(57)【要約】【課題】電力変換装置が電源断状態にある時間や、電力変換装置への入力電圧の大きさに関わらず、好適な突入電流抑制効果を得られる、電力変換装置を提供する。【解決手段】整流回路と、上記整流回路の直流側に設けられた平滑コンデンサと、上記コンデンサの充電開始時に流れる突入電流を防止するための電流制限抵抗と、上記電流制限抵抗を短絡するために上記電流制限抵抗の両端に並列に接続された開閉器と、上記開閉器を制御する制御回路とを備えた電力変換装置において、上記電力変換装置に入力された３相交流電源のうち２相の電圧の実効値と、上記整流回路によって整流された直流電圧を検出し、上記直流電圧が上記交流電源電圧の実効値とあらかじめ設定された値との差分以上となったときに、上記開閉器を閉じる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流回路と、上記整流回路の直流側に設けられた平滑コンデンサと、上記コンデンサの充電開始時に流れる突入電流を防止するための電流制限抵抗と、上記電流制限抵抗を短絡するために上記電流制限抵抗の両端に並列に接続された開閉器と、上記開閉器を制御する制御回路と、
を備えた電力変換装置において、
上記電力変換装置に入力された３相交流電源の電圧の実効値と、上記整流回路によって整流された直流電圧を検出し、上記直流電圧が上記実効値をもとにして算出した閾値以上となったときに、上記制御回路により上記開閉器を閉じる
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記閾値として、上記電力変換装置に入力された３相交流電源のうち少なくとも２相の電圧の実効値と、あらかじめ設定された値との差分を用いることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記あらかじめ設定された値として、電力変換装置に入力された交流電源電圧の実効値の逆数に比例した値を用いることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置の特に電源投入時や瞬時停電後の復電時に流れる突入電流を制限する回路の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インバーターなどの電力変換装置では、電源投入時に平滑用コンデンサに流れる過大な突入電流により、電力変換装置内部の部品等が故障したりすることを防止するために、電流制限抵抗を介して平滑用コンデンサを充電するようにしている。その際、電源投入時以外の定常状態では、電流制限抵抗は不要であること、また、定常状態いおいて電流制限抵抗に流れる電流は損失となり発熱の原因となることから、電流制限抵抗に並列にリレーなどの開閉器を接続し、電源投入時には、上記開閉器を開放して電流制限抵抗を介して平滑用コンデンサを充電し、平滑用コンデンサに十分な充電電圧が蓄積されて過大な突入電流が流れる恐れがなくなったら、上記開閉器を短絡して、通常運転を行うようにしていた。
【０００３】
また、通常運転中に電源電圧が低下した場合には、上記リレーを開放し、電源が復旧したときに、起動時と同じく、電流制限抵抗を通して上記平滑用コンデンサへ充電するようにしている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、従来の突入電流抑制方法が示されている。具体的には、入力された交流電源電圧を測定し、その入力電圧が著しく低下したとき、突入電流抑制抵抗を短絡するリレーを開放し、平滑用コンデンサの充電電圧があらかじめ設定した検出電圧に復帰した後、オンディレイタイマーにより所定時間経過後に前記突入電流抑制抵抗を開閉器で短絡する方法が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、交流電源を整流回路で整流された後の直流電圧が、あらかじめ設定された差分電圧値まで降下した場合に突入電流制限抵抗を短絡する開閉器を開放する方法が示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、電流制限回路内のスイッチをＯＮする基準電圧を入力電圧の比により変更し、突入電流を抑制する方法が示されている。
【０００７】
具体的には、交流電源の電圧を計器用変圧器を介して、電源電圧検出器により検出し、この値を充電切替電圧変更回路へ与えている。交流電源の電圧が変動すると、その変動に連動してコンパレータへ与える充電切替電圧も変化するので、電流制限抵抗を短絡する際の充電電圧の電源電圧に対する比率はほぼ一定した値となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１２１７７９号公報（第５頁）
【特許文献２】特開２００７−７４８８４号公報（第４頁、第５頁、図２）
【特許文献３】特開平５−１６８２４２号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上述の特許文献１の技術では、停電からの復電のとき、平滑用コンデンサに充電されるまでの時間は、平滑用コンデンサの特性や周囲温度に依存するので、適切なタイマーの設定値を見出すのが困難である。オンディレイタイマーの設定値が短すぎると、前記平滑用コンデンサへの充電が完了する前に開閉器が閉じてしまい、開閉器が閉じてから平滑用コンデンサへの充電が完了するまでの間は該電力変換装置への突入電流が抑制されない、という課題があった。
【００１０】
また、上述の特許文献２の技術では、電力変換装置の起動時など長時間の電源断の後に電源を投入した場合には、電力変換装置への電源投入直後から突入電流制限抵抗を短絡する開閉器が開くまでの間に、電源投入前のゼロ電位近くまで下がった直流電圧と、電源投入直後の直流電圧との差分に比例した突入電流が流れる。すなわち、この間は突入電流抑制抵抗による抑制効果が得られない、という課題があった。
【００１１】
また、上述の特許文献３の技術によれば、入力電圧と基準電圧との差分の絶対値は、入力電圧に比例して大きくなる。すなわち、電源投入時の突入電流Ｉは、平滑用コンデンサの容量をＣ、突入電流が流れる時間をΔｔとすると、Ｉ＝Ｃ×ΔＶ/Δｔであらわされ、入力電圧と基準電圧との差分電圧ΔＶに比例して大きくなる。従って、入力電圧が大きくなればなるほど突入電流も大きくなるという課題があった。
【００１２】
この発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、電力変換装置が電源断状態にある時間や、電力変換装置への入力電圧の大きさに関わらず、好適な突入電流抑制効果を得られる、電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る電力変換装置の突入電流を制限する回路の制御装置は、整流回路と、上記整流回路の直流側に設けられた平滑コンデンサと、上記コンデンサの充電開始時に流れる突入電流を防止するための電流制限抵抗と、上記電流制限抵抗を短絡するために上記電流制限抵抗の両端に並列に接続された開閉器と、上記開閉器を制御する制御回路とを備えている。そして上記電力変換装置に入力された３相交流電源の電圧の実効値と、上記整流回路によって整流された直流電圧を検出し、上記直流電圧が上記３相交流電源の電圧の実効値をもとにして算出した閾値以上となったときに、上記制御回路により上記開閉器を閉じる（ＯＮさせる）ことを特徴とする
【発明の効果】
【００１４】
以上のようにこの発明に記載の電力変換装置によれば、電流制限回路の開閉器の動作閾値を入力電圧の大きさに応じて変化させることができるため、電力変換装置への入力電圧の大きさに関わらず、突入電流を一定値に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態による電力変換装置を示す構成図である。
【図２】電源投入時の動作を示す図である。
【図３】瞬時停電時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１.
この発明による電力変換装置の実施の形態１を、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態１によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態１を示す電力変換装置の構成図である。図１において、この実施の形態１に係る電力変換装置は、交流電源１からの入力電圧を直流電圧に変換する整流回路２と、電源投入時及び瞬時停電後の復電時に過大な電流が流れるのを制限する電流制限回路３と、平滑用コンデンサ６と、上記開閉器を制御する制御回路７とからなる。
【００１８】
また、電流制限回路３は、電流制限抵抗４と、上記電流制限抵抗の両端に並列に接続された開閉器５とからなる。
【００１９】
さらに、制御部７は、この電力変換装置への入力電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの電圧値を検出する入力電圧検出器８と、直流電圧検出器９と、基準電圧値算出器１０と、上記入力電圧、直流電圧および基準電圧値をもとに開閉器５を閉じる電圧を算出する開閉電圧算出器１１と、指令信号発生器１２とからなる。
【００２０】
ここで、基準電圧Ｖｄｃ＊、直流電圧Ｖｄｃおよび設定値ΔＶと開閉器６の動作との関係を図２および図３を用いて説明する。図２は、Ｖｄｃが０Ｖまで低下した後に電力変換装置へ電源投入する場合を示し、図３は、瞬時停電など、Ｖｄｃが０Ｖまで低下する前に電力変換装置への入力電源が復電する場合を示す。
【００２１】
この実施の形態１では、上記入力電圧検出器により検出された入力電圧３相すなわちＶｒ、Ｖｓ、Ｖｔの電圧のうち、いずれか２相の電圧の実効値をもとに、基準電圧算出器１０は基準電圧Ｖｄｃ＊を算出する。具体的には、例えばＶｒとＶｓを用いる場合には、２相の線間電圧の実効値｜Ｖｒ−Ｖｓ｜から基準電圧Ｖｄｃ＊をＶｄｃ＊＝√２×（｜Ｖｒ−Ｖｓ｜）により算出する。
【００２２】
ここで、Ｖｄｃが０Ｖまで低下した後にｔ＝ｔ０で電力変換装置へ電源投入する場合、開閉電圧算出器１１では、上記で算出した基準電圧Ｖｄｃ＊と直流電圧検出器で検出されたＶｄｃとの差と、あらかじめ設定された電圧値ΔＶとを比較する。そして、図２に示すように０≦Ｖｄｃ≦Ｖｄｃ＊−ΔＶの間、すなわちｔ０≦ｔ≦ｔ２の間は、指令信号発生器１２から開閉器６に対して、開閉器がＯＦＦ状態を維持する指令信号を出力する。その結果、突入電流が電流制限回路３内の電流制限抵抗４によりその大きさが制限された状態で、平滑コンデンサ６を充電し続ける。
【００２３】
その後、ｔ＝ｔ２でＶｄｃ＞Ｖｄｃ＊−ΔＶになると、指令信号発生器１２から開閉器６に対して開閉器をＯＮさせ、その状態を維持する指令信号が出力され、開閉器６がＯＮ状態になる。すなわち電流制限抵抗４を短絡させた状態で、平滑コンデンサ６を充電する。その後Ｖｄｃは一定値となる。
【００２４】
なお、上記ΔＶの設定値は、電力変換装置内の整流回路２の許容電力や平滑コンデンサ６の容量などをもとにして定める。その定め方は特に規定しないが、例えば製品設計時に実験的に定めてもよい。
【００２５】
次に、瞬時停電など、Ｖｄｃが０Ｖまで低下する前に電力変換装置への入力電源が復電する場合の動作について、図３を用いて説明する。なお、図３では、瞬時停電発生前の電力変換装置への入力電圧に比べて、復電後の入力電圧が高い電圧の場合を例示している。瞬時停電が発生する前、すなわち０≦ｔ≦ｔ３の期間は、Ｖｄｃ＞Ｖｄｃ＊−ΔＶであるので、指令信号発生器１２から開閉器６に対して、開閉器がＯＮ状態を維持する指令信号が出力される。すなわち、このときは電流制限抵抗４は短絡された状態になる。
【００２６】
その後、ｔ＝ｔ３で瞬時停電が発生し、ｔ＝ｔ４でＶｄｃ≦Ｖｄｃ＊−ΔＶになると、指令信号発生器１２から開閉器をＯＦＦさせ、その状態を維持する指令信号が出力され、開閉器６がＯＦＦ状態になる。
【００２７】
そして、ｔ＝ｔ５で電力変換装置への入力電源が復電すると、Ｖｄｃは再び漸次増加しはじめ、ｔ＝ｔ６でＶｄｃ＞Ｖｄｃ＊−ΔＶになると、指令信号発生器１２から開閉器６に対して、開閉器をＯＮさせ、その状態を維持する指令信号が出力される。
【００２８】
ここで、上述のとおりＶｄｃ＊は、Ｖｄｃ＊＝√２×（｜Ｖｒ｜−｜Ｖｓ｜）により算出されるため、入力電圧が大きくなるとＶｄｃ＊の値も大きくなる。その結果Ｖｄｃ＊−ΔＶも瞬時停電発生前に比べて高い値になる。言い換えると、電力変換装置への入力電圧が変化すると、Ｖｄｃと開閉器６がＯＮまたはＯＦＦする閾値との差が一定値、すなわちＶｄｃ−Ｖｄｃ＊＝ΔＶ（一定値）となるように、Ｖｄｃ＊−ΔＶが変化する。
【００２９】
上述のとおり、入力電圧に応じて基準電圧Ｖｄｃ＊を変動させるため、電力変換装置の起動時など長時間停電した後に電源を投入する場合及び瞬時停電後に電源を再投入する場合に関わらず、突入電流を一定値に抑制することができる。このことにより、特に電力変換装置を長時間停電した後に電源を投入する場合や、瞬時停電時に電源を投入する場合で瞬時停電前のＶｄｃに比べて瞬時停電後に再度電源投入したときのＶｄｃのほうが大きくなった場合に、上述の従来技術に比して突入電流を抑制する効果が増大する。
【００３０】
また、設定値ΔＶを入力電圧の実行値の逆数に比例する値に設定することにより、電力変換装置への入力電圧が大きくなるほど設定値ΔＶが小さくなるため、入力電圧が大きくなるほど、逆に電源投入時の突入電流が小さくなる。
【符号の説明】
【００３１】
１  交流電源
２  整流回路
３  電流制限回路
４  電流制限抵抗
５  開閉器
６  平滑コンデンサ
７  制御部
９  直流電圧検出器
【図１】
2011087378.tif 000003
【図２】
2011087378.tif 000004
【図３】
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