CN101997424A

CN101997424A - 功率转换装置

Info

Publication number: CN101997424A
Application number: CN2010102634817A
Authority: CN
Inventors: 花泽昌彦; 龙泽将光
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2011-03-30
Also published as: JP2011050120A

Abstract

本发明的目的是提供一种功率转换装置，其无需多余的电路，而能够通过简易的结构来准确计算出平滑电容器的充电时间常数。充电时间常数计算部(23)基于初始充电结束后的峰值充电电压的测定值(V₁)和初始充电曲线(V)来算出平滑电容器(12)的充电时间常数(τ)，其中该初始充电曲线(V)基于由操作设定部(21)预先设定的额定交流电压(V_RATE(AC))及直流中间电压充电到规定值(V₂)的时间(t₁)而获取，寿命判断部(26)对算出的充电时间常数(τ)和存储部分(24)中存储的充电时间常数初始值(τ₀)进行比较，在充电时间常数(τ)比充电时间常数初始值(τ₀)短规定量以上的情况下，判断为平滑电容器(12)达到寿命。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及一种功率转换装置，该功率转换装置包括将交流电压转换为直流电压的整流器(順変换器)、平滑此直流电压的平滑电容器(平滑コンデンサ)、以及将此被平滑后的直流电压转换为交流电压的逆变器(逆変换器)，该功率转换装置具备计算平滑电容器的充电时间常数(充電時定数)的功能。

背景技术

在包括将交流电压转换为直流电压的整流器、平滑此直流电压的平滑电容器、以及将此被平滑后的直流电压转换为交流电压的逆变器的功率转换装置中，在需要大容量的主电路的平滑电容器中通常采用电解电容器。

此电解电容器具有如下特点，即由于在内部进行电化学反应，因此伴随着使用时间延长，容量减小，损失增大。因此，尽管对电解电容器规定了寿命，达到寿命的电解电容器需要更换，然而从外观难以判断电解电容器的劣化。因此，作为判断电解电容器的劣化的方法，例如提出了专利文献1所记载的方法，在此专利文献1中记载了如下两种方法。

(1)具备检测电解电容器的电压的电压检测机构，当交流主电源切断时根据电压检测机构的输出测定放电特性，在该放电特性为预先确定的值的规定范围外的情况下，判断为电解电容器劣化。

(2)具备检测电解电容器的电压的电压检测机构、及检测电解电容器的电流的电流检测机构，输入电压检测机构的输出和电流检测机构的输出，测定交流主电源接通时的充电特性，在该充电特性为预先确定的值的规定范围外的情况下，判断为电解电容器劣化。

专利文献1：日本特开平3-269268号公报

发明内容

但是，在专利文献1的上述(1)的方法中，虽然对交流主电源切断时的放电特性进行测定，然而在把交流主电源作为进行功率转换装置的控制的控制装置、电压检测机构的电源而使用的功率转换装置中，交流主电源切断时控制装置的电源电压下降，在放电特性的测定过程中达到重启电压。其结果是，由于测定过程中发生中断、计算过程中的数据消失，因此对电解电容器的放电特性进行计算测定变得困难的情况是存在的。为了防止此情况，例如在控制装置的电源中准备其它系统的电源、进行备份等的对策是必要的，存在造成成本上升的问题。

而且，在专利文献1的上述(2)的方法中，为了进行充电特性的测定，检测电解电容器的电流的电流检测机构是必需的，然而对于此电容器电流的检测，为了将输入直流电流隔绝进行检测，需要大型且高价的直流电流检测器。因此，存在功率转换装置大型化且成本上升的问题。

本发明为了解决上述这样的问题而完成，目的是提供一种功率转换装置，在判断平滑电容器的寿命时，无需控制装置用的备份电源、及大型且高价的直流电流检测器等的多余电路，能够通过简易的结构准确计算出平滑电容器的充电时间常数。

为了实现上述目的，本发明为具备将交流电压转换为直流电压的整流器、平滑上述直流电压的平滑电容器、将由该平滑电容器所平滑的直流电压转换为交流电压的逆变器、以及检测上述直流电压的电压检测器的功率转换装置，本发明的功率转换装置还具备充电时间常数计算部，该充电时间常数计算部根据上述平滑电容器的初始充电时的初始充电曲线和初始充电结束后的峰值充电电压测定值计算出上述平滑电容器的充电时间常数。

而且，在上述功率转换装置中，上述初始充电曲线根据预先设定的额定交流电压以及上述直流电压充电至低于峰值充电电压的规定值的时间来算出。

而且，在上述功率转换装置中，还具备存储部，该存储部将该功率转换装置的初始使用时计算出的上述充电时间常数作为充电时间常数初始值加以存储。

而且，在上述功率转换装置中，还具备寿命判断部，该寿命判断部在计算出的上述充电时间常数比上述充电时间常数初始值短规定量以上的情况下，判断为上述平滑电容器达到寿命(前記平滑コンデンサの寿命と判断する)。

而且，在上述功率转换装置中，在多次连续发生计算出的上述充电时间常数比上述充电时间常数初始值短规定量以上的情况下，判断为上述平滑电容器的达到寿命。

进而，在上述功率转换装置中，在上述寿命判断部判断为上述平滑电容器达到寿命的情况下进行显示或者输出。

发明的效果

根据本发明，由于具备根据平滑电容器的初始充电时的初始充电曲线和初始充电结束后的峰值充电电压测定值计算出上述平滑电容器的充电时间常数的充电时间常数计算部，无需设置用于控制装置的备份电源、直流电流检测器，而能够通过简易结构计算平滑电容器的充电时间常数，其结果是，能够准确判断功率转换装置中使用的平滑电容器的寿命。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的框图。

图2是说明图1的动作的特性图。

符号说明：

10-功率转换装置

11-三相整流器

12-平滑电容器

13-三相逆变器

14-充电阻抗

15-短路用开关

21-操作设定部

22-电压检测部

23-充电时间常数计算部

24-存储部

25-计时器

26-寿命判断部。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施例的功率转换装置的框图，图2是表示直流中间电压特性的特性图。

在图1中，11是对交流电压进行三相全波整流的三相整流器，将二极管三相桥式连接。12是在直流总线间连接的平滑三相整流器11的输出的平滑电容器，通常采用电解电容器。13是三相逆变器，用来将平滑电容器12的两端的被平滑了的直流电压作为输入并转换为具有所期望的频率和电压的交流电压，与IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等的开关元件和用于续流的二极管的逆并联电路三相桥式连接。功率转换装置10的主电路由这些三相整流器11、平滑电容器12、三相逆变器13构成。14是连接在三相整流器11和平滑电容器12之间用来对初始充电电流进行限流的充电阻抗(电阻)，15是与充电阻抗14并联连接并用来使充电阻抗14的两端短路的短路用开关，此充电阻抗14及短路用开关15构成初始充电电路。而且，16是电源侧端子，17是负载侧端子，电源侧端子16连接商用电源等的交流电源，负载侧端子17连接交流电动机等的负载。

在这样的结构中，如果当功率转换装置10启动时图中未示出的电源接通开关连通(ON)，交流电源接通，则交流电源的交流电压由三相整流器11进行三相全波整流，对平滑电容器12充电，然而，交流电源刚刚接通之后(電源の投入直後)，由于电荷未充电至平滑电容器12，因而有大的浪涌电流(突入電流)流动。为了防止此情况，设置由充电阻抗14及短路用开关15形成的初始充电电路。当使功率转换装置10启动时，首先断开(OFF)短路用开关15，通过连通电源接通开关，经由充电阻抗14抑制的充电电流流到平滑电容器12。其后，利用充电电流使平滑电容器12的两端电压达到规定的电压时，通过连通短路用开关15(ON)而使充电阻抗14短路，由此抑制大的浪涌电流流到平滑电容器12。

而且，21是操作设定部，用来设定及变更功率转换装置10的控制动作所需要的各种参数等，具备显示平滑电容器12的寿命判断的结果的显示部21a及图中未示出的操作部等。22是电压检测部，用来检测平滑电容器12的两端电压，即功率转换装置10的直流中间电压，23是用来算出平滑电容器12的充电时间常数的充电时间常数计算部，24是由非易失性存储器形成的存储部，25是生成充电时间的测定所需要的基准时钟的计时器(タイマ)，26是判断平滑电容器12的寿命的寿命判断部。

充电时间常数计算部23基于初始充电结束后的峰值充电电压的测定值V₁和初始充电曲线V计算出平滑电容器12的充电时间常数τ，其中该初始充电曲线V基于由操作设定部21预先设定的额定交流电压V_RATE(AC)、及直流中间电压充电到设定为比峰值充电电压低的规定值V₂的时间t₁而获取。

具体地说，首先，额定交流电压V_RATE(AC)由操作设定部21设定，并存储在存储部24中。例如，在额定交流电压V_RATE(AC)为500V的情况下，将三相输入以三相整流器11进行三相全波整流时的直流侧的额定直流电压V_RATE(DC)为500×1.35＝675V，全波整流的峰值充电电压V_PEAK为

另一方面，如图2所示，根据电压检测器22的输出，基于从计时器25生成的基准时钟，来测定电源接通开关在时间t₀连通(ON)时起至直流中间电压充电到规定值V₂(例如80％)的时间t₁。而且，基于电压检测部22的输出，连通短路用开关15使充电阻抗14短路之后，测定初始充电结束的时间t₂以后的直流中间电压的峰值充电电压测定值V₁。

在此，初始充电过程中，由于能够设想向着V₃＝675×V₁/707充电，因此设平滑电容器12的充电时间常数为τ，则测定时的初始充电曲线V能够表示为：

V＝V₃(1-exp(-t/τ))……式1

而且，由直流中间电压充电到规定值V₂(80％)的充电时间t₁，式1变为：

675×0.8＝V₃(1-exp(-t₁/τ))……式2

在充电时间常数计算部23，能够将上述式2变形计算出平滑电容器12的充电时间常数τ。

另一方面，当功率转换装置初始使用时(最初接通交流电源时)，把基于上文描述而由充电时间常数计算部23计算出的充电时间常数τ作为充电时间常数初始值τ₀存储在存储部24中。在寿命判断部26，以充电时间常数初始值τ₀作为基准值，从下次起，每次接通交流电源时，与所计算出的充电时间常数τ相比较，由此判断平滑电容器12的寿命(即，是否达到寿命)。

即，寿命判断部26比较计算出的充电时间常数τ和存储部24中存储的充电时间常数初始值τ₀，在充电时间常数τ比充电时间常数初始值τ₀短规定量以上的情况下，判断为平滑电容器12达到寿命，输出平滑电容器12达到寿命的情况。此时，如果在充电时间常数τ比充电时间常数初始值τ₀短规定量以上的状况多次连续发生的情况下，判断为平滑电容器12达到寿命，则能够更加准确地判定平滑电容器12的寿命。

然后，在寿命判断部26判断为平滑电容器12达到寿命的情况下，将此警报信号传送至操作设定部21的显示部21a，将平滑电容器12达到寿命的情况报告给使用者。

如上所述，根据本发明，由于基于初始充电结束后的峰值充电电压的测定值V₁和初始充电曲线V计算出平滑电容器12的充电时间常数τ，其中该初始充电曲线V基于预先设定的额定交流电压V_RATE(AC)、及直流中间电压充电到规定值V₂的时间t₁而计算得到，因此能够在不造成成本上升的情况下准确地计算出平滑电容器12的充电时间常数τ。而且，通过对计算出的充电时间常数τ与在功率转换装置10的初始使用时计算出并存储的充电时间常数初始值τ₀进行比较，能够判断平滑电容器12的寿命。

上面参照附图说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述实施例。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种功率转换装置，其具备将交流电压转换为直流电压的整流器、平滑所述直流电压的平滑电容器、将由该平滑电容器所平滑的直流电压转换为交流电压的逆变器、以及检测所述直流电压的电压检测器，该功率转换装置的特征在于：

还具备充电时间常数计算部，该充电时间常数计算部根据所述平滑电容器的初始充电时的初始充电曲线和初始充电结束后的峰值充电电压测定值计算出所述平滑电容器的充电时间常数。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于：

所述初始充电曲线根据预先设定的额定交流电压以及所述直流电压充电至低于峰值充电电压的规定值的时间来算出。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于：

还具备存储部，该存储部将该功率转换装置的初始使用时计算出的所述充电时间常数作为充电时间常数初始值加以存储。

4.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于：

还具备寿命判断部，该寿命判断部在计算出的所述充电时间常数比所述充电时间常数初始值短规定量以上的情况下，判断为所述平滑电容器达到寿命。

5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于：

在多次连续发生计算出的所述充电时间常数比所述充电时间常数初始值短规定量以上的情况下，判断为所述平滑电容器达到寿命。

6.如权利要求3或4所述的功率转换装置，其特征在于：

在所述寿命判断部判断为所述平滑电容器达到寿命的情况下进行显示或者输出。