(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチ素子及び直流電圧源を有する単相インバータまたは交流側を直列接続される複数の前記単相インバータで構成されているインバータ回路と、
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記インバータ回路の出力に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと
を備える電力変換装置において、
交流電源と前記インバータ回路との間に接続されている突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
複数の半導体スイッチ素子及び直流電圧源を有する単相インバータまたは交流側を直列接続される複数の前記単相インバータで構成されているインバータ回路と、
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記直流電圧源の負極に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと
を備える電力変換装置において、
交流電源と前記インバータ回路との間に接続されている突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
初段に交流電源からの入力を整流する整流回路が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
複数の半導体スイッチ素子及び直流電圧源を有する単相インバータまたは交流側を直列接続される複数の前記単相インバータで構成されているインバータ回路と、
前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、
前記インバータ回路に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチと、
直列に接続されている前記整流ダイオード及び前記短絡用スイッチからなる直列回路に並列に接続される直列接続されているスイッチ及びダイオードと、
を備える電力変換装置において、
交流電源と前記インバータ回路との間に接続されている突入電流防止回路と、
前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力を接離する放電用スイッチと、
前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ、前記スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
上記単相インバータは、直列接続されている前記半導体スイッチ素子及びダイオードまたは直列接続されている２個の前記半導体スイッチ素子から構成されているとともに並列接続されている２組の直列回路と、各前記直列回路の前記半導体スイッチ素子と前記ダイオードとの接続点または前記２個の半導体スイッチ素子の接続点の間に接続されている前記直流電圧源とで構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記短絡用スイッチは、ダイオードが逆並列接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
限流回路を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記放電用スイッチ、前記突入電流防止回路、少なくとも１つ以上の前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記平滑コンデンサで構成されている第１の放電経路と、
前記放電用スイッチ、前記突入電流防止回路、少なくとも１つ以上の前記半導体スイッチ素子、前記直流電圧源及び前記整流ダイオードで構成されている第２の放電経路と
を備え、
前記制御部は、前記第１の放電経路と前記第２の放電経路とを切り替える切り替え手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記平滑コンデンサ及び前記直流電圧源のそれぞれの電圧を測定する手段を備え、
前記切り替え手段は、前記平滑コンデンサと前記直流電圧源の電圧を比較し、前記平滑コンデンサの電圧が前記直流電圧源の電圧以上の場合、前記第１の放電経路を有効且つ前記第２の放電経路を無効とし、前記平滑コンデンサの電圧が前記直流電圧源の電圧未満の場合、前記第２の放電経路を有効且つ前記第１の放電経路を無効とし、当該有効とされた放電経路に切替えることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記切り替え手段は、どちらか一方の前記放電経路を有効として放電した後に、有効とした前記放電経路に含まれる前記平滑コンデンサまたは前記直流電圧源の電圧が予め定める第１の所定値を下回った場合、有効としている前記放電経路を無効且つ無効としている前記放電経路を有効とすることを特徴とする請求項８または９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記放電経路を流れる電流を測定する手段を備え、
前記切り替え手段は、どちらか一方の前記放電経路を有効として放電した後に、有効とした前記放電経路を流れる電流が予め定める第２の所定値を下回った場合、有効としている前記放電経路を無効且つ無効としている前記放電経路を有効とすることを特徴とする請求項８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、入力力率を改善する回路を備えて交流電力を直流電力に変換する電力変換装置の供給電源から電力変換装置に流れる突入電流を防止する突入電流防止回路と内部コンデンサにたまった電荷を放電する放電回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置は、交流入力を整流した後段に単相インバータを１以上直列接続したインバータ回路を直列接続し、その後段に整流ダイオードを介して平滑コンデンサと短絡用スイッチを備え、短絡用スイッチはゼロクロス位相を中央とする短絡位相範囲でのみオン状態とし、平滑コンデンサ直流電圧を目標電圧に追従させ、入力力率を改善するように、電流指令を用いてインバータ回路を出力制御する入力力率の改善、電力損失およびノイズの低減化を図ったものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９５１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の電力変換装置は、動作開始時の突入電流を防止する突入電流防止用の抵抗と動作終了時の平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電するための放電抵抗をそれぞれ設ける必要があった。各抵抗はコストが高く、さらに通常の動作時は使用しないため無駄である。このため、電力変換装置が大型化し、製造コストが高くなる問題があった。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、突入電流を減少させるとともに平滑コンデンサ及び直流電圧源に蓄えられた電荷を放電する小型な電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
複数の半導体スイッチ素子及び直流電圧源を有する単相インバータまたは交流側を直列接続される複数の前記単相インバータで構成されているインバータ回路と、前記インバータ回路の後段に整流ダイオードを介して一端が接続されている平滑コンデンサと、前記インバータ回路の出力に一端が接続されているとともに他端が前記平滑コンデンサの他端に接続されている短絡用スイッチとを備える電力変換装置において、交流電源と前記インバータ回路との間に接続されている突入電流防止回路と、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力との間に介設されるとともに、前記平滑コンデンサと前記突入電流防止回路の入力とを接離する放電用スイッチと、前記半導体スイッチ素子、前記短絡用スイッチ及び前記放電用スイッチを入切する制御部と、を備えることを特徴とする電力変換装置である。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、突入電流を小さくすることと平滑コンデンサ及び直流電圧源の放電を一つの抵抗で行うことができ、装置の大規模化やコストアップを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置で動作開始直後に充電電流が流れる経路の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置で平滑コンデンサを放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置で直流電圧源を放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る他の電力変換装置の構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る電力変換装置で平滑コンデンサを放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る電力変換装置で直流電圧源を放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る他の電力変換装置の構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る電力変換装置で動作開始直後に充電電流が流れる経路の一例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係る電力変換装置で平滑コンデンサを放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係る電力変換装置で直流電圧源を放電するときに流れる電流の経路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の電力変換装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態１に係る電力変換装置は、図１に示すように、交流入力電源としての交流電圧電源（以下、交流電源と称す）１を入切するシステムのメインとなるリレー（以下、メインリレーと称す）２から平滑コンデンサ２２までの要素で構成されている。そして、メインリレー２から平滑コンデンサ２２を見て手前に配設されていると前段、向う側に配設されていると後段と称す。すなわち、平滑コンデンサ２２は最も後段に配設されていることになる。
メインリレー２は、整流回路としてのダイオードブリッジ１２の入力が接続されている。ダイオードブリッジ１２の出力は、突入電流防止回路７、整流電流検出回路３１、限流回路としてのリアクトル１３の順で直列に接続されている。
突入電流防止回路７は、突入電流防止抵抗５と、突入電流防止抵抗５に並列に接続されるリレー（以下、充電リレーと称す）４とで構成されている。
【００１０】
リアクトル１３の出力は、単相インバータにて構成されたインバータ回路１４の交流側に直列接続される。インバータ回路１４を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる半導体スイッチ素子１７と半導体スイッチ素子１７と直列接続されているダイオード１５から構成されている直列回路と、半導体スイッチ素子１８と半導体スイッチ素子１８と直列接続されているダイオード１６から構成されている直列回路とが並列に接続されているブリッジ回路から構成されている。ダイオード１５のアノードに半導体スイッチ素子１７が接続され、ダイオード１６のカソードに半導体スイッチ素子１８が接続されている。
【００１１】
そして、半導体スイッチ素子１７とダイオード１５の接続点にリアクトル１３の出力が接続され、半導体スイッチ素子１８とダイオード１６の接続点が出力となる。
ダイオード１５のカソードと半導体スイッチ素子１８の接続点とダイオード１６のアノードと半導体スイッチ素子１７の接続点の間に直流電圧源１９及び直流電圧源電圧検出回路３２が並列に接続されている。
なお、リアクトル１３はインバータ回路１４の後段に直列接続しても良い。
【００１２】
インバータ回路１４の出力には、短絡用スイッチ２１と整流ダイオード２０とが並列に接続され、整流ダイオード２０のカソードが出力段の平滑コンデンサ２２の正極に接続されている。ここでは、短絡用スイッチ２１と整流ダイオード２０のアノードとの接続点がインバータ回路１４の後段の交流出力線に接続され、短絡用スイッチ２１の他端は平滑コンデンサ２２の負極に接続されている。
また、平滑コンデンサ２２に並列に平滑コンデンサ電圧検出回路３３が接続されている。
また、平滑コンデンサ２２の正極とダイオードブリッジ１２の出力の間を接離する放電用のリレー（以下、放電リレーと称す）３が設けられている。
【００１３】
制御部６は、制御線４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆによりそれぞれメインリレー２、充電リレー４、放電リレー３、半導体スイッチ素子１７、１８および短絡用スイッチ２１に接続されており、メインリレー２、充電リレー４、放電リレー３、半導体スイッチ素子１７、１８および短絡用スイッチ２１をオン・オフ制御する。
また、制御部６は、信号線４１ａ、４１ｂ、４１ｃによりそれぞれ整流電流検出回路３１、直流電圧源電圧検出回路３２および平滑コンデンサ電圧検出回路３３に接続されており、整流電流検出回路３１、直流電圧源電圧検出回路３２および平滑コンデンサ電圧検出回路３３から電流または電圧の検出値を取得する。
なお、短絡用スイッチ２１は、ダイオードが逆並列接続された半導体スイッチ素子で構成したものを図示したが、これに限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良い。
【００１４】
このように構成される電力変換装置の動作を説明する。まず、充電時の動作を説明する。
図２は、動作開始直後のこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置に電流が流れる経路の一例を上書きした構成図である。
動作開始時、充電リレー４をオフにした状態でメインリレー２をオンして交流電源１を投入した直後は、図２に示すように、順に交流電源１、メインリレー２、ダイオードブリッジ１２、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３という経路に突入電流が流れ、突入電流防止抵抗５が突入電流を低減する。なお、図２は突入電流を小さくするときの充電電流が流れる経路を示しているが、この経路に限るものではない。
その後、充電リレー４をオンすると、突入電流が流れる経路が交流電源１、メインリレー２、ダイオードブリッジ１２、充電リレー４、リアクトル１３という経路に変わる。
【００１５】
次に、放電時の動作について説明する。
メインリレー２をオフして交流電源１を電力変換装置から切り離すとき、放電リレー３をオンし、且つ充電リレー４をオフすることで、直流電圧源１９と平滑コンデンサ２２の放電を開始する。
しかし、直流電圧源１９と平滑コンデンサ２２の放電を同時に行うことは好ましくない。その理由は、直流電圧源１９と平滑コンデンサ２２の放電を同時に行うと突入電流防止抵抗５には大電力がかかるため、突入電流防止抵抗５はそれに耐えうる定格のものを選定しなければならず、突入電流防止抵抗５は大型化しコストもかかるというデメリットがあるからである。また、例えば、直流電圧源１９の定格電圧以上の電圧が平滑コンデンサ２２にかかっている場合、同時に放電すると平滑コンデンサ２２の電圧が直流電圧源１９にかかり定格オーバーで直流電圧源１９や周囲の素子が破壊する恐れがあり、回避するためには結局定格を上げる必要があり、大型化してしまうというデメリットがあるからである。そこで、この問題を解決するために、半導体スイッチ素子１７、１８と短絡用スイッチ２１を制御し、直流電圧源１９と平滑コンデンサ２２の放電を別々に行うことで、突入電流防止抵抗５の小型化を図る。
【００１６】
図３は、放電開始直後に平滑コンデンサ２２に充電されている電荷がこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
最初に、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７をオンし、半導体スイッチ素子１８をオフし、短絡用スイッチ２１をオンすることで、図３に示すように、平滑コンデンサ２２に充電されている電荷が、平滑コンデンサ２２（正極）、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、ダイオード１６、短絡用スイッチ２１、平滑コンデンサ２２（負極）の順で構成する経路（以下、第１の放電経路と称す）を流れ、平滑コンデンサ２２の放電を行う。
【００１７】
なお、半導体スイッチ素子１７をオンし且つ半導体スイッチ素子１８をオフしたときの放電経路を図４に示したが、半導体スイッチ素子１７をオフし且つ半導体スイッチ素子１８をオンしたときには、平滑コンデンサ２２（正極）、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、ダイオード１５、半導体スイッチ素子１８、短絡用スイッチ２１、平滑コンデンサ２２（負極）の順で構成する放電経路を平滑コンデンサ２２の電荷が放電される。
【００１８】
図４は、直流電圧源１９に充電されている電荷がこの発明の実施の形態１に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
次に、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７、１８をそれぞれオンし、短絡用スイッチ２１をオフすることで、図５に示すように、直流電圧源１９に充電されている電荷が、直流電圧源１９（正極）、半導体スイッチ素子１８、整流ダイオード２０、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、直流電圧源１９（負極）の順で構成する経路（以下、第２の放電経路と称す）に流れ、直流電圧源１９の放電を行う。
【００１９】
図５は、制御部６において実行する放電経路の切り替え判定アルゴリズムを示すフローチャートである。
制御部６の切り替え判定アルゴリズムは、まずステップＳ１において、平滑コンデンサ２２の電圧が直流電圧源１９の電圧以上か否かを判定し、平滑コンデンサ２２の電圧が直流電圧源１９の電圧以上の場合にはステップＳ２に進み、平滑コンデンサ２２の電圧が直流電圧源１９の電圧未満の場合にはステップＳ７に進む。
ステップＳ２において、第１の放電経路を有効、第２の放電経路を無効と設定し、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７をオンし、半導体スイッチ素子１８をオフし、短絡用スイッチ２１をオンして平滑コンデンサ２２の放電を開始する。
ステップＳ３において、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ以上か否かを判定し、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ以上と判定した場合ステップＳ３を繰返し、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ未満と判定した場合ステップＳ４に進む。
【００２０】
ステップＳ４において、第１の放電経路を無効、第２の放電経路を有効と設定し、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７、１８をそれぞれオンし、短絡用スイッチ２１をオフして直流電圧源１９の放電を開始する。
ステップＳ５において、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ以上か否かを判定し、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ以上の場合ステップＳ５を繰返し、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ未満の場合、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、第１の放電経路と第２の放電経路をそれぞれ無効とし、放電リレー３、半導体スイッチ素子１７、１８をそれぞれオフして放電動作を終了する。
【００２１】
ステップＳ７において、第１の放電経路を無効、第２の放電経路を有効と設定し、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７、１８をそれぞれオンし、短絡用スイッチ２１をオフして直流電圧源１９の放電を開始する。
ステップＳ８において、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ以上か否かを判定し、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ以上の場合ステップＳ８を繰返し、直流電圧源１９の電圧が閾値Ｖｔｈ未満の場合、ステップＳ９に進む。
【００２２】
ステップＳ９において、第１の放電経路を有効、第２の放電経路を無効と設定し、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７をオンし、半導体スイッチ素子１８をオフし、短絡用スイッチ２１をオンして平滑コンデンサ２２の放電を開始する。
ステップＳ１０において、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ以上か否かを判定し、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ以上と判定した場合ステップＳ１０を繰返し、平滑コンデンサ２２の電圧が閾値Ｖｔｈ未満と判定した場合ステップＳ６に進む。
【００２３】
なお、制御部６において実行される切り替え判定アルゴリズムは、電圧値を閾値とした場合のフローチャートを図示したが、これに限るものではなく例えば、電流値を閾値として切り替え判定を行ってもよい。
【００２４】
また、上述の実施の形態１に係る電力変換装置では、突入電流防止回路７はダイオードブリッジ１２の出力に直列に接続されているが、これに限るものではなく、リアクトル１３の後段、インバータ回路１４の後段、またはメインリレー２の後段に接続しても良い。
【００２５】
また、上述の実施の形態１に係る電力変換装置では、整流ダイオード２０のカソードが出力段の平滑コンデンサ２２の正極に接続されているが、平滑コンデンサ２２の負極に整流ダイオード２０のアノードを接続しても良く、実施の形態１と同様の動作が得られる。
また、インバータ回路１４は、１つの単相インバータで構成されたものを示したが、図６に示すように、複数個の単相インバータ１４ａ、１４ｂを直列に接続してインバータ回路１００を構成しても良い。このとき、突入電流防止回路７を単相インバータ１４ａと単相インバータ１４ｂの間に直列に接続しても良い。
【００２６】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置と短絡用スイッチ２１ａの配置位置が異なり、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置では、インバータ回路１４を構成する直流電圧源１９の負極と平滑コンデンサ２２の負極の間に短絡用スイッチ２１ａを介設している。すなわち、短絡用スイッチ２１ａの一端が直流電圧源１９の負極、短絡用スイッチ２１ａの他端がダイオードブリッジ１２の一端に接続されている。
【００２７】
図８は、平滑コンデンサ２２に充電されている電荷がこの発明の実施の形態２に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
平滑コンデンサ２２を放電するときには、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７をオンし、半導体スイッチ素子１８をオフし、短絡用スイッチ２１ａをオンすることで、図８に太い実線で示すように、平滑コンデンサ２２の正極、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、短絡用スイッチ２１ａ、平滑コンデンサ２２の負極から構成する放電経路に平滑コンデンサ２２に充電されている電荷が流れる。
【００２８】
図９は、直流電圧源１９に充電されている電荷がこの発明の実施の形態２に係る電力変換装置に流れる経路を上書きした構成図である。
直流電圧源１９を放電するときには、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７と半導体スイッチ素子１８をそれぞれオンし、短絡用スイッチ２１ａをオフすることで、図９に太い実線で示すように、直流電圧源１９の正極、半導体スイッチ素子１８、整流ダイオード２０、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、直流電圧源１９の負極から構成する放電経路に直流電圧源１９に充電されている電荷が流れる。
【００２９】
この発明の実施の形態２に係る電力変換装置は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置と同様な効果を奏すると共に、短絡用スイッチ２１ａを直流電圧源１９の負極に接続したため、平滑コンデンサ２２を放電するときに電流が流れる素子数が少なくなり、放電時に素子にかかる負担を低減できる。また、電力変換装置としても導通損失が低減でき、ひいては電力変換装置全体の変換効率を向上できるという効果を奏する。
【００３０】
なお、図１０で示したように、複数個の単相インバータ１４ａ、１４ｂを直列接続してインバータ回路１００を構成した場合は、複数個の単相インバータ１４ａ、１４ｂの内、最後段に接続された単相インバータ１４ｂの直流電圧源１９の負極に短絡用スイッチ２１ａを接続することで、同様に動作して同様の効果を奏する。
また、この実施の形態においても、突入電流防止回路７はダイオードブリッジ１２の出力段に直列に接続されているが、これに限るものではなく、単相インバータ１４ａと１４ｂの間に直列に接続されても良い。
【００３１】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成図である。
この発明の実施の形態３に係る電力変換装置は、図１１に示すように、交流電源１の第１の端子がメインリレー２の一端に接続され、メインリレー２の他端が突入電流防止抵抗５と充電リレー４で構成される突入電流防止回路７の入力に接続されている。突入電流防止回路７の出力は整流電流検出回路３１に接続され、整流電流検出回路３１はリアクトル１３に接続されている。
リアクトル１３は、単相インバータにて構成されたインバータ回路２９の交流側に直列接続されている。
【００３２】
インバータ回路２９を構成する単相インバータは、ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やソース・ドレイン間にダイオードが介設されたＭＯＳＦＥＴなどからなる半導体スイッチ素子１７と半導体スイッチ素子２７が直列接続されている直列回路と、半導体スイッチ素子１８と半導体スイッチ素子２８が直列接続されている直列回路とが並列に接続されているブリッジ回路から構成されている。半導体スイッチ素子２７のソースに半導体スイッチ素子１７が接続され、半導体スイッチ素子２８のドレインに半導体スイッチ素子１８が接続されている。
【００３３】
そして、半導体スイッチ素子１７と半導体スイッチ素子２７の接続点にリアクトル１３の出力が接続され、半導体スイッチ素子１８と半導体スイッチ素子２８の接続点が出力となる。
半導体スイッチ素子２７と半導体スイッチ素子１８の接続点と半導体スイッチ素子２８と半導体スイッチ素子１７の接続点の間に直流電圧源１９及び直流電圧源電圧検出回路３２が並列に接続されている。
【００３４】
半導体スイッチ素子からなる短絡用スイッチ２３ａと整流ダイオード２４ａとが直列接続されている第１の直列回路２６ａと、半導体スイッチ素子からなる短絡用スイッチ２３ｂと整流ダイオード２４ｂとが直列接続されている第２の直列回路２６ｂが並列接続されてブリッジ回路が構成されている。
短絡用スイッチ２３ａと整流ダイオード２４ａの接続点にインバータ回路２９の出力が接続されている。短絡用スイッチ２３ｂと整流ダイオード２４ｂの接続点に交流電源１の第２の端子が接続されている。
整流ダイオード２４ａと整流ダイオード２４ｂの接続点に平滑コンデンサ２２の正極が接続され、短絡用スイッチ２３ａと短絡用スイッチ２３ｂの接続点に平滑コンデンサ２２の負極が接続されている。
平滑コンデンサ２２に平滑コンデンサ電圧検出回路３３が並列接続されている。
なお、短絡用スイッチ２３ａ、２３ｂは、半導体スイッチ素子に限るものではなく、機械式のスイッチなどでも良いが、ダイオード２５ａ、２５ｂを逆並列接続する。
【００３５】
図１２は、動作開始直後のこの発明の実施の形態３に係る電力変換装置に電流が流れる経路の一例を上書きした構成図である。
動作開始時、充電リレー４と放電リレー３を共にオフし、半導体スイッチ素子２７、２８をオンし、半導体スイッチ素子１７、１８をオフし、短絡用スイッチ２３ｂをオンし、短絡用スイッチ２３ａをオフした状態でメインリレー２をオンして交流電源１を投入した直後は、図１２に太い実線で示すように、順に交流電源１、メインリレー２、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子２７、直流電圧源１９、半導体スイッチ素子２８、整流ダイオード２４ａ、平滑コンデンサ２２、短絡用スイッチ２３ｂ、交流電源１という経路に突入電流が流れて、直流電圧源１９及び平滑コンデンサ２２が充電される。突入電流防止抵抗５が突入電流を低減する。なお、図１２は突入電流を小さくするときの充電電流が流れる経路を示しているが、この経路に限るものではない。
その後、充電リレー４をオンし、半導体スイッチ素子２７をオフし、半導体スイッチ素子１７をオンし、短絡用スイッチ２３ａをオンすると、交流電源１から電流が流れる経路が交流電源１、メインリレー２、充電リレー４、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、半導体スイッチ素子２８、短絡用スイッチ２３ａ、短絡用スイッチ２３ｂ、交流電源１という経路に変わる。
【００３６】
図１３は、平滑コンデンサ２２に充電されている電荷がこの発明の実施の形態３に係る電力変換装置において流れる経路を上書きした構成図である。
最初に、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７、２８をオンし、半導体スイッチ素子１８、２７をオフし、短絡用スイッチ２３ａをオンし、短絡用スイッチ２３ｂをオフすることで、図１３に太い実線で示すように、平滑コンデンサ２２に充電されている電荷が、平滑コンデンサ２２（正極）、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、半導体スイッチ素子２８、短絡用スイッチ２３ａ、平滑コンデンサ２２（負極）の順で構成する経路（以下、第３の放電経路と称す）を流れ、平滑コンデンサ２２の放電を行う。
【００３７】
図１４は、直流電圧源１９に充電されている電荷がこの発明の実施の形態３に係る電力変換装置において流れる経路を上書きした構成図である。
次に、メインリレー２と充電リレー４をそれぞれオフし、放電リレー３をオンし、半導体スイッチ素子１７、１８をそれぞれオンし、半導体スイッチ素子２７、２８をそれぞれオフし、短絡用スイッチ２３ａ、２３ｂをオフすることで、図１４に太い実線で示すように、直流電圧源１９に充電されている電荷が、直流電圧源１９（正極）、半導体スイッチ素子１８、整流ダイオード２４ａ、放電リレー３、突入電流防止抵抗５、リアクトル１３、半導体スイッチ素子１７、直流電圧源１９（負極）の順で構成する経路（以下、第４の放電経路と称す）に流れ、直流電圧源１９の放電を行う。
【００３８】
この実施の形態３では、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、さらに、上記実施の形態１で用いたダイオードブリッジ１２を不要としているため、部品点数を低減でき装置構成が簡単になる。
また、電流が通過する素子数が低減できるため導通損失を低減でき、電力変換装置全体の変換効率を向上できる。
【００３９】
なお、この実施の形態３においても、実施の形態１に関係して図７で示したように、複数個の単相インバータの交流側を直列接続してインバータ回路１００を構成しても良い。また、上記実施の形態では、放電リレー３の一端は平滑コンデンサ２２の正極側に接続されているが、これに限るものではなく、平滑コンデンサ２２の負極側に接続されても良い。
また、この実施の形態においても、充電リレー４と突入電流防止抵抗５はダイオードブリッジ１２の出力段に直列に接続されているが、これに限るものではなく、単相インバータ１４ａと１４ｂの間に直列に接続されても良い。
【００４０】
また、上述の実施の形態１乃至３では、平滑コンデンサ２２に整流ダイオード２０、２４ａ、２４ｂを接続したが、これら整流ダイオードに替わって半導体スイッチ素子を接続し、オン・オフ制御により同様の動作をさせても良い。
【００４１】
また、上記各実施の形態では、放電リレー３の一端は平滑コンデンサ２２の正極側に接続されているが、これに限るものではなく、平滑コンデンサ２２の負極側に接続されても良い。
【００４２】
また、上記各実施の形態では、経路の接続および遮断を行う切り替えスイッチはリレー
を使用しているが、これに限るものではなく、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子でも良い。
【００４３】
同様に上記各実施の形態では、突入電流防止回路７は抵抗とリレーで構成されているが、リレーである必要はなく、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子でも良い。
【符号の説明】
【００４４】
１  交流電源、２  メインリレー、３  放電リレー、４  充電リレー、５  突入電流防止抵抗、６  制御部、７  突入電流防止回路、１２  ダイオードブリッジ、１３  リアクトル、１４、２９、１００  インバータ回路、１４ａ、１４ｂ  単相インバータ、１５、１６、２５ａ、２５ｂ  ダイオード、１７、１８、２７、２８  半導体スイッチ素子、１９  直流電圧源、２０、２４ａ、２４ｂ  整流ダイオード、２１、２３ａ、２３ｂ  短絡用スイッチ、２２  平滑コンデンサ、２６ａ、２６ｂ  直列回路、３１  整流電流検出回路、３２  直流電圧源電圧検出回路、３３  平滑コンデンサ電圧検出回路、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ  制御線、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  信号線。
【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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【図１４】
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