(57)【要約】【課題】交流電圧が瞬時低下から復帰した場合に突入電流が流れるのを防止することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置は、交流電圧ＶＡＣが正常に供給されている場合は参照電圧ＶＲ１を参照電圧ＶＲとして出力し、瞬時電圧低下が発生した場合は電圧検出器１１の出力電圧ＶＳを参照電圧ＶＲとして出力し、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から復帰したことに応じて、電圧検出器１１の出力電圧ＶＳから参照電圧ＶＲ１まで徐々に変化する電圧を参照電圧ＶＲとして出力する電圧指令器６０を備える。したがって、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から復帰した場合に突入電流が流れるのを防止できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記直流電圧に充電されるコンデンサと、
前記直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
前記直流電圧を検出する電圧検出器と、
前記第１の交流電圧が瞬時低下したときに低電圧検出信号を出力する低電圧検出器と、
前記低電圧検出器から前記低電圧検出信号が出力されていない場合は予め定められた第１の電圧値を示す電圧指令値を生成し、前記低電圧検出器からの前記低電圧検出信号の出力が停止されたことに応じて、前記電圧検出器の検出値から前記予め定められた第１の電圧値まで徐々に変化する電圧指令値を生成する電圧指令器と、
前記電圧検出器の検出値が前記電圧指令器によって生成される電圧指令値に一致するように前記コンバータを制御する制御器とを備える、電力変換装置。
【請求項２】
前記コンバータは、前記第１の交流電圧を整流するためのスイッチング素子を含み、
前記制御器は、
前記電圧検出器の検出値が前記電圧指令値に一致するように電流指令値を生成する電圧制御器と、
前記コンバータの出力電流が前記電流指令値に一致するように位相指令値を生成する電流制御器と、
前記位相指令値に従って前記スイッチング素子を制御する位相制御器とを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧制御器は、前記低電圧検出器から前記低電圧検出信号が出力されている場合は、前記コンバータの出力電流が最低値になるように前記電流指令値を設定する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電流制御器は、前記低電圧検出器から前記低電圧検出信号が出力されている場合は、前記コンバータの出力電流が最低値になるように前記位相指令値を設定する、請求項２または請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電流制御器は、前記低電圧検出器から前記低電圧検出信号が出力されている場合は、前記コンバータの出力電流が最低値よりも高い予め定められた値になるように前記位相指令値を設定する、請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記低電圧検出器から前記低電圧検出信号が出力されてから前記電圧検出器の検出値が予め定められた第２の電圧値よりも低下するまで前記コンバータの運転を停止させる、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記電力変換装置の停止が指令された場合は、前記コンバータの運転を停止させた後、前記電圧検出器の検出値が予め定められた第３の電圧値よりも低下するまで前記インバータの運転を継続させる、請求項１から請求項５までのいずれか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に関し、特に、第１の交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、第１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧に充電されるコンデンサと、直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータとを備えた電力変換装置がある（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２２６２６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、従来の電力変換装置では、第１の交流電圧が瞬時低下した後に復帰した場合、低下した直流電圧を所定の電圧に復帰させるためにコンバータからコンデンサに突入電流が流れ、電力変換装置を一時的に停止させざるを得なくなるという問題があった（図３参照）。
【０００５】
突入電流が流れても電力変換装置の運転を継続可能にする方法として、コンバータの容量を大きくする方法や、コンバータとコンデンサの間に容量が大きなリアクトルを設ける方法も考えられるが、装置の大型化、高価格化を招いてしまう。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、交流電圧が瞬時低下から復帰した場合に突入電流が流れるのを防止することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、第１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧に充電されるコンデンサと、直流電圧を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、直流電圧を検出する電圧検出器と、第１の交流電圧が瞬時低下したときに低電圧検出信号を出力する低電圧検出器と、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されていない場合は予め定められた第１の電圧値を示す電圧指令値を生成し、低電圧検出器からの低電圧検出信号の出力が停止されたことに応じて、電圧検出器の検出値から予め定められた第１の電圧値まで徐々に変化する電圧指令値を生成する電圧指令器と、電圧検出器の検出値が電圧指令器によって生成される電圧指令値に一致するようにコンバータを制御する制御器とを備えたものである。
【０００８】
好ましくは、コンバータは、第１の交流電圧を整流するためのスイッチング素子を含み、制御器は、電圧検出器の検出値が電圧指令値に一致するように電流指令値を生成する電圧制御器と、コンバータの出力電流が電流指令値に一致するように位相指令値を生成する電流制御器と、位相指令値に従ってスイッチング素子を制御する位相制御器とを含む。
【０００９】
また好ましくは、電圧制御器は、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されている場合は、コンバータの出力電流が最低値になるように電流指令値を設定する。
【００１０】
また好ましくは、電流制御器は、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されている場合は、コンバータの出力電流が最低値になるように位相指令値を設定する。
【００１１】
また好ましくは、電流制御器は、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されている場合は、コンバータの出力電流が最低値よりも高い予め定められた値になるように位相指令値を設定する。
【００１２】
また好ましくは、制御器は、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されてから電圧検出器の検出値が予め定められた第２の電圧値よりも低下するまでコンバータの運転を停止させる。
【００１３】
また好ましくは、制御器は、電力変換装置の停止が指令された場合は、コンバータの運転を停止させた後、電圧検出器の検出値が予め定められた第３の電圧値よりも低下するまでインバータの運転を継続させる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る電力変換装置では、直流電圧を検出する電圧検出器と、第１の交流電圧が瞬時低下したときに低電圧検出信号を出力する低電圧検出器と、低電圧検出器から低電圧検出信号が出力されていない場合は予め定められた第１の電圧値を示す電圧指令値を生成し、低電圧検出器からの低電圧検出信号の出力が停止されたことに応じて、電圧検出器の検出値から予め定められた第１の電圧値まで徐々に変化する電圧指令値を生成する電圧指令器と、電圧検出器の検出値が電圧指令器によって生成される電圧指令値に一致するようにコンバータを制御する制御器とが設けられる。したがって、第１の交流電圧が瞬時低下から復帰した場合、電圧指令値が復帰時の電圧値から徐々に増大するので、突入電流が流れるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の基礎となる電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した電流制御器の出力電圧とサイリスタの点弧角αの関係を示す図である。
【図３】図１で示した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図１で示した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣ、電流ＩＵおよび電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図である。
【図６】図５に示した低電圧検出器の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】図５で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図５で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣ、交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図である。
【図１０】図９で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】図９で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣ、交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図である。
【図１３】図１２で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】図１２で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣ、交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態４による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図である。
【図１６】図１５で説明した電力変換装置において瞬時電圧低下が発生した場合の直流電圧ＶＤＣ、直流電流ＩＤＣ、交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明の実施の形態について説明する前に、まず本願発明の基礎となる電力変換装置について説明する。この電力変換装置は、図１に示すように、商用交流電源１からの商用周波数の交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を所望の周波数の交流電力に変換して三相負荷２６に供給するものである。この電力変換装置は、コンバータ２、リアクトル９、電流検出器１０、電圧検出器１１、コンデンサ１２、インバータ１３、電圧制御器３０、電流制御器４０、位相制御器４６、および周波数制御器４７を備える。
【００１７】
コンバータ２は、６つのサイリスタ３〜８を含み、商用交流電源１からの三相交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３を直流電圧に変換する。コンバータ２で生成された直流電圧は、リアクトル９およびコンデンサ１２によって平滑化される。電流検出器１０は、コンバータ２からリアクトル９を介してコンデンサ１２に流れる直流電流ＩＤＣを検出し、その検出値に応じたレベルの電圧ＶＣＳを出力する。電圧検出器１１は、コンデンサ１２の端子間電圧である直流電圧ＶＤＣを検出し、その検出値に応じたレベルの電圧ＶＳを出力する。たとえば、電圧ＶＤＣが６００Ｖのとき、電圧ＶＳは９Ｖとなる。
【００１８】
インバータ１３は、６つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１４〜１９と、それぞれＩＧＢＴ１４〜１９に逆並列に接続されたダイオード２０〜２５とを含む。インバータ１３は、直流電圧ＶＤＣを三相交流電圧に変換して三相負荷２６に供給する。
【００１９】
電圧制御器３０は、直流電圧ＶＤＣが電圧指令値に一致するように電流指令値を生成するものである。ここでは、電圧制御器３０は、演算増幅器３１、抵抗素子３２〜３４、およびコンデンサ３５からなるＰＩ制御回路を含み、電圧検出器１１の出力電圧ＶＳ（直流電圧ＶＤＣ）が参照電圧ＶＲ（たとえば、−９Ｖ）の絶対値（電圧指令値）に一致するように、電圧ＶＲＣ（電流指令値）を生成する。
【００２０】
電流制御器４０は、直流電流ＩＤＣが電流指令値に一致するように位相指令値を生成するものである。ここでは、電流制御器４０は、演算増幅器４１、抵抗素子４２〜４４、およびコンデンサ４５からなるＰＩ制御回路を含み、電流検出器１０の出力電圧ＶＣＳ（直流電流ＩＤＣ）が電圧制御器３０の出力電圧ＶＲＣ（電流指令値）に一致するように、電圧ＶＣＣ（位相指令値）を生成する。
【００２１】
位相制御器４６は、電流制御器４０の出力電圧ＶＣＣに基づいて、コンバータ２のサイリスタ３〜８の各々の点弧角αを制御する。周波数制御器４７は、インバータ１３のＩＧＢＴ１４〜１９の各々を所定のタイミングでオン／オフさせる。
【００２２】
図２は、電流制御器４０の出力電圧ＶＣＣ（Ｖ）とサイリスタ３〜８の点弧角α（度）の関係を示す図である。図２において、電圧ＶＣＣが０Ｖである場合は点弧角αが１８０度になり、コンバータ２の出力電流は最低値（０Ａ）となる。また、電圧ＶＣＣが−８Ｖである場合は点弧角αが０度になり、コンバータ２の出力電流は最大値となる。直流電圧ＶＤＣは、ＶＤＣ＝１．３５×ＶＡＣ×cosαとなる。
【００２３】
次に、この電力変換装置の動作について簡単に説明する。電圧ＶＳ（直流電圧ＶＤＣ）と参照電圧ＶＲの絶対値（電圧指令値）との差が大きい場合は、電圧ＶＲＣ（電流指令値）が上昇し、電圧ＶＣＣ（位相指令値）が低下してコンバータ２の出力電流ＩＤＣが増大する。電圧ＶＳ（直流電圧ＶＤＣ）と参照電圧ＶＲの絶対値（電圧指令値）の差が小さい場合は、電圧ＶＲＣ（電流指令値）が低下し、電圧ＶＣＣ（位相指令値）が上昇してコンバータ２の出力電流ＩＤＣが減少する。このようにして、電圧ＶＳ（直流電圧ＶＤＣ）が参照電圧ＶＲの絶対値（電圧指令値）に一致する。
【００２４】
図３は、交流電圧ＶＡＣが電流系統の事故などの原因によって２０％だけ瞬時低下した場合における直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。また、図４（ａ）は、その場合における電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。また、図４（ｂ）は、その場合における交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶは、インバータ１３から三相負荷２６に供給される三相交流電流および三相交流電圧のうちの一相分の交流電流および交流電圧を示している。
【００２５】
図３および図４（ａ）（ｂ）において、交流電圧ＶＡＣのレベルが低下して直流電圧ＶＤＣ（電圧ＶＳ）が低下すると、直流電圧ＶＤＣ（電圧ＶＳ）を上昇させるために、電圧制御器３０の出力電圧ＶＲＣが上昇し、電流制御器４０の出力電圧ＶＣＣが低下し（電圧−ＶＣＣが上昇し）、サイリスタ３〜８の点弧角αが減少する。このように、直流電圧ＶＤＣを上昇させるように制御系が動作しているときに、交流電圧ＶＡＣが定常電圧に復帰すると、コンバータ２からコンデンサ１２に定格電流（たとえば２００Ａ）の５倍以上の突入電流が発生する。
【００２６】
このため、電力変換装置の運転を一時的に停止させざるを得ない場合があった。リアクトル９の容量を大きくするか、コンバータ２の容量を大きくすれば、突入電流が発生しても電力変換装置の運転を継続できるが、装置の大型化、高コスト化を招いてしまう。本願発明は、このような問題を解決するものである。
【００２７】
[実施の形態１]
図５は、この発明の実施の形態１による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５において、この電力変換装置が図１の電力変換装置と異なる点は、低電圧検出器５０、電圧指令器６０、バッファ７４、およびスイッチ７５，７６が追加されている点である。
【００２８】
低電圧検出器５０は、交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３が正常に供給されている場合は、低電圧検出信号φＤＬを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにし、交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３の瞬時電圧低下が発生した場合は、低電圧検出信号φＤＬを活性化レベルの「Ｈ」レベルにするものである。
【００２９】
低電圧検出器５０は、図６に示すように、トランス５１、全波整流器５２、抵抗素子５３，５４、演算増幅器５５、パルス発生回路５６、およびＯＲゲート５７を含む。トランス５１は、商用交流電源１からの三相交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３を所定の三相交流電圧に降圧する。全波整流器５２は、トランス５１で生成された三相交流電圧を全波整流して直流電圧Ｖ５２を生成する。抵抗素子５３，５４は、直流電圧Ｖ５２を分圧して直流電圧Ｖ５３を生成する。演算増幅器５５は、直流電圧Ｖ５３が参照電圧ＶＲ０よりも高い場合は信号φ５５を「Ｌ」レベルにし、直流電圧Ｖ５３が参照電圧ＶＲ０よりも低下した場合は信号φ５５を「Ｈ」レベルにする。
【００３０】
パルス発生回路５６は、たとえば単安定マルチバイブレータによって構成され、信号φ５５の立ち上がりエッジに応答して、所定時間だけ信号φ５６を「Ｈ」レベルにする。ＯＲゲート５７は、信号φ５５，φ５６の論理和信号を低電圧検出信号φＤＬとして出力する。これにより、瞬時電圧低下が極めて短い時間だけ発生した場合でも、低電圧検出信号φＤＬは所定時間以上「Ｈ」レベルにされ、回路動作の安定化が図られる。
【００３１】
ここで、低電圧検出器５０の動作について説明する。交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３のレベルが定常値の９０％以上である場合は、直流電圧Ｖ５３が参照電圧ＶＲ０よりも高くなり、低電圧検出信号φＤＬは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。交流電圧ＶＡＣが定常値の９０％よりも低下した場合は、直流電圧Ｖ５３が参照電圧ＶＲ０よりも低くなり、低電圧検出信号φＤＬが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【００３２】
図５に戻って、電圧指令器６０は、参照電圧発生回路６１、電圧発生回路６２、マルチプレクサ６３、演算増幅器６４，６５、抵抗素子６６〜７１、コンデンサ７２、およびスイッチ７３を含む。参照電圧発生回路６１は、参照電圧ＶＲ１（たとえば、−９Ｖ）を発生する。電圧発生回路６２は、電圧検出器１１の出力電圧ＶＳの逆極性の電圧−ＶＳを発生する。
【００３３】
マルチプレクサ６３は、低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合は参照電圧ＶＲ０を選択し、低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルである場合は電圧発生回路６２の出力電圧−ＶＳを選択する。演算増幅器６４および抵抗素子６６〜６９は、減算回路を構成し、電圧指令器６０の出力電圧ＶＲとマルチプレクサ６３の出力電圧ＶＲ１または−ＶＳとの差の電圧Ｖ６４を出力する。
【００３４】
演算増幅器６５、抵抗素子７０，７１、コンデンサ７２、およびスイッチ７３は、積分回路を構成する。低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルである場合は、スイッチ７３がオンし、演算増幅器６４の出力電圧Ｖ６４は抵抗素子７０，７１の並列接続体を介して演算増幅器６５に入力され、積分回路の応答速度が速くなる。低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合は、スイッチ７３がオフし、演算増幅器６４の出力電圧Ｖ６４は抵抗素子７１を介して演算増幅器６５に入力され、積分回路の応答速度が遅くなる。
【００３５】
ここで、電圧指令器６０の動作について説明する。交流電圧ＶＡが正常に供給されて低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合は、マルチプレクサ６３によって参照電圧ＶＲ０が選択され、スイッチ７３がオフする。これにより、参照電圧ＶＲは、比較的遅い速度で参照電圧ＶＲ１に追従する。たとえば、参照電圧ＶＲは、１秒あたり６００％の変化率（６ｐ．ｕ）で変化する。
【００３６】
交流電圧ＶＡが瞬時低下して低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルにされた場合は、マルチプレクサ６３によって電圧−ＶＳが選択され、スイッチ７３がオンする。これにより、参照電圧ＶＲは、比較的速い速度で電圧−ＶＳに追従する。交流電圧ＶＡが瞬時低下から正常に復帰した場合は、参照電圧ＶＲは、比較的遅い速度で電圧−ＶＳから参照電圧ＶＲ１に徐々に変化する。
【００３７】
また、低電圧検出信号φＤＬは、バッファ７４を介してスイッチ７５，７６の制御端子に供給される。スイッチ７５，７６は、それぞれ抵抗素子３４およびコンデンサ３５に並列接続される。また、スイッチ７５，７６は、演算増幅器３１の反転入力端子と出力端子との間に直列接続される。スイッチ７５，７６は、低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合はオフし、低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルである場合はオンする。スイッチ７５，７６がオンすると、電圧制御器３０の出力電圧ＶＲＣ（電流指令値）は０Ｖ（最低値）になる。
【００３８】
次に、本実施の形態１の電力変換装置の動作について説明する。図７は、交流電圧ＶＡＣが電流系統の事故などの原因によって２０％低下した場合における直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図３と対比される図である。また、図８（ａ）は、その場合における電圧−ＶＳ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図４（ａ）と対比される図である。また、図８（ｂ）は、その場合における交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図４（ｂ）と対比される図である。
【００３９】
交流電圧ＶＡＣの瞬時電圧低下が発生すると、低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルになってスイッチ７５，７６がオンし、電圧制御器３０の演算増幅器３１の反転入力端子と出力端子が短絡されて電圧ＶＲＣ（電流指令値）が０Ｖになる。また、マルチプレクサ６３によって電圧−ＶＳが選択されるとともに、スイッチ７３がオンし、参照電圧ＶＲは速やかに電圧−ＶＳに追従する。瞬時電圧低下が発生してもインバータ１３は三相交流電力を負荷２６に供給し続けるので、電圧ＶＤＣ，ＶＳ，−ＶＲ，−ＶＣＣが低下し、制御系の特性によって決定される直流電流ＩＤＣが供給される。
【００４０】
交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から正常に復帰すると、低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルになってスイッチ７５，７６がオフする。また、マルチプレクサ６３によって参照電圧ＶＲ１が選択されるとともに、スイッチ７３がオフする。これにより、参照電圧ＶＲが電圧−ＶＳから参照電圧ＶＲ１に向かって徐々に変化し、電圧制御器３０の出力電圧ＶＲＣも０Ｖから最大値まで徐々に増加する。このため電流制御器４０の出力電圧ＶＣＣも徐々に増加し、突入電流が流れることが防止される。図３では突入電流は１１３３Ａであったが、図７では突入電流が３９０Ａに減少した。
【００４１】
[実施の形態２]
図９は、この発明の実施の形態２による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図であって、図５と対比される図である。図９において、この電力変換装置が図５の電力変換装置と異なる点は、スイッチ７７が追加されている点である。スイッチ７７は、電流制御器４０の演算増幅器４１の反転入力端子と出力端子との間に接続され、低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合はオフし、低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルである場合はオンする。
【００４２】
図１０は、交流電圧ＶＡＣが電流系統の事故などの原因によって２０％低下した場合における直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図７と対比される図である。また、図１１（ａ）は、その場合における電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図８（ａ）と対比される図である。また、図１１（ｂ）は、その場合における一相の交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図８（ｂ）と対比される図である。
【００４３】
図１０および図７図から分かるように、実施の形態２では、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下している場合の直流電圧ＩＤＣが０Ａ（最低値）になる。また、交流電圧ＶＡＣが正常に復帰した瞬間に流れる突入電流が実施の形態１よりも小さくなる。ただし、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下した場合、実施の形態１では直流電圧ＶＤＣが６００Ｖから３９４Ｖまで低下したのに対し、実施の形態２では直流電圧ＶＤＣが６００Ｖから２７１Ｖまで低下した。
【００４４】
[実施の形態３]
図１２は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の要部を示す回路ブロック図であって、図９と対比される図である。図１２において、この電力変換装置が図９の電力変換装置と異なる点は、直流電源７８が追加されている点である。スイッチ７７の一方端子は電流制御器４０の演算増幅器４１の反転入力端子に接続され、スイッチ７７の他方端子は直流電源７８の正極に接続され、直流電源７８の負極は演算増幅器４１の出力端子に接続される。スイッチ７７は、低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルである場合はオフし、低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルである場合はオンする。
【００４５】
直流電源７８の出力電圧ΔＶＣＣは、たとえば−１．５Ｖである。コンバータ２の出力電流ＩＤＣは、図２で示した点弧角αが１８０〜１２０度の範囲（電圧ＶＣＣが０〜−２Ｖの範囲）では略０Ａであり、点弧角αが１２０度以下（電圧ＶＣＣが−２Ｖ以下）になると流れ出す。そこで、交流電圧ＶＡＣが正常に復帰したときに、コンバータ２の出力電圧ＩＤＣが速やかに増加するように、電流制御器４０の出力電圧ＶＣＣにオフセット電圧ΔＶＣＣを与えている。
【００４６】
図１３は、交流電圧ＶＡＣが電流系統の事故などの原因によって２０％低下した場合における直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図１０と対比される図である。また、図１４（ａ）は、その場合における電圧−ＶＲ，ＶＲＣ，ＶＳ，−ＶＣＣの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図１１（ａ）と対比される図である。また、図１４（ｂ）は、その場合における一相の交流電流ＩＵおよび交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図であって、図１１（ｂ）と対比される図である。
【００４７】
図１３および図１０から分かるように、実施の形態３では、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から復帰した場合、実施の形態２よりも速やかに直流電流ＩＤＣが流れ出し、速やかに直流電圧ＶＤＣが６００Ｖに復帰する。これは、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から復帰した場合、実施の形態２では、電圧ＶＣＣ（位相指令値）を０Ｖ（最高値）から徐々に低下させるのに対し、実施の形態３では、電圧ＶＣＣ（位相指令値）を−１．５Ｖ（最高値よりも低い値）から徐々に低下させるからである。ただし、交流電圧ＶＡＣが瞬時低下から正常に復帰した瞬間の突入電流は、実施の形態２よりも実施の形態３の方が若干大きくなっている。
【００４８】
[実施の形態４]
従来の電力変換装置では、瞬時電圧低下が発生した場合、コンバータ２およびインバータ１３の運転を一旦停止し、コンデンサ１２の端子間に抵抗素子を接続してコンデンサ１２を十分に放電させた後に、運転を再開するものがある。このような電力変換装置では、放電用の抵抗素子が必要となり、装置が大型化し、コスト高になっていた。この実施の形態４では、この問題の解決が図られる。
【００４９】
図１５は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の低電圧検出器８０の構成を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。図１５において、この低電圧検出器８０が図６の低電圧検出器５０と異なる点は、パルス発生回路５６およびＯＲゲート５７が演算増幅器８１およびセット／リセットフリップフロップ８２で置換されている点である。
【００５０】
演算増幅器８１は、電圧検出器１１の出力電圧ＶＳが参照電圧ＶＲ２よりも高い場合は信号φ８１を「Ｌ」レベルにし、直流電圧ＶＤＣが定常電圧よりも十分に低下して、電圧ＶＳが参照電圧ＶＲ２よりも低下した場合は信号φ８１を「Ｈ」レベルにする。フリップフロップ８２は、演算増幅器５５の出力信号φ５５が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられた場合にセットされて低電圧検出信号φＤＬを活性化レベルの「Ｈ」レベルにし、演算増幅器８１の出力信号φ８１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられた場合にリセットされて低電圧検出信号φＤＬを非活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。
【００５１】
次に、この低電圧検出器８０を備えた電力変換装置の動作について説明する。図１６（ａ）は、交流電圧ＶＡＣが電流系統の事故などの原因によって２０％低下した場合における低電圧検出信号φＤＬ、直流電圧ＶＤＣおよび直流電流ＩＤＣの変化のシミュレーション結果を示す図である。また、図１６（ｂ）は、その場合における一相の交流電圧ＶＵＶの変化のシミュレーション結果を示す図である。
【００５２】
交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３が正常に供給されている場合、電圧Ｖ５３は参照電圧ＶＲ０よりも高くなり、演算増幅器５５の出力信号φ５５は「Ｌ」レベルにされている。また、電圧ＶＳは参照電圧ＶＲ２よりも高くなり、演算増幅器８１の出力信号φ８１は「Ｌ」レベルにされている。この場合、フリップフロップ８２の出力信号である低電圧検出信号φＤＬは「Ｌ」レベルになっている。
【００５３】
交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３が瞬時低下して電圧Ｖ５３が参照電圧ＶＲ０よりも低下すると、信号φ５５が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、フリップフロップ８２がセットされて低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルにされる。交流電圧ＶＡＣ１〜ＶＡＣ３が瞬時低下から正常に復帰しても、低電圧検出信号φＤＬはフリップフロップ８２によって「Ｈ」レベルに維持される。低電圧検出信号φＤＬが「Ｈ」レベルにされると、コンバータ２の出力電流ＩＤＣは最低値に設定される一方、インバータ１３の運転は継続されるので、直流電圧ＶＤＣおよび交流電圧ＶＵＶは負荷電流に応じた速度で低下する。
【００５４】
直流電圧ＶＤＣが定常電圧（たとえば、６００Ｖ）の１％以下に低下すると、電圧ＶＳが参照電圧ＶＲ２以下になり、演算増幅器８１の出力信号φ８１が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられる。これにより、フリップフロップ８２がリセットされて低電圧検出信号φＤＬが「Ｌ」レベルにされ、コンバータ２の運転が再開される。
【００５５】
この実施の形態４では、瞬時電圧低下が発生した場合は、インバータ１３の運転を継続し、直流電圧ＶＤＣを十分に低下させてからコンバータ２の運転を再開する。したがって、コンデンサ１２の端子間に抵抗素子を接続してコンデンサ１２を放電させていた従来に比べ、装置の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
なお、電力変換装置の運転を完全に停止させる場合は、位相制御器４６によってコンバータ２の運転を停止させる一方、インバータ１３の運転を継続し、直流電圧ＶＤＣが十分に低下した後にインバータ１３の運転を停止させればよい。
【００５７】
なお、以上の実施の形態１〜４では、電圧制御器３０、電流制御器４０、電圧指令器６０などを外付けの電子部品からなるアナログ回路で構成したが、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)などからなるデジタル回路で構成してもよいことは言うまでもない。
【００５８】
また、インバータ１３のスイッチング素子としてＩＧＢＴを使用したが、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳ電界効果トランジスタやＧＴＯ(Gate Turn-Off thyristor)を使用してもよいし、それらを組み合わせて使用してもよい。
【００５９】
また、瞬時電圧低下時における電源電圧低下量が２０％×０．１秒の場合について説明したが、たとえば、電源電圧低下量が１００％×１秒の場合も同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００６０】
また、制御系の構成としては、本願発明を説明するために必要な最小限の機能のみを記載し、電力変換装置として具備すべき機能の記載は省略している。また、記載した定数も一例であり、この値に限られるものでないことは言うまでもない。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  商用交流電源、２  コンバータ、３〜８  サイリスタ、９  リアクトル、１０  電流検出器、１１  電圧検出器、１２，３５，４５，７２  コンデンサ、１３  インバータ、１４〜１９  ＩＧＢＴ、２０〜２５  ダイオード、２６  三相負荷、３０  電圧制御器、３１，４１，５５，６４，６５，８１  演算増幅器、３２〜３４，４２〜４４，５３，５４，６６〜７１  抵抗素子、４０  電流制御器、４６  位相制御器、４７  周波数制御器、５０，８０  低電圧検出器、５１  トランス、５２  全波整流器、５６  パルス発生回路、５７  ＯＲゲート、６０  電圧指令器、６１  参照電圧発生回路、６２  電圧発生回路、６３  マルチプレクサ、７３，７５，７６  スイッチ、７４  バッファ、７５〜７７  スイッチ、７８  直流電源、８２  セット／リセットフリップフロップ。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１２】
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【図１５】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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