特許 7411778 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】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 G

H02M7/12 H

H02M7/12 N

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022505192

(86)(22)【出願日】2021-02-26

(86)【国際出願番号】 JP2021007547

(87)【国際公開番号】W WO2021177193

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2022-06-23

(31)【優先権主張番号】P 2020035127

(32)【優先日】2020-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恒雅

(72)【発明者】

【氏名】山本 敏彦

【審査官】井上 弘亘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０５５５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３５２９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９５３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０５９３５９（ＪＰ，Ａ）

(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】

主電源に接続される主遮断器および主電磁接触器と、
スイッチング素子を有するコンバータ本体と、
前記主電磁接触器と接続する電源側リアクトルおよび装置本体側リアクトルと、
電流検出器と、
平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出器と、
制御部と、
付属部とを有し、
前記付属部は、
電源電圧の位相と振幅を検出する電源位相検出用変圧器と、
前記主電源の投入初期段階で前記平滑コンデンサへの突入電流を抑制する限流抵抗器と、
前記限流抵抗器と前記主電源を接続する限流動作投入用電磁接触器と、
前記スイッチング素子のスイッチングにより発生する電流リップルを除去するフィルタ回路とを有し、
前記制御部は、
前記主電磁接触器を投入する投入時刻に従って、前記主電磁接触器を投入するように制御し、
前記電源位相検出用変圧器、前記電流検出器、および前記直流電圧検出器からの検出情報に基づいて、前記投入時刻を決め、前記投入時刻に従って、前記主電磁接触器を投入するように制御し、
前記主遮断器と前記主電磁接触器と前記付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、
前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続された電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
あらかじめ前記投入時刻を見つけておき、マニュアル設定値として前記制御部に与えておく電力変換装置。

【請求項3】

主電源に接続される主遮断器および主電磁接触器と、
スイッチング素子を有するコンバータ本体と、
前記主電磁接触器と接続する電源側リアクトルおよび装置本体側リアクトルと、
電流検出器と、
平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出器と、
制御部と、
付属部とを有し、
前記付属部は、
電源電圧の位相と振幅を検出する電源位相検出用変圧器と、
前記主電源の投入初期段階で前記平滑コンデンサへの突入電流を抑制する限流抵抗器と、
前記限流抵抗器と前記主電源を接続する限流動作投入用電磁接触器と、
前記スイッチング素子のスイッチングにより発生する電流リップルを除去するフィルタ回路とを有し、
前記主遮断器と前記主電磁接触器と前記付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、
前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続され、
前記電源位相検出用変圧器への引き込み配線と前記限流動作投入用電磁接触器の一次側配線を共通とし、
前記限流動作投入用電磁接触器の二次側配線と前記限流抵抗器の入力側配線を共通とし、
前記限流抵抗器の出力側配線とフィルタ回路への引き込み線を共通とする電力変換装置。

【請求項4】

主電源に接続される主遮断器および主電磁接触器と、
スイッチング素子を有するコンバータ本体と、
前記主電磁接触器と接続する電源側リアクトルおよび装置本体側リアクトルと、
電流検出器と、
平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出器と、
制御部と、
付属部とを有し、
前記付属部は、
電源電圧の位相と振幅を検出する電源位相検出用変圧器と、
前記主電源の投入初期段階で前記平滑コンデンサへの突入電流を抑制する限流抵抗器と、
前記限流抵抗器と前記主電源を接続する限流動作投入用電磁接触器と、
前記スイッチング素子のスイッチングにより発生する電流リップルを除去するフィルタ回路とを有し、
前記主遮断器と前記主電磁接触器と前記付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、
前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続され、
前記電源位相検出用変圧器への引き込み配線と前記限流抵抗器の入力側配線を共通とし、
前記限流動作投入用電磁接触器の一次側配線と前記限流抵抗器の出力側配線を共通とし、
前記限流動作投入用電磁接触器の二次側配線とフィルタ回路への引き込み線を共通とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記限流抵抗器の回路は、３相もしくは２相である電力変換装置。

【請求項6】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記限流抵抗器が加熱する場合に、前記限流動作投入用電磁接触器の主接点を開とする接点を有する電力変換装置。

【請求項7】

主電源に接続される主遮断器および主電磁接触器と、
スイッチング素子を有するコンバータ本体と、
前記主電磁接触器と接続する電源側リアクトルおよび装置本体側リアクトルと、
電流検出器と、
平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出器と、
制御部と、
付属部とを有し、
前記付属部は、
電源電圧の位相と振幅を検出する電源位相検出用変圧器と、
前記主電源の投入初期段階で前記平滑コンデンサへの突入電流を抑制する限流抵抗器と、
前記限流抵抗器と前記主電源を接続する限流動作投入用電磁接触器と、
前記スイッチング素子のスイッチングにより発生する電流リップルを除去するフィルタ回路とを有し、
前記主遮断器と前記主電磁接触器と前記付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、
前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続され、
前記限流抵抗器もしくは前記限流動作投入用電磁接触器と前記フィルタ回路とを、前記主電磁接触器を投入する為の補助電磁接触器の主接点を介して接続してあり、
前記補助電磁接触器の前記フィルタ回路と接続しない側の主端子部もしくは前記主端子部と電気的に同電位となる点を、前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルとの共通接続点より引き出された点との共通接続点とする電力変換装置。

【請求項8】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記限流抵抗器の回路は単相整流充電回路であり、
初期充電電流が流れる経路に交流電流検出器を備え、
前記主電磁接触器が投入された際に、
交流電源とコンバータ本体までの動力線相の箇所と、前記電源位相検出用変圧器への引きみ配線相の箇所と、前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルの共通接続点からの引き込み配線相の箇所の何れかに、異なる相同士が短絡してしまう交差配線があった場合に、
前記制御部は、
前記交差配線によって生じる初期充電電流経路に流れる電流に基づいて、前記限流抵抗器へエネルギーが与え続けられないよう前記主電磁接触器の投入オン指令を取り消し、誤配線であることの警報を出力する電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関するものであって、特に電力変換装置の初期充電に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ装置の直流部へ電力を供給またはインバータの直流からの帰還電力を電源へ回生する装置として、電源回生、高力率化、高調波抑制目的の正弦波ＰＷＭコンバータがある。また、停電時の電力を保証する無停電電源装置などがある。これらの電力変換装置において、ＰＷＭ運転動作に入る前の初期段階の過程で、直流部を初期充電するＰＷＭコンバータの例としては、特許文献１がある。

【0003】

特許文献１はインバータ装置の直流部平滑コンデンサ増設時における直流部の初期充電技術に関するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－４２０５３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に、正弦波ＰＷＭコンバータは、主スイッチング素子部と制御部を備えるコンバータ本体部分、コンバータ本体の直流部の初期充電を行う初充電回路部分、２種のリアクトルとダンピング抵抗器よびフィルタコンデンサから成るフィルタ回路部分から構成される。

【0006】

これらの構成において、コンバータ本体と２種のリアクトルを除く部分は一般に付属部分として扱われ、付属部分を構成する部品をばらばらに提供するものや、付属部分をひとまとめにして、コンバータ本体とは別ユニットとして提供されるものが存在する。しかし、いずれの製品においても、この付属部分に要する省スペース化や、省配線化・高信頼性化に応えられていないなどの課題があった。

【0007】

省スペースが図られていない要因を挙げるなら、特許文献１の図９に示されるように、初充電電流の最大値を抑え込んで流し込む目的の限流抵抗と初充電後、限流抵抗器の両端を短絡する為の電磁接触器MC2が主電源ラインに直列に挿入されていることである。このような構成の為、電磁接触器MC2には運転中の動力電流を流さなければならず、結果として、電磁接触器MC2の定格電流は装置本体の定格容量に比例したものにしなければならない。
特許文献１に示される構成では、省スペース化が図られない課題があった。

【0008】

本発明の目的は、省スペース化が可能な電力変換装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の好ましい一例としては、主電源に接続される主遮断器および主電磁接触器と、スイッチング素子を有するコンバータ本体と、前記主電磁接触器と接続する電源側リアクトルおよび装置本体側リアクトルと、電流検出器と、平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出器と、制御部と、付属部とを有し、前記制御部は、
前記主電磁接触器を投入する投入時刻に従って、前記主電磁接触器を投入するように制御し、前記電源位相検出用変圧器、前記電流検出器、および前記直流電圧検出器からの検出情報に基づいて、前記投入時刻を決め、前記投入時刻に従って、前記主電磁接触器を投入するように制御し、前記付属部は、電源電圧の位相と振幅を検出する電源位相検出用変圧器と、前記主電源の投入初期段階で前記平滑コンデンサへの突入電流を抑制する限流抵抗器と、前記限流抵抗器と前記主電源を接続する限流動作投入用電磁接触器と、前記スイッチング素子のスイッチングにより発生する電流リップルを除去するフィルタ回路とを有し、前記主遮断器と前記主電磁接触器と前記付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、前記電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続された電力変換装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、省スペース化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例1の電力変換装置の回路構成を示す図。

【図2】初充電投入波形を示す図。

【図3】制御フローチャート1を示す図。

【図4】制御フローチャート2を示す図。

【図5】制御フローチャート3を示す図。

【図6】実施例２の電力変換装置の回路構成を示す図。

【図7】実施例３の電力変換装置の回路構成を示す図。

【図8】実施例４の電力変換装置の回路構成を示す図。

【図9】実施例１の変形例を示す図。

【図10】実施例５の電力変換装置の回路構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して実施例を説明する。

【実施例1】

【0013】

図１は、実施例１における電力変換装置の回路構成を示す。
図１の電力変換装置は、交流の主電源1に接続された主遮断器2と、主遮断器2に接続された主電磁接触器3と、主電磁接触器3に接続された電源側リアクトル4と、交流を直流に直流を交流に双方向に変換可能なコンバータ本体である装置本体（正弦波ＰＷＭコンバータ）6と、装置本体6と接続された装置本体側リアクトル5と、付属部7とを有する。電力変換装置は、インバータ27および電動機28への電力を供給する。また、負荷であるインバータ27からの帰還エネルギーを電力変換装置によって主電源1側へ電源回生する。

【0014】

コンバータ本体である装置本体6は、IGBT素子24とフライホイールダイオード25が並列接続された主スイッチング素子の6組分と、主回路直流電圧部の平滑コンデンサ22と、交流電流Ｉacを検出するための電流検出器21と、平滑コンデンサ22の直流電圧である直流電圧Ｖdcを検出する為の直流電圧検出器23と、制御部26を有する。直流電圧検出器23は充電電圧レベルを知りえる手段である。

【0015】

付属部7は、主遮断器2と主電磁接触器3と電源位相検出用変圧器8などを接続する電源位相検出用変圧器入力端子16と、電源電圧の振幅と位相を検出するための電源位相検出用変圧器8と、初期充電を動作開始する為の限流動作投入用電磁接触器10と、限流抵抗器11ａ～11ｃと、ダンピング抵抗器14ａ～14ｃと、フィルタコンデンサ15ａ～15ｃで組まれるフィルタ回路13と、主電磁接触器3をＯＮさせる為の補助インターロック信号を出力させる目的の主電磁接触器投入用補助電磁接触器9、電源側リアクトル4と装置本体側リアクトル5とフィルタ回路13とを接続するフィルタ端子17とを有する。フィルタ回路13は、電源側リアクトル4と装置本体側リアクトル5の共通接続点に接続されてコンバータ本体のスイッチング素子がスイッチングした際に発生した電流リップルを除去する。

【0016】

以上の構成において、IBGT素子がスイッチングを開始してPWM運転動作に入る前の過程として、先ず直流部の平滑コンデンサ22の初期充電を行う必要があるが、この過程で平滑コンデンサ22への突入電流が生じないようにする必要がある。以降にその理由を記す。

【0017】

例えば図１に示す付属部7の回路を介さず主電磁接触器3が限流動作投入用電磁接触器10より先に主電源１に接続されるとするなら、主電源1より、主電磁接触器3を介し、2種のリアクトルである電源側リアクトル4、装置本体側リアクトル5、主スイッチング素子のフライホイールダイオード25を通過して、過大な電流が平滑コンデンサ22へと流れ込む。この場合、フライホイールダイオード25の過電流耐量超過および平滑コンデンサ22の劣化を生じさせることになる。そこで必要になるのが付属部7の役割である。以降に、この付属部7の動作役割について説明する。

【0018】

本実施例によれば、初期充電電流の流入経路は、主電源１、主遮断器2から主電磁接触器3を通過せず付属部7に入って、電源位相検出用変圧器8の入力端子16、限流動作投入用電磁接触器10、限流抵抗器11a～11c、フィルタ端子17、装置本体側リアクトル5、主スイッチング素子のフライホイールダイオード25、平滑コンデンサ22となる。

【0019】

また、この時の動作過程をタイムチャートにて示すと図２に示す通りとなる。以降に図２を用いて初期充電動作について示す。

【0020】

先ず、タイムチャートのt=0時刻で制御部26に運転準備信号ＲＤＹが与えられると、制御部26は、電源位相検出用変圧器8からの検出情報から、電源電圧V_acの入力レベルを確認し、限流動作投入用電磁接触器10の動作オン指令Ｓ_１が出力されるように制御する。このＳ_１により付属部の限流動作投入用電磁接触器10の主接点が閉じられると、前記した初期充電電流の流入経路を通って初期充電電流が平滑コンデンサ22へ流れ込む。この充電電流により直流部の平滑コンデンサ22の直流電圧Ｖdcが上昇する。

【0021】

ここで、平滑コンデンサ22の静電容量をC_B、フィルタコンデンサ15（15ａ、15ｂ、15ｃ）の静電容量をC_fとするならC_B値がC_f値に比べ圧倒的に大きいので初期充電動作にとって、C_f分の影響は無視出来る程小さい。従って、電源電圧をV_ac、限流抵抗器１相分の抵抗値をR_Sとし、限流動作投入用電磁接触器10が動作オンとなった時刻を0時刻とすると、直流電圧の上昇過程Ｖdc_（ｔ）は以下の近似式［式１］の通り指数関数的に上昇する。

【0022】

Ｖdc_（ｔ）≒ √2×V_ac{1-ｅ^-(ｔ/τ）} [V] ［式1］
［式1］で電気的時定数τは以下の［式2］で表される。
τ ≒ C_B×√3×R_S [ｓ] ［式2］
また、図２のタイムチャート上において、直流電圧Ｖdcが満充電の収束値に達したとみなされる直流部の充電電圧値Ｖ_DC2となる時刻ｔ₂は満充電に近似できるため、以下みなし満充電時刻と表現する。みなし満充電時刻は、電気的時定数τの3倍の3τ程度となり、ｔ₂時刻における直流部の充電電圧値Ｖ_DC2は［式１］のt部にt₂を代入して得られる値となる。

【0023】

また、同タイムチャート上において、初充電開始時の充電電流I_Sの最大値は以下の［式3］で近似され、限流抵抗器を通過する電流Ｉ_R（ｔ）の減衰過程は電源電圧V_acの時間変化はないものとして［式4］のようになる。

【0024】

I_ｓ(max) ≒ √2×V_ac ／（√3×R_S） [A] ［式3］
I_R（t1）≒ Ｉ_ｓmaxｅ^{（t1／τ）}≒√2×V_ac／（√3×R_S）ｅ^{（t1／τ）} [A] ［式4］
［式4］の意味するところは、限流抵抗器を通過する電流Ｉ_R（ｔ）の最大値はＩ_ｓ(max)であり、その減衰過程に流れる期間は主電磁接触器3が投入される時刻t1までとなり、その後の初期充電電流は主電磁接触器3の主接点通過電流に切り替わる。

【0025】

ここで、もし主電磁接触器3の投入を時刻ｔ₂で投入とするなら、電力変換装置の始動時間を長くしてしまい実用性を欠くことになる。特に限流動作投入用電磁接触器10に流れる電流を小さく抑えるには、限流抵抗器11a～11cの抵抗値を大きくしたいところであるが、PWM運転開始時刻t₃に遅延を生じさせてしまい実用性を損なう。そこで、ＶdcがＶ_DC2となるみなし満充電時刻t₂ではなく充電確立途中時刻のt1で主電磁接触器3を投入することとする。

【0026】

主電磁接触器3を投入する仕掛けとしては、主電磁接触器3の操作回路電源20とインターロック信号19は既に確立していることを条件として、制御部26より信号S₂を付属部7の主電磁接触器投入用補助電磁接触器9に与えてこれをオンさせ、この主電磁接触器投入用補助電磁接触器9の主接点により主電磁接触器3を投入する。

【0027】

ここで課題となるのが主電磁接触器3を投入する時刻t1すなわち制御部26より信号S₂を出力するタイミングをどのように実施するかである。ここで、t1をｔ₂時刻より前倒しで短く出来るなら、限流抵抗器11a～11cの電力負担を低減出来き、直流電圧の確立時間を早めることが出来る為、時刻t₃への遅延に影響を及ぼし難くなる。さらには限流動作投入用電磁接触器10の主接点通過電流負担を軽減できる。しかしながらt_１を短くするということは以下なる問題も発生する。

【0028】

すなわち、t1を短くすればするほど、直流電圧の途中過程の電圧Ｖ_DC1と満充電電圧Ｖ_DC3（＝√2×Vac）との差電圧ΔVはますます大きくなり、t1時刻で主電磁接触器3を投入した際、過度電流I_FDMAXが主電磁接触器3、電源側リアクトル4、装置本体側リアクトル5と主スイッチング素子のフライホイールダイオード25を通過し、平滑コンデンサ22へ流れ込む。この電流のピーク値は2種の電源側リアクトル4、装置本体側リアクトル5である程度抑制されるが、差電圧ΔVの大きさによっては、［式３］で示したＩ_ｓ(max)よりは大きくなる。

【0029】

したがって、t₁を短くすることにより、過度電流Ｉ_FDMAXがフライホイールダイオード25の許容通過電流値Ｉ_FDaを超過していないか、その健全性の確認が重要である。

【0030】

なお、主電磁接触器3の通過許容電流および平滑コンデンサ22への流れ込む許容電流は、一般的にＩ_FDaよりも大きな耐量値を持つことから、Ｉ_FDMAXが許容通過電流値Ｉ_FDa以内に守られるよう、限流抵抗値R_Sを大きくしても、t1を短くした初期充電を行えば、限流抵抗器11a～11cに掛かる電力負担を小さく出来、充電時間大への影響を防ぐことが出来る。このことこそが、本実施例の狙いである。

【0031】

ここで、限流抵抗器11a～11cの抵抗値の定格電力の選定値をどこまで小さく出来るかであるが、［式５］に示す通り限流動作投入用電磁接触器10が投入される零時刻からt1時刻までに限流抵抗値に発生する損失Ｗ_R（t1）が限流抵抗値の許容損失Ｗ_Raを超えていないかの確認がなされれば良い。
Ｗ_Ｒ（t1）≒ ―（1/2）×Ｃ_Ｂ×（√2V_ac）²×{(ｅ-^{（2t1／(√3×Ｃ} _Ｂ ^×R _S ^）)^－(ε-^{（0／(√3×Ｃ} _Ｂ ^×R _S ⁾ )} [J] ［式５］
Ｗ_Ra＞ Ｗ_R（t1） [J] ［式６］
以上の観点から、初期充電時に発生する限流抵抗器11a～11cの積算損失の最小化と主スイッチング素子のフライホイールダイオード25を通過する電流値Ｉ_FD（max）の健全化がトレードオフ的に最適化となるように主電磁接触器3の投入時刻t_１の最適化制御を行う。

【0032】

具体的には図３、図４、図５に示す制御フローを実施して、求まった最小t1により主電磁接触器3への投入指令の信号Ｓ₂を出力させる方法をとる。あるいは、あらかじめ実験により最適なt1を見つけておき、これをt1のマニュアル設定値として与え、このt1時刻にて信号S₂を出力させる方法をとる。もしくはあらかじめ実験により最適なt1時刻おけるＶ_DC1を見つけておき、実験時の電源電圧V_acの√2倍とＶ_DC1の比率を最適比率差kpとし、これをマニュアル設定値として与え、以下式なる条件が成立したら信号Ｓ₂を出力させる方法をとっても良い。
V_{ｄｃ（ｔ1）＝}V_DC1 ＞ Vac×√2×kp [V] ［式7］
次に図３、図４、図５を用いて、最適なt₁を見つけ出すためのt₁最適化自動処理の処理フローを説明する。図３、図４、図５は、制御部26が実行するフローチャートである。制御部は、マイコンなどで構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が図３、図４、図５のフローチャートに対応するプログラムを実行する。図３、図４、図５のフローチャートのうち少なくともいずれかまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

【0033】

制御部26が、電源位相検出用変圧器8で検出した電源電圧V_ac、電流検出器21で検出した交流電流Ｉac、および直流電圧検出器23で検出した直流電圧Ｖdcといった検出情報に基づいて、主電磁接触器3の投入時刻t1を決め、そのt1に従って、主電磁接触器3を投入するように制御をする。

【0034】

または、予め投入時刻t1を求めておき、求めておいたt1をマニュアル設定値として制御部26に与えておき、その設定値に従って、主電磁接触器3を投入するように制御をする場合がある。図３、図４、図５は、制御部26における処理を示すフローチャートである。

【0035】

t₁最適化自動処理はまず、図３の高速制御周期処理ＩＲＱ＿ＩＮＴ＿ＳＵＢ中で、初期化処理（Ｓ３５からＳ３８）後、サブルーチンｔ１＿ＦＩＴ＿ＳＵＢを呼びだしt1最適化処理を行い（Ｓ４０）、最適化処理が完了したなら、終了フラグをONさせ（Ｓ３８）、その後は周期処理からは抜け出る。

【0036】

また、この自動化処理を行う条件としては、先ず、自動化処理をするのかマニュアル設定をするのかを判断し、自動化処理指令のフラグがONであれば（Ｓ３２でＹＥＳ）、自動化処理を開始させる。マニュアル設定選択であれば（Ｓ３２でＮＯ）、前記にあるようにあらかじめ実験にて見つけておいた最適なt1を手動設定する（Ｓ３３）。

【0037】

自動処理開始時はt1＿ＦＩＴ＿ＳＵＢでの処理の事前準備をして初期化処理を行う（Ｓ３５からＳ３８）。ここでは、t1最適化処理に必要な各種変数の初期設定、各種フラグの初期設定を行い一度初期化設定がなされたなら、次回周期からは処理がパスされ未実施となる。

【0038】

サブルーチンであるＩＲＱ＿ＩＮＴ＿ＳＵＢは、t1の最適値が見つかり最適化処理終了フラグがＯＮとなるまでは、制御周期毎に呼び出され、図４、図５に示す処理を行う。

【0039】

図４の処理ではまず、運転準備信号ＲＤＹが有るかを判断する（Ｓ４１）。運転準備信号ＲＤＹがあるときのみ処理に入る。基本的にこの信号がない場合、初期充電を開始させない為である。すなわちＲＤＹが無いときは（Ｓ４１でＮｏ）、すぐさまルーチンを抜け出し、次の回の呼び出しを待つ（リターンサブルーティン（ＲＴＳ））。

【0040】

次に運転準備信号ＲＤＹのＯＮが確認されると（Ｓ４１のＹＥＳ）、フライホイールダイオード２５に流れる最大値電流を記憶する処理のサブルーチンを呼び出して概略以下の処理を行う（Ｓ４２）。

【0041】

ここでの処理は、電流検出器21で検出した交流電流Ｉ_ａｃを初回の電流値Ｉ_{ＦＤ（ｍａｘ）}に格納しておき、今回の周期回でとらえられたIａｃ_（ｔ）が前回記憶したＩ_{ＦＤ（ｍａｘ）}を超過したなら、今回のIａｃ_（ｔ）をＩ_{ＦＤ（ｍａｘ）}に書き換える。もしIａｃ_（ｔ）が超過していないならＩ_{ＦＤ（ｍａｘ）}の書き込み変更は行わない。このようにすることで運転準備信号ＲＤＹがＯＮの状態でt1＿ＦＩＴ＿ＳＵＢの呼び出しが繰り返される間の期間に発生したフライホイールダイオード25の最大通過電流値が記憶保存される。

【0042】

以上のサブルーチン処理を通過すると先ず初めにt1カウンタのカウント値t1の値を更新すべきかのフラグt1カウンタ更新命令フラグがON＝1であるかの判定を制御部26が実行する（Ｓ４３）。

【0043】

初回通過時はt1最適化初期化処理にてt1カウンタ更新命令フラグON＝1とした為、直流電圧Ｖ_ｄｃは未充電値Ｖ_{ＤＣＭＩＮ}以下であるかを判断する（Ｓ４４）。直流電圧Ｖ_ｄｃは未充電値Ｖ_{ＤＣＭＩＮ}未満である場合（Ｓ４４でＹＥＳ）、図３の初期t1の前回値記憶保存の為のt1‘がセットされる（Ｓ４５）。カウントアップ（ＵＰ）開始処理（Ｓ４６）、限流動作投入用電磁接触器への投入指令Ｓ１のＯＮ処理（Ｓ４７）、t1カウンタ更新命令フラグＯＦＦ処理がなされ（Ｓ４８）、ルーチンを抜け出る（ＲＴＳ）。

【0044】

次周期はt1カウンタ更新命令フラグＯＦＦとなっている為（Ｓ４３でＮＯ）、主電磁接触器3がＯＮしているか、すなわち信号Ｓ２のＯＮフラグ＝1の判定が行われる（Ｓ４９）。t1時刻には未経過の為に信号Ｓ２はＯＮしていないので（Ｓ４９のＮＯ）、t1カウント値を更新する為のカウントＵＰ処理に入る（Ｓ４１１）。またここでは、初充電電流が限流抵抗器を通過している期間にあたるので、カウントＵＰするまでの周期期間、Iａｃ（ｔ）はＩ_Ｒ（ｔ）の値として格納される（Ｓ４１２）。Ｉ_Ｒ（ｔ）と限流抵抗器の抵抗値Ｒ_Ｓから以下の［式8］にて一相分の限流抵抗器の損失積算処理が行われる（Ｓ４１３）。
Ｗ_{Ｒ（ｔ）＝}Ｗ_{Ｒ（t）‘} ＋Ｒ_Ｓ×Ｉ_Ｒ（ｔ） ^２ ［式8］
［式8］でＷ_{Ｒ（t）‘} はＷ_Ｒ（t）の前回値でt1カウンタがカウントＵＰされる周期回までは損失が積算される。また、この式は［式５］に示されたＷ_{Ｒ（ｔ1）}の積算過程をデジタル的に近似する処理でもある。

【0045】

t1カウンタのカウントＵＰがカウントＵＰ判定値に達したなら（Ｓ４１０のＹＥＳ）t1カウンタのクリア処理が行われる（Ｓ４１５）。主電磁接触器３の投入処理すなわち信号Ｓ_２のＯＮ処理が行われる（Ｓ４１６）。この信号Ｓ_２のＯＮフラグの設定（Ｓ４１７）と、限流動作投入用電磁接触器10の遮断処理すなわちＳ₁のＯＦＦ処理が行われる（Ｓ４１８）。

【0046】

以上の処理が行われると次周期では信号Ｓ_２がＯＮであることが確認（Ｓ４９のＹＥＳ）される為、図４の（1）から図５の（1）のｔ１最適値のリサーチの処理に移行する。ここでは先ず、Ｖ_{ｄｃ（ｔ）}＞Ｖ_ＤＣ２の判定をする（Ｓ５１）。Ｓ５１のステップによりＶ_ＤＣがみなし満充電電圧値Ｖ_ＤＣ２になるまで周期ルーチンを抜ける（Ｓ５１のＮＯ）。みなし満充電が確認されたなら（Ｓ５１のＹＥＳ）、Ｉ_{ＦＤｍａｘ}を呼び出し、先ずＩ_{ＦＤｍａｘ}がＩ_ＦＤａ未満であるかの確認を行う（Ｓ５２）。

【0047】

初期設定でｔ_ｓ１はＩ_{ＦＤｍａｘ}がＩ_ＦＤａを超過しないような値を選択するが万が一ｔ_ｓ１が不適切でＩ_ＦＤａ以上になったなら各種変数のクリア（Ｓ６４、Ｓ６５）および主電磁接触器3のＯＦＦ処理（Ｓ６６）、図３で設定した初期化完了フラグのON＝1をOFF＝0として(Ｓ６８)、最適化の再処理を促す（Ｓ６９）。

【0048】

基本的にｔ_ｓ１の適切な処理によりＩ_{ＦＤｍａｘ}＜0.8×Ｉ_ＦＤａを判断（Ｓ５３）し、Ｓ５２でＮｏであれば、最適化終了にはならない（Ｓ６４からＳ６９）。

【0049】

ここで、Ｒｓとｔｓ１を大きくして、Ｉ_{ＦＤｍａｘ}＜0.8×Ｉ_ＦＤａを判断（Ｓ５３）する。Ｓ５３でＹｅｓであれば、Ｉ_{ＦＤｍａｘ}＜＜Ｉ_ＦＤａであるので、図４で処理した限流抵抗器に発生した積算損失Ｗ_{Ｒ（ｔ1）}が許容値Ｗ_Ｒａ以上となる場合が生じる（Ｓ５４でＮＯ）。そしてt1の設定時間を－Δｔ分補正して設定する（Ｓ５５）。また各種変数のクリア（Ｓ５６、Ｓ５７、Ｓ５９）および主電磁接触器3のＯＦＦ処理を行い（Ｓ５８）、t1カウンタ更新命令フラグON＝1とし（Ｓ６０）、ルーチンを抜け出る。

【0050】

このような状態では、図４のt1カウンタ更新命令フラグ判定ON＝1に掛かる（Ｓ４３のＹＥＳ）が、主電磁接触器3 OFF後の経過時間が間もないなら直流部の電圧は十分下がってない為、直流電圧判定Ｖ_ｄｃ＜Ｖ_{ＤＣＭＩＮ}（Ｓ４４）により直流部の放電を待ってから初期充電のやり直しが行われる。

【0051】

初期充電のやり直しは、更新されたt1の値をもって行われるが、一連の動作過程は前記に示したのと同じものになる。

【0052】

もし、この過程定を繰り返すとするとt1を短い方向へ更新するのであるので、Ｉ_{ＦＤｍａｘ}は－Δｔ更新の度に増加し、やがてはＩ_{ＦＤｍａｘ}＜0.8×Ｉ_ＦＤａ判定に掛かる。

【0053】

Ｉ_{ＦＤｍａｘ}＜0.8×Ｉ_ＦＤａ判定でＩ_{ＦＤｍａｘ}が0.8×Ｉ_ＦＤａ以上の場合（Ｓ５３でＮｏ）にt1の適正リサーチは終了（Ｓ６１からＳ６３）となる。以上が実施制御フローの１例である。

【0054】

以上の実施により初期充電電流の最小化が行われる。この効果として、従来は電源位相検出変圧器に取り込む電流は微弱なものである為、電源位相検出変圧器の信号線と初期充電用の配線は別々の配線としており、共有化は行ってこなかった。本実施例による電流の最小化の実現に伴って共通が可能なる。

【0055】

また、従来において初期充電経路とフィルタ回路13の配線においても別経路であった。フィルタ回路13に流れる電流値は主回路に流れる定格電流の1/10以下程度と小さく、初期充電線経路とフィルタ回路13への引き込み線の経路を共有しても、主電磁接触器3を投入後は初期充電用電磁接触器を電源から開放する為、初期充電電流の最小化には何ら影響を与えず、フィルタ機能にも影響を与えない。よって、本実施例によれば、フィルタ回路13への引き込み線と初期充電経路の共有化が可能となる。図１によれば、電源位相検出用変圧器8への引き込み配線と限流動作投入用電磁接触器10の一次側配線を共通とし、限流動作投入用電磁接触器10の二次側配線と限流抵抗器11a、11b、11cの入力側配線を共通とし、限流抵抗器11a、11b、11cの出力側配線とフィルタ回路13への引き込み線を共通とする配線となっている。

【0056】

実施例１によれば、主遮断器と主電磁接触器と付属部の電源位相検出用変圧器入力端子とが接続され、電源側リアクトルと前記装置本体側リアクトルと前記付属部のフィルタ端子とが接続されたことで、電力変換装置の直流部の初期充電に必要な構成要素である限流抵抗器の定格電力の選定値および電磁接触器の定格電流の選定値を積極的に小さくすることが可能となる。また、電源位相検出用変圧器、初期充電回路、フィルタ回路に関わる配線の共有化が行える為、付属部7に関する省スペース化および省配線を実現した電力変換装置を、実施例１では提供できる。

【実施例2】

【0057】

図６は、実施例２を示す図である。図６は図１に対し、初期充電経路として限流動作投入用電磁接触器10と限流抵抗器11a～11cが前後入れ替わっただけである。図６では、電源位相検出用変圧器8への引き込み配線と限流抵抗器11a、11b、11cへの入力側配線を共通とし、限流動作投入用電磁接触器10の一次側配線と限流抵抗器11a、11b、11cへの出力側配線を共通とし、限流動作投入用電磁接触器10の二次側配線とフィルタ回路13への引き込み線を共通とする配線となっている。実施例２によれば、図２に示したタイムチャートが適用出来、実施例1と同様の効果を得られる。

【実施例3】

【0058】

図７は、実施例３を示す図である。図１の実施例では限流抵抗器は３相分11ａ、11b、11cから成るが、図７では限流抵抗器11a～11cは3相の中何れか2相分に用いて行われる。この場合、1相の限流抵抗器に流れる電流は電源電圧の相電圧が抵抗値RSに印加された電流と線間電圧が印加された電流が混在することになるが、実施例１と取り扱われるデータが異なるのみで、制御処理方法は同じであり、実施例1と同様の効果を得られる。

【実施例4】

【0059】

図８は、実施例４を示す図である。実施例１に対し限流抵抗器の過熱保護の為、各限流抵抗器に、それぞれサーマル接点12a、12b、12cを用いた例である。

【0060】

サーマル接点12ａ、12b、12cは通常は閉じており、限流抵抗器11ａ、11b、11cの許容温度を超えると、サーマル接点12ａ、12b、12cが開く。サーマル接点12ａ、12b、12cを、限流動作投入用電磁接触器10を投入させる為に制御部26からの投入指令S₁を限流動作投入用電磁接触器10に送る線に直列に接続する。そのようにすることで、限流抵抗器が過熱した時、制御部26からの判断操作に関係なく限流動作投入用電磁接触器10をオフさせ（限流動作投入用電磁接触器10の主接点を開とさせる）、限流抵抗器11a～11cに掛かり続けるエネルギー源を断つことが可能となる。

【0061】

この実施により、実施例１で主電磁接触器投入時刻t₁の不適切設定があっても、限流抵抗器の過熱保護が可能となる為、抵抗器の故障取り換えをなくすことが出来る。

【0062】

また、本実施例によれば、サーマル接点の接点状態を制御部26へ知らせる必要がなく、限流抵抗器のエネルギー源を断つための操作回路も不要となり、限流抵抗器の過熱保護の信頼性向上が図れる。

【0063】

図７に示したように、実施例３においては、２相の限流抵抗器11a、11bに対応してサーマル接点12ａ、12ｂを２つ配置するようにできる。

【0064】

上記の実施例では、装置本体6と付属部7は、別構成として説明をしたが、装置本体6と付属部7を一体化した方が良い場合には、図９の変形例に示すように、装置本体6に付属部7を含める構成としてもよい。

【実施例5】

【0065】

図１０は、本発明の実施例５を示す図である。本実施例は、実施例１に対し、限流抵抗器11bを廃止し、また、三相整流による初期充電方式に替わり単相整流による初期充電方式としている。また、本実施例では、初期充電電流が流れる経路のうち少なくとも一か所、つまり、図１０のG１～G3部に示すように何れか１箇所に交流電流検出器29を配置する。また、フィルタ回路13が主電磁接触器投入用補助電磁接触器9の主接点を介して接続されている点に違いがある。

【0066】

本実施例はこのように他実施例とは異なるが、限流抵抗器11および限流動作投入用電磁接触器10の最小化処理の実施例によって得られる効果においては他の実施例と得られる効果は同じである。

【0067】

本実施例の効果において他実施例と唯一異なるのは、限流抵抗の焼損防止、並びに初充電経路の配線保護に対する信頼性をさらに向上させている点である。

【0068】

図１０において、A～D箇所に誤配線があった場合、つまり、交流電源1と装置本体（コンバータ）6までの動力線相の箇所と、電源位相検出用変圧器8への引きみ配線相の箇所と、電源側リアクトル4と装置本体側リアクトル5の共通接続点からの引き込み配線相の箇所の何れかに、異なる相同士が短絡してしまう交差配線があった場合、主電磁接触器3が投入された瞬間に限流抵抗器11a、11cと限流動作投入用電磁接触器10を通過して電源短絡電流が流れる。この場合、同抵抗器には瞬時に過大なエネルギーが印加され、同抵抗器内部のエレメントは短時間で焼損危険温度に達しようとするが、同時刻には、抵抗表面にはこの危険温度は現れない為サーマル接点等による温度検出保護は困難となる。

【0069】

また、主電磁接触器３のOFF中に限流動作投入用電磁接触器10が連続ONとなると、限流抵抗器11にフィルタ電流が流れ続ける。これらの不具合が発生した場合、限流抵抗器11の焼損となる。本実施例では、これらの問題を解決する為の実施例である。以下にその形態の詳細をしめす。

【0070】

A～D部の誤配線の組合せとしてはV相とU相、V相とW相、W相とU相の交差配線があり、V相とU相の交差配線の場合は抵抗11aにV-U間の線間電圧が掛かり、V相とW相の交差配線の場合は抵抗11cにV-W間の線間電圧が掛かり、交流電流検出器29にはそれぞれ貫通する片側のみの配線に短絡電流を生じる。W相とU相の交差配線の場合、限流抵抗器11a、11cそれぞれにW-U間の線間電圧が掛かり、貫通する２線に短絡電流が流れる。

【0071】

この場合、どちらか1線の貫通方向を、磁束を打ち消さない方向に貫通させ、磁束飽和による交流電流検出器29の２次電流信号S3の出力低下があったとしても、交流電流検出器29は少なからずともこの信号S3を得て、信号S3を制御部26へ送り短絡情報を得る。この情報と主電磁接触器３の投入のフィードバック信号S4が有ったときのみ、制御部26は、限流抵抗器へエネルギーが与え続けられないように、主電磁接触器投入用補助電磁接触器9の投入指令を即時取り消すとともに誤配線の警報を出力する。

【0072】

本実施例によれば、電流による検出の為、抵抗器が異常温度に達し無い時刻で、異常を察知することが可能となる。また、交流電流検出器29は比較的安価なものを用いることが出来る。よって、信頼性の面でも、費用の面でも他実施例よりも有利である。

【0073】

次に、E,F部の誤配線であるがV相とU相の交差配線の場合、装置本体（コンバータ）6の平滑コンデンサ22に流れ込む初期充電電流はW相の電流検出器21-Wのみにしか通過しない。また、V相とW相の交差配線の場合はU相の電流検出器21-Uのみにしか通過しない。また、UとW相の交差配線の場合は電流検出器21-U、21-Wどちらも電流は通過するが、電源位相検出用変圧器(ＰＴ)で得られる信号VSの位相と電流検出器21-Uまたは21-Wで得られる電流情報の位相関係が誤配線時は正常配線時とは異なる。これらのことを制御部26で判断し、誤配線の警報を出力するとともに主電磁接触器3の投入指令が出ないように阻止する。

【0074】

次に、限流抵抗器にフィルタ電流を連続的に流さないようにする手段としては、限流抵抗器11a、11cもしくは初期充電用電磁接触器（限流動作投入用電磁接触器10）とフィルタ回路13とを主電磁接触器を投入する為の補助電磁接触器9の主接点を介して接続していること。さらに、主電磁接触器投入用補助電磁接触器9の主接点もしくは当該主接点と電気的に同電位になる点を、電源側リアクトル4と装置本体（コンバータ）側リアクトル5との共通接続点より引き出された点との共通接続点とすることで解決される。

【0075】

すなわち、主電磁接触器投入用補助電磁接触器9がONしていれば、主電磁接触器3が投入されることになり、フィルタ電流は主電磁接触器3の主接点を通過することになり、限流抵抗器11a、11cを通過しない。また、主電磁接触器が投入されていない時、つまり主電磁接触器投入用補助電磁接触器9がOFFしていれば、フィルタ回路13は電源および限流抵抗器11a、11cと切り離される為、限流抵抗器11a、11cにはフィルタ電流は流れず、限流抵抗器11a、11cの過熱、焼損は無い。

【0076】

実施例５により、限流抵抗器焼損防止に対するさらなる信頼性向上を図ることが可能であり、C部への配線保護用ヒューズフリーブレーカや配線保護用ヒューズの設置が不要となる。

【符号の説明】

【0077】

１…主電源
２…主遮断器
３…主電磁接触器
４…電源側リアクトル
５…装置本体側リアクトル
６…装置本体
７…付属部
８…電源位相検出用変圧器
９…主電磁接触器投入用補助電磁接触器
１０…限流動作投入用電磁接触器
１３…フィルタ回路
１６…電源位相検出用変圧器入力端子
１７…フィルタ端子
１８…主電磁接触器投入用増幅接点出力端子
２１…電流検出器
２２…平滑コンデンサ
２３…直流電圧検出器
２４…ＩＧＢＴ素子
２５…フライホイールダイオード
２６…制御部
２９…交流電流検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】