特許 7375507 電力変換装置及び電力変換装置の初期充電方法

(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】2023-10-30

(45)【発行日】2023-11-08

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換装置の初期充電方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20231031BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 601D

H02M7/12 G

H02M7/12 N

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019216676

(22)【出願日】2019-11-29

(65)【公開番号】P2021087333

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 寿勝

(72)【発明者】

【氏名】加藤 康司

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 良介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 明

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００７３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０９８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３５３１２０（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】

還流ダイオードが逆並列接続された複数のスイッチング素子が直流正母線と直流負母線との間に直列に接続されたアームを相毎に備えたコンバータ部によって、三相の交流ラインから供給される三相交流電力を直流電圧に変換し、前記直流正母線と前記直流負母線との間に直列に接続された複数のコンデンサで平滑して出力する電力変換装置であって、
電源投入時には、第１相の前記アームの中性点を第１相の前記交流ラインと前記コンデンサの相互接続点とに接続すると共に、第２相及び第３相の前記交流ラインと第２相及び第３相の前記アームの中性点とを充電抵抗を介してそれぞれ接続し、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで、前記コンバータ部を前記還流ダイオードで構成され、前記充電抵抗を介して前記コンデンサを初期充電する倍電圧整流回路として機能させる制御部を具備し、
前記コンバータ部は、各相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とをそれぞれ接続する相毎の交流スイッチを備えたマルチレベルコンバータであり、
前記制御部は、電源投入時に、第１相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とを接続する第１相の前記交流スイッチをオン状態とすると共に、第２相及び第３相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とをそれぞれ接続する第２相及び第３相の前記交流スイッチをオフ状態とすることを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

還流ダイオードが逆並列接続された複数のスイッチング素子が直流正母線と直流負母線との間に直列に接続されたアームを相毎に備えた２レベルコンバータによって、三相の交流ラインから供給される三相交流電力を直流電圧に変換し、前記直流正母線と前記直流負母線との間に直列に接続された複数のコンデンサで平滑して出力する電力変換装置であって、
第１相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とを接続する初期充電スイッチと、
電源投入時には、前記初期充電スイッチをオン状態とすると共に、第２相及び第３相の前記交流ラインと第２相及び第３相の前記アームの中性点とを充電抵抗を介してそれぞれ接続し、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで、前記２レベルコンバータを前記還流ダイオードで構成され、前記充電抵抗を介して前記コンデンサを初期充電する倍電圧整流回路として機能させる制御部を具備することを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

三相の交流ラインから供給される三相交流電力を、還流ダイオードが逆並列接続された複数のスイッチング素子が直流正母線と直流負母線との間に直列に接続されたアームを相毎に備えたコンバータ部によって直流電圧に変換し、前記直流正母線と前記直流負母線との間に直列に接続された複数のコンデンサで平滑して出力する電力変換装置の初期充電方法であって、
電源投入時には、第１相の前記アームの中性点を第１相の前記交流ラインと前記コンデンサの相互接続点とに接続すると共に、第２相及び第３相の前記交流ラインと第２相及び第３相の前記アームの中性点とを充電抵抗を介してそれぞれ接続し、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで、前記コンバータ部を前記還流ダイオードで構成された倍電圧整流回路として機能させ、前記充電抵抗を介して前記コンデンサを初期充電させることを特徴とする電力変換装置の初期充電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、起動時に直流部の電解コンデンサを充電する電力変換装置の初期充電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換器の起動時には、直流部の電解コンデンサに電荷が存在していない。従って、すぐに電源を電力変換器に接続すると、大きな突入電流が流れ、最悪スイッチング素子が破壊されてしまう。そこで、一般的には起動用の初期充電回路を設け、起動時の大きな突入電流を防止する（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１では、充電抵抗と短絡スイッチとからなる初期充電回路を設け、充電抵抗を介して平滑コンデンサの初期充電を行い、初期充電後に短絡スイッチをオンして充電抵抗を短絡する。また、特許文献２では、スイッチと限流手段とを含む初期充電回路を設け、限流手段によって電界コンデンサに流れ込む電流を制限している。

【0003】

図６（ａ）に示す電力変換装置１０ａには、特許文献１のように、初期充電用の充電抵抗７ａが初期充電回路として設けられている。

【0004】

充電抵抗７ａは、Ｒ相充電抵抗７_Ｒと、Ｓ相充電抵抗７_Ｓと、Ｔ相充電抵抗７_Ｔとを備え、Ｒ相充電スイッチ６_ＲとＲ相充電抵抗７_Ｒとからなる直列回路がＲ相ラインをオンオフするＲ相スイッチ２_Ｒに並列接続され、Ｓ相充電スイッチ６_ＳとＳ相充電抵抗７_Ｓとからなる直列回路がＳ相ラインをオンオフするＳ相スイッチ２_Ｓに並列接続され、Ｔ相充電スイッチ６_ＴとＴ相充電抵抗７_Ｔとからなる直列回路がＴ相ラインをオンオフするＴ相スイッチ２_Ｔに並列接続されている。

【0005】

電源投入時には、電源スイッチ２をオフ状態とすると共に、充電スイッチ６ａ（Ｒ相充電スイッチ６_Ｒ、Ｓ相充電スイッチ６_Ｓ及びＴ相充電スイッチ６_Ｔの全て）をオン状態とし、コンバータ部４の各スイッチング素子をオフ状態（ゲートブロック状態）とする。これにより、コンバータ部４が三相フルブリッジ整流回路として機能し、充電抵抗７ａ（Ｒ相充電抵抗７_Ｒ、Ｓ相充電抵抗７_Ｓ、Ｔ相充電抵抗７_Ｔ）を介して、平滑コンデンサ部５の電解コンデンサが充電される。

【0006】

そして、所定時間後や、平滑コンデンサ部５の電圧が所定の値に到達すると、充電スイッチ６ａ（Ｒ相充電スイッチ６_Ｒ、Ｓ相充電スイッチ６_Ｓ及びＴ相充電スイッチ６_Ｔの全て）をオフ状態とし、電源スイッチ２をオン状態とし、電力変換装置１０ａが起動可能になる。

【0007】

図６（ｂ）に示す電力変換装置１０ｂは、特許文献２の限流手段と同様に、ダイオードブリッジ回路ＤＢを専用の初期充電回路として設けた構成例であり、同様の動作で初期充電が実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００４－１４０９６９号公報

【文献】特開２０１１－１０９８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１や図６（ａ）に示す電力変換装置１０ａでは、初期充電時に充電抵抗７ａとフィルタ部３のリアクトルによる電圧降下により充電される電圧が入力電圧ピーク値よりも低くなる。従って、電源スイッチ２の投入時にフィルタ部３のコンデンサによる突入電流が回路に流れるという問題がある。

【0010】

また、特許文献２や図６（ｂ）に示す電力変換装置１０ｂでは、フィルタ部３のリアクトルによる電圧降下を回避できるが、専用の限流手段やダイオードブリッジ回路が増えるため、コストアップ、サイズアップを招いてしまう。

【0011】

また、特許文献１、２や図６（ａ）（ｂ）に示す電力変換装置１０ａ、１０ｂでは、初期充電時に一定の充電時間を要する。

【0012】

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、専用の回路を設けることなく、入力電圧ピーク値より大きい電圧で初期充電を行うことができる電力変換装置及び電力変換装置の初期充電方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の電力変換装置は、還流ダイオードが逆並列接続された複数のスイッチング素子が直流正母線と直流負母線との間に直列に接続されたアームを相毎に備えたコンバータ部によって、三相の交流ラインから供給される三相交流電力を直流電圧に変換し、前記直流正母線と前記直流負母線との間に直列に接続された複数のコンデンサで平滑して出力する電力変換装置であって、電源投入時には、第１相の前記アームの中性点を第１相の前記交流ラインと前記コンデンサの相互接続点とに接続すると共に、第２相及び第３相の前記交流ラインと第２相及び第３相の前記アームの中性点とを充電抵抗を介してそれぞれ接続し、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで、前記コンバータ部を前記還流ダイオードで構成され、前記充電抵抗を介して前記コンデンサを初期充電する倍電圧整流回路として機能させる制御部を具備し、前記コンバータ部は、各相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とをそれぞれ接続する相毎の交流スイッチを備えたマルチレベルコンバータであり、前記制御部は、電源投入時に、第１相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とを接続する第１相の前記交流スイッチをオン状態とすると共に、第２相及び第３相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とをそれぞれ接続する第２相及び第３相の前記交流スイッチをオフ状態とすることを特徴とする。
また、本発明の電力変換装置は、還流ダイオードが逆並列接続された複数のスイッチング素子が直流正母線と直流負母線との間に直列に接続されたアームを相毎に備えた２レベルコンバータによって、三相の交流ラインから供給される三相交流電力を直流電圧に変換し、前記直流正母線と前記直流負母線との間に直列に接続された複数のコンデンサで平滑して出力する電力変換装置であって、第１相の前記アームの中性点と前記コンデンサの相互接続点とを接続する初期充電スイッチと、電源投入時には、前記初期充電スイッチをオン状態とすると共に、第２相及び第３相の前記交流ラインと第２相及び第３相の前記アームの中性点とを充電抵抗を介してそれぞれ接続し、前記スイッチング素子をオフ状態とすることで、前記２レベルコンバータを前記還流ダイオードで構成され、前記充電抵抗を介して前記コンデンサを初期充電する倍電圧整流回路として機能させる制御部を具備することを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、専用の回路を設けることなく、入力電圧ピーク値より大きい電圧で初期充電を行うことができるため、コストダウンと小型化を実現でき、入力電圧ピーク値より大きい直流電圧に初期充電することができ、従来技術よりも初期充電時間を短縮できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る電力変換装置の実施の形態の構成を示す回路構成図である。

【図2】図１に示す電力変換装置における初期充電時のスイッチ状態を示す回路構成図である。

【図3】図１に示す電力変換装置における初期充電時の直流電圧の推移を示す図である。

【図4】図１に示すコンバータ部をＮＰＣ（Ｉ型）回路とした構成例を示す回路構成図である。

【図5】図１に示すコンバータ部を２レベルコンバータとした構成例を示す回路構成図である。

【図6】従来の電力変換装置の構成を示す回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。

【0017】

本実施の形態の電力変換装置１は、図１を参照すると、マルチレベルコンバータを代表する３レベルコンバータであり、三相交流電源の交流ラインＲ、Ｓ、Ｔから供給される三相交流電力を直流電力に変換し、直流正母線１１、直流中性点母線１２及び直流負母線１３を介して出力する。なお、本実施の形態では、交流ラインＲを第１相、交流ラインＳ、Ｔをそれぞれ第２、３相として説明するが、交流ラインＳ、Ｔのいずれかを第１相としても良い。

【0018】

電力変換装置１は、電源スイッチ２と、フィルタ部３と、コンバータ部４と、平滑コンデンサ部５と、充電スイッチ６と、充電抵抗７と、制御部８とを備えている。

【0019】

電源スイッチ２は、交流ラインＲをオンオフするＲ相スイッチ２_Ｒと、交流ラインＳをオンオフするＳ相スイッチ２_Ｓと、交流ラインＴをオンオフするＴ相スイッチ２_Ｔとからなる。電源スイッチ２において、第１相の交流ラインＲをオンオフするＲ相スイッチ２_Ｒと、第２、３相の交流ラインＳ、ＴをオンオフするＳ相スイッチ２_Ｓ及びＴ相スイッチ２_Ｔとは、個別に制御可能に構成されている。

【0020】

フィルタ３は、コンデンサ部３１とリアクトル部３２とからなり、高調波成分の抑制を目的として交流ラインＲ、Ｓ、Ｔとコンバータ部４との間に設けられている。コンデンサ部３１は、交流ラインＲ、Ｓ間に接続されたコンデンサ３１_ＲＳと、交流ラインＳ、Ｔ間に接続されたコンデンサ３１_ＳＴと、交流ラインＴ、Ｒ間に接続されたコンデンサ３１_ＴＲとを備え、リアクトル部３２は、交流ラインＲ、Ｓ、Ｔにそれぞれ直列に挿入されるリアクトル３２_Ｒ、３２_Ｓ、３２_Ｔを備えている。

【0021】

コンバータ部４は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_１Ｓ、Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｒ、Ｑ_２Ｓ、Ｑ_２Ｔと、還流ダイオードＤ_１Ｒ、Ｄ_１Ｓ、Ｄ_１Ｔ、Ｄ_２Ｒ、Ｄ_２Ｓ、Ｄ_２Ｔと、交流スイッチ４１_Ｒ、４１_Ｓ、４１_Ｔとを備えている。

【0022】

スイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_２Ｒは、Ｒ相アームとして直流正母線１１と直流負母線１３との間に直列に接続され、スイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_２Ｒには、還流ダイオードＤ_１Ｒ、Ｄ_２Ｒがそれぞれ逆並列接続されている。そして、Ｒ相アームの中性点であるスイッチング素子Ｑ_１Ｒとスイッチング素子Ｑ_２Ｒとの接続点が交流ラインＲと、交流スイッチ４１_Ｒを介して直流中性点母線１２とに接続されている。

【0023】

スイッチング素子Ｑ_１Ｓ、Ｑ_２Ｓは、Ｓ相アームとして直流正母線１１と直流負母線１３との間に直列に接続され、スイッチング素子Ｑ_１Ｓ、Ｑ_２Ｓには、還流ダイオードＤ_１Ｓ、Ｄ_２Ｓがそれぞれ逆並列接続されている。そしてＳ相アームの中性点であるスイッチング素子Ｑ_１Ｓとスイッチング素子Ｑ_２Ｓとの接続点が交流ラインＳと、交流スイッチ４１_Ｓを介して直流中性点母線１２とに接続されている。

【0024】

スイッチング素子Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｔは、Ｔ相アームとして直流正母線１１と直流負母線１３との間に直列に接続され、スイッチング素子Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｔには、還流ダイオードＤ_１Ｔ、Ｄ_２Ｔがそれぞれ逆並列接続されている。そして、Ｔ相アームの中性点であるスイッチング素子Ｑ_１Ｔとスイッチング素子Ｑ_２Ｔとの接続点が交流ラインＴと、交流スイッチ４１_Ｔを介して直流中性点母線１２とに接続されている。

【0025】

交流スイッチ４１_Ｒは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒと、ダイオードＤ_３Ｒ、Ｄ_４Ｒとを備えている。スイッチング素子Ｑ_３Ｒのエミッタがスイッチング素子Ｑ_１Ｒとスイッチング素子Ｑ_２Ｒとの接続点に接続され、スイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒのソースが互いに接続され、スイッチング素子Ｑ_４Ｒのエミッタが直流中性点母線１２に接続されている。そして、ダイオードＤ_３Ｒ、Ｄ_４Ｒがスイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒにそれぞれ逆並列に接続されている。

【0026】

交流スイッチ４１_Ｓは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ_３Ｓ、Ｑ_４Ｓと、ダイオードＤ_３Ｓ、Ｄ_４Ｓとを備えている。スイッチング素子Ｑ_３Ｓのエミッタがスイッチング素子Ｑ_１Ｓとスイッチング素子Ｑ_２Ｓとの接続点に接続され、スイッチング素子Ｑ_３Ｓ、Ｑ_４Ｓのソースが互いに接続され、スイッチング素子Ｑ_４Ｓのエミッタが直流中性点母線１２に接続されている。そして、ダイオードＤ_３Ｓ、Ｄ_４Ｓがスイッチング素子Ｑ_３Ｓ、Ｑ_４Ｓにそれぞれ逆並列に接続されている。

【0027】

交流スイッチ４１_Ｔは、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子Ｑ_３Ｔ、Ｑ_４Ｔと、ダイオードＤ_３Ｔ、Ｄ_４Ｔとを備えている。スイッチング素子Ｑ_３Ｔのエミッタがスイッチング素子Ｑ_１Ｔとスイッチング素子Ｑ_２Ｔとの接続点に接続され、スイッチング素子Ｑ_３Ｔ、Ｑ_４Ｔのソースが互いに接続され、スイッチング素子Ｑ_４Ｔのエミッタが直流中性点母線１２に接続されている。そして、ダイオードＤ_３Ｔ、Ｄ_４Ｔがスイッチング素子Ｑ_３Ｔ、Ｑ_４Ｔにそれぞれ逆並列に接続されている。

【0028】

平滑コンデンサ５は、直流正母線１１と直流中性点母線１２との間に接続された第１コンデンサＣ１と、直流中性点母線１２と直流負母線１３との間に接続された第２コンデンサＣ２とを備えている。なお、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２とは、それぞれ複数のコンデンサで構成しても良い。

【0029】

充電スイッチ６は、Ｓ相充電スイッチ６_Ｓと、Ｔ相充電スイッチ６_Ｔとを備え、充電抵抗７は、Ｓ相充電抵抗７_Ｓと、Ｔ相充電抵抗７_Ｔとを備えている。そして、Ｓ相充電スイッチ６_ＳとＳ相充電抵抗７_Ｓとからなる直列回路が第２相である交流ラインＳをオンオフするＳ相スイッチ２_Ｓに並列接続され、Ｔ相充電スイッチ６_ＴとＴ相充電抵抗７_Ｔとからなる直列回路が第３相である交流ラインＴをオンオフするＴ相スイッチ２_Ｔに並列接続されている。

【0030】

制御部８は、電源スイッチ２及び充電スイッチ６と、コンバータ部４の各スイッチング素子をオンオフ制御する機能を有している。

【0031】

通常動作時において、制御部８は、電源スイッチ２（Ｒ相スイッチ２_Ｒ、Ｓ相スイッチ２_Ｓ及びＴ相スイッチ２_Ｔの全て）をオン状態すると共に、充電スイッチ６（Ｓ相充電スイッチ６_Ｓ及びＴ相充電スイッチ６_Ｔの全て）をオフ状態とし、直流正母線１１と直流負母線１３との間の直流電圧が基準電圧に一致するように、コンバータ部４の各スイッチング素子のオンオフをＰＷＭ制御する。

【0032】

電源の投入が指示されると、制御部８は、電源スイッチ２の内、第１相のＲ相スイッチ２_Ｒのみをオン状態（Ｓ相スイッチ２_Ｓ及びＴ相スイッチ２_Ｔはオフ状態）とすると共に、充電スイッチ６（Ｓ相充電スイッチ６_Ｓ及びＴ相充電スイッチ６_Ｔの全て）をオン状態とし、コンバータ部４において、交流スイッチ４１_Ｒのみをオン状態（スイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒをオン状態）して、他のスイッチング素子（スイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_１Ｓ、Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｒ、Ｑ_２Ｓ、Ｑ_２Ｔ、Ｑ_３Ｓ、Ｑ_３Ｔ、Ｑ_４Ｓ、Ｑ_４Ｔ）をオフ状態（ゲートブロック状態）とする。

【0033】

このスイッチ状態において、電力変換装置１は、図２に示すように、倍電圧整流回路（ハーフブリッジ整流回路）となる。電力変換装置１が倍電圧整流回路として機能することで、第１コンデンサＣ１と第２コンデンサＣ２とに三相交流電源の入力電圧ピーク値にほぼ等しい直流電圧がそれぞれ発生し、Ｓ相充電抵抗７Ｓ及びＴ相充電抵抗７Ｔを介して第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２が充電される。

【0034】

例えば、三相交流電源を２００〔Ｖ〕とした場合、√２×２００〔Ｖ〕×２≒５６６〔Ｖ〕の直流電圧で第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２が充電される。従って、図３（ａ）、に実線で示すように、三相交流電源の入力電圧ピーク値（√２×２００〔Ｖ〕×２≒２８３〔Ｖ〕）より大きい直流電圧に初期充電することができる。

【0035】

また、初期充電による目標直流電圧値が三相交流電源の入力電圧ピーク値未満である場合には、目標直流電圧値まで達する時間を従来に比べて短縮することができ、電力変換装置１の起動を早めることが可能になる。図３において、点線は、図６（ａ）に示す電力変換装置１０ａにおける初期充電による直流電圧の推移を示し、Ｒ相充電抵抗７Ｒ、Ｓ相充電抵抗７Ｓ及びＴ相充電抵抗７Ｔの抵抗値を本実施の形態と同じにした比較例である。例えば、目標直流電圧値を２００Ｖとした場合、点線で示す従来装置では到達まで１ｓ程度かかるが、実線で示す本実施の形態では到達まで０．６ｓ程度に短縮される。

【0036】

なお、本実施の形態では、各アームの中性点と直流中性点母線１２とを双方向スイッチである交流スイッチ４１_Ｒ、４１_Ｓ、４１_Ｔでそれぞれ接続したＴ型回路でコンバータ部４を構成した例について説明したが、図４に示す電力変換装置１ａのように、直流中性点母線１２の電位をクランプダイオードＤ_５Ｒ、Ｄ_６Ｒ、Ｄ_５Ｓ、Ｄ_６Ｓ、Ｄ_５Ｔ、Ｄ_６ＴによりクランプするＮＰＣ（Ｉ型）回路で構成したコンバータ部４ａを採用しても良い。

【0037】

コンバータ部４ａでは、交流スイッチ４１_Ｒを構成するスイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒ及びダイオードＤ_３Ｒ、Ｄ_４ＲがＲ相アームに、交流スイッチ４１_Ｓを構成するスイッチング素子Ｑ_３Ｓ、Ｑ_４Ｓ及びダイオードＤ_３Ｓ、Ｄ_４ＳがＳ相アームに、交流スイッチ４１_Ｔを構成するスイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒ及びダイオードＤ_３Ｔ、Ｄ_４ＴがＴ相アームにそれぞれ組み込まれている。

【0038】

従って、コンバータ部４ａにおいても、交流スイッチ４１_Ｒを構成するスイッチング素子Ｑ_３Ｒ、Ｑ_４Ｒをオン状態して、第１相であるＲ相アームの中性点と直流中性点母線１２とを接続することで、同様に倍電圧整流回路が構成される。

【0039】

また、図５に示す電力変換装置１ｂのように、２レベルコンバータで構成したコンバータ部４ｂを採用しても良い。コンバータ部４ｂには、第１相であるＲ相アームの中性点と直流中性点母線１２とを接続する初期充電スイッチ９が専用の回路として設け、電源投入時に初期充電スイッチ９をオン状態とすることで、コンバータ部４ｂをハーフブリッジ整流回路（倍電圧整流回路）として機能させる。なお、初期充電スイッチ９は、機械的スイッチで構成しても良く、半導体スイッチで構成しても良い。

【0040】

以上説明したように、本実施の形態は、直流正母線１１と直流負母線１３との間に直列に接続された、還流ダイオードＤ_１Ｒ、Ｄ_２Ｒがそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_２ＲからなるＲ相アームと、還流ダイオードＤ_１Ｓ、Ｄ_２Ｓがそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Ｑ_１Ｓ、Ｑ_２ＳからなるＳ相アームと、還流ダイオードＤ_１Ｔ、Ｄ_２Ｔがそれぞれ逆並列接続されたスイッチング素子Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２ＴからなるＴ相アームとを備えたコンバータ部４によって、三相の交流ラインＲ、Ｓ、Ｔから供給される三相交流電力を直流電圧に変換し、直流正母線１１と直流負母線１３との間に直列に接続された第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２で平滑して出力する電力変換装置１であって、電源投入時には、第１相であるＲ相アームの中性点を交流ラインＲと第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２の相互接続点である直流中性点母線１２とに接続すると共に、第２相及び第３相である交流ラインＳ及び交流ラインＴとＳ相アーム及びＴ相アームのそれぞれの中性点とをＳ相充電抵抗７_Ｓ及びＴ相充電抵抗７_Ｔを介してそれぞれ接続し、スイッチング素子Ｑ_１Ｒ、Ｑ_１Ｓ、Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｒ、Ｑ_２Ｓ、Ｑ_２Ｔをオフ状態とすることで、コンバータ部４を還流ダイオードＤ_１Ｒ、Ｄ_１Ｓ、Ｄ_１Ｔ、Ｄ_２Ｒ、Ｄ_２Ｓ、Ｄ_２Ｔで構成され、Ｓ相充電抵抗７_Ｓ及びＴ相充電抵抗７_Ｔを介して第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２を初期充電する倍電圧整流回路として機能させる制御部８を備えている。そして、コンバータ部４は、Ｒ相アーム、Ｓ相アーム及びＴ相アームのそれぞれの中性点と直流中性点母線１２とをそれぞれ接続する交流スイッチ４１_Ｒ、４１_Ｓ、４１_Ｔを備えたマルチレベル（３レベル）コンバータであり、制御部８は、電源投入時に、Ｒ相アームの中性点と直流中性点母線１２とを接続する交流スイッチ４１_Ｒをオン状態とすると共に、Ｓ相アーム及びＴ相アームのそれぞれの中性点と直流中性点母線１２とをそれぞれ接続する交流スイッチ４１_Ｓ、４１_Ｔをオフ状態とする。
この構成により、専用の回路を設けることなく、マルチレベルコンバータを初期充電に用いる倍電圧整流回路として機能させることができ、入力電圧ピーク値より大きい電圧で初期充電を行うことができるため、コストダウンと小型化を実現でき、入力電圧ピーク値より大きい直流電圧に初期充電することができる。また、初期充電による目標直流電圧値が三相交流電源の入力電圧ピーク値未満である場合には、目標直流電圧値まで達する時間を従来に比べて短縮することができ、電力変換装置１の起動を早めることが可能になる。

【0041】

また、本実施の形態によれば、コンバータ部４ｂは、２レベルコンバータであり、Ｒ相アームの中性点と直流中性点母線１２とを接続する初期充電スイッチ９を備え、制御部８は、電源投入時に、初期充電スイッチ９をオン状態とする。
この構成により、２レベルコンバータを初期充電に用いる倍電圧整流回路として機能させることができる。

【0042】

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

【符号の説明】

【0043】

１、１ａ、１ｂ、１０ａ、１０ｂ 電力変換装置
２ 電源スイッチ
２_Ｒ Ｒ相スイッチ
２_Ｓ Ｓ相スイッチ
２_Ｔ Ｔ相スイッチ
３ フィルタ部
４、４ａ、４ｂ コンバータ部
５ 平滑コンデンサ部
６ 充電スイッチ
６_Ｓ Ｓ相充電スイッチ
６_Ｔ Ｔ相充電スイッチ
７ 充電抵抗
７_Ｓ Ｓ相充電抵抗
７_Ｔ Ｔ相充電抵抗
８ 制御部
９ 初期充電スイッチ
１１ 直流正母線
１２ 直流中性点母線
１３ 直流負母線
３１ コンデンサ部
３１_ＲＳ コンデンサ
３１_ＳＴ コンデンサ
３１_ＴＲ コンデンサ
３２ リアクトル部
３２_Ｒ、３２_Ｓ、３２_Ｔ リアクトル
４１_Ｒ、４１_Ｓ、４１_Ｔ 交流スイッチ
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｄ_１Ｒ、Ｄ_１Ｓ、Ｄ_１Ｔ、Ｄ_２Ｒ、Ｄ_２Ｓ、Ｄ_２Ｔ 還流ダイオード
Ｄ_３Ｒ、Ｄ_３Ｓ、Ｄ_３Ｔ、Ｄ_４Ｒ、Ｄ_４Ｓ、Ｄ_４Ｔ ダイオード
Ｄ_５Ｒ、Ｄ_５Ｓ、Ｄ_５Ｔ、Ｄ_６Ｒ、Ｄ_６Ｓ、Ｄ_６Ｔ クランプダイオード
Ｑ_１Ｒ、Ｑ_１Ｓ、Ｑ_１Ｔ、Ｑ_２Ｒ、Ｑ_２Ｓ、Ｑ_２Ｔ、Ｑ_３Ｒ、Ｑ_３Ｓ、Ｑ_３Ｔ、Ｑ_４Ｒ、Ｑ_４Ｓ、Ｑ_４Ｔ スイッチング素子
Ｒ、Ｓ、Ｔ 交流ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】