(57)【要約】【課題】  充電回路の直列接続された複数のコンデンサの充電電荷を放電する回路を、容易に低コストで形成すること。【解決手段】  放電回路３１を、コンデンサ２２ａを起点に、制御用スイッチ２４ａ、抵抗器３１ａ、ダイオード２４ｄを経由してコンデンサ２２ａに戻る第１の放電ルートＹ１１と、コンデンサ２２ｂを起点に、ダイオード２４ｂ、抵抗器３１ａ、制御用スイッチ２４ｃを経由してコンデンサ２２ｂに戻る第２の放電ルートＹ１２と、各制御用スイッチ２４ａ，２４ｃがオフとされた際に、配線の充電電荷による電流が各ダイオード２４ｂ，２４ｄ及び抵抗器３１ａを介して流れる還流ルートＹ１３とから構成する。【選択図】      図１
2006180672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を互いに直列接続された少なくとも２つのコンデンサに充電し、これら充電電圧で周波数及び電圧の何れかを制御して負荷装置に給電及び電力回生の何れかを行う電力変換装置に設けられ、各コンデンサの個々に直列接続された能動素子によるスイッチとダイオードとに抵抗器を接続して成る各放電ルートにて、各コンデンサに過剰充電された電荷を放電する電力変換装置の放電回路において、
前記抵抗器の両端は、前記各放電ルートにおける相互に直列接続されたスイッチとダイオードの接続部分に接続されている
ことを特徴とする電力変換装置の放電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機器、船舶、電気車両等の電動機や、蛍光灯など各種の負荷装置の電力制御を行う電力変換装置の放電回路であって、周波数や電圧を制御して負荷装置に供給する際に、当該電力変換装置内に過剰に充電される電力を放電する電力変換装置の放電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置の放電回路の一例を、図３の電気設備システム図を参照して説明する。電力変換装置１０は、交流電源１１に並列接続された２つのトランス１２，１３と、電力供給対象のモータ１４との間に接続されている。
電力変換装置１０は、整流回路２１と、充電回路２２と、インバータ回路２３と、放電回路２４とを備えて構成されている。
【０００３】
整流回路２１は、複数のダイオードを接続した回路で構成されており、各トランス１２，１３で昇圧（又は降圧）された交流電圧を直流電圧に変換する。
なお、トランス１２，１３、整流回路２１に代えて図５に示すような交流を直流に変換するＰＷＭコンバータとしてもよい。
充電回路２２は、２つのコンデンサ２２ａ，２２ｂを直列接続して構成されており、整流回路２１で変換された直流電圧で各コンデンサ２２ａ，２２ｂに電荷を充電する。
【０００４】
インバータ回路２３は、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子とダイオードとの逆並列回路を複数配線接続して構成されており、充電回路２２の充電電圧に応じた各スイッチング素子のスイッチング動作によって所定周波数の電圧をモータに供給する。これによってモータ１４を所定回転数で回転させる。
放電回路２４は、各コンデンサ２２ａ，２２ｂの充電電圧が過電圧となり、この電圧がインバータ回路２３のスイッチング素子に供給されると当該素子が破損するので、これを防止するためにコンデンサ２２ａ，２２ｂに充電された電荷を放電するためのものである。
【０００５】
この放電回路２４は、充電回路２２の一方のコンデンサ２２ａの両端にＩＧＢＴ等の制御用スイッチ２４ａ及びダイオード２４ｂを接続し、同様に他方のコンデンサ２２ｂの両端にも制御用スイッチ２４ｃ及びダイオード２４ｄを接続し、更に、一方のダイオード２４ｂのアノード端とカソード端との間に当該ダイオード２４ｂと並列状態に抵抗器２４ｅを接続し、他方のダイオード２４ｄのアノード端とカソード端との間に当該ダイオード２４ｄと並列状態に抵抗器２４ｆを接続して構成されている。
【０００６】
このような構成の放電回路２４は、図４に示すように、一方のコンデンサ２２ａに充電された過剰な電荷を、制御用スイッチ２４ａをオンとすることによって放電ルートＹ１へ流しながら放電する。即ち、コンデンサ２２ａの充電電荷による電流が制御用スイッチ２４ａを介して抵抗器２４ｅへ流れ、ここで熱エネルギーに変換されて放電される。
他方のコンデンサ２２ｂにおいても充電された過剰な電荷を、制御用スイッチ２４ｃをオンとすることによって放電ルートＹ２へ流しながら放電する。即ち、制御用スイッチ２４ｃがオンとなるので、コンデンサ２２ｂの充電電荷による電流が抵抗器２４ｆへ流れ、ここで熱エネルギーに変換されて放電される。
【０００７】
また、矢印Ｙ３は、制御用スイッチ２４ａがオフとされた際に、ダイオード２４ｂと抵抗器２４ｅを介して電流が閉ループ状に流れる還流ルートを示し、この還流ルートＹ３で放電回路の配線に蓄積されたエネルギーを抵抗器２４ｅで放出することにより、制御用スイッチ２４ａをオンからオフとした際に放電回路の配線に蓄積されたエネルギーにより制御用スイッチ２４ａが過電圧となり破損するのを防止している。
【０００８】
矢印Ｙ４も同様に制御用スイッチ２４ｃの過電圧印加による破損防止のための還流ルートである。
このように放電回路２４は、放電ルートＹ１，Ｙ２によって充電回路２２に過剰に電荷が充電されることによって過電圧とならないように制御用スイッチ２４ａ，２４ｃをオンとして、その充電電荷を放電する。
この種の従来の電力変換装置の放電回路として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平５−２４４７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の電力変換装置の放電回路においては、充電回路２２に直列接続された複数のコンデンサ２２ａ，２２ｂの個々に、放電のための抵抗器２４ｅ，２４ｆを配置接続しなければならないので、その分、抵抗器及び導電線等の材料費が高くなり、また、配線ミスに気遣うので配線に手間が掛かるという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、充電回路の直列接続された複数のコンデンサの充電電荷を放電する回路を、容易に低コストで形成することができる電力変換装置の放電回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による電力変換装置の放電回路は、直流電圧を互いに直列接続された少なくとも２つのコンデンサに充電し、これら充電電圧で周波数及び電圧の何れかを制御して負荷装置に給電及び電力回生の何れかを行う電力変換装置に設けられ、各コンデンサの個々に直列接続された能動素子によるスイッチとダイオードとに抵抗器を接続して成る各放電ルートにて、各コンデンサに過剰充電された電荷を放電する電力変換装置の放電回路において、前記抵抗器の両端は、前記各放電ルートにおける相互に直列接続されたスイッチとダイオードの接続部分に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、少なくとも２つのコンデンサに対応した各放電ルートにおいて、相互に直列接続されたスイッチとダイオードの接続部分に抵抗器の両端を接続したので、一方のコンデンサを起点に、スイッチ、抵抗器、ダイオードを経由して当該コンデンサに戻る第１の放電ルートが形成される。この第１の放電ルートのスイッチをオンとすると、一方のコンデンサに充電された過剰な電荷が当該放電ルートを流れ、抵抗器で熱エネルギーに変換されて放電される。また、他方のコンデンサを起点に、ダイオード、上記と同じ抵抗器、スイッチを経由して当該コンデンサに戻る第２の放電ルートが形成される。この第２の放電ルートのスイッチをオンとすると、他方のコンデンサに充電された過剰な電荷が当該放電ルートを流れ、抵抗器で放電される。また、各放電ルートのスイッチをオフとした際に、各ダイオードと１つの抵抗器とが閉ループ状に接続された還流ルートが形成されるので、各スイッチの何れか、又は全てがオフとされた際に、抵抗器を接続する配線に蓄積されたエネルギーによる電流が、各ダイオード及び抵抗器を介して流れる過程で抵抗器にて放電される。このように放電回路を構成する際に、従来は放電用の抵抗器が、電力変換装置の充電用コンデンサ数に応じた数必要であったが、本発明では１つの抵抗器で済む。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、充電回路の直列接続された複数のコンデンサの充電電荷を放電する回路を、容易に低コストで形成することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置の放電回路を適用した電気設備システムの構成を示す図である。
図１に示す本実施の形態の放電回路３１が、図３に示した従来の放電回路２４と異なる点は、各々のダイオード２４ｂ，２４ｄに並列状態に抵抗器２４ｅ，２４ｆを接続することに代え、直列接続状態のダイオード２４ｂ，２４ｄと並列状態に抵抗器３１ａを接続したことにある。
つまり、放電回路３１は、図２に示すように、２つの放電ルートＹ１１，Ｙ１２と、これら放電ルートＹ１１，Ｙ１２に共通に割り当てられる１つの還流ルートＹ１３とを備えて構成されている。
【００１４】
一方の放電ルートＹ１１は、一方のコンデンサ２２ａを起点に、制御用スイッチ２４ａ、抵抗器３１ａ、ダイオード２４ｄを経由してコンデンサ２２ａに戻るルートであり、当該コンデンサ２２ａに充電された過剰な電荷を、制御用スイッチ２４ａをオンとすることによって放電ルートＹ１１へ流し、抵抗器３１ａで熱エネルギーに変換して放電するようになっている。
【００１５】
他方の放電ルートＹ１２は、他方のコンデンサ２２ｂを起点に、ダイオード２４ｂ、抵抗器３１ａ、制御用スイッチ２４ｃを経由してコンデンサ２２ｂに戻るルートであり、当該コンデンサ２２ｂに充電された過剰な電荷を、制御用スイッチ２４ｃをオンとすることによって放電ルートＹ１２へ流し、抵抗器３１ａで熱エネルギーに変換して放電するようになっている。
【００１６】
還流ルートＹ１３は、２つのダイオード２４ｂ，２４ｄと抵抗器３１ａとを閉ループ状に接続したルートであり、各制御用スイッチ２４ａ，２４ｃがオフとされた際に、配線に蓄積されたエネルギーによる電流が、各ダイオード２４ｂ，２４ｄ及び抵抗器３１ａを介して流れる過程で、抵抗器３１ａにて熱エネルギーに変換して放電するようになっている。
【００１７】
このような構成の放電回路３１を用いた電力変換装置１０によって、交流電源１１の電圧周波数を所定周波数に変換してモータ１４に供給する際の動作を説明し、この中で放電回路３１による放電動作を説明する。
交流電源１１の交流電圧が各トランス１２，１３で昇圧（又は降圧）され、この交流電圧が整流回路２１にて直流電圧に変換される。ここで、交流電圧を直流電圧に変換するための手段は、図１のものに限るものではなく、例えばトランス１２，１３がないものや、図５に示すＰＷＭコンバータ回路であってもよい。
【００１８】
この直流電圧による電荷が、充電回路２２の各コンデンサ２２ａ，２２ｂに充電される。この充電に応じた直流電圧が、インバータ回路２３の各スイッチング素子のゲートに印加されることによって各スイッチング素子がスイッチング動作を行い、この動作に応じて所定周波数の電圧がモータに供給される。これによってモータ１４が所定回転数で回転する。
なお、図示しないが、各コンデンサ２２ａ，２２ｂの両端電圧をそれぞれ検出する電圧検出器が設けられており、この電圧検出器の検出結果に基いて各制御用スイッチ２４ａ，２４ｂが制御される。
【００１９】
このような電圧変換動作時に、各コンデンサ２２ａ，２２ｂの充電電圧が過電圧状態になったことを上記の電圧検出回路が検出したとする。この場合、一方の制御用スイッチ２４ａがオンされたとすると、一方のコンデンサ２２ａの充電電荷が放電ルートＹ１１を循環し、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。この放電によって、他方のコンデンサ２２ｂの充電電荷が、放電中のコンデンサ２２ａへ流れ、これによって双方のコンデンサ２２ａ，２２ｂに電荷が、平衡状態で且つ所定電圧をインバータ回路２３へ印加する状態に充電される。この後、制御用スイッチ２４ａがオフされると、配線の充電電荷による電流が還流ルートＹ１３を流れ、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。
【００２０】
また、他方の制御用スイッチ２４ｃがオンされた場合は、コンデンサ２２ｂの充電電荷が放電ルートＹ１２を循環し、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。この放電によって、コンデンサ２２ａの充電電荷が、放電中のコンデンサ２２ｂへ流れ、これによって双方のコンデンサ２２ａ，２２ｂに電荷が、平衡状態で且つ所定電圧をインバータ回路２３へ印加する状態に充電される。この後、制御用スイッチ２４ｃがオフされると、配線に蓄積されたエネルギーによる電流が還流ルートＹ１３を流れ、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。
【００２１】
更に、双方の制御用スイッチ２４ａ，２４ｃがオンされた場合は、各コンデンサ２２ａ，２２ｂの充電電荷が各放電ルートＹ１１，Ｙ１２を循環し、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。この放電によって、各コンデンサ２２ａ，２２ｂの充電電荷が、平衡状態で且つ所定電圧をインバータ回路２３へ印加する状態となる。この後、各制御用スイッチ２４ａ，２４ｃがオフされると、配線に蓄積されたエネルギーによる電流が還流ルートＹ１３を流れ、この過程で、抵抗器３１ａにて放電される。
【００２２】
以上説明したように本実施の形態の電力変換装置の放電回路３１によれば、電力変換装置１０の放電回路３１を構成する際に、従来は放電用の抵抗器が電力変換装置の充電用コンデンサ２２ａ，２２ｂに応じた数必要であったが、１つの抵抗器３１ａで済む。これによって従来よりも、抵抗器及び導電線等の材料費を安くすることができる。また、抵抗器３１ａの配線を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の放電回路を適用した電気設備システムの構成を示す図である。
【図２】上記実施の形態に係る電力変換装置の放電回路における放電ルート及び還流ルートを示す図である。
【図３】従来の電力変換装置の放電回路を適用した電気設備システムの構成を示す図である。
【図４】従来の電力変換装置の放電回路における放電ルート及び還流ルートを示す図である。
【図５】上記実施の形態に係る電力変換装置の変形例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  電力変換装置
１１  交流電源
１２，１３  トランス
１４  モータ
２１  整流回路
２２  充電回路
２２ａ，２２ｂ  コンデンサ
２３  インバータ回路
２４  放電回路
２４ａ，２４ｃ  制御用スイッチ
２４ｂ、２４ｄ  ダイオード
３１ａ  抵抗器
Ｙ１１，Ｙ１２  放電ルート
Ｙ１３  還流ルート
【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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