特許 5805118 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5805118

(24)【登録日】2015年9月11日

(45)【発行日】2015年11月4日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20151015BHJP

   H02M 7/497 20070101ALI20151015BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 L

   H02M7/497

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-27194(P2013-27194)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-158340(P2014-158340A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2014年10月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094916

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 啓吾

(74)【代理人】

【識別番号】100073759

【弁理士】

【氏名又は名称】大岩 増雄

(74)【代理人】

【識別番号】100127672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 憲治

(74)【代理人】

【識別番号】100088199

【弁理士】

【氏名又は名称】竹中 岑生

(72)【発明者】

【氏名】地道 拓志

(72)【発明者】

【氏名】楠 博敦

(72)【発明者】

【氏名】塚越 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】山口 弘昭

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１６５２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６７５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００６４３６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電源部に平滑コンデンサを有する１相あたり１台以上のインバータユニットを直列接続して、負荷に高電圧出力する多相の電力変換装置において、
少なくとも１台の前記インバータユニットの前記平滑コンデンサを外部から初期充電する回路を備え、
少なくとも１台の前記インバータユニットの前記平滑コンデンサを外部から充電後、充電された前記インバータユニットからインバータ出力を行い、前記負荷を介して他の前記インバータユニットの前記平滑コンデンサを充電する構成とした電力変換装置。

【請求項2】

前記外部から初期充電されたインバータユニットが他の前記インバータユニットの前記平滑コンデンサを充電する時、電流制御する構成とした請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記外部から初期充電されたインバータユニットが他の前記インバータユニットの前記平滑コンデンサを充電する時、充電される前記インバータユニットの出力をバイパスする構成とした請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

バイパス対象の前記インバータユニットのインバータ回路を構成するスイッチング素子をオンすることで、充電される前記インバータユニットの出力をバイパスする構成とした請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項5】

バイパス対象の前記インバータユニットの出力に接続されたバイパススイッチをオンすることで、充電される前記インバータユニットの出力をバイパスする構成とした請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項6】

充電される前記インバータユニットの前記平滑コンデンサの電圧が定格電圧まで充電されていない状態で、一時的に前記インバータユニットの出力をバイパスし、他の充電される前記インバータユニットの前記平滑コンデンサが定格電圧まで充電された後に、前記バイパスを解除して、前記インバータユニットの前記平滑コンデンサの電圧を定格電圧まで充電する構成とした請求項３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、交流電源を電力変換回路により直流電源に変換し、この直流電源をさらに電力変換回路によって可変周波数の高電圧交流電源として負荷に供給する電力変換装置に関し、特に電力変換回路間の直流電源回路部分の平滑コンデンサの初期充電に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置内の平滑コンデンサを無充電状態で交流電源側の開閉器を閉じると、瞬時的には交流電源が短絡した状態となり、大きな突入電流が流れ込み、電力変換装置を損傷する可能性がある。このため、電力変換装置内の平滑コンデンサの初期充電が必要である。
複数の低電圧インバータユニットを多段接続して、高電圧出力する電力変換装置において、各インバータユニット内に限流抵抗とスイッチを設けて、開閉器投入時に限流抵抗を介して平滑コンデンサを充電する方式がある。しかし、ユニット毎に限流抵抗とスイッチが必要で、スイッチの開閉制御も必要であるため部品点数が増え、小型化できないとの問題があった。

【0003】

これを解決する方式として、開閉器と限流抵抗を主電源トランスの高電圧側に設けて、平滑コンデンサを充電する（第１の方式）、主電源トランスに低電圧の３次巻線を設けて、別系統の電源を使用して、平滑コンデンサを充電する（第２の方式）、昇圧トランスを介して、低電圧側から高電圧を出力して平滑コンデンサを充電する方式（第３の方式）が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−３５４８３０号公報（段落［００１６］、［００１７］、［００２２］〜［００２５］、図１、４、５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の開示発明において、第１の方式は主電源トランスの高電圧側に開閉器と限流抵抗を取り付け、機器が高電圧機器になるため大型で高価となる問題がある。また、第２の方式は平滑コンデンサを充電する時、主電源トランスの１次巻線に高電圧が発生するため安全性に課題がある。また、主電源トランスを励磁するため消費電力が大きく、低電圧回路に大電流が流れるため、機器が高価となる問題がある。第３の方式も第２の方式と同様の問題がある。

【0006】

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、初期充電回路を簡素化し、装置の小型化が図れる電力変換装置を提供することを目的とする。

【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、直流電源部に平滑コンデンサを有する１相あたり１台以上のインバータユニットを直列接続して、負荷に高電圧出力する多相の電力変換装置において、少なくとも１台のインバータユニットの平滑コンデンサを外部から初期充電する回路を備え、少なくとも１台のインバータユニットの平滑コンデンサを外部から充電後、充電されたインバータユニットからインバータ出力を行い、負荷を介して他のインバータユニットの平滑コンデンサを充電する構成としたものである。

【発明の効果】

【0008】

この発明に係る電力変換装置は、上記のように構成されているため、必要な初期充電回路の台数を減らすことができ、電力変換装置を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る回路構成図である。

【図2】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るバイパス動作の説明図である。

【図3】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る回路構成図である。

【図4】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係る回路構成図である。

【図5】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係るバイパス動作の説明図である。

【図6】この発明の実施の形態４の電力変換装置に係る主要部の回路構成図である。

【図7】この発明の実施の形態４の電力変換装置に係る初期充電の動作フローである。

【図8】この発明の実施の形態４の電力変換装置に係る初期充電の動作フローである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１．
実施の形態１は、１台のインバータユニットの平滑コンデンサを初期充電回路で充電し、他のインバータユニットの平滑コンデンサは、初期充電したインバータユニットのインバータ回路側から負荷を介して充電する構成とした電力変換装置に関するものである。

【0011】

以下、本願発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の構成、動作について、電力変換装置の回路構成図である図１およびバイパス動作の説明図である図２に基づいて説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置１に関する回路構成を示す。
図１において、全体システムは電力変換装置１、第１交流電源２、負荷である電動機３、および第２交流電源４で構成される。電力変換装置１は、第１交流電源２から交流電力を受け、これを負荷に要求される高電圧に変換して、負荷である電動機３に供給する。実施の形態１においては、電力変換装置１は３相の電力変換装置を想定している。また、負荷としては三相電動機を想定しており、以下の説明では負荷を電動機３とする。

【0013】

まず電力変換装置１の全体構成を説明する。電力変換装置１は、主回路部と初期充電回路部から構成される。
主回路部は、開閉器１１と、主電源トランス１２と、インバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２（以降、インバータユニット全体をいう場合は、インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２と記載する）とから構成される。
初期充電回路部は、初期充電用スイッチ３１と、初期充電用トランス３２と、初期充電用整流回路３３とから構成される。
そして、インバータユニット２０Ｕ１を代表として記載しているように、各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２は、整流回路２１と、スイッチング素子より成るインバータ回路２２と、平滑コンデンサ２３と、抵抗器２４とから構成される。整流回路２１とインバータ回路２２は、平滑コンデンサ２３および抵抗器２４を介してお互いに直流部で接続されている。
なお、電動機３がこの発明における負荷である。また、初期充電回路部がこの発明における初期充電する回路である。

【0014】

次に、実施の形態１に係る電力変換装置１の動作を説明する。
主電源トランス１２は、開閉器１１を介して第１交流電源２に接続されている。主電源トランス１２は複数の２次巻線を有しており、各々の２次巻線は各インバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２の入力端子に接続されている。また、インバータユニット２０Ｕ２の出力端子Ｕ、インバータユニット２０Ｖ２の出力端子Ｖ、およびインバータユニット２０Ｗ２の出力端子Ｗは、それぞれ電動機３のＵ、Ｖ、Ｗ端子に接続されている。

【0015】

本実施の形態１の構成の特徴は、インバータユニットの何れか１ユニットのみに初期充電回路を有している点である。実施の形態１では１例として、インバータユニット２０Ｕ１に初期充電回路を有している。
なお、第２交流電源４は、第１交流電源２よりも低電圧であることを想定しているため、初期充電用トランス３２、初期充電用整流回路３３に低電圧仕様の部品を使用可能である。
また、実施の形態１では、第１交流電源２と第２交流電源４とが別電源としているが、同一電源であってもよい。

【0016】

以下、インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２内の平滑コンデンサ２３の初期充電について説明する。
初期充電用トランス３２は、初期充電用スイッチ３１を介して第２交流電源４に接続されている。
まずインバータユニット２０Ｕ１に対して、初期充電用スイッチ３１をオンとして、電力変換装置１の制御電源などの別系統の第２交流電源４から初期充電用トランス３２を介して充電を行う。１台のインバータユニットは低電圧であるため、初期充電用トランス３２および初期充電用整流回路３３は、低電圧仕様の部品を使用でき、コストを削減できる。

【0017】

インバータユニット２０Ｕ１の平滑コンデンサ２３が充電されたら、インバータユニット２０Ｕ１は、電動機３のＵ相電流をある一定の直流電流に制御するように電圧出力を行う。この時、他のインバータユニット２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２のインバータ回路２２のスイッチング素子は全てオフされている。インバータユニット２０Ｕ１から電圧が出力されると、電動機３を介して全インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２が接続されているので、インバータ２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２がインバータ回路２２のＦＷＤ（ＦＲＥＥ ＷＨＥＥＬＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）を介して、各インバータユニットの平滑コンデンサ２３が充電される。

【0018】

このとき、充電電流が流れる経路、例えば、インバータユニット２０Ｕ２→２０Ｖ２→２０Ｖ１の充電電流が流れる経路の各インバータユニットの平滑コンデンサ２３の電圧の合計が、インバータユニット２０Ｕ１の平滑コンデンサ２３の電圧よりも高くなれば、インバータ回路２２のＦＷＤは導通しなくなる。このため、インバータユニット２０Ｕ２→２０Ｖ２→２０Ｖ１の経路で充電電流が流れなくなる。
このため、ＦＷＤが導通されない電圧まで充電がされたら、以下の方法で各インバータユニットの平滑コンデンサ２３を充電する。

【0019】

例えば、最初にインバータユニット２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｗ１、２０Ｗ２の出力をバイパスして、インバータユニット２０Ｕ２のみを充電する。次に、インバータユニット２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｗ１の出力をバイパスして、インバータユニット２０Ｖ２、２０Ｗ２を充電する。最後にインバータユニット２０Ｕ２、２０Ｖ１、２０Ｗ１の出力をバイパスして、インバータユニット２０Ｖ２、２０Ｗ２を充電する。

【0020】

このように各インバータユニットの平滑コンデンサ２３の充電を行うことで、初期充電したインバータユニット２０Ｕ１以外の全てのインバータユニットの平滑コンデンサ２３の電圧を、初期充電されたインバータユニット２０Ｕ１の平滑コンデンサ２３の電圧、すなわち定格直流電圧と略等しい電圧に充電することができる。

【0021】

上記バイパス動作は、図２（ａ）のように上アームのスイッチング素子を全てオンするか、図２（ｂ）のように下アームのスイッチング素子を全てオンするか、いずれかを行うことで実施できる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）において、バイパス時の電流が流れる経路を太い実線で示している。

【0022】

各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２の平滑コンデンサ２３が充電されたら、初期充電用スイッチ３１をオフとして、初期充電を完了する。次に、開閉器１１を投入して電力変換装置１の起動を完了する。

【0023】

以上、実施の形態１で説明したインバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２の回路構成は１例であり、交流−直流−交流の変換を行うインバータユニットであればよい。例えば、整流回路は、ダイオード整流回路でもよく、スイッチング素子を用いた自励式のコンバータ回路でもよい。
また、実施の形態１では、インバータユニットの直列数を１相あたり２台直列としているが、１相あたり１台でもよく、３台以上のインバータユニットを直列としてもよい。
実施の形態１では、３相の電力変換装置について説明したが、２相あるいは４相以上であってもよい。
なお、実施の形態１では、電力変換装置１の中性点を接地する構成としている。もし、電力変換装置の中性点を接地しない場合は、高圧絶縁仕様の初期充電用トランスを使用する。

【0024】

以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置１は、１台のインバータユニットの平滑コンデンサを初期充電回路で充電し、他のインバータユニットの平滑コンデンサを、初期充電したインバータユニットのインバータ回路側から負荷を介して充電する構成としている。このため、必要な初期充電回路の台数を１台に減らすことができ、電力変換装置を小型化でき、省エネルギーの効果がある。

【0025】

実施の形態１の電力変換装置１は、初期充電時に主電源トランスの１次側に電圧が発生しないため、安全性も高くなる。
また、インバータユニットを電流制限してインバータ出力させることで、初期充電用トランスなどの電流容量を大きくする必要がない。このため、初期充電回路の部品を高電流仕様とする必要がなく、コスト低減を図ることができる。
さらに、インバータユニットのインバータ回路側から充電するので、整流回路の回路構成には依存せず、種々の整流回路方式を使用できる。

【0026】

実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、実施の形態１の電力変換装置１の各インバータユニットの出力をバイパスするために、バイパススイッチを設ける構成としたものである。

【0027】

以下、実施の形態２の電力変換装置１００の構成、動作について、電力変換装置１００の回路構成図である図３に基づいて差異を中心に説明する。
なお、図３において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

【0028】

実施の形態２の電力変換装置１００では、各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２の出力にバイパススイッチ２５を設けている。このバイパススイッチ２５は、スイッチ制御回路３４でオン／オフされる。

【0029】

このようにバイパススイッチ２５を設けることにより、各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２のインバータ回路２２のスイッチング素子の制御電源が確立していなくても、インバータユニットの出力をバイパスすることができる。すなわち、バイパススイッチ２５をオン／オフするスイッチ制御回路３４の制御電源が確立していれば、各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２の出力をバイパスすることが可能となる。

【0030】

各インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２のインバータ回路２２に用いるスイッチング素子の制御電源を自インバータユニットの平滑コンデンサ２３の電圧から生成する場合は、平滑コンデンサ２３の電圧が設計で決定された所定の電圧値になるまでは、バイパス動作を行うことはできない。しかしスイッチ制御回路３４の電源を外部電源とすることで、インバータユニットの平滑コンデンサの電圧に関わらず、インバータユニットの出力をバイパスすることができる。

【0031】

以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置１００は、各インバータユニットの出力をバイパスするために、バイパススイッチを設ける構成としたので、インバータユニットの平滑コンデンサの電圧に関わらず、バイパス動作を行うことができる。このため、必要な初期充電回路の台数を１台に減らすことができ、電力変換装置を小型化でき、省エネルギーの効果がある。さらに、インバータユニットの出力を確実にバイパスすることができる。

【0032】

実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置２００は、実施の形態１の電力変換装置１の各インバータユニットのインバータ回路を２レベルから３レベルインバータとしたものである。
以下、実施の形態３の電力変換装置２００の構成、動作について、電力変換装置２００の回路構成図である図４およびバイパス動作の説明図である図５に基づいて差異を中心に説明する。
なお、図４において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

【0033】

実施の形態３の電力変換装置２００と実施の形態１の電力変換装置１との差異は、インバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２の構成である。電力変換装置２００のインバータユニット２０Ｕ１〜２０Ｗ２のインバータ回路２２は３レベルであり、これに対応して、平滑コンデンサ２３と抵抗２４が各２個備えている。

【0034】

実施の形態１で説明したが、２レベルインバータの場合、２つのスイッチングモードが存在した。実施の形態３の場合、バイパス動作を行うのに、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３つのスイッチングモードが存在する。
図５（ａ）は、交流端子側のスイッチング素子のみをオンした場合である。図５（ｂ）は、上側アームのスイッチング素子のみをオンした場合である。図５（ｃ）は、下側アームのスイッチング素子のみをオンした場合である。
なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、バイパス時の電流が流れる経路を太い実線で示している。

【0035】

また、実施の形態３の電力変換装置２００においても、実施の形態２と同様に、各インバータユニットの出力にバイパススイッチを設けることができる。この場合、インバータユニットの平滑コンデンサの電圧に関わらず、インバータユニットの出力をバイパスすることができる。

【0036】

以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置２００は、各インバータユニットのインバータ回路が３レベルインバータであるが、１台のインバータユニットの平滑コンデンサを初期充電回路で充電し、他のインバータユニットは、初期充電されたインバータユニットのインバータ回路側から負荷を介して充電する構成としている。このため、必要な初期充電回路の台数を１台に減らすことができ、電力変換装置を小型化でき、省エネルギーの効果がある。

【0037】

実施の形態４．
実施の形態４の電力変換装置は、各相のインバータユニットを３台以上直列に接続し、２台以上のインバータユニットに初期充電回路を設ける構成としたものである。
以下、実施の形態４の電力変換装置の構成、動作について、電力変換装置３００の主要部の回路構成図である図６および初期充電動作フロー図である図７、８に基づいて差異を中心に説明する。

【0038】

まず、実施の形態４の電力変換装置３００の構成について、図６に基づいて説明する。 図６において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
なお、図６では、実施の形態１の図１における主電源トランス１２よりも上位側の回路を省略し、初期充電に関連する回路部分のみを記載している。
また、各インバータユニットの構成は、実施の形態１の図１のインバータユニット２０Ｕ１と同様であるとして、説明する。

【0039】

実施の形態４では、１相当りインバータユニットが３台直列以上の場合であり、さらにある相において、インバータユニットの全数よりも少なくかつ２台以上のインバータユニットにおいて、初期充電回路を有する場合を想定している。
実施の形態４の具体例として、図６では、インバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２、２０Ｕ３、２０Ｖ１、２０Ｖ２、２０Ｖ３、２０Ｗ１、２０Ｗ２、２０Ｗ３の内、インバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２の２台に初期充電回路を備える構成例を示している。
ここで、初期充電回路は、初期充電用スイッチ３１と、初期充電用トランス３２および３５と、初期充電用整流回路３３および３６とから構成される。初期充電用トランス３２、３５は、初期充電用スイッチ３１を介して第２交流電源４に接続されている。

【0040】

このような１相当りインバータユニットが３台直列以上の電力変換装置において、２台以上のインバータユニットに初期充電回路を有する構成は、インバータユニットのインバータ回路のスイッチング素子を制御する制御電源が各インバータユニットの直流電圧から生成される自給電方式である場合に効果的である。

【0041】

次に、１相当りインバータユニットが３台直列以上の場合に、少なくとも２台以上のインバータユニットにおいて初期充電回路を必要とする理由を説明する。具体的には、図６に示した１相当りインバータユニットが３台直列の場合を説明する。

【0042】

仮に、実施の形態１と同様に、インバータユニット２０Ｕ１のみを初期充電し、他インバータユニットのインバータ回路のスイッチング素子を開放として充電する場合は、Ｖ、Ｗ相の充電電流が、Ｕ相の１／２となる。また、充電電流経路の平滑コンデンサ２３の電圧の合計が、インバータユニット２０Ｕ１の平滑コンデンサ２３の電圧を越えるとＦＷＤが導通しなくなるため、それ以上の電圧に充電できない。

【0043】

以上を考慮すると、初期充電されたインバータユニット２０Ｕ１の平滑コンデンサ２３の電圧を１００％とすると、理論的にはインバータユニット２０Ｕ２、２０Ｕ３の平滑コンデンサ２３の電圧が各々２８．６％（＝２／７）、インバータユニット２０Ｖ１〜３、２０Ｗ１〜３の平滑コンデンサ２３の電圧が各々１４．３％（＝１／７）しか充電されない。この段階からインバータユニットの出力をバイパスするインバータ回路２２のスイッチング素子の制御電源を確立させる必要がある。すなわち、平滑コンデンサ２３の電圧が定格の２８．６％あるいは、１４．３％しかない状態でも制御電源を確立させる必要がある。
したがって、制御電源は、幅広い入力（１４．３％〜１００％）に対して安定した出力を得る必要があるため、設計が困難であったり、最適設計ができずに損失が増大したり、大型になる可能性がある。

【0044】

一方、図６のように、２台のインバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２を初期充電した場合を説明する。インバータユニット２０Ｕ１、２０Ｕ２の平滑コンデンサ２３の電圧を１００％とすると、外部から初期充電されないインバータユニットのインバータ回路のスイッチング素子が開放状態でも、インバータユニッ２０Ｕ３の平滑コンデンサ２３の電圧が８０％（＝４／５）、インバータユニッ２０Ｖ１〜３、２０Ｗ１〜３の平滑コンデンサ２３の電圧が４０％（＝２／５）まで充電される。このため、制御電源の入力範囲は４０％〜１００％に絞ることができるので、設計が容易になる。

【0045】

さらに２台のインバータユニットを初期充電した状態から、他のインバータユニットの出力をバイパスするが、電圧が高いインバータユニット２０Ｕ３から順次バイパスを行うことで、インバータユニット２０Ｖ１〜３、２０Ｗ１〜３の平滑コンデンサ２３の電圧を６６．７％（＝２／３）まで上昇させることができる。したがって、制御電源の入力範囲はさらに狭い範囲（６６．７％〜１００％）に絞ることができ、設計がさらに容易になる。

【0046】

上記に説明した初期充電の動作フローを図７および図８に示す。
初期充電が開始される（Ｓ１）と、初期充電用スイッチ３１をオンにする（Ｓ２）。
次に、インバータユニット２０Ｕ１および２０Ｕ２の平滑コンデンサ２３の電圧が定格電圧まで充電済みか確認する（Ｓ３）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｕ１および２０Ｕ２が電流制御を開始して、電動機３を経由して他のインバータユニットの平滑コンデンサ２３の充電を開始する（Ｓ４）。

【0047】

インバータユニット２０Ｕ３の平滑コンデンサ２３の電圧が所定値（以降、所定電圧と記載する）まで充電済みか確認する（Ｓ５）。判定結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｕ３の出力をバイパスする（Ｓ６）。
次に、インバータユニット２０Ｖ１〜Ｖ３および２０Ｗ１〜３の平滑コンデンサ２３の電圧が所定電圧まで充電済みか確認する（Ｓ７）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｕ３、２０Ｖ２〜３、２０Ｗ２〜３の出力をバイパスする（Ｓ８）。
次に、インバータユニット２０Ｖ１、２０Ｗ１を充電する（Ｓ９）。

【0048】

次に、インバータユニット２０Ｖ１および２０Ｗ１の平滑コンデンサ２３の電圧が定格電圧に到達したか確認する（Ｓ１０）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｕ３、２０Ｖ１、２０Ｖ３、２０Ｗ１、２０Ｗ３の出力をバイパスする（Ｓ１１）。
次に、インバータユニット２０Ｖ２、２０Ｗ２を充電する（Ｓ１２）。
次に、インバータユニット２０Ｖ２および２０Ｗ２の平滑コンデンサ２３の電圧が定格電圧に到達したか確認する（Ｓ１３）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｕ３、２０Ｖ１〜２、２０Ｗ１〜２の出力をバイパスする（Ｓ１４）。
次に、インバータユニット２０Ｖ３、２０Ｗ３を充電する（Ｓ１５）。

【0049】

次に、インバータユニット２０Ｖ３および２０Ｗ３の平滑コンデンサ２３の電圧が定格電圧に到達したか確認する（Ｓ１６）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、次に進み、インバータユニット２０Ｖ１〜３、２０Ｗ１〜３の出力をバイパスする（Ｓ１７）。
次に、インバータユニット２０Ｕ３を充電する（Ｓ１８）。
次に、インバータユニット２０Ｕ３の平滑コンデンサ２３の電圧が定格電圧に到達したか確認する（Ｓ１９）。確認結果がＮＯであれば、一時ホールド後、元に戻り再度確認する。
確認結果がＹＥＳであれば、全インバータユニットのインバータ回路のスイッチング素子をオフとし、初期充電用スイッチ３１をオフとし（Ｓ２０）、初期充電を終了する（Ｓ２１）。

【0050】

なお、上記説明における所定電圧とは、インバータユニットのインバータ回路が自給電で動作可能となる電圧（設計電圧）に、例えば、この設計電圧の１０％の余裕を考慮して予め設定する電圧である。

【0051】

実施の形態４では、インバータユニットの構成は、図１の２レベルとして説明した。しかし、２レベルには限定されず、３レベルインバータでも良い。また、実施の形態２と同様にインバータユニットの出力にバイパススイッチを設けてもよい。
なお、インバータユニットの出力にバイパススイッチを設けて、スイッチ制御回路の電源を外部から供給する場合は、１相当たりのインバータユニットを３台以上直列に接続する構成であっても、初期充電回路を設けるインバータユニットは、１台とすることができる。
また、図６において、電力変換装置３００の中性点を接地しているが、非接地とすることもできる。

【0052】

以上説明したように、実施の形態４の電力変換装置３００は、各相のインバータユニットを３台以上直列に接続し、２台以上のインバータユニットに初期充電回路を設ける構成としたものである。このように構成することで、各相のインバータユニットを３台以上直列に接続した場合でも、必要な初期充電回路の台数を最小限の台数に減らすことができるため、電力変換装置を小型化でき、省エネルギーの効果がある。
また、上記説明した初期充電の動作フローにしたがって、初期充電を行うことで、バイパススイッチの制御電源を自インバータユニットの平滑コンデンサから生成することができ、さらに、回路構成を簡素化することができる。

【0053】

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１，１００，２００，３００ 電力変換装置、２ 第１交流電源、３ 電動機、
４ 第２交流電源、１１ 開閉器、１２ 主電源トランス、
２０Ｕ１〜２０Ｗ２，２０Ｕ１〜２０Ｗ３ インバータユニット、２１ 整流回路、
２２ インバータ回路、２３ 平滑コンデンサ、２４ 抵抗器、
２５ バイパススイッチ、３１ 初期充電用スイッチ、
３２，３５ 初期充電用トランス、３３，３６ 初期充電用整流回路、
３４ スイッチ制御回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】