CN101425761B - 成套并联的功率变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种成套并联结构的功率变换装置，其在功率变换器的直流电压以及零相电流发生了异常时，能够进行高速的断路动作，并且电磁障碍等的影响极少，动作稳定。该成套并联的功率变换装置由具备PWM整流器(3)和逆变器(4)的功率变换器并联连接而成，并且具有实施PWM整流器(3)的控制运算的PWM整流器侧运算处理装置以及实施逆变器(4)的控制运算的逆变器侧运算处理装置，其中，PWM整流器(3)和逆变器(4)由安装在单独的控制基板(6，7)上的控制运算装置驱动，在一个控制运算装置检测到功率变换装置发生了异常时，通过继电器(11)或者光学耦合器向另一个控制运算装置传送异常检测信号。

Description

成套并联的功率变换装置

技术领域

本发明涉及一种以大容量化为目的将2台功率变换器并联连接而成的成套并联结构的功率变换装置。 

背景技术

作为已知的技术，例如在专利文献1所记载的电梯速度控制装置中，其功率变换装置通过并联连接实现了大容量化，在该功率变换装置中，通过微型计算机根据电流检测器的输出和来求出零相电流，通过对逆变器的输出进行控制来降低零相电流。 

此外，在专利文献2所记载的功率变换装置中，其功率变换装置通过并联连接实现了大容量化，在该功率变换装置中，独立地构成平滑电路，构成多组的功率变换电路的变换器电路以及逆变器电路中至少1个控制电路设置了用于抑制零相电流的控制单元。并且，通过电压检测器检测到的电压被传送到变换器的控制电路，用于直流电压的控制。 

专利文献1日本国专利特开平5-260793号公报 

专利文献2日本国专利特开2003-134833号公报 

在上述已知的技术中，在功率变换装置处于正常驱动的状态时，能够抑制零相电流，但是该等已知技术并没有从异常状态的角度出发对如何安全断开功率变换装置作出考虑。即，例如在构成功率变换器的半导体器件中的某一个半导体器件发生了短路故障时，该等已知技术不能很好地实施该等功率变换器的控制，而会产生过大的零相电流。此外，为了防止发生次生故障，对其它的功率变换器也需要尽早地使其断开。 

在通过多个控制基板对功率变换装置实施控制的系统中，在发生了上述电流或者电压异常，并在某个控制基板中检测到了异常时，需要将该信息发送给其它的控制基板。在此，在将安装在控制基板上的各个微型计算机等的运算处理装置直接连接时，虽然能够进行高速传送，但有可能因电磁障碍等的影响而导致运算处理装置本身出现误动作。此外，如果要防止电磁障碍的不良影响，则可能出现断路动作的时间变长等其他的不良影响。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种成套并联结构的功率变换装置，其在功率变换器的直流电压以及零相电流发生了异常时，能够进行高速的断路动作，并且电磁障碍等的影响极少，动作稳定。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种成套并联的功率变换装置，该成套并联的功率变换装置将分别具备PWM整流器和逆变器的第1系统以及第2系统功率变换器并联连接，并且具有实施第1系统以及第2系统的所述PWM整流器的控制运算来对第1系统以及第2系统的所述PWM整流器进行驱动的PWM整流器侧控制基板以及实施第1系统以及第2系统的所述逆变器的控制运算来对第1系统以及第2系统的所述逆变器进行驱动的逆变器侧控制基板，其中，具备：检测第1系统平滑电容器的电压并将电压信息传送到所述PWM整流器侧控制基板的电压检测器以及将电压信息传送到所述逆变器侧控制基板的电压检测器；检测第2系统平滑电容器的电压并将电压信息传送到所述PWM整流器侧控制基板的电压检测器以及将电压信息传送到所述逆变器侧控制基板的电压检测器，在所传送的所述电压信息超过标准电压1的情况下或者小于标准电压2的情况下，所述PWM整流器侧控制基板以及所述逆变器侧控制基板的每一个作为检测到了异常而停止驱动。 

根据本发明，即使在成套并联结构的功率变换装置中有过大的零相电流流过，由于在多个控制基板之间通过继电器和光学耦合器等来传送异常检测信号，因此能够抑制误动作的发生，并且在发生了异常时能够快速地使各个功率变换装置断开。 

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的方块图。 

图2是表示已知技术中的异常检测信号传送的方块图。 

图3是表示一实施形式中的异常检测信号传送的方块图。 

图4是一实施形式中的功率变换器被断开时的直流电位变化情况的说明图。 

图5是表示一实施方式中的电压检测部分的方块图。 

图6是表示一实施方式中的零相电流检测方法的说明图。 

图7是表示一实施方式中的零相电流检测后的处理方法的说明图。 

符号说明 

1电源 

2电动机 

3A第1系统PWM整流器 

3B第2系统PWM整流器 

4A第1系统逆变器     

4B第2系统逆变器 

5A第1系统平滑电容器 

5B第2系统平滑电容器 

6 PWM整流器侧控制基板 

7逆变器侧控制基板 

8输出侧电抗器 

9A第1系统逆变器侧电流检测器 

9B第2系统逆变器侧电流检测器 

10A第1系统PWM整流器侧电流检测器 

10B第2系统PWM整流器侧电流检测器 

11，12继电器 

13A，13B，13C，13D电压检测器 

14 PWM整流器侧运算处理装置 

15逆变器侧运算处理装置 

16电压源 

17A，17B输出输入接口 

18，19电压比较器 

20零相电流运算部分 

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施形式进行说明。 

第一实施例 

图1表示功率变换装置，该功率变换装置由以下部分构成：商用电源1；电动机2；第1系统PWM整流器3A；第2系统PWM整流器3B；第 1系统逆变器4A；第2系统逆变器4B；第1系统平滑电容器5A；第2系统平滑电容器5B；PWM整流器侧控制基板6；逆变器侧控制基板7；输出侧电抗器8；第1系统逆变器侧电流检测器9A；第2系统逆变器侧电流检测器9B；第1系统PWM整流器侧电流检测器10A；第2系统PWM整流器侧电流检测器10B；将信号从PWM整流器侧控制基板6传送到逆变器侧控制基板7时使用的继电器11；将信号从逆变器侧控制基板7传送到PWM整流器侧控制基板6时使用的继电器12；检测平滑电容器的电压并将电压信息传送到控制基板的电压检测器(13A、13B、13C、13D)。在功率变换装置中，为了实现大容量化，将2组由PWM整流器和逆变器构成的功率变换器并联连接，并通过输出侧电抗器8与电动机2连接。 

第1系统PWM整流器3A以及第2系统PWM整流器3B将从商用电源1得到的交流功率变换为直流。第1系统PWM整流器3A以及第2系统PWM整流器3B的控制运算分别通过安装在PWM整流器侧控制基板6上的运算处理装置根据由第1系统PWM整流器侧电流检测器10A、第2系统PWM整流器侧电流检测器10B检测到的输入电流和由电压检测器13A、13C检测到的各个系统的平滑电容器部分的直流电压等来进行。第1系统逆变器4A、第2系统逆变器4B将分别通过第1系统平滑电容器5A、第2系统平滑电容器5B得到的直流功率变换为所需频率的交流电以驱动电动机2。第1系统逆变器4A、第2系统逆变器4B的控制运算分别通过安装在逆变器侧控制基板7上的运算处理装置根据由第1系统逆变器侧电流检测器9A、第2系统逆变器侧电流检测器9B检测到的输出电流和电动机2的磁极位置信息等来进行。如图1的第1实施例所示，通过在PWM整流器侧和逆变器侧单独地设置控制基板，例如各个系统的逆变器之间的输出信号更加容易同步，且能够抑制在各个系统的功率变换器之间循环的逆流(cross-current)，同时还具有能够降低电磁噪声的效果。在此，运算处理装置指微机、DSP或者ASIC等的运算装置，例如通过使用能够以1个微机来驱动2个系统的功率变换器的形式的运算装置，则能够进一步提高逆流的抑制效果。 

在图1的PWM整流器侧控制基板6以及逆变器侧控制基板7中，除了通过电流检测器(9A、9B、10A、10B)以及电压检测器(13A、13B、13C、 13D)来检测流入和流出各个系统的PWM整流器以及逆变器的电流和直流部分的电压等以外，还检测未图示的电动机2的磁极位置等。此外，例如第1实施例是电梯用的功率变换装置时，还要检测轿厢位置信息等。在任一个控制基板检测到功率变换装置发生了异常时，为了使功率变换装置安全停止，使该控制基板控制的功率变换装置停止，并且向其它的控制基板发送异常检测信号以便使其它的控制基板所控制的功率变换装置也停止。异常检测信号可以是接通(ON)/断开(OFF)信号那样的信号，也可以采用其他方式，例如，在都传送接通信号时，表示运行准备已经完成而对功率变换装置实施驱动，而当检测到异常时，将接通信号断开，以传送异常状态。 

图2是已知技术中的异常检测信号的传送例，通过直接电连接安装在PWM整流器侧控制基板6上的PWM整流器侧运算处理装置14和安装在逆变器侧控制基板7上的逆变器侧运算处理装置15而构成。此时，虽然能够实现传送速度的高速化，但因为噪声电流会从一个控制基板流向另一个控制基板，而可能导致误动作产生。例如，如图2的传送例所示，在PWM整流器侧控制基板6中混入了电磁障碍等外部干扰因素时，该噪声会与异常检测信号重叠而使逆变器侧控制基板7产生错误的识别。尤其是，由于功率变换器本身进行使高电压高速接通/断开的驱动，因此装置环境处于比较较易受到外部干扰因素的影响的状态。 

第1实施例的结构中使用了继电器(relay)11、12。 

图3是第1实施例中的异常检测信号的传送例，是从PWM整流器侧控制基板6向逆变器侧控制基板7传送信号时的传送例。PWM整流器侧运算处理装置14通过输入输出接口17A发送使继电器11的接点接通/断开的信号。继电器11的一端与电压源16连接，随着接点接通/断开，向逆变器侧控制基板7发送电压信号。在逆变器侧控制基板7中，逆变器侧运算处理装置15通过输入输出接口17B接收信号。根据该结构，由于PWM整流器侧运算处理装置14没有与逆变器侧运算处理装置15直接电连接，因此具有不容易受到电磁障碍等影响的效果。此外，在图3的传送例中使用了继电器，但也可以使用能够使用光学耦合器等并依靠光来进行电绝缘的部件。 

在如图3所示使用继电器等时，可能会出现传送延迟。图4是使用继电器断开功率变换器时的直流电位的变化情况的说明图，其针对图1的第一实施例中的一侧的系统，表示了PWM整流器侧控制基板6检测到异常时的第1系统平滑电容器5A的电压变化的情况。图4(a)表示电动机2进行动力运行(powering operation)时的情况，在PWM整流器侧控制基板6检测到异常时，使第1系统PWM整流器3A停止，并且将异常检测信号发送到逆变器侧控制基板7中。但是，由于通过继电器进行传送时会产生数十毫秒左右的传送延迟，因此在该期间第1系统逆变器4A继续动作。在该传送延迟期间内，由于在商用电源1不供电的状态下持续动力运行，所以第1系统平滑电容器5A的电压降低。其结果，例如在电梯等中，可能会出现因转矩不足而发生振动等，使乘坐环境恶化等不良影响。 

图4(b)表示电动机2进行再生运行时的示例，在通过PWM整流器侧控制基板6检测到异常后，使第1系统PWM整流器3A停止，并将异常检测信号发送到逆变器侧控制基板7。但是，由于在传送延迟期间内第1系统逆变器4A继续动作，所以出现再生功率无法返回商用电源1的状态，从而导致第1系统平滑电容器5A的电压上升。其结果，可能会出现构成功率变换器的半导体器件因压力超过耐压而损坏的情况。 

在此，在图1的第一实施例中，检测第1系统平滑电容器5A的电压并向PWM整流器侧控制基板6传送电压信息的电压检测器13A、向逆变器侧控制基板7传送电压信息的电压检测器13B、检测第2系统平滑电容器5B的电压并向PWM整流器侧控制基板6传送电压信息的电压检测器13C以及向逆变器侧控制基板7传送电压信息的电压检测器13D这4个电压检测器连接设置，并且各个控制基板分别单独地获取电压信息。在已知技术中，安装了PWM整流器的电压控制用的电压检测器，而在本发明中，如图1所示，在逆变器侧也安装了电压检测器，由此，不但能够进行速度极快的异常检测，而且具有防止乘坐环境恶化以及半导体器件损坏等效果。 

图5是一实施例中的电压检测部分的示例，其是在第1系统平滑电容器5A的电压检测中发现了异常时向PWM整流器侧控制基板6传送信息时的示例。电压比较部分18由比较器和指示标准电压的电源构成，在平 滑电容器的电压值超过了标准电压1时，比较器成为Hi状态。另一方面，电压比较部分19由比较器和表示标准电压的电源构成，在平滑电容器的电压值低于标准电压2时，比较器成为Hi状态。当电压比较部分18和电压比较部分19中的任一个成为Hi状态时，将该信息传送到PWM整流器侧控制基板6中，以使PWM整流器停止。在图5的示例中，以第1系统PWM整流器侧的电压检测器13A为对象进行了说明，但其它的电压检测器也可以采用同样的结构。根据该结构，能够极为容易地检测到异常电压。此外，在图5中，异常电压的检测信号被发送到控制基板，但不言而喻，当然也可以发送到直接将驱动信号发送给功率变换器的半导体器件的驱动电路。此时，具有能更快地实施功率变换器的停止处理的效果。 

以下，作为异常电流的检测方法，对检测零相电流的方式进行说明。图6是对一实施例中的零相电流检测进行说明的说明图。例如将第1系统逆变器4A的各相的输出电流分别设定为iu1、iv1、iw1时，零相电流由下述公式定义。 

零相电流＝iu1+iv1+iw1…(1) 

在成套并联结构的功率变换装置中，如图6所示，零相电流在各个系统的变换器之间循环。在正常情况下，该零相电流通过安装在PWM整流器侧控制基板6上的PWM整流器侧运算处理装置14或者安装在逆变器侧控制基板7上的逆变器侧运算处理装置15控制后为零。 

在功率变换装置发生了异常时，例如，在构成功率变换器的半导体器件中的某个半导体器件发生了短路故障时，由于不能对该功率变换器进行很好的控制，因而会产生过大的零相电流。此时，为了防止发生周围设备损伤等次生故障，还需要尽早地使其它功率变换器断开。在此，在一实施例中，针对每个运算处理装置，至少在1个以上的场所检测零相电流，当有大于规定值的零相电流流动时，立即停止由运算处理装置驱动的功率变换装置。由此，能够防止发生周围设备损伤等次生故障。 

图7是对一实施例中的检测到零相电流后的处理进行说明的说明图，其是通过第1系统逆变器侧电流检测器9A来检测第1系统逆变器4A的各相的输出电流时的示例。在逆变器侧控制基板7中，针对由第1系统逆变器侧电流检测器9A检测到的电流，通过零相电流运算部分20实施公式 (1)所示的运算，导出零相电流绝对值。并且，由比较器将该零相电流绝对值与预先规定的标准值进行比较。在检测到的零相电流值大于标准值时，比较器的输出成为Hi输出，并通过逆变器侧运算处理装置15来实施使第1系统逆变器4A以及第2系统逆变器4B停止的处理。在图7中，对在逆变器侧运算处理装置15的外部实施零相运算的处理以及与标准值的比较处理，但也可以在逆变器侧运算处理装置15的内部实施。此时，能够简化逆变器侧控制基板7上的安装构件。此外，在图7中，也可以构成为当比较器成为Hi输出后，不通过逆变器侧运算处理装置15而采用硬件结构来抑制输出。此时，能够更快速地使功率变换装置断开。 

Claims (3)

1.一种成套并联的功率变换装置，该成套并联的功率变换装置将分别具备PWM整流器和逆变器的第1系统以及第2系统功率变换器并联连接，并且具有实施第1系统以及第2系统的所述PWM整流器的控制运算来对第1系统以及第2系统的所述PWM整流器进行驱动的PWM整流器侧控制基板以及实施第1系统以及第2系统的所述逆变器的控制运算来对第1系统以及第2系统的所述逆变器进行驱动的逆变器侧控制基板，该成套并联的功率变换装置的特征在于，

具备：

检测第1系统平滑电容器的电压并将电压信息传送到所述PWM整流器侧控制基板的电压检测器以及将电压信息传送到所述逆变器侧控制基板的电压检测器；

检测第2系统平滑电容器的电压并将电压信息传送到所述PWM整流器侧控制基板的电压检测器以及将电压信息传送到所述逆变器侧控制基板的电压检测器，

在所传送的所述电压信息超过标准电压1的情况下或者小于标准电压2的情况下，所述PWM整流器侧控制基板以及所述逆变器侧控制基板的每一个作为检测到了异常而停止驱动。

2.如权利要求1所述的成套并联的功率变换装置，其特征在于，

在所述PWM整流器侧控制基板以及所述逆变器侧控制基板的一方检测到了异常的情况下，经由继电器或者光学耦合器向另一方传送检测到了异常的情况而停止驱动。

3.如权利要求1所述的成套并联的功率变换装置，其特征在于，

对于所述PWM整流器侧控制基板以及所述逆变器侧控制基板的每一个在至少一个位置以上检测到零相电流，在通过在所述PWM整流器的电源侧安装的电流检测器得到的零相电流值比预定的标准值大的情况下，使所述PWM整流器的驱动停止，并且通过在所述逆变器的负载侧安装的电流检测器得到的零相电流值比预定的标准值大的情况下，使所述逆变器的驱动停止。

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