電力変換装置
【課題】スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれ時間γ１および時間γ２から時間差Δｔを電流アンバランス量として算出する。ゲート調整回路１２は、時間差Δｔを次の第１状態におけるターンオフのタイミングで、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕに遅延時間として付加する。
【解決手段】ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれ時間γ１および時間γ２から時間差Δｔを電流アンバランス量として算出する。ゲート調整回路１２は、時間差Δｔを次の第１状態におけるターンオフのタイミングで、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕに遅延時間として付加する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電力変換装置としては、下記特許文献１に示すように、スイッチング素子であるＩＧＢＴ毎に電流検出回路を設けて、ＩＧＢＴコレクタ電流値Ｄを検出し、そのＩＧＢＴコレクタ電流値Ｄが、ＩＧＢＴのターンオフ指令信号の入力時点近傍で検出した電流検出値と、ターンオフ指令信号が入力されている期間の検出した電流値最大値との差が所定値以上のときにターンオフ指令信号が入力されてから実際にＩＧＢＴがターンオフするまでの時間を短くして、各素子の電流をバランスさせるゲート駆動回路が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６９４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる従来のゲート駆動回路では、ＩＧＢＴ毎に電流検出回路を設ける必要があるため、ＩＧＢＴを複数並列に接続して逆変換器等を構成する場合には、電流検出回路がＩＧＢＴの数だけ必要となり、回路構成が複雑かつ大掛かりなものとなり、コストが嵩むという問題があった。
【０００５】
以上の事情に鑑みて、本発明は、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の電力変換装置は、順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置であって、
前記素子ユニットは、該素子ユニットに含まれる前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に直列に接続され、該第１スイッチング素子および該第２スイッチング素子に流れる電流を検出する１つの直流電流検出手段と、該第１スイッチング素子を駆動する第１ゲート駆動回路と、該第２スイッチング素子を駆動する第２ゲート駆動回路とを備え、
前記逆変換器は、複数並列に接続された素子ユニット間において、前記第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態および前記第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態のいずれか一方または両方において、１つの素子ユニットを基準素子ユニットとして、該基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流との電流アンバランス量が解消するように、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作タイミングを制御することを特徴とする。
【０００７】
第１発明の電力変換装置によれば、各素子ユニットにおいて、１つの電流検出手段により第１スイッチング素子および第２スイッチング素子に流れる電流が検出される。
【０００８】
そして、各素子ユニットの第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態においては、基準素子ユニットの検出電流と他の素子ユニットの検出電流の電流アンバランス量が解消するように、基準素子ユニット以外の第１スイッチング素子の動作タイミングが第１ゲート駆動回路により制御される。
【０００９】
一方、各素子ユニットの第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態においては、基準素子ユニットの検出電流と他の素子ユニットの検出電流の電流アンバランス量が解消するように、基準素子ユニット以外の第２スイッチング素子の動作タイミングが第２ゲート駆動回路により制御される。
【００１０】
これにより、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のそれぞれに直流電流検出手段を設けなくても、各素子ユニット間の電流アンバランスを解消することができる。
【００１１】
このように、第１発明の電力変換装置によれば、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００１２】
第２発明の電力変換装置は、第１発明において、
前記逆変換器は、前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方または両方において、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントと、該基準計測ポイントに対応して、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された計測ポイントとの時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする。
【００１３】
第２発明の電力変換装置によれば、各素子ユニットにおける電流検出手段の検出電流の波形は経時変化を示すため、検出した電流値そのものを比較してそのアンバランスを定量化することが困難であるところ、その代わりに、波形上に設定された基準計測ポイントの時間差を電流アンバランス量とすることで、電流アンバランス量を容易に定量化することができ、かかる時間差を解消させることで、簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００１４】
第３発明の電力変換装置は、第２発明において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記基準計測ポイントとして該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの基準時間と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記計測ポイントとして、該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの時間との時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする。
【００１５】
第３発明の電力変換装置によれば、電流検出手段の検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントをターンオフのポイントとすることで、ゼロクロス点までの時間差であるγ時間を電流アンバランス量として容易に定量化することができる。また、かかるγ時間は、出力電流および電圧の位相差を表わすため、通常の電力変換装置では何らかの形で計測されている。そのγ時間を電流アンバランス量として用いることで、新たな装置構成を必要とせずに、簡易に電流アンバランス量を定量化することができる。
【００１６】
第４発明の電力変換装置は、第１〜第３発明のいずれかにおいて、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットおよび該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路の動作信号を生成するゲート信号生成回路と、少なくとも該基準素子ユニット以外の素子ユニットの該第１ゲート駆動回路および該第２ゲート駆動回路の動作信号を進退させるゲート調整回路とを備え、
前記ゲート調整回路は、前記電流アンバランス量が解消するように、前記基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作信号を進退させることを特徴とする。
【００１７】
第４発明の電力変換装置によれば、基準素子ユニット以外の第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の駆動タイミングが電流アンバランス量を解消するように、ゲート調整回路を介して第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路の動作信号が進退される。これにより、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも確実に電流アンバランスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の電力変換装置の全体構成を示す構成図。
【図２】複数の素子ユニットにより逆変換器を構成した場合の回路図。
【図３】逆変換器を並列に接続した場合のゲート調整回路の構成を示す説明図。
【図４】電流波形とゲート信号との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本実施形態の電力変換装置の構成について説明する。本実施形態の電力変換装置は、例えば、図１に示すように、誘導溶解炉の加熱制御装置に用いられる。
【００２０】
具体的に、誘導溶解炉の加熱制御装置は、電源１と、高圧受電盤２と、変換装置用変圧器３と、順変換器４と、逆変換器５と、高周波整合装置６と、誘導加熱装置７と、制御回路１０とを備える。順変換器４および逆変換器５で構成される回路が電力変換装置に相当する。
【００２１】
ここで、電源１は、定格の交流電源であって、高圧受電盤２に接続されている。
【００２２】
また、高圧受電盤２は、誘導加熱装置への電源通電・停止と故障発生時の電源遮断を行う装置であって、パワーヒューズ２ａと遮断機２ｂとを備える。パワーヒューズ２ａは、短絡事故時に電流遮断する手段であって、遮断機２ｂは、電源の通電と停止に伴う開閉動作を行う。
【００２３】
変換装置用変圧器３は、高圧受電盤２に接続され、電力変換装置の順変換器４への入力電圧が所定の値となるように調整する。
【００２４】
電力変換装置は、変換装置用変圧器３に接続され、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源から任意の高周波電流を生成するための装置であって、交流/直流変換器として機能する順変換器４と、直流/交流変換器として機能する逆変換器５とを備え、制御回路１０からの出力制御信号により制御される。
【００２５】
具体的に、順変換器４は、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂを備え、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂには、それぞれ直列に平滑用リアクトル４３ａ，４３ｂが接続されている。
【００２６】
一方、逆変換器５は、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂを備え、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂに並列に平滑用コンデンサ５２１ａおよび５２１ｂが接続されている。また、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂは、それぞれゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ（図２参照）により駆動される。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００２７】
さらに、逆変換器５には、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂの出力側の直流電圧を検出して直流電圧信号（ａ）を出力する直流電圧検出器５３１と、直流電流を検出して直流電流信号（ｂ）を出力する直流電流検出器５４１（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備え、直流電圧検出器５３１および直流電流検出器５４１の出力値は、制御回路１０に出力される。
【００２８】
なお、逆変換器５における制御処理は、逆変換器５内に制御回路（後述するゲート信号生成回路１１およびゲート調整回路１２）を設けて実行してもよいが、本実施形態では、制御回路１０の一機能として、逆変換器５の制御処理を行う場合について説明する。制御回路１０による逆変換器５の制御内容については詳細を後述する。
【００２９】
高周波整合装置６は、逆変換器５と誘導加熱装置７との間に設けられて、誘導加熱装置７が低力率であるため負荷力率を改善する。
【００３０】
具体的に、高周波整合装置６は、共振用コンデンサ６１ａ，６１ｂと、高周波整合装置６の出力電流を検出して出力電流信号（ｄ）を出力する電流検出器６２および出力電圧を検出して出力電圧信号（ｅ）を出力する電圧検出器６３等から構成される。
【００３１】
誘導加熱装置７は、高周波整合装置６から供給される高周波電流を加熱コイル７０に通電させることにより、溶解炉本体内に収納された被加熱材Ｘにうず電流を発生させ、うず電流により金属材料間に発生するジュール熱で被加熱材Ｘを昇温させて溶解させる。
【００３２】
制御回路１０は、誘導溶解炉の運転・停止、出力調整等の制御を行うと共に、誘導溶解炉の制御装置として出力力率を検出する力率検出部、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂの制御を行う制御信号生成部としての機能を備える。
【００３３】
次に、図２を参照して、図１の逆変換器５０１を複数並列に接続して逆変換器５を構成した場合について説明する。
【００３４】
図２では、図１の逆変換器５を基準素子ユニット５０１として、これに並列に素子ユニット５０２は、順変換器４の出力および高周波整合装置６に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂと、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂに並列に平滑用コンデンサ５２２ａおよび５２２ｂが接続されている。また、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂは、それぞれゲート駆動回路５５２ｕ，５５２ｘにより駆動される。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００３５】
さらに、この素子ユニット５０２の入力側の直流電圧を検出して直流電圧信号（ａ）を出力する直流電圧検出器５３２（図示省略）と、直流電流を検出して直流電流信号（ｂ）を出力する直流電流検出器５４２（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備え、直流電圧検出器５３２（図示省略）および直流電流検出器５４２の出力値は、制御回路１０に出力される。
【００３６】
なお、図２では説明の都合上、逆変換器５を２つ並列に接続しているが、並列数を３以上とする場合には、同様に、素子ユニット５０３（図示省略）は、順変換器４の出力および高周波整合装置６に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂ（図示省略）と、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂに並列に平滑用コンデンサ５２３ａおよび５２３ｂ（図示省略）が接続され、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂは、それぞれゲート駆動回路５５３ｕ，５５３ｘ（図示省略）により駆動される。
【００３７】
さらに、その素子ユニット５０３（図示省略）には、直流電圧検出器５３３と、直流電流検出器５４３（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備える。なお、この場合ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００３８】
次に、図３を参照して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂを駆動する駆動回路の構成について説明する。
【００３９】
ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂをそれぞれ駆動するゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘは、制御回路１０のゲート信号生成回路１１およびゲート調整（遅延）回路１２により出力される動作信号により動作する。
【００４０】
ゲート信号生成回路１１は、例えば、電流検出器６２の出力値である高周波整合装置６の出力電流信号（ｄ）と、電圧検出器６３の出力値である高周波整合装置６の出力電圧信号（ｅ）とから、高周波整合装置６から出力される交流電流・電圧の出力力率を算出し、その出力力率が所望の力率となるように、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂの動作信号を生成する。
【００４１】
ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１および基準素子ユニット以外の素子ユニット５０２の直流電流検出器５４１、５４２の直流電流信号（ｂ）に基づいて、各素子ユニット間の電流アンバランス量が解消するように、駆動するゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘの動作信号を進退（遅延）させる。
【００４２】
具体的に、ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流信号（ｂ）を直流電流信号Ｉｄ１とすると共に、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流信号（ｂ）を直流電流信号Ｉｄ２として、図４に示すように、ゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘのそれぞれの動作信号Ｓ１ｕ，Ｓ１ｘ、Ｓ２ｕ，Ｓ２ｘが生成される。
【００４３】
図４では、まず、最上段に基準素子ユニット５０１の出力電流波形を示している。その下段において、上側が、第１スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａに電流が流れる第１状態についての説明であり、下側が、第２スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂ，５１２ｂに電流が流れる第２状態についての説明である。
【００４４】
まず、第１状態について、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１を示し、その下段に、基準素子ユニット５０１におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａの電流値Ｉｕ１を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａの電流値Ｉｕ１は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４５】
さらに、第１状態について、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２を示し、その下段に、その素子ユニット５０２におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａの電流値Ｉｕ２を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａの電流値Ｉｕ２は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４６】
その下段には、基準素子ユニット５０１のＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａを動作させるためのゲート駆動回路５５１ｕの動作信号Ｓ１ｕと、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２のＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａを動作させるためのゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕを示す。
【００４７】
一方、その下段には、第２状態について、基準素子ユニット５０１におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂの電流値Ｉｘ１を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂの電流値Ｉｘ１は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４８】
さらに、第２状態について、その下段に、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂの電流値Ｉｘ２を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂの電流値Ｉｘ２は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４９】
その下段には、基準素子ユニット５０１のＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂを動作させるためのゲート駆動回路５５１ｘの動作信号Ｓ１ｘと、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２のＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂを動作させるためのゲート駆動回路５５２ｘの動作信号Ｓ２ｘを示す。
【００５０】
次に、図４を用いて、本実施形態における電流アンバランスの調整方法について説明する。
【００５１】
まず、第１状態におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａのターンオフは、それぞれゲート駆動回路５５１ｕの動作信号Ｓ１ｕと、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕとが、オンからオフへ切り替わることにより、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａがそれぞれターンオフ動作する。
【００５２】
ここで、各ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａにはそれぞれ固有の動作遅延時間があり、この動作遅延時間のばらつきにより、図４に示すように、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ（Ｉｕ１参照）に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ（Ｉｕ２参照）は、時間差Δｔだけ早くターンオフ動作する。
【００５３】
かかる時間差Δｔは、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１のターンオフからゼロクロス点までの時間γ１と、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２のターンオフからゼロクロス点までの時間γ２との時間差に等しい。すなわち、γ２−γ１＝Δｔとの関係になる。
【００５４】
そのため、ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれ時間γ１および時間γ２から時間差Δｔを電流アンバランス量として算出することができる。このとき、時間γは、出力電流および電圧の位相差を表わすため、通常の電力変換装置では各素子ユニット毎に計測されている。その時間γを電流アンバランス量として用いることで、新たな装置構成を必要とせずに、簡易に電流アンバランス量を定量化することができる。
【００５５】
そして、ゲート調整回路１２は、電流アンバランス量として定量化された時間差Δｔを次の第１状態におけるターンオフのタイミングで、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕに遅延時間として付加する。これにより、図４では、次の第１状態のターンオフのタイミングでは、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａの実質的なターンオフのタイミングを揃えることができる。これにより、次の第１状態のターンオフのタイミングでは、時間差Δｔが生じることなく、これにより、各素子ユニット間の電流アンバランスを確実に解消することができる。
【００５６】
このように、本実施形態の電力変換装置によれば、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂを複数並列に接続して逆変換器５等を構成した場合にも、各ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂに電流検出手段を設けることなく、簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、第１スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａに電流が流れる第１状態について、電流アンバランスを解消する場合について説明したが、第２スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂ，５１２ｂに電流が流れる第２状態においても同様に、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、電流アンバランスを解消することができる。
【００５８】
また、第１状態から第２状態への遷移状態、第２状態から第１状態への遷移状態のそれぞれにおいて、オフゲート信号から一定のデットタイムを介して与えられる次の他相のオンゲート信号については、時間差Δｔだけ遅延することになるが、遅れ位相におけるターンオンでは、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂに電流が流れず、実際にはフライホイールダイオードに流れるため（図４中の斜線部）、その影響はない。むしろ、これによりフライホイールダイオードに流れる電流のアンバランスを解消することができる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれのターンオフからゼロクロス点までのγ時間として定量化したが、これに限定されるものではなく、これらの電流波形上の例えば極大値や極小値を基準計測ポイントとして、その偏差を直接、電流アンバランス量としてもよく、極大値や極小値のタイミングからゼロクロス点など特定のポイントまでの時間差を電流アンバランス量としてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…電源、２…高圧受電盤、３…変換装置用変圧器、４…順変換器、５…逆変換器、６…高周波整合装置、７…誘導加熱装置、１０…制御回路、１１…ゲート信号生成回路、１２…ゲート調整回路、４１ａ，４１ｂ…ダイオード式順変換器、７０…加熱コイル、５０１…基準素子ユニット、５０２…素子ユニット、５１１ａ，５１２ａ…ＩＧＢＴ式逆変換器（第１スイッチング素子）、５１１ｂ，５１２ｂ…ＩＧＢＴ式逆変換器（第２スイッチング素子）、５４１，５４２…直流電流検出器（直流電流検出手段）、５５１ｕ，５５１ｘ，５５２ｕ，５５２ｘ…ゲート駆動回路、Ｘ…被加熱材。
【技術分野】
【０００１】
順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電力変換装置としては、下記特許文献１に示すように、スイッチング素子であるＩＧＢＴ毎に電流検出回路を設けて、ＩＧＢＴコレクタ電流値Ｄを検出し、そのＩＧＢＴコレクタ電流値Ｄが、ＩＧＢＴのターンオフ指令信号の入力時点近傍で検出した電流検出値と、ターンオフ指令信号が入力されている期間の検出した電流値最大値との差が所定値以上のときにターンオフ指令信号が入力されてから実際にＩＧＢＴがターンオフするまでの時間を短くして、各素子の電流をバランスさせるゲート駆動回路が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６９４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる従来のゲート駆動回路では、ＩＧＢＴ毎に電流検出回路を設ける必要があるため、ＩＧＢＴを複数並列に接続して逆変換器等を構成する場合には、電流検出回路がＩＧＢＴの数だけ必要となり、回路構成が複雑かつ大掛かりなものとなり、コストが嵩むという問題があった。
【０００５】
以上の事情に鑑みて、本発明は、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の電力変換装置は、順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置であって、
前記素子ユニットは、該素子ユニットに含まれる前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に直列に接続され、該第１スイッチング素子および該第２スイッチング素子に流れる電流を検出する１つの直流電流検出手段と、該第１スイッチング素子を駆動する第１ゲート駆動回路と、該第２スイッチング素子を駆動する第２ゲート駆動回路とを備え、
前記逆変換器は、複数並列に接続された素子ユニット間において、前記第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態および前記第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態のいずれか一方または両方において、１つの素子ユニットを基準素子ユニットとして、該基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流との電流アンバランス量が解消するように、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作タイミングを制御することを特徴とする。
【０００７】
第１発明の電力変換装置によれば、各素子ユニットにおいて、１つの電流検出手段により第１スイッチング素子および第２スイッチング素子に流れる電流が検出される。
【０００８】
そして、各素子ユニットの第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態においては、基準素子ユニットの検出電流と他の素子ユニットの検出電流の電流アンバランス量が解消するように、基準素子ユニット以外の第１スイッチング素子の動作タイミングが第１ゲート駆動回路により制御される。
【０００９】
一方、各素子ユニットの第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態においては、基準素子ユニットの検出電流と他の素子ユニットの検出電流の電流アンバランス量が解消するように、基準素子ユニット以外の第２スイッチング素子の動作タイミングが第２ゲート駆動回路により制御される。
【００１０】
これにより、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のそれぞれに直流電流検出手段を設けなくても、各素子ユニット間の電流アンバランスを解消することができる。
【００１１】
このように、第１発明の電力変換装置によれば、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００１２】
第２発明の電力変換装置は、第１発明において、
前記逆変換器は、前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方または両方において、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントと、該基準計測ポイントに対応して、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された計測ポイントとの時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする。
【００１３】
第２発明の電力変換装置によれば、各素子ユニットにおける電流検出手段の検出電流の波形は経時変化を示すため、検出した電流値そのものを比較してそのアンバランスを定量化することが困難であるところ、その代わりに、波形上に設定された基準計測ポイントの時間差を電流アンバランス量とすることで、電流アンバランス量を容易に定量化することができ、かかる時間差を解消させることで、簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００１４】
第３発明の電力変換装置は、第２発明において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記基準計測ポイントとして該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの基準時間と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記計測ポイントとして、該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの時間との時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする。
【００１５】
第３発明の電力変換装置によれば、電流検出手段の検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントをターンオフのポイントとすることで、ゼロクロス点までの時間差であるγ時間を電流アンバランス量として容易に定量化することができる。また、かかるγ時間は、出力電流および電圧の位相差を表わすため、通常の電力変換装置では何らかの形で計測されている。そのγ時間を電流アンバランス量として用いることで、新たな装置構成を必要とせずに、簡易に電流アンバランス量を定量化することができる。
【００１６】
第４発明の電力変換装置は、第１〜第３発明のいずれかにおいて、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットおよび該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路の動作信号を生成するゲート信号生成回路と、少なくとも該基準素子ユニット以外の素子ユニットの該第１ゲート駆動回路および該第２ゲート駆動回路の動作信号を進退させるゲート調整回路とを備え、
前記ゲート調整回路は、前記電流アンバランス量が解消するように、前記基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作信号を進退させることを特徴とする。
【００１７】
第４発明の電力変換装置によれば、基準素子ユニット以外の第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の駆動タイミングが電流アンバランス量を解消するように、ゲート調整回路を介して第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路の動作信号が進退される。これにより、スイッチング素子を複数並列に接続して逆変換器等を構成した場合にも確実に電流アンバランスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の電力変換装置の全体構成を示す構成図。
【図２】複数の素子ユニットにより逆変換器を構成した場合の回路図。
【図３】逆変換器を並列に接続した場合のゲート調整回路の構成を示す説明図。
【図４】電流波形とゲート信号との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、本実施形態の電力変換装置の構成について説明する。本実施形態の電力変換装置は、例えば、図１に示すように、誘導溶解炉の加熱制御装置に用いられる。
【００２０】
具体的に、誘導溶解炉の加熱制御装置は、電源１と、高圧受電盤２と、変換装置用変圧器３と、順変換器４と、逆変換器５と、高周波整合装置６と、誘導加熱装置７と、制御回路１０とを備える。順変換器４および逆変換器５で構成される回路が電力変換装置に相当する。
【００２１】
ここで、電源１は、定格の交流電源であって、高圧受電盤２に接続されている。
【００２２】
また、高圧受電盤２は、誘導加熱装置への電源通電・停止と故障発生時の電源遮断を行う装置であって、パワーヒューズ２ａと遮断機２ｂとを備える。パワーヒューズ２ａは、短絡事故時に電流遮断する手段であって、遮断機２ｂは、電源の通電と停止に伴う開閉動作を行う。
【００２３】
変換装置用変圧器３は、高圧受電盤２に接続され、電力変換装置の順変換器４への入力電圧が所定の値となるように調整する。
【００２４】
電力変換装置は、変換装置用変圧器３に接続され、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源から任意の高周波電流を生成するための装置であって、交流/直流変換器として機能する順変換器４と、直流/交流変換器として機能する逆変換器５とを備え、制御回路１０からの出力制御信号により制御される。
【００２５】
具体的に、順変換器４は、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂを備え、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂには、それぞれ直列に平滑用リアクトル４３ａ，４３ｂが接続されている。
【００２６】
一方、逆変換器５は、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂを備え、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂに並列に平滑用コンデンサ５２１ａおよび５２１ｂが接続されている。また、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂは、それぞれゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ（図２参照）により駆動される。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００２７】
さらに、逆変換器５には、ダイオード式順変換器４１ａ，４１ｂの出力側の直流電圧を検出して直流電圧信号（ａ）を出力する直流電圧検出器５３１と、直流電流を検出して直流電流信号（ｂ）を出力する直流電流検出器５４１（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備え、直流電圧検出器５３１および直流電流検出器５４１の出力値は、制御回路１０に出力される。
【００２８】
なお、逆変換器５における制御処理は、逆変換器５内に制御回路（後述するゲート信号生成回路１１およびゲート調整回路１２）を設けて実行してもよいが、本実施形態では、制御回路１０の一機能として、逆変換器５の制御処理を行う場合について説明する。制御回路１０による逆変換器５の制御内容については詳細を後述する。
【００２９】
高周波整合装置６は、逆変換器５と誘導加熱装置７との間に設けられて、誘導加熱装置７が低力率であるため負荷力率を改善する。
【００３０】
具体的に、高周波整合装置６は、共振用コンデンサ６１ａ，６１ｂと、高周波整合装置６の出力電流を検出して出力電流信号（ｄ）を出力する電流検出器６２および出力電圧を検出して出力電圧信号（ｅ）を出力する電圧検出器６３等から構成される。
【００３１】
誘導加熱装置７は、高周波整合装置６から供給される高周波電流を加熱コイル７０に通電させることにより、溶解炉本体内に収納された被加熱材Ｘにうず電流を発生させ、うず電流により金属材料間に発生するジュール熱で被加熱材Ｘを昇温させて溶解させる。
【００３２】
制御回路１０は、誘導溶解炉の運転・停止、出力調整等の制御を行うと共に、誘導溶解炉の制御装置として出力力率を検出する力率検出部、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂの制御を行う制御信号生成部としての機能を備える。
【００３３】
次に、図２を参照して、図１の逆変換器５０１を複数並列に接続して逆変換器５を構成した場合について説明する。
【００３４】
図２では、図１の逆変換器５を基準素子ユニット５０１として、これに並列に素子ユニット５０２は、順変換器４の出力および高周波整合装置６に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂと、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂに並列に平滑用コンデンサ５２２ａおよび５２２ｂが接続されている。また、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ，５１２ｂは、それぞれゲート駆動回路５５２ｕ，５５２ｘにより駆動される。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００３５】
さらに、この素子ユニット５０２の入力側の直流電圧を検出して直流電圧信号（ａ）を出力する直流電圧検出器５３２（図示省略）と、直流電流を検出して直流電流信号（ｂ）を出力する直流電流検出器５４２（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備え、直流電圧検出器５３２（図示省略）および直流電流検出器５４２の出力値は、制御回路１０に出力される。
【００３６】
なお、図２では説明の都合上、逆変換器５を２つ並列に接続しているが、並列数を３以上とする場合には、同様に、素子ユニット５０３（図示省略）は、順変換器４の出力および高周波整合装置６に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂ（図示省略）と、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂに並列に平滑用コンデンサ５２３ａおよび５２３ｂ（図示省略）が接続され、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａ，５１３ｂは、それぞれゲート駆動回路５５３ｕ，５５３ｘ（図示省略）により駆動される。
【００３７】
さらに、その素子ユニット５０３（図示省略）には、直流電圧検出器５３３と、直流電流検出器５４３（本発明の直流電流検出手段に相当する）とを備える。なお、この場合ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ａが本発明の第１スイッチング素子に相当し、ＩＧＢＴ式逆変換器５１３ｂが第２スイッチング素子に相当する。
【００３８】
次に、図３を参照して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂを駆動する駆動回路の構成について説明する。
【００３９】
ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂをそれぞれ駆動するゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘは、制御回路１０のゲート信号生成回路１１およびゲート調整（遅延）回路１２により出力される動作信号により動作する。
【００４０】
ゲート信号生成回路１１は、例えば、電流検出器６２の出力値である高周波整合装置６の出力電流信号（ｄ）と、電圧検出器６３の出力値である高周波整合装置６の出力電圧信号（ｅ）とから、高周波整合装置６から出力される交流電流・電圧の出力力率を算出し、その出力力率が所望の力率となるように、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂの動作信号を生成する。
【００４１】
ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１および基準素子ユニット以外の素子ユニット５０２の直流電流検出器５４１、５４２の直流電流信号（ｂ）に基づいて、各素子ユニット間の電流アンバランス量が解消するように、駆動するゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘの動作信号を進退（遅延）させる。
【００４２】
具体的に、ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流信号（ｂ）を直流電流信号Ｉｄ１とすると共に、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流信号（ｂ）を直流電流信号Ｉｄ２として、図４に示すように、ゲート駆動回路５５１ｕ，５５１ｘ、５５２ｕ，５５２ｘのそれぞれの動作信号Ｓ１ｕ，Ｓ１ｘ、Ｓ２ｕ，Ｓ２ｘが生成される。
【００４３】
図４では、まず、最上段に基準素子ユニット５０１の出力電流波形を示している。その下段において、上側が、第１スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａに電流が流れる第１状態についての説明であり、下側が、第２スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂ，５１２ｂに電流が流れる第２状態についての説明である。
【００４４】
まず、第１状態について、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１を示し、その下段に、基準素子ユニット５０１におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａの電流値Ｉｕ１を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａの電流値Ｉｕ１は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４５】
さらに、第１状態について、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２を示し、その下段に、その素子ユニット５０２におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａの電流値Ｉｕ２を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａの電流値Ｉｕ２は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４６】
その下段には、基準素子ユニット５０１のＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａを動作させるためのゲート駆動回路５５１ｕの動作信号Ｓ１ｕと、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２のＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａを動作させるためのゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕを示す。
【００４７】
一方、その下段には、第２状態について、基準素子ユニット５０１におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂの電流値Ｉｘ１を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂの電流値Ｉｘ１は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４８】
さらに、第２状態について、その下段に、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂの電流値Ｉｘ２を示す。なお、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂの電流値Ｉｘ２は説明のために用いるものであり、実際の計測値ではない。
【００４９】
その下段には、基準素子ユニット５０１のＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂを動作させるためのゲート駆動回路５５１ｘの動作信号Ｓ１ｘと、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２のＩＧＢＴ式逆変換器５１２ｂを動作させるためのゲート駆動回路５５２ｘの動作信号Ｓ２ｘを示す。
【００５０】
次に、図４を用いて、本実施形態における電流アンバランスの調整方法について説明する。
【００５１】
まず、第１状態におけるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａのターンオフは、それぞれゲート駆動回路５５１ｕの動作信号Ｓ１ｕと、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕとが、オンからオフへ切り替わることにより、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａがそれぞれターンオフ動作する。
【００５２】
ここで、各ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａにはそれぞれ固有の動作遅延時間があり、この動作遅延時間のばらつきにより、図４に示すように、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ（Ｉｕ１参照）に対して、ＩＧＢＴ式逆変換器５１２ａ（Ｉｕ２参照）は、時間差Δｔだけ早くターンオフ動作する。
【００５３】
かかる時間差Δｔは、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１のターンオフからゼロクロス点までの時間γ１と、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２のターンオフからゼロクロス点までの時間γ２との時間差に等しい。すなわち、γ２−γ１＝Δｔとの関係になる。
【００５４】
そのため、ゲート調整回路１２は、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれ時間γ１および時間γ２から時間差Δｔを電流アンバランス量として算出することができる。このとき、時間γは、出力電流および電圧の位相差を表わすため、通常の電力変換装置では各素子ユニット毎に計測されている。その時間γを電流アンバランス量として用いることで、新たな装置構成を必要とせずに、簡易に電流アンバランス量を定量化することができる。
【００５５】
そして、ゲート調整回路１２は、電流アンバランス量として定量化された時間差Δｔを次の第１状態におけるターンオフのタイミングで、ゲート駆動回路５５２ｕの動作信号Ｓ２ｕに遅延時間として付加する。これにより、図４では、次の第１状態のターンオフのタイミングでは、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａの実質的なターンオフのタイミングを揃えることができる。これにより、次の第１状態のターンオフのタイミングでは、時間差Δｔが生じることなく、これにより、各素子ユニット間の電流アンバランスを確実に解消することができる。
【００５６】
このように、本実施形態の電力変換装置によれば、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂを複数並列に接続して逆変換器５等を構成した場合にも、各ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂに電流検出手段を設けることなく、簡易かつ確実に電流アンバランスを解消することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、第１スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１２ａに電流が流れる第１状態について、電流アンバランスを解消する場合について説明したが、第２スイッチング素子であるＩＧＢＴ式逆変換器５１１ｂ，５１２ｂに電流が流れる第２状態においても同様に、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、電流アンバランスを解消することができる。
【００５８】
また、第１状態から第２状態への遷移状態、第２状態から第１状態への遷移状態のそれぞれにおいて、オフゲート信号から一定のデットタイムを介して与えられる次の他相のオンゲート信号については、時間差Δｔだけ遅延することになるが、遅れ位相におけるターンオンでは、ＩＧＢＴ式逆変換器５１１ａ，５１１ｂ、５１２ａ，５１２ｂに電流が流れず、実際にはフライホイールダイオードに流れるため（図４中の斜線部）、その影響はない。むしろ、これによりフライホイールダイオードに流れる電流のアンバランスを解消することができる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、基準素子ユニット５０１における直流電流検出器５４１の直流電流の検出値Ｉｄ１および、基準素子ユニット５０１以外の素子ユニット５０２における直流電流検出器５４２の直流電流の検出値Ｉｄ２に基づいて、それぞれのターンオフからゼロクロス点までのγ時間として定量化したが、これに限定されるものではなく、これらの電流波形上の例えば極大値や極小値を基準計測ポイントとして、その偏差を直接、電流アンバランス量としてもよく、極大値や極小値のタイミングからゼロクロス点など特定のポイントまでの時間差を電流アンバランス量としてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…電源、２…高圧受電盤、３…変換装置用変圧器、４…順変換器、５…逆変換器、６…高周波整合装置、７…誘導加熱装置、１０…制御回路、１１…ゲート信号生成回路、１２…ゲート調整回路、４１ａ，４１ｂ…ダイオード式順変換器、７０…加熱コイル、５０１…基準素子ユニット、５０２…素子ユニット、５１１ａ，５１２ａ…ＩＧＢＴ式逆変換器（第１スイッチング素子）、５１１ｂ，５１２ｂ…ＩＧＢＴ式逆変換器（第２スイッチング素子）、５４１，５４２…直流電流検出器（直流電流検出手段）、５５１ｕ，５５１ｘ，５５２ｕ，５５２ｘ…ゲート駆動回路、Ｘ…被加熱材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置であって、
前記素子ユニットは、該素子ユニットに含まれる前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に直列に接続され、該第１スイッチング素子および該第２スイッチング素子に流れる電流を検出する１つの直流電流検出手段と、該第１スイッチング素子を駆動する第１ゲート駆動回路と、該第２スイッチング素子を駆動する第２ゲート駆動回路とを備え、
前記逆変換器は、複数並列に接続された素子ユニット間において、前記第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態および前記第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態のいずれか一方または両方において、１つの素子ユニットを基準素子ユニットとして、該基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流との電流アンバランス量が解消するように、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作タイミングを制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方または両方において、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントと、該基準計測ポイントに対応して、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された計測ポイントとの時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記基準計測ポイントとして該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの基準時間と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記計測ポイントとして、該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの時間との時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットおよび該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路の動作信号を生成するゲート信号生成回路と、少なくとも該基準素子ユニット以外の素子ユニットの該第１ゲート駆動回路および該第２ゲート駆動回路の動作信号を進退させるゲート調整回路とを備え、
前記ゲート調整回路は、前記電流アンバランス量が解消するように、前記基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作信号を進退させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
順変換器と、交互に動作する第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を一対とする素子ユニットが複数並列に接続された逆変換器とが直列共振型回路を構成する電力変換装置であって、
前記素子ユニットは、該素子ユニットに含まれる前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子に直列に接続され、該第１スイッチング素子および該第２スイッチング素子に流れる電流を検出する１つの直流電流検出手段と、該第１スイッチング素子を駆動する第１ゲート駆動回路と、該第２スイッチング素子を駆動する第２ゲート駆動回路とを備え、
前記逆変換器は、複数並列に接続された素子ユニット間において、前記第１スイッチング素子に電流が流れる第１状態および前記第２スイッチング素子に電流が流れる第２状態のいずれか一方または両方において、１つの素子ユニットを基準素子ユニットとして、該基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流との電流アンバランス量が解消するように、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作タイミングを制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記第１状態および前記第２状態のいずれか一方または両方において、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された基準計測ポイントと、該基準計測ポイントに対応して、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上に設定された計測ポイントとの時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記基準計測ポイントとして該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの基準時間と、該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記直流電流検出手段による検出電流の波形上のターンオフのポイントを前記計測ポイントとして、該ターンオフのポイントからゼロクロス点までの時間との時間差を前記電流アンバランス量として検出することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の電力変換装置において、
前記逆変換器は、前記基準素子ユニットおよび該基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および前記第２ゲート駆動回路の動作信号を生成するゲート信号生成回路と、少なくとも該基準素子ユニット以外の素子ユニットの該第１ゲート駆動回路および該第２ゲート駆動回路の動作信号を進退させるゲート調整回路とを備え、
前記ゲート調整回路は、前記電流アンバランス量が解消するように、前記基準素子ユニット以外の素子ユニットの前記第１ゲート駆動回路および第２ゲート駆動回路のいずれか一方または両方の動作信号を進退させることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４６４８５（Ｐ２０１３−４６４８５Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２２２５（Ｐ２０１１−１８２２２５）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２４２１２７）北芝電機株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【出願人】（０００２４２１２７）北芝電機株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
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