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JP7835123B2 - Initial charging device and power conversion system - Google Patents
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JP7835123B2 - Initial charging device and power conversion system - Google Patents

Initial charging device and power conversion system

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JP7835123B2
JP7835123B2 JP2022100063A JP2022100063A JP7835123B2 JP 7835123 B2 JP7835123 B2 JP 7835123B2 JP 2022100063 A JP2022100063 A JP 2022100063A JP 2022100063 A JP2022100063 A JP 2022100063A JP 7835123 B2 JP7835123 B2 JP 7835123B2
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Description

この発明は、初期充電装置および電力変換システムに関する。 This invention relates to an initial charging device and a power conversion system.

従来、電力変換装置のコンデンサを初期充電する初期充電装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, initial charging devices for initially charging the capacitors of power converters are known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、交流電源から入力される電力を変換して負荷に出力する電力変換装置のコンデンサを初期充電する初期充電回路(初期充電装置)が記載されている。上記特許文献1に記載の初期充電回路は、電力変換装置のコンデンサに突入電流(過大な電流)が流れないように、交流電源の周波数を調整しながら、電力変換装置のコンデンサを初期充電するように構成されている。 Patent Document 1 describes an initial charging circuit (initial charging device) for initially charging the capacitor of a power converter that converts power input from an AC power source and outputs it to a load. The initial charging circuit described in Patent Document 1 is configured to initially charge the capacitor of the power converter while adjusting the frequency of the AC power source to prevent inrush current (excessive current) from flowing through the capacitor of the power converter.

特開2009-171800号公報Japanese Patent Publication No. 2009-171800

ここで、上記特許文献1には記載されていないが、電源から入力される電力をスイッチング素子のスイッチングにより変換して電力変換装置のコンデンサに出力することにより初期充電する初期充電装置が知られている。この初期充電装置では、スイッチングの周波数を一定にして、スイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間までの間、デューティー比を一定の増加率で増加させる。そして、デューティー比の増加率を比較的大きくすると、スイッチング開始時間から最大デューティー到達時間までの間における電力変換装置のコンデンサへのコンデンサ入力電流の上昇率が比較的大きくなり、コンデンサの充電速度が比較的大きくなるものの、コンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えやすい。一方、デューティー比の増加率を比較的小さくすると、スイッチング開始時間から最大デューティー到達時間までの間におけるコンデンサ入力電流の上昇率が比較的小さくなり、コンデンサ入力電流が所定の電流値を超えにくいものの、コンデンサの充電速度が比較的小さくなる。なお、コンデンサ入力電流が所定の電流値を超えた場合、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなり、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサの寿命が短くなる虞がある。このため、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置のコンデンサの初期充電時間を短くすることが可能な構成が望まれている。 Here, although not described in Patent Document 1 mentioned above, an initial charging device is known that converts the power input from a power source by switching a switching element and outputs it to the capacitor of a power converter to perform initial charging. In this initial charging device, the switching frequency is kept constant, and the duty cycle is increased at a constant rate from the switching start time when the switching of the switching element begins to the maximum duty cycle arrival time when the duty cycle of the switching element reaches its maximum value. When the rate of increase of the duty cycle is made relatively large, the rate of increase of the capacitor input current to the capacitor of the power converter from the switching start time to the maximum duty cycle arrival time becomes relatively large, and although the charging speed of the capacitor is relatively large, the capacitor input current is likely to exceed a predetermined current value. On the other hand, when the rate of increase of the duty cycle is made relatively small, the rate of increase of the capacitor input current from the switching start time to the maximum duty cycle arrival time becomes relatively small, and although the capacitor input current is less likely to exceed a predetermined current value, the charging speed of the capacitor is relatively small. Furthermore, if the capacitor input current exceeds a predetermined value, the stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitors of the power converter will increase, potentially shortening their lifespan. Therefore, a configuration is desired that can shorten the initial charging time of the power converter's capacitors while suppressing the increased stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitors of the power converter.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置のコンデンサの初期充電時間を短くすることが可能な初期充電装置および電力変換システムを提供することである。 This invention was made to solve the above-mentioned problems, and one of its objectives is to provide an initial charging device and power conversion system that can shorten the initial charging time of the capacitor in the power conversion device while suppressing increased stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitor in the power conversion device.

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による初期充電装置は、交流電源から入力される第1の入力電力を変換して負荷に出力する第1電力変換部と、第1電力変換部の入力側に接続されたコンデンサと、を含む電力変換装置のコンデンサを初期充電する初期充電装置であって、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチングにより第2の入力電力を変換して電力変換装置に出力する第2電力変換部と、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備え、制御部は、コンデンサを初期充電するためのスイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前のデューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、デューティー比切換時間から最大デューティー到達時間までの第2期間では、デューティー比を、第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。 To achieve the above objective, the initial charging device according to the first aspect of this invention is an initial charging device for initial charging a capacitor of a power converter that includes a first power conversion unit that converts a first input power input from an AC power source and outputs it to a load, and a capacitor connected to the input side of the first power conversion unit. The device comprises a second power conversion unit that includes a switching element and converts a second input power by switching the switching element and outputs it to the power converter, and a control unit that controls the switching of the switching element. The control unit is configured to increase the duty cycle at a first rate during a first period, from the switching start time when the switching of the switching element for initial charging the capacitor begins, to the duty cycle switching time when the duty cycle is switched before the maximum duty cycle arrival time when the duty cycle of the switching element reaches its maximum value. During the second period, from the duty cycle switching time to the maximum duty cycle arrival time, the control unit increases the duty cycle at a second rate smaller than the first rate.

この発明の第1の局面による初期充電装置では、上記のように、制御部は、コンデンサを初期充電するためのスイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前のデューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、デューティー比切換時間から最大デューティー到達時間までの第2期間では、デューティー比を、第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。これにより、第1期間では、デューティー比を比較的大きな第1増加率で増加させるので、電力変換装置のコンデンサへのコンデンサ入力電流の上昇率を比較的大きくして、コンデンサの充電速度を比較的大きくすることができる。また、第2期間では、デューティー比を比較的小さな第2増加率で増加させるので、第1期間において上昇させたコンデンサ入力電流の上昇率を抑えて、最大デューティー到達時間において、コンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えるのを抑制することができる。その結果、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置のコンデンサの初期充電時間を短くすることができる。 In the initial charging device according to the first aspect of this invention, as described above, the control unit is configured to perform duty ratio control such that, during the first period from the switching start time when the switching of the switching element for initial charging the capacitor is started to the duty ratio switching time when the duty ratio is switched before the maximum duty cycle arrival time when the duty ratio of the switching element reaches its maximum value, the duty ratio is increased at a first rate of increase, and during the second period from the duty ratio switching time to the maximum duty cycle arrival time, the duty ratio is increased at a second rate of increase that is smaller than the first rate of increase. As a result, in the first period, the duty ratio is increased at a relatively large first rate of increase, so the rate of increase of the capacitor input current to the capacitor of the power converter can be made relatively large, and the charging speed of the capacitor can be made relatively large. Also, in the second period, the duty ratio is increased at a relatively small second rate of increase, so the rate of increase of the capacitor input current that was increased in the first period can be suppressed, and it is possible to prevent the capacitor input current from exceeding a predetermined current value at the maximum duty cycle arrival time. As a result, the initial charging time of the power converter's capacitor can be shortened while suppressing increased stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitors of the power converter.

上記第1の局面による初期充電装置において、好ましくは、制御部は、最大デューティー到達時間において電力変換装置のコンデンサへのコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えないように、上記デューティー比制御を行うように構成されている。このように構成すれば、最大デューティー到達時間において、コンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えるのを防止することができる。 In the initial charging device according to the first phase described above, preferably, the control unit is configured to perform duty cycle control so that the capacitor input current to the power converter's capacitor does not exceed a predetermined current value at the time of reaching the maximum duty cycle. This configuration prevents the capacitor input current from exceeding a predetermined current value at the time of reaching the maximum duty cycle.

上記第1の局面による初期充電装置において、好ましくは、第1期間は、第2期間よりも長くなるように設定されている。このように構成すれば、デューティー比を比較的大きな第1増加率で増加させコンデンサ入力電流の上昇率をより大きくすることが可能な第1期間の長さを比較的長くすることができるので、コンデンサの充電速度をより大きくすることができる。 In the initial charging device according to the first phase described above, preferably, the first period is set to be longer than the second period. This configuration allows for a relatively longer first period, during which the duty cycle can be increased at a relatively large first growth rate, thereby increasing the rate of increase in the capacitor input current. This allows for a faster charging speed of the capacitor.

上記第1の局面による初期充電装置において、好ましくは、第1増加率は、第2増加率の2倍以上に設定されている。このように構成すれば、第1増加率が第2増加率の2倍未満の場合と比較して、第1期間におけるコンデンサ入力電流の上昇率をより大きくして、コンデンサの充電速度をより大きくすることができる。 In the initial charging device according to the first phase described above, preferably, the first growth rate is set to twice or more the second growth rate. With this configuration, compared to the case where the first growth rate is less than twice the second growth rate, the rate of increase in the capacitor input current during the first period can be made larger, thereby increasing the capacitor charging speed.

上記第1の局面による初期充電装置において、好ましくは、制御部は、第1期間、第2期間、および、最大デューティー到達時間から、コンデンサの充電電圧が目標電圧に到達する目標電圧到達時間よりも前のスイッチング素子のスイッチングの周波数を切り換える周波数切換時間までの第3期間では、周波数を、第1周波数に設定するとともに、周波数切換時間から目標電圧到達時間までの第4期間では、周波数を、第1周波数よりも小さい第2周波数に設定する周波数制御を行うように構成されている。ここで、コンデンサ入力電流は、最大デューティー到達時間から目標電圧到達時間まで下降し続ける。また、スイッチングの周波数は、コンデンサ入力電流の電流リプル(脈動)と負の相関がある。したがって、上記のように構成すれば、スイッチングの周波数が比較的大きな第1周波数から比較的小さな第2周波数となる周波数切換時間が、最大デューティー到達時間よりも後になるので、周波数を第1周波数から第2周波数に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えるのを抑制することができる。また、第4期間では、スイッチングの周波数が比較的小さな第2周波数となるので、たとえば、初期充電装置の電圧変換部と電力変換装置との間に変圧器が設けられている場合、周波数と正の相関がある変圧器のインピータンスが比較的小さくなる。この場合、第4期間では、変圧器のインピータンスと負の相関があるコンデンサ入力電流を比較的大きくして、コンデンサの充電速度を比較的大きくすることができる。 In the initial charging device according to the first phase described above, preferably, the control unit is configured to perform frequency control, setting the frequency to a first frequency during the first period, the second period, and the third period from the time to reach the maximum duty cycle until the frequency switching time when the switching frequency of the switching element is switched before the target voltage arrival time when the charging voltage of the capacitor reaches the target voltage, and setting the frequency to a second frequency smaller than the first frequency during the fourth period from the frequency switching time until the target voltage arrival time. Here, the capacitor input current continues to decrease from the time to reach the maximum duty cycle until the target voltage arrival time. Also, the switching frequency has a negative correlation with the current ripple (pulsation) of the capacitor input current. Therefore, with the above configuration, the frequency switching time, when the switching frequency changes from a relatively large first frequency to a relatively small second frequency, is after the time to reach the maximum duty cycle, so it is possible to suppress the capacitor input current from exceeding a predetermined current value due to the current ripple that increases when the frequency is switched from the first frequency to the second frequency. Furthermore, in the fourth period, the switching frequency becomes the relatively low second frequency. Therefore, for example, if a transformer is provided between the voltage conversion section of the initial charging device and the power conversion device, the transformer impedance, which is positively correlated with the frequency, becomes relatively small. In this case, during the fourth period, the capacitor input current, which is negatively correlated with the transformer impedance, can be made relatively large, thereby increasing the capacitor charging speed.

この場合、好ましくは、制御部は、周波数を第1周波数から第2周波数に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因して電力変換装置のコンデンサへのコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えないように、上記周波数制御を行うように構成されている。このように構成すれば、周波数を第1周波数から第2周波数に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えるのを防止することができる。 In this case, preferably, the control unit is configured to perform the frequency control such that the capacitor input current to the power converter's capacitor does not exceed a predetermined current value due to the increased current ripple caused by switching the frequency from the first frequency to the second frequency. This configuration prevents the capacitor input current from exceeding a predetermined current value due to the increased current ripple caused by switching the frequency from the first frequency to the second frequency.

上記第1の局面による初期充電装置において、好ましくは、初期充電装置には、複数の電力変換装置が、互いに並列に接続されており、複数の電力変換装置の各々のコンデンサを、順次、初期充電するように構成されている。このように構成すれば、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、複数の電力変換装置のコンデンサの初期充電を比較的短い時間で行うことができる。 In the initial charging device according to the first aspect described above, preferably, the initial charging device has multiple power converters connected in parallel to each other, and is configured to sequentially initial charge the capacitors of each of the multiple power converters. This configuration allows for the initial charging of the capacitors of the multiple power converters to be performed in a relatively short time while suppressing excessive stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitors of the power converters.

また、上記目的を達成するために、この発明の第2の局面による電力変換システムは、交流電源から入力される第1の入力電力を変換して負荷に出力する第1電力変換部と、第1電力変換部の入力側に接続されたコンデンサと、を含む、電力変換装置と、電力変換装置のコンデンサを初期充電する初期充電装置と、備え、初期充電装置は、スイッチング素子を含み、スイッチング素子のスイッチングにより第2の入力電力を変換して電力変換装置に出力する第2電力変換部と、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備え、制御部は、コンデンサを初期充電するためのスイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前のデューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、デューティー比切換時間から最大デューティー到達時間までの第2期間では、デューティー比を、第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。 Furthermore, in order to achieve the above objective, the power conversion system according to the second aspect of this invention comprises a power conversion device including a first power conversion unit that converts a first input power input from an AC power source and outputs it to a load, and a capacitor connected to the input side of the first power conversion unit; and an initial charging device that initially charges the capacitor of the power conversion device. The initial charging device includes a switching element and comprises a second power conversion unit that converts a second input power by switching the switching element and outputs it to the power conversion device; and a control unit that controls the switching of the switching element. The control unit is configured to increase the duty cycle at a first rate of increase during a first period from the switching start time, when the switching of the switching element for initial charging the capacitor begins, to the duty cycle switching time, when the duty cycle is switched before the maximum duty cycle arrival time, when the duty cycle of the switching element reaches its maximum value; and to increase the duty cycle at a second rate of increase, which is smaller than the first rate of increase, during a second period from the duty cycle switching time to the maximum duty cycle arrival time.

この発明の第2の局面による電力変換システムでは、上記のように、制御部は、コンデンサを初期充電するためのスイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前のデューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、デューティー比切換時間から最大デューティー到達時間までの第2期間では、デューティー比を、第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。これにより、上記第1の局面による初期充電装置と同様に、コンデンサの充電速度を比較的大きくすることができるとともに、最大デューティー到達時間において、コンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えるのを抑制することができる。その結果、上記第1の局面による初期充電装置と同様に、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置のコンデンサの初期充電時間を短くすることができる。 In the power conversion system according to the second aspect of this invention, as described above, the control unit is configured to perform duty cycle control such that, during the first period from the switching start time when the switching of the switching element for initial charging the capacitor begins to the duty cycle switching time when the duty cycle is switched before the maximum duty cycle arrival time when the duty cycle of the switching element reaches its maximum value, the duty cycle is increased at a first rate of increase, and during the second period from the duty cycle switching time to the maximum duty cycle arrival time, the duty cycle is increased at a second rate of increase that is smaller than the first rate of increase. This allows for a relatively high charging speed of the capacitor, similar to the initial charging device according to the first aspect, while suppressing the capacitor input current from exceeding a predetermined current value at the maximum duty cycle arrival time. As a result, similar to the initial charging device according to the first aspect, the initial charging time of the capacitor in the power conversion device can be shortened while suppressing increased stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitor in the power conversion device.

本発明によれば、上記のように、初期充電装置の回路構成部品および電力変換装置のコンデンサに対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置のコンデンサの初期充電時間を短くすることが可能な初期充電装置および電力変換システムを提供することができる。 According to the present invention, as described above, it is possible to provide an initial charging device and a power conversion system that can shorten the initial charging time of the capacitor in the power conversion device while suppressing increased stress on the circuit components of the initial charging device and the capacitor in the power conversion device.

本発明の一実施形態による電力変換システムの構成を示す回路図である。This is a circuit diagram showing the configuration of a power conversion system according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による初期充電装置におけるスイッチングのデューティー比制御およびスイッチングの周波数制御を説明するための図である。This figure illustrates the switching duty cycle control and switching frequency control in an initial charging device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による初期充電装置におけるスイッチングの周波数とコンデンサ入力電流の電流リプルとの関係を説明するための図である。This figure illustrates the relationship between the switching frequency and the current ripple of the capacitor input current in an initial charging device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による初期充電装置、および、比較例による電力変換装置における初期充電のシミュレーション結果を説明するための図である。This figure illustrates the simulation results of initial charging in an initial charging device according to one embodiment of the present invention and in a power conversion device according to a comparative example.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 The following describes embodiments of the present invention based on the drawings.

[電力変換システムの構成]
図1~図3を参照して、本発明の一実施形態による電力変換システム100の構成について説明する。電力変換システム100は、たとえば、鉄道車両用の電力変換システムである。
[Configuration of the power conversion system]
Referring to Figures 1 to 3, the configuration of a power conversion system 100 according to one embodiment of the present invention will be described. The power conversion system 100 is, for example, a power conversion system for railway vehicles.

(電力変換システムの全体構成)
図1に示すように、電力変換システム100は、電力変換装置10と、初期充電装置20と、を備える。
(Overall configuration of the power conversion system)
As shown in Figure 1, the power conversion system 100 comprises a power conversion device 10 and an initial charging device 20.

電力変換装置10は、交流電源200から入力される電力(第1の入力電力)を変換して負荷300に出力する装置である。負荷300は、たとえば、電動機である。 The power converter 10 is a device that converts the power (first input power) input from the AC power source 200 and outputs it to the load 300. The load 300 is, for example, an electric motor.

初期充電装置20は、直流電源400から入力される電流を調整して電力変換装置10に出力することによって、電力変換装置10のコンデンサ13を初期充電する装置である。電力変換システム100における初期充電は、交流電源200から電力変換装置10のコンデンサ13に過度な電流(突入電流)が入力されるのを防止するために行われる。初期充電装置20には、複数(図1では、2つ)の電力変換装置10が、互いに並列に接続されている。 The initial charging device 20 adjusts the current input from the DC power supply 400 and outputs it to the power converter 10, thereby initially charging the capacitor 13 of the power converter 10. Initial charging in the power conversion system 100 is performed to prevent excessive current (inrush current) from being input to the capacitor 13 of the power converter 10 from the AC power supply 200. Multiple (two in Figure 1) power converters 10 are connected in parallel to each other in the initial charging device 20.

(電力変換装置の構成)
電力変換装置10は、整流回路11と、電力変換部12と、コンデンサ13と、制御部14と、を含む。なお、電力変換部12は、特許請求の範囲の「第1電力変換部」の一例である。
(Configuration of the power converter)
The power conversion device 10 includes a rectifier circuit 11, a power conversion unit 12, a capacitor 13, and a control unit 14. The power conversion unit 12 is an example of the "first power conversion unit" in the claims.

整流回路11は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子を含む。整流回路11は、スイッチング素子のスイッチングにより、交流電源200から入力された交流電力を直流電力に変換する。 The rectifier circuit 11 includes switching elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The rectifier circuit 11 converts the AC power input from the AC power supply 200 into DC power through the switching of these switching elements.

電力変換部12は、IGBT等のスイッチング素子12aを含む。電力変換部12は、スイッチング素子12aのスイッチングにより、整流回路11から入力された直流電力を交流電力に変換して負荷300に出力する。すなわち、電力変換部12は、交流電源200から入力される電力(第1の入力電力)を変換して負荷300に出力する。 The power conversion unit 12 includes a switching element 12a such as an IGBT. The power conversion unit 12 converts the DC power input from the rectifier circuit 11 into AC power by switching the switching element 12a and outputs it to the load 300. In other words, the power conversion unit 12 converts the power input from the AC power supply 200 (first input power) and outputs it to the load 300.

コンデンサ13は、整流回路11の出力側に接続されている。また、コンデンサ13は、電力変換部12の入力側に接続されている。コンデンサ13は、整流回路11から入力された直流電力を平滑する。 Capacitor 13 is connected to the output side of the rectifier circuit 11. Capacitor 13 is also connected to the input side of the power conversion unit 12. Capacitor 13 smooths the DC power input from the rectifier circuit 11.

制御部14は、PWM(Pulse Width Modulation)制御により、整流回路11のスイッチング素子のスイッチング、および、電力変換部12のスイッチング素子12aのスイッチングを制御する。制御部14は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含む回路基板である。 The control unit 14 controls the switching of the switching elements in the rectifier circuit 11 and the switching of the switching elements 12a in the power conversion unit 12 using PWM (Pulse Width Modulation) control. The control unit 14 is a circuit board including a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), etc.

(初期充電装置の構成)
初期充電装置20は、電力変換部21と、コンデンサ22と、リアクトル23と、変圧器24と、充電抵抗25と、制御部26と、を含む。なお、電力変換部21は、特許請求の範囲の「第2電力変換部」の一例である。
(Configuration of the initial charging device)
The initial charging device 20 includes a power conversion unit 21, a capacitor 22, a reactor 23, a transformer 24, a charging resistor 25, and a control unit 26. The power conversion unit 21 is an example of the "second power conversion unit" in the claims.

電力変換部21は、IGBT等の2つのスイッチング素子21aを含む。すなわち、初期充電装置20は、ハーフブリッジ型コンバータとして構成されている。コンデンサ22は、電力変換部21の入力側に接続されている。リアクトル23は、コンデンサ22の入力側に接続されている。変圧器24は、電力変換部21の出力側に接続されている。変圧器24は、絶縁トランスである。すなわち、初期充電装置20は、絶縁型コンバータとして構成されている。充電抵抗25は、変圧器24の出力側に接続されている。制御部26は、PWM制御により、電力変換部21のスイッチング素子21aのスイッチングを制御する。制御部26は、CPU、ROM、RAM等を含む回路基板である。 The power conversion unit 21 includes two switching elements 21a, such as IGBTs. That is, the initial charging device 20 is configured as a half-bridge converter. The capacitor 22 is connected to the input side of the power conversion unit 21. The reactor 23 is connected to the input side of the capacitor 22. The transformer 24 is connected to the output side of the power conversion unit 21. The transformer 24 is an isolation transformer. That is, the initial charging device 20 is configured as an isolated converter. The charging resistor 25 is connected to the output side of the transformer 24. The control unit 26 controls the switching of the switching elements 21a of the power conversion unit 21 by PWM control. The control unit 26 is a circuit board including a CPU, ROM, RAM, etc.

電力変換部21は、スイッチング素子21aのスイッチングにより、入力電力(第2の入力電力)を変換して電力変換装置10に出力する。具体的には、直流電源400から初期充電装置20に入力された直流電力は、リアクトル23およびコンデンサ22を介して、電力変換部21に入力される。電力変換部21は、スイッチング素子21aのスイッチングにより、入力された直流電力(第2の入力電力)を交流電力に変換する。電力変換部21から出力された交流電力は、変圧器24および充電抵抗25を介して、電力変換装置10の整流回路11に入力される。 The power conversion unit 21 converts the input power (second input power) by switching the switching element 21a and outputs it to the power conversion device 10. Specifically, the DC power input from the DC power supply 400 to the initial charging device 20 is input to the power conversion unit 21 via the reactor 23 and capacitor 22. The power conversion unit 21 converts the input DC power (second input power) into AC power by switching the switching element 21a. The AC power output from the power conversion unit 21 is input to the rectifier circuit 11 of the power conversion device 10 via the transformer 24 and charging resistor 25.

(複数の電力変換装置の初期充電)
初期充電装置20は、複数の電力変換装置10の各々のコンデンサ13を、順次、初期充電するように構成されている。
(Initial charging of multiple power converters)
The initial charging device 20 is configured to sequentially perform initial charging on each of the capacitors 13 of the multiple power converters 10.

具体的には、複数の電力変換装置10の各々と交流電源200との間には、電流を遮断する遮断器31が設けられている。また、複数の電力変換装置10の各々と初期充電装置20との間には、電流を遮断する遮断器32が設けられている。また、初期充電装置20と直流電源400との間には、電流を遮断する遮断器33が設けられている。なお、遮断器31、遮断器32および遮断器33のうち、遮断器32は、電力変換システム100の内部に設けられ、遮断器31および遮断器33は、電力変換システム100の外部に設けられている。 Specifically, a circuit breaker 31 is provided between each of the multiple power conversion devices 10 and the AC power supply 200 to interrupt the current. Furthermore, a circuit breaker 32 is provided between each of the multiple power conversion devices 10 and the initial charging device 20 to interrupt the current. Additionally, a circuit breaker 33 is provided between the initial charging device 20 and the DC power supply 400 to interrupt the current. Of the circuit breakers 31, 32, and 33, circuit breaker 32 is located inside the power conversion system 100, while circuit breakers 31 and 33 are located outside the power conversion system 100.

そして、全ての遮断器31、全ての遮断器32および遮断器33が開かれた状態から、1つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32、および、遮断器33が閉じられる。1つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32、および、遮断器33の開閉は、たとえば、1つ目の電力変換装置10の制御部14による制御により行われる。そして、初期充電装置20の制御部26が、1つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32、および、遮断器33が閉じたことに基づいて、直流電源400から入力される電流を調整して電力変換装置10に出力するように電力変換部21を制御することによって、1つ目の電力変換装置10のコンデンサ13の初期充電が行われる。そして、1つ目の電力変換装置10のコンデンサ13の充電電圧Vc(図2参照)が目標電圧Vct(図2参照)に到達して初期充電が終了した後、1つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32が開かれる。 Then, from the state where all circuit breakers 31, 32, and 33 are open, the circuit breakers 32 and 33 between the first power converter 10 and the initial charging device 20 are closed. The opening and closing of the circuit breakers 32 and 33 between the first power converter 10 and the initial charging device 20 is controlled, for example, by the control unit 14 of the first power converter 10. Then, the control unit 26 of the initial charging device 20 controls the power conversion unit 21 to adjust the current input from the DC power supply 400 and output it to the power converter 10 based on the fact that the circuit breakers 32 and 33 between the first power converter 10 and the initial charging device 20 have been closed, thereby performing the initial charging of the capacitor 13 of the first power converter 10. Then, after the charging voltage Vc (see Figure 2) of the capacitor 13 of the first power converter 10 reaches the target voltage Vct (see Figure 2) and the initial charging is completed, the circuit breaker 32 between the first power converter 10 and the initial charging device 20 is opened.

そして、2つ目の電力変換装置10の制御部14は、2つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32が閉じられる。2つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32の開閉は、2つ目の電力変換装置10の制御部14による制御により行われる。そして、初期充電装置20の制御部26が、2つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32が閉じたことに基づいて、直流電源400から入力される電流を調整して電力変換装置10に出力するように電力変換部21を制御することによって、2つ目の電力変換装置10のコンデンサ13の初期充電が行われる。そして、2つ目の電力変換装置10のコンデンサ13の充電電圧Vc(図2参照)が目標電圧Vct(図2参照)に到達して初期充電が終了した後、2つ目の電力変換装置10と初期充電装置20との間の遮断器32が開かれる。 Then, the control unit 14 of the second power converter 10 closes the circuit breaker 32 between the second power converter 10 and the initial charging device 20. The opening and closing of the circuit breaker 32 between the second power converter 10 and the initial charging device 20 is controlled by the control unit 14 of the second power converter 10. Then, based on the closing of the circuit breaker 32 between the second power converter 10 and the initial charging device 20, the control unit 26 of the initial charging device 20 controls the power conversion unit 21 to adjust the current input from the DC power supply 400 and output it to the power converter 10, thereby performing the initial charging of the capacitor 13 of the second power converter 10. After the charging voltage Vc (see Figure 2) of the capacitor 13 of the second power converter 10 reaches the target voltage Vct (see Figure 2) and the initial charging is completed, the circuit breaker 32 between the second power converter 10 and the initial charging device 20 is opened.

なお、電力変換システム100が電力変換装置10を3つ以上備えている場合、3つ目の電力変換装置10のコンデンサ13の初期充電も、2つ目の電力変換装置10と同様に行われる。 Furthermore, if the power conversion system 100 is equipped with three or more power conversion devices 10, the initial charging of the capacitor 13 of the third power conversion device 10 is performed in the same manner as for the second power conversion device 10.

(初期充電におけるデューティー比制御)
図2に示すように、制御部26(図1参照)は、電力変換装置10(図1参照)のコンデンサ13へのコンデンサ入力電流Icを調整するために、スイッチング素子21a(図1参照)のスイッチングのデューティー比Dを調整する制御を行う。制御部26は、初期充電時におけるコンデンサ入力電流Icが、デューティー比Dを0から増加させてデューティー比Dが最大値(所定のデューティー比Dp)に到達するタイミングにおいて、最大値Icmとなるようにデューティー比Dを制御する。初期充電装置20(図1参照)がハーフブリッジ型コンバータであるので、所定のデューティー比Dpは、0.5である。
(Duty ratio control during initial charging)
As shown in Figure 2, the control unit 26 (see Figure 1) controls the switching duty cycle D of the switching element 21a (see Figure 1) in order to adjust the capacitor input current Ic to the capacitor 13 of the power converter 10 (see Figure 1). The control unit 26 controls the duty cycle D so that when the capacitor input current Ic during initial charging increases the duty cycle D from 0 and reaches its maximum value (a predetermined duty cycle Dp), the duty cycle D becomes the maximum value Icm. Since the initial charging device 20 (see Figure 1) is a half-bridge type converter, the predetermined duty cycle Dp is 0.5.

制御部26(図1参照)は、コンデンサ13を初期充電するためのスイッチング素子21aのスイッチングを開始するスイッチング開始時間t0から、デューティー比Dが最大値(所定のデューティー比Dp)に到達する最大デューティー到達時間t2までは、デューティー比Dを増加させるとともに、最大デューティー到達時間t2から、コンデンサ13の充電電圧Vcが目標電圧Vctに到達する目標電圧到達時間t4までは、デューティー比Dを、最大値(所定のデューティー比Dp)で維持する制御を行う。すなわち、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t2まで、コンデンサ入力電流Icを徐々に増加させている(ソフトスタートさせている)。なお、デューティー比Dが最大値(所定のデューティー比Dp)になった後、初期充電装置20(図1参照)の電力変換部21(図1参照)と、電力変換装置10(図1参照)のコンデンサ13との間で、一般的なCR充電回路が形成される。 The control unit 26 (see Figure 1) controls the duty cycle D from the switching start time t0, when the switching element 21a for initial charging of the capacitor 13 begins switching, until the maximum duty cycle arrival time t2, when the duty cycle D reaches its maximum value (a predetermined duty cycle Dp). From the maximum duty cycle arrival time t2 until the target voltage arrival time t4, when the charging voltage Vc of the capacitor 13 reaches the target voltage Vct, the control unit maintains the duty cycle D at its maximum value (a predetermined duty cycle Dp). In other words, the capacitor input current Ic is gradually increased (soft-start) from the switching start time t0 to the maximum duty cycle arrival time t2. After the duty cycle D reaches its maximum value (a predetermined duty cycle Dp), a general CR charging circuit is formed between the power conversion unit 21 (see Figure 1) of the initial charging device 20 (see Figure 1) and the capacitor 13 of the power conversion device 10 (see Figure 1).

制御部26(図1参照)は、スイッチング開始時間t0から、最大デューティー到達時間t2よりも前のデューティー比Dを切り換えるデューティー比切換時間t1までの第1期間P1では、デューティー比Dを、第1増加率R1で増加させるとともに、デューティー比切換時間t1から最大デューティー到達時間t2までの第2期間P2では、デューティー比Dを、第1増加率R1よりも小さい第2増加率R2で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。すなわち、第1期間P1では、デューティー比Dを比較的大きな第1増加率R1で増加させることによって、コンデンサ入力電流Icの上昇率を比較的大きくするとともに、第2期間P2では、デューティー比Dを比較的小さな第2増加率R2で増加させることによって、第1期間P1において上昇させたコンデンサ入力電流Icの上昇率を抑えている。 The control unit 26 (see Figure 1) is configured to perform duty cycle control by increasing the duty cycle D at a first increase rate R1 during the first period P1, from the switching start time t0 to the duty cycle switching time t1, which is before the maximum duty cycle arrival time t2; and increasing the duty cycle D at a second increase rate R2, which is smaller than the first increase rate R1, during the second period P2, from the duty cycle switching time t1 to the maximum duty cycle arrival time t2. In other words, during the first period P1, increasing the duty cycle D at a relatively large first increase rate R1 increases the rate of increase of the capacitor input current Ic, while during the second period P2, increasing the duty cycle D at a relatively small second increase rate R2 suppresses the rate of increase of the capacitor input current Ic that was increased during the first period P1.

制御部26(図1参照)は、最大デューティー到達時間t2においてコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えないように、上記デューティー比制御を行うように構成されている。具体的には、第1増加率R1、第2増加率R2、第1期間P1および第2期間P2が、最大デューティー到達時間t2においてコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icp未満となるように設定されている。所定の電流値Icpは、初期充電装置20の回路構成部品(変圧器24、充電抵抗25、等)および電力変換装置10のコンデンサ13の許容電流に基づいて設定されている。 The control unit 26 (see Figure 1) is configured to perform duty cycle control so that the capacitor input current Ic does not exceed a predetermined current value Icp at the time t2 to reach the maximum duty cycle. Specifically, the first increase rate R1, the second increase rate R2, the first period P1, and the second period P2 are set so that the capacitor input current Ic is less than the predetermined current value Icp at the time t2 to reach the maximum duty cycle. The predetermined current value Icp is set based on the allowable current of the circuit components of the initial charging device 20 (transformer 24, charging resistor 25, etc.) and the capacitor 13 of the power converter 10.

第1期間P1は、第2期間P2よりも長くなるように設定されている。すなわち、デューティー比Dを比較的大きな第1増加率R1で増加させコンデンサ入力電流Icの上昇率をより大きくすることが可能な第1期間P1の長さを比較的長くしている。第1増加率R1は、第2増加率R2の2倍以上に設定されている。 The first period P1 is set to be longer than the second period P2. That is, the length of the first period P1 is made relatively long to allow for a larger increase in the capacitor input current Ic by increasing the duty cycle D with a relatively large first growth rate R1. The first growth rate R1 is set to more than twice the second growth rate R2.

(初期充電における周波数比制御)
制御部26(図1参照)は、第1期間P1、第2期間P2、および、最大デューティー到達時間t2から、目標電圧到達時間t4よりも前のスイッチング素子21aのスイッチングの周波数fを切り換える周波数切換時間t3までの第3期間P3では、周波数fを、第1周波数f1に設定するとともに、周波数切換時間t3から目標電圧到達時間t4までの第4期間P4では、周波数fを、第1周波数f1よりも小さい第2周波数f2に設定する周波数制御を行うように構成されている。すなわち、最大デューティー到達時間t2よりも後の周波数切換時間t3において、スイッチングの周波数fを、比較的大きな第1周波数f1から比較的小さな第2周波数f2に切り換えている。第1周波数f1は、たとえば、第2周波数f2の2倍に設定されている。
(Frequency ratio control during initial charging)
The control unit 26 (see Figure 1) is configured to perform frequency control in the first period P1, the second period P2, and the third period P3 from the time to reach the maximum duty cycle t2 to the frequency switching time t3, which is before the time to reach the target voltage t4, setting the frequency f to a first frequency f1. In the fourth period P4 from the frequency switching time t3 to the time to reach the target voltage t4, it sets the frequency f to a second frequency f2, which is smaller than the first frequency f1. In other words, at the frequency switching time t3, which is after the time to reach the maximum duty cycle t2, the switching frequency f is switched from a relatively large first frequency f1 to a relatively small second frequency f2. The first frequency f1 is set to, for example, twice the second frequency f2.

制御部26(図1参照)は、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えないように、上記周波数制御を行うように構成されている。ここで、コンデンサ入力電流Icは、最大デューティー到達時間t2から目標電圧到達時間t4まで下降し続ける。また、図3に示すように、スイッチングの周波数fは、コンデンサ入力電流Icの電流リプル(脈動)と負の相関がある。すなわち、周波数切換時間t3は、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えないタイミングとなるように設定されている。 The control unit 26 (see Figure 1) is configured to perform the frequency control described above so that the capacitor input current Ic does not exceed a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2. Here, the capacitor input current Ic continues to decrease from the time t2 to reach the maximum duty cycle until the time t4 to reach the target voltage. Also, as shown in Figure 3, the switching frequency f has a negative correlation with the current ripple (pulsation) of the capacitor input current Ic. That is, the frequency switching time t3 is set so that the capacitor input current Ic does not exceed a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2.

[初期充電のシミュレーション]
図4参照して、本実施形態による電力変換システム100、および、比較例1~3による電力変換システム100における初期充電のシミュレーション結果を説明する。
[Initial charging simulation]
Referring to Figure 4, the power conversion system 100 according to this embodiment and the simulation results of initial charging in the power conversion system 100 according to Comparative Examples 1 to 3 will be explained.

(本実施形態による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーション)
図4に示すように、本実施形態による電力変換システム100における初期充電のシミュレーションでは、スイッチング開始時間t0からデューティー比切換時間t1までの第1期間P1の長さを、デューティー比切換時間t1から最大デューティー到達時間t2までの第2期間P2の長さの1.5倍とした。また、第1期間P1におけるデューティー比Dの第1増加率R1を、第2期間P2におけるデューティー比Dの第2増加率R2の約2.67倍とした。また、第1周波数f1を、第2周波数f2の2倍とした。また、周波数切換時間t3を、最大デューティー到達時間t2の61倍とした。
(Simulation of initial charging in the power conversion system according to this embodiment)
As shown in Figure 4, in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment, the length of the first period P1 from the switching start time t0 to the duty cycle switching time t1 was set to 1.5 times the length of the second period P2 from the duty cycle switching time t1 to the time to reach the maximum duty cycle t2. Also, the first increase rate R1 of the duty cycle D in the first period P1 was set to approximately 2.67 times the second increase rate R2 of the duty cycle D in the second period P2. Furthermore, the first frequency f1 was set to twice the second frequency f2. Also, the frequency switching time t3 was set to 61 times the time to reach the maximum duty cycle t2.

本実施形態による電力変換システム100における初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ13の充電電圧Vcが、スイッチング開始時間t0から所定の目標時間tp以内に目標電圧Vctに到達した。これは、以下の2つの理由によって、コンデンサ13の充電速度が比較的大きくなったためであると考えられる。第1の理由は、第1期間P1において、デューティー比Dを比較的大きな第1増加率R1で増加させることによって、第1期間P1におけるコンデンサ入力電流Icの上昇率が比較的大きくなったことである。第2の理由は、周波数切換時間t3から目標電圧到達時間t4(図2参照)までの第4期間P4において、スイッチングの周波数fを比較的小さな第2周波数f2にすることによって、初期充電装置20(図1参照)の変圧器24(図1参照)のインピータンスを比較的小さくして、コンデンサ入力電流Icが比較的大きくなったことである。 In the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment, the charging voltage Vc of the capacitor 13 reached the target voltage Vct within a predetermined target time tp from the switching start time t0. This is thought to be because the charging speed of the capacitor 13 was relatively large for the following two reasons. The first reason is that in the first period P1, by increasing the duty cycle D at a relatively large first increase rate R1, the rate of increase of the capacitor input current Ic in the first period P1 was relatively large. The second reason is that in the fourth period P4, from the frequency switching time t3 to the target voltage arrival time t4 (see Figure 2), by setting the switching frequency f to a relatively small second frequency f2, the impedance of the transformer 24 (see Figure 1) of the initial charging device 20 (see Figure 1) was relatively small, resulting in a relatively large capacitor input current Ic.

また、本実施形態による電力変換システム100における初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ入力電流Icが所定の電流値Icpを超えていなかった。これは、以下の2つの理由によるものであると考えられる。第1の理由は、第2期間P2において、デューティー比Dを第1増加率R1よりも十分に小さな第2増加率R2で増加させることによって、第1期間P1において上昇させたコンデンサ入力電流Icの上昇率を十分に抑えて、最大デューティー到達時間t2において、コンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのが防止されたことである。第2の理由は、比較的小さな第2周波数f2となる周波数切換時間t3を、最大デューティー到達時間t2よりも十分に後にしたことによって、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのが防止されたことである。 Furthermore, in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment, the capacitor input current Ic did not exceed a predetermined current value Icp. This is thought to be due to the following two reasons. The first reason is that, in the second period P2, by increasing the duty cycle D at a second increase rate R2 that is sufficiently smaller than the first increase rate R1, the rate of increase of the capacitor input current Ic, which was increased in the first period P1, was sufficiently suppressed, preventing the capacitor input current Ic from exceeding a predetermined current value Icp at the time t2 when the maximum duty cycle is reached. The second reason is that, by setting the frequency switching time t3, when the relatively small second frequency f2 occurs, to a sufficiently later time than the time t2 when the maximum duty cycle is reached, the capacitor input current Ic from exceeding a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2 was prevented.

以上により、本実施形態による電力変換システム100は、コンデンサ13の充電速度およびコンデンサ入力電流Icの両方に関して、好ましい構成であることが確認された。 Based on the above, it has been confirmed that the power conversion system 100 according to this embodiment has a favorable configuration in terms of both the charging speed of the capacitor 13 and the capacitor input current Ic.

(比較例1による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーション)
比較例1による電力変換システムおける初期充電のシミュレーションでは、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t12までの間、デューティー比Dを増加率R10で増加させた。増加率R10は、本実施形態による電力変換システム100おける初期充電のシミュレーションの第1増加率R1の約0.25倍かつ第2増加率R2の約0.67倍とした。これに伴って、最大デューティー到達時間t12は、本実施形態による電力変換システム100おける初期充電のシミュレーションの最大デューティー到達時間t2の3倍となった。また、スイッチング開始時間t0から目標電圧到達時間t4(図2参照)までの間の周波数fを第2周波数f2とした。
(Simulation of initial charging in a power conversion system according to Comparative Example 1)
In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 1, the duty cycle D was increased by an increase rate R10 from the switching start time t0 to the time to reach the maximum duty cycle t12. The increase rate R10 was set to approximately 0.25 times the first increase rate R1 and approximately 0.67 times the second increase rate R2 in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment. Consequently, the time to reach the maximum duty cycle t12 became three times the time to reach the maximum duty cycle t2 in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment. In addition, the frequency f from the switching start time t0 to the time to reach the target voltage t4 (see Figure 2) was set to the second frequency f2.

比較例1による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ13の充電電圧Vcが、スイッチング開始時間t0から所定の目標時間tp以内に目標電圧Vctに到達した。これは、スイッチングの周波数fを比較的小さな第2周波数f2とすることによって、初期充電装置20(図1参照)の変圧器24(図1参照)のインピータンスが比較的小さくなり、コンデンサ入力電流Icが比較的大きくなったためであると考えらえる。 In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 1, the charging voltage Vc of capacitor 13 reached the target voltage Vct within a predetermined target time tp from the switching start time t0. This is thought to be because setting the switching frequency f to a relatively small second frequency f2 resulted in a relatively small impedance of the transformer 24 (see Figure 1) of the initial charging device 20 (see Figure 1), and a relatively large capacitor input current Ic.

また、比較例1による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ入力電流Icが、最大デューティー到達時間t12付近において、所定の電流値Icpを超えていた。これは、スイッチングの周波数fを比較的小さな第2周波数f2とすることによって、コンデンサ入力電流Icの電流リプルが比較的大きくなったためであると考えられる。 Furthermore, in the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 1, the capacitor input current Ic exceeded a predetermined current value Icp around the time t12 when the maximum duty cycle was reached. This is thought to be because setting the switching frequency f to a relatively small second frequency f2 resulted in a relatively large current ripple in the capacitor input current Ic.

以上により、比較例1による電力変換システムは、コンデンサ13の充電速度に関して、好ましい構成であるものの、コンデンサ入力電流Icに関して、好ましくない構成であることが確認された。 Based on the above, it was confirmed that the power conversion system according to Comparative Example 1 has a favorable configuration with respect to the charging speed of capacitor 13, but an unfavorable configuration with respect to the capacitor input current Ic.

(比較例2による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーション)
比較例2による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t22までの間、デューティー比Dを増加率R20で増加させた。増加率R10は、本実施形態による電力変換システム100おける初期充電のシミュレーションの第1増加率R1の約0.05倍かつ第2増加率R2の0.125倍とした。これに伴って、最大デューティー到達時間t12は、本実施形態による電力変換システム100における初期充電のシミュレーションの最大デューティー到達時間t2の16倍となった。また、スイッチング開始時間t0から目標電圧到達時間t4(図2参照)までの間の周波数fを第2周波数f2とした。
(Simulation of initial charging in a power conversion system according to Comparative Example 2)
In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 2, the duty cycle D was increased by an increase rate R20 from the switching start time t0 to the time to reach the maximum duty cycle t22. The increase rate R10 was set to approximately 0.05 times the first increase rate R1 and 0.125 times the second increase rate R2 in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment. Consequently, the time to reach the maximum duty cycle t12 became 16 times the time to reach the maximum duty cycle t2 in the simulation of initial charging in the power conversion system 100 according to this embodiment. In addition, the frequency f from the switching start time t0 to the time to reach the target voltage t4 (see Figure 2) was set to the second frequency f2.

比較例2による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ13の充電電圧Vcが、スイッチング開始時間t0から所定の目標時間tp以内に目標電圧Vctに到達しなかった。また、比較例2による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ入力電流Icが所定の電流値Icpを超えていなかった。これらは、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t22までの間、デューティー比Dを比較的小さな増加率R10とすることによって、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t22までの間におけるコンデンサ入力電流Icの上昇率が比較的抑えられたためであると考えられる。 In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 2, the charging voltage Vc of capacitor 13 did not reach the target voltage Vct within the predetermined target time tp from the switching start time t0. Furthermore, in the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 2, the capacitor input current Ic did not exceed the predetermined current value Icp. These results are thought to be due to the relatively small increase rate R10 of the duty cycle D from the switching start time t0 to the maximum duty cycle arrival time t22, thereby relatively suppressing the increase rate of the capacitor input current Ic during this period.

以上により、比較例2による電力変換システムは、コンデンサ入力電流Icに関して、好ましい構成であるものの、コンデンサ13の充電速度に関して、好ましくない構成であることが確認された。 Based on the above, it was confirmed that while the power conversion system according to Comparative Example 2 has a favorable configuration with respect to the capacitor input current Ic, it has an unfavorable configuration with respect to the charging speed of the capacitor 13.

(比較例3による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーション)
比較例3による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、スイッチング開始時間t0から最大デューティー到達時間t12までの間、比較例1による電力変換システムと同様の増加率R10で増加させた。また、スイッチング開始時間t0から目標電圧到達時間t4(図2参照)までの間の周波数fを第1周波数f1とした。
(Simulation of initial charging in a power conversion system according to Comparative Example 3)
In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 3, the voltage was increased at the same rate of increase R10 as in the power conversion system according to Comparative Example 1 from the switching start time t0 to the time to reach the maximum duty cycle t12. Furthermore, the frequency f from the switching start time t0 to the time to reach the target voltage t4 (see Figure 2) was defined as the first frequency f1.

比較例3による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ13の充電電圧Vcが、スイッチング開始時間t0から所定の目標時間tp以内に目標電圧Vctに到達しなかった。これは、スイッチングの周波数fを比較的大きな第1周波数f1とすることによって、初期充電装置20(図1参照)の変圧器24(図1参照)のインピータンスが比較的大きくなり、コンデンサ入力電流Icが比較的小さくなったためであると考えらえる。 In the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 3, the charging voltage Vc of capacitor 13 did not reach the target voltage Vct within the predetermined target time tp from the switching start time t0. This is thought to be because setting the switching frequency f to a relatively large first frequency f1 resulted in a relatively large impedance of the transformer 24 (see Figure 1) of the initial charging device 20 (see Figure 1), and consequently, a relatively small capacitor input current Ic.

また、比較例3による電力変換システムにおける初期充電のシミュレーションでは、コンデンサ入力電流Icが所定の電流値Icpを超えていなかった。これは、スイッチングの周波数fを比較的大きな第1周波数f1とすることによって、コンデンサ入力電流Icの電流リプルが比較的小さくなったためであると考えられる。 Furthermore, in the simulation of initial charging in the power conversion system according to Comparative Example 3, the capacitor input current Ic did not exceed the predetermined current value Icp. This is thought to be because setting the switching frequency f to a relatively large first frequency f1 resulted in a relatively small current ripple in the capacitor input current Ic.

以上により、比較例3による電力変換システムは、コンデンサ入力電流Icに関して、好ましい構成であるものの、コンデンサ13の充電速度に関して、好ましくない構成であることが確認された。 Based on the above, it was confirmed that the power conversion system according to Comparative Example 3 has a favorable configuration with respect to the capacitor input current Ic, but an unfavorable configuration with respect to the charging speed of the capacitor 13.

[実施形態の効果]
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
[Effects of the Embodiment]
In this embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、制御部26は、コンデンサ13を初期充電するためのスイッチング素子21aのスイッチングを開始するスイッチング開始時間t0から、スイッチング素子21aのスイッチングのデューティー比Dが最大値に到達する最大デューティー到達時間t2よりも前のデューティー比Dを切り換えるデューティー比切換時間t1までの第1期間P1では、デューティー比Dを、第1増加率R1で増加させるとともに、デューティー比切換時間t1から最大デューティー到達時間t2までの第2期間P2では、デューティー比Dを、第1増加率R1よりも小さい第2増加率R2で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている。これにより、第1期間P1では、デューティー比Dを比較的大きな第1増加率R1で増加させるので、電力変換装置10のコンデンサ13へのコンデンサ入力電流Icの上昇率を比較的大きくして、コンデンサ13の充電速度を比較的大きくすることができる。また、第2期間P2では、デューティー比Dを比較的小さな第2増加率R2で増加させるので、第1期間P1において上昇させたコンデンサ入力電流Icの上昇率を抑えて、最大デューティー到達時間t2において、コンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのを抑制することができる。その結果、初期充電装置20の回路構成部品および電力変換装置10のコンデンサ13に対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、電力変換装置10のコンデンサ13の初期充電時間を短くすることができる。 In this embodiment, as described above, the control unit 26 is configured to perform duty ratio control such that, during the first period P1 from the switching start time t0, when the switching of the switching element 21a for initial charging of the capacitor 13 is started, to the duty ratio switching time t1, when the duty ratio D is switched before the maximum duty cycle arrival time t2, when the duty ratio D of the switching of the switching element 21a reaches its maximum value, the duty ratio D is increased by a first increase rate R1, and during the second period P2, from the duty ratio switching time t1 to the maximum duty cycle arrival time t2, the duty ratio D is increased by a second increase rate R2, which is smaller than the first increase rate R1. As a result, during the first period P1, the duty ratio D is increased by a relatively large first increase rate R1, so that the rate of increase of the capacitor input current Ic to the capacitor 13 of the power converter 10 can be made relatively large, and the charging speed of the capacitor 13 can be made relatively large. Furthermore, in the second period P2, the duty cycle D is increased at a relatively small second increase rate R2. This suppresses the rate of increase in the capacitor input current Ic, which was increased in the first period P1, preventing the capacitor input current Ic from exceeding a predetermined current value Icp at the time t2 when the maximum duty cycle is reached. As a result, the initial charging time of the capacitor 13 in the power converter 10 can be shortened while suppressing increased stress on the circuit components of the initial charging device 20 and the capacitor 13 of the power converter 10.

また、本実施形態では、上記のように、制御部26は、最大デューティー到達時間t2において電力変換装置10のコンデンサ13へのコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えないように、上記デューティー比制御を行うように構成されている。これにより、最大デューティー到達時間t2において、コンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのを防止することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the control unit 26 is configured to perform duty cycle control so that the capacitor input current Ic to the capacitor 13 of the power converter 10 does not exceed a predetermined current value Icp at the time t2 to reach the maximum duty cycle. This prevents the capacitor input current Ic from exceeding the predetermined current value Icp at the time t2 to reach the maximum duty cycle.

また、本実施形態では、上記のように、第1期間P1は、第2期間P2よりも長くなるように設定されている。これにより、デューティー比Dを比較的大きな第1増加率R1で増加させコンデンサ入力電流Icの上昇率をより大きくすることが可能な第1期間P1の長さを比較的長くすることができるので、コンデンサ13の充電速度をより大きくすることができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the first period P1 is set to be longer than the second period P2. This allows for a relatively longer first period P1, which enables a larger increase in the capacitor input current Ic by increasing the duty cycle D at a relatively large first increase rate R1. Therefore, the charging speed of the capacitor 13 can be increased.

また、本実施形態では、上記のように、第1増加率R1は、第2増加率R2の2倍以上に設定されている。これにより、第1増加率R1が第2増加率R2の2倍未満の場合と比較して、第1期間P1におけるコンデンサ入力電流Icの上昇率をより大きくして、コンデンサ13の充電速度をより大きくすることができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the first growth rate R1 is set to more than twice the second growth rate R2. This allows for a greater increase in the capacitor input current Ic during the first period P1, compared to the case where the first growth rate R1 is less than twice the second growth rate R2, thereby increasing the charging speed of the capacitor 13.

また、本実施形態では、上記のように、制御部26は、第1期間P1、第2期間P2、および、最大デューティー到達時間t2から、コンデンサ13の充電電圧Vcが目標電圧Vctに到達する目標電圧到達時間t4よりも前のスイッチング素子21aのスイッチングの周波数fを切り換える周波数切換時間t3までの第3期間P3では、周波数fを、第1周波数f1に設定するとともに、周波数切換時間t3から目標電圧到達時間t4までの第4期間P4では、周波数fを、第1周波数f1よりも小さい第2周波数f2に設定する周波数制御を行うように構成されている。これにより、スイッチングの周波数fが比較的大きな第1周波数f1から比較的小さな第2周波数f2となる周波数切換時間t3が、コンデンサ入力電流Icが最大値Icmとなる最大デューティー到達時間t2よりも後になるので、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのを抑制することができる。また、第4期間P4では、スイッチングの周波数fが比較的小さな第2周波数f2となるので、初期充電装置20の電力変換部21と電力変換装置10との間に変圧器24が設けられている場合、周波数fと正の相関がある変圧器24のインピータンスが比較的小さくなる。この場合、第4期間P4では、変圧器24のインピータンスと負の相関があるコンデンサ入力電流Icを比較的大きくして、コンデンサ13の充電速度を比較的大きくすることができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the control unit 26 is configured to perform frequency control such that, in the first period P1, the second period P2, and the third period P3 from the maximum duty cycle arrival time t2 to the frequency switching time t3, which is before the target voltage arrival time t4 when the charging voltage Vc of the capacitor 13 reaches the target voltage Vct, the frequency f is set to the first frequency f1, and in the fourth period P4 from the frequency switching time t3 to the target voltage arrival time t4, the frequency f is set to the second frequency f2, which is smaller than the first frequency f1. As a result, the frequency switching time t3, when the switching frequency f changes from the relatively large first frequency f1 to the relatively small second frequency f2, is after the maximum duty cycle arrival time t2, when the capacitor input current Ic reaches its maximum value Icm. Therefore, it is possible to suppress the capacitor input current Ic from exceeding a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2. Furthermore, during the fourth period P4, the switching frequency f becomes a relatively small second frequency f2. Therefore, if a transformer 24 is provided between the power conversion unit 21 of the initial charging device 20 and the power conversion device 10, the impedance of the transformer 24, which has a positive correlation with frequency f, becomes relatively small. In this case, during the fourth period P4, the capacitor input current Ic, which has a negative correlation with the impedance of the transformer 24, can be made relatively large, thereby increasing the charging speed of the capacitor 13.

また、本実施形態では、上記のように、制御部26は、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因して電力変換装置10のコンデンサ13へのコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えないように、上記周波数制御を行うように構成されている。これにより、周波数fを第1周波数f1から第2周波数f2に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因してコンデンサ入力電流Icが予め設定された所定の電流値Icpを超えるのを防止することができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the control unit 26 is configured to perform the frequency control so that the capacitor input current Ic to the capacitor 13 of the power converter 10 does not exceed a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2. This prevents the capacitor input current Ic from exceeding a predetermined current value Icp due to the current ripple that increases when switching the frequency f from the first frequency f1 to the second frequency f2.

また、本実施形態では、上記のように、初期充電装置20には、複数の電力変換装置10が、互いに並列に接続されており、初期充電装置20は、複数の電力変換装置10の各々のコンデンサ13を、順次、初期充電するように構成されている。これにより、初期充電装置20の回路構成部品および電力変換装置10のコンデンサ13に対するストレスが大きくなるのを抑制しながら、複数の電力変換装置10のコンデンサ13の初期充電を比較的短い時間で行うことができる。 Furthermore, in this embodiment, as described above, the initial charging device 20 has multiple power converters 10 connected in parallel to each other, and the initial charging device 20 is configured to sequentially perform initial charging on each of the capacitors 13 of the multiple power converters 10. This allows for the initial charging of the capacitors 13 of the multiple power converters 10 to be performed in a relatively short time while suppressing excessive stress on the circuit components of the initial charging device 20 and the capacitors 13 of the power converters 10.

[変形例]
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更(変形例)が含まれる。
[Variations]
The embodiments disclosed herein should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the embodiments above, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the claims.

たとえば、上記実施形態では、初期充電装置20には、複数の電力変換装置10が、互いに並列に接続されており、初期充電装置20は、複数の電力変換装置10の各々のコンデンサ13を、順次、初期充電するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、初期充電装置には、1つの電力変換装置が接続されており、初期充電装置は、1つの電力変換装置のコンデンサを、初期充電するように構成されていてもよい。 For example, in the above embodiment, the initial charging device 20 is configured to have multiple power converters 10 connected in parallel, and to sequentially initial charge each capacitor 13 of the multiple power converters 10. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the initial charging device may be connected to one power converter, and the initial charging device may be configured to initial charge the capacitor of the one power converter.

また、上記実施形態では、制御部26は、第1期間P1、第2期間P2、および、最大デューティー到達時間t2から、コンデンサ13の充電電圧Vcが目標電圧Vctに到達する目標電圧到達時間t4よりも前のスイッチング素子21aのスイッチングの周波数fを切り換える周波数切換時間t3までの第3期間P3では、周波数fを、第1周波数f1に設定するとともに、周波数切換時間t3から目標電圧到達時間t4までの第4期間P4では、周波数fを、第1周波数f1よりも小さい第2周波数f2に設定する周波数制御を行うように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部は、スイッチングの周波数を切り換える制御を行わないように構成されていてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the control unit 26 is configured to perform frequency control, setting the frequency f to a first frequency f1 during the first period P1, the second period P2, and the third period P3 from the maximum duty cycle arrival time t2 to the frequency switching time t3, which is before the target voltage arrival time t4 when the charging voltage Vc of the capacitor 13 reaches the target voltage Vct. It also sets the frequency f to a second frequency f2, which is smaller than the first frequency f1, during the fourth period P4 from the frequency switching time t3 to the target voltage arrival time t4. However, the present invention is not limited to this configuration. In the present invention, the control unit may be configured not to perform frequency switching control.

また、上記実施形態では、第1増加率R1は、第2増加率R2の2倍以上に設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1増加率は、第2増加率の2倍未満に設定されていてもよい。 Furthermore, while the above embodiment shows an example where the first growth rate R1 is set to twice or more the second growth rate R2, the present invention is not limited to this. In the present invention, the first growth rate may be set to less than twice the second growth rate.

また、上記実施形態では、第1期間P1は、第2期間P2よりも長くなるように設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1期間は、第2期間と等しくなるように設定されていてもよいし、第2期間よりも短くなるように設定されていてもよい。 Furthermore, while the above embodiment shows an example where the first period P1 is set to be longer than the second period P2, the present invention is not limited to this. In the present invention, the first period may be set to be equal to the second period, or it may be set to be shorter than the second period.

また、上記実施形態では、制御部26は、初期充電時におけるコンデンサ入力電流Icが、デューティー比Dを0から増加させてデューティー比Dが最大値(所定のデューティー比Dp)に到達するタイミング(最大デューティー到達時間t2)において、最大値Icmとなるように制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部は、初初期充電時におけるコンデンサ入力電流が、最大デューティ―到達時間よりも前のタイミングにおいて最大値に到達するとともに、コンデンサ入力電流が最大値に到達してから最大デューティ―到達時間までの間の期間では、コンデンサ入力電流が最大値未満となるように制御してもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the control unit 26 was shown to control the capacitor input current Ic during initial charging so that it reaches its maximum value Icm at the timing when the duty cycle D increases from 0 and reaches its maximum value (a predetermined duty cycle Dp) (maximum duty cycle arrival time t2). However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the control unit may control the capacitor input current during initial charging so that it reaches its maximum value before the maximum duty cycle arrival time, and so that the capacitor input current remains below its maximum value during the period between the time the capacitor input current reaches its maximum value and the time the maximum duty cycle arrival time.

また、上記実施形態では、初期充電装置20は、絶縁型コンバータとして構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、初期充電装置は、非絶縁型コンバータとして構成されていてもよいし、昇圧チョッパとして構成されていてもよい。 Furthermore, while the above embodiment shows an example where the initial charging device 20 is configured as an isolated converter, the present invention is not limited to this. In the present invention, the initial charging device may be configured as a non-isolated converter or as a boost chopper.

また、上記実施形態では、電力変換装置10と交流電源200との間に設けられる遮断器31、電力変換装置10と初期充電装置20との間に設けられる遮断器32、および、初期充電装置20と直流電源400との間に設けられる遮断器33のうち、遮断器32は、電力変換システム100の内部に設けられ、遮断器31および遮断器33は、電力変換システム100の外部に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力変換装置と交流電源との間に設けられる遮断器が、電力変換システムの内部に設けられていてもよいし、電力変換装置と初期充電装置との間に設けられる遮断器が、電力変換システムの外部に設けられていてもよいし、初期充電装置と直流電源との間に設けられる遮断器が、電力変換システムの内部に設けられていてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the circuit breaker 32 is provided inside the power conversion system 100, while the circuit breakers 31 and 33 are provided outside the power conversion system 100. The circuit breaker 31 is provided between the power conversion device 10 and the AC power supply 200, the circuit breaker 32 is provided between the power conversion device 10 and the initial charging device 20, and the circuit breaker 33 is provided between the initial charging device 20 and the DC power supply 400. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the circuit breaker provided between the power conversion device and the AC power supply may be provided inside the power conversion system, the circuit breaker provided between the power conversion device and the initial charging device may be provided outside the power conversion system, and the circuit breaker provided between the initial charging device and the DC power supply may be provided inside the power conversion system.

10 電力変換装置
12 電力変換部(第1電力変換部)
13 コンデンサ
20 初期充電装置
21 電力変換部(第2電力変換部)
21a スイッチング素子
26 制御部
100 電力変換システム
200 交流電源
300 負荷
D (スイッチング素子のスイッチングの)デューティー比
f (スイッチング素子のスイッチングの)周波数
f1 第1周波数
f2 第2周波数
Ic コンデンサ入力電流
Icm (コンデンサ入力電流の)最大値
Icp 所定の電流値
P1 第1期間
P2 第2期間
P3 第3期間
P4 第4期間
R1 第1増加率
R2 第2増加率
t0 スイッチング開始時間
t1 デューティー比切換時間
t2 最大デューティー到達時間
t3 周波数切換時間
t4 目標電圧到達時間
Vc (コンデンサの)充電電圧
Vct (コンデンサの充電電圧の)目標電圧
10 Power conversion device 12 Power conversion unit (first power conversion unit)
13 Capacitor 20 Initial charging device 21 Power conversion unit (second power conversion unit)
21a Switching element 26 Control unit 100 Power conversion system 200 AC power supply 300 Load D Duty cycle (of the switching element) f Frequency (of the switching element) f1 First frequency f2 Second frequency Ic Capacitor input current Icm Maximum value (of the capacitor input current) Icp Predetermined current value P1 First period P2 Second period P3 Third period P4 Fourth period R1 First increase rate R2 Second increase rate t0 Switching start time t1 Duty cycle switching time t2 Time to reach maximum duty cycle t3 Frequency switching time t4 Time to reach target voltage Vc Charging voltage (of the capacitor) Vct Target voltage (of the capacitor charging voltage)

Claims (8)

交流電源から入力される第1の入力電力を変換して負荷に出力する第1電力変換部と、前記第1電力変換部の入力側に接続されたコンデンサと、を含む電力変換装置の前記コンデンサを初期充電する初期充電装置であって、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより第2の入力電力を変換して前記電力変換装置に出力する第2電力変換部と、
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記コンデンサを初期充電するための前記スイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、前記スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前の前記デューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、前記デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、前記デューティー比切換時間から前記最大デューティー到達時間までの第2期間では、前記デューティー比を、前記第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている、初期充電装置。
An initial charging device for a capacitor in a power conversion device, which includes a first power conversion unit that converts a first input power input from an AC power source and outputs it to a load, and a capacitor connected to the input side of the first power conversion unit,
A second power conversion unit includes a switching element, which converts the second input power by switching the switching element and outputs it to the power conversion device,
The system comprises a control unit that controls the switching of the switching element,
Initial charging device, wherein the control unit is configured to perform duty ratio control such that, during a first period from a switching start time when switching of the switching element for initial charging of the capacitor is started to a duty ratio switching time when the duty ratio is switched before the maximum duty ratio arrival time when the duty ratio of the switching element reaches its maximum value, the duty ratio is increased by a first rate of increase, and during a second period from the duty ratio switching time to the maximum duty ratio arrival time, the duty ratio is increased by a second rate of increase which is smaller than the first rate of increase.
前記制御部は、前記最大デューティー到達時間において前記電力変換装置の前記コンデンサへのコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えないように、前記デューティー比制御を行うように構成されている、請求項1に記載の初期充電装置。 The initial charging device according to claim 1, wherein the control unit is configured to perform duty cycle control so that the capacitor input current to the capacitor of the power converter does not exceed a predetermined current value during the time to reach the maximum duty cycle. 前記第1期間は、前記第2期間よりも長くなるように設定されている、請求項1に記載の初期充電装置。 The initial charging device according to claim 1, wherein the first period is set to be longer than the second period. 前記第1増加率は、前記第2増加率の2倍以上に設定されている、請求項1に記載の初期充電装置。 The initial charging device according to claim 1, wherein the first increase rate is set to twice or more the second increase rate. 前記制御部は、前記第1期間、前記第2期間、および、前記最大デューティー到達時間から、前記コンデンサの充電電圧が目標電圧に到達する目標電圧到達時間よりも前の前記スイッチング素子のスイッチングの周波数を切り換える周波数切換時間までの第3期間では、前記周波数を、第1周波数に設定するとともに、前記周波数切換時間から前記目標電圧到達時間までの第4期間では、前記周波数を、前記第1周波数よりも小さい第2周波数に設定する周波数制御を行うように構成されている、請求項1に記載の初期充電装置。 The control unit is configured to perform frequency control in the first period, the second period, and the third period from the maximum duty cycle arrival time to the frequency switching time for switching the switching frequency of the switching element before the target voltage arrival time when the charging voltage of the capacitor reaches the target voltage, setting the frequency to a first frequency, and in the fourth period from the frequency switching time to the target voltage arrival time, setting the frequency to a second frequency smaller than the first frequency, as described in claim 1. 前記制御部は、前記周波数を前記第1周波数から前記第2周波数に切り換えることによって大きくなる電流リプルに起因して前記電力変換装置の前記コンデンサへのコンデンサ入力電流が予め設定された所定の電流値を超えないように、前記周波数制御を行うように構成されている、請求項5に記載の初期充電装置。 The initial charging device according to claim 5, wherein the control unit is configured to perform frequency control so that the capacitor input current to the capacitor of the power converter does not exceed a predetermined current value due to the current ripple that increases when the frequency is switched from the first frequency to the second frequency. 前記初期充電装置には、複数の前記電力変換装置が、互いに並列に接続されており、
前記複数の電力変換装置の各々の前記コンデンサを、順次、初期充電するように構成されている、請求項1に記載の初期充電装置。
The initial charging device has a plurality of power conversion devices connected in parallel to each other.
The initial charging device according to claim 1, configured to sequentially initial charge the capacitors of each of the plurality of power converters.
交流電源から入力される第1の入力電力を変換して負荷に出力する第1電力変換部と、前記第1電力変換部の入力側に接続されたコンデンサと、を含む、電力変換装置と、
前記電力変換装置の前記コンデンサを初期充電する初期充電装置と、を備え、
前記初期充電装置は、
スイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチングにより第2の入力電力を変換して前記電力変換装置に出力する第2電力変換部と、
前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記コンデンサを初期充電するための前記スイッチング素子のスイッチングを開始するスイッチング開始時間から、前記スイッチング素子のスイッチングのデューティー比が最大値に到達する最大デューティー到達時間よりも前の前記デューティー比を切り換えるデューティー比切換時間までの第1期間では、前記デューティー比を、第1増加率で増加させるとともに、前記デューティー比切換時間から前記最大デューティー到達時間までの第2期間では、前記デューティー比を、前記第1増加率よりも小さい第2増加率で増加させるデューティー比制御を行うように構成されている、電力変換システム。
A power conversion device comprising: a first power conversion unit that converts a first input power received from an AC power source and outputs it to a load; and a capacitor connected to the input side of the first power conversion unit;
The power converter comprises an initial charging device for initial charging the capacitor,
The initial charging device,
A second power conversion unit includes a switching element, which converts the second input power by switching the switching element and outputs it to the power conversion device,
The system comprises a control unit that controls the switching of the switching element,
A power conversion system wherein the control unit is configured to perform duty ratio control such that, during a first period from a switching start time when the switching of the switching element for initial charging the capacitor is started, to a duty ratio switching time when the duty ratio is switched before the maximum duty cycle arrival time when the duty ratio of the switching element reaches its maximum value, the duty ratio is increased by a first rate of increase, and during a second period from the duty ratio switching time to the maximum duty cycle arrival time, the duty ratio is increased by a second rate of increase that is smaller than the first rate of increase.
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