JP2003199357A - Power converter - Google Patents

Power converter

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JP2003199357A
JP2003199357A JP2001390800A JP2001390800A JP2003199357A JP 2003199357 A JP2003199357 A JP 2003199357A JP 2001390800 A JP2001390800 A JP 2001390800A JP 2001390800 A JP2001390800 A JP 2001390800A JP 2003199357 A JP2003199357 A JP 2003199357A
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JP
Japan
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power
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JP2001390800A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Tokuda
伸幸 徳田
Yasuhei Kikuoka
泰平 菊岡
Naoto Sumi
直人 隅
Kosuke Nishihata
康介 西端
Shiyuuji Sakashita
秀爾 阪下
Tetsuhiro Kawamoto
哲裕 川本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kansai Electric Power Co Inc
Daihen Corp
Takenaka Komuten Co Ltd
Original Assignee
Kansai Electric Power Co Inc
Daihen Corp
Takenaka Komuten Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a power converter which comprises semiconductor devices and supplies a power to a load such as an induction motor, etc., whose capacity need not be increased excessively, and whose economic performance is improved. <P>SOLUTION: This power converter has a voltage-limiting circuit 11, which limits the output voltage of an inverter 1 to be a prescribed level so as to have a current applied to a semiconductor device IGBT of the inverter 1 not to exceed the short-time overcurrent strength of the semiconductor device IGBT according to a signal which is outputted by a comparator (1) 10, when a current value detected by a load current detector 6 exceeds a first overcurrent set value IL1, set according to the short-time overcurrent strength of the semiconductor device IGBT, and a device cooling reinforcing apparatus control circuit 17, which reinforces the cooling conditions of the semiconductor device IGBT, according to a signal which is outputted by a comparator (2) 131, when the current value detected by the current detector 6 exceeds a second overcurrent set value IL2. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子から
構成され入力側の電力を変換して出力側に供給する電力
変換装置に係り、誘導電動機等の起動時大電流が流れる
負荷に電力を供給する場合の装置を合理的経済的に実現
する技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion device which is composed of semiconductor elements and which converts power on the input side and supplies the power to the output side, and supplies the power to a load such as an induction motor through which a large current flows at startup. The present invention relates to a technology for realizing a device in a reasonable and economical manner.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一定
規模のビルや工場等の建物では、消防法や建築基準法に
より非常用負荷の設置が義務づけられており、それら非
常用負荷に電力を供給するための非常用電源として、従
来からディーゼル発電機等の回転機設備や蓄電池と交直
電力変換装置とを組み合わせた静止型設備が使用されて
いる。ところで、この非常用負荷としては、スプリンク
ラー、排煙設備、消火栓設備、非常用照明設備等があ
り、誘導電動機で駆動するものが多い。この誘導電動機
が電圧を印加されて起動する場合、最初のごく短時間、
後述する誘導電動機のいわゆる始動電流に電圧印加に伴
う過渡直流成分が重畳して例えば定格電流の10数倍程
度の突入電流が流れる。その後、誘導電動機が速度零か
ら始動して定常速度に至る過程で定格の数倍程度から次
第に減衰する始動電流が流れる。
2. Description of the Related Art In buildings such as buildings and factories of a certain scale, it is obligatory to install an emergency load under the Fire Defense Law and Building Standards Law, and power is supplied to these emergency loads. As an emergency power source for doing so, conventionally, rotating equipment such as a diesel generator and static equipment combining a storage battery and an AC / DC converter are used. By the way, as the emergency load, there are sprinklers, smoke exhaust equipment, fire hydrant equipment, emergency lighting equipment and the like, and many of them are driven by an induction motor. When this induction motor starts by applying a voltage, the first very short time,
A so-called starting current of an induction motor, which will be described later, is superposed with a transient DC component due to voltage application, and an inrush current of, for example, about ten times the rated current flows. After that, in the process in which the induction motor starts from zero speed and reaches a steady speed, a starting current that gradually attenuates from several times the rated current flows.

【0003】電源設備が回転機設備の場合、上記突入電
流については非常に短時間であるので問題とならないケ
ースが多いが、静止型設備の場合は、特にその交直電力
変換装置に使用されている半導体素子の過負荷耐量特性
からこの突入電流の通電は無視できず、この突入電流を
考慮して負荷の定格容量の数倍程度の過大な容量の電力
変換装置を必要とする場合があり、経済的に不利になる
という問題点があった。Y−Δ始動器を挿入して2段階
に切り換えて誘導電動機を起動すれば、多少、突入電流
が抑制されるが、上記問題点が解消されるわけではな
い。
When the power supply equipment is a rotary machine equipment, the rush current is very short, and thus it is not a problem in many cases, but in the case of static equipment, it is used especially for the AC / DC power converter. Due to the overload withstand characteristics of semiconductor elements, this inrush current cannot be ignored, and in consideration of this inrush current, a power converter with an excessive capacity of several times the rated capacity of the load may be required. There was a problem that it became disadvantageous. If the Y-Δ starter is inserted and the induction motor is started in two stages and the induction motor is started, the inrush current is suppressed to some extent, but the above problem is not solved.

【0004】また、近年、2次電池と交直電力変換装置
とからなる電力貯蔵装置を、ビル、工場等に設置して夜
間電力を蓄え昼間の電力ピーク時に放出することにより
負荷平準化を行う負荷平準化用電力貯蔵システムが実用
化されつつあり、更に、同システムの付加価値を高める
ため当該電力貯蔵装置を非常用電源に兼用する方式も提
案されている。これらの機器では、要求される電力変換
制御機能からIGBT等半導体素子を使用した静止型設
備が必須となり、同時に、誘導電動機が多い非常用負荷
への電力供給が課せられ、上述した突入電流に起因する
問題点が深刻となる。
In recent years, an electric power storage device including a secondary battery and an AC / DC power conversion device is installed in a building, factory or the like to store nighttime electric power and discharge the electric power at the peak of power in the daytime to perform load leveling. A power storage system for leveling is being put to practical use, and a system in which the power storage device is also used as an emergency power source has been proposed in order to increase the added value of the system. In these devices, static equipment that uses semiconductor elements such as IGBTs is indispensable because of the required power conversion control function, and at the same time, power supply to an emergency load, which is often an induction motor, is imposed, which results from the inrush current described above. The problem to do becomes serious.

【0005】この発明は以上のような問題点を解消する
ために成されたもので、半導体素子からなり、誘導電動
機等の負荷に電力を供給する電力変換装置にあって、そ
の容量を過度に大きくする必要が無く、経済性が改善さ
れた電力変換装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an electric power converter which is composed of semiconductor elements and supplies electric power to a load such as an induction motor. It is an object of the present invention to obtain a power conversion device that does not need to be large and that has improved economy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力変換
装置は、半導体素子から構成され入力側の電力を変換し
て出力側に供給する電力変換器、および上記電力変換器
の出力を制御する出力制御手段を備えた電力変換装置に
おいて、上記出力側の電流を検出する電流検出手段、上
記電流検出値が上記半導体素子の短時間過電流耐量に基
づいて設定された第1の過電流設定値を越えたとき上記
半導体素子に流れる電流が上記短時間過電流耐量を越え
ないよう上記電力変換器の出力電圧を所定のレベルに制
限する電圧制限手段、および上記電流検出値が上記第1
の過電流設定値より低い値に設定された第2の過電流設
定値を越えたとき上記半導体素子の冷却条件を強化する
冷却強化手段を備えたものである。
A power conversion device according to the present invention controls a power converter which is composed of a semiconductor element and which converts power on an input side and supplies the power to an output side, and an output of the power converter. In a power conversion device including an output control unit, a current detection unit that detects the current on the output side, a first overcurrent set value in which the current detection value is set based on a short-time overcurrent withstanding capability of the semiconductor element. Voltage limit means for limiting the output voltage of the power converter to a predetermined level so that the current flowing through the semiconductor element does not exceed the short-time overcurrent withstanding value when the current detection value exceeds the first value.
The cooling strengthening means for strengthening the cooling condition of the semiconductor element when the second overcurrent set value set to a value lower than the overcurrent set value of is exceeded.

【0007】また、この発明に係る電力変換装置は、電
力変換装置の出力側に接続される負荷の運転可能な下限
電圧を負荷下限電圧とした場合、電流検出手段による電
流検出値が第1の過電流設定値を越えたとき、電圧制限
手段は上記負荷下限電圧値を出力電圧指令の初期値とし
て電圧制限動作を行うものである。
Further, in the power converter according to the present invention, when the lower limit voltage at which the load connected to the output side of the power converter is operable is set as the load lower limit voltage, the current detection value by the current detecting means is the first value. When the set value of overcurrent is exceeded, the voltage limiting means performs the voltage limiting operation with the load lower limit voltage value as the initial value of the output voltage command.

【0008】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の電流検出手段による電流検出値が第2の過電流設定値
を越えこの状態が所定の設定時間を越えて継続したとき
電力変換器の出力を停止する出力停止手段を備えたもの
である。
Also, in the power converter according to the present invention, when the current detection value by the current detecting means exceeds the second overcurrent set value and this state continues for a predetermined set time or longer, the output of the power converter is output. Is provided with an output stopping means for stopping.

【0009】また、この発明に係る電力変換装置は、電
力変換器が誘導電動機を含む負荷に電力を供給するもの
であって、上記誘導電動機は停止状態から電圧が印加さ
れて起動するものである場合、上記誘導電動機の起動電
流を電圧印加に伴う過渡直流成分を含めない始動電流の
みとして算出される上記負荷の起動電流を求め、この算
出負荷起動電流を越える範囲で第1の過電流設定値を設
定するものである。
Further, in the electric power converter according to the present invention, the electric power converter supplies electric power to a load including an induction motor, and the induction motor is started by applying a voltage from a stopped state. In this case, the starting current of the load calculated as the starting current of the induction motor, which does not include the transient DC component associated with voltage application, is calculated, and the first overcurrent set value is set in a range exceeding the calculated load starting current. Is to be set.

【0010】また、この発明に係る電力変換装置は、誘
導電動機に流れる電流を始動電流通流後の定常電流値と
して算出される負荷の電流を求め、この算出負荷電流を
越える範囲で第2の過電流設定値を設定するようにした
ものである。
Further, the power converter according to the present invention obtains the load current calculated as the steady-state current value after the starting current flows through the current flowing through the induction motor, and the second current is calculated in the range exceeding the calculated load current. The overcurrent set value is set.

【0011】また、この発明に係る電力変換装置は、誘
導電動機の始動電流通流期間を越える範囲で出力停止手
段の設定時間を設定するとともに、上記設定時間内で算
出負荷起動電流が流れたとき半導体素子が許容温度限界
を越えないよう冷却強化手段の冷却強化条件を設定する
ようにしたものである。
Further, the power converter according to the present invention sets the set time of the output stopping means in a range exceeding the starting current flowing period of the induction motor, and when the calculated load starting current flows within the set time. The cooling strengthening condition of the cooling strengthening means is set so that the semiconductor element does not exceed the allowable temperature limit.

【0012】また、この発明に係る電力変換装置は、負
荷が複数の誘導電動機を含み、上記各誘導電動機の始動
電流通流期間が重ならないよう上記各誘導電動機が順序
起動される場合、上記各誘導電動機の起動毎に求めた算
出負荷起動電流の最大値を越える範囲で第1の過電流設
定値を設定するようにしたものである。
Further, in the electric power converter according to the present invention, when the loads include a plurality of induction motors and the induction motors are sequentially started so that the starting current flow periods of the induction motors do not overlap, each of the induction motors is The first overcurrent setting value is set in a range exceeding the maximum value of the calculated load starting current obtained each time the induction motor is started.

【0013】また、この発明に係る電力変換装置の冷却
強化手段は、電流検出値が第2の過電流設定値以下にな
った後も所定時間動作を継続するようにしたものであ
る。
Further, the cooling enhancement means of the power converter according to the present invention is adapted to continue the operation for a predetermined time even after the detected current value becomes equal to or lower than the second overcurrent set value.

【0014】また、この発明に係る電力変換装置は、直
流蓄電装置と交流電力系統との間で電力変換を行い負荷
の平準化を図る電力貯蔵システムであって、上記交流電
力系統が停電したとき、上記直流蓄電装置の直流電力を
交流電力に変換して誘導電動機を含む非常用負荷に供給
する電力変換装置に適用したものである。
The power converter according to the present invention is a power storage system for leveling loads by converting power between a DC power storage device and an AC power system, and when the AC power system fails. The present invention is applied to a power converter that converts DC power of the DC power storage device into AC power and supplies the AC power to an emergency load including an induction motor.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は非常用電源
を兼用するようにした電力貯蔵システムの全体構成を示
す単線結線図である。図において、1は電力変換器とし
てのインバータで、昼間は、2次電池2の直流電力を交
流電力に変換して空調負荷、照明負荷や動力負荷等の一
般負荷31に電力を供給するとともに、連系する電力系
統30に電力を供給する。また、夜間は、電力系統30
からの交流電力を直流電力に変換して2次電池2の蓄電
を行う。更に、火災等の非常時には、VCB32を開路
して電力系統30との連系を切り離すとともに2次電池
2の直流電力を交流電力に変換してスプリンクラーや排
煙ファン等の誘導電動機を多数使用した非常用負荷33
に電力を供給する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. FIG. 1 is a single-line connection diagram showing the overall configuration of a power storage system that also serves as an emergency power source. In the figure, 1 is an inverter as a power converter, which converts DC power of the secondary battery 2 into AC power in the daytime to supply power to a general load 31 such as an air conditioning load, a lighting load or a power load, Power is supplied to the power grid 30 that is interconnected. In addition, at night, the power system 30
The AC power from is converted into DC power to charge the secondary battery 2. Further, in the event of an emergency such as a fire, the VCB 32 is opened to disconnect the interconnection with the power system 30, and the direct current power of the secondary battery 2 is converted into alternating current power to use a large number of induction motors such as sprinklers and smoke exhaust fans. Emergency load 33
Supply power to.

【0016】ここで、インバータ1は、例えば、図2に
示すように、2次電池2と並列に接続された直流コンデ
ンサと、高周波のスイッチング動作が可能な半導体素子
としてのIGBTからなるアームを3相ブリッジ結線し
てなる交直変換器と、IGBTを制御する制御装置とか
らなる。インバータ1の交流出力側は、インバータ1の
出力から高周波成分を除去するフィルターL3、フィル
ターC4、更に昇圧用の変圧器を介して電力系統30に
接続されている。また、2次電池2としては、例えば、
鉛蓄電池、レドックスフロー電池、NAS電池、亜鉛臭
素電池、リチウムイオン電池などが用いられる。
Here, the inverter 1 has, for example, as shown in FIG. 2, a DC capacitor connected in parallel with the secondary battery 2 and an arm composed of an IGBT as a semiconductor element capable of high frequency switching operation. It is composed of an AC / DC converter formed by phase bridge connection and a control device for controlling the IGBT. The AC output side of the inverter 1 is connected to the power system 30 via a filter L3, a filter C4, and a step-up transformer that remove high-frequency components from the output of the inverter 1. Further, as the secondary battery 2, for example,
Lead acid batteries, redox flow batteries, NAS batteries, zinc bromine batteries, lithium ion batteries and the like are used.

【0017】図3はこの発明の実施の形態1における電
力変換装置、特に非常用電源として機能する場合の構成
を示す図である。図において、1は先の図2で説明した
インバータで、その直流側には2次電池2が接続され、
交流側はフィルターL3およびフィルターC4を介して
非常用負荷33に接続されている。5はインバータ1の
出力電圧を検出する電圧検出器、6はインバータ1の出
力電流、即ち、非常用負荷33に流入する電流を検出す
る負荷電流検出器である。8は電圧検出器5の検出出力
と電圧基準発生器7の出力との偏差を入力して電圧制御
信号を出力する電圧制御回路、10は負荷電流検出器6
の検出出力と過電流設定器(1)9の第1の過電流設定
値(この値の設定については後述する)との大小を比較
する比較器(1)、11は負荷電流検出器6の検出出力
が第1の過電流設定値を越えたとき比較器(1)10の
出力を受けて電圧制限信号を出力する電圧制限回路であ
る。なお、電圧制限回路11については更に図4で詳細
を説明する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the power converter according to the first embodiment of the present invention, particularly in the case of functioning as an emergency power source. In the figure, 1 is the inverter described in FIG. 2 above, to which the secondary battery 2 is connected on the DC side,
The AC side is connected to the emergency load 33 via the filter L3 and the filter C4. Reference numeral 5 is a voltage detector for detecting the output voltage of the inverter 1, and 6 is a load current detector for detecting the output current of the inverter 1, that is, the current flowing into the emergency load 33. 8 is a voltage control circuit for inputting a deviation between the detection output of the voltage detector 5 and the output of the voltage reference generator 7 and outputting a voltage control signal. 10 is a load current detector 6
Of the load current detector 6 is compared with the first overcurrent setting value of the overcurrent setting device (1) 9 (the setting of this value will be described later). The voltage limiting circuit receives the output of the comparator (1) 10 and outputs a voltage limiting signal when the detected output exceeds the first overcurrent setting value. Details of the voltage limiting circuit 11 will be described with reference to FIG.

【0018】13は負荷電流検出器6の検出出力と過電
流設定器(2)12の第2の過電流設定値(この値の設
定については後述する)との大小を比較する比較器
(2)、14は負荷電流検出器6の検出出力が第2の過
電流設定値を越えたとき比較器(2)13の出力を受け
てカウントを開始し所定の設定時間(この値の設定につ
いては後述する)を越えたとき信号を出力するタイマー
回路、15はタイマー回路14からの信号を受けて出力
停止信号を出力する出力停止信号回路である。16は電
圧制御回路8からの電圧制御信号と電圧制限回路11か
らの電圧制限信号と出力停止信号回路15からの出力停
止信号とを入力してインバータ1のIGBTのゲート信
号を生成するPWM発生回路である。
A comparator (2) 13 compares the detected output of the load current detector 6 with a second overcurrent setting value of the overcurrent setting device (2) 12 (the setting of this value will be described later). ), 14 receives the output of the comparator (2) 13 and starts counting when the detection output of the load current detector 6 exceeds the second overcurrent setting value, and a predetermined set time (for setting this value, A timer circuit that outputs a signal when the signal exceeds a value (described later), and 15 is an output stop signal circuit that receives a signal from the timer circuit 14 and outputs an output stop signal. Reference numeral 16 is a PWM generation circuit for inputting a voltage control signal from the voltage control circuit 8, a voltage limit signal from the voltage limit circuit 11 and an output stop signal from the output stop signal circuit 15 to generate an IGBT gate signal of the inverter 1. Is.

【0019】17は負荷電流検出器6の検出出力が第2
の過電流設定値を越えたとき比較器(2)13の出力を
受けて冷却強化手段としての素子冷却強化装置の運転を
制御する素子冷却強化装置制御回路、18は素子冷却強
化装置制御回路17からの制御信号によりインバータ1
のIGBTの冷却強化の動作を行う素子強化冷却器、1
9は通常運転時のインバータ1のIGBTの冷却動作を
行う素子冷却器である。なお、冷却強化手段については
更に図5で詳細を説明する。
Reference numeral 17 indicates that the detection output of the load current detector 6 is the second
When the overcurrent set value of is exceeded, the element cooling enhancement device control circuit for controlling the operation of the element cooling enhancement device as the cooling enhancement means by receiving the output of the comparator (2) 13, and 18 is the element cooling enhancement device control circuit 17 Inverter 1 by control signal from
Element strengthening cooler that performs the operation of cooling strengthening of the IGBT of 1
Reference numeral 9 is an element cooler for cooling the IGBT of the inverter 1 during normal operation. The cooling strengthening means will be described in detail with reference to FIG.

【0020】次に動作について説明する。なお、電力貯
蔵システムとしては、電力系統30からの交流電力をイ
ンバータ1で直流電力に変換して2次電池2を蓄電する
動作、および2次電池2の直流電力をインバータ1で交
流電力に変換して電力系統30に供給する動作がある
が、電圧を徐々に上昇するいわゆるソフトスタートで行
うか、位相同期投入となるので、いずれの場合も過渡的
に大きな電流が流れることが無くその説明は省略し、こ
こでは、もっぱら図3の回路で非常用負荷33に電圧を
印加して電力を供給する場合の動作について説明する。
Next, the operation will be described. As the power storage system, an operation of converting AC power from the power grid 30 into DC power by the inverter 1 to store the secondary battery 2, and converting DC power of the secondary battery 2 into AC power by the inverter 1. Then, the operation is performed by the so-called soft start in which the voltage is gradually increased or the phase synchronization is turned on. Therefore, in any case, a transiently large current does not flow, and its explanation is given. It is omitted, and here, the operation in the case where a voltage is applied to the emergency load 33 to supply electric power exclusively in the circuit of FIG. 3 will be described.

【0021】先ず、誘導電動機が多く含まれている非常
用負荷33を投入した場合に流れる過電流に対し、IG
BT(半導体素子)の電流定格を過度に大きく設定しな
いで済むよう過電流を検出して出力電圧を制限すること
でIGBTに流れる電流を抑制する動作を図3、図4、
図6を参照して説明する。図4は図3からこの過電流抑
制を行う部分を抽出し更に詳細の構成を示すものであ
る。図6は出力電圧、電流波形を従来の場合(a)およ
び今回発明の場合(b)について示したものである。
First, the IG is set against the overcurrent that flows when the emergency load 33 including many induction motors is turned on.
The operation of suppressing the current flowing in the IGBT by detecting the overcurrent and limiting the output voltage so that the current rating of the BT (semiconductor element) does not have to be set excessively high is shown in FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a more detailed configuration by extracting the portion for suppressing the overcurrent from FIG. FIG. 6 shows output voltage and current waveforms in the conventional case (a) and the present invention case (b).

【0022】ここで、過電流設定器(1)9で設定する
第1の過電流設定値IL1は、使用される半導体素子
(IGBT)の短時間過電流耐量に基づいて設定され
る。具体的には、この耐量の電流が半導体素子に流れる
ときにインバータ1の出力側に流れる電流、換言すれば
負荷電流検出器6によって検出される電流または余裕を
見てそれより多少低めの値に設定される。この短時間
は、交流商用波周波数の半周期以下の時間が相当する。
Here, the first overcurrent set value IL1 set by the overcurrent setter (1) 9 is set based on the short-time overcurrent withstand capability of the semiconductor element (IGBT) used. Specifically, when the current of this withstand amount flows in the semiconductor element, the current flowing to the output side of the inverter 1, in other words, the current detected by the load current detector 6 or the margin is set to a value slightly lower than that. Is set. This short time corresponds to a time period equal to or shorter than a half cycle of the AC commercial wave frequency.

【0023】また、この第1の過電流設定値IL1は次
の条件を満足する必要がある。即ち、既述したとおり、
電圧を印加して誘導電動機を起動した場合、誘導電動機
が速度零から始動して定常速度まで加速する過程で定常
電流より大きい始動電流が流れるが、電圧を印加した最
初のごく短時間、上記始動電流に更に電圧印加に伴う過
渡直流成分が重畳する。この始動電流に過渡直流成分が
重畳した過渡電流値を始動突入電流と定義するものとす
ると、第1の過電流設定値IL1を設定することで半導
体素子に流れる過電流を抑制する場合、上記始動突入電
流の内、負荷投入時の電圧位相に依存して発生する過渡
直流成分のみは抑制しても誘導電動機の始動に支障はな
いが、始動電流成分についてはこれを抑制すると、電動
機の始動トルクが電圧(電流)の2乗に比例して低下す
るため、始動時に大きなトルクが要る電動機負荷では始
動時間が長引いたり、最悪始動不可に陥る等、始動動作
に支障を与え正常な始動動作が得られない可能性があ
る。従って、電流抑制のしきい値となる、第1の過電流
設定値IL1は過渡直流成分を含まない誘導電動機の始
動電流(の最大値)を越える範囲で設定する必要があ
る。なお、図3では、非常用負荷33として1個のモー
タ(誘導電動機)負荷で示しているが、実際は、誘導電
動機以外の負荷もあり、また、複数のモータ負荷を順序
投入する場合もあるので、起動対象モータの始動電流成
分に他の負荷電流を加えて負荷の起動電流を求め、この
算出負荷起動電流を越える範囲で第1の過電流設定値I
L1を設定する。
Further, the first overcurrent set value IL1 needs to satisfy the following conditions. That is, as mentioned above,
When the induction motor is started by applying a voltage, a starting current larger than the steady current flows in the process of starting the induction motor from zero speed and accelerating to the steady speed. A transient DC component accompanying the voltage application is further superimposed on the current. When the transient current value in which the transient DC component is superimposed on the starting current is defined as the starting inrush current, when the first overcurrent setting value IL1 is set to suppress the overcurrent flowing through the semiconductor element, Suppressing only the transient DC component that depends on the voltage phase when the load is turned on in the inrush current does not hinder the starting of the induction motor.However, if this is suppressed, the starting torque of the motor Decreases in proportion to the square of the voltage (current). Therefore, in the case of a motor load that requires a large torque at the time of starting, the starting time is prolonged, or the worst starting is impossible. May not be obtained. Therefore, it is necessary to set the first overcurrent setting value IL1, which is the threshold value for current suppression, in a range exceeding (the maximum value of) the starting current of the induction motor that does not include the transient DC component. Although one motor (induction motor) load is shown as the emergency load 33 in FIG. 3, there are loads other than the induction motor in practice, and a plurality of motor loads may be sequentially input. , The load starting current is obtained by adding another load current to the starting current component of the starting target motor, and the first overcurrent set value I is obtained in a range exceeding the calculated load starting current.
Set L1.

【0024】ところで、インバータ1の定格電流は、負
荷平準化動作時の電流、また、非常用負荷33の定常負
荷電流を考慮し更にこれらに適当な余裕を持たせて決定
されるが、図6に示す例では、インバータ1の定格電流
を100%とした場合、第1の過電流設定値IL1は1
50%に設定されている。
By the way, the rated current of the inverter 1 is determined with consideration given to the current during the load leveling operation and the steady load current of the emergency load 33, and with an appropriate margin, as shown in FIG. In the example shown in, when the rated current of the inverter 1 is 100%, the first overcurrent setting value IL1 is 1
It is set to 50%.

【0025】図6(b)において、モータ始動までの時
間帯では非常用負荷33の他の負荷電流が流れている。
即ち、この時間帯では、図4において、負荷電流検出器
6からの電流フィードバック信号が絶対値回路40を経
て得られた電流|I|が第1の過電流設定値IL1より
小さいので、比較器(1)10は「0」を出力してお
り、PWM発生回路16はもっぱら電圧検出器5からの
電圧フィードバック値を電圧基準発生器7の電圧基準値
に一致させる電圧制御回路8からの電圧制御信号に基づ
き定電圧制御を行っている。
In FIG. 6B, another load current of the emergency load 33 is flowing during the time period until the motor is started.
That is, in this time zone, in FIG. 4, the current | I | obtained by the current feedback signal from the load current detector 6 through the absolute value circuit 40 is smaller than the first overcurrent set value IL1. (1) 10 outputs “0”, and the PWM generation circuit 16 exclusively controls the voltage feedback value from the voltage detector 5 to match the voltage reference value of the voltage reference generator 7 from the voltage control circuit 8. Constant voltage control is performed based on the signal.

【0026】図6で、非常用負荷33内の誘導電動機負
荷がスイッチインされモータが始動すると、急峻な始動
突入電流が流れ、その瞬時値電流|I|が第1の過電流
設定値IL1を越えると、図4において、比較器(1)
10の出力が「1」に立ち上がり(図6(b)の時刻T
1)、電圧制御回路8からの電圧制御信号が乗算器41
を経て更に倍率器42で一定の倍率を乗じた信号が発生
し、PWM発生回路16では電圧制御回路8の信号から
倍率器42の信号を差し引いた信号を指令信号としてゲ
ート信号を作成する。即ち、図6(b)の電圧波形に示
すように、出力電圧が抑制され結果としてインバータ1
の出力電流が第1の過電流設定値IL1を越えないよう
に制御される。従って、半導体素子であるIGBTも、
その短時間過電流耐量の範囲内での使用が補償されるわ
けである。
In FIG. 6, when the induction motor load in the emergency load 33 is switched in and the motor is started, a steep starting rush current flows, and its instantaneous value current | I | becomes the first overcurrent set value IL1. When it exceeds, in FIG. 4, the comparator (1)
The output of 10 rises to "1" (at time T in FIG. 6B).
1), the voltage control signal from the voltage control circuit 8 is the multiplier 41
After that, a signal multiplied by a constant magnification is further generated in the multiplier 42, and the PWM generation circuit 16 creates a gate signal using a signal obtained by subtracting the signal of the multiplier 42 from the signal of the voltage control circuit 8 as a command signal. That is, as shown in the voltage waveform of FIG. 6B, the output voltage is suppressed, and as a result, the inverter 1
Output current is controlled so as not to exceed the first overcurrent setting value IL1. Therefore, the IGBT, which is a semiconductor element,
Use within the short-term overcurrent withstand capability is compensated.

【0027】倍率器42で設定する倍率として、電圧制
御回路8の信号から減算した値、即ち、電圧制限制御の
出力電圧指令の初期値となる値が、負荷の運転可能な下
限電圧である負荷下限電圧値となるように設定すれば、
負荷の運転に支障がない範囲で極めて速やかな電圧抑制
効果が得られ、素子が確実に保護される。
As the multiplication factor set by the multiplier 42, the value subtracted from the signal of the voltage control circuit 8, that is, the initial value of the output voltage command for the voltage limit control is the lower limit voltage at which the load can be operated. If it is set to the lower limit voltage value,
An extremely quick voltage suppression effect can be obtained within a range that does not hinder the operation of the load, and the element is reliably protected.

【0028】なお、図4の例では、電圧指令を直接低減
して出力電圧を抑制するようにしたが、インバータ1の
制御系に電流制御のマイナーループを設ける場合、電流
制御の指令値を低減することで出力電圧を抑制するよう
にしてもよい。
In the example of FIG. 4, the voltage command is directly reduced to suppress the output voltage, but when a minor loop for current control is provided in the control system of the inverter 1, the command value for current control is reduced. By doing so, the output voltage may be suppressed.

【0029】図6(a)は、比較のため、本願発明を適
用しない場合のモータ始動時の電圧電流を示すもので、
当然ながら始動突入電流は第1の過電流設定値IL1の
150%値を越えている。換言すれば、このままでは半
導体素子の短時間過電流耐量を越える使用となるので、
現実問題としては、半導体素子をより大きい電流定格の
ものにする必要がありインバータとして高価なものとな
らざるを得ない。
For comparison, FIG. 6A shows voltage / current at the time of starting the motor when the present invention is not applied.
Naturally, the starting inrush current exceeds 150% of the first overcurrent setting value IL1. In other words, if it is left as it is, it will be used beyond the short-time overcurrent withstand capability of the semiconductor element.
As a practical matter, the semiconductor element needs to have a higher current rating, and the inverter must be expensive.

【0030】次に、誘導電動機の起動動作を補償するた
めその抑制が出来ない始動電流の通電による半導体素子
の過熱温度上昇を抑制する冷却強化動作について図5、
図6を参照して説明する。
Next, the cooling strengthening operation for suppressing the overheat temperature rise of the semiconductor element due to the supply of the starting current which cannot be suppressed in order to compensate the starting operation of the induction motor is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0031】図5は図3からこの冷却強化動作を行う部
分を抽出したものである。ここで、過電流設定器(2)
12で設定する第2の過電流設定値IL2は、負荷の定
常電流値、従って、誘導電動機はその始動電流通流期間
が過ぎた後の電流値を越える範囲で決定する。換言すれ
ば、負荷電流がこの第2の過電流設定値IL2以下のと
きは、これから説明する冷却強化手段が動作しないの
で、図3で説明した素子冷却器19のみの動作で冷却が
行われることになる。図6の例では、インバータ1とし
ての定格電流100%を第2の過電流設定値IL2とし
ている。図6において、非常用負荷33内の誘導電動機
がスイッチインされモータが始動すると急峻な始動突入
電流が流れ、先に図4で説明した電圧制限動作が開始さ
れるが、同時に、図5において、負荷電流検出器6から
の電流フィードバック信号が実効値回路43を経て得ら
れたIrmsが第2の過電流設定値IL2を越え、比較
器(2)13の出力が「1」に立ち上がり(図6(b)
時刻T1)、素子冷却強化装置制御回路17が制御信号
を出力して素子強化冷却器18が動作を開始してインバ
ータ1のIGBT素子の冷却フィンへの送風量が急増す
る。即ち、素子の過電流に対する耐量が強化されるわけ
である。
FIG. 5 shows a portion extracted from FIG. 3 for performing the cooling strengthening operation. Here, the overcurrent setting device (2)
The second overcurrent set value IL2 set at 12 is determined within a range in which the steady-state current value of the load, and thus the induction motor exceeds the current value after the starting current conduction period has passed. In other words, when the load current is less than or equal to the second overcurrent set value IL2, the cooling intensifying means to be described below does not operate, so that cooling is performed only by the operation of the element cooler 19 described in FIG. become. In the example of FIG. 6, 100% of the rated current of the inverter 1 is the second overcurrent setting value IL2. 6, when the induction motor in the emergency load 33 is switched in and the motor is started, a steep starting rush current flows and the voltage limiting operation described above with reference to FIG. 4 is started. At the same time, in FIG. Irms obtained by the current feedback signal from the load current detector 6 passing through the effective value circuit 43 exceeds the second overcurrent set value IL2, and the output of the comparator (2) 13 rises to "1" (see FIG. 6). (B)
At time T1), the element cooling enhancement device control circuit 17 outputs a control signal and the element enhancement cooling device 18 starts operating, so that the amount of air blown to the cooling fins of the IGBT elements of the inverter 1 increases rapidly. That is, the withstand capability of the device against overcurrent is enhanced.

【0032】なお、素子冷却強化手段の具体策としては
下記の方法等が考えられる。即ち、通常時使用している
送風機の回転数を上げることで素子フィンへの送風量を
増大させる。また、通常使用の送風機と別に素子フィン
に近接して専用の送風機を設け、この専用送風機を駆動
することで素子フィンへの送風量を増大させる。その
他、冷媒を圧縮収容したボンベを備え、そのノズルから
冷媒を噴射して急冷する等種々考えられる。
The following method can be considered as a concrete measure of the element cooling strengthening means. That is, the amount of air blown to the element fins is increased by increasing the rotation speed of the blower that is normally used. In addition to a blower that is normally used, a dedicated blower is provided close to the element fins, and by driving this dedicated blower, the amount of blown air to the element fins is increased. In addition, various cylinders, such as a cylinder in which a refrigerant is compressed and stored, are jetted from the nozzle to rapidly cool the tank.

【0033】なお、図5で、実効値回路43により電流
フィードバック信号の実効値を求めて第2の過電流設定
値IL2と比較するようにしたのは、ここで対象とする
現象が、例えば数秒ないし数十秒程度の熱的なものであ
ることを考慮したものである。従って、実効値演算に限
らず絶対値の平均値を演算するようにしてもよい。ま
た、電流の瞬時値で判定する場合は、例えば、商用周波
1周期程度の自己保持機能を備えたものとすることで、
比較動作に伴うチャタリング等の不安定要因を避けるこ
とが出来る。但し、このように、比較すべき電流の形態
が変わればそれに応じて第2の過電流設定値IL2の具
体値も変える必要があるのは勿論である。
In FIG. 5, the effective value circuit 43 determines the effective value of the current feedback signal and compares it with the second overcurrent set value IL2. It is because it is a thermal thing of about several tens of seconds. Therefore, not only the effective value calculation but also the average value of absolute values may be calculated. Further, in the case of making a determination based on the instantaneous value of the current, for example, by providing a self-holding function of about one cycle of the commercial frequency,
Instability factors such as chattering accompanying the comparison operation can be avoided. However, it is needless to say that the specific value of the second overcurrent set value IL2 needs to be changed accordingly if the form of the current to be compared changes.

【0034】誘導電動機が正常に起動し、始動電流が次
第に減少していき、電流実効値Irmsが第2の過電流
設定値IL2以下になると比較器(2)13の出力は反
転することになるが、図6(b)の例では、このIrm
s≦IL2となる時刻T2より更に所定の出力保持時間
TSだけ先の時刻T3で比較器(2)13の出力が反転
して「0」となる。即ち、この時刻T3まで素子冷却強
化の動作が継続される。これは、図6(b)に示すよう
に、第2の過電流設定値IL2の設定具合により、始動
電流通電期間の終了が電流による判別時T2より遅くな
る可能性が考えられ、これらの場合、冷却強化動作を一
定時間継続することで素子温度面の余裕を確保するため
である。なお、図5の回路では、この出力保持時間TS
は比較器(2)13自体で設定するようにしているが、
比較器(2)13は電流値のみからの比較演算で出力
し、後段の素子冷却強化装置制御回路17にこの保持時
間設定の機能を持たせるようにしてもよい。
When the induction motor normally starts, the starting current gradually decreases, and the effective current value Irms becomes equal to or less than the second overcurrent set value IL2, the output of the comparator (2) 13 is inverted. However, in the example of FIG.
The output of the comparator (2) 13 is inverted to “0” at time T3, which is a predetermined output holding time TS ahead of time T2 when s ≦ IL2. That is, the operation for strengthening the element cooling is continued until time T3. This is because, as shown in FIG. 6B, the end of the starting current energization period may be delayed from the current determination time T2 depending on the setting of the second overcurrent setting value IL2. This is to secure a margin on the element temperature surface by continuing the cooling strengthening operation for a certain period of time. In the circuit of FIG. 5, this output holding time TS
Is set by the comparator (2) 13 itself,
The comparator (2) 13 may output by a comparison calculation only from the current value, and the element cooling enhancement device control circuit 17 in the subsequent stage may have this holding time setting function.

【0035】時間を、比較器(2)13の出力が「1」
に立ち上がった時刻T1に戻し、図5において、比較器
(2)13の出力変化を受けてタイマー回路14がカウ
ントを開始する。タイマー回路14はこのカウント値
が、誘導電動機の始動電流通流期間を越える範囲で設定
された時間を越えると信号を出力し、出力停止信号回路
15がこれを受けてPWM発生回路16に出力停止信号
を送出してインバータ1は運転を停止する。比較器
(2)13で判断した過電流が正常な誘導電動機の始動
電流によるものではなく、長時間継続しうる、例えば、
一部負荷の短絡や異常現象によるものの場合は、予め想
定した冷却強化策では素子の保護が補償できないので、
インバータ1を停止するものである。従って、素子強化
冷却器18としては、始動電流を含む負荷起動電流がタ
イマー回路14で設定する時間流れても素子がその許容
温度限界を越えない程度の冷却能力を備えたものとする
必要がある。
At the time, the output of the comparator (2) 13 is "1".
5, the timer circuit 14 starts counting in response to the output change of the comparator (2) 13 in FIG. The timer circuit 14 outputs a signal when the count value exceeds a set time in a range exceeding the starting current flowing period of the induction motor, and the output stop signal circuit 15 receives the signal and stops the output to the PWM generating circuit 16. A signal is sent and the inverter 1 stops its operation. The overcurrent determined by the comparator (2) 13 is not due to the normal starting current of the induction motor, and can continue for a long time.
In the case of a short circuit of a part of the load or an abnormal phenomenon, the protection of the element cannot be compensated by the cooling strengthening measures assumed in advance.
The inverter 1 is stopped. Therefore, the element-enhanced cooler 18 needs to have a cooling capacity such that the element does not exceed its allowable temperature limit even if the load starting current including the starting current flows for the time set by the timer circuit 14. .

【0036】なお、ここで、第1の過電流設定値IL1
の設定要領の具体例を説明する。最も厳しい使用条件と
して、200kVAの非常用負荷が始動した後、最後に
最大容量の37kWの誘導電動機を起動する場合を想定
する。この37kWの誘導電動機をY−Δ始動器を使っ
て起動した場合に流れる始動突入電流は、容量換算で定
格の約8倍の320kVA(ベースの200kVAとの
合計は520kVA)に相当する。これに対し、始動電
流は、容量換算で定格の約3倍である120kVA(ベ
ースとの合計は320kVA)に相当する。従って、従
来、このような非常用負荷に電力を供給する場合、回転
機設備では、上述の内、始動電流を考慮して約350k
W程度の容量が必要となる。また、半導体素子を使用し
た静止型設備の場合は、上述の、始動突入電流を考慮し
て約550kVA程度の容量が必要となる。これに対
し、本願発明を適用した場合は、ベースの200kVA
に最大容量の電動機37kWを加えた値を考慮した定格
250kVA程度の電力変換装置で足りる。即ち、使用
する半導体素子、例えば、IGBTの短時間過負荷耐量
を定格(250kVA)の150%として、上述の第1
の過電流設定値により、起動時の最大電流が容量換算で
375kVA(=250×1.5)を越えないように電
圧制限制御を行い、始動時間内の始動電流に対してはI
GBTの温度上昇が、例えば、約90℃以下になるよう
後述する冷却強化策を実行する。これにより、従来の静
止型設備の場合に比較し、半分以下の容量で足り、装置
のコンパクト化、低コスト化が実現する。
Here, the first overcurrent setting value IL1
A specific example of the setting procedure will be described. As the most severe usage condition, it is assumed that after the 200 kVA emergency load is started, the maximum capacity 37 kW induction motor is finally started. The starting rush current that flows when this 37 kW induction motor is started using a Y-Δ starter corresponds to 320 kVA, which is about eight times the rated value in terms of capacity (the total of 200 kVA of the base is 520 kVA). On the other hand, the starting current corresponds to 120 kVA (320 kVA in total with the base), which is about three times the rated value in terms of capacity. Therefore, conventionally, when supplying electric power to such an emergency load, in the rotating machine equipment, about 350 k in consideration of the starting current among the above.
A capacity of about W is required. Further, in the case of static equipment using semiconductor elements, a capacity of about 550 kVA is required in consideration of the starting rush current described above. On the other hand, when the present invention is applied, the base 200 kVA
A power converter with a rated value of about 250 kVA, which takes into consideration the value obtained by adding the maximum capacity electric motor of 37 kW, is sufficient. That is, the short-term overload withstanding capability of the semiconductor element used, for example, the IGBT, is set to 150% of the rating (250 kVA), and the first
With the overcurrent setting value, the voltage limit control is performed so that the maximum current at startup does not exceed 375 kVA (= 250 × 1.5) in terms of capacity.
The cooling strengthening measure described later is executed so that the temperature rise of the GBT is, for example, about 90 ° C. or less. As a result, compared with the case of the conventional static equipment, the capacity of less than half is sufficient, and the apparatus can be made compact and the cost can be reduced.

【0037】以上のように、この発明に実施の形態1に
係る電力変換装置においては、従来より低い電流定格の
半導体素子を使用しても、誘導電動機の始動突入電流に
よるインバータの半導体素子の過電流による破壊を防止
するとともに、始動電流供給中の過負荷運転による加熱
に基づく素子破壊や、温度異常によるインバータ停止を
引き起こすことなく、当該電動機および既に起動してい
た負荷に継続して電力を供給することが出来る。
As described above, in the power converter according to the first embodiment of the present invention, even if a semiconductor element having a lower current rating than that of the conventional one is used, the semiconductor element of the inverter is over-excited due to the starting rush current of the induction motor. Prevents breakdown due to current, and continuously supplies power to the motor and load that has already started without causing element breakdown due to heating due to overload operation while starting current is being supplied or inverter stoppage due to temperature abnormality. You can do it.

【0038】なお、以上の説明では、比較器(2)13
により負荷電流が第2の過電流設定値IL2を越えたこ
とを判断し、その出力信号で素子強化冷却器18を起動
するようにしたが、図1に示す非常用負荷33に電力を
供給する場合は、それに先立って火災検出器が動作する
ので、この火災検出器の出力信号を利用して素子強化冷
却器18を起動するようにしてもよい。制御回路上は、
火災検出器の出力と比較器(2)の出力の論理和出力で
素子強化冷却器を起動することになる。この場合、冷却
強化動作がより早い時点で開始されるので、十分な冷却
効果が期待される。もっとも、過電流にならなくても素
子強化冷却器が起動されるので、その動作頻度が増える
ことになるが、非常用運転自体頻度が少ないので、寿命
的な問題はない。
In the above description, the comparator (2) 13
It is determined that the load current has exceeded the second overcurrent set value IL2 by the above, and the element enhanced cooler 18 is activated by the output signal thereof, but power is supplied to the emergency load 33 shown in FIG. In this case, since the fire detector operates prior to that, the element reinforced cooler 18 may be activated using the output signal of this fire detector. On the control circuit,
The element reinforced cooler is started by the logical sum output of the output of the fire detector and the output of the comparator (2). In this case, since the cooling strengthening operation is started at an earlier point, a sufficient cooling effect is expected. Of course, the element-enhanced cooler is started even if the overcurrent does not occur, so that its operation frequency increases, but since the frequency of emergency operation itself is low, there is no problem in terms of life.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上のように、この発明に係る電力変換
装置は、半導体素子から構成され入力側の電力を変換し
て出力側に供給する電力変換器、および上記電力変換器
の出力を制御する出力制御手段を備えた電力変換装置に
おいて、上記出力側の電流を検出する電流検出手段、上
記電流検出値が上記半導体素子の短時間過電流耐量に基
づいて設定された第1の過電流設定値を越えたとき上記
半導体素子に流れる電流が上記短時間過電流耐量を越え
ないよう上記電力変換器の出力電圧を所定のレベルに制
限する電圧制限手段、および上記電流検出値が上記第1
の過電流設定値より低い値に設定された第2の過電流設
定値を越えたとき上記半導体素子の冷却条件を強化する
冷却強化手段を備えたので、半導体素子の電流定格を過
度に大きくする必要が無く、しかも予想される過電流は
支障無く通電可能となる経済性の高い電力変換装置を得
ることが出来る。
As described above, the power converter according to the present invention controls the output of the power converter, which is composed of semiconductor elements and which converts the power on the input side and supplies it to the output side. In the power conversion device including the output control means, a current detecting means for detecting a current on the output side, and a first overcurrent setting in which the current detection value is set based on the short-time overcurrent withstanding capability of the semiconductor element. When the value exceeds the value, voltage limiting means for limiting the output voltage of the power converter to a predetermined level so that the current flowing through the semiconductor element does not exceed the short-time overcurrent withstanding value, and the current detection value is the first value.
The current rating of the semiconductor element is excessively increased because the cooling enhancement means for enhancing the cooling condition of the semiconductor element is provided when the second overcurrent setting value set to a value lower than the overcurrent setting value of is exceeded. It is possible to obtain a highly economical power conversion device that does not require and can carry over expected overcurrent without trouble.

【0040】また、この発明に係る電力変換装置は、電
力変換装置の出力側に接続される負荷の運転可能な下限
電圧を負荷下限電圧とした場合、電流検出手段による電
流検出値が第1の過電流設定値を越えたとき、電圧制限
手段は上記負荷下限電圧値を出力電圧指令の初期値とし
て電圧制限動作を行うので、負荷の運転に支障がない範
囲で速やかな電圧抑制特性が得られ半導体素子が確実に
保護される。
Further, in the power converter according to the present invention, when the lower limit voltage at which the load connected to the output side of the power converter is operable is set as the load lower limit voltage, the current detection value by the current detecting means is the first value. When the overcurrent set value is exceeded, the voltage limiting means performs the voltage limiting operation using the load lower limit voltage value as the initial value of the output voltage command, so that a rapid voltage suppression characteristic can be obtained within the range that does not hinder the operation of the load. The semiconductor element is surely protected.

【0041】また、この発明に係る電力変換装置は、そ
の電流検出手段による電流検出値が第2の過電流設定値
を越えこの状態が所定の設定時間を越えて継続したとき
電力変換器の出力を停止する出力停止手段を備えたの
で、過電流が予想された時間以上に継続した場合も素子
の損傷が未然に防止される。
Further, in the power converter according to the present invention, when the current detection value by the current detection means exceeds the second overcurrent set value and this state continues for a predetermined set time, the output of the power converter is output. Since the output stopping means for stopping the device is provided, damage to the device can be prevented even when the overcurrent continues for a time longer than the expected time.

【0042】また、この発明に係る電力変換装置は、電
力変換器が誘導電動機を含む負荷に電力を供給するもの
であって、上記誘導電動機は停止状態から電圧が印加さ
れて起動するものである場合、上記誘導電動機の起動電
流を電圧印加に伴う過渡直流成分を含めない始動電流の
みとして算出される上記負荷の起動電流を求め、この算
出負荷起動電流を越える範囲で第1の過電流設定値を設
定するので、誘導電動機の起動特性に影響を与えること
なく半導体素子をその短時間過電流耐量以下の条件で使
用することが出来る。
Further, in the electric power converter according to the present invention, the electric power converter supplies electric power to the load including the induction motor, and the induction motor is started by applying a voltage from the stopped state. In this case, the starting current of the load calculated as the starting current of the induction motor, which does not include the transient DC component associated with voltage application, is calculated, and the first overcurrent set value is set in a range exceeding the calculated load starting current. Is set, the semiconductor element can be used under the condition of the short-time overcurrent withstand capability or less without affecting the starting characteristic of the induction motor.

【0043】また、この発明に係る電力変換装置は、誘
導電動機に流れる電流を始動電流通流後の定常電流値と
して算出される負荷の電流を求め、この算出負荷電流を
越える範囲で第2の過電流設定値を設定するようにした
ので、負荷が定常状態になっても冷却強化手段が長時間
継続して運転されるという弊害が回避される。
Further, the power converter according to the present invention obtains the load current calculated as the steady-state current value after the starting current flows through the current flowing through the induction motor, and within the range exceeding the calculated load current, the second current is calculated. Since the overcurrent set value is set, it is possible to avoid the adverse effect that the cooling intensifying means is continuously operated for a long time even when the load is in the steady state.

【0044】また、この発明に係る電力変換装置は、誘
導電動機の始動電流通流期間を越える範囲で出力停止手
段の設定時間を設定するとともに、上記設定時間内で算
出負荷起動電流が流れたとき半導体素子が許容温度限界
を越えないよう冷却強化手段の冷却強化条件を設定する
ようにしたので、冷却強化手段の容量を合理的に設定す
ることが出来る。
Further, in the power converter according to the present invention, when the set time of the output stopping means is set within a range exceeding the starting current flowing period of the induction motor and the calculated load starting current flows within the set time. Since the cooling strengthening condition of the cooling strengthening means is set so that the semiconductor element does not exceed the allowable temperature limit, the capacity of the cooling strengthening means can be set rationally.

【0045】また、この発明に係る電力変換装置は、負
荷が複数の誘導電動機を含み、上記各誘導電動機の始動
電流通流期間が重ならないよう上記各誘導電動機が順序
起動される場合、上記各誘導電動機の起動毎に求めた算
出負荷起動電流の最大値を越える範囲で第1の過電流設
定値を設定するようにしたので、第1の過電流設定値を
負荷の運転状況に合わせたより低い値に設定でき、電力
変換装置の経済性が増す。
Further, in the electric power converter according to the present invention, when the loads include a plurality of induction motors and the induction motors are sequentially started so that the starting current flow periods of the induction motors do not overlap, each of the induction motors is Since the first overcurrent set value is set within the range that exceeds the maximum value of the calculated load start current obtained each time the induction motor is started, the first overcurrent set value is lower than the value set according to the operating condition of the load. The value can be set, and the economic efficiency of the power conversion device increases.

【0046】また、この発明に係る電力変換装置の冷却
強化手段は、電流検出値が第2の過電流設定値以下にな
った後も所定時間動作を継続するようにしたので、予想
される過電流の継続時間が過電流検出時間より長くなっ
ても、半導体素子の温度保護が確実になされる。
Further, since the cooling intensifying means of the power converter according to the present invention is adapted to continue the operation for a predetermined time even after the detected current value becomes equal to or less than the second overcurrent set value, the expected excess Even if the duration of the current is longer than the overcurrent detection time, the temperature protection of the semiconductor element is surely performed.

【0047】また、この発明に係る電力変換装置は、直
流蓄電装置と交流電力系統との間で電力変換を行い負荷
の平準化を図る電力貯蔵システムであって、上記交流電
力系統が停電したとき、上記直流蓄電装置の直流電力を
交流電力に変換して誘導電動機を含む非常用負荷に供給
する電力変換装置に適用したので、経済性が高く非常用
負荷への電力供給も支障無く行える電力変換装置を得る
ことが出来る。
The power converter according to the present invention is a power storage system for leveling the load by converting power between the DC power storage device and the AC power system, and when the AC power system fails. Since the present invention is applied to a power converter that converts the DC power of the DC power storage device to AC power and supplies it to an emergency load including an induction motor, it is highly economical and can perform power supply to the emergency load without any trouble. You can get the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1における電力変換装
置を適用した電力貯蔵システムの全体構成を示す単線結
線図である。
FIG. 1 is a single line connection diagram showing an overall configuration of a power storage system to which a power conversion device according to a first embodiment of the present invention is applied.

【図2】 図1のインバータ1を中心とした構成を示す
回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration centering on the inverter 1 of FIG.

【図3】 図1の電力変換装置、特に非常用電源として
機能する部分を中心にその構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the power conversion device shown in FIG. 1, particularly a portion functioning as an emergency power supply.

【図4】 図3の電圧制限回路11を中心とした構成を
示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration centered on the voltage limiting circuit 11 of FIG.

【図5】 図3の素子冷却強化装置制御回路17を中心
とした構成を示す回路図である。
5 is a circuit diagram showing a configuration centered on a device cooling enhancement device control circuit 17 of FIG.

【図6】 誘導電動機の起動時の電圧、負荷電流の波形
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing waveforms of voltage and load current when the induction motor is started.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インバータ、2 2次電池、5 電圧検出器、6
負荷電流検出器、8 電圧制御回路、9 過電流設定器
(1)、10 比較器(1)、11 電圧制限回路、1
2 過電流設定器(2)、13 比較器(2)、14
タイマー回路、15 出力停止信号回路、16 PWM
発生回路、17 素子冷却強化装置制御回路、30 電
力系統、33 非常用負荷、IL1 第1の過電流設定
値、IL2 第2の過電流設定値。
1 inverter, 2 secondary battery, 5 voltage detector, 6
Load current detector, 8 voltage control circuit, 9 overcurrent setting device (1), 10 comparator (1), 11 voltage limiting circuit, 1
2 Overcurrent setting device (2), 13 Comparator (2), 14
Timer circuit, 15 output stop signal circuit, 16 PWM
Generation circuit, 17 element cooling enhancement device control circuit, 30 power system, 33 emergency load, IL1 first overcurrent set value, IL2 second overcurrent set value.

フロントページの続き (72)発明者 徳田 伸幸 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 菊岡 泰平 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 隅 直人 大阪府大阪市中央区本町4丁目1番13号 株式会社竹中工務店内 (72)発明者 西端 康介 大阪府大阪市中央区本町4丁目1番13号 株式会社竹中工務店内 (72)発明者 阪下 秀爾 大阪府大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 川本 哲裕 大阪府大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会社ダイヘン内 Fターム(参考) 5H007 AA17 BB00 BB06 CA01 CB02 CB05 CC32 DA06 DB02 DC02 DC05 EA13 FA03 FA13 FA16 FA19 5H530 AA05 BB40 CC27 CD32 DD03 DD13 5H740 AA03 BA11 BB09 BB10 BC01 BC02 KK01 MM08 MM11 MM12Continued front page    (72) Inventor Nobuyuki Tokuda             3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Prefecture             Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Taihei Kikuoka             3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Prefecture             Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Naoto Sumi             4-1-1 Hommachi, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture             Takenaka Corporation Co., Ltd. (72) Inventor Kosuke Nishibata             4-1-1 Hommachi, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture             Takenaka Corporation Co., Ltd. (72) Inventor Shuji Sakashita             2-11-1, Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka             Daihen Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuhiro Kawamoto             2-11-1, Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka             Daihen Co., Ltd. F-term (reference) 5H007 AA17 BB00 BB06 CA01 CB02                       CB05 CC32 DA06 DB02 DC02                       DC05 EA13 FA03 FA13 FA16                       FA19                 5H530 AA05 BB40 CC27 CD32 DD03                       DD13                 5H740 AA03 BA11 BB09 BB10 BC01                       BC02 KK01 MM08 MM11 MM12

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子から構成され入力側の電力を
変換して出力側に供給する電力変換器、および上記電力
変換器の出力を制御する出力制御手段を備えた電力変換
装置において、 上記出力側の電流を検出する電流検出手段、上記電流検
出値が上記半導体素子の短時間過電流耐量に基づいて設
定された第1の過電流設定値を越えたとき上記半導体素
子に流れる電流が上記短時間過電流耐量を越えないよう
上記電力変換器の出力電圧を所定のレベルに制限する電
圧制限手段、および上記電流検出値が上記第1の過電流
設定値より低い値に設定された第2の過電流設定値を越
えたとき上記半導体素子の冷却条件を強化する冷却強化
手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
1. A power converter comprising a semiconductor device, which includes a power converter that converts power on the input side and supplies the converted power to the output side, and an output control device that controls the output of the power converter. Current detecting means for detecting the current on the side of the semiconductor element, and the current flowing through the semiconductor element is short when the current detection value exceeds a first overcurrent setting value set based on the short-time overcurrent withstanding capability of the semiconductor element. Voltage limiting means for limiting the output voltage of the power converter to a predetermined level so as not to exceed the time overcurrent withstanding capacity, and a second current detection value set to a value lower than the first overcurrent setting value. A power converter comprising: a cooling strengthening means for strengthening a cooling condition of the semiconductor element when an overcurrent set value is exceeded.
【請求項2】 電力変換装置の出力側に接続される負荷
の運転可能な下限電圧を負荷下限電圧とした場合、電流
検出手段による電流検出値が第1の過電流設定値を越え
たとき、電圧制限手段は上記負荷下限電圧値を出力電圧
指令の初期値として電圧制限動作を行うことを特徴とす
る請求項1記載の電力変換装置。
2. When the load lower limit voltage is set to the operable lower limit voltage of the load connected to the output side of the power conversion device, when the current detection value by the current detection means exceeds the first overcurrent set value, The power conversion device according to claim 1, wherein the voltage limiting means performs a voltage limiting operation with the load lower limit voltage value as an initial value of the output voltage command.
【請求項3】 電流検出手段による電流検出値が第2の
過電流設定値を越えこの状態が所定の設定時間を越えて
継続したとき電力変換器の出力を停止する出力停止手段
を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の電力
変換装置。
3. An output stop means for stopping the output of the power converter when the current detection value by the current detection means exceeds the second overcurrent set value and this state continues for a predetermined set time or longer. The power conversion device according to claim 1 or 2, characterized in that.
【請求項4】 電力変換器が誘導電動機を含む負荷に電
力を供給するものであって、上記誘導電動機は停止状態
から電圧が印加されて起動するものである場合、上記誘
導電動機の起動電流を電圧印加に伴う過渡直流成分を含
めない始動電流のみとして算出される上記負荷の起動電
流を求め、この算出負荷起動電流を越える範囲で第1の
過電流設定値を設定するようにしたことを特徴とする請
求項1ないし3のいずれかに記載の電力変換装置。
4. When the power converter supplies electric power to a load including an induction motor, and the induction motor starts by applying a voltage from a stopped state, the starting current of the induction motor is changed. The starting current of the load, which is calculated only as the starting current that does not include the transient DC component due to the voltage application, is obtained, and the first overcurrent setting value is set in a range exceeding the calculated load starting current. The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 誘導電動機に流れる電流を始動電流通流
後の定常電流値として算出される負荷の電流を求め、こ
の算出負荷電流を越える範囲で第2の過電流設定値を設
定するようにしたことを特徴とする請求項4記載の電力
変換装置。
5. A load current calculated as a steady current value after the starting current flows through the current flowing through the induction motor, and a second overcurrent set value is set in a range exceeding the calculated load current. The power conversion device according to claim 4, wherein
【請求項6】 誘導電動機の始動電流通流期間を越える
範囲で出力停止手段の設定時間を設定するとともに、上
記設定時間内で算出負荷起動電流が流れたとき半導体素
子が許容温度限界を越えないよう冷却強化手段の冷却強
化条件を設定するようにしたことを特徴とする請求項4
または5記載の電力変換装置。
6. The semiconductor device does not exceed an allowable temperature limit when the set time of the output stop means is set in a range exceeding the starting current flowing period of the induction motor and the calculated load starting current flows within the set time. 5. The cooling strengthening condition of the cooling strengthening means is set as described above.
Alternatively, the power conversion device according to 5.
【請求項7】 負荷が複数の誘導電動機を含み、上記各
誘導電動機の始動電流通流期間が重ならないよう上記各
誘導電動機が順序起動される場合、上記各誘導電動機の
起動毎に求めた算出負荷起動電流の最大値を越える範囲
で第1の過電流設定値を設定するようにしたことを特徴
とする請求項4記載の電力変換装置。
7. When the load includes a plurality of induction motors, and when the induction motors are sequentially started so that the starting current flow periods of the induction motors do not overlap, the calculation obtained each time the induction motors are started. The power converter according to claim 4, wherein the first overcurrent set value is set in a range exceeding the maximum value of the load starting current.
【請求項8】 冷却強化手段は、電流検出値が第2の過
電流設定値以下になった後も所定時間動作を継続するよ
うにしたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか
に記載の電力変換装置。
8. The cooling strengthening means is configured to continue the operation for a predetermined time even after the detected current value becomes equal to or lower than the second overcurrent set value, according to any one of claims 1 to 7. The power converter described.
【請求項9】 直流蓄電装置と交流電力系統との間で電
力変換を行い負荷の平準化を図る電力貯蔵システムであ
って、上記交流電力系統が停電したとき、上記直流蓄電
装置の直流電力を交流電力に変換して誘導電動機を含む
非常用負荷に供給する電力変換装置に適用したことを特
徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の電力変換
装置。
9. A power storage system for leveling a load by converting power between a DC power storage device and an AC power system, wherein the DC power of the DC power storage device is supplied when the AC power system fails. 9. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is applied to a power conversion device that converts the AC power to supply an emergency load including an induction motor.
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