【手続補正書】
【提出日】平成16年10月20日(2004.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２を示す直流短絡電流の特性図である。この実施の形態２は、運転時における第１のスイッチ４の自己消弧素子の通電責務が第２の電力変換器２のアームの自己消弧素子の通電責務より低いことを考慮して前者の素子並列数を後者の素子並列数より少なく設定することで、直流短絡電流を大幅に低減させるものである。
図１の実施の形態１においては、第１のスイッチ４と第２の電力変換器２のアーム素子が同じ定格容量を有する場合について説明したが、同じ定格容量の素子であっても、例えば、第１のスイッチ４の素子並列数が１個でオンゲート電圧をＶｐｌ（ケース１）とし、第２の電力変換器２内アームの素子並列数が２個でオンゲート電圧をＶｐ２とした場合の各素子の電圧分担特性を図３の破線で示している。第１のスイッチ４の素子電圧Ｖｃｅ４と第２の電力変換器２のアーム２Ｘ内素子の電圧Ｖｃｅ２Ｘが、Ｖｃ＝Ｖｃｅ４＋Ｖｃｅ２Ｘの状態で直流短絡電流Ｉｓが制限される。ここで第１のスイッチ４を設けない場合にはＶｃｅ２Ｘ＝Ｖｃとなり、一点鎖線で図示した直流短絡電流Ｉｓｏになり、第１のスイッチ４を設けた場合に比べて２倍以上に直流短絡電流は増加する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７を示す電力変換装置であって、実施の形態１では第２の電力変換器２が端子Ｐ、Ｎを有する２レベルインバータに適用した場合について説明したが、この実施の形態７は、直流回路として端子Ｐ、Ｃ、Ｎを有する３レベルインバータへ適用したものである。図において、２０は変圧器であって、２次側と３次側が３０゜の位相差を有する多相変圧器で構成され、それぞれＰ側の第１の電力変換器１ＰとＮ側の第１の電力変換器１Ｎに接続されて、いわゆる１２相整流回路を構成する。このＰ側及びＮ側の第１の電力変換器１Ｐ及び１Ｎは直列接続されて、両端が端子Ｐ、Ｎに、中間接続点が端子Ｃに接続される。２Ａは３レベルインバータで構成された第２の電力変換器であって、電圧駆動型自己消弧素子からなるアームＴ１〜Ｔ４で１相分が構成される。このアームＴｌ〜Ｔ４は具体的には逆並列に接続されたダイオードを有するＩＧＢＴであって、端子Ｐ、Ｎ間に直列接続される。ＣＤｌおよびＣＤ２はクランプダイオードであって、アームＴｌとＴ２との中間点とアームＴ３とＴ４との中間点との間に直列接続され、このクランプダイオードＣＤｌとＣＤ２との中間点は端子Ｃに接続される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
次に動作について説明する。Ｐ側及びＮ側の第１のスイッチ４Ｐ及び４Ｎのゲート信号Ｓ４はオン指令状態でＰ側及びＮ側の第１のスイッチ４Ｐ及び４Ｎがオン状態であるときに、開閉器１１を投入すると、変圧器２０及びＰ側及びＮ側の第１の電力変換器１Ｐ及び１Ｎを介して、破線の経路で示されるＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの充電電流Ｉｃｈが流れる。このときのＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの電圧Ｖｃの動作波形を図１１に示す。変圧器２０の２次と３次の電圧は３０゜の位相差を有するために、図に示すようにＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの電圧ＶｃＰ及びＶｃＮは時間変化が異なったものとなる。
そのためにＰ側及びＮ側の第２のスイッチ１４Ｐ及び１４Ｎは実施の形態５で説明した充電制御回路１７と同じ動作機能を有する充電制御回路１７Ｐ及び１７Ｎにより、個別に制御される。充電完了検出回路２１はＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの電圧ＶｃＰ及びＶｃＮが一致したことを検出する一致検出回路２１ａを有し、一致すればその出力信号Ｓ２１ｃはＨになる。ここで、この一致検出回路２１ａは、例えば減算器２１ｂと０レベル検出器２１ｃで構成される。また図１１に示すような運転可能な直流電圧の下限レベルの電圧Ｖ３ｒを越えたことを検出する比較器２１ｅ及び２１ｆ、この比較器２１ｅ及び２１ｆの出力信号により、ＯＲ回路２１ｇを介して遅延信号Ｓ２１ｈを出力する遅延回路２１ｈを有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
実施の形態９．
図１２はこの発明の実施の形態９を示す電力変換装置で、実施の形態７に付随するものであって、特に直流短絡発生後の電源側からの続流抑制手段ならびにＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの充電方式に関するものである。図において、２２Ｐは第４の自己消弧素子からなるＰ側の第３のスイッチで、端子ＣとＰ側の第１の電力変換器１Ｐの負極端間に接続される。２３ＰはＰ側の限流抵抗で、Ｐ側の第３のスイッチ２２Ｐに並列接続される。２２Ｎは第４の自己消弧素子からなるＮ側の第３のスイッチで、端子ＣとＮ側の第１の電力変換器１Ｎの正極端間に接続される。２３ＮはＮ側の限流抵抗で、Ｎ側の第３のスイッチ２２Ｎに並列接続される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
実施の形態１１．
図１４はこの発明の実施の形態１１を示す電力変換装置であって、実施の形態７に記載した第２の電力変換器２Ａと異なる構成の３レベルインバータである第２の電力変換器２Ｂに適用した場合におけるＰ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの放電方式に関するものである。図において、Ｔ５とＴ６はクランプダイオードＣＤｌとＣＤ２の替わりとして構成されたもので、アームＴｌ〜Ｔ４と同じ電圧駆動型自己消弧素子（第５の自己消弧素子）と逆並列接続されたダイオードとでなり、具体的にはＩＧＢＴである。
直流短絡が発生した場合には、Ｐ側及びＮ側の第１のスイッチ４Ｐ及び４Ｎと第２の電力変換器２ＢのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフすると同時にこのクランプ素子Ｔ５及びＴ６もオフすることにより、直流短絡電流を抑制できる。
この場合の直流短絡としては、Ｔ１−Ｔ２−Ｔ３−Ｔ６の経路、Ｔ１−Ｔ５の経路、Ｔ５−Ｔ２−Ｔ３−Ｔ４の経路、Ｔ６−Ｔ４の経路が考えられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
次に運転停止後、Ｐ側及びＮ側の第１のスイッチ４Ｐ及び４Ｎをオフするとともに第２の電力変換器２Ｂの１相分のアームＴ１とＴ４内素子及びクランプ素子Ｔ５とＴ６をオンすることにより、破線の経路で放電電流ＩＤＳを流して、Ｐ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐおよび３Ｎを放電する。以上のように放電経路を構成したので、信頼性が高く、安価な電力変換装置が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
実施の形態１２．
図１５はこの発明の実施の形態１２を示す電力変換装置であって、実施の形態７に記載した第１の電力変換器１Ｐ及び１Ｎの替わりに、第２の電力変換器２Ａと同じ構成の、第６の自己消弧素子を使用した自励式電力変換器で構成した場合における直流短絡保護方式に関するものである。図において、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ３内素子が導通した場合には破線の経路で直流短絡電流Ｉｓが流れてＰ側の直流コンデンサ３Ｐが放電する。この直流短絡電流ＩｓはＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ及び４Ｎと第２の電力変換器２Ａの全アーム内素子をオフすることにより抑制できるが、最悪、第２の電力変換器２Ａのアーム内素子Ｔｌ〜Ｔ３が破損した場合には電源側から第１の電力変換器１Ａのアーム内素子のダイオード部を通って図示の１点鎖線の経路で続流ＩＳＬが流れる。このとき、Ｎ側の直流コンデンサ３Ｎはこの続流ＩＳＬにより、直流定格電圧の２倍以上に過充電されるため、他の健全素子が過電圧破壊を生じる可能性が高くなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
実施の形態１５．
図１８はこの発明の実施の形態１５を示す電力変換装置で、実施の形態１２および１３に付随するものであって、Ｐ側及びＮ側の直流コンデンサ３Ｐ及び３Ｎの充電方式に関するものである。図において、２４Ｐおよび２４ＮはＰ側およびＮ側の第４のスイッチであって、第８の自己消弧素子にダイオードを逆並列接続して構成され、この自己消弧素子が直流コンデンサ３Ｐおよび３Ｎを充電する向きにそれぞれＰ側の直流コンデンサ３ＰおよびＮ側の直流コンデンサ３Ｎに直列接続される。２５Ｐおよび２５Ｎは第３の放電抵抗で、それぞれＰ側およびＮ側の第４のスイッチ２４Ｐおよび２４Ｎに並列接続される。第１の電力変換器１Ａの全アーム内素子をオフにした状態で、第４のスイッチ２４Ｐおよび２４Ｎと第１のスイッチ４Ｐおよび４Ｎをオフにして、開閉器１１を投入すると、図示の破線の経路で充電電流Ｉｃｈが流れて直流コンデンザ３Ｐおよび３Ｎを同時に充電する。
このとき、リアクトル１２と直流コンデンサ３Ｐおよび３Ｎとの間の共振現象は、第３の放電抵抗２５Ｐおよび２５Ｎにより緩和されるために、直流コンデンサ３Ｐおよび３Ｎの過充電はほとんど生じない。充電が完了すると、第４のスイッチ２４Ｐおよび２４Ｎと第１のスイッチ４Ｐおよび４Ｎをオンにして、運転を開始する。
なお、リアクトル１２の替わりに変圧器で構成されたものであってもよく、また第１の電力変換器がクランプ素子Ｔ５およびＴ６を有する電力変換器１Ｂであっても、同様な効果を奏する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2003143863.tif 000001
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2003143863.tif 000003