CN102362420A - 功率转换装置 - Google Patents

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CN102362420A CN2009801583616A CN200980158361A CN102362420A CN 102362420 A CN102362420 A CN 102362420A CN 2009801583616 A CN2009801583616 A CN 2009801583616A CN 200980158361 A CN200980158361 A CN 200980158361A CN 102362420 A CN102362420 A CN 102362420A
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Abstract

在壳体(8A)内利用多个冷却风扇(26)的旋转动作能将壳体(8A)内的逆变器(2)冷却到预定温度的功率转换装置中，包括：故障检测单元，其检测出处于运转状态中的冷却风扇(26)的驱动电路中流动的电流，该检测电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；温度检测器(15)，其检测壳体(8A)内的温度；以及运转控制装置(16)，如果温度检测器(15)检测出的检测温度超过对于配置在壳体(8A)内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度，且温度检测器(15)检测出的检测温度在对于配置在壳体(8A)内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且各冷却风扇(26)中存在正常的冷却风扇，则不停止逆变器(2)的运转而使其继续运转。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及功率转换装置，该功率转换装置用于不间断供电电源装置、驱动系统等，在壳体内部包括由半导体元件构成的功率转换器的主电路及功率转换器的控制电路，并包括用于冷却壳体内部的冷却风扇。
背景技术
图6和图7是用来说明现有不间断供电电源装置的一示例的图。其由逆变器2和整流器4构成功率转换器9，其中逆变器2用于将由直流电源1供给的直流功率转换成预定的交流功率，并向交流负载3供给交流功率，整流器4用于将来自交流电源5的交流功率转换成直流功率，作为逆变器2的输入。在逆变器2与交流负载3之间，连接有逆变器变压器6和滤波器电容器7。滤波器电容器7构成对逆变器2的输出进行波形整形、将其转换成符合负载3的要求的输出的滤波器电路。在交流电源5与整流器4之间连接有电抗器01和电容器02，此外在直流电源1与逆变器2之间连接有平滑电容器03。这些所有的结构零部件容纳在同一个壳体(同一个盘体)中。
在以上所述的功率转换装置8的情况下，作为发热体的有：由逆变器2和整流器4构成的功率转换器9、逆变器变压器6、电抗器01或电容器02、平滑电容器03等。
作为冷却这些发热体的方法有：通过利用大型冷却风扇10强制地使外部空气(风)穿过功率转换装置8中来进行冷却的强制风冷方式，在本装置结构中，在盘上部配置大型冷却风扇10，利用从盘下部吸入外部空气的盘上部的大型冷却风扇10吸入风，从而冷却盘内发热体。
图8是用于说明现有功率转换装置的冷却装置的简要结构的图，其准备有2台冷却风扇10(1)、10(2)，它们具有能够用一台冷却风扇10来冷却功率转换装置8的风量，如图9所示平时使这些冷却风扇10(1)、(2)进行旋转动作来多路使用冷却风扇，从而力图实现功率转换装置的冷却功能的高可靠性及延长装置寿命。
此外，考虑到冷却风扇10(1)、10(2)和功率转换装置8在寿命以内发生的故障，包括：故障检测电路11(1)、11(2)，其分别检测冷却风扇10(1)、10(2)的故障；以及判定电路12，其用于接收各故障检测电路11的输出，并向外部输出报警信息及故障信息。判定电路12由逻辑或电路13和逻辑与电路14构成。另外，各故障检测电路11是例如以转速在基准值以下来检测出故障的电路。
此外，除了作为背景技术在以上所述的示例以外，作为利用冷却风扇来冷却功率转换装置的公知文献，有以下所述的专利文献1和专利文献2。其中，专利文献1中记载的内容有：通过在多个半导体开关元件的中间部设置冷却风扇，能够抑制噪音向外部扩散，另外由于冷却风扇和其电动机不暴露于高温中，因此能够避免寿命缩短的风险，进一步地，通过将半导体开关元件冷却风扇所生成的空气流的一部分用于控制电路的冷却，能够省略用于冷却控制电路的风扇。此外，专利文献2记载了一种功率转换装置，该功率转换装置根据功率转换装置的发热量来控制冷却风扇的转速，从而力图实现延长冷却风扇的电动机或轴承等的寿命。
专利文献1：日本专利特开2004-364372号公报
专利文献2：日本专利特开2001-16843号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在以上所述的现有功率转换装置的冷却装置中，由于相对于作为电气零部件的功率转换器9，作为机械系统用品的冷却风扇10的寿命较短，例如为5年，因此相对于例如10年的功率转换装置的装置设计寿命，必须在装置设计寿命内更换冷却风扇10。
此外，在以上所述的现有功率转换装置的冷却装置中，当容纳有功率转换装置本体的壳体内部的温度超过基准值时，或者检测出多个冷却风扇中的至少1台发生故障的情况下，停止功率转换装置的运转，而与构成功率转换装置的各零部件的寿命无关。
另一方面，近年来期望即使功率转换装置的多台冷却风扇发生故障或停止，也能够用其余正常的冷却风扇尽可能长时间地持续功率转换装置的运转。
本发明是基于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种功率转换装置，该功率转换装置即使多台冷却风扇中的一台冷却风扇发生故障或停止，也能够用其余正常的冷却风扇尽可能长时间地持续运转。
解决技术问题所采用的技术方案
为了达到上述目的，对应于权利要求1的发明是一种功率转换装置，该功率转换装置容纳在壳体内、且包括由半导体元件形成的功率转换器的主电路及所述功率转换器的控制电路，该功率转换装置在所述壳体内至少利用2台冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，在该功率转换装置中包括：故障检测单元，其检测出所述冷却风扇中的处于旋转动作状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述旋转动作状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；温度检测单元，其检测所述壳体内的温度；以及运转控制装置，当检测出来自所述故障检测单元的故障检测信号时，构成所述主电路的半导体元件的温度在规定值以内，所述温度检测单元检测出的检测温度超过对于配置在所述壳体内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度时，该运转控制装置使所述冷却风扇中的至少一台可进行旋转动作的冷却风扇进行旋转动作，不停止所述功率转换装置的运转而使其继续运转。
为了达到上述目的，对应于权利要求2的发明是权利要求1所述的功率转换装置，其中所述冷却风扇中的至少1台可进行旋转动作的冷却风扇是作为备用而设置在所述壳体内的冷却风扇，或者是拆除发生故障的冷却风扇而新设置在所述壳体内的冷却风扇。
附图说明
图1是用于说明本发明的功率转换装置的第一实施方式的简要结构图。
图2是用于说明图1的运转控制装置的动作的流程图。
图3是用于说明图2的动作的表示零部件寿命与温度之间的关系的图。
图4是用于说明图2的动作的表示零部件与最高使用温度之间的关系的图。
图5是用于说明本发明的功率转换装置的第二实施方式的简要结构图。
图6的现有功率转换装置的单线接线图。
图7是图6的功率转换装置的立体图。
图8是用于说明图6的功率转换装置中的冷却装置的框图。
图9是用于说明图8的冷却装置的动作的时序图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。图1是用于说明功率转换装置的第一实施方式的简要结构图，此处所示的功率转换装置将以下零部件容纳到同一个壳体8A内，这些零部件包括：整流器4，其由包括利用变压器05对来自电力系统的交流电压进行降压并转换成直流电压的二极管桥式电路41、42的、整流器单元4U、4V、4W形成；逆变器2，其用于将由整流器4转换的直流电压转换成交流电压，逆变器2的主电路由包括半导体元件例如IGBT和与其反并联连接的二极管形成的元件桥式电路21、22的、逆变器单元2U、2V、3W形成；平滑电容器23、23，它们与元件桥式电路21、22并联连接；熔断器24，其连接于整流器4和逆变器2的连接点；基板25，其装载构成控制电路的零部件，其中控制电路控制逆变器2的主电路；以及多台(此处为3台)冷却风扇26；该功率转换装置可利用各冷却风扇26的旋转动作将壳体8A内的功率转换器冷却到预定温度。
此外，功率转换装置还包括以下所述的结构零部件。即，故障检测单元(未图示)，其检测出各冷却风扇26的处于运转状态中的冷却风扇26的转速、或者处于运转状态中的冷却风扇26的驱动电路中流动的电流，当该检测电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；盘内温度检测单元15，其检测壳体8A内的温度；以及运转控制装置16，如果盘内温度检测单元15检测出的检测温度超过对于配置在壳体8A内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度，且盘内温度检测单元15检测出的检测温度在对于配置在壳体8A内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且各冷却风扇26中存在正常的冷却风扇，则不停止功率转换器的运转而使其继续运转。
运转控制装置16包括从达到所述第二判定温度开始对更换发生故障的冷却风扇所需的时间进行计数的继电器计时器。
此外，运转控制装置16中包括未图示的存储器表，在该存储器表中存储有由盘内温度检测单元15检测出的例如壳体8A内的温度、与例如功率转换器的寿命之间的、例如图3所示的关系，即存储有基于阿仑尼乌姆(日语：アレニウム)法作出的关系。因此，通过向图3的对数图表的横轴所示的必要设定寿命时间A(小时(hr))的温度C(℃)输入例如由盘内温度检测单元15检测出的温度，能够求出例如为功率转换器的寿命的、图3纵轴所示的必要设定寿命时间A(小时)。
此外，在运转控制装置16中，在例如所述存储器表中存储有构成功率转换装置的零部件、例如逆变器单元2U、2V、3W的半导体元件、逆变器单元2U、2V、3W的电容器、熔断器24、整流器单元41、42的二极管、基板的最高使用温度，即存储有如图4所示的表。
接着，对于这样构成的功率转换装置的运转控制装置16的动作，参照图2的流程图来说明。利用所述故障检测单元，因1台冷却风扇26发生故障而有检测出的故障信号，判断是否存在可正常动作的冷却风扇26？(S1)，当判断为满足S1的条件的情况下，判断由未图示的元件温度检测单元检测出的元件温度、即构成逆变器2的半导体元件的温度是否超过规定值(例如150℃)(S2)。
在S2中，当判断为半导体元件的检测温度不超过规定值时，判断盘内温度检测单元15所检测出的检测温度是否在对于配置在壳体8A内的各主要用品的必要设定寿命时间(小时)的零部件寿命不产生影响的第一判定温度(℃)以内(S3)。在S3中判断为在第一判定温度以内时，对未图示的显示装置显示更换发生故障的冷却风扇26的维护检查指示，通过使维护检查员看到该指示，能够更换成作为备用的冷却风扇(S4)。
由此，在对功率转换器的寿命没有影响的、对应于功率转换器寿命的预警的第一判定温度下，能够不停止功率转换器，而利用未发生故障的正常的冷却风扇26的旋转动作来继续功率转换器的运转。
另外，在S1中判断为不满足S1的条件的情况下，运转控制装置16对功率转换器提供运转停止指令(S9)。在S2中判断为不满足S2的条件的情况下，运转控制装置16对功率转换器提供运转停止指令(S9)。
在S3中，盘内温度检测单元15检测出的检测温度被判断为不在第一判定温度以内时，判定是否在第二判定温度以内(S5)，第二判定温度是对于配置在壳体8A内的各主要用品的最高使用极限温度，是用来检测临近于功率转换器寿命的温度。在S5中，当满足S5的条件时，运转控制装置16在其包括的显示器(未图示)中将更换冷却风扇26的报警及冷却风扇26的更换期限显示为从满足S5条件的时刻开始例如在36小时以内(S6)。
一旦维护检查员看到该显示器上显示的内容，想要将发生故障的冷却风扇26进行更换，则判断是否在上述的更换期限内(S7)。在S7中，当判断为满足S7的条件时，更换发生故障的冷却风扇26，同时使功率转换器继续运转直到功率转换器的寿命结束为止，且一旦由运转控制装置16的继电器计时器所计数的时间结束，则向功率转换器提供保护停止指令。
另外，在S5中判断为不满足S5的条件的情况下，运转控制装置16向功率转换器提供运转停止指令(S9)。在S7中判断为不满足S2的条件的情况下，运转控制装置16向功率转换器提供运转停止指令(S9)。
另外，在图2的S2中，在不符合S2的条件的情形下，最好将需要更换冷却风扇的意思显示在运转控制装置的显示器等上。此外，在图2的S7中，当满足S7的条件时，如果未在更换期间内更换冷却风扇，则最好将强制停止功率转换器的意思显示在运转控制装置的显示器等上。
根据以上所述的功率转换装置的实施方式，即使配置在壳体8A内的多台冷却风扇中的1台冷却风扇发生故障或者停止时，也能够用其余的正常的冷却风扇尽可能长时间地继续运转。这意味着，因为在使用多个冷却风扇26的情况下，全部冷却风扇26同时发生故障的概率低，因此直到维护检查操作员更换冷却风扇26所需时间为止功率转换器仍可运转。
在此，由于不能简单地找到上述实施方式中所说明的第一判定温度，因此现有技术中难以运转到各零部件的寿命极限。即使实际上设计功率转换装置也难以找出。这是因为，在设计上定下的余量各不相同，出现了似然。因此，若通过如实施方式那样使用计算值，在该计算温度以下使功率转换器动作，则能够运转到功率转换器寿命极限。
图5是用于说明功率转换装置的第二实施方式的简要结构图，是在壳体8B内检测出构成由整流器4和逆变器2组成的功率转换器的各零部件的温度，并使用该各温度检测值的最低值，来替代图1的实施方式的盘内温度检测器的检测温度，这一点与图1不同。
具体而言，在该壳体8B内，设置有：二极管温度检测器010，其检测出构成整流器4的二极管的温度；元件温度检测器06，其检测出构成逆变器2的主电路的半导体元件的温度；电容器温度检测器08，其检测出与逆变器2的主电路并联连接的平滑电容器的温度；熔断器温度检测器09，其检测出与整流器4和逆变器2的连接点连接的熔断器24的温度；以及基板温度检测器07，其检测出基板25的温度，该基板25装载构成用于控制逆变器2的主电路的控制电路的零部件，将这些各温度检测器的检测值取入到运转控制装置16A中，在运转控制装置16A中，将各温度检测值中的最低温度作为本发明的温度检测单元的检测温度。
如果超过对于配置在壳体8B内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度，且温度检测单元所检测出的检测温度在对于配置在壳体8B内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且在冷却风扇26中存在正常的冷却风扇，则运转控制装置16A在不停止功率转换器的运转的情况下，向功率转换器输出运转指令使其继续运转。
即使在以上所述的功率转换装置的第二实施方式中，也能得到与上述第一实施方式同样的作用效果。具体而言，由于即使冷却风扇26发生故障，如果是第一判定温度，则用正常的冷却风扇26继续运转，达到第二判定温度的情况下使功率转换器运转，直到经过了更换发生故障的冷却风扇26所需的时间，因此可使功率转换器继续运转，可使功率转换器继续运转直到维护员更换冷却风扇的时刻为止。
作为上述冷却风扇，通过使用带闸门的风扇，可防止外部空气从发生故障的冷却风扇的开口部进入到壳体8A、8B内。该带闸门的风扇包括：在分隔开壳体内外的隔壁中、以贯穿壳体内外的状态安装的风洞；安装在风洞内、在风洞中形成流通气流的风扇；以及设置在风洞的壳体外侧开口部的、打开关闭风洞的开关闸门。
工业上的可利用性
在上述实施方式中，尽管作为功率转换器，将由整流器和逆变器形成的为例进行了说明，但功率转换器不限于此，还可以是用于驱动系统、不间断供电电源装置等的结构。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在壳体内、且包括由半导体元件形成的功率转换器的主电路及所述功率转换器的控制电路，在所述壳体内至少利用2台冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇中的处于旋转动作状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述旋转动作状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述壳体内的温度；以及
运转控制装置，当检测出来自所述故障检测单元的故障检测信号时，构成所述主电路的半导体元件的温度在规定值以内，所述温度检测单元检测出的检测温度超过对于配置在所述壳体内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度时，使所述冷却风扇中的至少一台能够进行旋转动作的冷却风扇进行旋转动作，不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，所述冷却风扇中的至少1台能够进行旋转动作的冷却风扇是作为备用而设置在所述壳体内的冷却风扇，或者是拆除发生故障的冷却风扇而新设置在所述壳体内的冷却风扇。
3.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在壳体内、且包括由半导体元件形成的功率转换器的主电路及所述功率转换器的控制电路，在所述壳体内至少利用第一冷却风扇及第二冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇中的处于旋转动作状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述旋转动作状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述壳体内的温度；以及
运转控制装置，如果所述温度检测单元检测出的检测温度在对于配置在所述壳体内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且所述冷却风扇中存在正常的冷却风扇，则不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
4.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在壳体内、且包括由半导体元件形成的功率转换器的主电路及所述功率转换器的控制电路，在所述壳体内至少利用第一冷却风扇及第二冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇的处于运转状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述运转状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述壳体内的温度；以及
运转控制装置，如果所述温度检测单元检测出的检测温度超过对于配置在所述壳体内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度，且所述温度检测单元检测出的检测温度在对于配置在所述壳体内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且所述冷却风扇中存在正常的冷却风扇，则不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
5.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在所述壳体内、且包括构成整流器的二极管、构成逆变器的主电路的半导体元件、与所述逆变器的主电路并联连接的平滑电容器、与所述整流器和所述逆变器的连接点连接的熔断器、以及装载构成控制所述逆变器的主电路的控制电路的零部件的基板，所述功率转换装置在所述壳体内至少利用2台冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇中的处于旋转动作状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述旋转动作状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述二极管、所述半导体元件、所述平滑电容器、所述熔断器、所述基板的温度中的最低温度；以及
运转控制装置，当检测出来自所述故障检测单元的故障检测信号时，构成所述主电路的半导体元件的温度在规定值以内，所述温度检测单元检测出的检测温度超过对于配置在所述壳体内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度时，使所述冷却风扇中的至少一台能够进行旋转动作的冷却风扇进行旋转动作，不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
6.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在所述壳体内、且包括构成整流器的二极管、构成逆变器的主电路的半导体元件、与所述逆变器的主电路并联连接的平滑电容器、与所述整流器和所述逆变器的连接点连接的熔断器、以及装载构成控制所述逆变器的主电路的控制电路的零部件的基板，所述功率转换装置在所述壳体内至少利用2台冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇中的处于旋转动作状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述旋转动作状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述二极管、所述半导体元件、所述平滑电容器、所述熔断器、所述基板的温度中的最低温度；以及
运转控制装置，如果所述温度检测单元检测出的检测温度在对于配置在所述壳体内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且所述冷却风扇中存在正常的冷却风扇，则不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
7.一种功率转换装置，所述功率转换装置容纳在所述壳体内、且包括构成整流器的二极管、构成逆变器的主电路的半导体元件、与所述逆变器的主电路并联连接的平滑电容器、与所述整流器和所述逆变器的连接点连接的熔断器、以及装载构成控制所述逆变器的主电路的控制电路的零部件的基板，所述功率转换装置在所述壳体内至少利用2台冷却风扇的旋转动作能将所述壳体内的所述功率转换器冷却到预定温度，其特征在于，所述功率转换装置包括：
故障检测单元，其检测出所述冷却风扇的处于运转状态中的冷却风扇的转速、或者处于所述运转状态中的冷却风扇的驱动电路中流动的电流，当该检测出的电流值在基准值以下时，输出故障检测信号；
温度检测单元，其检测出所述二极管、所述半导体元件、所述平滑电容器、所述熔断器、所述基板的温度中的最低温度；以及
运转控制装置，如果所述温度检测单元检测出的检测温度超过对于配置在所述壳体内的各主要用品的必要设定寿命时间的第一判定温度，且所述温度检测单元检测出的检测温度在对于配置在所述壳体内的各主要用品的最高使用极限温度即第二判定温度以下，且所述冷却风扇中存在正常的冷却风扇，则不停止所述功率转换器的运转而使其继续运转。
8.如权利要求1至7的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，作为所述冷却风扇，使用带闸门的风扇，所述带闸门的风扇包括：在分隔开所述壳体内外的隔壁中、以贯穿所述壳体内外的状态安装的风洞；安装在所述风洞内、在所述风洞中形成流通气流的风扇；以及设置在所述风洞的壳体外侧开口部的、打开关闭所述风洞的开关闸门。
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