JP2019036405A - 電源装置および遮断スイッチ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化の抑制を図ることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】この電源装置１００は、負荷３００に電力を供給する交流電源１と、交流電源１と負荷３００との間に設けられる主回路スイッチ２と、主回路スイッチ２に並列に接続され、転流コンデンサ３ａを含む転流回路３と、主回路スイッチ２および転流回路３の各々に並列に接続され、副転流コンデンサ４ａを含む副転流回路４と、転流回路３および副転流回路４の各々に対して共通に直列接続される共振リアクトル６と、を備える。さらに、電源装置１００は、主回路スイッチ２に所定の電流値よりも大きい事故電流が流れた場合に、転流コンデンサ３ａを放電することにより事故電流を打ち消す方向に重畳電流を主回路スイッチ２に流した後に、重畳電流により共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電するように構成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、電源装置および遮断スイッチ回路に関し、特に、転流回路を備える電源装置および遮断スイッチ回路に関する。

従来、転流回路を備える電源装置および遮断スイッチ回路が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の電流遮断装置は、遮断器と、遮断器の下流系統側端子に接続される第１の開閉器と、を備える。また、上記電流遮断装置は、限流装置と、コンデンサとを備え、限流装置およびコンデンサの各々は、第１の開閉器と並列に接続されている。また、限流装置とコンデンサとの間には、第２の開閉器が配置されている。また、上記電流遮断装置は、遮断器の上流系統側端子とコンデンサの下流系統側端子との間に配置される、第３の開閉器およびリアクトルを備える。第３の開閉器とリアクトルとは、直列に接続されている。

上記特許文献１の電流遮断装置において、下流系統側で地絡電流が発生した場合、事故電流が流れる。事故電流が流れた場合、遮断器および第１の開閉器が開極され、遮断器を通過した電流は限流装置に流れる。限流装置に電流が流れることにより、限流装置の端子間電圧が上昇し、限流装置に並列接続されているコンデンサが充電される。その後、第２の開閉器を開極するとともに第３の開閉器を閉極することによって、コンデンサ、遮断器、第３の開閉器、および、リアクトルとの間で閉回路が形成される。この閉回路において、コンデンサに充電された電荷により、事故電流と逆極性を有する電流（重畳電流）が流れる。そして、事故電流と重畳電流とが重畳することにより、遮断器において電流零点が形成される。これにより、遮断器が消弧するとともに遮断される。

ここで、遮断器を遮断した後であっても、重畳電流を流したことによりリアクトルにエネルギーが残留した状態になっていると考えられる。そして、リアクトルに残留しているエネルギーをコンデンサに充電させることにより消費させることが考えられる。この場合、コンデンサには、重畳電流を流す前とは逆電圧で充電されるため、重畳電流を流す前とは極性が反転した状態になる。

特開２０１４−１７５０７７号公報

したがって、上記特許文献１に記載の電流遮断装置では、両極性に対応可能なコンデンサを備える必要がある。ここで、一般的に、両極性に対応可能なコンデンサは、一方の極性のみに対応可能なコンデンサに比べて、容量あたりの大きさが大きい。このため、両極性に対応可能なコンデンサを備えることによって、装置が大型化するという問題点がある。

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、装置の大型化の抑制を図ることが可能な電源装置および遮断スイッチ回路を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電源装置は、負荷に電力を供給する電源と、電源と負荷との間に設けられる主回路スイッチと、主回路スイッチに並列に接続され、第１コンデンサを含む第１転流回路と、主回路スイッチおよび第１転流回路の各々に並列に接続され、第２コンデンサを含む第２転流回路と、第１転流回路および第２転流回路の各々に対して共通に直列接続される共振リアクトルと、を備え、主回路スイッチに所定の電流値よりも大きい過電流が流れた場合に、第１コンデンサを放電することにより過電流を打ち消す方向に重畳電流を主回路スイッチに流した後に、重畳電流により共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを第２コンデンサに充電するように構成されている。

この発明の第１の局面による電源装置では、上記のように、第１コンデンサを放電することにより重畳電流を流すとともに、共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを第２コンデンサに充電することにより、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々が、重畳電流を流すための放電、および、共振リアクトルからのエネルギーの充電のうちのいずれか一方のみを行うように構成することができる。これにより、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々を、上記充電および放電の両方に対応可能にするために両極性対応のコンデンサにより構成する必要がない。すなわち、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することができる。ここで、一般的に、両極性に対応可能なコンデンサの容量と一方の極性に対応可能なコンデンサの容量とが等しい場合では、一方の極性に対応可能なコンデンサの大きさは、両極性に対応可能なコンデンサの大きさの半分よりも小さい。したがって、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することによって、電源装置の大型化の抑制を図ることができる。

また、共振リアクトルを、第１転流回路および第２転流回路の各々に対して共通に設けることによって、第１転流回路および第２転流回路の各々に個別に共振リアクトルが設けられている場合に比べて、電源装置の構成を簡略化することができるとともに、部品点数の増加を抑制することができる。

上記第１の局面による電源装置において、好ましくは、第１転流回路は、転流回路用スイッチを含み、主回路スイッチに過電流が流れた場合に、転流回路用スイッチをオンすることによって重畳電流を主回路スイッチに流すとともに、転流回路用スイッチをオフすることによって共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを第２コンデンサに充電するように構成されている。このように構成すれば、転流回路用スイッチのオンオフを切り替えることによって、重畳電流を主回路スイッチに流すタイミング、および、共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを消費する（第２コンデンサに充電する）タイミングを容易に制御することができる。

この場合、好ましくは、重畳電流がピーク値に到達するまでに、転流回路用スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。ここで、重畳電流がピーク値に到達した場合は、第１コンデンサの充電がすべて放電された場合である。このため、重畳電流がピーク値に到達した後も転流回路用スイッチのオン状態が継続された場合は、（共振リアクトルより重畳電流が維持されるので）第１コンデンサが放電前と逆電圧で充電されてしまう。したがって、重畳電流がピーク値に到達するまでに、転流回路用スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えることによって、第１コンデンサが放電前と逆電圧で充電されるのを抑制することができる。

上記第１の局面による電源装置において、好ましくは、第２転流回路は、ダイオードを含み、ダイオードのアノードは、第２コンデンサと接続されているとともに、ダイオードのカソードは、第１コンデンサから主回路スイッチに向かって重畳電流が流れる配線に接続されている。このように構成すれば、第１コンデンサからの重畳電流が第２コンデンサ側に漏れるのを抑制することができるので、重畳電流によって主回路スイッチに流れる過電流を打ち消すのをより効率的に行うことができる。

上記第１の局面による電源装置において、好ましくは、第１コンデンサの静電容量は第２コンデンサの静電容量以上であるとともに、第１コンデンサの定格電圧は第２コンデンサの定格電圧以上である。ここで、コンデンサが保有可能なエネルギーは、コンデンサの静電容量および定格電圧の各々が大きいほど大きくなる。したがって、第１コンデンサの静電容量が第２コンデンサの静電容量以上であるとともに、第１コンデンサの定格電圧が第２コンデンサの定格電圧以上であることによって、第１コンデンサが保有可能なエネルギーを第２コンデンサが保有可能なエネルギーよりも大きくすることができる。その結果、第１コンデンサから放電するとともに第２コンデンサに充電する過程において、第１コンデンサのエネルギーが消費尽くされる（充電が放電し尽くされる）のを抑制することができる。これにより、第１コンデンサに放電前と逆電圧が印加されるのをより効果的に抑制することができる。

上記第１の局面による電源装置において、好ましくは、電源装置内の直流回路用の平滑コンデンサをさらに備え、平滑コンデンサは、第１コンデンサを兼ねる。このように構成すれば、平滑コンデンサとは別個に第１コンデンサを設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

この場合、好ましくは、第１コンデンサは、電源装置内の直流回路からの電力により充電されている。このように構成すれば、電源装置内の直流回路からの電力を流用して第１コンデンサを充電することができる。その結果、第１コンデンサの充電専用の回路が設けられる場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

上記第１の局面による電源装置において、好ましくは、第１コンデンサおよび第２コンデンサは、有極性のコンデンサであって、順極性に充電される。このように構成すれば、有極性のコンデンサ（一方の極性に対応可能なコンデンサ）は、一般的に、両極性に対応可能なコンデンサよりも比較的小さいので、電源装置の大型化の抑制を容易に図ることができる。また、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々が順極性に充電されることによって、第１コンデンサおよび第２コンデンサの一方が順極性に充電され、他方が逆極性に充電される場合とは異なり、第１コンデンサおよび第２コンデンサを同種類のコンデンサにより構成することができる。その結果、部品種類の増加を抑制することができる。

この発明の第２の局面による遮断スイッチ回路は、電源と負荷との間に設けられる主回路スイッチと、主回路スイッチに並列に接続され、第１コンデンサを含む第１転流回路と、主回路スイッチおよび第１転流回路の各々に並列に接続され、第２コンデンサを含む第２転流回路と、第１転流回路および第２転流回路の各々に対して共通に直列接続される共振リアクトルと、を備え、主回路スイッチに所定の電流値よりも大きい過電流が流れた場合に、第１コンデンサを放電することにより過電流を打ち消す方向に重畳電流を主回路スイッチに流した後に、重畳電流により共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを第２コンデンサに充電するように構成されている。

この発明の第２の局面による遮断スイッチ回路では、上記のように、第１コンデンサを放電することにより重畳電流を流すとともに、共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを第２コンデンサに充電することにより、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々が、重畳電流を流すための放電、および、共振リアクトルのエネルギーの充電のうちのいずれか一方のみを行うように構成することができる。その結果、第１コンデンサおよび第２コンデンサの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することができるので、遮断スイッチ回路の大型化の抑制を図ることができる。

また、共振リアクトルを、第１転流回路および第２転流回路の各々に対して共通に設けることによって、第１転流回路および第２転流回路の各々に個別に共振リアクトルが設けられている場合に比べて、遮断スイッチ回路の構成を簡略化することができるとともに、部品点数の増加を抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、装置の大型化の抑制を図ることができる。

一実施形態による電源装置（遮断スイッチ回路）の回路構成を示した図である。 一実施形態による電源装置（遮断スイッチ回路）の各部の状態を説明するためのグラフである。 一実施形態による電源装置（遮断スイッチ回路）に定常電流が流れている場合の図である。 一実施形態による電源装置（遮断スイッチ回路）に過電流（事故電流）が流れている場合の図である。 一実施形態による転流コンデンサから重畳電流が流れている場合の図である。 一実施形態による共振リアクトルにより重畳電流が流されている場合の図である。 一実施形態による副転流コンデンサを放電している場合の図である。 一実施形態の第１変形例による主回路スイッチがサイリスタにより構成されている場合の図である。 一実施形態の第２変形例による電源装置内の直流回路の平滑コンデンサが第１コンデンサを兼ねている場合の図である。 一実施形態の第３変形例によるサイリスタブリッジが設けられている場合の図である。

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。

［実施形態］
図１〜図７を参照して、本実施形態による電源装置１００および遮断スイッチ回路２００の構成について説明する。なお、電源装置１００として、無停電電源装置または自動切換装置などが例として挙げられる。なお、後述する交流電源１は３相の交流電源であるが、図１、および、図３〜図９では概略的に図示している。

（電源装置の構成）
まず、図１を参照して、電源装置１００および遮断スイッチ回路２００の概略の構成について説明する。図１に示すように、電源装置１００は、負荷３００に電力を供給する交流電源１を備える。また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、交流電源１と負荷３００との間に設けられる主回路スイッチ２を備える。主回路スイッチ２は、機械式スイッチである。また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）には、主回路スイッチ２に過大な電圧が発生することを抑制するために、主回路スイッチ２に並列に接続されるサージアブソーバ２ａが設けられている。なお、交流電源１は、特許請求の範囲の「電源」の一例である。

また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、主回路スイッチ２に並列に接続される転流回路３を備える。転流回路３は、転流コンデンサ３ａと、充電回路３ｂと、スイッチ３ｃとを含む。充電回路３ｂは、転流コンデンサ３ａに並列に接続されており、転流コンデンサ３ａを充電する。充電回路３ｂには、外部の電源等から電力が供給されている。また、転流コンデンサ３ａとスイッチ３ｃとは直列に接続されている。具体的には、スイッチ３ｃは交流電源１側に配置され、転流コンデンサ３ａは負荷３００側に配置されている。なお、スイッチ３ｃは、機械式スイッチである。また、転流回路３は、転流コンデンサ３ａと充電回路３ｂとの間に設けられるダイオード３ｄを含む。ダイオード３ｄのカソードが転流コンデンサ３ａの正電極端子（図１において＋と表記）に接続され、ダイオード３ｄのアノードが充電回路３ｂに接続されている。ダイオード３ｄにより、充電回路３ｂから転流コンデンサ３ａへの充電電流が充電回路３ｂ側に逆流するのを抑制することが可能である。なお、転流回路３および転流コンデンサ３ａは、それぞれ、特許請求の範囲の「第１転流回路」および「第１コンデンサ」の一例である。また、スイッチ３ｃは、特許請求の範囲の「転流回路用スイッチ」の一例である。

転流コンデンサ３ａは、負荷３００側（スイッチ３ｃに接続されている側とは反対側）の端子が正電極端子となるように配置されている。転流コンデンサ３ａの正電極端子には、充電回路３ｂにより正電圧が印加（正電荷が充電）されている。なお、転流コンデンサ３ａは、たとえば、アルミ電解コンデンサである。

また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、主回路スイッチ２および転流回路３の各々に並列に接続される副転流回路４を備える。副転流回路４は、副転流コンデンサ４ａと、放電回路４ｂと、ダイオード４ｃとを含む。放電回路４ｂは、副転流コンデンサ４ａに並列に接続されており、副転流コンデンサ４ａの充電電圧を放電するために設けられている。これにより、副転流コンデンサ４ａが電気的ストレスにより劣化するのを抑制することが可能である。また、副転流コンデンサ４ａとダイオード４ｃとは直列に接続されている。具体的には、副転流コンデンサ４ａは交流電源１側に配置され、ダイオード４ｃは負荷３００側に配置されている。なお、副転流回路４および副転流コンデンサ４ａは、それぞれ、特許請求の範囲の「第２転流回路」および「第２コンデンサ」の一例である。

副転流コンデンサ４ａは、交流電源１側（ダイオード４ｃに接続されている側とは反対側）の端子が正電極端子（図１において＋と表記）となるように配置されている。また、副転流コンデンサ４ａの負荷３００側（負電極側）の端子は、ダイオード４ｃのアノードに接続されている。なお、副転流コンデンサ４ａは、たとえば、アルミ電解コンデンサである。

ここで、本実施形態では、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａは、有極性のコンデンサであって、順極性に充電される。すなわち、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々は、正電極端子（図１において＋と表記）に対してのみ充電可能に構成されている。

また、本実施形態では、転流コンデンサ３ａの静電容量は副転流コンデンサ４ａの静電容量よりも大きい。また、転流コンデンサ３ａの定格電圧は副転流コンデンサ４ａの定格電圧よりも大きい。すなわち、転流コンデンサ３ａが保有可能なエネルギーは、副転流コンデンサ４ａが保有可能なエネルギーよりも大きい。

また、本実施形態では、ダイオード４ｃのカソードは、転流コンデンサ３ａから主回路スイッチ２に向かって重畳電流（後述）が流れる配線５に接続されている。具体的には、ダイオード４ｃのカソードは、転流コンデンサ３ａ（正電極側）とサイリスタ７（後述）との間の接続点Ａに接続されている。

また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、転流回路３および副転流回路４の各々に対して共通に直列接続される単一の共振リアクトル６を備える。具体的には、共振リアクトル６は、交流電源１とスイッチ３ｃとの間で、かつ、交流電源１と副転流コンデンサ４ａの正電極端子との間に配置されている。

また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）には、転流回路３および副転流回路４の各々に対して共通に直列接続される単一のサイリスタ７が設けられている。具体的には、サイリスタ７のカソードは、主回路スイッチ２に接続されている。また、サイリスタ７のアノードは、転流コンデンサ３ａ（正電極側）およびダイオード４ｃ（カソード）と接続されている。

また、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）には、負荷３００側に向かって流れる電流値を検出する検出器８が設けられている。

ここで、本実施形態では、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、主回路スイッチ２に所定の電流値よりも大きい事故電流（図４参照）が流れた場合に、転流コンデンサ３ａを放電することにより事故電流を打ち消す方向に重畳電流（図５参照）を主回路スイッチ２に流す。その後、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、重畳電流により共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電する。事故電流とは、負荷３００側の配線に短絡事故が発生した場合などに、事故点（図４参照）に向かって流れる電流のことである。事故電流は、電源装置１００の通常動作時に流れる電流値よりも大きいので、検出器８の検出値が所定の電流値（検出器８に設定されたしきい値）よりも大きくなる場合がある。この場合、検出器８の検出結果に基づいて、図示しないＣＰＵにより、重畳電流が主回路スイッチ２に流されるように制御される。以下に、図２〜図７を参照して、事故電流が流れた際の回路動作を詳細に説明する。なお、事故電流は、特許請求の範囲の「過電流」の一例である。

まず、図３に示すように、電源装置１００の通常動作時においては、主回路スイッチ２を介して、交流電源１から負荷３００に向かって定常電流が流れている。この場合、主回路スイッチ２はオンしている。また、スイッチ３ｃおよびサイリスタ７の各々はオフしている。なお、図２では、定常電流を破線により表示している。

図２の期間（１）は、主回路スイッチ２に定常電流が流れている期間である。この期間（１）においては、負荷３００側の出力電流（図２（ａ）参照）および出力電圧（図２（ｂ）参照）は大きく変動せず略一定である。また、期間（１）においては、転流コンデンサ３ａの充電電圧（図２（ｄ）参照）は、初期充電量を維持したまま変動しない。

次に、図４に示すように、負荷３００側の配線の事故点において事故が発生することにより、主回路スイッチ２を介して、交流電源１から負荷３００に向かって事故電流が流れる。図２の期間（２）は、主回路スイッチ２に事故電流のみが流れている期間である。この期間（２）においては、事故電流が発生することにより、負荷３００側の出力電流（図２（ａ）参照）が増大する。また、期間（２）においては、負荷３００側の出力電圧（図２（ｂ）参照）は低下するとともに、転流コンデンサ３ａの充電電圧（図２（ｄ）参照）は初期充電量を維持したまま変動しない。なお、図４では、事故電流を破線により表示している。

ここで、本実施形態では、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、図５に示すように、主回路スイッチ２に事故電流が流れた場合に、スイッチ３ｃをオンすることによって重畳電流を主回路スイッチ２に流す。図２の期間（３）は、主回路スイッチ２に重畳電流および事故電流が流れている期間である。具体的には、主回路スイッチ２に事故電流が流れることにより、検出器８の検出結果（電流値）が所定の電流値（検出器８に設定されたしきい値）よりも大きくなると、図示しないＣＰＵまたは駆動装置により、スイッチ３ｃおよびサイリスタ７の各々にオン指令が送信される。また、スイッチ３ｃおよびサイリスタ７の各々にオン指令が送信されるのと同時に、主回路スイッチ２にオフ指令が送信される。

これにより、転流コンデンサ３ａ（正電極側）から主回路スイッチ２に向かって重畳電流が流れる。具体的には、重畳電流は、転流コンデンサ３ａ、サイリスタ７、主回路スイッチ２、共振リアクトル６、および、スイッチ３ｃにより構成される共振回路を流れる。主回路スイッチ２を流れる重畳電流の向きは、主回路スイッチ２を流れる事故電流の向きと反対方向である。なお、この場合、ダイオード４ｃにより、重畳電流が副転流コンデンサ４ａに流れることが防止されている。

また、期間（３）（図２参照）において、事故電流が重畳電流により打ち消されることにより、負荷３００側の出力電流（図２（ａ）参照）は低下する。また、期間（３）において、重畳電流が流れることにより共振リアクトル６の通電電流（図２（ｃ）参照）は増加し、転流コンデンサ３ａの充電が放電されることにより転流コンデンサ３ａの充電電圧（図２（ｄ）参照）は低下する。そして、負荷３００側の出力電流（事故電流）が０Ａになったことにより、スイッチ３ｃにオフ指令が送信される。

ここで、本実施形態では、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、重畳電流がピーク値に到達するまでに、スイッチ３ｃをオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている。すなわち、スイッチ３ｃがオン状態からオフ状態に切り替えられる時点において、転流コンデンサ３ａにはエネルギー（充電電圧）は残存している（図２（ｄ）参照）状態である。

また、本実施形態では、電源装置１００（遮断スイッチ回路２００）は、図６に示すように、スイッチ３ｃをオフすることによって共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電する。図２の期間（４）は、共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーが副転流コンデンサ４ａに充電される期間である。具体的には、期間（３）において重畳電流により共振リアクトル６には所定のエネルギーが蓄積される。これにより、スイッチ３ｃがオフされることにより転流コンデンサ３ａから重畳電流が流れなくなった期間（４）において、共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーにより重畳電流が維持される。共振リアクトル６によって維持される重畳電流は、共振リアクトル６、副転流コンデンサ４ａ、ダイオード４ｃ、サイリスタ７、および、主回路スイッチ２により構成される閉回路を流れる。これにより、副転流コンデンサ４ａ（正電極側）が重畳電流により充電される。なお、期間（４）において、サイリスタ７のゲートに入力されている信号がオフにされる。

また、期間（４）において、共振リアクトル６の通電電流（重畳電流）（図２（ｃ）参照）は、ピーク値まで上昇した後に除々に低下し、０Ａになる。また、期間（４）において、副転流コンデンサ４ａの充電電圧（図２（ｅ）参照）は、共振リアクトル６により維持される重畳電流が０Ａになるまで除々に増加する。なお、共振リアクトル６の通電電流（重畳電流）が０Ａになることにより、ゲート信号がオフにされているサイリスタ７は、自然消弧され、オフ状態になる。

そして、図７に示すように、サイリスタ７がオフ状態である期間（５）（図２参照）において、副転流コンデンサ４ａに充電された電圧（図２（ｅ）参照）が、放電回路４ｂにより放電される。期間（５）において、副転流コンデンサ４ａの充電電圧は０Ｖ近傍まで低下する。なお、期間（５）においては、ダイオード４ｃにより転流コンデンサ３ａから副転流コンデンサ４ａ側への放電が防止されるので、転流コンデンサ３ａの充電電圧（図２（ｄ）参照）は一定値に維持される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、主回路スイッチ２に所定の電流値よりも大きい事故電流が流れた場合に、転流コンデンサ３ａを放電することにより事故電流を打ち消す方向に重畳電流を主回路スイッチ２に流した後に、重畳電流により共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電するように、電源装置１００を構成する。これにより、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々が、重畳電流を流すための放電、および、共振リアクトル６からのエネルギーの充電のうちのいずれか一方のみを行うように構成することができる。その結果、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々を、上記充電および放電の両方に対応可能にするために両極性対応のコンデンサにより構成する必要がない。すなわち、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することができる。ここで、一般的に、両極性に対応可能なコンデンサの容量と一方の極性に対応可能なコンデンサの容量とが等しい場合では、一方の極性に対応可能なコンデンサの大きさは、両極性に対応可能なコンデンサの大きさの半分よりも小さい。したがって、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することによって、電源装置１００の大型化の抑制を図ることができる。

また、共振リアクトル６を、転流回路３および副転流回路４の各々に対して共通に設けることによって、転流回路３および副転流回路４の各々に個別に共振リアクトルが設けられている場合に比べて、電源装置１００の構成を簡略化することができるとともに、部品点数の増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、主回路スイッチ２に事故電流が流れた場合に、スイッチ３ｃをオンすることによって重畳電流を主回路スイッチ２に流すとともに、スイッチ３ｃをオフすることによって共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電するように、電源装置１００を構成する。これにより、スイッチ３ｃのオンオフを切り替えることによって、重畳電流を主回路スイッチ２に流すタイミング、および、共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを消費する（副転流コンデンサ４ａに充電する）タイミングを容易に制御することができる。

また、本実施形態では、上記のように、重畳電流がピーク値に到達するまでに、スイッチ３ｃをオン状態からオフ状態に切り替えるように、電源装置１００を構成する。ここで、重畳電流がピーク値に到達した場合は、転流コンデンサ３ａの充電がすべて放電された場合である。このため、重畳電流がピーク値に到達した後もスイッチ３ｃのオン状態が継続された場合は、（共振リアクトル６より重畳電流が維持されるので）転流コンデンサ３ａが放電前と逆電圧で充電されてしまう。したがって、重畳電流がピーク値に到達するまでに、スイッチ３ｃをオン状態からオフ状態に切り替えることによって、転流コンデンサ３ａが放電前と逆電圧で充電されるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、副転流回路４が、ダイオード４ｃを含み、ダイオード４ｃのアノードが、副転流コンデンサ４ａと接続されているとともに、ダイオード４ｃのカソードが、転流コンデンサ３ａから主回路スイッチ２に向かって重畳電流が流れる配線５に接続されるように、電源装置１００を構成する。これにより、転流コンデンサ３ａからの重畳電流が副転流コンデンサ４ａ側に漏れるのを抑制することができるので、重畳電流によって主回路スイッチ２に流れる事故電流を打ち消すのをより効率的に行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、転流コンデンサ３ａの静電容量が副転流コンデンサ４ａの静電容量よりも大きく、転流コンデンサ３ａの定格電圧が副転流コンデンサ４ａの定格電圧よりも大きくなるように、電源装置１００を構成する。ここで、コンデンサに保有可能なエネルギーは、コンデンサの静電容量および定格電圧が大きいほど大きくなる。したがって、転流コンデンサ３ａの静電容量が副転流コンデンサ４ａの静電容量よりも大きく、転流コンデンサ３ａの定格電圧が副転流コンデンサ４ａの定格電圧よりも大きいことによって、転流コンデンサ３ａが保有可能なエネルギーを副転流コンデンサ４ａが保有可能なエネルギーよりも大きくすることができる。その結果、転流コンデンサ３ａから放電するとともに副転流コンデンサ４ａに充電する過程において、転流コンデンサ３ａのエネルギーが消費尽くされる（充電が放電し尽くされる）のを抑制することができる。これにより、転流コンデンサ３ａに放電前と逆電圧が印加されるのをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａが、有極性のコンデンサであって、順極性に充電されるように、電源装置１００を構成する。これにより、有極性のコンデンサ（一方の極性に対応可能なコンデンサ）は、一般的に、両極性に対応可能なコンデンサよりも比較的小さいので、電源装置１００の大型化の抑制を容易に図ることができる。また、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々が順極性に充電されることによって、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの一方が順極性に充電され、他方が逆極性に充電される場合とは異なり、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａを同種類のコンデンサにより構成することができる。その結果、部品種類の増加を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、主回路スイッチ２に所定の電流値よりも大きい事故電流が流れた場合に、転流コンデンサ３ａを放電することにより事故電流を打ち消す方向に重畳電流を主回路スイッチ２に流した後に、重畳電流により共振リアクトル６に蓄積されたエネルギーを副転流コンデンサ４ａに充電するように、遮断スイッチ回路２００を構成する。これにより、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々が、重畳電流を流すための放電、および、共振リアクトル６のエネルギーの充電のうちのいずれか一方のみを行うように構成することができる。その結果、転流コンデンサ３ａおよび副転流コンデンサ４ａの各々を、一方の極性に対応可能なコンデンサにより構成することができるので、遮断スイッチ回路２００の大型化の抑制を図ることができる。

また、共振リアクトル６を、転流回路３および副転流回路４の各々に対して共通に設けることによって、転流回路３および副転流回路４の各々に個別に共振リアクトルが設けられている場合に比べて、遮断スイッチ回路２００の構成を簡略化することができるとともに、部品点数の増加を抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって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、上記した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すべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、主回路スイッチとして、機械式スイッチを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、サイリスタにより構成されている主回路スイッチを用いてもよい。

具体的には、図８に示すように、電源装置１０１（遮断スイッチ回路２０１）には、互いに向きが反転して配置された２つのサイリスタにより構成される主回路スイッチ２０が設けられている。この場合、主回路スイッチ２０に並列に接続されるサージアブソーバを設ける必要はない。

また、上記実施形態では、充電回路（３ｂ）に外部の電源等から電力が供給されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電源装置の直流回路の電力を利用して転流コンデンサを充電してもよい。

たとえば、図９に示すように、電源装置１０２（遮断スイッチ回路２０２）は、電源装置１０２内の直流回路９用の平滑コンデンサ９ａを備える。この電源装置１０２では、平滑コンデンサ９ａが転流コンデンサ３ａを兼ねている。具体的には、電源装置１０２は、直流電源９ｂ（たとえばバッテリ）と、チョッパ９ｃと、インバータ９ｄとを備える。チョッパ９ｃは、直流電源９ｂからの直流電圧を昇圧または降圧する。また、インバータ９ｄは、チョッパ９ｃからの直流電圧を交流電圧に変換する。平滑コンデンサ９ａは、チョッパ９ｃおよびインバータ９ｄの各々に並列に接続されている。電源装置１０２では、平滑コンデンサ９ａに充電されている電圧が放電されることにより重畳電流が流れる。これにより、平滑コンデンサ９ａとは別個に転流コンデンサ３ａを設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

また、この場合、平滑コンデンサ９ａ（転流コンデンサ３ａ）は、電源装置１０２内の直流回路９からの電力により充電されている。すなわち、平滑コンデンサ９ａ（転流コンデンサ３ａ）は、直流電源９ｂ（チョッパ９ｃ）または図示しない整流器等からの直流電圧を利用して充電されている。これにより、転流コンデンサ３ａの充電専用の回路が設けられる場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

また、上記実施形態では、サイリスタ（７）が１つだけ設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のサイリスタが設けられていてもよい。

たとえば、図１０に示すように、電源装置１０３（遮断スイッチ回路２０３）には、複数のサイリスタにより構成されるサイリスタブリッジ７０が設けられている。具体的には、サイリスタブリッジ７０は、サイリスタ７０ａと、サイリスタ７０ｂと、サイリスタ７０ｃと、サイリスタ７０ｄとを含む。サイリスタ７０ａのアノードは、サイリスタ７０ｃのカソードに接続されている。また、サイリスタ７０ａのカソードは、サイリスタ７０ｂのカソードに接続されている。サイリスタ７０ｂのアノードは、サイリスタ７０ｄのカソードに接続されている。サイリスタ７０ｃのアノードは、サイリスタ７０ｄのアノードに接続されている。また、サイリスタ７０ａのアノードは、交流電源１および主回路スイッチ２に接続されている。また、サイリスタ７０ａのカソードは、共振リアクトル６に接続されている。また、サイリスタ７０ｂのアノードは、主回路スイッチ２および負荷３００に接続されている。サイリスタ７０ｃおよびサイリスタ７０ｄのアノードは、接続点Ａに接続されている。これにより、サイリスタブリッジ７０の各サイリスタのオンオフを制御することにより、重畳電流の流れる向きを反転させることが可能である。すなわち、主回路スイッチ２に流れる事故電流の向きがいずれの場合でも、重畳電流により事故電流の打ち消しを行うことが可能である。この回路は、交流電源１からの交流電圧が、単相の交流電圧である場合に有効である。

また、上記実施形態では、サイリスタ（７）が設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、サイリスタ（７）の代わりに他の半導体スイッチ（たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））を用いてもよい。

また、上記実施形態では、電源として交流電源を用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、電源として直流電源を用いてもよい。

また、上記実施形態では、転流回路用スイッチ（スイッチ３ｃ）として、機械式スイッチを用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、転流回路用スイッチとして、自己消弧能力を有している半導体スイッチ（たとえば、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ）を用いてもよい。

また、上記実施形態では、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の静電容量が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の静電容量よりも大きく、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の定格電圧が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の定格電圧よりも大きい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の静電容量が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の静電容量と等しく、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の定格電圧が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の定格電圧と等しくてもよい。また、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の静電容量が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の静電容量と等しく、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の定格電圧が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の定格電圧よりも大きくてもよい。また、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の静電容量が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の静電容量よりも大きく、第１コンデンサ（転流コンデンサ３ａ）の定格電圧が第２コンデンサ（副転流コンデンサ４ａ）の定格電圧と等しくてもよい。

１ 交流電源（電源）
２ 主回路スイッチ
３ 転流回路（第１転流回路）
３ａ 転流コンデンサ（第１コンデンサ）
３ｃ スイッチ（転流回路用スイッチ）
４ 副転流回路（第２転流回路）
４ａ 副転流コンデンサ（第２コンデンサ）
４ｃ ダイオード
６ 共振リアクトル
９ 直流回路
９ａ 平滑コンデンサ
１００、１０１、１０２、１０３ 電源装置
２００、２０１、２０２、２０３ 遮断スイッチ回路
３００ 負荷

Claims (9)

1. 負荷に電力を供給する電源と、
   前記電源と前記負荷との間に設けられる主回路スイッチと、
   前記主回路スイッチに並列に接続され、第１コンデンサを含む第１転流回路と、
   前記主回路スイッチおよび前記第１転流回路の各々に並列に接続され、第２コンデンサを含む第２転流回路と、
   前記第１転流回路および前記第２転流回路の各々に対して共通に直列接続される共振リアクトルと、を備え、
   前記主回路スイッチに所定の電流値よりも大きい過電流が流れた場合に、前記第１コンデンサを放電することにより前記過電流を打ち消す方向に重畳電流を前記主回路スイッチに流した後に、前記重畳電流により前記共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを前記第２コンデンサに充電するように構成されている、電源装置。
2. 前記第１転流回路は、転流回路用スイッチを含み、
   前記主回路スイッチに前記過電流が流れた場合に、前記転流回路用スイッチをオンすることによって前記重畳電流を前記主回路スイッチに流すとともに、前記転流回路用スイッチをオフすることによって前記共振リアクトルに蓄積された前記エネルギーを前記第２コンデンサに充電するように構成されている、請求項１に記載の電源装置。
3. 前記重畳電流がピーク値に到達するまでに、前記転流回路用スイッチをオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されている、請求項２に記載の電源装置。
4. 前記第２転流回路は、ダイオードを含み、
   前記ダイオードのアノードは、前記第２コンデンサと接続されているとともに、前記ダイオードのカソードは、前記第１コンデンサから前記主回路スイッチに向かって前記重畳電流が流れる配線に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記第１コンデンサの静電容量は前記第２コンデンサの静電容量以上であるとともに、前記第１コンデンサの定格電圧は前記第２コンデンサの定格電圧以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記電源装置内の直流回路用の平滑コンデンサをさらに備え、
   前記平滑コンデンサは、前記第１コンデンサを兼ねる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電源装置。
7. 前記第１コンデンサは、前記電源装置内の前記直流回路からの電力により充電されている、請求項６に記載の電源装置。
8. 前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサは、有極性のコンデンサであって、順極性に充電される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 電源と負荷との間に設けられる主回路スイッチと、
   前記主回路スイッチに並列に接続され、第１コンデンサを含む第１転流回路と、
   前記主回路スイッチおよび前記第１転流回路の各々に並列に接続され、第２コンデンサを含む第２転流回路と、
   前記第１転流回路および前記第２転流回路の各々に対して共通に直列接続される共振リアクトルと、を備え、
   前記主回路スイッチに所定の電流値よりも大きい過電流が流れた場合に、前記第１コンデンサを放電することにより前記過電流を打ち消す方向に重畳電流を前記主回路スイッチに流した後に、前記重畳電流により前記共振リアクトルに蓄積されたエネルギーを前記第２コンデンサに充電するように構成されている、遮断スイッチ回路。

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