特許 7244378 電力変換装置及びその制御方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】電力変換装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20230314BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 H

H02M7/12 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019132085

(22)【出願日】2019-07-17

(65)【公開番号】P2021019377

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-04-08

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】堀越 眞一

(72)【発明者】

【氏名】酒井 幸次郎

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３５９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７７０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６７９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５２６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１０４２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００８００２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、
前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、
前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、
前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる、電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記平滑コンデンサの前記電圧を検出する検出部を更に有し、
前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて判定する、電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記開閉器が前記閉状態から前記開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定する、電力変換装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置において、
前記コンバータは、パルス幅変調コンバータである、電力変換装置。

【請求項5】

交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、
前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップと、
前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップとを有し、
前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる、電力変換装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コンバータの入力電圧が設定値以上である場合に当該コンバータのスイッチングを停止する電力変換装置が開示されている。特許文献１によれば、電気部品の破壊の防止に寄与することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１３１４８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、特許文献１に記載された技術では、コンバータに備えられたスイッチング素子等の破壊を必ずしも良好に防止し得ない。

【0005】

本発明の目的は、スイッチング素子等の破壊を良好に防止し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様による電力変換装置は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。

【0007】

本発明の他の態様による電力変換装置の制御方法は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップと、前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップとを有し、前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、スイッチング素子等の破壊を良好に防止し得る電力変換装置及びその制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態による電力変換装置の構成を示す図である。

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、開閉器を開状態から閉状態に遷移させた際における各部の電圧の変化の例を示す図である。

【図3】一実施形態による電力変換装置の動作を示すフローチャートである。

【図4】一実施形態の変形例による電力変換装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明による電力変換装置及びその制御方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。

【0011】

［一実施形態］
一実施形態による電力変換装置及びその制御方法について図１～図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による電力変換装置の構成を示す図である。

【0012】

図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１０には、コンバータ１２が備えられている。コンバータ１２は、交流電源１４から開閉器１６を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ１２は、例えば公知のパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）コンバータであるが、これに限定されるものではない。

【0013】

交流電源１４は、例えば、多相の相電圧を供給する多相交流電源、より具体的には、３相交流電源であるが、これに限定されるものではない。交流電源１４は、例えば、１２０度ずつ位相がずれたＵ相、Ｖ相及びＷ相の電圧を供給し得る。

【0014】

開閉器１６は、交流電源１４から電力変換装置１０への交流電圧の供給をオン／オフするためのものである。開閉器１６としては、例えば、電磁接触器、ブレーカ等を用い得るが、これに限定されるものではない。

【0015】

電力変換装置１０には、フィルタ２４が更に備えられている。フィルタ２４は、開閉器１６とコンバータ１２との間に備えられている。フィルタ２４は、コンバータ１２側から交流電源１４側に伝達されるノイズを除去し得るとともに、交流電源１４側からコンバータ１２側に伝達されるノイズを除去し得る。

【0016】

コンバータ１２には、整流回路３０が備えられている。整流回路３０は、交流電源１４から開閉器１６を介して供給される交流電圧を直流電圧に整流する。

【0017】

整流回路３０には、交流電源１４の各相に対応して、パワー素子部３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗが備えられている。

【0018】

Ｕ相に対応したパワー素子部３２Ｕには、上アーム側のダイオード３６Ｕｕと、下アーム側のダイオード３６Ｕｄと、上アーム側のスイッチング素子（半導体スイッチング素子）３４Ｕｕと、下アーム側とスイッチング素子３４Ｕｄとが備えられている。

【0019】

Ｖ相に対応したパワー素子部３２Ｖには、上アーム側のダイオード３６Ｖｕと、下アーム側のダイオード３６Ｖｄと、上アーム側のスイッチング素子３４Ｖｕと、下アーム側とスイッチング素子３４Ｖｄとが備えられている。

【0020】

Ｗ相に対応したパワー素子部３２Ｗには、上アーム側のダイオード３６Ｗｕと、下アーム側のダイオード３６Ｗｄと、上アーム側のスイッチング素子３４Ｗｕと、下アーム側とスイッチング素子３４Ｗｄとが備えられている。

【0021】

上アーム側のダイオード一般について説明する際には、符号３６ｕを用い、個々の上アーム側のダイオードについて説明する際には、符号３６Ｕｕ、３６Ｖｕ、３６Ｗｕを用いる。また、下アーム側のダイオード一般について説明する際には、符号３６ｄを用い、個々の下アーム側のダイオードについて説明する際には、符号３６Ｕｄ、３６Ｖｄ、３６Ｗｄを用いる。

【0022】

スイッチング素子一般について説明する際には、符号３４を用い、個々のスイッチング素子について説明する際には、符号３４Ｕｕ、３４Ｕｄ、３４Ｖｕ、３４Ｖｄ、３４Ｗｕ、３４Ｗｄを用いる。また、上アーム側のスイッチング素子一般について説明する際には、符号３４ｕを用い、個々の上アーム側のスイッチング素子について説明する際には、符号３４Ｕｕ、３４Ｖｕ、３４Ｗｕを用いる。また、下アーム側のスイッチング素子一般について説明する際には、符号３４ｄを用い、個々の下アーム側のスイッチング素子について説明する際には、符号３４Ｕｄ、３４Ｖｄ、３４Ｗｄを用いる。スイッチング素子３４は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用い得るが、これに限定されるものではない。ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）をスイッチング素子３４として用いるようにしてもよい。

【0023】

上アーム側のダイオード３６ｕと、下アーム側のダイオード３６ｄとは、互いに直列に接続されている。上アーム側のダイオード３６ｕのカソードは、一方の出力線４２ｕに接続されている。上アーム側のダイオード３６ｕのアノードは、下アーム側のダイオード３６ｄのカソードに接続されている。下アーム側のダイオード３６ｄのアノードは、他方の出力線４２ｄに接続されている。

【0024】

上アーム側のスイッチング素子３４ｕと、下アーム側のスイッチング素子３４ｄとは、互いに直列に接続されている。上アーム側のスイッチング素子３４ｕの第１端子は、上アーム側のダイオード３６ｕのカソードに接続されている。スイッチング素子３４が例えばＩＧＢＴである場合、第１端子はコレクタであり、スイッチング素子３４が例えばＦＥＴである場合、第１端子はソース／ドレインの一方である。上アーム側のスイッチング素子３４ｕの第２端子は、上アーム側のダイオード３６ｕのアノードに接続されている。スイッチング素子３４が例えばＩＧＢＴである場合、第２端子はエミッタであり、スイッチング素子３４が例えばＦＥＴである場合、第２端子はソース／ドレインの他方である。下アーム側のスイッチング素子３４ｄの第１端子は、下アーム側のダイオード３６ｄのカソードに接続されている。下アーム側のスイッチング素子３４ｄの第２端子は、下アーム側のダイオード３６ｄのアノードに接続されている。

【0025】

上アーム側のダイオード３６Ｕｕのアノードと、上アーム側のスイッチング素子３４Ｕｕの第２端子と、下アーム側のダイオード３６Ｕｄのカソードと、下アーム側のスイッチング素子３４Ｕｄの第１端子とに接続されたノード３８Ｕには、Ｕ相の電圧、即ち、Ｕ相電圧が供給される。

【0026】

上アーム側のダイオード３６Ｖｕのアノードと、上アーム側のスイッチング素子３４Ｖｕの第２端子と、下アーム側のダイオード３６Ｖｄのカソードと、下アーム側のスイッチング素子３４Ｖｄの第１端子とに接続されたノード３８Ｖには、Ｖ相の電圧、即ち、Ｖ相電圧が供給される。

【0027】

上アーム側のダイオード３６Ｗｕのアノードと、上アーム側のスイッチング素子３４Ｗｕの第２端子と、下アーム側のダイオード３６Ｗｄのカソードと、下アーム側のスイッチング素子３４Ｗｄの第１端子とに接続されたノード３８Ｗには、Ｗ相の電圧、即ち、Ｗ相電圧が供給される。

【0028】

電力変換装置１０には、平滑コンデンサ１８が更に備えられている。平滑コンデンサ１８は、コンバータ１２の後段に備えられている。平滑コンデンサ１８の一端は、一方の出力線４２ｕに接続されている。平滑コンデンサ１８の他端は、他方の出力線４２ｄに接続されている。平滑コンデンサ１８は、コンバータ１２から出力される直流電圧、即ち、整流回路３０によって整流された直流電圧を平滑化する。

【0029】

電力変換装置１０には、抵抗器２０が更に備えられている。抵抗器２０は、一方の出力線４２ｕに設けられている。抵抗器２０は、コンバータ１２と平滑コンデンサ１８との間に位置している。抵抗器２０の一端は、一方の出力線４２ｕを介して、上アーム側のダイオード３６ｕ及び上アーム側のスイッチング素子３４ｕに電気的に接続されている。抵抗器２０の他端は、一方の出力線４２ｕを介して、平滑コンデンサ１８の一端に接続されている。

【0030】

電力変換装置１０には、スイッチ２２が更に備えられている。スイッチ２２は、抵抗器２０に対して並列に接続されている。スイッチ２２は、抵抗器２０の両端を短絡し得る。スイッチ２２が閉じられた際には、抵抗器２０の両端が短絡された状態となる。スイッチ２２が開かれた際には、抵抗器２０の両端が短絡されていない状態となる。

【0031】

スイッチ２２が開かれている状態で、交流電圧から直流電圧への変換がコンバータ１２によって開始される。このため、交流電圧から直流電圧への変換がコンバータ１２によって開始された際に、平滑コンデンサ１８に大きな突入電流が流入するのを、抵抗器２０によって抑制することができる。平滑コンデンサ１８に十分な電荷が充電された後には、スイッチ２２は閉じられる。

【0032】

フィルタ２４には、リアクトル４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗが備えられている。リアクトル４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗの一端は、フィルタ２４の一方の入出力端子４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗにそれぞれ接続されている。フィルタ２４の一方の入出力端子４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗには、交流電源１４からの交流電圧が開閉器１６を介してそれぞれ供給される。

【0033】

フィルタ２４には、リアクトル４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗが更に備えられている。リアクトル４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗの他端は、リアクトル４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗの一端にそれぞれ接続されている。リアクトル４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗの他端は、フィルタ２４の他方の入出力端子５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗにそれぞれ接続されている。フィルタ２４の他方の入出力端子５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗには、ノード３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗがそれぞれ接続されている。

【0034】

フィルタ２４には、抵抗器５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗが更に備えられている。抵抗器５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗは、共振現象を抑制するための抵抗器であるダンピング抵抗器である。リアクトル４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗの他端と、リアクトル４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗの一端とに接続されたノード５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗは、抵抗器５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗの一端にそれぞれ接続されている。

【0035】

フィルタ２４には、コンデンサ５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗが更に備えられている。コンデンサ一般について説明する際には、符号５４を用い、個々のコンデンサについて説明する際には、符号５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗを用いる。コンデンサ５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗの一端は、抵抗器５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗの他端にそれぞれ接続されている。

【0036】

フィルタ２４には、抵抗器５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗが更に備えられている。抵抗器一般について説明する際には、符号５６を用い、個々の抵抗器について説明する際には、符号５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗを用いる。抵抗器５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗは、コンデンサ５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗに対してそれぞれ並列に接続されている。抵抗器５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗは、コンデンサ５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗに蓄えられた電荷を放電させるためのものである。

【0037】

コンデンサ５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗの他端は、互いに接続されている。

【0038】

電力変換装置１０には、電圧センサ（検出部）２８が更に備えられている。電圧センサ２８の一方の入力端子は、平滑コンデンサ１８の一端に接続されている。電圧センサ２８の他方の入力端子は、平滑コンデンサ１８の他端に接続されている。電圧センサ２８は、平滑コンデンサ１８の電圧、即ち、平滑コンデンサ１８の両端の電圧を検出し得る。

【0039】

電力変換装置１０には、ＰＷＭ制御回路２９が更に備えられている。ＰＷＭ制御回路２９は、コンバータ１２をＰＷＭ制御するためのものである。具体的には、ＰＷＭ制御回路２９は、制御部６４から供給される信号（指令）に基づいて、スイッチング素子３４の第３端子（ゲート）に電圧を印加することによって、スイッチング素子３４をスイッチングする。ＰＷＭ制御回路２９は、スイッチング素子３４を適宜スイッチングすることにより、出力電圧の調整、即ち、平滑コンデンサ１８の両端の電圧の調整等を行い得る。

【0040】

電力変換装置１０には、制御装置２６が更に備えられている。制御装置２６は、電力変換装置１０の全体の制御を司る。制御装置２６には、演算部５８と、記憶部６０とが備えられている。演算部５８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等によって構成され得るが、これに限定されるものではない。記憶部６０には、例えば、不図示の揮発性メモリと、不図示の不揮発性メモリとが備えられている。揮発性メモリとしては、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等が挙げられる。不揮発性メモリとしては、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等が挙げられる。プログラム、データ、テーブル等が、記憶部６０に記憶され得る。

【0041】

演算部５８には、判定部６２と、制御部６４とが備えられている。判定部６２と、制御部６４とは、記憶部６０に記憶されているプログラムが演算部５８によって実行されることによって実現され得る。

【0042】

判定部６２は、平滑コンデンサ１８の両端の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。具体的には、判定部６２は、電圧センサ２８から供給される情報に基づいて、平滑コンデンサ１８の両端の電圧を判定する。電圧閾値は、平滑コンデンサ１８の電圧が十分に大きい状態であるか否かを判定するための閾値である。

【0043】

制御部６４は、開閉器１６の開閉を制御し得る。開閉器１６が閉じられると、交流電源１４から供給される交流電圧が、開閉器１６とフィルタ２４とを介してコンバータ１２に供給される状態となる。開閉器１６が開かれると、フィルタ２４及びコンバータ１２に交流電圧が供給されない状態となる。

【0044】

制御部６４は、スイッチ２２の開閉を制御し得る。上述したように、スイッチ２２が閉じられると、抵抗器２０の両端が短絡された状態となる。上述したように、スイッチ２２が開かれると、抵抗器２０の両端が短絡されていない状態となる。

【0045】

制御部６４は、例えば、不図示の電圧センサ、電流センサ等によって取得される情報等に基づいて、ＰＷＭ制御回路２９に供給する信号（指令）を生成し得る。制御部６４は、ＰＷＭ制御回路２９を用いてスイッチング素子３４を適宜スイッチングすることにより、出力電圧の調整、即ち、平滑コンデンサ１８の両端の電圧の調整等を行い得る。

【0046】

コンデンサ５４の両端には、３相交流の線間電圧に応じた電圧が印加される。コンデンサ５４には、印加された当該電圧に応じた電荷が蓄えられる。開閉器１６が閉状態から開状態に遷移すると、当該タイミングにおいてコンデンサ５４に蓄えられている電荷が抵抗器５６を介して放電され始める。開閉器１６が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間が比較的短い段階においては、コンデンサ５４に蓄えられている電荷が十分に放電しきらず、コンデンサ５４の両端の電圧は大きい状態のままである。開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させると、共振電圧がフィルタ２４において生じ得る。開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短く、しかも、開閉器１６を開状態に遷移させた際における線間電圧の位相と、開閉器１６を閉状態に戻した際における線間電圧の位相とが逆である場合には、共振電圧のピークが著しく大きくなり得る。ピークの著しく大きい共振電圧がスイッチング素子３４に印加された場合には、当該スイッチング素子３４が破壊される虞がある。

【0047】

ところで、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合には、平滑コンデンサ１８の電圧は大きい状態のままである。抵抗器２０をスイッチ２２によって短絡するようにすれば、共振電圧のピークは、平滑コンデンサ１８の電圧にクランプされるため、著しく大きくはならない。そこで、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合、即ち、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上である場合には、スイッチ２２を閉じた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる。なお、スイッチ２２を閉じた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させても、平滑コンデンサ１８の電圧が大きいため、大きな突入電流が平滑コンデンサ１８に流れることはない。

【0048】

図２Ａ及び図２Ｂは、開閉器を開状態から閉状態に遷移させた際における各部の電圧の変化の例を示す図である。図２Ａには、比較例の場合、即ち、抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されていない場合の例が示されている。図２Ｂには、本実施形態の場合、即ち、抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されている場合の例が示されている。図２Ａ及び図２Ｂの左側には、開閉器１６の出力側の電圧の例が示されている。図２Ａ及び図２Ｂの右側には、共振電圧の例が示されている。なお、ここでは、説明を簡略化するため、開閉器１６を介してフィルタ２４に直流電圧を印加した場合の例が示されている。図２Ａ及び図２Ｂには、平滑コンデンサ１８の電圧が十分に大きくなっている場合の例が示されている。

【0049】

抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されていない状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させた場合、即ち、比較例の場合には、図２Ａに示すように、共振電圧のピークは著しく大きくなる。

【0050】

一方、抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されている状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させた場合、即ち、本実施形態の場合には、図２Ｂに示すように、共振電圧のピークは平滑コンデンサ１８の電圧によってクランプされる。

【0051】

このように、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的短い場合、即ち、平滑コンデンサ１８の電圧が十分に大きい場合には、スイッチ２２を閉じた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる。抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサ１８の電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、本実施形態によれば、スイッチング素子３４等が破壊されるのを良好に防止することができる。

【0052】

一方、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が十分に長い場合には、コンデンサ５４に蓄えられた電荷が抵抗器５６を介して十分に放電されるため、コンデンサ５４の両端の電圧は十分に小さくなっている。平滑コンデンサ１８の両端の電圧が十分に小さくなっていることは、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が十分に長いこと、即ち、コンデンサ５４の両端の電圧が十分に小さくなっていることを意味する。コンデンサ５４の両端の電圧が十分に小さくなっている場合には、開閉器１６を開状態に遷移させた際の電圧の位相と、開閉器１６を閉状態に戻した際の電圧の位相とが逆であったとしても、共振電圧のピークは著しく大きくはならない。そこで、本実施形態では、開状態に遷移した開閉器１６を再度閉状態に戻すまでの期間が比較的長い場合、即ち、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値未満である場合には、スイッチ２２を開いた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる。スイッチ２２を開いた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させるため、平滑コンデンサ１８に大きな突入電流が流れるのを抵抗器２０によって防止し得る。

【0053】

本実施形態による電力変換装置１０の動作について図３を用いて説明する。図３は、本実施形態による電力変換装置の動作を示すフローチャートである。図３には開閉器１６が閉状態から開状態に遷移した後の動作が示されている。

【0054】

ステップＳ１において、制御部６４は、開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させるか否かを判定する。開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、ステップＳ２に遷移する。開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させない場合（ステップＳ１においてＮＯ）、図３に示す処理が完了する。

【0055】

ステップＳ２において、判定部６２は、平滑コンデンサ１８の電圧、即ち、平滑コンデンサ１８の両端の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上である場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３に遷移する。平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値未満である場合（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ４に遷移する。

【0056】

ステップＳ３において、制御部６４は、スイッチ２２を閉じる。スイッチ２２が既に閉じられている場合には、制御部６４は、スイッチ２２が閉じられている状態を維持する。この後、ステップＳ５に遷移する。

【0057】

ステップＳ４において、制御部６４は、スイッチ２２を開く。スイッチ２２が既に開かれている場合には、制御部６４は、スイッチ２２が開かれている状態を維持する。この後、ステップＳ５に遷移する。

【0058】

ステップＳ５において、制御部６４は、開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる。こうして、図３に示す処理が完了する。

【0059】

このように、本実施形態によれば、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値未満である場合には、スイッチ２２を開いた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させ、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上である場合には、スイッチ２２を閉じた状態で開閉器１６を開状態から閉状態に遷移させる。本実施形態によれば、コンデンサ５４の両端の電圧が大きい場合には、抵抗器２０がスイッチ２２によって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサ１８の電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、本実施形態によれば、スイッチング素子３４等が破壊されるのを良好に防止することができる。

【0060】

（変形例）
本実施形態の変形例による電力変換装置１０について図４を用いて説明する。図４は、本変形例による電力変換装置の構成を示す図である。

【0061】

本変形例による電力変換装置１０は、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上であるか否かを、開閉器１６が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するものである。

【0062】

図４に示すように、本変形例では、電圧センサ２８（図１参照）が備えられていない。本実施形態では、演算部５８にタイマ６６が更に備えられている。タイマ６６は、記憶部６０に記憶されているプログラムが演算部５８によって実行されることによって実現され得る。

【0063】

制御部６４は、開閉器１６を閉状態から開状態に遷移させた際、開閉器１６を閉状態から開状態に遷移させたことを示す情報をタイマ６６に供給する。タイマ６６は、開閉器１６が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間をカウントする。タイマ６６によってカウントされた経過時間は、判定部６２に供給される。判定部６２は、タイマ６６によってカウントされた経過時間に基づいて、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定する。

【0064】

本変形例による電力変換装置１０の動作は、図３を用いて上述した電力変換装置１０の動作と同様であるため、説明を省略する。

【0065】

このように、平滑コンデンサ１８の電圧が電圧閾値以上であるか否かを、開閉器１６が閉状態から開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するようにしてもよい。

【0066】

上記実施形態をまとめると以下のようになる。

【0067】

電力変換装置（１０）は、交流電源（１４）から開閉器（１６）を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ（１２）と、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ（１８）と、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器（２０）と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチ（２２）と、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル（４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗ、４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗ）及びコンデンサ（５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗ）を含み、ノイズを除去するフィルタ（２４）と、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部（６４）とを備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させ、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる。このような構成によれば、平滑コンデンサの電圧が十分に大きい場合、即ち、コンデンサの両端の電圧が大きい際には、抵抗器がスイッチによって短絡されるため、共振電圧のピークが平滑コンデンサの電圧にクランプされる。共振電圧のピークが著しく大きくならないため、このような構成によれば、スイッチング素子３４等が破壊されるのを良好に防止することができる。

【0068】

前記平滑コンデンサの前記電圧を検出する検出部（２８）を更に有し、前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記検出部によって検出された前記電圧に基づいて判定するようにしてもよい。

【0069】

前記制御部は、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上であるか否かを、前記開閉器が前記閉状態から前記開状態に遷移したタイミングからの経過時間に基づいて判定するようにしてもよい。このような構成によれば、平滑コンデンサの電圧を検出する検出部が不要となるため、低コスト化等に寄与することができる。

【0070】

前記コンバータは、パルス幅変調コンバータであるようにしてもよい。

【0071】

電力変換装置の制御方法は、交流電源から開閉器を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータから出力される前記直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサに流入する電流を抑制する抵抗器と、前記抵抗器に対して並列に接続され、前記抵抗器の両端を短絡させ得るスイッチと、前記開閉器と前記コンバータとの間に設けられ、リアクトル及びコンデンサを含み、ノイズを除去するフィルタと、前記開閉器及び前記スイッチの開閉を制御する制御部とを備える電力変換装置の制御方法であって、前記平滑コンデンサの電圧が電圧閾値以上であるか否かを判定するステップ（Ｓ２）と、前記開閉器を開状態から閉状態に遷移させるステップ（Ｓ５）とを有し、前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させるステップでは、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値未満である場合には、前記スイッチを開いた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させ（Ｓ４、Ｓ５）、前記平滑コンデンサの前記電圧が前記電圧閾値以上である場合には、前記スイッチを閉じた状態で前記開閉器を前記開状態から前記閉状態に遷移させる（Ｓ３、Ｓ５）。

【符号の説明】

【0072】

１０：電力変換装置 １２：コンバータ
１４：交流電源 １６：開閉器
１８：平滑コンデンサ
２０、５２Ｕ、５２Ｖ、５２Ｗ、５６Ｕ、５６Ｖ、５６Ｗ：抵抗器
２２：スイッチ ２４：フィルタ
２６：制御装置 ２８：電圧センサ
２９：ＰＷＭ制御回路 ３０：整流回路
３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ：パワー素子部
３４Ｕｄ、３４Ｕｕ、３４Ｖｄ、３４Ｖｕ、３４Ｗｄ、３４Ｗｕ：スイッチング素子
３６Ｕｄ、３６Ｕｕ、３６Ｖｄ、３６Ｖｕ、３６Ｗｄ、３６Ｗｕ：ダイオード
３８Ｕ、３８Ｖ、３８Ｗ、５３Ｕ、５３Ｖ、５３Ｗ：ノード
４２ｄ、４２ｕ：出力線
４４Ｕ、４４Ｖ、４４Ｗ、５０Ｕ、５０Ｖ、５０Ｗ：入出力端子
４６Ｕ、４６Ｖ、４６Ｗ、４８Ｕ、４８Ｖ、４８Ｗ：リアクトル
５４Ｕ、５４Ｖ、５４Ｗ：コンデンサ ５８：演算部
６０：記憶部 ６２：判定部
６４：制御部 ６６：タイマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】