(57)【要約】【課題】予備充電回路の部品点数の削減による装置コストの削減、または予備充電回路のコンパクト化が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】コンバータ装置３の直流平滑コンデンサを予備充電するための予備充電回路の電源として、高周波電源４を用いる。これにより、従来、予備充電用開閉器５と予備充電用昇圧トランス７との間に設けられていた電流制限要素を省略することができ、また設けた場合でもその電流定格値を小さくすることができるとともに、予備充電用昇圧トランス７を小型化することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される電力変換装置において、直流部のコンデンサを予備充電する予備充電回路の電源を高周波電源で構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記高周波電源として、電力変換用素子のゲート電源用の高周波電源を用いた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】
前記予備充電回路に、前記高周波電源からの電流を制限するための電流制限要素を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバータ装置又はインバータ装置の直流部のコンデンサを、装置起動前に充電するための予備充電回路を有する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力変換装置は、例えば、図５に示すように構成されている。
【０００３】
図５に示すように、三相主電源から主電源用開閉器１と主電源用トランス２を介して三相交流電力が電力変換装置（コンバータ装置）３に供給される。コンバータ装置３の直流出力部には、正側直流平滑コンデンサおよび負側直流平滑コンデンサが接続されている。これら直流平滑コンデンサの電荷が無い状態で主電源用開閉器１が投入されると、コンバータ装置３のフライホイールダイオードを介して過大な突入電流が流れるため装置を破損する恐れがある。このため、主電源用開閉器１を投入する前に、予め直流平滑コンデンサを概ね整流電圧レベルまで充電しておく必要がある。このための回路が予備充電回路であり、予備充電電源としての商用の制御電源に接続された予備充電用開閉器５、電流制限要素６、予備充電用昇圧トランス７、及び整流器８により構成されている。
【０００４】
ここで、予備充電用開閉器５の耐圧の観点から、予備充電用昇圧トランス７の１次側は商用周波数で数百Ｖ程度の低圧とし、２次側は数ｋＶの高圧とするため、電流制限要素６、予備充電用昇圧トランス７に流れる電流は短時間ではあるが数百Ａとなる。このため、電流制限要素６、および予備充電用昇圧トランス７の電流定格値も大きくなり、外形およびコスト共に大きくなってしまう。
【０００５】
また、商用の電源を使用した予備充電回路を有する電力変換装置は、例えば、特開平７−３１２８７６号公報にも記載されているが、この装置は、予備充電回路の整流回路の出力電圧と直流平滑コンデンサの電圧を比較する回路を設けて直流平滑コンデンサが十分充電されてからコンタクタ（主電源用開閉器）を閉成し、インバータ装置の起動時の突入電流を低減するもので、比較回路等を必要としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の技術では、電力変換装置に対して予備充電回路を商用の制御電源を使用していたことにより、スペースの問題、装置のコストアップといった問題があった。
【０００７】
本発明は、従来のこのような点に鑑みて為されたもので、予備充電回路の部品点数の削減による装置コストの削減、または予備充電回路のコンパクト化が可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、交流電源に接続される電力変換装置において、直流部のコンデンサを予備充電する予備充電回路の電源を高周波電源で構成したことを特徴とする。
【０００９】
このような構成の本発明によれば、予備充電回路の部品点数の削減による装置コストの削減、または予備充電回路のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【００１２】
この実施形態は、図１に示すように、三相主電源から主電源用開閉器１と主電源用トランス２を介して三相交流電力が電力変換装置（コンバータ装置）３に供給される。コンバータ装置３の直流出力部には、正側直流平滑コンデンサおよび負側直流平滑コンデンサが接続されている。これら直流平滑コンデンサの電荷が無い状態で主電源用開閉器１が投入されるとコンバータ装置３のフライホイールダイオードを介して過大な突入電流が流れるため装置を破損する恐れがある。このため、主電源用開閉器１を投入する前に、予め直流平滑コンデンサを概ね整流電圧レベル（例えば数ｋＶ）まで充電しておく必要がある。
【００１３】
このための回路が予備充電回路であり、この実施形態では、図１に示すように、コンバータ装置３の正側直流平滑コンデンサの正極側と負側直流平滑コンデンサの負極側に接続されたダイオード整流器８と、このダイオード整流器８の一次側に接続された予備充電用昇圧トランス７と、この予備充電用昇圧トランス７の一次側に接続された直列に接続される予備充電用開閉器５及び高周波電源４とで構成される。
【００１４】
この高周波電源４としては、例えば商用電源に接続された整流器（コンバータ）とインバータからなる電力変換装置で構成され、例えば２０ｋＨｚの高周波を出力するものとする。
【００１５】
このように、予備充電回路の電源として高周波電源４を用いることにより、その出力が高周波であるため、予備充電用昇圧トランス７の外形を小さくすることができる。また、高周波電源４を用いることにより、過大な電流が流れる可能性が少ないので、従来例を示す図５の電流制限要素６を省略することができる。
【００１６】
以上説明したように、この実施形態によれば、電流制限要素６を省略することができるので、予備充電回路の部品点数を削減でき、装置コストの削減を図ることができるとともに、予備充電用昇圧トランス７を小型化することができる。
【００１７】
なお、上述の説明では、直流平滑コンデンサが正側と負側の２つの直流平滑コンデンサからなるものについて説明したが、これに限らず直流平滑コンデンサが１つのものに適用することもできる。
【００１８】
また、コンバータ装置３の直流出力部の電圧が低い場合は、必ずしも主電源用トランス２および予備充電用昇圧トランス７を必要としない。
【００１９】
（第２の実施形態）
次に、図２は、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【００２０】
この実施形態は、図２に示すように、三相主電源から主電源用開閉器１と主電源用トランス２を介して三相交流電力が電力変換装置（コンバータ装置）３に供給される。コンバータ装置３の直流出力部には、正側直流平滑コンデンサおよび負側直流平滑コンデンサが接続されている。これら直流平滑コンデンサの電荷が無い状態で主電源用開閉器１が投入されるとコンバータ装置３のフライホイールダイオードを介して過大な突入電流が流れるため装置を破損する恐れがある。このため、主電源用開閉器１を投入する前に、予め直流平滑コンデンサを概ね整流電圧レベルまで充電しておく必要がある。
【００２１】
このための回路が予備充電回路であり、この実施形態では、図２に示すように、予備充電用昇圧トランス７の一次側を、予備充電用開閉器５を介して、３レベルコンバータ装置３のゲート用高周波電源、すなわち３レベルコンバータ装置３の電力変換用素子のゲートを制御する信号を作るための高周波電源４に接続したものである。
【００２２】
このように予備充電電源として、ゲート用高周波電源４を用いることで、電流制限要素６を省略し、また予備充電用昇圧トランス７を小型化できる。また、ゲート用高周波電源４を予備充電電源として共用することで、新たに高周波電源を用意する必要がない。
【００２３】
なお、上述の説明では、直流平滑コンデンサが正側と負側の２つの直流平滑コンデンサからなるものについて説明したが、これに限らず直流平滑コンデンサが１つのものに適用することもできる。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、図３は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【００２５】
この実施形態は、図３に示すように、図１に示す第１の実施形態の予備充電回路の予備充電用開閉器５と予備充電用昇圧トランス７との間に、限流抵抗または限流リアクトルからなる電流制限要素６を接続したものである。すなわち、特に、過大な電流が流れる可能性がある場合は、これを抑制するため電流制限要素６を接続する。
【００２６】
この場合でも、予備充電電源が高周波電源であるため、限流抵抗または限流リアクトルなどの電流制限要素６の電流定格値を小さくすることができ、また予備充電用昇圧トランス７を小型化できる。
【００２７】
（第４の実施形態）
次に、図４は、本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成図である。
【００２８】
この実施形態は、図４に示すように、図３に示す第３の実施形態の予備充電回路の高周波電源４として、３レベルコンバータ装置３のゲート用高周波電源を用いたものである。
【００２９】
このように予備充電電源として、ゲート用高周波電源を用いることで、新たに高周波電源を用意する必要がなく、また、予備充電電源が高周波電源であるため、限流抵抗または限流リアクトルなどの電流制限要素６の電流定格値を小さくすることができ、予備充電用昇圧トランス７を小型化できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電力変換装置によれば、予備充電回路の部品点数の削減による装置コストの削減、または予備充電回路のコンパクト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成図。
【図５】従来の電力変換装置の構成図。
【符号の説明】
１…主電源用開閉器
２…主電源用トランス
３…コンバータ装置
４…高周波電源（またはゲート用高周波電源）
５…予備充電用開閉器
６…電流制限要素
７…予備充電用昇圧トランス
８…予備充電用整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004088972.tif 000006
【図５】
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