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公開番号2025104181
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2024040675
出願日2024-03-15
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社明電舎
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20250702BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回生機能を有する電力変換装置において、直流電圧上昇時にも動作を継続可能とすることで装置としての安定性を向上させる。
【解決手段】複数の半導体スイッチングデバイスによって交流部と、負荷が接続される直流部の間で電力の変換を行う電力変換装置において、前記直流部(平滑コンデンサ3)の直流電圧を検出する電圧検出回路70と、電圧検出回路70によって、装置起動時に検出した直流電圧検出値と装置起動後に検出した直流電圧検出値の偏差が0になるように、半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令を出力するコントローラー71と、コントローラー71から出力される導通幅指令を0°～120°に制限する導通幅指令リミッタ72とを備え、前記制限された導通幅指令の導通幅を有した120度通流方式のスイッチングパターンによって半導体スイッチングデバイスを駆動する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
力行動作および回生動作が可能であり、複数の半導体スイッチングデバイスによって交流部と、負荷が接続される直流部の間で電力の変換を行う電力変換装置において、
前記直流部の直流電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記直流電圧検出回路によって、装置起動時に検出した直流電圧検出値と装置起動後に検出した直流電圧検出値の偏差が０になるように、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令を出力する制御部と、
前記制御部から出力される導通幅指令を０°～１２０°に制限する導通幅指令リミッタとを備え、
前記導通幅指令リミッタで制限された導通幅指令の導通幅を有した１２０度通流方式のスイッチングパターンによって前記半導体スイッチングデバイスを駆動することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記制御部は、装置起動時に、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を０°で初期化した後、前記直流電圧検出値をラッチし、前記ラッチした直流電圧検出値と装置起動後に検出した直流電圧検出値の偏差が０になるように、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
力行動作および回生動作が可能であり、複数の半導体スイッチングデバイスによって交流部と、負荷が接続される直流部の間で電力の変換を行う電力変換装置において、
前記直流部の直流電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記直流電圧検出回路によって検出された直流電圧検出値と、前記負荷に流れる電流を検出した負荷電流検出値に基づいて、回生動作の要否を判定する回生動作要否判定部と、
前記回生動作要否判定部が回生動作要を判定したときに前記直流電圧検出回路によって検出した直流電圧検出値と、直流電圧検出回路によって常時検出している直流電圧検出値との偏差が０になるように、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令を出力する制御部と、
前記制御部から出力される導通幅指令を０°～１２０°に制限する導通幅指令リミッタとを備え、
前記導通幅指令リミッタで制限された導通幅指令の導通幅を有した１２０度通流方式のスイッチングパターンによって前記半導体スイッチングデバイスを駆動することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記回生動作要否判定部は、装置起動時か、又は装置起動時ではないときに回生動作実行指令がオフであり、且つ前記負荷電流検出値の前回値が、設定した負荷電流マージン値よりも大きく、負荷電流検出値の今回値が前記負荷電流マージン値よりも小さいときに、前記直流電圧検出回路の直流電圧検出値をラッチし、
前記直流電圧検出値のラッチ後か、又は前記回生動作実行指令がオフであり、且つ前記負荷電流検出値の前回値が、設定した負荷電流マージン値よりも大きくなく、負荷電流検出値の今回値が前記負荷電流マージン値よりも小さくないときに、
前記ラッチ時以外の直流電圧検出値が、前記ラッチした直流電圧検出値に、設定した電圧マージン値を加算した値よりも大きい場合に、回生動作要と判定して回生動作実行指令をオンとし、
装置起動時ではなく且つ回生動作実行指令がオフでない場合であって、前記ラッチ時以外の直流電圧検出値が、前記ラッチした直流電圧検出値に前記電圧マージン値を加算した値よりも小さく、且つ前記負荷電流検出値の今回値が前記負荷電流マージン値よりも大きいときに、回生動作否と判定して回生動作実行指令をオフとし、
前記オン又はオフの回生動作実行指令を出力することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記回生動作要否判定部から出力された回生動作実行指令がオフからオンになったときに前記直流電圧検出値をラッチし、前記回生動作実行指令がオンか否かを判定し、回生動作実行指令がオンであるときは、前記ラッチした直流電圧検出値と前記ラッチ時以外の直流電圧検出値との偏差が０になるように、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令か、又は回生動作実行指令がオンではないときは、前記導通幅指令を０としたその導通幅指令を出力することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
力行動作および回生動作が可能であり、複数の半導体スイッチングデバイスによって交流部と、負荷が接続される直流部の間で電力の変換を行う電力変換装置において、
前記直流部の直流電圧を検出する直流電圧検出回路と、
前記交流部の電源電圧を検出し、その実効値を演算する電源電圧実効値演算部と、
前記電源電圧実効値演算部によって演算した、装置起動後の電源電圧実効値が装置起動時の電源電圧実効値を超過したときに、その超過割合を、装置起動時に検出した第１の直流電圧検出値に乗じて第２の直流電圧検出値を求め、前記第２の直流電圧検出値と装置起動後に検出した直流電圧検出値の偏差が０になるように、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を制御し、その制御結果の導通幅指令を出力する制御部と、
前記制御部から出力される導通幅指令を０°～１２０°に制限する導通幅指令リミッタとを備え、
前記導通幅指令リミッタで制限された導通幅指令の導通幅を有した１２０度通流方式のスイッチングパターンによって前記半導体スイッチングデバイスを駆動することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、装置起動時に、前記半導体スイッチングデバイスの導通幅指令を０°で初期化した後、前記装置起動時の電源電圧実効値および装置起動時の第１の直流電圧検出値をラッチすることを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能を有する電力変換装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
本発明で取り扱う電力変換装置の回路例を図１１に示す。図１１において２は、半導体スイッチングデバイスＲ＋，Ｓ＋，Ｔ＋，Ｒ－，Ｓ－，Ｔ－を三相ブリッジ接続して構成され、図示省略の交流電源（１；交流部）の交流電力を直流電力に変換する順電力変換部である。順電力変換部２の直流側には、平滑コンデンサ３（直流部）および負荷４が並列に接続されている。
【０００３】
図１１の回路は、力行動作、回生動作がともに可能な回路であり、半導体スイッチングデバイスＲ＋，Ｓ＋，Ｔ＋，Ｒ－，Ｓ－，Ｔ－を任意のタイミングでスイッチングすることで交流部と直流部間の電力の調整や、交流部の電流波形、直流部の電圧波形を任意に調整することができる。
【０００４】
本回路の半導体スイッチングデバイスＲ＋，Ｓ＋，Ｔ＋，Ｒ－，Ｓ－，Ｔ－のスイッチングパターンを決定する方法として１２０度通流方式というものがある。
【０００５】
図１２に１２０度通流方式のスイッチングパターンを示す。上アームＲ＋，Ｓ＋，Ｔ＋は各相電圧が最大となる相の半導体スイッチングデバイスをＯＮし、下アームＲ－，Ｓ－，Ｔ－は各相電圧が最小となる相の半導体スイッチングデバイスをＯＮする。
【０００６】
前記１２０度通流方式は半導体スイッチングデバイスに発生する損失が少ないこと、制御回路が簡易である利点がある一方、電力量の調整ができない、交流部の電流波形、直流部の電圧波形を任意に制御できないという欠点がある。
【０００７】
特に波形を任意に制御できないことから、１２０度通流方式による回生機能を有する電力変換装置において、交流電圧低下発生時には、直流部から交流部に過大な電流（以下、入力電流と称することもある）が流れることとなる。この時の入力電流ピーク値が、装置を安全に駆動することができないレベルとなる場合、装置を停止させる必要があるため、装置の安定性を下げる要因となっている。
【０００８】
本現象はＰＷＭ制御方式とすることで回避することが可能であるが、半導体スイッチングデバイスの発生損失が大きくなること、制御回路が複雑となることから容易にＰＷＭ制御方式にできないケースがあり、同一スイッチング回数、簡易的な制御回路で実現可能な方法が求められる。
【０００９】
そこで交流電圧低下時においても直流部から交流部へ過大な入力電流が流れることを抑制する、特許文献１に記載の関連提案方式が提案されている。
【００１０】
図１３に特許文献１に記載の関連提案方式におけるスイッチング動作を、図１４に関連提案方式搭載時の効果を示す。図１３（ａ）は通常時の１２０度通流方式のスイッチングパターン（図１２と同一）であり、図１３（ｂ）は交流電圧低下時の１２０度通流方式のスイッチングパターンである。
（【００１１】以降は省略されています）

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