial state, the AC power source 1 ⁇ the second three-phase full-wave rectifier circuit 7 ⁇ the third breaking device 8 ⁇ resistor 10 ⁇ smoothing capacitor 4 ⁇ resistor 10 ⁇ third breaker 8 ⁇ second three-phase full-wave rectifier circuit 7 ⁇ initial power supply current flows through the path of AC power source 1 and rushes through resistor 10
- the smoothing capacitor 4 is initially charged with a current that suppresses the current.
- the circuit through which the charging current flows at this time has a configuration in which the third circuit breaker 8 and the resistor 10 are connected between the DC output of the three-phase full-wave rectifier circuit 7 and the smoothing capacitor 4.
- the current value flowing through the diode, the third circuit breaker 8 and the resistor 10 of the three-phase full-wave rectifier circuit 7 is a current having a small peak value. That is, the current period flowing through the three-phase full-wave rectifier circuit is 12 or more times longer than that of the single-phase half-wave rectifier circuit as shown in Patent Document 4, so the current flowing through the diode is a current with a small peak value.
- the current flowing through the diode is a current with a small peak value.
- the value of the current flowing through the third circuit breaker 8 and the resistor 10 is obtained by dividing the voltage difference between the DC output of the three-phase full-wave rectifier circuit 7 and the smoothing capacitor 4 by the resistance value of the resistor 10. Therefore, as a resistance value, a large resistance value can be selected as compared with the example of Patent Document 4, and as a result, the peak current value becomes small, and a small and low-priced part can be selected.
- the second cutoff device 5 is closed (ON), the third cutoff device 8 is opened (OFF), and power supply to the load 6 is started. *
- the discharging operation of the energy remaining in the smoothing capacitor 4 when the apparatus is stopped during operation will be described.
- the first shut-off device 2 and the second shut-off device 5 are in a closed (on) state
- the third shut-off device 8 and the short-circuit device 9 are in an open (off) state.
- the first shut-off device 2 and the second shut-off device 5 are opened (off), respectively.
- the energy remaining in the smoothing capacitor 4 is discharged through the path of the smoothing capacitor 4 ⁇ the resistor 10 ⁇ the shorting device 9 ⁇ the resistor 10 ⁇ the smoothing capacitor 4 by switching the short-circuit device 9 to the short-circuit (ON) state. Can do. *
- the residual energy when the smoothing capacitor 4 is initially charged and the apparatus is stopped can be obtained by using one common resistor without adding a new interrupting device through which a load current flows. Can be discharged.
- FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
- the third cutoff device 8 is connected to the DC circuit side of the second three-phase full-wave rectifier circuit 7, but as in the second embodiment shown in FIG.
- the same effect can be obtained by connecting the third blocking device 8 to the AC circuit side of the second three-phase full-wave rectifier circuit 7.
- FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
- the third breaking device 8 is connected to both the positive and negative electric circuits of the DC intermediate circuit, but in order to further simplify the circuit configuration, FIG.
- one third breaking device 8 may be connected only to one pole-side electric circuit, for example, the positive-side electric circuit of the DC intermediate circuit.
- one resistor is divided into two partial resistors 10 and each is connected to the electric circuit on the positive side and the negative side of the DC intermediate circuit.
- the resistor 10 that is not divided may be connected to only one electric circuit on the pole side of the DC intermediate circuit, for example, only the electric circuit on the positive electrode side. *
- the third shut-off device 8 when the third shut-off device 8 is closed (turned on) in the initial state, the AC power source 1 ⁇ the second three-phase full-wave rectifier circuit 7 ⁇ the third
- the initial charging current flows through the path of the circuit breaker 8 ⁇ resistor 10 ⁇ smoothing capacitor 4 ⁇ second three-phase full-wave rectifier circuit 7 ⁇ AC power supply 1, and the smoothing capacitor is controlled by the current with the inrush current suppressed by the resistor 10. 4 initial charge can be performed.
- the magnitude of the charging current is a current having a small peak value, and a small and low-priced part can be selected.
- the first shut-off device 2 and the second shut-off device 5 are opened (off), and the short-circuit device 9 is closed (turned on) here, and the energy remaining in the smoothing capacitor 4 is transferred to the smoothing capacitor.
- 4 ⁇ Resistor 10 ⁇ Short-circuit device 9 ⁇ Smoothing capacitor 4 can be discharged through the path.
- the residual energy of the smoothing capacitor 4 can be initially charged and the residual energy when the apparatus is stopped by using one common resistor without newly adding a cutoff device through which a load current flows. Discharge can be performed.
- FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 4 shows an advantageous embodiment of the power conversion device according to the invention.
- the circuit configuration of FIG. 4 differs from the circuit configuration of FIG. 1 only in that the auxiliary contact 11 of the first breaking device 2 is used instead of the short circuit device 9.
- the first breaker 2 since the first breaker 2 and the short-circuit 9 must not be closed (turned on) at the same time, the first breaker 2 has an auxiliary contact 11 (logically, b contact).
- the auxiliary contact 11 can be used instead of the short-circuit device 9. In general, a large current cannot flow through the auxiliary contact.
- the charging current and the discharging current can be made smaller than those in the prior art, so that the auxiliary contact can be applied. According to this configuration, the number of parts can be reduced and the main switch and the auxiliary contact 11 of the first breaking device 2 are not turned on at the same time, so that malfunction can be prevented.
- FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention
- FIG. 6 shows a modification of the fifth embodiment.
- the load circuit is described as the DC load 6, but this load circuit may be configured by an inverter circuit and an AC load.
- the load circuit is composed of a three-phase inverter circuit 12 and a three-phase AC load 13. *
- a DC interrupter is used as the second interrupter 5.
- a modification using an AC interrupting device as the second interrupting device 5 can be considered. This modification is shown in FIG. According to this, the 2nd interruption
- the second three-phase full-wave rectifier circuit (7) connected to the connection point of the second shut-off device (5) connected for shut-off and the AC power source (1) and the first shut-off device (2).
- the smoothing capacitor (4) between the DC output side of the second three-phase full-wave rectifier circuit (7) and the smoothing capacitor (4).
- a resistor (10) provided in common for initial charging and discharging of the power supply (4) and a second three-phase all-phase to enable initial charging of the smoothing capacitor (4) when starting up the power converter.
- the smoothing capacitor (4) is configured by a short-circuit device (9) that connects the resistor (10) in parallel.
- a part of the circuit is shared by the initial charging circuit of the smoothing capacitor (4) and the discharging circuit of the residual energy of the smoothing capacitor when the device is stopped, that is, 1 One resistor (10) is shared on the one hand to suppress the inrush current during the initial charging of the smoothing capacitor (4) and on the other hand to suppress the discharge current of the residual energy of the smoothing capacitor (4) when the device is stopped.
- an interrupting device that depends on the load current (for example, the switch means 33 in the conventional power converter shown in FIG. 7) or a component having a large peak current allowable value, it is small and lightweight. A low-cost power conversion device can be realized.
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Abstract
【課題】平滑コンデンサの初期充電用と、停止時の放電用とに大電流を流す必要のない1つの抵抗器を共用しながらも、大電流が流れる大容量のスイッチ手段やダイオード部品を用いる必要がなく、負荷電流が流れるスイッチ手段を追加する必要のない、装置の小形化、軽量化、低価格化を可能にする電力変換装置を提供する。【解決手段】三相交流を直流に変換する変換部を構成する第1の三相全波整流回路と、第1の三相全整流回路の直流出力側に接続された電圧平滑用コンデンサと、三相交流電源と第1の三相全波整流回路の交流入力側との間の回路を遮断する第1の遮断装置と、前記平滑コンデンサと負荷回路との間に接続された第2の遮断装置と、三相交流電源と第1の遮断装置との接続点に接続された第2の三相全波整流回路と、第2の三相全整流回路の直流出力側と前記コンデンサとの間に接続された充放電のための抵抗器と、電力変換装置の始動時に第2の三相全整流回路および前記抵抗器を介してコンデンサを三相流電源に接続する第3の遮断装置と、電力変換装置の停止時にコンデンサに抵抗器を並列接続する短絡装置とから構成する。
Description
本発明は、無停電電源装置やモータ駆動装置などの、交流電源からの入力交流電圧を直流電圧に変換する交流-直流変換部を有する電力変換装置に関し、特に直流中間回路の平滑コンデンサの初期充電回路および装置停止時における平滑コンデンサの放電回路に関する。
交流電源からの入力交流電圧を直流電圧に変換する交流-直流変換部を有する電力変換装置においては、交流-直流変換部を構成する半導体素子を用いた整流回路と、直流負荷回路(インバータと交流負荷との組み合わせも含む)との間の直流中間回路に、平滑コンデンサが接続され、その整流回路の交流入力側と交流電源との間に回路を遮断するために遮断装置が設けられている。電力変換装置の始動時には、交流電源から整流回路を介して平滑コンデンサに過大な突入電流が流れるのを回避するために予め平滑コンデンサを初期充電しておかなければならない。また、電力変換装置の停止時には、安全のために平滑コンデンサの残留エネルギーを放電しなければならない。
整流回路の交流入力側に挿入接続された主スイッチに並列に充電用スイッチを介して充電抵抗器を並列接続しておき、主スイッチのオフ状態で充電用スイッチをオンすることにより平滑コンデンサの初期充電を行い、初期充電完了後に主スイッチをオンして充電用スイッチをオフすることにより充電抵抗器を回路から開放して、負荷回路への給電を開始することは公知である(例えば、特許文献1参照)。このように初期充電経路内に充電抵抗器を接続することで、平滑コンデンサの初期電圧が無い状態でも、充電抵抗器により電流ピーク値を所定値に抑えた充電電流で初期充電を行うことができる。平滑コンデンサの初期充電が終了すると充電抵抗器は回路上から開放されるので、交流電源の電力を効率よく負荷回路に伝達することができる。
電力変換装置における主回路電流を流す前記整流回路とは別に、初期充電用に第2の整流回路を設け、第2の整流回路の直流出力側に平滑コンデンサを接続し、第2の整流回路の交流入力側に充電用スイッチと充電抵抗器の直列回路を接続することにより、平滑コンデンサの初期充電を行うことも公知である(例えば、特許文献2参照)。
上記の特許文献1および特許文献2には記載されていないが、電力変換装置の停止時には平滑コンデンサの残留エネルギーを放電するために、平滑コンデンサに並列に放電抵抗器を直接又は放電スイッチを介して接続するのが一般的である。しかし、この場合には、平滑コンデンサのために、充電抵抗器を含む初期充電回路のほかに、放電抵抗器を含む放電回路を電力変換装置に組み込む必要があり、そのために装置が大型化、重量化、コストアップするという問題がある。
さらに、1つの抵抗器を初期充電用と放電用とに共用する充放電回路を有する電力変換装置も公知である(例えば、特許文献3参照)。図7はこの種の充放電回路を有する従来の電力変換装置を示す。電力変換装置20は、入力側を交流電源21に遮断器22を介して接続され、出力側を交流電動機23に接続されている。電力変換装置20は、入力側の整流部24と、出力側のインバータ部25と、整流部24およびインバータ部25の間の直流中間回路に接続された平滑コンデンサ26と、平滑コンデンサ26のための充放電制御回路30とから構成されている。充放電制御回路30では、整流部24と平滑コンデンサ26とを接続する正極側の直流電路に、抵抗器31とダイオード32との直列回路が挿入接続されており、その直列回路に並列にスイッチ33が接続され、抵抗器31とダイオード32との共通接続点が、トランジスタ34を介して整流部24と平滑コンデンサ26とを接続する負極側の直流電路に接続されている。
図7において、平滑コンデンサ26の充放電制御は次のようにして行われる。即ち、始動時に先ず遮断器22を投入することにより、交流電源21→遮断器22→整流部24→抵抗器31→ダイオード32→直流コンデサ26の経路で充電電流が流れ、平滑コンデンサ26の初期充電が行われる。この初期充電の終了後に、スイッチ33をオンすることによって抵抗器31が短絡されると共に、インバータ部25が作動させられると、主回路電流はスイッチ33によるバイパス路(主電路)を通して流れる。インバータ部25が回生動作モードで制御される際にはトランジスタ34のオンオフ制御により、平滑コンデンサ26の電圧調整が行われる。即ち、例えばコンデンサ電圧が上限値に達すればトランジスタ34がオンされ、これによって平滑コンデンサ26→スイッチ33→抵抗器31→トランジスタ34→平滑コンデンサ26の経路で平滑コンデンサ26の放電電流が流れ、コンデンサ電圧が下限値に達するとトランジスタ34がオフ状態に戻される。
図7に示す従来の電力変換装置において採用されている平滑コンデンサ26の充放電制御の技術的手法は、本発明の対象とする始動時における平滑コンデンサの初期充電と停止時における平滑コンデンサの残留エネルギー放電とのための充放電回路に利用もしくは転用することが考えられる。即ち、回生動作モードでの平滑コンデンサ26の放電回路を電力変換装置の停止時の残留エネルギー放電に流用することが考えられる。しかしながら、この従来の技術的手法によれば、平滑コンデンサの初期充電用と停止時の残留エネルギー放電用とに1つの抵抗器を兼用するために、負荷電流が流れるスイッチ手段33を追加で接続する必要がある。従って、このスイッチ手段33は負荷電流相当の電流容量を必要とするので、大容量電力変換装置では、大きな遮断装置が必要となり、装置の小型化、軽量化、低価格化の妨げになる。 また、平滑コンデンサの初期充電用と停止時の残留エネルギー放電用とに1つの抵抗器を兼用した回路方式として、特許文献4に記載された回路構成が知られている。この回路構成は、三相交流電源の二相間と平滑コンデンサとの間にダイオード、抵抗、充電用スイッチ、放電用スイッチを接続する構成である。この回路構成の場合、単相交流電源からダイオードと抵抗を介して平滑コンデンサを充電する動作となるため、交流電源の1周期に1回充電電流を流すことになり、平滑コンデンサを短時間に充電するためには、ダイオード、抵抗、充電用のスイッチとして、ピーク値の大きな大電流を流すことのできる部品を選択する必要があり、装置が大型で高価となる欠点がある。
本発明の課題は、電力変換装置の平滑コンデンサの充放電のために、始動時における初期充電用と、停止時における残留エネルギー放電用とに大電流を流す必要のない1つの抵抗器を共用しながらも、大電流が流れる大容量のスイッチ手段やダイオード部品を用いる必要がなく、負荷電流が流れる大容量のスイッチ手段を追加で接続する必要がなく、それにより装置の小形化、軽量化、低価格化を可能にすることにある。
この課題は、本発明によれば、三相交流電源からの入力交流電圧を直流電圧に変換する交流-直流変換部を有する電力変換装置であって、その交流-直流変換部を構成する半導体素子を用いた第1の三相全波整流回路と、前記第1の三相全波整流回路の直流出力側に接続された電圧平滑用の平滑コンデンサと、前記三相交流電源と前記第1の三相全波整流回路の交流入力側との間に回路を遮断するために接続された第1の遮断装置と、前記平滑コンデンサと負荷回路との間に回路を遮断するために接続された第2の遮断装置と、前記三相交流電源と前記第1の遮断装置の接続点に接続された第2の三相全波整流回路と、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサの初期充電および放電のために共通に設けられた抵抗器と、前記電力変換装置の始動時に前記平滑コンデンサの初期充電を可能にするべく前記第2の三相全波整流回路および前記抵抗器を介して前記平滑コンデンサを交流電源に接続する第3の遮断装置と、電力変換装置の停止時に前記平滑コンデンサの残留エネルギーの放電を可能にするべく前記平滑コンデンサに前記抵抗器を並列接続する短絡装置とを具備することを特徴とする電力変換装置によって達成される。
前記抵抗器は、前記第2の三相全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間の正極側および負極側の電路の少なくとも一方に接続されている。前記抵抗器が2つの部分抵抗器からなり、各部分抵抗器が前記第2の三相全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間の正極側および負極側の電路にそれぞれ挿入接続されている場合には、前記短絡装置が両部分抵抗器の間に接続されているとよい。
前記第3の遮断装置は、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側に接続してもよいし、交流入力側に接続してもよい。第3の遮断装置を前記第2の三相全波整流回路の直流出力側に接続する場合には、前記第3の遮断装置は、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側の正極側および負極側の電路の少なくとも一方に接続すればよい。
有利な実施形態では、前記短絡装置が、前記第1の遮断装置の遮断時に閉成される第1の遮断装置に付設された補助接点である。これによって電力変換装置の主回路が前記第1の遮断装置によって交流電源から遮断された際に、前記第1の遮断装置の補助接点により平滑コンデンサの放電回路に抵抗器が投入されるので、自動的に平滑コンデンサの残留エネルギーの放電が行われる。
前記負荷回路は、インバータ装置を介して給電される交流負荷であってもよい。この場合に、前記第2の遮断装置は、インバータ装置の直流入力側に接続してもよいし、インバータ装置の交流出力側に接続してもよい。
本発明による電力変換装置の回路構成によれば、平滑コンデンサの初期充電回路と装置停止時の平滑コンデンサの残留エネルギーの放電回路とにおいて、一部回路を共通化すること、即ち、大きなピーク電流を流す必要のない1つの抵抗器を、一方では平滑コンデンサの初期充電時の突入電流を抑えるために、他方では装置停止時に平滑コンデンサの残留エネルギーの放電電流を抑えるために共用することができ、しかも負荷電流に依存する遮断装置や大きなピーク電流を流すダイオードを追加で接続する必要がないため、部品点数の削減および回路の最適化が可能となり、従って小形、軽量、低価格の電力変換装置を実現することができる。
図1~6には本発明による電力変換装置の互いに異なる実施例が示され、互いに同じ又は類似の構成要素には同一の符号が付されている。
図1に、本発明の第1の実施例を示す。図1に示す電力変換装置は、負荷電流を流す主回路が、三相交流電源1と、第1の遮断装置2と、交流-直流変換部を構成する半導体素子(ここではダイオード)を用いた三相全波整流回路3と、この三相全波整流回路3の出力側の直流中間回路に接続された平滑コンデンサ4と、負荷6と、直流中間回路と負荷6との間に接続された第2の遮断装置5とによっ
て構成されている。
て構成されている。
さらに、平滑コンデンサ4の初期充電を可能にするために、第2の三相全波整流回路7が設けられている。第2の三相全波整流回路7の交流入力側は、交流電源1と第1の遮断装置2との接続点に接続されている。第2の三相全波整流回路7の直流出力側では、それの正極側端子および負極側端子にそれぞれ1つの第3の遮断装置8の一端が接続されている。これらの遮断装置8の各他端はそれぞれ抵抗器10を介して平滑コンデンサ4の正極端子もしくは負極端子に接続されている。この場合に、2つの抵抗器10は、1つの充電抵抗器を2つに分割した部分抵抗器の働きをする。さらに、これらの2つの部分抵抗器10を、1つの放電抵抗器としても働かせ得るように、各部分抵抗器10の遮断装置8に向いた側の端子同士が短絡装置9により短絡可能である。
図1の実施例に基づいて、本発明による電力変換装置の動作を説明する。前提として、初期状態において各遮断装置および短絡装置は開放(オフ)状態とする。平滑コンデンサ4の初期充電を行う際には、初期状態にて第3の遮断装置8を閉成(オン)すると、交流電源1→第2の三相全波整流回路7→第3の遮断装置8→抵抗器10→平滑コンデンサ4→抵抗器10→第3の遮断装置8→第2の三相全波整流回路7→交流電源1なる経路にて初期充電電流が流れ、抵抗器10により突入電流を抑えた電流によって平滑コンデンサ4の初期充電が行われる。この時の充電電流の流れる回路は、三相全波整流回路7の直流出力と平滑コンデンサ4の間に第3の遮断器8と抵抗器10が接続された構成となるため、従来の実施例(特許文献4)と比べて、三相全波整流回路7のダイオード、第3の遮断器8及び抵抗器10を流れる電流値はピーク値の小さな電流となる。即ち三相全波整流回路が流す電流期間は、特許文献4に示すような単相半波整流回路に比べて、12倍以上の期間となるため、ダイオードを流れる電流はピーク値の小さな電流となる。また、第3の遮断器8及び抵抗器10を流れる電流値は三相全波整流回路7の直流出力と平滑コンデンサ4との差電圧を抵抗器10の抵抗値で割算した値で求められるので、抵抗値としては特許文献4の例に比べて大きな抵抗値を選択でき、その結果、ピーク電流値は小さくなり、小型、低価格の部品を選択できる。初期充電完了後には、第2の遮断装置5が閉成(オン)され、第3の遮断装置8が開放(オフ)されて負荷6への給電が開始される。
次に、装置が運転中から停止した時の平滑コンデンサ4に残ったエネルギーの放電動作について説明する。装置運転中は、第1の遮断装置2および第2の遮断装置5が閉成(オン)状態にあり、第3の遮断装置8および短絡装置9が開放(オフ)状態にある。この状態から装置が停止される場合には、第1の遮断装置2および第2の遮断装置5がそれぞれ開放(オフ)される。ここで短絡装置9を短絡(オン)状態に切り換えることによって、平滑コンデンサ4に残ったエネルギーを、平滑コンデンサ4→抵抗器10→短絡装置9→抵抗器10→平滑コンデンサ4の経路で放電することができる。
このように、図1の回路構成によれば、負荷電流が流れる遮断装置を新たに追加することなく、1つの共通な抵抗器を用いて、平滑コンデンサ4の初期充電および装置停止時の残留エネルギーの放電を行うことができる。
図2に、本発明の第2の実施例を示す。図1に示す第1の実施例では、第3の遮断装置8を第2の三相全波整流回路7の直流回路側に接続しているが、図2に示す第2の実施例のように、第3の遮断装置8を第2の三相全波整流回路7の交流回路側に接続しても同様の効果が得られる。
図3に、本発明の第3の実施例を示す。図1に示す第1の実施例では、第3の遮断装置8を直流中間回路の正極側および負極側の両方の電路に接続しているが、回路構成をさらに簡素化するために、図3に示す第3の実施例のように、1つの第3の遮断装置8を直流中間回路の一方の極側の電路、例えば正極側の電路のみに接続してもよい。また、図1に示す実施例では、1つの抵抗器を2つの部分抵抗器10に分割して、それぞれを直流中間回路の正極側および負極側の電路に接続しているが、同様の理由で、図3に示す実施例のように、分割されていない抵抗器10を直流中間回路の一方の極側の電路、例えば正極側の電路のみに接続してもよい。
図3に示す第3の実施例の場合にも、初期状態にて、第3の遮断装置8を閉成(オン)すると、交流電源1→第2の三相全波整流回路7→第3の遮断装置8→抵抗器10→平滑コンデンサ4→第2の三相全波整流回路7→交流電源1なる経路にて初期充電電流が流れ、抵抗器10で突入電流を抑えた電流によって平滑コンデンサ4の初期充電を行うことができる。充電電流の大きさは、図1に示す第1の実施例と同様に、ピーク値の小さな電流となり、小型、低価格の部品を選択できる。また、装置停止時には、第1遮断装置2および第2の遮断装置5をそれぞれ開放(オフ)し、ここで短絡装置9を閉成(オン)すると、平滑コンデンサ4に残ったエネルギーを、平滑コンデンサ4→抵抗器10→短絡装置9→平滑コンデンサ4の経路で放電することができる。このように、図3の回路構成においても、負荷電流が流れる遮断装置を新たに追加することなく、1つの共通な抵抗器を用いて、平滑コンデンサ4の初期充電および装置停止時の残留エネルギーの放電を行うことができる。
図4に本発明の第4の実施例を示す。図4は本発明による電力変換装置の有利な実施形態を示す。図4の回路構成は、図1の回路構成に比べて、短絡装置9の代わりに第1の遮断装置2の補助接点11を用いている点だけが異なる。図1の回路構成において第1の遮断装置2と短絡装置9とは同時に閉成(オン)してはならないので、第1の遮断装置2を補助接点11(論理上、b接点)付きのものとすることによって、短絡装置9の代わりに補助接点11を用いることができる。補助接点は一般的に大きな電流を流すことはできないが、本発明の回路では、充電電流と放電電流は従来より小さな電流とすることができるため、補助接点の適用が可能となる。この構成によれば、部品点数を減らすことができると共に、第1の遮断装置2のメインスイッチと補助接点11とが同時にオンすることがないので、誤動作を防ぐことができる。
図5に、本発明の第5の実施例を、図6に第5の実施例の変形例を示す。実施例1~5において説明した実施例では、負荷回路を直流負荷6として説明しているが、この負荷回路は、インバータ回路と交流負荷とによって構成されていてもよい。例えば、図5に示す本発明による電力変換装置の実施例によれば、負荷回路が3相インバータ回路12と3相交流負荷13とから構成されている。
図1~5による実施例の回路構成では第2の遮断装置5として直流遮断装置が用いられている。しかし、図5の実施例に関しては、第2の遮断装置5として交流遮断装置を用いる変形例が考えられ得る。この変形例が図6に示されている。これによれば、第2の遮断装置5が、3相交流遮断装置5として、3相インバータ回路12と3相交流負荷13との間に配置されている。
以上の説明のように、交流電源(1)からの入力交流電圧を直流電圧に変換する交流-直流変換部を有する本発明による電力変換装置は、その交流-直流変換部を構成する半導体素子を用いた第1の三相全波整流回路(3)と、第1の直流出力側に接続された平滑コンデンサ(4)と、交流電源(1)と第1の三相全波整流回路(3)の交流入力側との間に回路を遮断するために接続された第1の遮断装置(2)と、前記平滑コンデンサ(4)と負荷回路(9;12,13)との間に回路を遮断するために接続された第2の遮断装置(5)と、交流電源(1)と第1の遮断装置(2)との接続点に接続された第2の三相全波整流回路(7)と、第2の三相全波整流回路(7)の直流出力側と前記平滑コンデンサ(4)との間に前記平滑コンデンサ(4)の初期充電および放電のために共通に設けられた抵抗器(10)と、電力変換装置の始動時に前記平滑コンデンサ(4)の初期充電を可能にするべく第2の三相全波整流回路(7)および前記抵抗器(10)を介して前記平滑コンデンサ(4)を交流電源(1)に接続する第3の遮断装置(8)と、電力変換装置の停止時に前記平滑コンデンサ(4)の残留エネルギーの放電を可能にするべく前記平滑コンデンサ(4)に前記抵抗器(10)を並列接続する短絡装置(9)とによって構成されている。本発明による電力変換装置の回路構成によれば、平滑コンデンサ(4)の初期充電回路と装置停止時の平滑コンデンサの残留エネルギーの放電回路とにおいて、一部回路を共通化すること、即ち、1つの抵抗器(10)を、一方では平滑コンデンサ(4)の初期充電時の突入電流を抑えるために、他方では装置停止時に平滑コンデンサ(4)の残留エネルギーの放電電流を抑えるために共用することができ、しかも負荷電流に依存する遮断装置(例えば、図7に示す従来の電力変換装置におけるスイッチ手段33)や、ピーク電流許容値の大きな部品を追加で接続する必要がないため、小形、軽量、低価格な電力変換装置を実現することができる。
1、21:交流電源2:第1の遮断装置3:第1の三相全波整流回路4、26:平滑コンデンサ5:第2の遮断装置6:負荷7:第2の三相全波整流回路8:第3の遮断装置9:短絡装置10、31:抵抗器11:補助接点12:インバータ回路13:交流負荷20:電力変換装置22:遮断器23:交流電動機24:整流部25:インバータ部30:充放電制御回路32:ダイオード33:スイッチ34:トランジスタ
Claims (8)
- 三相交流電源からの入力交流電圧を直流電圧に変換する交流-直流変換部を有する電力変換装置であって、その交流-直流変換部を構成する半導体素子を用いた第1の三相全波整流回路と、第1の直流出力側に接続された電圧平滑用の平滑コンデンサと、前記三相交流電源と前記第1の三相全波整流回路の交流入力側との間に回路を遮断するために接続された第1の遮断装置と、前記平滑コンデンサと負荷回路との間に回路を遮断するために接続された第2の遮断装置と、前記三相交流電源と前記第1の遮断装置との接続点に接続された第2の三相全波整流回路と、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサの初期充電および放電のために共通に設けられた抵抗器と、前記電力変換装置の始動時に前記平滑コンデンサの初期充電を可能にするべく前記第2の三相全波整流回路および前記抵抗器を介して前記平滑コンデンサを交流電源に接続する第3の遮断装置と、電力変換装置の停止時に前記平滑コンデンサの残留エネルギーの放電を可能にするべく前記平滑コンデンサに前記抵抗器を並列接続する短絡装置とを具備することを特徴とする電力変換装置。
- 前記抵抗器が、前記第2の三相全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間の正極側および負極側の電路の少なくとも一方に接続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。
- 前記抵抗器が、前記第2の三相全波整流回路と前記平滑コンデンサとの間の正極側および負極側の電路にそれぞれ挿入接続された2つの部分抵抗器からなり、前記短絡装置が両部分抵抗器の間に接続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。
- 前記第3の遮断装置が、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側又は交流入力側に接続されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1つに記載の電力変換装置。
- 前記第3の遮断装置が、前記第2の三相全波整流回路の直流出力側の正極側および負極側の電路の少なくとも一方に接続されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1つに記載の電力変換装置。
- 前記短絡装置が、前記第3の遮断装置の遮断時に閉成される前記第3の遮断装置に付設された補助接点であることを特徴とする請求項1
乃至5の何れか1つに記載の電力変換装置。 - 前記負荷回路がインバータ回路と交流負荷とから成る負荷回路であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1つに記載の電力変換装置。
- 前記第2の遮断装置がインバータ回路の直流入力側又は交流出力側に接続されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1つに記載の電力変換装置。
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IT202200007097A1 (it) * | 2022-04-11 | 2023-10-11 | Imer Int S P A | Dispositivo utilizzabile per lo stadio di ingresso di un’apparecchiatura elettronica |
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JPS60174490U (ja) * | 1984-04-26 | 1985-11-19 | 株式会社東芝 | 電力変換装置 |
JPH01110060A (ja) * | 1987-10-22 | 1989-04-26 | Toshiba Corp | 電源装置 |
-
2016
- 2016-01-14 WO PCT/JP2016/050955 patent/WO2017122317A1/ja active Application Filing
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