(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を入力トランスを介して受け、これを直流に変換して直接負荷に供給するダイオード整流器と、
前記ダイオード整流器の交流入力端からＡＣリアクトルを介して交流入力を受け、直流側は前記ダイオード整流器の出力と直接接続するようにした自己消弧形整流器と、
前記自己消弧形整流器を構成するブリッジ接続された各々の自己消弧形半導体素子が、前記ダイオード整流器を構成する同一の相のダイオードと同一の１２０度の通電期間を通電するように制御する制御手段と
を備え、
前記ＡＣリアクトルのインダクタンスを、前記ダイオード整流器のｄｉ／ｄｔ耐量が確保できる第１の所定値以上で、且つ還流による自己消弧形整流器の容量低減率が目標値以下となるような第２の所定値以下とし、
前記第１の所定値は、
前記ＡＣリアクトルのインダクタンスをＬACL、前記ダイオード整流器の直流出力電圧をＶdcとしたとき、Ｖdc／ＬACLの値が前記ダイオード整流器を構成するダイオードの自然転流時のｄｉ／ｄｔを超えないように選定すると共に、
前記第２の所定値は、
前記ＡＣリアクトルのインダクタンスＬACLと前記入力トランスのインダクタンスＬTRの比をＫLACL/LTR、前記ダイオード整流器の定格直流電流を可変することによる容量の変化率をＫp、前記自己消弧形整流器の定格直流電流の対前記ダイオード整流器の定格直流電流の比率をＫIGBT/Dとしたとき、比率Ｋ＝ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dの変化対して、前記自己消弧形整流器の相電流の定格電流との比率が所定の値以下となるように選定することを特徴とする半導体電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器を組み合わせて、交流電源から直流電源を生成して負荷となる他装置に供給する半導体電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源から直流電源を供給する半導体電力変換装置の種類は複数挙げられる。使用する半導体デバイスから分類すると、ＩＧＢＴ整流器、サイリスタ整流器、ダイオード整流器などがある。供給する交流電源が３相の場合を例にとる。逆導通ダイオードを内蔵するＩＧＢＴを用いた場合、通常ＩＧＢＴ整流器は６個のＩＧＢＴを適用して構築する。また、サイリスタ整流器については、２つのサイリスタを逆並列に接続したものを１単位として、６単位１２個のサイリスタを適用して構築する。一方、ダイオード整流器は、６個のダイオードだけが構築に必要である。この様に、ダイオード整流器は使用半導体デバイスも少なく構成が簡単である。また、一般的には同一容量（電圧と電流）の半導体デバイスでは、サイリスタやＩＧＢＴに比べて、ダイオードの方が低価格である。従って、ダイオード整流器が低価格の要望される用途に多く適用されている。しかし、ダイオード整流器はその特性から回生運転ができない。従って、回生が要求される用途に対してはＩＧＢＴ整流器やサイリスタ整流器が用いられる。
【０００３】
これらの整流器が使用される分野は、直流電源の負荷にインバータとモータなどを接続して、他の機器を駆動する場合が多い。この様な機器は、鉄鋼や製紙や化学プラントのように製品を製造する用途に用いられるものが多い。従って、用いられる用途は回生がなく力行負荷が大部分である。しかしながら、モータが駆動している負荷には慣性があるため、減速する場合には若干の回生電力が発生する。この回生電力は、製品を製造している時間中は発生せず、また容量も製品製造に用いられる力行分に対しては非常に小さい場合が多い。ただし、小さい回生電力であってもダイオード整流器では運転継続に問題が発生する。従って、回生が若干でも必要な場合はコストが高いものになっても、ＩＧＢＴ整流器やサイリスタ整流器を用いる必要がある。
【０００４】
一般的には容量が大きいほど整流器のコストが高くなる、逆に容量が小さくなるとコストが安くなる。この特徴と、回生容量が力行容量に対して小さいことを考慮すると、力行容量に応じた大容量のダイオード整流器と、回生容量に応じた小容量のＩＧＢＴ整流器とを組み合わせた、所謂ハイブリッド構成の整流器の適用が考えられる。
【０００５】
このハイブリッド構成の場合は、通常はダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器のそれぞれの動作が互いに影響がないように、個別に入力部にトランスを用意する必要がある。（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３７１５１号公報（第６−８頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示されているようにトランスを両整流器の各々の入力に用いる場合はトランスのコストがかかり、ダイオード整流器を用いているコスト低減効果が薄れてしまう。従って、トランスを個別に用意しない方式が望まれる。
【０００８】
ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器を、トランスを介さずに直接接続する場合は、電気回路上はＩＧＢＴに内蔵される逆導通ダイオードと、ダイオード整流器のダイオードが並列に接続されることになる。力行時に流れる電流が、ダイオード整流器のダイオードとＩＧＢＴ変換器のＩＧＢＴ内の逆導通ダイオードとを分流する形になるが、ＩＧＢＴ整流器側に両者の容量比以上の過大電流が流れる場合は問題となる。また、ダイオードとＩＧＢＴの特性を調整して最適な分流比とすることができても、ダイオード整流器に用いられているダイオードとＩＧＢＴ整流器に用いられている逆導通ダイオードとの特性の違いも問題となる。ＩＧＢＴに接続される逆導通ダイオードは、ＩＧＢＴのスイッチング時には大電流が高速に遮断される。これを単位時間当たりの電流変化率でｄＩ／ｄｔで示す。すなわち、高いｄＩ／ｄｔでの遮断を行っても問題ないような特性となるように設計されている。一方、ダイオード整流器に用いられているダイオードは、入力トランスのインピーダンスを介した自然転流による電流遮断を想定しているため、高いｄＩ／ｄｔでの電流遮断が可能な様には設計されていない。どのようなｄＩ／ｄｔでの電流遮断に耐えられるかどうかをｄＩ／ｄｔ耐量と呼び、ＩＧＢＴ整流器内蔵の逆並列ダイオードのｄＩ／ｄｔ耐量は高く、ダイオード整流器のダイオードのｄＩ／ｄｔ耐量は低い。一般的に高いｄＩ／ｄｔ耐量を持つ半導体デバイスはコストが高く、また容量が小さいものが多い。従って、大容量のダイオード整流器に適用されるダイオードのｄＩ／ｄｔ耐量は低いのが普通である。
【０００９】
この様に、分流の問題とｄＩ／ｄｔ耐量の面から、ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器を直接接続することによるハイブリッド構成は実現が難しい。
【００１０】
ｄＩ／ｄｔ耐量は、単位時間当たりの電流の変化率に対しての耐量のため、ＩＧＢＴ変換器の交流側にリアクトルを入れることで抑制できる。また、この部位のリアクトルは、ダイオード整流器とＩＧＢＴ変換器との間の力行電流の分流を調整することもできる。従って、１つのＡＣリアクトルをダイオード変換器とＩＧＢＴ変換器との間に挿入することで、これらの課題を解決する。このとき、ダイオード整流器の入力側にはＡＣリアクトルは設けず、直流電源出力は互いの出力を直接並列接続した構成とする。
【００１１】
ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器とを直接接続する場合は、力行時はＡＣリアクトルのないダイオード整流器を、その電流のほとんどが流れることになる。また回生の場合は、ダイオード整流器には電流が流れず、ＩＧＢＴ整流器にだけ電流が流れる。
【００１２】
ただし、トランスではなくＡＣリアクトルで連携しているため、回生時にダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器との間に還流が発生する。この還流は直流電源出力には反映されない無効な電力であり、ＩＧＢＴ変換器の回生能力を圧迫することになる。この還流の低減も、ｄＩ／ｄｔ耐量に加えて重要な制約事項になる。
【００１３】
これらの制約事項をいずれも満足するような設計に際して、唯一変更可能なパラメータはＡＣリアクトルの値である。この値を適切に選定することが課題であった。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたもので、ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器とをＡＣリアクトルを介して接続するハイブリッド構成の半導体電力変換装置において、適切にＡＣリアクトルを選定した半導体電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の半導体電力変換装置は、交流電源からの交流電力を入力トランスを介して受け、これを直接直流に変換して負荷に供給するダイオード整流器と、前記ダイオード整流器の交流入力端からＡＣリアクトルを介して交流入力を受け、直流側は前記ダイオード整流器の出力と直接接続するようにした自己消弧形整流器と、
前記自己消弧形整流器を構成するブリッジ接続された各々の自己消弧形半導体素子が、前記ダイオード整流器を構成する同一の相のダイオードと同一の１２０度の通電期間を通電するように制御する制御手段とを備え、前記ＡＣリアクトルのインダクタンスを、前記ダイオード整流器のｄｉ／ｄｔ耐量が確保できる第１の所定値以上で、且つ還流による自己消弧形整流器の容量低減率が目標値以下となるような第２の所定値以下とし、前記第１の所定値は、前記ＡＣリアクトルのインダクタンスをＬACL、前記ダイオード整流器の直流出力電圧をＶdcとしたとき、Ｖdc／ＬACLの値が前記ダイオード整流器を構成するダイオードの自然転流時のｄｉ／ｄｔを超えないように選定すると共に、前記第２の所定値は、前記ＡＣリアクトルのインダクタンスＬACLと前記入力トランスのインダクタンスＬTRの比をＫLACL/LTR、前記ダイオード整流器の定格直流電流を可変することによる容量の変化率をＫp、前記自己消弧形整流器の定格直流電流の対前記ダイオード整流器の定格直流電流の比率をＫIGBT/Dとしたとき、比率Ｋ＝ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dの変化対して、前記自己消弧形整流器の相電流の定格電流との比率が所定の値以下となるように選定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、ダイオード整流器とＩＧＢＴ整流器とをＡＣリアクトルを介して接続するハイブリッド構成の半導体電力変換装置において、適切にＡＣリアクトルを選定した半導体電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る半導体電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明に係る半導体電力変換装置のＩＧＢＴ整流器のゲート通電図。
【図３】本発明に係る半導体電力変換装置の電流波形のシミュレーション（その１）。
【図４】本発明に係る半導体電力変換装置の電流波形のシミュレーション（その２）。
【図５】本発明に係る半導体電力変換装置の電流波形のシミュレーション（その３）。
【図６】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果（その１）。
【図７】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果（その２）。
【図８】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果（その３）。
【図９】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果（その４）。
【図１０】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果（その５）。
【図１１】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果の表表示（その１）。
【図１２】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果の表表示（その２）。
【図１３】本発明に係る半導体電力変換装置のシミュレーション結果の表表示（その３）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る半導体電力変換装置の回路構成図である。交流電源から入力変圧器１を介してダイオード整流器２に交流電圧が給電されている。また、ＡＣリアクトル３を介してＩＧＢＴ整流器４に交流電圧が給電されている。ダイオード整流器２の正側直流出力は正側直流母線５Ｐに、負側直流出力は負側直流母線５Ｎに接続されている。ＩＧＢＴ整流器４の直流出力も同様に、正側が正側直流母線５Ｐに、負側が負側直流母線５Ｎに接続されている。正側直流母線５Ｐ及び負側直流母線５Ｎ間には図示しない負荷が接続されている。ここで、ダイオード整流器２は通常６個のダイオードをブリッジ接続した変換器と直流出力に設けられた直流コンデンサから構成される。また、ＩＧＢＴ整流器４は通常６個のＩＧＢＴ、及びこの各々に逆並列接続されたダイオードをブリッジ接続した変換器と直流出力に設けられた直流コンデンサから構成される。
【００２０】
このように構成することにより、交流電源から負荷に電力を供給するときには、ダイオード整流器２が電力変換を行い、逆に負荷から交流電源に電力を回生するときには、ＩＧＢＴ整流器４が電力変換を行う。
【００２１】
図１に示した半導体電力変換装置において、ダイオード整流器２とＩＧＢＴ整流器４との間に接続されたＡＣリアクトル３について以下考察する。
【００２２】
ＩＧＢＴ整流器４を構成するＩＧＢＴのスイッチングによって、直流電圧とＡＣリアクトル３のインダクタンス値とから決まる電流変化ｄＩ／ｄｔが、ダイオード整流器２側にも発生する。ＡＣリアクトル３のインダクタンスの値をＬACL[H]とし、直流電圧をＶdc [V]とすると、ｄＩ／ｄｔはＶdc／ＬACL[A/sec]で示される値となる。従って、このＡＣリアクトル３のインダクタンスが小さくなると、ｄＩ／ｄｔは大きくなる。
【００２３】
以後は、ダイオード整流器２とＩＧＢＴ整流器４の定格を例として設定し、このハイブリッド構成の半導体電力変換装置の挙動について説明する。この定格設定値を以下に示す。
【００２４】
定格交流電源電圧                                        Ｖs     400[V]
定格電源周波数                                          fs      50[Hz]
入力トランス１のインピーダンス                          ＩＺTR   5[%]
ダイオード整流器２の定格直流電流                        IdcD    1000[A]
ダイオード整流器２の想定力率                            pfD     0.95
ＩＧＢＴ整流器４の対ダイオード整流器２定格直流電流比率  ＫIGBT/D   0.5
この場合、下記の諸量が以下の計算式で計算される。
【００２５】
定格直流電圧          Ｖdc＝(３√２／π)×Ｖs＝１．３５×Ｖs    540[V]
ダイオード整流器２の定格容量      ＰＤ＝Ｖdc×IdcD÷pfD          568[kVA]
ダイオード整流器２の定格交流電流  ＩacD＝ＰＤ÷（Ｖs×√３）     820[A]
入力トランス１のインダクタンス
ＬTR＝（ＩＺTR÷１００）×Ｖｓ÷√３÷（２π×ｆｓ×ＩacD）     45[uH]
この様にして求められた入力トランス１のインダクタンスＬTRとＡＣリアクトル３のインダクタンスＬACLとの関係をパラメータとして、発生する還流の特性について検討する。
【００２６】
ダイオード整流器２とＩＧＢＴ整流器４のＵ相電流を、それぞれＩDu、IIｕとする。そして、ＡＣリアクトル３のインダクタンスＬACLと入力トランス１のインダクタンスＬTR (45[uH])の比を、ＬACL／ＬTR＝ＫLACL/LTRとおく。そしてＫLACL/LTRを変化させながら、ＩDuとIIｕの波形をシミュレーションする。
【００２７】
ここで、ＩＧＢＴ整流器４のゲート通電方式については、図２に示すようにした。すなわち、ダイオード整流器２の通電期間（電源周期３６０度とした場合、各相１２０度ずつの通電）と同じ期間だけ、対応するＩＧＢＴのゲートをオンするものとする。すなわち、ＩＧＢＴ整流器４のゲート制御回路（図示せず。）は、図１のＩＧＢＴ整流器４を構成するブリッジ接続された各々のＩＧＢＴ（図２のＧＵ、ＧＸ、ＧＶ、ＧＹ、ＧＷ、ＧＺに対応。）が、ダイオード整流器２を構成する同一の相のダイオード（図２のＤＵ、ＤＸ、ＤＶ、ＤＹ、ＤＷ、ＤＺに対応。）と同一の１２０度の通電期間を通電するように制御する。
【００２８】
まず、ＫLACL/LTRが１／１０、すなわち、ＬACL＝4.5[uH]の場合の、ＩDuとIIｕの波形をシミュレーションする。
【００２９】
この場合の１周期の波形を図３に示す。図３において１０００Ａｄｃ定格とはIdcDが1000[A]、またＨＢＣ５００Ａｄｃ定格とはＩＧＢＴ整流器（ハイブリッド変換器）の定格直流電流が、ＫIGBT/D＝0.5によって500[A]であることを示している。
【００３０】
IIｕについて、その実効値と最大値も同一の図中に示す。いずれも１周期での積算となっているため、周期の終わり（時間で０．２２秒）の時の値が、それぞれ実効値と最大値を示すように演算されている。
【００３１】
図３から読み取ると、実効値は429[A]で最大値は635[A]となった。
【００３２】
回生電力量は、ダイオード整流器２の定格交流電流ＩacD＝820[A]にＩＧＢＴ整流器４の定格直流電流の対ダイオード整流器比率ＫIGBT/D＝0.5を乗じた電流で決まるので、IIｕに換算すると実効値が410[A]で、最大値が580[A]となる。この回生電流に対して実際流れる電流は、図３に示したように、実効値で429[A]/410[A]＝1.05、最大値で635[A]/580[A]＝1.09と、それぞれ５％と９％多い結果となった。これは波形が正弦波ではなく矩形波状のためであることに加えて、図中に丸で囲んだ「ダイオード整流器への還流」の部分のように、本ダイオード整流器２には回生時には電流が流れない予定のものが、所定のタイミングで一瞬流れてしまっていることによるものである。これが還流と呼ばれるものであり、出力の直流電力量には寄与しない無効な電流である。
【００３３】
次にＫLACL/LTRが１、すなわち、ＬACL＝45[uH]の場合の、ＩDuとIIｕの波形をシミュレーションする。
【００３４】
この１周期の波形を図４に示す。図４から、ＬACLの値が大きくなるほど、電流の実効値と最大値が大きくなっていくことがわかる。図４の場合、IIｕは実効値が448[A]で、最大値が673[A]となる。すなわち回生電流に対して実効値で1.09、最大値で1.16と、それぞれ９％と１６％多い結果となった。
【００３５】
次にＫLACL/LTRが１０、すなわち、ＬACL＝450[uH]の場合の、ＩDuとIIｕの波形をシミュレーションする。
【００３６】
この１周期の波形を図５に示す。図５の場合、IIｕは実効値が622[A]で、最大値が897[A]となる。すなわち回生電流に対して実効値で1.52、最大値で1.55と、それぞれ５２％と５５％多い結果となった。
【００３７】
この様に、ＬACLを大きくしていく、つまりＫLACL/LTRを大きくしていくと、還流が増加して電流の実効値と最大値は共に大きくなっていく。
【００３８】
これは、負荷量としては同じ負荷を直流から出力しているにもかかわらず、交流の電流が大きくなっていること、すなわち、無効な電流が大きくなっていることを示している。半導体電力変換装置は、半導体デバイスなどの冷却と発熱などによって、その容量が決まる。従って、無効な電流を多く流す場合は、必要な有効な電流が十分に流せない結果となる。言い換えると、正弦波状で無効な電流のないＩＧＢＴ整流器での定格を想定したとき、実効値が前記の例のように１．５倍と大きくなる場合は、回生容量は１／１．５と低減して使用する必要がある。これは装置のコストから考えると約１．５倍かかるということになる。すなわち、同じ容量のＩＧＢＴ整流器を適用する場合は、３３％の容量低減が必要になる。
【００３９】
ＡＣリアクトル３のインダクタンスの値ＬACLを横軸として、IIｕの実効値の対定格電流比率をプロットしたのが図６である。ＬACLが２倍程度の90[uH]位までは２割程度無効分が流れ、１０倍の450[uH]となると５割程度無効分が流れることが分かる。言い換えるとこのＬACLの範囲で２０％乃至３５％程度の容量低減となることを示している。
【００４０】
次に、この特性が半導体電力変換装置の定格に対して、どのような挙動を示すかについて説明する。
【００４１】
ダイオード整流器２の定格直流電流IdcDを1000〜200[A]と変化させたときに図６と同様の特性をシミュレーションで求めた。ＬACLの値に対して、定格直流電流IdcDを変化させると、無効分についてはこの変化に対して同様の結果とはならなかった。これを図７に示す。
【００４２】
そこで、ダイオード整流器２の定格直流電流IdcDを変化させると、交流電源トランスインダクタンスＬTRも容量に応じて変わることに注目する。可変することによる容量の変化率をＫpとする。すなわち、元の定格のIdcD＝1000[A]をＫp＝1.0とし、IdcDを1/2の500[A]とした場合、Ｋp＝0.5とする。
【００４３】
これを用いて、グラフの横軸を、ＡＣリアクトル３のインダクタンスＬACLと入力トランス１のインダクタンスＬTRの比に対して容量の補正も加味してＫLACL/LTR×Ｋｐとする。
【００４４】
このように正規化すれば、上記Ｋpの変化に対する各シミュレーション値はほぼ一致することを確認した。これを図８に示す。
【００４５】
以上により、半導体電力変換装置の容量によらず、ＫLACL/LTR×Ｋpの値から無効電流の大きさを推定することが可能であることがわかった。
【００４６】
図８の結果から、ＫLACL/LTR×Ｋpが２程度では２割程度無効分が流れるが、ＫLACL/LTR×Ｋpが１０となると５割程度無効分が流れることが分かる。
【００４７】
以上の議論は、ＩＧＢＴ整流器４の定格直流電流の対ダイオード整流器比率のＫIGBT/Dが0.5の場合について検討した結果である。以後は、この数値を可変とした場合に上記無効分がどのように変化するかについて説明する。
【００４８】
ダイオード整流器２の定格直流電流IdcDを1000[A]に固定して、ＫIGBT/Dを変化させた。この場合の、ＬACLに対する、IIｕの実効値の定格との比についてシミュレーションを行った。
【００４９】
ＬACLの値に対して、ＫIGBT/Dを変化させると、無効分についてはこの変化に対して同様の結果とはならなかった。これを図９に示す。
【００５０】
次にＫIGBT/Dが変化するということは、見かけ上、ＡＣリアクトル３のインダクタンスＬACLのパーセンテージも変化すると考え、ＫLACL/LTR×Ｋpに対して、さらにＫIGBT/Dの項目も加味して検討する。
【００５１】
これまでの検討ではＫIGBT/Dは0.5であるので、横軸を0.5分の1した値になるように縮小すると共に、ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dをを横軸とした。この場合のシミュレーション結果を図１０に示す。この図１０により、ＫIGBT/Dをパラメータとしたとき、ＬACLに対する、IIｕの実効値の定格の推移はほぼ一致することが確認された。
【００５２】
以上から、半導体電力変換装置の全体容量や、個々のＩＧＢＴ整流器やダイオード整流器の容量によらず、ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dの値から、無効な電流の大きさを推定することが可能であることがわかった。ここで、ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dを比率Ｋとする。
【００５３】
以上を整理すると。
【００５４】
定格交流電源電圧                                        Ｖs     400[V]
定格電源周波数                                          fs      50[Hz]
入力トランス１のインピーダンス                          ＩＺTR   5[%]
ダイオード整流器２の定格直流電流                        IdcD    1000[A]
ダイオード整流器２の想定力率                            pfD     0.95
の条件において、
ＡＣリアクトル３のインダクタンスＬACLと入力トランス１のインダクタンスＬTRの比ＫLACL/LTRと、定格ダイオード整流器直流電流IdcDを可変することによる容量の変化率Ｋpと
ＩＧＢＴ整流器の定格直流電流の対ダイオード整流器比率ＫIGBT/Dとから求められる比率Ｋ＝ＫLACL/LTR×Ｋp×ＫIGBT/Dに対して、ＩＧＢＴ変換器のＵ相電流IIｕの実効値の定格との比（無効分の増加率）がどのように変化するかを示したのが図１０ということになる。図１０の結果は、横軸の増加に対して縦軸のＵ相電流IIｕの実効値の定格との比も単調増加するので、以下に説明するように、所望の装置容量低減率に対応するＵ相電流IIｕの実効値の定格との比から、このときのインダクタンスＬACLを求めることが可能であることを示している。
【００５５】
次に、この図１０の結果を表として表示すると図１１に示すようになる。
【００５６】
この表の見方は、例えばダイオード整流器２に対してＩＧＢＴ整流器４の容量が１／２であることを示すＫIGBT/D＝0.5において、ＡＣリアクトル３のインダクタンスの値ＬACLが90[uH]の場合、IIu実効値の定格比は1.2となる。この場合はＩＧＢＴ整流器の定格電流に対して１．２倍の電流が流れることになる。逆算すれば、８３％程度しか電流は流せないことになり、その結果装置容量低減率が１７％となる。同様にＬACLが900[uH]の場合には装置容量低減率は４１％とかなり大きくなる。
【００５７】
この様に、ＡＣリアクトル３のインダクタンスの値が減るほど、装置容量低減率が下がることになる。
【００５８】
また、ダイオード整流器２に対するＩＧＢＴ整流器４の容量が減るほど、同じ装置容量低減率となるＡＣリアクトル３のインダクタンスの値は増えることになる。
【００５９】
以上から、装置容量低減率を減らすには、ダイオード整流器２に対するＩＧＢＴ整流器４の容量が減るほどよく、ＡＣリアクトル３のインダクタンスの値が減るほどよいことが分かった。
【００６０】
ただし、リアクトルのインダクタンスの値が減ると、前述したようにｄＩ／ｄｔが高くなってしまう。
【００６１】
前述の装置の場合の自然転流でのｄＩ／ｄｔは、シミュレーションを行った結果では2.2[A/usec]であった。ハイブリッド構成でのＩＧＢＴのスイッチングによって発生するｄＩ／ｄｔが、自然転流での値を越えないという制約条件を付加すると、
Ｖdc／ＬACL[A/sec]＜2.2e6[A/sec]となり、ＬACL＞245[uH]が必要条件となる。
【００６２】
この条件を図１１の表に当てはめると、成り立たないインダクタンス値の領域が発生する。これを斜線で消した表を図１２に示す。
【００６３】
また、ダイオード整流器２の定格直流電流IdcDの値が変わっても、上記の表において比率Ｋを作っているＫpの値に反映されるので、図１１、図１２の表はそのまま適用できる。ただし、Ｋpが例えば1000[Adc]から500[Adc]に変わると、入力トランス１のインピーダンスが倍増する。従って発生する自然転流のｄＩ／ｄｔは半減して1.1[A/usec]となるため、ＬACL＞490[uH]が必要条件となる。この場合、図１３に示すように斜線の不可領域が広くなる。
【００６４】
この様に、ダイオード整流器２に対するＩＧＢＴ整流器４の容量比と、自然転流のｄＩ／ｄｔの制約から、必要とする装置容量低減率におけるＡＣリアクトル３のインダクタンスの値が、ある範囲で決定さることになる。必要とする装置容量低減率は、例えば、全体の装置コストが個別に入力部にトランスを用意した場合と同等となるような装置容量低減率とすれば良い。
【００６５】
この範囲内でＡＣリアクトルを選定したハイブリッド構成とすることで、これらの制約を回避する回生機能もたせることができる。
【００６６】
以上本発明の実施例を説明したが、これは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６７】
例えば、実施例における、ＩＧＢＴ整流器４は、回生可能なコンバータであれば良く、従って自己消弧形整流器に拡張可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  入力変圧器
２  ダイオード整流器
３  ＩＧＢＴ整流器
４  ＡＣリアクトル
５Ｐ  正側直流母線
５Ｎ  負側直流母線
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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