(57)【要約】【課題】  冷却装置を大型化することなく、リアクトルの騒音レベルを所定のレベルに抑え、必要な出力電流が得られる電力変換装置を構成する。【解決手段】    電源に接続され複数のスイッチング素子で構成された電力変換器からフィルタを介して負荷に接続された電力変換主回路と制御回路とを備えた電力変換装置において、電力変換器の配置位置の周囲温度と出力電流とにより、搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、電力変換器の温度が温度規定値の範囲となるように搬送波周波数を高くして運転できる構成とした。【選択図】        図１
2005341752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器の変換出力をリアクトルおよびコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に供給する電力変換主回路と、該電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、上記電力変換器を制御する制御回路とからなり、上記電力変換器の配置位置における最高周囲温度を設定温度とし、上記電力変換器のジャンクション温度の許容値を温度規定値とし、上記制御回路は、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路と、制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、該制御信号生成回路は出力電圧指令値と上記出力電圧との電圧偏差を求め、この電圧偏差が零となるように出力電圧指令値を演算し、該出力電圧指令値と上記搬送波信号発生回路が発生した搬送波信号とにより制御信号を生成して駆動回路に入力し、駆動回路から上記電力変換器を制御する電力変換装置において、上記電力変換器の配置位置の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、上記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、搬送波信号周波数切換手段とを設け、該搬送波信号周波数切換手段は、上記検出された周囲温度と上記電力変換器の出力電流に基づき、上記搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、上記電力変換器の温度が上記温度規定値の範囲となる周波数に切り換えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
上記搬送波信号発生回路は一定の周波数の搬送波を発振する搬送波発振器と分周器と搬送波信号発生器とで構成し、上記搬送波信号周波数切換手段に予め搬送波周波数を分周する分周率を段階的に設定して記憶し、上記搬送波信号周波数切換手段は、上記周囲温度検出手段が検出した周囲温度と、上記出力電流検出手段が検出した出力電流に基づき、上記電力変換器の温度が上記温度規定値の範囲となる上記分周率を選択することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
直流電源に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器の変換出力をリアクトルおよびコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に供給する電力変換主回路と、該電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、上記電力変換器を制御する制御回路とからなり、上記電力変換器の配置位置における最高周囲温度を設定温度とし、上記電力変換器のジャンクション温度の許容値を温度規定値とし、上記制御回路は、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路と、制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、該制御信号生成回路は、出力電圧指令値と上記の出力電圧との電圧偏差を求め、この電圧偏差が零となるように出力電圧指令値を演算し、該出力電圧指令値と上記搬送波信号発生回路が発生した搬送波信号とにより制御信号を生成して駆動回路に入力し、駆動回路から上記電力変換器を制御する電力変換装置において、上記出力電圧の波形歪み率を検出する波形歪み率検出手段と、予め波形歪み率の仕様値を設定した搬送波信号周波数切換手段を設け、上記検出された波形歪み率に基き、上記搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、上記予め設定された波形歪み率の仕様値の範囲となる周波数に切り換えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
上記搬送波信号発生回路は一定の周波数の搬送波を発振する搬送波発振器と分周器と搬送波信号発生器とで構成し、上記搬送波信号周波数切換手段に予め搬送波信号の周波数を分周する分周率を段階的に設定して記憶し、上記搬送波信号周波数切換手段は、上記検出した波形歪み率に基づき、上記電力変換器の温度が上記温度規定値の範囲となる上記分周率を選択することを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、搬送波周波数に対応する許容出力電流を演算する過負荷耐量演算回路と、演算された許容負荷電流を過負荷レベルとして、別途設置された電力変換装置の保護装置に対して出力する出力回路を備えた過負荷レベル演算回路を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
直流電源に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器の変換出力をリアクトルおよびコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に供給する電力変換主回路と、上記電力変換器を制御する制御回路とからなり、上記電力変換器の配置位置における最高周囲温度を設定温度とし、電力変換器のジャンクション温度の許容値を温度規定値とし、上記制御回路は、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路と、上記電力変換器の出力電流を検出する電流検出手段と、制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、該制御信号生成回路は、出力電流指令値と、上記出力電流との電流偏差を求め、この電流偏差が零となるように電流指令値を演算し、該電流指令値と上記搬送波信号発生回路が発生した搬送波信号とにより制御信号を生成して駆動回路に入力し、駆動回路から上記電力変換器を制御する電力変換装置において、上記電力変換器の配置位置の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、上記搬送波信号周波数を切り換える搬送波信号周波数切換手段とを設け、該搬送波信号周波数切換手段は、上記検出された周囲温度と上記出力電流指令値に基づき、上記搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、上記電力変換器の温度が上記温度規定値の範囲となる周波数に切り換えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
上記搬送波信号発生回路は、一定の周波数の搬送波を発振する搬送波発振器と分周器と搬送波信号発生器とで構成し、上記搬送波信号発生周波数切換手段に予め搬送波信号の周波数を分周する分周率を段階的に設定して記憶し、上記搬送波信号周波数切換手段は、上記周囲温度と、上記出力電流指令値に基づき、上記電力変換器の温度が上記温度規定値の範囲となる上記分周率を選択することを特徴とする請求項６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、スイッチング素子により電力変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧を交流電圧に電力変換する電力変換装置の構成は、例えば特許文献１の図５７に示されている。この構成は、直流電源にインバータ主回路が接続され、インバータ主回路において直流電圧が交流電圧に変換され、リアクトルとコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に接続された電力変換主回路と、この電力変換主回路を制御する制御回路とで構成され、その制御回路は、インバータ主回路を駆動するドライブ回路に対して、交流正弦波基準発信回路と振幅指令発生回路との出力を乗算器で乗算して出力電圧指令Ｖｏｓをつくり、この出力電圧指令Ｖｏｓと出力電圧Ｖｏとの電圧偏差ΔＶを加減算器により求め、この電圧偏差ΔＶが零になるように電圧制御増幅器とＰＷＭ変調回路によりインバータ駆動信号を生成してドライブ回路に入力し、ドライブ回路からインバータ主回路が制御される構成となっている。
【０００３】
スイッチング素子を使用した電力変換器では、スイッチング素子のジャンクション温度が許容温度の範囲内となるように構成されている。スイッチング素子は、周囲温度にスイッチング回数、通電電流等の運転条件による温度上昇を加えた温度がスイッチング素子のジャンクション温度となり、このジャンクション温度が許容温度となるように定格値が設定され、電力変換装置のリアクトル等が所定の騒音レベルになるように構成されている。
【０００４】
スイッチング素子には、スイッチ動作によるスイッチング損失Ｐｓｎと、通電電流による通電損失Ｐｓｔが発生し、その和がスイッチング素子に発生する素子損失Ｐである。
即ち、Ｐ＝Ｐｓｎ＋Ｐｏｔとなる。
スイッチング損失Ｐｓｎは、１回当たりのスイッチングエネルギＰｓとスイッチング回数ｎの積であり、通電損失Ｐｏｔは、ＯＮ電圧ドロップと通電電流Ｐｏと通電時間比率ｔの積である。
スイッチング損失Ｐｓｎと搬送波信号ｆｃの周波数との関係は、スイッチング素子のスイッチング回数が搬送波信号ｆｃの周波数に比例するから図１１に示すとおり、搬送波信号ｆｃの周波数が高くなるにしたがって増大する。
出力電流Ｉｏとスイッチング素子損失Ｐとの関係は図１２に示すとおり、出力電流Ｉｏの増加に伴ってスイッチング素子の損失Ｐが増加する。
リアクトルの騒音は、鉄心の磁気歪みに起因するものであり、出力電流Ｉｏが一定の条件においては、図１３に示すように、搬送波信号ｆｃの周波数が高くなると騒音レベルＳｎが低くなる。
【０００５】
また、搬送波信号ｆｃの周波数を高くするほど出力電圧Ｖｏの波形歪み率は低くなるので、搬送波信号ｆｃの周波数は、出力電圧Ｖｏの波形歪み率を考慮した値に決められている。
【０００６】
上記のように、リアクトルの騒音を低く抑えるには、搬送波信号ｆｃの周波数を高くする必要があるが、スイッチング素子のスイッチング損失Ｐｓｎが増加して温度上昇が大きくなる。また、出力電流Ｉｏの増加に伴って、スイッチング素子の損失Ｐも増加する。したがって、電力変換装置では、スイッチング素子のジャンクション温度が許容温度に納まり、騒音レベルも所定のレベルに抑えられ、出力電圧Ｖｏの波形歪み率も所定値以下になるように搬送波信号ｆｃの周波数が決められている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２９５０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように電力変換装置のリアクトルの騒音レベルを低く抑えるためには搬送波信号ｆｃの周波数を高く設定することが必要であるが、搬送波信号ｆｃの周波数を高く設定すると、スイッチング損失Ｐｓｎが増加するので、冷却手段が大型になる問題点があった。
また、出力電圧Ｖｏの波形歪み率を仕様値に納めるためには、搬送波周波数ｆｃを高く設定する必要があるが、半導体スイッチのジャンクション温度の制限があるので、出力電流値を低く抑えるか、または冷却をよくするために冷却手段を大型にしなければならない問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電力変換装置の冷却装置を大型にすることなく、リアクトルの騒音レベルを所定のレベルに抑えられて、必要な出力電流が得られる電力変換装置、または冷却装置を大型にしないで出力電圧の波形歪み率も仕様値となる電力変換装置を構成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る電力変換装置は、直流電源に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器の変換出力をリアクトルおよびコンデンサで構成された交流フィルタを介して負荷に供給する電力変換主回路と、電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出手段と、電力変換器を制御する制御回路とからなり、電力変換器の配置位置における最高周囲温度を設定温度とし、電力変換器のジャンクション温度の許容値を温度規定値とし、制御回路は、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路と、制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、制御信号生成回路は出力電圧指令値と出力電圧との電圧偏差を求め、この電圧偏差が零となるように出力電圧指令値を演算し、出力電圧指令値と搬送波信号発生回路が発生した搬送波信号とにより制御信号を生成して駆動回路に入力し、駆動回路から上記電力変換器を制御する電力変換装置において、電力変換器の配置位置の周囲温度を検出する周囲温度検出手段と、電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出手段と、搬送波信号周波数切換手段とを設け、搬送波信号周波数切換手段は、検出された周囲温度と電力変換器の出力電流に基づき、搬送波信号発生回路から出力する搬送波信号の周波数を、電力変換器の温度が温度規定値の範囲となる周波数に切り換える構成としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、電力変換器の温度がスイッチング素子の許容温度の規定値の範囲となる周波数の搬送波信号により制御する構成としたものであり、電力変換器の冷却手段を大型化することなく、交流フィルタを構成するリアクトルの騒音が低く抑えられた電力変換装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は直流電源１に接続された複数のスイッチング素子で構成された電力変換器２と、電力変換器２の出力電流Ｉａを検出する出力電流検出手段３と、リアクトル５ａとコンデンサ５ｂで構成された交流フィルタ５と、出力電圧Ｖｏを検出する電圧検出手段６とで電力変換主回路を構成し、負荷７に接続している。
電力変換主回路を制御する制御回路１０は、電圧指令Ｖｏｓを発生する電圧指令発生回路１１と、電圧指令Ｖｏｓと電力変換主回路の出力電圧Ｖｏを比較して電圧偏差ΔＶを演算する減算器１２と、電圧偏差ΔＶにより電圧制御指令Ｖａｓを発生する電圧指令発生回路１３と、搬送波信号発生する搬送波信号発生回路１４と、電圧制御指令Ｖａｓと搬送波信号ｆｃとにより電力変換器２の制御信号ＰＷＭ信号を生成する制御信号発生回路１５と、電力変換器２を駆動する駆動回路１６とで構成されている。
【００１３】
搬送波信号発生回路１４は、電圧制御型の搬送波発振器１４ａと搬送波信号発生器１４ｂで構成され、搬送波発振器１４ａは、図２（ａ）に示すように、入力電圧に比例して発振周波数が高くなるように構成し、入力電圧に対応した周波数の搬送波を発生する構成であり、搬送波信号発生器１４ｂは搬送波に基づき、例えば三角波状の搬送波信号ｆｃを発生する。
【００１４】
搬送波信号発生回路１４は、電力変換器２の周囲温度Ｔａを検出する周囲温度検出手段１７と、電圧制御型の搬送波発振器１４ａの発振周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路１８により制御される。搬送波信号周波数切換回路１８は、電力変換器２の設置位置の最高周囲温度を設定温度Ｔｏとして記憶し、この設定温度Ｔｏの条件で、電力変換器２に許容できるジャンクション温度Ｔｊを考慮した許容できる温度を温度規定値Ｔｍとし、設定温度Ｔｏにおいて電力変換器２が温度規定値Ｔｍとなる出力電流Ｉａを出力電流設定値Ｉｏｓとして記憶し、検出した周囲温度Ｔａと設定温度Ｔｏとの差および出力電流Ｉａと出力電流設定値Ｉｏｓとの差より、電力変換器２の温度が温度規定値Ｔｍの範囲となる搬送波信号ｆｃの周波数を演算し、搬送波信号発生回路１４の搬送波発振器１４ａに指令し、搬送波信号発生回路１４から指令された周波数の搬送波信号ｆｃを出力するように制御する。
基準発振器１４ａに入力する入力電圧Ｖｆは、図２（ｂ）に示すように、周囲温度ＴａをＸ軸、出力電流ＩａをＹ軸、搬送波発振器１４ａに印加する入力電圧ＶｆをＺ軸として３次元に表示し、検出した周囲温度Ｔａおよび出力電流Ｉａから基準発信器１４ａに印加する発振器の入力電圧Ｖｆを算出し、算出した発信器入力電圧Ｖｆを搬送波発振器１４ａに印加することにより、所望の周波数の搬送波が出力される。
【００１５】
電力変換装置は、電圧指令発生回路１１の電圧指令Ｖｏｓと電力変換主回路の出力電圧Ｖｏを減算器１２により比較して電圧偏差ΔＶを演算し、この電圧偏差ΔＶに基づいて電圧制御指令発生回路１３により電圧制御指令Ｖａｓを発生し、制御信号発生回路１５で電圧制御指令Ｖａｓと搬送波信号発生回路１４からの搬送波信号ｆｃにより、電力変換器２を制御するＰＷＭ信号を生成して、駆動回路１６に入力し、駆動回路１６により、ＰＷＭ信号に基づいて電力変換器２が制御される。
【００１６】
電力変換器２をこのように構成すると、周囲温度Ｔａと出力電流Ｉａの状況に応じて、許容できる周波数に切り換えた搬送波信号ｆｃで運転できるようになり、搬送波周波数を電力変換器２の許容温度の範囲で高く設定して運転することにより、電力変換器２の冷却手段を大型化することなく、リアクトル等の騒音レベルを抑えた電力変換装置となる。
【００１７】
実施の形態２．
図３は実施の形態２の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は実施の形態１の図１の構成の搬送波信号発生回路を発振周波数が一定の搬送波発振器とし、その発信周波数を分周して適正な周波数の搬送波信号ｆｃを出力する構成としたものである。
この構成は、電力変換器主回路部分の直流電源１、電力変換器２、出力電流検出手段３、交流フィルタ５、電圧検出手段６、負荷７、制御回路１０を構成する電圧指令発生回路１１、減算器１２、電圧制御指令発生回路１３、制御信号発生回路１５、駆動回路１６および周囲温度検出手段１７は図１と同一である。
図３における搬送波信号発生回路２４は、発信周波数が一定の搬送波発振器２４ｃと、搬送波信号発生器２４ｂと、搬送波発振器２４ｃと搬送波信号発生器２４ｂとの間に配置された分周器２４ｄとで構成し、搬送波発振器２４ｃは制御に必要な最も高い周波数の搬送波を発振し、分周器２４ｄは、搬送波発振器２４ｃが発振した搬送波を分周率ｎで分周して所要周波数の搬送波を生成し、この分周した搬送波により搬送波信号発生器２４ｂで例えば三角波の搬送波信号ｆｃを生成し出力するように構成している。
【００１８】
搬送波信号発生回路２４を制御する搬送波信号周波数切換手段２８は、電力変換器２の配置位置での最高周囲温度を設定温度Ｔｏとして記憶し、この設定温度Ｔｏの条件で、電力変換器２に許容できるジャンクション温度Ｔｊを考慮した許容できる温度を温度規定値Ｔｍとし、設定温度Ｔｏにおいて電力変換器２が温度規定値Ｔｍとなる出力電流Ｉａを出力電流設定値Ｉｏｓとして記憶し、検出した周囲温度Ｔａと設定温度Ｔｏとの関係、および検出した出力電流Ｉａと出力電流設定値Ｉｏｓとの関係により、予め設定した例えば図４に示す分周率ｎより搬送波発振器２４ｃが出力した搬送波を分周して適正な周波数の搬送波により搬送波信号発生器２４ｂで搬送波信号ｆｃを生成する。
選択する分周率ｎは、ａ１＜ａ２＜ａ３＜ａ４  の大きさ順に設定し、Ｔａ＜Ｔｏ、Ｔａ＞Ｔｏ  および  Ｉａ＜Ｉｏｓ、Ｉａ＞Ｉｏｓ  の関係と選択する分周率ｎの関係は図４に示すとおりであり、出力電流Ｉａが大きく、周囲温度Ｔａが高いと、搬送波信号ｆｃの周波数は低くなるように設定され、出力電流Ｉａが小さく、周囲温度Ｔａが低いと、搬送波信号ｆｃの周波数は高くなるように設定される。
【００１９】
このように搬送波信号の周波数を周囲温度Ｔａ、出力電流Ｉａの状況に応じて、電力変換器２が許容できる温度となる周波数に段階的に切り換えることにより、搬送波信号発生回路２４の搬送波発振器２４ｃが簡単な構成で、搬送波信号ｆｃの周波数が電力変換器２の許容温度の範囲で段階的に高く設定され、電力変換器２の冷却手段を大型化することなく、リアクトル等の騒音レベルを抑えた電力変換装置となる。
【００２０】
実施の形態３．
図５は実施の形態３の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態３は、出力電圧Ｖｏの波形歪み率が仕様値を満足しない場合に、搬送波信号ｆｃの周波数を高くすることにより、仕様値を満足させる実施の形態である。
図５の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源１、電力変換器２、交流フィルタ５、電圧検出手段６、負荷７、制御回路１０を構成する電圧指令発生回路１１、減算器１２、電圧制御指令発生回路１３、搬送波信号発生回路１４、搬送波発振器１４ａ、搬送波信号発生器１４ｂ、制御信号発生回路１５、駆動回路１６は実施の形態１の図１の構成と同一である。
この構成は、出力電圧の波形歪み率を検出する出力電圧波形歪み率検出手段３７と搬送波発振器１４ａの搬送波周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路３８を出力電圧検出手段６の出力回路に接続し、搬送波信号周波数切換回路３８から搬送波信号発生回路１４の搬送波発振器１４ａの発振周波数を制御する構成である。
搬送波信号周波数切換回路３８は、波形歪み率の仕様値を記憶し、出力電圧波形歪み率検出手段３７が検出した波形歪み率と記憶された波形歪み率の仕様値とを比較し、波形歪み率が仕様値を満足していない場合に、波形歪み率が仕様値となるように搬送波周波数を高くする制御信号を出力する。
また、波形歪み率が仕様値を満足している状態でも非常に小さい場合には、仕様値に近づけた波形歪み率となるように搬送波周波数を低くするように切り換えることができる。
【００２１】
このように、出力電圧の波形歪み率が、仕様値に近い値で満足する状態に搬送波周波数を低く設定できるので、電力変換器２の効率を向上させた運転ができる電力変換装置となる。
【００２２】
実施の形態４．
図６は実施の形態４の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態４は、実施の形態３の出力電圧Ｖｏの波形歪み率が仕様値を満足しない場合に、搬送波信号ｆｃの周波数を高くすることにより、仕様値を満足させる構成の搬送波信号発生回路の構成を、周波数が一定の搬送波を発振する搬送波発振器とし、搬送波発振器が発生した搬送波の周波数を分周することで所定の周波数の搬送波信号を生成して、出力電圧の波形歪み率が仕様値を満足するように制御する構成である。
図６の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源１、電力変換器２、交流フィルタ５、電圧検出手段６、負荷７、制御回路１０を構成する電圧指令発生回路１１、減算器１２、電圧制御指令発生回路１３、搬送波信号発生回路１４、電圧制御発振器１４ａ、制御信号発生回路１５、駆動回路１６、出力電圧波形歪み率検出手段３７は実施の形態３の図５の構成と同一である。搬送波信号発生回路２４は、基準発振器２４ｃ、搬送波信号発生器２４ｂ、分周器２４ｄは実施の形態２と同一である。
【００２３】
この構成は、出力電圧Ｖｏの波形歪み率を検出する出力電圧波形歪み率検出手段３７と搬送波信号周波数切換手段４８を出力電圧検出手段６の出力回路に接続し、搬送波信号周波数切換手段４８には、波形歪み率の仕様値を記憶し、搬送波周波数を分周する分周率ｎを段階的に設定して記憶し、出力電圧波形歪み率検出手段３７が検出した波形歪み率と波形歪み率の仕様値とを比較し、波形歪み率が仕様値を満足していない場合に、仕様値に近くなる分周率を選択し、搬送波信号発生回路２４の分周器２４ｄに入力して搬送波周波数を高くするように制御する。
また、波形歪み率が仕様値を満足している状態で非常に小さい場合には、仕様値に近づけた波形歪み率となる搬送波周波数になる分周率ｎを選択して分周器２４ｃにより分周し、搬送波周波数を低くするように切り換えることができる。
【００２４】
このように、出力電圧の波形歪み率が、仕様値に近い値になるように搬送波周波数を低く設定できるので、電力変換器２の効率を向上させた運転ができる電力変換装置となる。
【００２５】
実施の形態５．
図７は実施の形態５の電力変換装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３および４において、出力電圧の波形歪み率を仕様値を満足させる構成を説明したが、この場合は波形歪み率が厳しく要求される場合には搬送波周波数が高くなるので、電力変換器の損失が大きくなり、過負荷耐量が少なくなる問題があり、電力変換器の出力電流が制限される。この場合は許容できる出力電流に対応して、保護装置の過負荷検出レベルを低くしておく必要がある。
実施の形態５は、電力変換器２の許容出力電流に対応して、別途設置されている電力変換装置の保護装置に対して、過負荷レベルを出力する構成としたものである。
図７の構成は、電力変換器主回路部分の直流電源１、電力変換器２、交流フィルタ５、電圧検出手段６、負荷７、制御回路１０を構成する電圧指令発生回路１１、減算器１２、電圧制御指令発生回路１３、搬送波信号発生回路１４、搬送波発振器１４ａ、搬送波信号発生器１４ｂ、制御信号発生回路１５、駆動回路１６は実施の形態３の図５の構成と同一である。
この図７の構成は、実施の形態３の構成に対して、電力変換器２の出力側に出力電流Ｉａを検出する電流検出手段３を設け、図８に示した搬送波周波数に対応する過負荷検出レベルを演算する演算回路を有し、搬送波信号発生回路１４から搬送波信号ｆｃの周波数と電流検出手段３が検出した出力電流Ｉａを入力し、搬送波信号ｆｃの周波数により許容出力電流Ｉｏｍを演算し、検出された出力電流Ｉａが許容出力電流Ｉｏｍを越えた場合に過負荷レベル信号を別途設置されている電力変換装置の保護装置に出力する。
【００２６】
この構成では、搬送波信号ｆｃの周波数と出力電流Ｉａとにより電力変換装置の過負荷を検出し、これを過負荷レベル信号を出力して保護する構成としたことにより、波形歪み率が仕様値を満足する状態で、安定した運転ができる電力変換装置となる。
【００２７】
実施の形態６．
図９は実施の形態６の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この構成は複数の電力変換装置を並列運転する場合に、各装置の出力電流Ｉａを電流指令により一定となるように制御する電力変換装置である。
図９の構成は、直流電源１に接続された電力変換器２、電力変換器２の出力電流Ｉａを検出する出力電流検出手段３、リアクトル５ａとコンデンサ５ｂで構成された交流フィルタ５とで電力変換主回路が構成され、負荷７に接続されている。
電力変換主回路を制御する制御回路２０は、電流指令値Ｉｏｓを発生する電流指令発生回路２１と、電流指令値Ｉｏｓと出力電流検出手段３が検出した出力電流Ｉａにより電流偏差ΔＩを演算する減算器２２と、電流偏差ΔＩにより電流制御指令Ｉａｓを発生する電流指令発生回路２３と、搬送波信号を発生する搬送波信号発生回路１４と、電流制御指令Ｉａｓと搬送波信号ｆｃとにより電力変換器２の制御信号ＰＷＭを生成する制御信号発生回路２５と、電力変換器２を駆動する駆動回路１６とで構成している。
【００２８】
搬送波信号発生回路１４は、電圧制御型の搬送波発振器１４ａと搬送波信号発生器１４ｂで構成され、搬送波発振器１４ａは、図２（ａ）に示すように、入力電圧に比例して発振周波数が高くなるように構成し、入力電圧に対応した周波数の搬送波ｆｏｓを発生する構成であり、搬送波信号発生器１４ｂは搬送波ｆｏｓに基づき、例えば三角波状の搬送波信号ｆｃを発生するように構成されている。
【００２９】
搬送波信号発生回路１４は、電力変換器２の周囲温度Ｔａを検出する周囲温度検出手段１７と、電圧制御型の搬送波発振器１４ａの発振周波数を切り換える搬送波信号周波数切換回路５８により制御される。
搬送波信号周波数切換回路５８は、電力変換器２の設置位置の最高周囲温度を設定温度Ｔｏとして記憶し、この設定温度Ｔｏの条件で、電力変換器２の許容できるジャンクション温度Ｔｊを考慮した温度を温度規定値Ｔｍとして記憶し、検出された周囲温度Ｔａと電流指令値Ｉｏｓの条件において、電力変換器２が温度規定値Ｔｍとなる搬送波周波数を演算し、搬送波信号発生回路１４の搬送波発振器１４ａに対して指令し、搬送波信号発生回路１４から指令された周波数の搬送波が出力するように制御する。搬送波発振器１４ａに対する指令は、実施の形態１において説明した方法の図２（ｂ）に示した方法により、指令周波数に対応した入力電圧Ｖｆを印加して搬送波を発生させる。
【００３０】
電力変換装置は、電流指令発生回路２１の電流指令Ｉｏｓと電力変換器２の出力電流Ｉａを減算器１２により比較して電流偏差ΔＩを演算し、この電流偏差ΔＩに基づいて電流制御指令発生回路２３により電流制御指令Ｉａｓを発生し、制御信号発生回路２５で電流制御指令Ｉａｓと搬送波信号発生回路１４からの搬送波信号ｆｃにより、電力変換器２を制御するＰＷＭ信号を生成して、駆動回路１６に入力し、駆動回路１６により、ＰＷＭ信号に基づいて電力変換器２が制御される。
【００３１】
電力変換器２をこのように構成すると、周囲温度Ｔａと電流指令値Ｉｏｓに対して、電力変換器２の温度が温度規定値Ｔｍの範囲となるように搬送波周波数ｆｏｓを切り換えた搬送波信号ｆｃで運転できる構成となる。
【００３２】
このように構成すると、複数の電力変換器が並列運転される状況において、各電力変換装置の出力電流は、電流指令値Ｉｏｓにしたがって出力し、周囲温度Ｔａと電流指令値Ｉｏｓの条件で、電力変換器２は温度が温度規定値Ｔｍの範囲で運転され、電力変換器２の冷却手段を大型化することなく、リアクトルの騒音レベルを抑えた運転が可能となる。
【００３３】
実施の形態７．
図１０は実施の形態２の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態７は、実施の形態６の図９の構成の搬送波信号発生回路を発振周波数が一定の搬送波発振器とし、その発信周波数を分周して適正な周波数の搬送波信号ｆｃを出力する構成としたものである。
この構成は、電力変換器主回路部分の直流電源１、電力変換器２、出力電流検出手段３、交流フィルタ５、負荷７、制御回路３０を構成する電圧指令発生回路２１、減算器２２、電圧制御指令発生回路２３、制御信号発生回路２５、駆動回路１６および周囲温度検出手段１７は図９と同一である。
【００３４】
搬送波信号発生回路２４は、実施の形態２の図３に示したものと同一であり、発信周波数が一定の搬送波発振器２４ｃと、搬送波信号発生器２４ｂと、搬送波発振器２４ｃと搬送波信号発生器２４ｂとの間に配置された分周器２４ｄとで構成し、搬送波発振器２４ｃは制御に必要な最も高い周波数の搬送波を発振し、分周器２４ｄは、搬送波発振器２４ｃが発振した搬送波を分周率ｎで分周して所要周波数の搬送波を生成し、この分周した搬送波により搬送波信号発生器２４ｂで例えば三角波の搬送波信号ｆｃを生成し出力ものである。
【００３５】
搬送波信号発生回路２４を制御する搬送波信号周波数切換手段５８は、電力変換器２の配置位置での最高周囲温度を設定温度Ｔｏとし、この設定温度Ｔｏの条件で、電力変換器２に許容できるジャンクション温度Ｔｊを考慮した許容できる温度を温度規定値Ｔｍとし、基準搬送波の分周は、予め任意の搬送波周波数に分周できるように段階的に複数の分周率を設定し、設定温度Ｔｏ、温度既定値Ｔｍおよび搬送波信号を分周する分周率ｎを記憶し、設定温度Ｔｏと、電流指令値Ｉｏｓの条件において、電力変換器２の温度が温度既定値Ｔｍの範囲となる搬送波信号ｆｃの周波数を演算し、演算された搬送波周波数になるように分周率を選択して搬送波発振器２４ｃに指令し、指令された搬送波周波数で生成した搬送波信号で運転する。
【００３６】
このように構成すると、実施の形態６と同様に、複数の電力変換器が並列運転される状況において、各電力変換装置の出力電流は、電流指令値Ｉｏｓにしたがって出力し、周囲温度Ｔａと電流指令値Ｉｏｓの条件で、搬送波周波数を高くして電力変換器２の温度が温度規定値Ｔｍの範囲で運転され、電力変換器２の冷却手段を大型化することなく、リアクトルの騒音レベルを抑えた運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】搬送波発振器の入力電圧と発信周波数の関係の説明図である。
【図３】実施の形態２の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】基準搬送波の周波数を分周する分周率の設定例を示す表である。
【図５】実施の形態３の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態４の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態５の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図８】電力変換装置の過負荷検出演算回路の説明図である。
【図９】実施の形態６の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態７の電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】電力変換器の搬送波周波数とスイッチング損失の関係を示す図である。
【図１２】電力変換器の出力電流と損失の関係を示す図である。
【図１３】搬送波周波数とリアクトルの騒音レベルの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  直流電源、２  電力変換器、３  出力電流検出手段、５  交流フィルタ、
６  出力電流検出手段、７  負荷、１０  制御回路、１１電圧指令発生回路、
１２  減算器、１３  電圧制御指令発生回路、１４  搬送波信号発生回路、
１５  制御信号生成回路、１６  駆動回路、１７  周囲温度検出手段、
１８  搬送波信号周波数切換手段、２４  搬送波信号発生回路、
２８  搬送波信号周波数切換手段、３７  波形歪み率検出手段、
３８  搬送波信号周波数切換手段、３５  過負荷レベル演算回路、
５８  搬送波信号周波数切換手段、６８  搬送波信号周波数切換手段。
【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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