電力変換装置の初期充電装置
【課題】突入電流を小さくして初期充電が行え、通電容量のみを備えた充電切換スイッチを使用することができ、充電切換スイッチの小型・軽量化、メンテナンス性の向上、コストダウンが図れる、電力変換装置の初期充電装置を提供する。
【解決手段】直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置とこのチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる初期充電装置を設け、チョッパ装置の通流率を制御することにより充電電流の調整を行う。
【解決手段】直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置とこのチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる初期充電装置を設け、チョッパ装置の通流率を制御することにより充電電流の調整を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置の電源を投入して運転を開始する前に、電力変換装置の入力回路に設けた平滑コンデンサの充電を行う初期充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を所望の周波数および電圧の交流電力に変換して交流負荷に供給する交流電力変換装置又は、所望の直流電圧の直流電力に変換して直流負荷に供給する直流電力変換装置等の電力変換装置は、入力部に直流電圧を平滑するために平滑コンデンサを備える。
【０００３】
このような電力変換装置に、運転開始のために電源を投入すると、この入力側に設けた平滑コンデンサに大きな突入電流が流れる。このような突入電流を抑制するために、特許文献１等に示されるように、電力変換装置に充電抵抗と、この充電抵抗をバイパスするスイッチとからなる初期充電装置を設けることが従来から行われている。
【０００４】
このような初期充電装置を備えた従来の電力変換装置の構成を図９に示し、その動作波形を図１０に示す。
【０００５】
図９において、１は、ここではバッテリで示されている直流電源、１０は、直流電源１から供給される直流電力を所望の周波数および電圧の交流電力に変換する電力変換装置である。電力変換装置１０の入力には、直流電源１の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ９が並列に接続され、さらに、充電スイッチ３１と充電抵抗３２とで構成された初期充電装置３と電源スイッチ２を介して、直流電源１が接続される。２０は、電流検出器６、電圧検出器７から入力される電力変換装置１０の入力回路の電流２３および電圧２４にしたがって電力変換装置１０へ制御信号２９を与える制御装置、２１は、直流電源１から与えられる直流電圧を変成して制御装置２０に操作電圧を供給する制御電源装置である。さらに、４は、電力変換装置１０を過電流から保護するためのヒューズである。充電スイッチ３１は、連動するａ接点３１ａと、ｂ接点３１ｂを備え、ｂ接点３１ｂは、充電抵抗３２と直列接続され、ａ接点３１ａは、ｂ接点３１ｂと充電抵抗３２との直列回路に並列に接続され、充電抵抗３２のバイパス回路を形成する。
【０００６】
このように構成された電力変換装置１０において、電源スイッチ２をオンにすると、オフ状態にある充電スイッチ３１のオンされているｂ接点３１ｂ→充電抵抗３２→平滑コンデンサ９を通して供給される充電電流Ｉｃによって平滑コンデンサ９が充電される。
【０００７】
図１０に示すように、充電電流Ｉｃは、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃが０（Ｖ）であるとすれば、電源投入時点ｔ１において、Ｉｃｐ１＝Ｖｂ÷Ｒで示される初期電流が流れ、その後、時定数ｔ＝Ｃ×Ｒに応じて減少する。平滑コンデンサの電圧値Ｖｃは図１０に示すように時定数ｔに応じて上昇する。ここで、Ｖｂは、直流電源１の電圧値、Ｒは充電抵抗３２の抵抗値、Ｃは平滑コンデンサ９の静電容量値である。
【０００８】
図１０のｔ３時点で平滑コンデンサの電圧値ＶｃがＶｃ３に至ったことを制御装置２０が検出して信号２５を発して充電切換スイッチ３１をオンさせる。充電切換スイッチ３１がオンすることにより、ｂ接点３１ｂがオフに、ａ接点３１ａがオンに切り替わる。
【０００９】
ｔ３時点における電源電圧値Ｖｂと平滑コンデンサの電圧値Ｖｃの電圧差ΔＶｃ＝Ｖｂ−Ｖｃは、電圧検出誤動作を防止するために電源電圧値Ｖｂの５〜10％程度の電圧に設定されることが多い。このため、充電切換スイッチ３１のｂ接点３１ｂがオフ、ａ接点３１ａがオンに切り換わったときに、充電抵抗３２をバイパスして、充電切換スイッチ３１のａ接点３１ａを通して、電圧差ΔＶｃと充電抵抗３２の抵抗値Ｒによって決まる突入電流Ｉｃｐ２＝ΔＶｃ÷Ｒが平滑コンデンサ９に流れてこれを充電するので、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃがさらに上昇する。
【００１０】
充電切換スイッチ３１が切り換わった後のｔ４時点で充電が完了し、Ｖｂ＝Ｖｃとなる。このｔ４時点から所定時間おいたｔ５時点で電力変換装置へ運転開始信号Ｓが発せられることにより、電力変換装置１０の運転が開始される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−０５０１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の初期充電装置においては次のような問題がある。
１）充電開始時、および充電完了直前の充電抵抗バイパス時に大きな突入電流が発生する。特に電圧変動の大きい、例えば電池を電源とする装置では、高い電圧領域での突入電流が電圧値に比例して大きくなり、平滑コンデンサ９に与えるダメージが大きくなる。
２）複数台の電力変換装置で構成されるシステムの場合、複数台の電力変換装置を一括して初期充電を行うと、充電電流が過大となって給電電路に支障を与えることが懸念される。これを避けるために、複数台ずつグループ化して各グループを、時間をずらして順次、初期充電する方法を採れば、複雑なシーケンス回路が必要となり装置が大型化し、コストアップを伴うとともに、充電に要する時間が長くなる。
３）突入電流による平滑コンデンサのダメージ抑制および、給電電路へ与える影響を排除するために充電抵抗の抵抗値を大きくすると充電時間が長くなり、電力変換装置の運転開始が遅れる。
４）充電完了直近のｔ３時点で充電抵抗をバイパスするときに突入電流Ｉｃｐ２が発生するため、充電切換スイッチ３１のa接点３１ａは突入電流Ｉｃｐ２に耐える接点容量を有する必要があり、また、ｂ接点３１ｂは、ｔ３時点の充電電流Ｉｃ（ｔ３）を遮断する接点容量を有する必要がある。よって、充電切換スイッチ３１は大形化し、かつ開閉動作による接点消耗・磨耗が発生するので、定期的なメンテナンスが必要になる。
【００１３】
この発明は、前記のような問題点を解消するために、突入電流を小さくして初期充電が行え、通電容量のみを備えた充電切換スイッチを使用することができ、充電切換スイッチの小型・軽量化、メンテナンス性の向上、コストダウンが図れる、電力変換装置の初期充電装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するため、この発明は、直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる初期充電装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明においては、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段を設けるのがよい。
【００１６】
また、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段を設けることもできる。
【００１７】
そして、前記チョッパ装置の充電電流を漸次増加する制御手段と一定電流に制御する手段を選択できるようにしてもよい。
【００１８】
通流率を漸次増加する制御においては、通流率が１００％となった時に充電を完了して、前記バイパス用スイッチをオンにすることができる。
【００１９】
また、この発明においては、１つのチョッパ装置を備えた初期充電装置により、複数の電力変換装置の平滑コンデンサを一括して初期充電を行うようにすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、電流の断続動作を行うチョッパ装置の通流率を制御して、平滑コンデンサの充電電流を調整することができるので、電源投入時の平滑コンデンサへの突入電流を抑えることができるから、平滑コンデンサへ与える影響を無くすことができる。
【００２１】
また、充電電流が０（Ａ）の状態で充電完了時の充電切換スイッチの切換を行うので、切換スイッチの開閉に伴う接点消耗がなく、保守性が向上し、かつ、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の基本的な構成を示す回路構成図。
【図２】この発明の動作を説明するための波形図。
【図３】この発明の第１の実施例を示す回路構成図。
【図４】この発明の第１の実施例の動作を説明するための波形図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す回路構成図。
【図６】この発明の第２の実施例の動作を説明するための波形図。
【図７】この発明の第１の実施例の応用例を示す回路構成図。
【図８】この発明の第３の実施例を示す回路構成図。
【図９】従来装置の構成を示す回路構成図。
【図１０】従来装置の動作を説明するための波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
図１に、この発明による電力変換装置の初期充電装置の実施例を示し、また、図２にこの実施例の初期充電動作波形を示す。
【００２４】
図１の実施例は、図９に示す従来装置とは、初期充電装置３の構成が相違するだけで、その他の構成は同一であるので、この初期充電装置３について説明する。
【００２５】
初期充電装置３には、従来装置における充電抵抗３２に代えて、電流の断続動作を行うトランジスタ等の半導体スイッチング素子３６と、リアクトル３７およびフリーホイールダイオード３８とで構成されたチョッパ装置３５が設けられている。このチョッパ装置３５に、充電切換スイッチ３１のｂ接点３１ｂを直列に接続し、そして、ａ接点３１ａを並列に接続して初期充電装置３が構成される。チョッパ装置３５は、電力変換装置の制御装置２０からのオン、オフする充電信号Ｄｓによって断続動作し、その通流率の制御によって、通電電流を調整する。
【００２６】
このようなチョッパ装置３５を備えたこの発明の初期充電装置の動作を、図２に示す動作波形図を参照して説明する。
【００２７】
電力変換装置１０の運転を開始するために、ｔ１時点において、電源スイッチ２を投入し、これをオンにする。このとき、初期充電装置３の充電切換スイッチ３１は、オフ状態にあるから、ｂ接点３１ｂがオン、ａ接点３１ａがオフとなっている。直流電源１の電圧を変成して制御電源を生成する制御電源装置２１は、電源スイッチ２の投入から少し遅れたｔ２時点で、安定した出力電圧値Ｅを、制御装置２０に出力し、これの動作を開始させる。
【００２８】
ｔ３時点で制御装置２０はチョッパ装置３５のスイッチング素子３６に断続動作させるためのパルス状の充電信号Ｄｓを与える。これによりチョッパ装置３５がオン、オフ動作を開始し、直流電源１と電力変換装置１０との間に設けられた平滑コンデンサ９へ供給される充電電流を断続して充電電流が過大にならないように調整する。
【００２９】
平滑コンデンサ９の充電初期は、充電電荷量がゼロ又は小さいので、直流電源１の電圧値Ｖｂと平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃとの差電圧ΔＶｃが大きいため、チョッパ装置３５の通流率αを小さくして充電電流を小さく抑える。
【００３０】
通流率αは、チョッパ装置の断続周期をＴ０とし、導通（オン）して電流を通流している時間幅をＴｎとしたとき、α＝Ｔｎ／Ｔ０（％）として表される。
【００３１】
チョッパ装置３５の導通により平滑コンデンサ９が充電されると、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃは、次第に上昇し、直流電源１の電圧値Ｖｂとの差電圧ΔＶｃが次第に小さくな
るので、これに対応してチョッパ装置３５の通流率αを高めて、充電電流がほぼ一定になるようにする。このようなチョッパ装置３５の通流率αの制御は、制御装置２０で行う。
【００３２】
チョッパ装置３５の通流率αが１００％（全導通）となったところで、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃが直流電源１の電圧値Ｖｂに達して充電電流Ｉcがゼロとなり、平滑コンデ
ンサ９の充電が完了するようにする。充電電流Ｉcがゼロとなって充電が完了したt５時
点から所定の時間後のｔ６時点で、制御装置２０から充電切換スイッチ３１に切換指令信号Ｓｃを加えてこれをオンする。これにより、充電切換スイッチ３１は、図２の（ｃ）、（ｄ）に示すようにa接点３１aがｔ６時点でオンに、そしてｂ接点３１ｂが、これよりわずかに遅れたｔ７時点でオフに切り換わる。これにより、チョッパ装置３５は、充電切換スイッチ３１のa接点３１aにより短絡されて、バイパスされるとともに、ｂ接点３１ｂにより直流電源１から切り離される。平滑コンデンサ９および電力変換装置１０には、直流電源１からａ接点３１ａを介して直接給電されるようになる。ｔ６時点で充電切換スイッチ３１がオンされてからそのｂ接点３１ｂが完全にオフに切換わる時間が経過したｔ７時点において、電力変換装置１０の初期充電が完全に完了するので、制御装置２０から、チョッパ装置３５への充電信号Ｄｓを停止し、電力変換装置１０へ動作開始指令信号Ｓが出力される。
【００３３】
このように、チョッパ装置３５を通して平滑コンデンサ９の初期充電を行うようにすると、充電電流が大きくなるところでは、チョッパ装置３５の通流率αを小さくして充電電流の絞り込みを行い、充電電流が小さくなるところでは、通流率αを大きくして、充電電流の増加を図ることができることにより、平滑コンデンサの初期充電時の突入電流を抑え、ほぼ一定の電流で充電をおこなうことができるので、充電時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３４】
次に、このように一定電流で平滑コンデンサの初期充電を行うためのこの発明による２つの充電方式につて説明する。
【実施例１】
【００３５】
通流率漸増充電方式
この方式は、予め、平滑コンデンサ９の静電容量値Ｃ、直流電源１の最小電圧値Ｖｂｌ等から、平滑コンデンサ９をゼロから直流電源１の電圧値Ｖｂまで充電するのに必要な充電時間Ｔｃを求め、これを充電時間Ｔｃとして設定する。そして、この充電時間Ｔｃ内でチョッパ装置３５の通流率αが０（％）から１００（％）となるようにこの通流率αを定率で漸増することにより、平滑コンデンサ９の初期充電を行う方式である。
【００３６】
この方式の初期充電装置の実施例を図３に示す。
【００３７】
初期充電装置３のチョッパ装置３５の通流率αを制御するために、制御装置２０に通流制御部２０−１を設ける。予め、充電時間設定器２０−２により充電時間Ｔｃを設定し、これを通流制御部２０−１に加える。
【００３８】
通流制御部２０−１は、設定された充電時間Ｔｃ内で平滑コンデンサ９の充電を行うために、通流率αを決め、これを漸増する充電信号Ｄｓを形成し、これをチョッパ装置３５に加える。
【００３９】
通流制御部２０−１で形成される充電信号Ｄｓの波形を図４（ａ）に示す。充電信号Ｄｓは、断続周期Ｔ０で断続されるが、各周期における通電時間をＴ１からＴｎへ次第に大きくして、通流率αを漸増するようにしている。通電時間は、Ｔ１ずつ定率で増加する。ｔ１−ｔ２期間の通電時間をＴ１とすると、ｔ２−ｔ３期間では通電時間Ｔ２は、Ｔ１×２＝２Ｔ１となり、次のｔ３−ｔ４期間での通電時間Ｔ３は、Ｔ１×３＝３Ｔ１となる。そして、最後のｔｎ−ｔｎ+１期間では、通電時間Ｔｎが、Ｔ１×ｎ＝ｎＴ１＝Ｔ０となり、断続周期Ｔ０と等しくなって、通流率が１００％、すなわち全導通となるようにチョッパ装置３５の通流率を漸増制御する。
【００４０】
このようにチョッパ装置３５の通流率αを定率で漸増するように制御すると、このチョッパ装置３５から平滑コンデンサ９には、図４（ｂ）に示すように各周期において最大値がＩｃ１となる充電電流Ｉｃが流れる。これは、例えば、ｔ１−ｔ２期間において通電時間Ｔ１に流れる電流により、平滑コンデンサ９が、図４（ｃ）に示すようにＶｃ１まで充電されているので、次のｔ２−ｔ３期間において通電時間がＴ２に増大されても、通電時間がＴ１になるまではチョッパ装置３５の出力電圧が平滑コンデンサの電圧値Ｖｃ１より低く、平滑コンデンサ９への充電電流は流れず、チョッパ装置３５の出力電圧が平滑コンデンサの電圧値Ｖｃを超える残りの充電時間Ｔ１において充電電流Ｉｃが流れ、これにより平滑コンデンサ９が充電され、平滑コンデンサの電圧値がＶｃ２に上昇する。ｔ３時点以降も同じで、図４（ｂ）に示すように各周期における通電時間の終わりの通電時間Ｔ１においてのみ充電電流が流れ、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃがジグザグ状に上昇し、通電時間Ｔｃの最後の周期において直流電源１の電圧値Ｖｂと等しい電圧に達し、充電が終了する。
【００４１】
このような通流率漸増充電方式によれば、充電を常に設定した充電時間Ｔｃで終了することができる。
【００４２】
このため、通流率漸増充電方式を、図７に示すように電力変換装置１０が、複数台の電力変換装置１０−１〜１０−ｎで構成されるシステムに適用した場合、初期充電装置３の充電チョッパ装置３５の電流容量を電力変換装置の設置台数に応じて決めておけば、設定値の変更等は何もしないで、電力変換装置の運転台数に関係なく、１個の初期充電装置で複数台の電力変換装置の平滑コンデンサの初期充電を一括して簡単に行うことができる。
【実施例２】
【００４３】
定電流充電方式
この定電流充電方式を用いる場合は、図５に示すように、制御装置２０内に電流調節部２０−３を設け、これにより、初期充電装置３のチョッパ装置３５の断続制御を行う。この電流調節部２０−３は、外部に設けた電流設定器２０−５により充電電流設定値Ｉｃ*を設定し、加算器２０−４でこの充電電流設定値Ｉｃ*に対する電流検出器６で検出された充電電流Ｉｃの検出値との差を求め、この差が零となるような通流率の充電信号Ｄｓを発生し、これを初期充電装置３のチョッパ装置３５に加える。
【００４４】
この実施例２の初期充電装置の動作を図６に示す動作波形図を参照して説明する。
【００４５】
図６のｔ１時点において制御装置２０から指令により初期充電が開始され、図６（ａ）に示すように、電流調節部２０−３からチョッパ装置３５に充電信号Ｄｓが与えられる。
【００４６】
これにより、チョッパ装置３５のスイッチング素子３６が導通し、直流電源１からリアクトル３７を介して平滑コンデンサ９に充電電流Ｉｃが供給され、充電が開始される。充電電流Ｉｃは、チョッパ装置３５の導通とともに回路定数にしたがって立ち上がり、充電電流設定値Ｉｃ*に達すると充電信号Ｄｓがオフされ、次の周期で充電信号Ｄｓがオンされ、充電電流設定値Ｉｃ*に達したところでオフされる動作が繰り返される。その後も充電電流Ｉｃが充電電流設定値Ｉｃ*に保たれるように、電流直接部２０−３によってチョッパ装置３５の通流率の制御が行われる。
【００４７】
このため、チョッパ装置３５は、平滑コンデンサ９への充電電流Ｉｃを、充電電流設定値Ｉｃ*に一定に保ち、平滑コンデンサ９を一定の電流で充電することができる。これにより、平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃは、図６（ｃ）に示すように時間とともに直線的に上昇する。そして、平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃが、直流電源１の電圧値Ｖｂに達すると充電電流がゼロに低下するので、電流検出器６から帰還される電流検出値がゼロとなることにより、電流調節部２０−３は、調節動作が飽和し、チョッパ装置３５に通流率１００％（全導通）の充電信号Ｄｓを出力する。したがって、チョッパ装置３５の充電信号Ｄｓが通流率１００％となったことを検出することにより、平滑コンデンサ９の充電が完了したことを確実に検出することができる。
【００４８】
制御装置２０は、電流調節部２０−３から、通流率１００％の充電信号Ｄｓが出力されたことにより、平滑コンデンサ９の初期充電の完了を検知すると、充電切換スイッチ３１に切換信号Ｓｃを出力するとともに、電力変換装置１０に運転開始指令信号Ｓを出力する。これにより、充電切換スイッチ３１のａ接点３１ａがオンに切り換わり、ｂ接点３１ｂがオフに切り換わるので、初期充電装置３がａ接点３１ａによりバイパスされるとともに、ｂ接点３１ｂにより直流電源１から切り離されるので、運転を開始する電力変換装置１０には直流電源１から直接給電されるようになる。
【００４９】
このような定電流充電方式によれば、直流電源１の電圧が変動しても、設定した一定電流で平滑コンデンサを充電することができるので、充電時間を一定にできる効果がある。
【実施例３】
【００５０】
この発明による初期充電装置を、Ａ系統、Ｂ系統の２系統の電力変換装置を備えたシステムに適用した際の実施例を図８に示す。
【００５１】
この場合は、図８に示すように、Ａ系統、Ｂ系統の装置は、それぞれ、直流電源１、電源スイッチ２、初期充電装置３、複数の電力変換装置１０−１〜１０−ｎを備える。Ａ系統およびＢ系統の各構成要素にはそれぞれＡおよびＢの符号を付けて示す。
【００５２】
Ａ系統とＢ系統の直流の電源母線ＰＡ，ＮＡとＰＢ、ＮＢとは、連系スイッチ５を介して連系接続され、初期充電装置３Ａ，３Ｂの出力線３ｏＡと３ｏＢとは、連系切換スイッチ３９Ａおよび３９Ｂを介して連系接続される。
【００５３】
このような２系統を備えるシステムにおいては、通常は、連系スイッチ５および３９Ａ，３９Ｂはオフされ、それぞれの系統が独立して作動する。すなわち、Ａ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡの平滑コンデンサ９-１Ａ〜９−ｎＡは、直流電源１Ａから初期充電装置３Ａのチョッパ装置３５Ａを通して初期充電され、初期充電が終わると充電切換スイッチ３１Ａを切り替えて、チョッパ装置３５Ａをｂ接点３１ｂＡにより切り離すとともにａ接点３１ａＡにより短絡してバイパスする。そして、Ｂ系統の電力変換装置１０−１Ｂ〜１０−ｎＢの平滑コンデンサ９-１Ｂ〜９−ｎＢは、直流電源１Ｂから初期充電装置３Ｂのチョッパ装置３５Ｂを通して初期充電され、初期充電が終わると充電切換スイッチ３１Ｂを切り替えて、チョッパ装置３５Ｂをｂ接点３１ｂＢにより切り離すとともにａ接点３１ａＢにより短絡してバイパスする。
【００５４】
例えばＡ系統の充電チョッパ３５Ａが故障したときは、初期充電装置３Ａと３Ｂの出力線を連系する切換スイッチ３９Ａをオンにし、そのａ接点３９Ａａをオン、ｂ接点３９Ｂｂをオフにして、健全な側のＢ系統の初期充電装置３Ｂの出力線３ｏＢをＡ系統の初期充電装置３Ａの出力線３ｏＡに接続する。このとき、電源スイッチ２Ａは遮断され、電源スイッチ２Ｂは投入されている。
【００５５】
これにより、Ｂ系統の直流電源１Ｂから初期充電装置３Ｂのチョッパ装置３５Ｂを通して、出力線３ｏＢおよび３ｏＡを介してＡ系統およびＢ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡおよび１０−１Ｂ〜１０−ｎＢの平滑コンデンサ９−１Ａ〜９−ｎＡおよび９−１Ｂ〜９−ｎＢが一括して充電される。このとき、チョッパ装置３５Ｂを定電流充電モードで動作するようにすると、平滑コンデンサ９の静電容量が増えても、一定の電流で充電することができるので、チョッパ装置３５Ｂの定格容量内で充電することができる。
【００５６】
充電後に、チョッパ装置３５Ｂを切り離し、Ａ系統の電源スイッチ２Ａを投入しても、平滑コンデンサの突入電流は流れることがなく、Ａ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡを円滑にＡ系統の直流電源１Ａから駆動することができる。
【００５７】
一方の系統の直流電源の電圧が規定の最低電圧値より低下するなどの異常が生じた場合は、異常となった、例えばＢ系統の電源スイッチ２Ｂを遮断して、電源母線の連系スイッチ５を投入し、両系統の電源母線を連系接続する。これにより、両系統の初期充電装置３Ａ、３Ｂに連系接続された電源母線を介して正常な直流電源１Ａから給電されるので、それぞれの初期充電装置からそれぞれの系統の電力変換装置の平滑コンデンサの初期充電を行うことができる。
【００５８】
このように、実施例３に示すように、２系統の電力変換装置の電源、初期充電装置を連系接続すれば、何れか一方の系統の直流電源や、初期充電装置に異常が生じても、他方の直流電源および初期充電装置でこれを補完することができるので、装置全体が運転停止に至ることを抑制でき、運転の安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１：直流電源
２：電源スイッチ
３：初期充電装置
３５：チョッパ装置
９：平滑コンデンサ
１０：電力変換装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置の電源を投入して運転を開始する前に、電力変換装置の入力回路に設けた平滑コンデンサの充電を行う初期充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を所望の周波数および電圧の交流電力に変換して交流負荷に供給する交流電力変換装置又は、所望の直流電圧の直流電力に変換して直流負荷に供給する直流電力変換装置等の電力変換装置は、入力部に直流電圧を平滑するために平滑コンデンサを備える。
【０００３】
このような電力変換装置に、運転開始のために電源を投入すると、この入力側に設けた平滑コンデンサに大きな突入電流が流れる。このような突入電流を抑制するために、特許文献１等に示されるように、電力変換装置に充電抵抗と、この充電抵抗をバイパスするスイッチとからなる初期充電装置を設けることが従来から行われている。
【０００４】
このような初期充電装置を備えた従来の電力変換装置の構成を図９に示し、その動作波形を図１０に示す。
【０００５】
図９において、１は、ここではバッテリで示されている直流電源、１０は、直流電源１から供給される直流電力を所望の周波数および電圧の交流電力に変換する電力変換装置である。電力変換装置１０の入力には、直流電源１の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ９が並列に接続され、さらに、充電スイッチ３１と充電抵抗３２とで構成された初期充電装置３と電源スイッチ２を介して、直流電源１が接続される。２０は、電流検出器６、電圧検出器７から入力される電力変換装置１０の入力回路の電流２３および電圧２４にしたがって電力変換装置１０へ制御信号２９を与える制御装置、２１は、直流電源１から与えられる直流電圧を変成して制御装置２０に操作電圧を供給する制御電源装置である。さらに、４は、電力変換装置１０を過電流から保護するためのヒューズである。充電スイッチ３１は、連動するａ接点３１ａと、ｂ接点３１ｂを備え、ｂ接点３１ｂは、充電抵抗３２と直列接続され、ａ接点３１ａは、ｂ接点３１ｂと充電抵抗３２との直列回路に並列に接続され、充電抵抗３２のバイパス回路を形成する。
【０００６】
このように構成された電力変換装置１０において、電源スイッチ２をオンにすると、オフ状態にある充電スイッチ３１のオンされているｂ接点３１ｂ→充電抵抗３２→平滑コンデンサ９を通して供給される充電電流Ｉｃによって平滑コンデンサ９が充電される。
【０００７】
図１０に示すように、充電電流Ｉｃは、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃが０（Ｖ）であるとすれば、電源投入時点ｔ１において、Ｉｃｐ１＝Ｖｂ÷Ｒで示される初期電流が流れ、その後、時定数ｔ＝Ｃ×Ｒに応じて減少する。平滑コンデンサの電圧値Ｖｃは図１０に示すように時定数ｔに応じて上昇する。ここで、Ｖｂは、直流電源１の電圧値、Ｒは充電抵抗３２の抵抗値、Ｃは平滑コンデンサ９の静電容量値である。
【０００８】
図１０のｔ３時点で平滑コンデンサの電圧値ＶｃがＶｃ３に至ったことを制御装置２０が検出して信号２５を発して充電切換スイッチ３１をオンさせる。充電切換スイッチ３１がオンすることにより、ｂ接点３１ｂがオフに、ａ接点３１ａがオンに切り替わる。
【０００９】
ｔ３時点における電源電圧値Ｖｂと平滑コンデンサの電圧値Ｖｃの電圧差ΔＶｃ＝Ｖｂ−Ｖｃは、電圧検出誤動作を防止するために電源電圧値Ｖｂの５〜10％程度の電圧に設定されることが多い。このため、充電切換スイッチ３１のｂ接点３１ｂがオフ、ａ接点３１ａがオンに切り換わったときに、充電抵抗３２をバイパスして、充電切換スイッチ３１のａ接点３１ａを通して、電圧差ΔＶｃと充電抵抗３２の抵抗値Ｒによって決まる突入電流Ｉｃｐ２＝ΔＶｃ÷Ｒが平滑コンデンサ９に流れてこれを充電するので、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃがさらに上昇する。
【００１０】
充電切換スイッチ３１が切り換わった後のｔ４時点で充電が完了し、Ｖｂ＝Ｖｃとなる。このｔ４時点から所定時間おいたｔ５時点で電力変換装置へ運転開始信号Ｓが発せられることにより、電力変換装置１０の運転が開始される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−０５０１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような従来の初期充電装置においては次のような問題がある。
１）充電開始時、および充電完了直前の充電抵抗バイパス時に大きな突入電流が発生する。特に電圧変動の大きい、例えば電池を電源とする装置では、高い電圧領域での突入電流が電圧値に比例して大きくなり、平滑コンデンサ９に与えるダメージが大きくなる。
２）複数台の電力変換装置で構成されるシステムの場合、複数台の電力変換装置を一括して初期充電を行うと、充電電流が過大となって給電電路に支障を与えることが懸念される。これを避けるために、複数台ずつグループ化して各グループを、時間をずらして順次、初期充電する方法を採れば、複雑なシーケンス回路が必要となり装置が大型化し、コストアップを伴うとともに、充電に要する時間が長くなる。
３）突入電流による平滑コンデンサのダメージ抑制および、給電電路へ与える影響を排除するために充電抵抗の抵抗値を大きくすると充電時間が長くなり、電力変換装置の運転開始が遅れる。
４）充電完了直近のｔ３時点で充電抵抗をバイパスするときに突入電流Ｉｃｐ２が発生するため、充電切換スイッチ３１のa接点３１ａは突入電流Ｉｃｐ２に耐える接点容量を有する必要があり、また、ｂ接点３１ｂは、ｔ３時点の充電電流Ｉｃ（ｔ３）を遮断する接点容量を有する必要がある。よって、充電切換スイッチ３１は大形化し、かつ開閉動作による接点消耗・磨耗が発生するので、定期的なメンテナンスが必要になる。
【００１３】
この発明は、前記のような問題点を解消するために、突入電流を小さくして初期充電が行え、通電容量のみを備えた充電切換スイッチを使用することができ、充電切換スイッチの小型・軽量化、メンテナンス性の向上、コストダウンが図れる、電力変換装置の初期充電装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するため、この発明は、直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた電力変換装置において、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる初期充電装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明においては、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段を設けるのがよい。
【００１６】
また、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段を設けることもできる。
【００１７】
そして、前記チョッパ装置の充電電流を漸次増加する制御手段と一定電流に制御する手段を選択できるようにしてもよい。
【００１８】
通流率を漸次増加する制御においては、通流率が１００％となった時に充電を完了して、前記バイパス用スイッチをオンにすることができる。
【００１９】
また、この発明においては、１つのチョッパ装置を備えた初期充電装置により、複数の電力変換装置の平滑コンデンサを一括して初期充電を行うようにすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、電流の断続動作を行うチョッパ装置の通流率を制御して、平滑コンデンサの充電電流を調整することができるので、電源投入時の平滑コンデンサへの突入電流を抑えることができるから、平滑コンデンサへ与える影響を無くすことができる。
【００２１】
また、充電電流が０（Ａ）の状態で充電完了時の充電切換スイッチの切換を行うので、切換スイッチの開閉に伴う接点消耗がなく、保守性が向上し、かつ、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の基本的な構成を示す回路構成図。
【図２】この発明の動作を説明するための波形図。
【図３】この発明の第１の実施例を示す回路構成図。
【図４】この発明の第１の実施例の動作を説明するための波形図。
【図５】この発明の第２の実施例を示す回路構成図。
【図６】この発明の第２の実施例の動作を説明するための波形図。
【図７】この発明の第１の実施例の応用例を示す回路構成図。
【図８】この発明の第３の実施例を示す回路構成図。
【図９】従来装置の構成を示す回路構成図。
【図１０】従来装置の動作を説明するための波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
図１に、この発明による電力変換装置の初期充電装置の実施例を示し、また、図２にこの実施例の初期充電動作波形を示す。
【００２４】
図１の実施例は、図９に示す従来装置とは、初期充電装置３の構成が相違するだけで、その他の構成は同一であるので、この初期充電装置３について説明する。
【００２５】
初期充電装置３には、従来装置における充電抵抗３２に代えて、電流の断続動作を行うトランジスタ等の半導体スイッチング素子３６と、リアクトル３７およびフリーホイールダイオード３８とで構成されたチョッパ装置３５が設けられている。このチョッパ装置３５に、充電切換スイッチ３１のｂ接点３１ｂを直列に接続し、そして、ａ接点３１ａを並列に接続して初期充電装置３が構成される。チョッパ装置３５は、電力変換装置の制御装置２０からのオン、オフする充電信号Ｄｓによって断続動作し、その通流率の制御によって、通電電流を調整する。
【００２６】
このようなチョッパ装置３５を備えたこの発明の初期充電装置の動作を、図２に示す動作波形図を参照して説明する。
【００２７】
電力変換装置１０の運転を開始するために、ｔ１時点において、電源スイッチ２を投入し、これをオンにする。このとき、初期充電装置３の充電切換スイッチ３１は、オフ状態にあるから、ｂ接点３１ｂがオン、ａ接点３１ａがオフとなっている。直流電源１の電圧を変成して制御電源を生成する制御電源装置２１は、電源スイッチ２の投入から少し遅れたｔ２時点で、安定した出力電圧値Ｅを、制御装置２０に出力し、これの動作を開始させる。
【００２８】
ｔ３時点で制御装置２０はチョッパ装置３５のスイッチング素子３６に断続動作させるためのパルス状の充電信号Ｄｓを与える。これによりチョッパ装置３５がオン、オフ動作を開始し、直流電源１と電力変換装置１０との間に設けられた平滑コンデンサ９へ供給される充電電流を断続して充電電流が過大にならないように調整する。
【００２９】
平滑コンデンサ９の充電初期は、充電電荷量がゼロ又は小さいので、直流電源１の電圧値Ｖｂと平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃとの差電圧ΔＶｃが大きいため、チョッパ装置３５の通流率αを小さくして充電電流を小さく抑える。
【００３０】
通流率αは、チョッパ装置の断続周期をＴ０とし、導通（オン）して電流を通流している時間幅をＴｎとしたとき、α＝Ｔｎ／Ｔ０（％）として表される。
【００３１】
チョッパ装置３５の導通により平滑コンデンサ９が充電されると、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃは、次第に上昇し、直流電源１の電圧値Ｖｂとの差電圧ΔＶｃが次第に小さくな
るので、これに対応してチョッパ装置３５の通流率αを高めて、充電電流がほぼ一定になるようにする。このようなチョッパ装置３５の通流率αの制御は、制御装置２０で行う。
【００３２】
チョッパ装置３５の通流率αが１００％（全導通）となったところで、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃが直流電源１の電圧値Ｖｂに達して充電電流Ｉcがゼロとなり、平滑コンデ
ンサ９の充電が完了するようにする。充電電流Ｉcがゼロとなって充電が完了したt５時
点から所定の時間後のｔ６時点で、制御装置２０から充電切換スイッチ３１に切換指令信号Ｓｃを加えてこれをオンする。これにより、充電切換スイッチ３１は、図２の（ｃ）、（ｄ）に示すようにa接点３１aがｔ６時点でオンに、そしてｂ接点３１ｂが、これよりわずかに遅れたｔ７時点でオフに切り換わる。これにより、チョッパ装置３５は、充電切換スイッチ３１のa接点３１aにより短絡されて、バイパスされるとともに、ｂ接点３１ｂにより直流電源１から切り離される。平滑コンデンサ９および電力変換装置１０には、直流電源１からａ接点３１ａを介して直接給電されるようになる。ｔ６時点で充電切換スイッチ３１がオンされてからそのｂ接点３１ｂが完全にオフに切換わる時間が経過したｔ７時点において、電力変換装置１０の初期充電が完全に完了するので、制御装置２０から、チョッパ装置３５への充電信号Ｄｓを停止し、電力変換装置１０へ動作開始指令信号Ｓが出力される。
【００３３】
このように、チョッパ装置３５を通して平滑コンデンサ９の初期充電を行うようにすると、充電電流が大きくなるところでは、チョッパ装置３５の通流率αを小さくして充電電流の絞り込みを行い、充電電流が小さくなるところでは、通流率αを大きくして、充電電流の増加を図ることができることにより、平滑コンデンサの初期充電時の突入電流を抑え、ほぼ一定の電流で充電をおこなうことができるので、充電時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３４】
次に、このように一定電流で平滑コンデンサの初期充電を行うためのこの発明による２つの充電方式につて説明する。
【実施例１】
【００３５】
通流率漸増充電方式
この方式は、予め、平滑コンデンサ９の静電容量値Ｃ、直流電源１の最小電圧値Ｖｂｌ等から、平滑コンデンサ９をゼロから直流電源１の電圧値Ｖｂまで充電するのに必要な充電時間Ｔｃを求め、これを充電時間Ｔｃとして設定する。そして、この充電時間Ｔｃ内でチョッパ装置３５の通流率αが０（％）から１００（％）となるようにこの通流率αを定率で漸増することにより、平滑コンデンサ９の初期充電を行う方式である。
【００３６】
この方式の初期充電装置の実施例を図３に示す。
【００３７】
初期充電装置３のチョッパ装置３５の通流率αを制御するために、制御装置２０に通流制御部２０−１を設ける。予め、充電時間設定器２０−２により充電時間Ｔｃを設定し、これを通流制御部２０−１に加える。
【００３８】
通流制御部２０−１は、設定された充電時間Ｔｃ内で平滑コンデンサ９の充電を行うために、通流率αを決め、これを漸増する充電信号Ｄｓを形成し、これをチョッパ装置３５に加える。
【００３９】
通流制御部２０−１で形成される充電信号Ｄｓの波形を図４（ａ）に示す。充電信号Ｄｓは、断続周期Ｔ０で断続されるが、各周期における通電時間をＴ１からＴｎへ次第に大きくして、通流率αを漸増するようにしている。通電時間は、Ｔ１ずつ定率で増加する。ｔ１−ｔ２期間の通電時間をＴ１とすると、ｔ２−ｔ３期間では通電時間Ｔ２は、Ｔ１×２＝２Ｔ１となり、次のｔ３−ｔ４期間での通電時間Ｔ３は、Ｔ１×３＝３Ｔ１となる。そして、最後のｔｎ−ｔｎ+１期間では、通電時間Ｔｎが、Ｔ１×ｎ＝ｎＴ１＝Ｔ０となり、断続周期Ｔ０と等しくなって、通流率が１００％、すなわち全導通となるようにチョッパ装置３５の通流率を漸増制御する。
【００４０】
このようにチョッパ装置３５の通流率αを定率で漸増するように制御すると、このチョッパ装置３５から平滑コンデンサ９には、図４（ｂ）に示すように各周期において最大値がＩｃ１となる充電電流Ｉｃが流れる。これは、例えば、ｔ１−ｔ２期間において通電時間Ｔ１に流れる電流により、平滑コンデンサ９が、図４（ｃ）に示すようにＶｃ１まで充電されているので、次のｔ２−ｔ３期間において通電時間がＴ２に増大されても、通電時間がＴ１になるまではチョッパ装置３５の出力電圧が平滑コンデンサの電圧値Ｖｃ１より低く、平滑コンデンサ９への充電電流は流れず、チョッパ装置３５の出力電圧が平滑コンデンサの電圧値Ｖｃを超える残りの充電時間Ｔ１において充電電流Ｉｃが流れ、これにより平滑コンデンサ９が充電され、平滑コンデンサの電圧値がＶｃ２に上昇する。ｔ３時点以降も同じで、図４（ｂ）に示すように各周期における通電時間の終わりの通電時間Ｔ１においてのみ充電電流が流れ、平滑コンデンサの電圧値Ｖｃがジグザグ状に上昇し、通電時間Ｔｃの最後の周期において直流電源１の電圧値Ｖｂと等しい電圧に達し、充電が終了する。
【００４１】
このような通流率漸増充電方式によれば、充電を常に設定した充電時間Ｔｃで終了することができる。
【００４２】
このため、通流率漸増充電方式を、図７に示すように電力変換装置１０が、複数台の電力変換装置１０−１〜１０−ｎで構成されるシステムに適用した場合、初期充電装置３の充電チョッパ装置３５の電流容量を電力変換装置の設置台数に応じて決めておけば、設定値の変更等は何もしないで、電力変換装置の運転台数に関係なく、１個の初期充電装置で複数台の電力変換装置の平滑コンデンサの初期充電を一括して簡単に行うことができる。
【実施例２】
【００４３】
定電流充電方式
この定電流充電方式を用いる場合は、図５に示すように、制御装置２０内に電流調節部２０−３を設け、これにより、初期充電装置３のチョッパ装置３５の断続制御を行う。この電流調節部２０−３は、外部に設けた電流設定器２０−５により充電電流設定値Ｉｃ*を設定し、加算器２０−４でこの充電電流設定値Ｉｃ*に対する電流検出器６で検出された充電電流Ｉｃの検出値との差を求め、この差が零となるような通流率の充電信号Ｄｓを発生し、これを初期充電装置３のチョッパ装置３５に加える。
【００４４】
この実施例２の初期充電装置の動作を図６に示す動作波形図を参照して説明する。
【００４５】
図６のｔ１時点において制御装置２０から指令により初期充電が開始され、図６（ａ）に示すように、電流調節部２０−３からチョッパ装置３５に充電信号Ｄｓが与えられる。
【００４６】
これにより、チョッパ装置３５のスイッチング素子３６が導通し、直流電源１からリアクトル３７を介して平滑コンデンサ９に充電電流Ｉｃが供給され、充電が開始される。充電電流Ｉｃは、チョッパ装置３５の導通とともに回路定数にしたがって立ち上がり、充電電流設定値Ｉｃ*に達すると充電信号Ｄｓがオフされ、次の周期で充電信号Ｄｓがオンされ、充電電流設定値Ｉｃ*に達したところでオフされる動作が繰り返される。その後も充電電流Ｉｃが充電電流設定値Ｉｃ*に保たれるように、電流直接部２０−３によってチョッパ装置３５の通流率の制御が行われる。
【００４７】
このため、チョッパ装置３５は、平滑コンデンサ９への充電電流Ｉｃを、充電電流設定値Ｉｃ*に一定に保ち、平滑コンデンサ９を一定の電流で充電することができる。これにより、平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃは、図６（ｃ）に示すように時間とともに直線的に上昇する。そして、平滑コンデンサ９の電圧値Ｖｃが、直流電源１の電圧値Ｖｂに達すると充電電流がゼロに低下するので、電流検出器６から帰還される電流検出値がゼロとなることにより、電流調節部２０−３は、調節動作が飽和し、チョッパ装置３５に通流率１００％（全導通）の充電信号Ｄｓを出力する。したがって、チョッパ装置３５の充電信号Ｄｓが通流率１００％となったことを検出することにより、平滑コンデンサ９の充電が完了したことを確実に検出することができる。
【００４８】
制御装置２０は、電流調節部２０−３から、通流率１００％の充電信号Ｄｓが出力されたことにより、平滑コンデンサ９の初期充電の完了を検知すると、充電切換スイッチ３１に切換信号Ｓｃを出力するとともに、電力変換装置１０に運転開始指令信号Ｓを出力する。これにより、充電切換スイッチ３１のａ接点３１ａがオンに切り換わり、ｂ接点３１ｂがオフに切り換わるので、初期充電装置３がａ接点３１ａによりバイパスされるとともに、ｂ接点３１ｂにより直流電源１から切り離されるので、運転を開始する電力変換装置１０には直流電源１から直接給電されるようになる。
【００４９】
このような定電流充電方式によれば、直流電源１の電圧が変動しても、設定した一定電流で平滑コンデンサを充電することができるので、充電時間を一定にできる効果がある。
【実施例３】
【００５０】
この発明による初期充電装置を、Ａ系統、Ｂ系統の２系統の電力変換装置を備えたシステムに適用した際の実施例を図８に示す。
【００５１】
この場合は、図８に示すように、Ａ系統、Ｂ系統の装置は、それぞれ、直流電源１、電源スイッチ２、初期充電装置３、複数の電力変換装置１０−１〜１０−ｎを備える。Ａ系統およびＢ系統の各構成要素にはそれぞれＡおよびＢの符号を付けて示す。
【００５２】
Ａ系統とＢ系統の直流の電源母線ＰＡ，ＮＡとＰＢ、ＮＢとは、連系スイッチ５を介して連系接続され、初期充電装置３Ａ，３Ｂの出力線３ｏＡと３ｏＢとは、連系切換スイッチ３９Ａおよび３９Ｂを介して連系接続される。
【００５３】
このような２系統を備えるシステムにおいては、通常は、連系スイッチ５および３９Ａ，３９Ｂはオフされ、それぞれの系統が独立して作動する。すなわち、Ａ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡの平滑コンデンサ９-１Ａ〜９−ｎＡは、直流電源１Ａから初期充電装置３Ａのチョッパ装置３５Ａを通して初期充電され、初期充電が終わると充電切換スイッチ３１Ａを切り替えて、チョッパ装置３５Ａをｂ接点３１ｂＡにより切り離すとともにａ接点３１ａＡにより短絡してバイパスする。そして、Ｂ系統の電力変換装置１０−１Ｂ〜１０−ｎＢの平滑コンデンサ９-１Ｂ〜９−ｎＢは、直流電源１Ｂから初期充電装置３Ｂのチョッパ装置３５Ｂを通して初期充電され、初期充電が終わると充電切換スイッチ３１Ｂを切り替えて、チョッパ装置３５Ｂをｂ接点３１ｂＢにより切り離すとともにａ接点３１ａＢにより短絡してバイパスする。
【００５４】
例えばＡ系統の充電チョッパ３５Ａが故障したときは、初期充電装置３Ａと３Ｂの出力線を連系する切換スイッチ３９Ａをオンにし、そのａ接点３９Ａａをオン、ｂ接点３９Ｂｂをオフにして、健全な側のＢ系統の初期充電装置３Ｂの出力線３ｏＢをＡ系統の初期充電装置３Ａの出力線３ｏＡに接続する。このとき、電源スイッチ２Ａは遮断され、電源スイッチ２Ｂは投入されている。
【００５５】
これにより、Ｂ系統の直流電源１Ｂから初期充電装置３Ｂのチョッパ装置３５Ｂを通して、出力線３ｏＢおよび３ｏＡを介してＡ系統およびＢ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡおよび１０−１Ｂ〜１０−ｎＢの平滑コンデンサ９−１Ａ〜９−ｎＡおよび９−１Ｂ〜９−ｎＢが一括して充電される。このとき、チョッパ装置３５Ｂを定電流充電モードで動作するようにすると、平滑コンデンサ９の静電容量が増えても、一定の電流で充電することができるので、チョッパ装置３５Ｂの定格容量内で充電することができる。
【００５６】
充電後に、チョッパ装置３５Ｂを切り離し、Ａ系統の電源スイッチ２Ａを投入しても、平滑コンデンサの突入電流は流れることがなく、Ａ系統の電力変換装置１０−１Ａ〜１０−ｎＡを円滑にＡ系統の直流電源１Ａから駆動することができる。
【００５７】
一方の系統の直流電源の電圧が規定の最低電圧値より低下するなどの異常が生じた場合は、異常となった、例えばＢ系統の電源スイッチ２Ｂを遮断して、電源母線の連系スイッチ５を投入し、両系統の電源母線を連系接続する。これにより、両系統の初期充電装置３Ａ、３Ｂに連系接続された電源母線を介して正常な直流電源１Ａから給電されるので、それぞれの初期充電装置からそれぞれの系統の電力変換装置の平滑コンデンサの初期充電を行うことができる。
【００５８】
このように、実施例３に示すように、２系統の電力変換装置の電源、初期充電装置を連系接続すれば、何れか一方の系統の直流電源や、初期充電装置に異常が生じても、他方の直流電源および初期充電装置でこれを補完することができるので、装置全体が運転停止に至ることを抑制でき、運転の安全性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１：直流電源
２：電源スイッチ
３：初期充電装置
３５：チョッパ装置
９：平滑コンデンサ
１０：電力変換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置の入力部に備えられ、直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを充電する初期充電装置であって、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとで構成されていることを特徴とする電力変換装置の初期充電装置。
【請求項２】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段を備え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の初期充電装置。
【請求項３】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段を備え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の初期充電装置。
【請求項４】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段と、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段とを備え、前記両制御手段が選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の初期充電装置。
【請求項５】
前記チョッパ装置の制御手段は、前記通流率の指令が１００％になったことにより充電の完了を検知し、前記充電切換スイッチに切換指令を送り、前記チョッパ装置を前記入力回路から切り離すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置の初期充電装置。
【請求項６】
入力部に直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた複数の電力変換装置を共通の直流電源に並列に接続し、前記複数の平滑コンデンサを充電する電力変換装置の初期充電装置であって、前記共通の直流電源と前記複数の電力変換装置の平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置とこのチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる回路を共通に１つ設けたことを特徴とする電力変換装置の初期充電装置。
【請求項１】
電力変換装置の入力部に備えられ、直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを充電する初期充電装置であって、前記直流電源と平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとで構成されていることを特徴とする電力変換装置の初期充電装置。
【請求項２】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段を備え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の初期充電装置。
【請求項３】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段を備え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の初期充電装置。
【請求項４】
前記初期充電装置は、前記チョッパ装置により、前記電力変換装置の平滑コンデンサを充電するとき、その通流率を時間的に漸次増加することにより充電電流を調整する制御手段と、前記平滑コンデンサの充電電流が一定になるように前記チョッパ装置の通流率を制御する制御手段とを備え、前記両制御手段が選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の初期充電装置。
【請求項５】
前記チョッパ装置の制御手段は、前記通流率の指令が１００％になったことにより充電の完了を検知し、前記充電切換スイッチに切換指令を送り、前記チョッパ装置を前記入力回路から切り離すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置の初期充電装置。
【請求項６】
入力部に直流電源から入力される電圧を平滑するための平滑コンデンサを備えた複数の電力変換装置を共通の直流電源に並列に接続し、前記複数の平滑コンデンサを充電する電力変換装置の初期充電装置であって、前記共通の直流電源と前記複数の電力変換装置の平滑コンデンサとの間に、電流を断続して通流率を制御するチョッパ装置とこのチョッパ装置と前記直流電源との間を開閉する充電切換スイッチとからなる回路を共通に１つ設けたことを特徴とする電力変換装置の初期充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２７０９５（Ｐ２０１３−２７０９５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７８２６（Ｐ２０１１−１５７８２６）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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