(57)【要約】【課題】回生コンバータと非回生コンバータを併用し、この直流出力を複数のインバータに供給するようにした電力変換装置において、合理的で且つ回生コンバータの付加価値を高めた電力変換装置を提供する【解決手段】交流入力電源に接続され、共通の直流出力部１００を持つＮ台（Ｎは１以上の整数）の回生コンバータ２及びＭ台（Ｍは１以上の整数）の非回生コンバータ３と、前記共通の直流出力部１００の直流出力を、電動機駆動用の交流出力に変換する複数台のインバータ４とで構成し、前記Ｎ台の回生コンバータ２の少なくとも１台の入力に昇圧変圧器２３を設け、他の回生コンバータ及びＭ台の非回生コンバータの入力には夫々リアクトル３３を設ける。【選択図】  図１
2004274958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電源に接続され、共通の直流出力部を持つＮ台（Ｎは１以上の整数）の回生コンバータ及びＭ台（Ｍは１以上の整数）の非回生コンバータと、
前記共通の直流出力部の出力を、電動機駆動用の交流出力に変換する複数台のインバータと
から構成され、
前記Ｎ台の回生コンバータの少なくとも１台の入力側に昇圧変圧器を設け、他の回生コンバータ及びＭ台の非回生コンバータの入力側には夫々リアクトルを設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流入力電源に接続され、共通の直流出力部を持つＮ台（Ｎは１以上の整数）の回生コンバータ及びＭ台（Ｍは１以上の整数）の非回生コンバータと、
前記共通の直流出力部の出力を、電動機駆動用の交流出力に変換する複数台のインバータと
から構成され、
前記Ｎ台の回生コンバータの入力側に夫々リアクトルを設け、前記Ｍ台の非回生コンバータの入力側に夫々降圧変圧器を設けたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記非回生コンバータの力行運転時には、少なくとも１台の前記非回生コンバータの入力または出力電流の値に応じて、少なくとも１台の前記回生コンバータの入力または出力電流を制御するようにし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。
【請求項４】
前記非回生コンバータの力行運転時には、少なくとも１台の前記非回生コンバータの入力高調波電流をキャンセルさせるように、少なくとも１台の前記回生コンバータを制御するようにし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。
【請求項５】
前記非回生コンバータの力行運転時には、少なくとも１台の前記非回生コンバータと少なくとも１台の前記回生コンバータの入力高調波電流との和をキャンセルさせるように、前記回生コンバータを制御するようにし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。
【請求項６】
少なくとも１台の前記回生コンバータに、他の負荷系統も含んだ無効電力を制御する機能を持たせ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、電力変換装置に係り、特に複数台のインバータ装置が接続された直流共通母線を持つ改良された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複数台のモータを可変速駆動するようなシステムでは、モータを駆動する複数台のインバータ装置に直流電力を供給するコンバータとして、ダイオードコンバータ、サイリスタコンバータ、あるいはＩＧＢＴコンバータなどが使われてきた。これらのコンバータにはそれぞれ得失がある。例えば、ダイオードコンバータは、安価であるが、回生ができない。一方、サイリスタコンバータは、回生可能であるが、回生運転中に瞬時電圧低下があると転流失敗する恐れがある。また、ＩＧＢＴコンバータは電源変動に強く、安定した回生運転も可能であるが経済性の問題がある。従って、これらのコンバータの長所を生かし、欠点を補うべく、ダイオードコンバータとＩＧＢＴコンバータを並列接続してコンバータとして動作させることが行われてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−６６０５６号公報（第５ページ、図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、非回生コンバータであるダイオードコンバータと回生コンバータであるＩＧＢＴコンバータを並列接続してこれをコンバータとして動作させる場合、回生コンバータ制御のための電圧余裕が無く、コンバータの力行運転時に回生コンバータの利用効率が極端に悪くなる場合があった。
【０００５】
また、回生コンバータを電力回生だけの用途に用いずに、その能力を生かして電力変換装置全体としての付加価値を高めることも課題である。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、回生コンバータと非回生コンバータを併用し、この直流出力を複数のインバータに供給するようにした電力変換装置において、合理的で且つ回生コンバータの付加価値を高めた電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、交流入力電源に接続され、共通の直流出力部を持つＮ台（Ｎは１以上の整数）の回生コンバータ及びＭ台（Ｍは１以上の整数）の非回生コンバータと、前記共通の直流出力部の出力を、電動機駆動用の交流出力に変換する複数台のインバータとから構成され、前記Ｎ台の回生コンバータの少なくとも１台の入力側に昇圧変圧器を設け、他の回生コンバータ及びＭ台の非回生コンバータの入力側には夫々リアクトルを設けたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の第２の発明は、交流入力電源に接続され、共通の直流出力部を持つＮ台（Ｎは１以上の整数）の回生コンバータ及びＭ台（Ｍは１以上の整数）の非回生コンバータと、前記共通の直流出力部の出力を、電動機駆動用の交流出力に変換する複数台のインバータとから構成され、前記Ｎ台の回生コンバータの入力側に夫々リアクトルを設け、前記Ｍ台の非回生コンバータの入力側に夫々降圧変圧器を設けたことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、回生コンバータに電圧余裕を持たせ、その制御を容易化しているので、合理的で且つ回生コンバータの付加価値を高めた電力変換装置を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に本発明による電力変換装置の第１の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の電力変換装置の構成図である。
【００１１】
商用電源を入力変圧器１で降圧し、その出力側にＩＧＢＴコンバータから成る回生コンバータ２及びダイオードコンバータから成る非回生コンバータ３ａ、３ｂを並列に接続する。これらの回生コンバータ２及び非回生コンバータ３ａ、３ｂの直流出力は共通の直流母線１００に接続されている。また、これらの回生コンバータ２及び非回生コンバータ３ａ、３ｂと並列に接続されているプリチャージ回路４は、起動時の突入電流を防ぐためのもので、例えば、開閉器と抵抗器を直列接続したものが使用される。
【００１２】
前述の共通の直流母線１００には、複数台のインバータ５ａ、５ｂ、・・・５ｋが並列に接続され、これらのインバータ５ａ、５ｂ、・・・５ｋの出力で交流電動機６ａ、６ｂ、・・・６ｋを夫々駆動している。
【００１３】
回生コンバータ２の内部構成は次のようになっている。入力側に昇圧変圧器２３を備え、この昇圧変圧器２３の出力側はヒューズ２２を介しＩＧＢＴブリッジから成る自励変換器２１が接続されている。また、昇圧変圧器２３の入力電流は電流検出器２４で検出される。この電流検出器２４で検出された電流は、負荷分担制御回路２５に入力され、交流母線１０１の非回生コンバータ側の電流検出器７で検出された電流に追随するように、負荷分担制御回路２５で負荷分担制御を行う。負荷分担制御回路２５の構成・動作の詳細については後述する。
【００１４】
非回生コンバータ３ａ、３ｂの内部構成は次のようになっている。尚、非回生コンバータ３ａ、３ｂは同一のものであるので、非回生コンバータ３ａを例にその構成を説明する。入力側にはリアクトル３３ａを備え、その出力はヒューズ３２ａを介し他励変換器３１ａに供給されている。他励変換器３１ａは通常ダイオードをブリッジ接続した変換器であり、制御は行わない構成となっている。尚、リアクトル３３ａは並列接続されている他の非回生コンバータ３ｂ、あるいは回生コンバータ２との間に横流が発生するのを防止するためのものである。
【００１５】
図２は、負荷分担制御回路２５の内部ブロック図を示したものである。図１の電流検出器７で検出された非回生コンバータ３ａ及び３ｂの入力電流はレベル調整回路７１で所定のレベルに調整され、図１の電流検出器２４で検出された回生コンバータ２の入力電流と比較される。この誤差信号を電流増幅器７２で増幅してこれを開閉器７５を介してＰＷＭ制御器７３の入力とする。ＰＷＭ制御器７３の出力は自励変換器２１のゲート制御信号となる。
【００１６】
一方、例えば、図１の自励変換器２１の出力側に設けた図示しない出力電圧検出器からの電圧フィードバック信号と、回生コンバータの電圧基準とを比較し、この出力を電圧増幅器７４で増幅し、この出力もＰＷＭ制御器７３の入力に加算するようにする。
【００１７】
以上のような図１及び図２に示した構成とすることにより、回生コンバータ２が回生運転している場合、その出力電圧を制御すると共に、力行運転時には非回生コンバータ３ａ、３ｂとの電流分担すなわち負荷分担を所望の割合に制御することができる。
【００１８】
ここで、開閉器７５は負荷分担制御を行うか行わないかによってＯＮ／ＯＦＦするためのものであるが、通常は、力行運転時にはＯＮ、回生運転時にはＯＦＦする。しかし、力行運転時であってもＯＦＦしておく場合もある。回生運転時に開閉器７５を自動的にＯＦＦする方法としては、回生コンバータ２の入力電流または出力電流のゼロ点を検出する方法や、非回生コンバータ３ａ／３ｂの入力電流または出力電流が減少したことを検出する方法などがある。
【００１９】
また、上記の制御を行うためには、昇圧変圧器２３で自励変換器２１の入力電圧を昇圧し、自励変換器２１の電圧制御余裕をとっておくことが必要である。この電圧余裕と、レベル調整器７１の設定、また電流増幅器７２のゲインの設定を調整することによって非回生コンバータ３ａ、３ｂの負荷率に追随するように回生コンバータ２を安定に制御することができる。
【００２０】
尚、図１及び図２では、コンバータの入力電流を用いて負荷分担制御を行う例を示したが、これに代えて、コンバータの出力電流を利用しても良い。
【００２１】
また、図１では、電流検出器７により交流母線１０１の入力電流を検出する構成を示したが、これを例えば非回生コンバータ３ａの入力電流を検出するようにしても良い。
【００２２】
以上説明したように、本発明の電力変換装置によれば、回生コンバータ２の出力制御を行うことができるので、合理的で付加価値の高い電力変換装置を提供することができる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図１の回生コンバータ２の入力変圧器２３に代えて入力リアクトル２６を挿入した点と、図１の非回生コンバータ３ａ、３ｂの入力リアクトル３３ａ、３３ｂに代えて降圧変圧器３６ａ、３６ｂを設けた点である。
【００２４】
このように、降圧変圧器３６ａ、３６ｂを入力側に設けて非回生コンバータ３ａ及び３ｂの出力電圧を下げれば、相対的に回生コンバータ２の出力電圧があがり、回生コンバータ２の制御を余裕をもって行う事が可能となる。
【００２５】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成図である。この第３の実施の形態の各部について、図１の第１の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第３の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図１の負荷分担制御回路２５を高調波電流キャンセル制御回路２７に代えた点である。
【００２６】
図５に、高調波電流キャンセル制御回路２７の内部ブロック図を示す。この第３の実施の形態に係る電力変換装置に用いられる高調波電流キャンセル制御回路２７の内部ブロック図の各部について、図２の第１の実施の形態に係る電力変換装置に用いられる負荷分担制御回路２５の内部ブロック図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。図５が図２と異なる点は、レベル調節器７１を基本波演算器７６に代え、基本波演算器７６の出力と非回生コンバータ入力電流との差分を回生コンバータ入力電流と比較するようにした点である。
【００２７】
基本波演算器７６は、図４の電流検出器７で検出された非回生コンバータ３ａ、３ｂの入力電流の基本波分を演算する。この演算された基本波分と非回生コンバータ３ａ、３ｂの入力電流との差分（これは非回生コンバータ入力電流の高調波成分に相当する。）をとり、この差分と図１の電流検出器２４で検出された回生コンバータ２の入力電流を比較し、この誤差信号を、第１の実施の形態の負荷分担制御と同様にして電流増幅器７２、開閉器７５を介してＰＷＭ制御器７３の入力とする。
【００２８】
このような構成にすれば、回生コンバータ２の入力電流は非回生コンバータ３ａ、３ｂの入力電流の高調波成分をキャンセルするように制御されるので、合理的で付加価値の高い電力変換装置を提供することができる。
【００２９】
尚、この第３の実施の形態では、非回生コンバータの高調波電流をキャンセルする方式について説明したが、全体のコンバータすなわち、非回生コンバータ入力電流及び回生コンバータ入力電流の和の高調波電流をキャンセルするようにしても良い。
【００３０】
（第４の実施の形態）
図６は本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成図である。この第４の実施の形態の各部について、図４の第３の実施の形態に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この第４の実施の形態が、第３の実施の形態と異なる点は、図４の高調波電流キャンセル制御回路２７を無効電力制御回路２８に代えた点と、非回生コンバータの電流検出器７を、他の負荷系統全てを含む系統電流を検出する入力電流検出器７ａに代えた点である。
【００３１】
無効電力制御回路２８の内部ブロック図を示したのが図７である。この第４の実施の形態に係る電力変換装置に用いられる無効電力制御回路２８の内部ブロック図の各部について、図５の第４の実施の形態に係る電力変換装置に用いられる高調波電流キャンセル制御回路２７の内部ブロック図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。図７が図５と異なる点は、基本波演算器７６を基本波及び力率演算器７７に代えた点と、この基本波及び力率演算器７７の入力を非回生コンバータ入力電流に代え、前述の系統入力電流と系統電圧の二つとした点である。この系統電圧は、例えば図６の昇圧変圧器２３の入力電圧を検出することによって得ることができるが、図６では図示を省略している。
【００３２】
基本波及び力率演算器７７が、図６の電流検出器７ａで検出された系統入力電流の基本波分を演算し、基本波電流を算出することは、図５の基本波演算器７６と同様であるが、この基本波及び力率演算器７７は、上記基本波の演算に加え、系統電圧と同位相になるように基本波電流の位相を補正する演算も行う。そして、基本波及び力率演算器７７の出力と系統入力電流との差分と、電流検出器２４で検出された回生コンバータ２の入力電流を比較し、この誤差信号を、第４の実施の形態の高調波キャンセル制御と同様にして電流増幅器７２、開閉器７５を介してＰＷＭ制御器７３の入力とする。
【００３３】
このようにすれば、回生コンバータ２は系統の高調波電流をキャンセルする制御を行うばかりでなく、系統の力率も補正するように動作することができる。力率は通常は１となる様にするが、回生コンバータの容量などの条件によっては必ずしも１にする必要はない。この結果、高調波電流をキャンセンルし、さらに力率の制御も可能とした所謂無効電力制御を行わせることが可能となる。
【００３４】
以上説明したように、この第４の実施の形態によれば、回生コンバータを系統の無効電力制御用に動作させることが可能となるので、合理的で付加価値の高い電力変換装置を提供することができる。
【００３５】
また、以上の第１乃至第４の実施の形態では、回生コンバータ２は１台、非回生コンバータ３ａ、３ｂを２台として説明したが、これらのコンバータの台数は１台または２台に限るものではなく、回生コンバータがＮ（Ｎは整数）台、非回生コンバータがＭ（Ｍは整数）台の組み合わせでも良い。回生コンバータが２台あれば、例えば、１台は負荷分担制御を行い、他の１台は無効電力制御を行う様な組み合わせも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力変換装置によれば、回生コンバータを有効に活用して、負荷分担制御、高調波電流キャンセル制御、また無効電力制御を行うことができるので、合理的で付加価値の高い電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の構成図。
【図２】負荷分担制御回路の内部ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成図。
【図５】高調波電流制御回路の内部ブロック図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成図。
【図７】無効電力制御回路の内部ブロック図。
【符号の説明】
１  入力変圧器
２  回生コンバータ
３ａ、３ｂ  非回生コンバータ
４  プリチャージ回路
５ａ、５ｂ、・・・、５ｋ  インバータ
６ａ、６ｂ、・・・、６ｋ  交流電動機
７、７ａ  電流検出器
２１  自励変換器
２２  ヒューズ
２３  昇圧変圧器
２４  電流検出器
２５  負荷分担制御回路
２６  入力リアクトル
２７  高調波電流キャンセル制御回路
２８  無効電力制御回路
３１ａ、３１ｂ  他励変換器
３２ａ、３２ｂ  ヒューズ
３３ａ、３３ｂ  入力リアクトル
３６ａ、３６ｂ  降圧変圧器
７１  レベル調整器
７２  電流増幅器
７３  ＰＷＭ制御器
７４  電圧増幅器
７５  基本波演算器
７６  基本波及び力率演算器
【図１】
2004274958.tif 000003
【図２】
2004274958.tif 000004
【図３】
2004274958.tif 000005
【図４】
2004274958.tif 000006
【図５】
2004274958.tif 000007
【図６】
2004274958.tif 000008
【図７】
2004274958.tif 000009