(57)【要約】【課題】直流電力変換装置において、システムの簡素化，コストの低減，損失の低減，装置の小型化，充電時間を低減させる。【解決手段】開閉器ＭＣを投入して、可変直流電圧源１０が並列接続された直流リンクコンデンサＣ1を充電し、開閉器ＭＣを開放し、充電された直流リンクコンデンサＣ1に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１を定電圧制御する。充電された直流リンクコンデンサＣ1に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１と出力コンデンサＣｏを含む閉回路が形成されるように単相インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、出力コンデンサＣｏを充電させる。出力コンデンサＣｏとその他の直流リンクコンデンサＣ2を含む閉回路が形成されるように単相インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、その他の直流リンクコンデンサＣ2を充電させる。【選択図】図２
2020195193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁された複数の直流リンクコンデンサと、
前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続された単相インバータと、
前記単相インバータの出力側に接続された出力コンデンサと、
前記複数の直流リンクコンデンサのうち何れか１つに並列接続された可変直流電圧源と、
前記可変直流電圧源に直列接続された開閉器と、
を備え、２つの前記単相インバータを１組として直列接続し差動出力を用いて直流負荷に電力を供給する直流電力変換装置の予備充電方法であって、
前記開閉器を投入して、前記可変直流電圧源が並列接続された前記直流リンクコンデンサを充電し、前記開閉器を開放し、充電された前記直流リンクコンデンサに接続された前記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電圧制御する第１ステップと、
充電された前記直流リンクコンデンサに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力コンデンサを含む閉回路が形成されるように前記単相インバータのスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、前記出力コンデンサを充電させる第２ステップと、
前記出力コンデンサとその他の直流リンクコンデンサを含む閉回路が形成されるように前記単相インバータのスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、前記その他の直流リンクコンデンサを充電させる第３ステップと、
を行うことを特徴とする直流電力変換装置の予備充電方法。
【請求項２】
前記複数の直流リンクコンデンサは、２つの第１，第２直流リンクコンデンサであり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２つの第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記単相インバータは、２つの第１，第２単相インバータであり、
前記第１単相インバータは、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１１，第１２スイッチング素子と、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１３，第１４スイッチング素子と、を備え、前記第１１，第１２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、
前記第２単相インバータは、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２１，第２２スイッチング素子と、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２３，第２４スイッチング素子と、を備え、前記第２１，第２２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第２３，第２４スイッチング素子の接続点は前記第１３，第１４スイッチング素子の接続点に接続されたことを特徴とする請求項１記載の直流電力変換装置の予備充電方法。
【請求項３】
前記複数の直流リンクコンデンサは、４つの第１〜第４直流リンクコンデンサであり、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、４つの第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
前記単相インバータは、４つの第１〜第４単相インバータであり、
前記第１単相インバータは、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１１，第１２スイッチング素子と、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１３，第１４スイッチング素子と、を備え、前記第１１，第１２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、
前記第２単相インバータは、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２１，第２２スイッチング素子と、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２３，第２４スイッチング素子と、を備え、前記第２１，第２２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第２３，第２４スイッチング素子の接続点は前記第１３，第１４スイッチング素子の接続点に接続され、
前記第３単相インバータは、前記第３直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第３１，第３２スイッチング素子と、前記第３直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第３３，第３４スイッチング素子と、を備え、前記第３１，第３２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、
前記第４単相インバータは、前記第４直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第４１，第４２スイッチング素子と、前記第４直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第４３，第４４スイッチング素子と、を備え、前記第４１，第４２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第４３，第４４スイッチング素子の接続点は前記第３３，第３４スイッチング素子の接続点に接続されたことを特徴とする請求項１記載の直流電力変換装置の予備充電方法。
【請求項４】
絶縁された複数の直流リンクコンデンサと、
前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続された単相インバータと、
前記単相インバータの出力側に接続された出力コンデンサと、
前記複数の直流リンクコンデンサのうち何れか１つに並列接続された可変直流電圧源と、
前記可変直流電圧源に直列接続された開閉器と、
を備え、２つの前記単相インバータを１組として直列接続し差動出力を用いて直流負荷に電力を供給することを特徴とする直流電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁された複数の直流リンクコンデンサを有し、各直流リンクコンデンサには単相インバータとＤＣ／ＤＣコンバータが接続され、２つの単相インバータを１組として直列接続し、差動出力を用いて直流負荷に電力を供給する直流電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１の回路構成の場合、第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4を予備充電する方式として、下記の３つの場合が考えられる。
［１］ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４の制御によって予備充電を行う。
［２］第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4に、直流電圧源として動作する予備充電装置を接続して予備充電を行う。
［３］出力コンデンサＣｏに、直流電圧源として動作する予備充電装置を接続して予備充電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５５５８９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの［１］〜［３］の予備充電方式は、それぞれ課題を有している。
【０００５】
［１］第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４の制御によって予備充電を行う制御方式として、特許文献１が開示されている。［１］の方式では、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４の一次側から短時間電圧パルスを高周波トランスに印加して、二次側でそれを整流することで、第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4の予備充電を行っている。
【０００６】
上記方式では、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４内の高周波トランスの直流偏磁抑制のために、短時間電圧パルスのパルス幅を精度よく制御する必要がある。パワーデバイスの立ち上がり／立ち下がり時間にはバラツキがあるため、上記パルス幅の高精度な制御は困難である。パルス密度を低減させて直流偏磁を抑制する場合、予備充電に要する時間が長時間になってしまう。
【０００７】
［２］の方式を用いる場合、第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4に図７に示すような予備充電装置３を並列接続するのが一般的である。予備充電装置３は、開閉器５、突入電流による過電流抑制用の抵抗器６、絶縁用変圧器７、整流器８を備え、交流系統４から第１直流リンクコンデンサＣ1を予備充電する。
【０００８】
この予備充電装置３を各第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4に並列接続することで、すべての第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4の予備充電を行うことができる。しかし、図１の回路は直流リンクコンデンサを多数有するため、予備充電装置３も多数必要となり、システムが複雑となったり、コストが増大したりする点に課題がある。
【０００９】
［３］出力コンデンサに直流電圧源として動作する予備充電装置を接続して予備充電を行う方式として、特許文献２が開示されている。上記方式では図７に示すような予備充電装置３を第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4に直接接続するのではなく、出力コンデンサＣｏに接続している点に特徴がある。この方式の場合、予備充電装置３内の抵抗器６を介してすべての第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4および出力コンデンサＣｏを充電するため、充電器の損失が大きく、予備充電装置３の大型化が課題となる。
【００１０】
以上示したようなことから、直流電力変換装置において、システムの簡素化，コストの低減，損失の低減，装置の小型化，充電時間を低減させることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、絶縁された複数の直流リンクコンデンサと、前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、前記各直流リンクコンデンサにそれぞれ接続された単相インバータと、前記単相インバータの出力側に接続された出力コンデンサと、前記複数の直流リンクコンデンサのうち何れか１つに並列接続された可変直流電圧源と、前記可変直流電圧源に直列接続された開閉器と、を備え、２つの前記単相インバータを１組として直列接続し差動出力を用いて直流負荷に電力を供給する直流電力変換装置の予備充電方法であって、前記開閉器を投入して、前記可変直流電圧源が並列接続された前記直流リンクコンデンサを充電し、前記開閉器を開放し、充電された前記直流リンクコンデンサに接続された前記ＤＣ／ＤＣコンバータを定電圧制御する第１ステップと、充電された前記直流リンクコンデンサに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと前記出力コンデンサを含む閉回路が形成されるように前記単相インバータのスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、前記出力コンデンサを充電させる第２ステップと、前記出力コンデンサとその他の直流リンクコンデンサを含む閉回路が形成されるように前記単相インバータのスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして、前記その他の直流リンクコンデンサを充電させる第３ステップと、を行うことを特徴とする。
【００１２】
また、その一態様として、前記複数の直流リンクコンデンサは、２つの第１，第２直流リンクコンデンサであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、２つの第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記単相インバータは、２つの第１，第２単相インバータであり、前記第１単相インバータは、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１１，第１２スイッチング素子と、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１３，第１４スイッチング素子と、を備え、前記第１１，第１２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、前記第２単相インバータは、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２１，第２２スイッチング素子と、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２３，第２４スイッチング素子と、を備え、前記第２１，第２２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第２３，第２４スイッチング素子の接続点は前記第１３，第１４スイッチング素子の接続点に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
また、その一態様として、前記複数の直流リンクコンデンサは、４つの第１〜第４直流リンクコンデンサであり、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、４つの第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記単相インバータは、４つの第１〜第４単相インバータであり、前記第１単相インバータは、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１１，第１２スイッチング素子と、前記第１直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第１３，第１４スイッチング素子と、を備え、前記第１１，第１２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、前記第２単相インバータは、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２１，第２２スイッチング素子と、前記第２直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第２３，第２４スイッチング素子と、を備え、前記第２１，第２２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第２３，第２４スイッチング素子の接続点は前記第１３，第１４スイッチング素子の接続点に接続され、前記第３単相インバータは、前記第３直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第３１，第３２スイッチング素子と、前記第３直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第３３，第３４スイッチング素子と、を備え、前記第３１，第３２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの正極に接続され、前記第４単相インバータは、前記第４直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第４１，第４２スイッチング素子と、前記第４直流リンクコンデンサの正極と負極との間に直列接続された第４３，第４４スイッチング素子と、を備え、前記第４１，第４２スイッチング素子の接続点は前記出力コンデンサの負極に接続され、前記第４３，第４４スイッチング素子の接続点は前記第３３，第３４スイッチング素子の接続点に接続されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、直流電力変換装置において、システムの簡素化，コストの低減，損失の低減，装置の小型化，充電時間を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１〜４における直流電力変換装置の構成図。
【図２】実施形態１〜４における予備充電期間中の回路構成図。
【図３】実施形態１における予備充電時のスイッチングパターン。
【図４】実施形態２における予備充電時のスイッチングパターン。
【図５】実施形態３における予備充電時のスイッチングパターン。
【図６】実施形態４における予備充電時のスイッチングパターン。
【図７】一般的な予備充電装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明では、図１（ａ）および図１（ｂ）の構成において、１か所の直流リンクコンデンサにのみ予備充電装置を接続し、スイッチングパターンを利用して、すべて直流リンクコンデンサを予備充電する。
【００１７】
図１（ａ）の構成において第１直流リンクコンデンサＣ1に予備充電装置を取り付けた場合を実施形態１で、第２直流リンクコンデンサＣ2に予備充電装置を取り付けた場合を実施形態２でそれぞれ扱う。
【００１８】
同様に、図１（ｂ）の基本構成を２並列接続した構成において第１直流リンクコンデンサＣ1に予備充電装置を取り付けた場合を実施形態３で、第２直流リンクコンデンサＣ2に予備充電装置を取り付けた場合を実施形態４でそれぞれ扱う。
【００１９】
図１（ａ）に基づいて、直流リンクコンデンサが２つの場合の直流電力変換装置について具体的に説明する。図１（ａ）に示すように、直流電圧源１には、２つの第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２が接続される。第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２には、それぞれ第１，第２直流リンクコンデンサＣ1，Ｃ2が接続される。第１，第２直流リンクコンデンサＣ1，Ｃ2には、それぞれ第１，第２単相インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２が接続される。
【００２０】
第１単相インバータＩＮＶ１は、第１直流リンクコンデンサＣ1の正極と負極との間に第１１，第１２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ12が直列接続される。また、第１直流リンクコンデンサＣ1の正極と負極との間に第１３，第１４スイッチング素子Ｓ13，Ｓ14が直列接続される。第１１，第１２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ12の接続点はリアクトルＬ１を介して出力コンデンサＣｏの正極に接続される。
【００２１】
第２単相インバータＩＮＶ２は、第２直流リンクコンデンサＣ2の正極と負極との間に第２１，第２２スイッチング素子Ｓ21，Ｓ22が直列接続される。また、第２直流リンクコンデンサＣ2の正極と負極との間に第２３，第２４スイッチング素子Ｓ23，Ｓ24が直列接続される。第２１，第２２スイッチング素子Ｓ21，Ｓ22の接続点は出力コンデンサＣｏの負極に接続される。第２３，第２４スイッチング素子Ｓ23，Ｓ24の接続点は第１３，第１４スイッチング素子Ｓ13，Ｓ14の接続点に接続される。
【００２２】
出力コンデンサＣｏには直流負荷２が並列接続される。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に基づいて、直流リンクコンデンサが４つの場合の直流電力変換装置について具体的に説明する。図１（ｂ）に示すように、直流電圧源１には、４つの第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４が接続される。第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４には、それぞれ第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4が接続される。第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4には、それぞれ第１〜第４単相インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４が接続される。
【００２４】
第１単相インバータＩＮＶ１は、第１直流リンクコンデンサＣ1の正極と負極との間に第１１，第１２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ12が直列接続される。また、第１直流リンクコンデンサＣ1の正極と負極との間に第１３，第１４スイッチング素子Ｓ13，Ｓ14が直列接続される。第１１，第１２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ12の接続点は出力コンデンサＣｏの正極に接続される。
【００２５】
第２単相インバータＩＮＶ２は、第２直流リンクコンデンサＣ2の正極と負極との間に第２１，第２２スイッチング素子Ｓ21，Ｓ22が直列接続される。また、第２直流リンクコンデンサＣ2の正極と負極との間に第２３，第２４スイッチング素子Ｓ23，Ｓ24が直列接続される。第２１，第２２スイッチング素子Ｓ21，Ｓ22の接続点は出力コンデンサＣｏの負極に接続される。第２３，第２４スイッチング素子Ｓ23，Ｓ24の接続点は第１３，第１４スイッチング素子Ｓ13，Ｓ14の接続点に接続される。
【００２６】
第３単相インバータＩＮＶ３は、第３直流リンクコンデンサＣ3の正極と負極との間に第３１，第３２スイッチング素子Ｓ31，Ｓ32が直列接続される。また、第３直流リンクコンデンサＣ3の正極と負極との間に第３３，第３４スイッチング素子Ｓ33，Ｓ34が直列接続される。第３１，第３２スイッチング素子Ｓ31，Ｓ32の接続点は出力コンデンサＣｏの正極に接続される。
【００２７】
第４単相インバータＩＮＶ４は、第４直流リンクコンデンサＣ4の正極と負極との間に第４１，第４２スイッチング素子Ｓ41，Ｓ42が直列接続される。また、第４直流リンクコンデンサＣ4の正極と負極との間に第４３，第４４スイッチング素子Ｓ43，Ｓ44が直列接続される。第４１，第４２スイッチング素子Ｓ41，Ｓ42の接続点は出力コンデンサＣｏの負極に接続される。第４３，第４４スイッチング素子Ｓ43，Ｓ44の接続点は第３３，第３４スイッチング素子Ｓ33，Ｓ34の接続点に接続される。
【００２８】
出力コンデンサＣｏには直流負荷２が並列接続される。本願発明では、図１（ａ），（ｂ）の構成において、複数の直流リンクコンデンサのうち何れか１つに予備充電装置が接続される。
【００２９】
予備充電期間中、直流負荷２についても電流０の無負荷状態とし、予備充電装置を接続した直流リンクを共有しているＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶのみを運転する。したがって、直流負荷２と運転停止中のＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶの表記を省略することで、実施形態１〜４の予備充電時の回路構成はそれぞれ図２（ａ）〜図２（ｄ）となる。
【００３０】
図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、予備充電装置９は、何れか１つの直流リンクコンデンサに接続された可変直流電圧源１０と、可変直流電圧源１０に直列接続された開閉器ＭＣと、を備える。なお、スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴなどの自己消弧形スイッチング素子であればよい。
【００３１】
以下、本願発明における直流電力変換装置の実施形態１〜４を図１〜図６に基づいて詳述する。
【００３２】
［実施形態１］
第１直流リンクコンデンサＣ1に予備充電装置９を取り付けた図２（ａ）の回路構成について、予備充電方式を説明する。
【００３３】
（１）予備充電装置９の開閉器ＭＣを投入し、可変直流電圧源１０を用いて第１直流リンクコンデンサＣ1を充電し、予備充電電圧に一致させる。この際、第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２および単相インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２のすべてのスイッチング素子Ｓ11〜Ｓ24をターンオフ状態とする。
【００３４】
（２）第１直流リンクコンデンサＣ1の予備充電が完了すると、開閉器ＭＣを開放して予備充電装置９を切り離す。
【００３５】
（３）予備充電が完了した第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１を二次側定電圧制御し、第１直流リンクコンデンサＣ1の電圧を予備充電電圧一定に制御する。
【００３６】
（４）図３（ａ）のスイッチングパターンを用いて、（３）で予備充電が完了した第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１から出力コンデンサＣｏを充電し、予備充電電圧に一致させる。なお、本スイッチングパターンでは第１１，第１４，第２２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ14，Ｓ22のみオンする。これにより、ＣＮＶ１→Ｓ11→Ｌ１→Ｃｏ→Ｌ２→Ｓ22→Ｓ24→Ｓ14の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第１１スイッチング素子Ｓ11または第１４スイッチング素子Ｓ14のオフ状態を適宜介せばよい。
【００３７】
（５）図３（ｂ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第２直流リンクコンデンサＣ2を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第１２スイッチング素子Ｓ12のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ１→Ｓ12→Ｓ14→Ｓ23→Ｃ2→Ｓ22→Ｌ２の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第１２スイッチング素子Ｓ12のオフ状態を適宜介せばよい。
【００３８】
（６）図３（ａ）と図３（ｂ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第２直流リンクコンデンサＣ2の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００３９】
（７）突入電流による過電流抑制のために予備充電電圧を定格（指定の）直流リンク電圧よりも低く設定した場合、すべての第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２で二次側定電圧制御をして、直流リンクコンデンサ電圧を予備充電電圧から定格（指定の）直流リンク電圧まで昇圧する。
【００４０】
［実施形態２］
第２直流リンクコンデンサＣ2に予備充電装置９を取り付けた図２（ｂ）の回路構成について、予備充電方式を説明する。
【００４１】
（１）予備充電装置９の開閉器ＭＣを投入し、可変直流電圧源１０を用いて直流リンクコンデンサＣ2を充電し、予備充電電圧に一致させる。この際、第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２および第１，第２単相インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２のすべてのスイッチング素子をターンオフ状態とする。
【００４２】
（２）第２直流リンクコンデンサＣ2の予備充電が完了すると、開閉器ＭＣを開放して予備充電装置を切り離す。
【００４３】
（３）予備充電が完了した第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ２で二次側定電圧制御し、第２直流リンクコンデンサＣ2の電圧を予備充電電圧一定に制御する。
【００４４】
（４）図４（ａ）のスイッチングパターンを用いて、（３）で予備充電が完了した第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ２から出力コンデンサＣｏを充電し、予備充電電圧に一致させる。なお、本スイッチングパターンでは第１４，第２２，第２３スイッチング素子Ｓ14，Ｓ22，Ｓ23のみオンする。これにより、ＣＮＶ２→Ｓ23→Ｓ14→Ｓ12→Ｌ１→Ｃｏ→Ｌ２→Ｓ22の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第２２スイッチング素子Ｓ22または第２３スイッチング素子Ｓ23のオフ状態を適宜介せばよい。
【００４５】
（５）図４（ｂ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第１直流リンクコンデンサＣ1を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第２４スイッチング素子Ｓ24のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ１→Ｓ11→Ｃ１→Ｓ14→Ｓ24→Ｓ22→Ｌ２の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第２４スイッチング素子Ｓ24のオフ状態を適宜介せばよい。
【００４６】
（６）図４（ａ）と図４（ｂ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第１直流リンクコンデンサＣ1の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００４７】
（７）突入電流による過電流抑制のために予備充電電圧を定格（指定の）直流リンク電圧よりも低く設定した場合、すべての第１，第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１，ＣＮＶ２で二次側定電圧制御をして、直流リンクコンデンサ電圧を予備充電電圧から定格（指定の）直流リンク電圧まで昇圧する。
【００４８】
［実施形態３］
第１直流リンクコンデンサＣ1に予備充電装置９を取り付けた図２（ｃ）の回路構成について、予備充電方式を説明する。
【００４９】
（１）予備充電装置９の開閉器ＭＣを投入し、可変直流電圧源１０を用いて第１直流リンクコンデンサＣ1を充電し、予備充電電圧に一致させる。この際、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４および第１〜第４単相インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４のすべてのスイッチング素子をターンオフ状態とする。
【００５０】
（２）第１直流リンクコンデンサＣ1の予備充電が完了すると、開閉器ＭＣを開放して予備充電装置９を切り離す。
【００５１】
（３）予備充電が完了した第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１で二次側定電圧制御をして、第１直流リンクコンデンサＣ1の予備充電電圧一定に制御する。
【００５２】
（４）図５（ａ）のスイッチングパターンを用いて、（３）で予備充電が完了した第１ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１から出力コンデンサＣｏを充電し、予備充電電圧に一致させる。この際同時に、第３直流リンクコンデンサＣ3および第４直流リンクコンデンサＣ4は予備充電電圧の５０％まで充電される。
【００５３】
なお、本スイッチングパターンでは第１１，第１４，第２２スイッチング素子Ｓ11，Ｓ14，Ｓ22のみオンする。これにより、ＣＮＶ１→Ｓ11→Ｌ１→Ｃｏ→Ｌ２→Ｓ22→Ｓ24→Ｓ14の閉回路が形成される。また、同時にＣＮＶ１→Ｓ11→Ｌ１→Ｌ３→Ｓ31→Ｃ３→Ｓ34→Ｓ43→Ｃ４→Ｓ42→Ｌ４→Ｌ２→Ｓ22→Ｓ24→Ｓ14の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第１１スイッチング素子Ｓ11または第１４スイッチング素子Ｓ14のオフ状態を適宜介せばよい。
【００５４】
（５）図５（ｂ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第２直流リンクコンデンサＣ2を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第１２スイッチング素子Ｓ12のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ１→Ｓ12→Ｓ14→Ｓ23→Ｃ２→Ｓ22→Ｌ２の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第１２スイッチング素子Ｓ12のオフ状態を適宜介せばよい。
【００５５】
（６）図５（ａ）と図５（ｂ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第２直流リンクコンデンサＣ2の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００５６】
（７）図５（ｃ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第３直流リンクコンデンサＣ3を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第４４スイッチング素子Ｓ44のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ３→Ｓ31→Ｃ３→Ｓ34→Ｓ44→Ｓ42→Ｌ４の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第４４スイッチング素子Ｓ44のオフ状態を適宜介せばよい。
【００５７】
（８）図５（ａ）と図５（ｃ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第３直流リンクコンデンサＣ3の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００５８】
（９）図５（ｄ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第４直流リンクコンデンサＣ4を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第３２スイッチング素子Ｓ32のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ３→Ｓ32→Ｓ34→Ｓ43→Ｃ４→Ｓ42→Ｌ４の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第３２スイッチング素子Ｓ32のオフ状態を適宜介せばよい。
【００５９】
（１０）図５（ａ）と図５（ｄ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第４直流リンクコンデンサＣ4の電圧を予備充電電圧に一致させ、第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4の予備充電を完了する。
【００６０】
（１１）突入電流による過電流抑制のために予備充電電圧を定格（指定の）直流リンク電圧よりも低く設定した場合、すべての第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４で二次側定電圧制御をして、直流リンクコンデンサ電圧を予備充電電圧から定格（指定の）直流リンク電圧まで昇圧する。
【００６１】
なお、上記制御において、（５）から（６）、（７）から（８）、（９）から（１０）の３つの処理は順番を任意に入れ替えてもよい。
【００６２】
［実施形態４］
第２直流リンクコンデンサＣ2に予備充電装置９を取り付けた図２（ｄ）の回路構成について、予備充電方式を説明する。
【００６３】
（１）予備充電装置９の開閉器ＭＣを投入し、可変直流電圧源１０を用いて第２直流リンクコンデンサＣ2を充電し、予備充電電圧に一致させる。この際、第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４および第１〜第４単相インバータＩＮＶ１〜ＩＮＶ４のすべてのスイッチング素子をターンオフ状態とする。
【００６４】
（２）第２直流リンクコンデンサＣ2の予備充電が完了すると、開閉器ＭＣを開放して予備充電装置９を切り離す。
【００６５】
（３）予備充電が完了した第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ２で二次側定電圧制御をして、第２直流リンクコンデンサＣ2を予備充電電圧一定に制御する。
【００６６】
（４）図６（ａ）のスイッチングパターンを用いて、（３）で予備充電が完了した第２ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ２から出力コンデンサＣｏを充電し、予備充電電圧に一致させる。この際同時に、第３直流リンクコンデンサＣ3および第４直流リンクコンデンサＣ4は予備充電電圧の５０％まで充電される。
【００６７】
なお、本スイッチングパターンでは第１４，第２２，第２３スイッチング素子Ｓ14，Ｓ22，Ｓ23のみオンする。これにより、ＣＮＶ２→Ｓ23→Ｓ14→Ｓ12→Ｌ１→Ｃｏ→Ｌ２→Ｓ22の閉回路が形成される。また、同時に、ＣＮＶ２→Ｓ23→Ｓ14→Ｓ12→Ｌ１→Ｌ３→Ｓ31→Ｃ3→Ｓ34→Ｓ43→Ｃ4→Ｓ42→Ｌ４→Ｌ２→Ｓ22の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第２２スイッチング素子Ｓ22または第２３スイッチング素子Ｓ23のオフ状態を適宜介せばよい。
【００６８】
（５）図６（ｂ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第１直流リンクコンデンサＣ1を充電する。なお、本スイッチングパターンではスイッチング素子Ｓ24のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ１→Ｓ11→Ｃ1→Ｓ14→Ｓ24→Ｓ22→Ｌ２の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第２４スイッチング素子Ｓ24のオフ状態を適宜介せばよい。
【００６９】
（６）図６（ａ）と図６（ｂ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第１直流リンクコンデンサＣ1の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００７０】
（７）図６（ｃ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第３直流リンクコンデンサＣ3を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第４４スイッチング素子Ｓ44のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ３→Ｓ31→Ｃ3→Ｓ34→Ｓ44→Ｓ42→Ｌ４の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第４４スイッチング素子Ｓ44のオフ状態を適宜介せばよい。
【００７１】
（８）図６（ａ）と図６（ｃ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第３直流リンクコンデンサＣ3の電圧を予備充電電圧に一致させる。
【００７２】
（９）図６（ｄ）のスイッチングパターンを用いて、出力コンデンサＣｏから第４直流リンクコンデンサＣ4を充電する。なお、本スイッチングパターンでは第３２スイッチング素子Ｓ32のみオンする。これにより、Ｃｏ→Ｌ３→Ｓ32→Ｓ34→Ｓ43→Ｃ４→Ｓ42→Ｌ４の閉回路が形成される。突入電流による過電流を抑制したい場合には、上記スイッチング素子をオン状態に固定せず、第３２スイッチング素子Ｓ32のオフ状態を適宜介せばよい。
【００７３】
（１０）図６（ａ）と図６（ｄ）のスイッチングパターンを交互に操作することで、第４直流リンクコンデンサＣ4の電圧を予備充電電圧に一致させ、全第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4の予備充電を完了する。
【００７４】
（１１）突入電流による過電流抑制のために予備充電電圧を定格（指定の）直流リンク電圧よりも低く設定した場合、すべての第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータＣＮＶ１〜ＣＮＶ４で二次側定電圧制御をして、直流リンクコンデンサ電圧を予備充電電圧から定格（指定の）直流リンク電圧まで昇圧する。
【００７５】
なお、上記制御において、（５）から（６）、（７）から（８）、（９）から（１０）の３つの操作は順番を任意に入れ替えてもよい。
【００７６】
実施形態１〜４のように、予備充電装置９を１つの直流リンクコンデンサに接続することで、すべての第１〜第４直流リンクコンデンサＣ1〜Ｃ4を予備充電することができる。そのため、すべての直流リンクに予備充電装置を接続する場合と比べ、複雑性の増大や予備充電装置の追加によるコスト増加を抑制できる。また、突入電流抑制用の抵抗器を介して充電する直流リンクコンデンサは１か所のみであり、予備充電回路で発生する損失を低減できる。
【００７７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ側から予備充電する場合に提案されている短時間電圧パルスを高周波トランスに印加する必要がなく、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転開始時から１８０度通電のスイッチングを行うことができる。そのため、パルス幅のバラツキによるＤＣ／ＤＣコンバータ内の高周波トランスの直流偏磁の発生を防止でき、充電時間が低減される。
【００７８】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００７９】
１…直流電圧源
２…直流負荷
９…予備充電装置
１０…可変直流電圧源
ＣＮＶ１〜ＣＮＶ４…第１〜第４ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｃ1〜Ｃ4…第１〜第４直流リンクコンデンサ
ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４…第１〜第４単相インバータ
Ｌ１〜Ｌ４…第１〜第４リアクトル
Ｃｏ…出力コンデンサ
Ｓ11〜Ｓ44…第１１〜第４４スイッチング素子
ＭＣ…開閉器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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