(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷の間に接続されて電力変換を行う静止形電力変換器
において、前記静止形電力変換器の交流電源側または負荷側に、共通鉄心に巻回されている共通一次巻線が配された変流器と、該変流器の二次巻線に接続されて電源インピーダンスと前記負荷と前記静止形変換器との浮遊静電容量とに基づいて決まる抵抗値になるような抵抗とを具備して構成したことを特徴とする静止形電力変換器
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源をコンバ−タ部を介して任意の電圧・周波数に変換するインバ−タ装置等の静止形電力変換器に係わり、特にその出力に極めて長い電力ケ−ブルを接続されるなどより、出力と対地間の浮遊静電容量が大きくかつ負荷が零または極めて軽いときに発生する直流回路の過電圧を防ぐようにした静止形電力変換器に、関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は本発明を適用するに最も望ましい代表的なインバ−タ装置を示すものであって、11，12，13は交流電源、21，22，23は電源インピ−ダンス、３はコンバ−タ部、４は平滑用コンデンサ、５はインバ−タ部、61，62，63は浮遊静電容量、７は負荷、８は大地である。
すなわち、この種のインバ−タ装置は慣用されており、その動作は、例えば昭和60年９月，電気書院発行「インバ−タ応用マニュアル」，Ｐ39〜Ｐ42に、記載されている通りである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインバ−タ装置の適用において、インバ−タ部と負荷との間の配線距離が極めて長い場合等より、浮遊静電容量61，62，63の静電容量値が大きく、かつ負荷７が零または極めて軽いときに、直流回路の平滑用コンデンサ４の電圧が上昇する現象が、発生する可能性があることが見いだされた。
これを、図６および図７を参照して、説明する。
【０００４】
図６は図５を模式化したものであって、ＡＣ21，ＡＣ23，ＡＣ5 は交流線、
ＤＣｐ，ＤＣｎは直流線である。
なお、ここでは交流電源11の電圧が最も高く、交流電源13の電圧が最も低い状態である。
さて、交流電源11，12，13の電圧の大きさをそれぞれ（ 440／√３）（Ｖ）とすれば、直流線ＤＣｐ，ＤＣｎは、大地８に対してそれぞれ約（＋ 300Ｖ），
（− 300Ｖ）の直流電圧が印加される。
ここで、インバ−タ部であるスイッチ５が直流線ＤＣｎ側へ接続されているとして、過渡現象がおさまり定常状態にあれば、交流線ＡＣ5 には（− 300Ｖ）が印加されるので、浮遊静電容量６は（− 300Ｖ）に充電される。
【０００５】
そして、いまある時刻でスイッチ５が反転してＤＣｐ側へ接続されると、
大地８→交流電源11→電源インピ−ダンス21→交流線ＡＣ21→直流線ＤＣｐ
→交流線ＡＣ5 →浮遊静電容量６→大地８
の経路で、浮遊静電容量６の充電極性を反転させる向きの電流が流れる。
このとき、交流電源電圧の大きさは、交流電源11，12，13ののうち最も高い電位と同じである。つまり、浮遊静電容量６の初期値（− 300Ｖ）とした過渡現象が、発生する。
図７はこの様子を図示したものであって、ＶＣ6 ，ＩＣ6 は浮遊静電容量６の電圧，電流である。
すなわち、時刻Ｔ0 で始まった過渡現象は、時刻Ｔ1 で電圧ＶＣ6 が交流電源の電圧と同じ約（ 300Ｖ）に達すると、電流ＩＣ6 がそれまでの増加から減少に転ずる。
そして、電圧ＶＣ6 が約（ 900Ｖ）に達した時刻Ｔ2 から、電流ＩＣ6 の向きが反転する。この場合の電流の流れる経路は、
浮遊静電容量６→交流線ＡＣ5 →直流線ＤＣｐ→平滑用コンデンサ４
→直流線ＤＣｎ→交流線ＡＣ22→電源インピ−ダンス23→交流電源13
→大地８→浮遊静電容量６
の如くである。
このことは、過渡現象の後半サイクルでは、平滑用コンデンサ４を充電する方向のエネルギが存在する、ことである。
【０００６】
同様に、スイッチ５がさらに反転した場合でも、平滑用コンデンサ４を充電する方向のエネルギが存在する。
すなわち、スイッチ５が直流線ＤＣｐ側へ倒れてその過渡現象が終わり定状状態になれば、浮遊静電容量６の電圧は約（＋ 300Ｖ）となる。
この状態で、スイッチ５が再び直流線ＤＣｎ側へ倒れると、
浮遊静電容量６→交流線ＡＣ5 →直流線ＤＣｎ→交流線ＡＣ22
→電源インピーダンス23→交流電源13→大地８→浮遊静電容量６
の方向に、図７に示す波形と正負反転した状態が発生する。
そして、この過渡現象の後半サイクルでは、
大地８→交流電源11→電源インピ−ダンス21→交流線ＡＣ21
→直流線ＤＣｐ→平滑用コンデンサ４→直流線ＤＣｎ
→交流線ＡＣ5 →浮遊静電容量６→大地８
の経路で、浮遊静電容量６の電流極性が反転し、この向きの電流は、平滑用コンデンサ４を充電する方向となる。
【０００７】
かようにして、スイッチ５が反転する度に平滑用コンデンサ４を少しづつ充電し、このエネルギ量が、インバ−タ装置のエネルギ損失と負荷が消費するエネルギ量より大きければ、平滑用コンデンサの電圧が上昇して過電圧状態になる。
ところで、最近では誘導電動機の制御技術が発達し、制御応答を改善するために誘導電動機が停止中でも、励磁電圧を与えておくことが多くなった。
これは、インバ−タ周波数が零の状態であり、励磁電流自体も少なく、インバ−タ装置，誘導電動機ともエネルギ損失は最小となるため、したがって前述の過電圧状態が発生し易くなる。
【０００８】
しかして本発明の目的とするところは、具体的には過渡現象の発生状態の改善を図り、浮遊静電容量に流れる電流を振動状態にならぬようにして、平滑用コンデンサの過電圧発生を防ぐ格別な装置を、提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述したような点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成したものである。すなわち、
第一に、交流電源と負荷の間に接続されて電力変換を行う静止形電力変換器の交流電源側または負荷側に、共通鉄心に巻回されている共通一次巻線が配された変流器と、変流器の二次巻線に接続される抵抗とを具備して成るものである。
第二に、その変流器にて共通鉄心に巻回されている共通一次巻線は互いに巻数が等しいものとしてなるものである。
【００１０】
かかる解決手段により、浮遊静電容量に流れる電流が振動状態になると、その１周期のうちの後半のサイクルがインバ−タ装置の平滑用コンデンサを充電するのであるから、これを断ち切ればよく、リアクトルとコンデンサの直列回路にさらに抵抗成分を追加することにより、振動状態にならぬようにするか、または振動状態になっても平滑用コンデンサを充電するエネルギ量を減らして、過電圧発生を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、実施例図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施例を図５に類して示し、９は変流器、10は抵抗である。すなわち、コンバ−タ部３の交流電源側に、変流器９および変流器９に接続される抵抗10が、具備されてなる。
また、図２は本発明の他の実施例を図５に類して示し、９’は変流器、10’は抵抗である。すなわち図２においては、インバ−タ部５の出力側に、変流器９’および変流器９’に接続される抵抗10’が、具備されてなる。
これを、図３および図４を参照して、説明する。
【００１２】
図３は本発明の動作を説明するための等価回路であって、 101は電源インピ−ダンス21，22，23に相当するリアクトル、 102は浮遊静電容量61，62，63に相当するコンデンサ、 103は抵抗10または抵抗10’に相当する変流器の変流比に換算した抵抗、 104はインバータ部５に相当するスイッチ、 105は交流電源11，12，13を過渡現象が発生しているごく短い時間に置き換えて説明するための電源である。
ここで、過渡現象が生じている期間は数マイクロ秒〜数百マイクロ秒程度なため、この間は、交流電源の電圧は一定であるとして差し支えない。
いま、コンデンサ 102の初期電圧が図示の方向に充電されているとして、スイッチ 104をオンしたときに、コンデンサ 102に流れる電流波形は、大きく分けて図４に示す如くの３通りとなる。
図４は図３の説明のため示した波形図であって、ＩＣ12，ＩＣ12’，ＩＣ12”はコンデンサ電流である。
ただし、コンデンサ電流ＩＣ12，ＩＣ12’，ＩＣ12”は、図３のリアクトル 101，コンデンサ 102，抵抗 103のそれぞれの値をＬ，Ｃ，Ｒとしたときの、
Ｒ≪｛２／√（Ｌ・Ｃ）｝
Ｒ≒｛２／√（Ｌ・Ｃ）｝
Ｒ≫｛２／√（Ｌ・Ｃ）｝
、それぞれの場合に相当する。
【００１３】
そして、前述した如く、コンデンサ電流ＩＣ12のような状態になれば、負側の半サイクルで図６の平滑コンデンサ４を充電する方向の電流が流れるが、コンデンサ電流ＩＣ12’またはコンデンサ電流ＩＣ12”のような状態ならば、そのような電流は流れないかまたは無視できる位になって、平滑コンデンサ４が、過電圧になることがなくなる。
すなわち、図３における抵抗 103の抵抗値Ｒを、〔Ｒ＞｛２／√（Ｌ・Ｃ）｝〕に選定すればよい。
なお、本発明は三相入出力の静止形電力変換器にとらわれず、単相または四相以上の入出力の装置にも適用可能なことは、勿論である。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、浮遊静電容量に流れる電流を振動状態にならぬよう平滑用コンデンサの過電圧発生を防止し得る簡便な構成の装置を、提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例を示す回路図である
【図２】図２は本発明の他の実施例を示す回路図である
【図３】図３は本発明の動作を説明するため示した等価回路図である。
【図４】図４は図３の説明のため示した波形図である。
【図５】図５は従来例の代表的なインバ−タ装置を示す回路図である。
【図６】図６は図５を模式化した系統図である。
【図７】図７は図６における過電圧発生現象を説明するため示した波形図である。
【符号の説明】
11        交流電源
21        電源インピ−ダンス
３        コンバ−タ部
４        平滑用コンデンサ
５        インバ−タ部
61        浮遊静電容量
７        負荷
８        大地
９        変流器
９’      変流器
10        抵抗
10’      抵抗
101        リアクトル
102        コンデンサ
103        抵抗
104        スイッチ
105        電源
ＡＣ21      交流線
ＡＣ22      交流線
ＡＣ5       交流線
ＤＣｐ      直流線
ＤＣｎ      直流線
ＩＣ12      コンデンサ電流
【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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