電力変換装置
专利汇可以提供電力変換装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且【課題】直流リアクトルを外付けとすることで、系統に流出する高調波電流を抑制し、直流リンク部のリプル電流が低減するため、平滑コンデンサの容量を減らすことができる。その結果、搭載する部品が少なくなり、組立性の向上や小型化が可能となる。 【解決手段】コンバータ11、突入電流防止手段のスイッチング素子13、インバータ12および回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子14を一つのパッケージに内蔵してパワーモジュールを構成し、複数設ける。突入電流防止手段の抵抗5、この抵抗と直列に接続された直流リアクトル9、回生制動用チョッパ回路の抵抗8、および平滑コンデンサ2を共通部品としてパワーモジュールに外付けして構成する。 【選択図】図1，下面是電力変換装置专利的具体信息内容。
系統電圧をコンバータで整流し、突入電流防止手段を介して整流された電圧を平滑コンデンサで平滑にし、平滑された直流電圧を複数のインバータを介し各別に交流電圧に変換してそれぞれ各モータに供給し、各モータの回生時には共通の回生制動用チョッパ回路を介して回生制動するものにおいて、 前記コンバータ、突入電流防止手段のスイッチング素子、インバータおよび回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子を一つのパッケージに内蔵してパワーモジュールを構成してこのパワーモジュールを複数設け、 前記突入電流防止手段の抵抗、この抵抗と直列に接続された直流リアクトル、前記回生制動用チョッパ回路の抵抗、および前記平滑コンデンサを共通部品として前記パワーモジュールに外付けして構成することを特徴とした電力変換装置。前記パワーモジュールにおける外付け用の共通部品の接続部は、前記コンバータの出力部、前記突入電流防止手段のスイッチング素子の出力部、前記インバータへの入力部、前記回生制動用チョッパ回路の抵抗からの出力部およびインバータの負極側コモンラインであることを特徴とした請求項1記載の電力変換装置。
本発明は、電力変換装置に係わり、特に多数のインバータによって多数のモータを制御する電力変換装置に関するものである。
繊維機械や印刷機械、織物機械等の大規模な機械装置には多数のモータが設備され、これら多数のモータを一括制御するための電力変換装置が設置されている。 図2は特許文献1に記載されている電力変換装置の構成図を示したものである。この電力変換装置は、電力系統から印加される交流電圧を整流するコンバータ1、このコンバータ1により整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ2と、平滑された直流電圧を所望の周波数と振幅の交流電圧に変換し、複数のモータ4(41〜4n)に各別に電力を供給する複数のインバータ3(31〜3n)によって構成されている。
コンバータ1と平滑コンデンサ2との間には、予備充電用の抵抗5と電磁開閉器6が並列接続された突入電流防止手段が設けられ、電源投入時には電磁開閉器6をオフ状態として平滑コンデンサ2への突入電流を防止し、充電完了後には電磁開閉器6をオン状態にしてコンバータ1と平滑コンデンサ2を短絡させる。 また、インバータ3と並列に、スイッチング素子7と抵抗8からなる回生制動用チョッパ回路が接続され、モータ4の回生状態時にはスイッチング素子7をオンすることでインバータ3、抵抗8およびスイッチング素子7を介して回生電流を流している。そして、これら1〜3、および5〜8によって電力変換装置が構成されている。
一つの電力変換装置で複数のモータ41〜4nを同時に駆動する場合、各モータ41〜4nに対して各々インバータ31〜3nを接続し、平滑コンデンサ2、突入電流防止手段および回生制動用チョッパ回路の各部品は共通化されている。これにより複数のモータにそれぞれ電力変換装置を接続するよりも、コスト、設置スペースの面で有利となっている。
図2の構成においては、コンバータ1、インバータ3、および回生制動用チョッパ回路にはそれぞれパワーモジュールが使用されている。このパワーモジュールを安全に使用するためには、モジュール内部で発生した熱を効率よく逃がす必要があり、そのためモジュールの取り付けベース部にヒートシンクを取り付けて使用している。また、このパワーモジュールの取り付けベース部は基本的に電極部と絶縁されているので、複数個のパワーモジュールを使用する場合、一つのヒートシンク上に複数個のパワーモジュールを取り付けている。これにより、実装が容易でコンパクトな配線を可能としている。
特開平7−222456
図2で示す電力変換装置では、コンバータ1、および回生制動用チョッパ回路を共通に使用するために、コンバータ1とインバータ3、および回生制動用チョッパ回路には別々のパワーモジュールが使用されている。そのため、パワーモジュールをヒートシンクに取り付ける際の組立に時間がかかっていた。また、多くのパワーモジュールを搭載するためヒートシンクの実装面積に無駄ができ、装置の更なる小型化のネックになっていた。
更に、コンバータ1と平滑コンデンサ2を共通としていることで、複数のモータ駆動に対応できるよう容量の大きい平滑コンデンサ2が使用される。このため、平滑コンデンサ2のサイズが大きくなり、直流リンク部のリプルが大きくなる問題を有している。
本発明が目的とするとこは、直流電流のリプルの低減等を可能とした多数モータを制御する電力変換装置を提供することにある。
本発明は、系統電圧をコンバータで整流し、突入電流防止手段を介して整流された電圧を平滑コンデンサで平滑にし、平滑された直流電圧を複数のインバータを介し各別に交流電圧に変換してそれぞれ各モータに供給し、各モータの回生時には共通の回生制動用チョッパ回路を介して回生制動するものにおいて、 前記コンバータ、突入電流防止手段のスイッチング素子、インバータおよび回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子を一つのパッケージに内蔵してパワーモジュールを構成してこのパワーモジュールを複数設け、 前記突入電流防止手段の抵抗、この抵抗と直列に接続された直流リアクトル、前記回生制動用チョッパ回路の抵抗、および前記平滑コンデンサを共通部品として前記パワーモジュールに外付けして構成することを特徴としたものである。
また、本発明の、パワーモジュールにおける外付け用の共通部品の接続部は、前記コンバータの出力部、前記突入電流防止手段のスイッチング素子の出力部、前記インバータへの入力部、前記回生制動用チョッパ回路の抵抗からの出力部およびインバータの負極側コモンラインであることを特徴としたものである。
以上のとおり、本発明によれば、直流リアクトルを外付けとすることで、系統に流出する高調波電流を抑制することができる。直流リンク部のリプル電流が低減するため平滑コンデンサの容量を減らすことができてサイズ、重量を減らすことができる。その結果、搭載する部品が少なくなり、組立性の向上や小型化が可能となるものである。
本発明の実施形態を示す構成図。
従来の複数モータ駆動時の交流変換装置の構成図。
図1は、本発明の実施例を示す構成図である。点線で囲った部分がそれぞれ一つのパワーモジュールPIM(PIMI〜PIMn)で、駆動するn個のモータ41〜4nに対応してPIM1〜PIMn有している。各パワーモジュールPIMI〜PIMnには、それぞれコンバータ11、インバータ12、突入電流防止手段のスイッチング素子(サイリスタ)13、回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子14およびダイオード15が一つのパッケージに内蔵されてパワーモジュールPIMが構成されている。
パワーモジュールPIMの外側には、共通部品として平滑コンデンサ2、突入電流防止手段の抵抗5、回生制動用チョッパ回路の抵抗8および直流リアクトル9が外付けとして接続されている。その接続は、平滑コンデンサ2は各パワーモジュールPIMI〜PIMnの直流リンク部の正・負極間に、抵抗5は突入電流防止手段のサイリスタ13のアノード・カソード間に、回生制動用チョッパ回路の抵抗8は、その一端を直流リンク部の正極に、また、他端を回生制動用チョッパ回路の各スイッチング素子14と直列に接続されている。
したがって、各パワーモジュールPIMI〜PIMnには、抵抗5、直流リアクトル9、平滑コンデンサ2およびと抵抗8を共用使用するための外付け用端子として、各パワーモジュールのコンバータ11の出力部にP1、サイリスタ13の出力部にP2、インバータ12への直流入力部にP3、回生制動用抵抗8の出力部にP4およびインバータ12のコモンラインNにそれぞれ端子が設けられている。なお、サイリスタ13、スイッチング素子14およびインバータ12を構成する各スイッチング素子を制御するための回路もパワーモジュールPIMの外部に設けられる。
以上のように構成されたものにおいて、複数モータ41〜4nを同時に駆動する場合、図示省略された電源スイッチを投入することにより、三相交流は各パワーモジュールPIMI〜PIMnのコンバータ11により直流に整流され、突入電流防止手段の抵抗5を通して平滑コンデンサ2により平滑される。平滑された直流電圧は、それぞれのインバータ12によって所望の周波数と振幅の交流電圧に変換されてそれぞれのモータ4に電力を供給する。
電源投入による平滑コンデンサ2への充電が完了する所定時間後に、サイリスタ13のゲートにオン信号を印加し、以後の充電電流はサイリスタ13を通して流れ、抵抗5は短絡された状態なる。 また、モータ41〜4nにおける回生時には、各モータでの回生発生を検出して対応する回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子14に対してオン信号を印加し、直流リンク部の正極→回生制動用の抵抗8→回生制動用のスイッチング素子14→直流リンク部の負極の経路で回生電流が流れて制動する。
以上本発明によれば、直流リアクトル9を外付けとすることで、系統に流出する高調波電流を抑制することができる。直流リアクトル9を追加したことでその部のサイズ、重量は増えるが、直流リンク部のリプル電流が低減するため平滑コンデンサ2の容量を減らすことができ、平滑コンデンサ2のサイズ、重量を減らすことができる。その結果、電力変換装置内の各コンポーネントで見た場合、搭載する部品が少なくなり、組立性の向上や小型化が可能となるものである。
2… 平滑コンデンサ 5… 突入電流防止手段の抵抗 8… 回生制動用チョッパ回路の抵抗 9… 直流リアクトル 11… コンバータ 12… インバータ 13… 突入電流防止手段のスイッチング素子 14… 回生制動用チョッパ回路のスイッチング素子 15… ダイオード
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