JP2004254360A - Backup device of ac-ac power converter - Google Patents

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JP2004254360A JP2003039408A JP2003039408A JP2004254360A JP 2004254360 A JP2004254360 A JP 2004254360A JP 2003039408 A JP2003039408 A JP 2003039408A JP 2003039408 A JP2003039408 A JP 2003039408A JP 2004254360 A JP2004254360 A JP 2004254360A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a backup device having a low cost and a small size by enabling continuous operation even when a power supply is abnormal or when a semiconductor switch fails in operation. <P>SOLUTION: An AC-AC power converter includes a matrix converter for converting a polyphase AC voltage into a polyphase AC voltage via a virtual rectifier and a virtual inverter. The AC-AC power converter synthesizes control pulses to the virtual rectifier and the virtual inverter and imparts the synthesized pulse to the matrix converter. The AC-AC converter further includes a power supply fault detecting means 70 for detecting the fault of the polyphase AC voltage of the power supply side, a changeover switch 80, a DC power supply 83 for supplying a DC voltage to the input side of the virtual rectifier instead of the polyphase AC voltage supplied to the virtual rectifier, and a rectifier control means 40 for turning on the predetermined semiconductor switch and turning off the other semiconductor switch according to a switch-on command so that the DC voltage is present at the virtual DC link of the matrix converter 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリクスコンバータを用いて多相の交流電圧を多相の交流電圧に直接変換する交流−交流電力変換器において、電源異常時やマトリクスコンバータを構成する半導体スイッチが故障した場合にも支障なく運転を継続させるためのバックアップ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、マトリクスコンバータを用いた従来の交流−交流電力変換器の構成を示している。ここでは、マトリクスコンバータの入力側、出力側の多相の例として最も一般的な三相を例示しており、入力側(電源側)の各相及び交流入力端子をR,S,T、出力側(負荷側)の各相及び交流出力端子をU,V,Wとする。
【0003】
図4において、10は三相交流電源、20は三相交流電源10に接続された三相無停電電源、30は交流入力端子R,S,Tと交流出力端子U,V,Wとの間に接続された双方向性の半導体スイッチ31〜39からなるマトリクスコンバータである。
ここで、半導体スイッチ31〜39は、例えばIGBT等の2個の半導体スイッチング素子を逆方向に直列接続すると共に、各スイッチング素子に環流ダイオードをそれぞれ逆並列に接続して構成されている。
【0004】
上記マトリクスコンバータ30の制御に当たっては、マトリクスコンバータ30内に仮想整流器30A及び仮想インバータ30Bを想定し(図5参照)、これらに対するPWMパルス(スイッチング関数)を図4の整流器制御手段40及びインバータ制御手段50によりそれぞれ作成すると共に、両PWMパルスをPWMパルス合成手段60により合成してマトリクスコンバータ30に与える方法が知られている(例えば、「マトリクスコンバータにおける入出力無効電力の非干渉制御法」,伊藤里絵・高橋勲,電気学会半導体電力変換研究会SPC−01−121,IEA−01−64を参照)。
【0005】
なお、仮想整流器30A側では、整流器制御手段40が入力電流指令とキャリア波形とを比較し、その大小関係により整流器30A側のPWMパルスを生成すると共に、仮想インバータ30B側では、インバータ制御手段50が出力電圧指令とキャリア波形とを比較し、その大小関係によりインバータ30B側のPWMパルスを生成する。これらのPWMパルスを合成してマトリクスコンバータ30の半導体スイッチ31〜39を駆動することにより、入力電流及び出力電圧を各指令どおりに制御している。
ここで、仮想整流器30Aの動作は、電源短絡を許容しないため電流形のPWM整流器と等価な動作となる。
【0006】
上記マトリクスコンバータ30は平滑コンデンサやリアクトルからなる大形のエネルギーバッファを備えていないため、停電や電圧低下、大幅な電圧不平衡等の電源異常が発生した場合には運転を停止しなくてはならない。しかし、エレベータや産業用プラントのように、用途によっては装置を極力停止させずに電源異常時にも継続的な運転を求められる場合がある。
そこで、電源異常時に対応するため、図4の従来技術では、三相交流電源10とマトリクスコンバータ30との間に三相無停電電源20を備えている。この結果、三相交流電源10に異常が発生した場合でも、三相無停電電源20により交流電源が確保され、マトリクスコンバータ30の運転は継続可能となる。
【0007】
ここで、マトリクスコンバータの構成及び動作は、下記の非特許文献1に記載されている。また、無停電電源システムについては、非特許文献2に記載されている。
【0008】
【非特許文献1】
電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編,「パワーエレクトロニクス回路」,第1版,株式会社オーム社発行,平成12年11月30日,p.219〜p.223
【非特許文献2】
電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編,「パワーエレクトロニクス回路」,第1版,株式会社オーム社発行,平成12年11月30日,p.232〜p.235
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、電源異常時の対策として三相無停電電源20を設置することは、システムを高価にするだけでなく、システム全体を大形化させる。また、電源異常以外の要因、例えば半導体スイッチ31〜39に開放故障等の異常事態が発生した場合には運転を停止せざるを得ず、運転を継続することが不可能である。
【0010】
そこで本発明は、電源異常時やマトリクスコンバータの半導体スイッチに故障が発生した場合にも運転の継続を可能にした、安価かつ小形のバックアップ装置を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、多相交流電圧を仮想整流器及び仮想インバータにより多相交流電圧に変換するマトリクスコンバータを備え、前記仮想整流器の制御パルスと前記仮想インバータの制御パルスとを合成して前記マトリクスコンバータに与える交流−交流電力変換器において、
前記仮想整流器に供給される多相交流電圧の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段により異常が検出された時に、前記仮想整流器に供給される多相交流電圧に代えて、直流電圧を前記仮想整流器の入力側に供給する手段と、前記直流電圧が前記マトリクスコンバータの仮想直流リンク部に現れるように前記マトリクスコンバータ内の所定の半導体スイッチをオンさせると共に他の半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたものである。
【0012】
請求項2記載の発明は、多相交流電圧を相交流電圧に変換するマトリクスコンバータにおいて、
前記マトリクスコンバータ内の故障した半導体スイッチが接続されている入力相を故障相として検出する故障スイッチ検出手段と、この故障スイッチ検出手段により故障が検出された時に、前記マトリクスコンバータに供給される多相交流電圧に代えて、前記故障相以外の入力相の線間に直流電圧を供給する手段と、この手段により直流電圧が供給された入力相に接続されている半導体スイッチをオンオフさせると共に前記故障相に接続されている全ての半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたものである。
【0013】
請求項3記載の発明は、多相交流電圧を仮想整流器及び仮想インバータにより多相交流電圧に変換するマトリクスコンバータを備え、前記仮想整流器の制御パルスと前記仮想インバータの制御パルスとを合成して前記マトリクスコンバータに与える交流−交流電力変換器において、
前記マトリクスコンバータ内の故障した半導体スイッチが接続されている入力相を故障相として検出する故障スイッチ検出手段と、この故障スイッチ検出手段により故障が検出された時に、前記仮想整流器に供給される多相交流電圧に代えて、前記故障相以外の入力相の線間に直流電圧を供給する手段と、この手段により直流電圧が供給された入力相に接続されている半導体スイッチをオンオフさせると共に前記故障相に接続されている全ての半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は本発明の第1実施形態を示す構成図であり、請求項1の発明に相当するものである。図1において、図4と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では図4と異なる部分を中心に説明する。
【0015】
図1において、80は三相交流電源10とマトリクスコンバータ30との間に接続された切替スイッチであり、R相に設けられたスイッチ81と、T相に設けられたスイッチ82とを備えている。
スイッチ81は、マトリクスコンバータ30のR相側の端子eと、電源10のR相、S相側の端子a,bとを有し、端子bと電源10のS相との間には直流電源83が接続されている。また、スイッチ82は、マトリクスコンバータ30のT相側の端子fと、電源10のS相、T相側の端子c,dとを備えている。これらのスイッチ81,82は、後述する電源異常検出手段70からの異常検出信号により連動して切り替わるものであり、三相交流電源10の正常時には、図示するように端子a,e及び端子d,fが互いに接続され、電源10からの三相交流電圧がマトリクスコンバータ30に入力されている。
【0016】
また、電源10の三相出力端子には電源異常検出手段70が接続されており、電源異常時に前記切替スイッチ80を切り替えるための異常検出信号を出力すると共に、マトリクスコンバータ30の仮想整流器内の特定の半導体スイッチをオンするべく、整流器制御手段40に向けてスイッチオン指令を出力するように構成されている。
【0017】
次に、この実施形態の動作を説明する。
三相交流電源10の停電や電圧低下、大幅な電圧不平衡等が発生し、マトリクスコンバータ30に供給される三相交流電圧に異常が発生した場合、電源異常検出手段70がこれらの異常を検出し、異常検出信号を切替スイッチ80に出力する。これにより、スイッチ81,82が切り替わり、端子b,e及び端子c,fが互いに接続される。
【0018】
上記のスイッチ動作によってマトリクスコンバータ30の入力電源が三相交流電源10から直流電源83に切り替わることになり、マトリクスコンバータ30には直流電圧が入力される。このため、三相交流を直流に変換する仮想整流器動作は不要となり、仮想整流器側では直流電源83が接続されている半導体スイッチのみをオンさせることによって仮想の直流リンク部に直流電源83の電圧が現れるようにする。
図1の例では、電源異常時に直流電源83がR相とS相との線間に接続されるので、図5における上アームの仮想スイッチSRPと下アームの仮想スイッチSSNをオンさせて他のスイッチをオフさせれば、仮想の直流リンク部の電圧が直流電源83の電圧に等しくなるため、図1の電源異常検出手段70は、仮想スイッチSRP,SSNをオンさせるためのスイッチオン指令を整流器制御手段40に出力する。
【0019】
このとき、マトリクスコンバータ30内の仮想インバータは、仮想整流器が動作している場合と同様に通常の直流−交流変換動作を行えばよい。
この結果、三相交流電源10(三相交流電圧)に異常が発生しても、マトリクスコンバータ30の出力電圧の大きさや位相を変化させることなく電力変換器の運転を継続することができる。特に、本実施形態では、図4の従来技術のように三相無停電電源20を用いる必要もなく、電源異常検出手段70、切替スイッチ80、直流電源83等は比較的安価かつ小型であるから、装置の低コスト化、小型化が可能である。
【0020】
なお、この実施形態では、電源異常検出時に、切替スイッチ80によって直流電源83をR,S相の線間に接続しているが、直流電源83を接続する相は他の線間でも良い。また、直流電源を1つとせず、R,S相及びS,T相の線間にそれぞれ接続しても良い。
【0021】
次いで、本発明の第2実施形態を図2、図3を参照しつつ説明する。この第2実施形態は、請求項2,3の発明に相当するものである。
本実施形態は、図2に示す如くマトリクスコンバータ30に接続された故障スイッチ検出手段100により、マトリクスコンバータ30を構成する半導体スイッチが故障した旨の故障検出信号と、故障した半導体スイッチが接続されている入力相情報である故障相情報とを出力させ、故障検出時には三相交流電源10をマトリクスコンバータ30の入力側から切り離すと共に、接続相切替選択手段94により故障相以外の入力相の線間に直流電源95を接続し、これらの入力相に接続されている半導体スイッチのみをオンオフ制御するように構成したものである。
【0022】
図2において、三相交流電源10とマトリクスコンバータ30との間の各相には接点91,92,93が接続され、これらの接点91,92,93は故障スイッチ検出手段100からの故障検出信号により連動して開放されるようになっている。また、切替スイッチ90内には、直流電源95が接続された接続相切替選択手段94が設けられており、選択手段94内部の動作によって、前記直流電源95がマトリクスコンバータ30の入力側の各相のうち二つの相の線間に選択的に接続可能となっている。なお、接続相切替選択手段94には、故障スイッチ検出手段100からの故障検出信号及び故障相情報が入力されている。
接続相切替選択手段94は、直流電源95が接続される入力相(接続相)を接続相情報として整流器制御手段40に出力するものである。
【0023】
なお、この実施形態では、半導体スイッチ31〜30の故障として開放故障を想定している。一般に、半導体スイッチは短絡故障する場合もあるが、短絡故障は大電流による場合が多いので、短絡故障を防止するためにスイッチと直列に速断ヒューズを接続するなどして結果的に開放故障を発生させることができる。このような手段を講じることにより、ほとんどの故障を開放故障として処理することが可能である。
また、故障スイッチ検出手段100による故障検出は、例えば、スイッチのオンオフ指令とスイッチの両端電圧とを比較し、スイッチにオン指令が与えられているにも関わらずスイッチの両端電圧が異常に高い場合を故障と判断することで実現可能である。
【0024】
図3は、図2の実施形態におけるスイッチ故障発生時の動作を示している。
マトリクスコンバータは1つの出力相に3つの入力相の半導体スイッチが接続されているため、3つの入力相のうちの1つのスイッチが故障したとしても他の2つの入力相のスイッチによりチョッピング動作が可能である。従って、接続相切替選択手段94は、故障相以外の2つの入力相の線間に直流電源95が接続されるように制御を行うと共に、接続相情報として、直流電源95が接続された入力相に接続されているスイッチをオンオフ制御する旨の情報を整流器制御手段40に送出する。
【0025】
例えば、図3において、入力相のR相に接続されているスイッチ33が開放故障した場合には、故障スイッチ検出手段100からの故障検出信号により図2の接点91,92,93を開放し三相交流電源10を遮断した状態で、図3の右側に示す如く入力相のS相、T相の線間に直流電源95を接続する。また、R相に接続されている他のスイッチ31,32もオフ状態で固定すれば、入力相のS相、T相にそれぞれ接続されているスイッチ34〜39をオンオフ制御することにより、三相交流電圧を出力させることができる。
すなわち、開放故障したスイッチと同一の入力相(故障相)に接続されている全てのスイッチをオフ状態で固定し、他の2つの入力相(健全相)の線間に直流電源95を接続してこれらの2つの入力相に接続されたスイッチをオンオフ制御すれば、マトリクスコンバータ30を等価的にインバータ動作させることができ、任意の大きさ、周波数を有する交流電圧を発生することができる。
【0026】
マトリクスコンバータは、欠相時やスイッチの故障時には単相交流の変換動作しか行うことができない。単相交流の瞬時電力は電源周波数の2倍の脈動があるため、大形のエネルギーバッファを持たないマトリクスコンバータは、一定の瞬時電力を出力することができない。しかし、この実施形態のように入力側に直流電源95を接続して所定のスイッチをオンオフさせることにより、入力側の一定の瞬時電力を取り出すことができ、かつ、一定の瞬時電力を出力することができる。この結果、ある相のスイッチが故障した場合でも制御性能を低下させることなく、運転を継続することが可能になる。
【0027】
なお、本発明は、各実施形態で説明した三相以外の多相交流の相互変換にも適用可能である。
【0028】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、マトリクスコンバータのように大容量のエネルギーバッファを持たない交流−交流電力変換器において、電源異常時や半導体スイッチの故障発生時にも、入力側に直流電圧を供給して所定の半導体スイッチをオンオフ制御することにより、継続的な運転が可能になる。また、無停電電源を備える従来技術に比べて比較的簡単な回路構成により安価に提供できるため、信頼性や経済性の向上も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明の第2実施形態を示す構成図である。
【図3】図2において、ある半導体スイッチが故障した場合に構成される等価回路図である。
【図4】従来技術を示す構成図である。
【図5】図4における主回路の等価的な構成図である。
【符号の説明】
10:三相交流電源
30:マトリクスコンバータ
31〜39:半導体スイッチ
40:整流器制御手段
50:インバータ制御手段
60:PWMパルス合成手段
70:電源異常検出手段
80,90:切替スイッチ
81,82:スイッチ
83,95:直流電源
91,92,93:接点
94:接続相切替選択手段
100:故障スイッチ検出手段
a〜f:端子
R,S,T:交流入力端子
U,V,W:交流出力端子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an AC-AC power converter that directly converts a multi-phase AC voltage to a multi-phase AC voltage using a matrix converter, even when a power failure occurs or when a semiconductor switch forming the matrix converter fails. The present invention relates to a backup device for continuing operation without any change.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a configuration of a conventional AC-AC power converter using a matrix converter. Here, the most common three-phase is illustrated as an example of the input-side and output-side polyphases of the matrix converter. Each phase on the input side (power supply side) and the AC input terminals are denoted by R, S, T, and the output. Side (load side) and the AC output terminal are U, V, W.
[0003]
4, reference numeral 10 denotes a three-phase AC power supply, reference numeral 20 denotes a three-phase uninterruptible power supply connected to the three-phase AC power supply 10, reference numeral 30 denotes a connection between the AC input terminals R, S, T and the AC output terminals U, V, W. Is a matrix converter composed of bidirectional semiconductor switches 31 to 39 connected to the matrix converter.
Here, the semiconductor switches 31 to 39 are configured by connecting two semiconductor switching elements, such as IGBTs, in series in the reverse direction, and connecting a freewheel diode to each switching element in anti-parallel.
[0004]
In controlling the matrix converter 30, a virtual rectifier 30A and a virtual inverter 30B are assumed in the matrix converter 30 (see FIG. 5), and PWM pulses (switching functions) for these are rectified by the rectifier control means 40 and the inverter control means in FIG. A method is known in which both the PWM pulses are created by the PWM converter 50 and the two PWM pulses are combined by the PWM pulse combining means 60 and given to the matrix converter 30. See Satoe, Isao Takahashi, IEEJ Semiconductor Power Conversion Study Group, SPC-01-121, IEA-01-64).
[0005]
On the virtual rectifier 30A side, the rectifier control means 40 compares the input current command with the carrier waveform, generates a PWM pulse on the rectifier 30A side according to the magnitude relationship, and on the virtual inverter 30B side, the inverter control means 50 The output voltage command is compared with the carrier waveform, and a PWM pulse on the inverter 30B side is generated based on the magnitude relationship. By synthesizing these PWM pulses and driving the semiconductor switches 31 to 39 of the matrix converter 30, the input current and the output voltage are controlled as instructed.
Here, the operation of the virtual rectifier 30A is equivalent to an operation of a current-type PWM rectifier because a power supply short circuit is not allowed.
[0006]
Since the matrix converter 30 does not include a large-sized energy buffer including a smoothing capacitor and a reactor, the operation must be stopped when a power failure such as a power failure, a voltage drop, or a significant voltage imbalance occurs. . However, like an elevator or an industrial plant, depending on the application, continuous operation may be required even when a power failure occurs without stopping the apparatus as much as possible.
Therefore, in order to cope with a power failure, the prior art in FIG. 4 includes a three-phase uninterruptible power supply 20 between the three-phase AC power supply 10 and the matrix converter 30. As a result, even if an abnormality occurs in the three-phase AC power supply 10, the AC power is secured by the three-phase uninterruptible power supply 20, and the operation of the matrix converter 30 can be continued.
[0007]
Here, the configuration and operation of the matrix converter are described in Non-Patent Document 1 below. Non-interruptible power supply systems are described in Non-Patent Document 2.
[0008]
[Non-patent document 1]
The Institute of Electrical Engineers of Japan, Special Committee on Investigation of Semiconductor Power Conversion Systems, “Power Electronics Circuit”, 1st edition, published by Ohmsha, November 30, 2000, p. 219-p. 223
[Non-patent document 2]
The Institute of Electrical Engineers of Japan, Special Committee on Investigation of Semiconductor Power Conversion Systems, “Power Electronics Circuit”, 1st edition, published by Ohmsha, November 30, 2000, p. 232 to p. 235
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, installing the three-phase uninterruptible power supply 20 as a countermeasure in the event of a power failure not only makes the system expensive, but also increases the size of the entire system. Further, when a factor other than the power supply abnormality, for example, an abnormal situation such as an open failure occurs in the semiconductor switches 31 to 39, the operation must be stopped, and the operation cannot be continued.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive and compact backup device that enables continuation of operation even when a power supply abnormality occurs or a failure occurs in a semiconductor switch of a matrix converter.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 includes a matrix converter that converts a polyphase AC voltage into a polyphase AC voltage by using a virtual rectifier and a virtual inverter, wherein a control pulse of the virtual rectifier and a control of the virtual inverter are provided. In an AC-AC power converter that synthesizes a pulse and gives the matrix converter with the pulse,
Abnormality detecting means for detecting an abnormality of the polyphase AC voltage supplied to the virtual rectifier; and, when an abnormality is detected by the abnormality detecting means, a DC voltage is used instead of the polyphase AC voltage supplied to the virtual rectifier. To the input side of the virtual rectifier, and means for turning on a predetermined semiconductor switch in the matrix converter and turning off other semiconductor switches so that the DC voltage appears in the virtual DC link section of the matrix converter. And with.
[0012]
The invention according to claim 2 is a matrix converter that converts a polyphase AC voltage into a phase AC voltage,
A faulty switch detecting means for detecting an input phase to which a faulty semiconductor switch in the matrix converter is connected as a faulty phase; and a polyphase supplied to the matrix converter when a fault is detected by the faulty switch detecting means. Means for supplying a DC voltage between the input phase lines other than the failed phase instead of the AC voltage, and turning on and off a semiconductor switch connected to the input phase supplied with the DC voltage by the means; For turning off all the semiconductor switches connected to the switch.
[0013]
The invention according to claim 3 includes a matrix converter that converts a polyphase AC voltage into a polyphase AC voltage by using a virtual rectifier and a virtual inverter, and synthesizes a control pulse of the virtual rectifier and a control pulse of the virtual inverter to synthesize the control pulse. In an AC-AC power converter provided to a matrix converter,
Faulty switch detecting means for detecting an input phase to which the faulty semiconductor switch in the matrix converter is connected as a faulty phase, and a multi-phase circuit which is supplied to the virtual rectifier when a fault is detected by the faulty switch detecting means. Means for supplying a DC voltage between the input phase lines other than the failed phase instead of the AC voltage, and turning on and off a semiconductor switch connected to the input phase supplied with the DC voltage by the means; For turning off all the semiconductor switches connected to the switch.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention, and corresponds to the first aspect of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description below will focus on those parts that differ from FIG. 4.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 80 denotes a changeover switch connected between the three-phase AC power supply 10 and the matrix converter 30, and includes a switch 81 provided for the R phase and a switch 82 provided for the T phase. .
The switch 81 has an R-phase terminal e of the matrix converter 30 and R-phase and S-phase terminals a and b of the power supply 10. A DC power supply is connected between the terminal b and the S-phase of the power supply 10. 83 are connected. The switch 82 includes a T-phase terminal f of the matrix converter 30 and S-phase and T-phase terminals c and d of the power supply 10. These switches 81 and 82 are switched in response to an abnormality detection signal from a power supply abnormality detection means 70 described later. When the three-phase AC power supply 10 is normal, the terminals a and e and the terminals d and f are connected to each other, and a three-phase AC voltage from the power supply 10 is input to the matrix converter 30.
[0016]
Further, a power supply abnormality detecting means 70 is connected to a three-phase output terminal of the power supply 10 to output an abnormality detection signal for switching the changeover switch 80 when the power supply is abnormal, In order to turn on the semiconductor switch, a switch-on command is output to the rectifier control means 40.
[0017]
Next, the operation of this embodiment will be described.
When a power failure, a voltage drop, a significant voltage imbalance, or the like of the three-phase AC power supply 10 occurs and an abnormality occurs in the three-phase AC voltage supplied to the matrix converter 30, the power supply abnormality detection means 70 detects these abnormalities. Then, an abnormality detection signal is output to the changeover switch 80. As a result, the switches 81 and 82 are switched, and the terminals b and e and the terminals c and f are connected to each other.
[0018]
By the above switch operation, the input power of the matrix converter 30 is switched from the three-phase AC power supply 10 to the DC power supply 83, and a DC voltage is input to the matrix converter 30. Therefore, the operation of the virtual rectifier for converting the three-phase alternating current to direct current is not required, and the voltage of the direct current power source 83 is applied to the virtual direct current link by turning on only the semiconductor switch to which the direct current power source 83 is connected on the virtual rectifier side. To appear.
In the example of FIG. 1, the DC power supply 83 is connected between the R-phase and S-phase lines when the power supply is abnormal, so that the virtual switch S RP of the upper arm and the virtual switch S SN of the lower arm in FIG. 5 are turned on. If the other switches are turned off, the voltage of the virtual DC link unit becomes equal to the voltage of the DC power supply 83. Therefore, the power supply abnormality detecting means 70 in FIG. 1 uses the switches for turning on the virtual switches S RP and S SN. An on command is output to the rectifier control means 40.
[0019]
At this time, the virtual inverter in the matrix converter 30 may perform a normal DC-AC conversion operation as in the case where the virtual rectifier is operating.
As a result, even if an abnormality occurs in the three-phase AC power supply 10 (three-phase AC voltage), the operation of the power converter can be continued without changing the magnitude or phase of the output voltage of the matrix converter 30. In particular, in the present embodiment, it is not necessary to use the three-phase uninterruptible power supply 20 unlike the prior art of FIG. 4, and the power supply abnormality detecting means 70, the changeover switch 80, the DC power supply 83, etc. are relatively inexpensive and small. In addition, the cost and size of the device can be reduced.
[0020]
In this embodiment, the DC power supply 83 is connected between the R and S phase lines by the changeover switch 80 when the power supply abnormality is detected. However, the DC power supply 83 may be connected between other lines. Further, instead of using a single DC power supply, the DC power supply may be connected between the R, S phase and S, T phase lines.
[0021]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment corresponds to the second and third aspects of the invention.
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the failure switch detection means 100 connected to the matrix converter 30 connects the failure detection signal indicating that the semiconductor switch constituting the matrix converter 30 has failed to the failed semiconductor switch. When the failure is detected, the three-phase AC power supply 10 is disconnected from the input side of the matrix converter 30, and the connection phase switching selecting means 94 is used to output a signal between the input phase lines other than the failed phase. A DC power supply 95 is connected, and only semiconductor switches connected to these input phases are turned on / off.
[0022]
2, contacts 91, 92, and 93 are connected to each phase between the three-phase AC power supply 10 and the matrix converter 30, and these contacts 91, 92, and 93 are connected to a failure detection signal from the failure switch detection means 100. It is opened in conjunction with. Further, in the changeover switch 90, there is provided a connection phase switching selection means 94 to which a DC power supply 95 is connected, and the operation of the selection means 94 causes the DC power supply 95 to switch each phase on the input side of the matrix converter 30. Of the two phases can be selectively connected. It should be noted that the failure detection signal and the failure phase information from the failure switch detection means 100 are input to the connection phase switching selection means 94.
The connection phase switching selection means 94 outputs the input phase (connection phase) to which the DC power supply 95 is connected to the rectifier control means 40 as connection phase information.
[0023]
In this embodiment, an open failure is assumed as a failure of the semiconductor switches 31 to 30. In general, semiconductor switches can cause short-circuit faults, but short-circuit faults are often caused by large currents, so open-circuit faults occur as a result of connecting a fast-acting fuse in series with the switch to prevent short-circuit faults. Can be done. By taking such measures, most failures can be treated as open failures.
Further, the failure detection by the failure switch detecting means 100 is performed, for example, by comparing the on / off command of the switch with the voltage across the switch, and when the voltage across the switch is abnormally high despite the ON command being given to the switch. Can be realized by determining that a failure has occurred.
[0024]
FIG. 3 shows an operation when a switch failure occurs in the embodiment of FIG.
In the matrix converter, three output phase semiconductor switches are connected to one output phase, so even if one of the three input phases fails, the other two input phase switches can perform chopping operation. It is. Therefore, the connection phase switching selection means 94 controls the DC power supply 95 to be connected between the lines of the two input phases other than the failed phase, and as the connection phase information, the input phase to which the DC power supply 95 is connected. Is transmitted to the rectifier control means 40 to turn on / off the switch connected to the rectifier control means 40.
[0025]
For example, in FIG. 3, when the switch 33 connected to the R phase of the input phase has an open fault, the contacts 91, 92, and 93 in FIG. With the phase AC power supply 10 cut off, a DC power supply 95 is connected between the input phase S-phase and T-phase lines as shown on the right side of FIG. Further, if the other switches 31 and 32 connected to the R phase are also fixed in the off state, the switches 34 to 39 connected to the S phase and the T phase of the input phase are controlled to be on and off, so that the three phases are controlled. An AC voltage can be output.
That is, all switches connected to the same input phase (failed phase) as the switch having the open fault are fixed in the off state, and the DC power supply 95 is connected between the lines of the other two input phases (healthy phases). If the switches connected to these two input phases are on / off controlled, the matrix converter 30 can be equivalently operated as an inverter, and an AC voltage having an arbitrary magnitude and frequency can be generated.
[0026]
The matrix converter can perform only a single-phase AC conversion operation at the time of phase loss or switch failure. Since the instantaneous power of single-phase AC has a pulsation twice as large as the power supply frequency, a matrix converter without a large energy buffer cannot output constant instantaneous power. However, by connecting the DC power supply 95 to the input side and turning on and off a predetermined switch as in this embodiment, it is possible to extract a constant instantaneous power on the input side and to output a constant instantaneous power. Can be. As a result, even when a switch of a certain phase fails, the operation can be continued without lowering the control performance.
[0027]
The present invention is also applicable to the mutual conversion of polyphase alternating currents other than the three-phase described in each embodiment.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an AC-AC power converter that does not have a large-capacity energy buffer such as a matrix converter, a DC voltage is supplied to the input side even when a power failure or a semiconductor switch failure occurs. Then, by performing on / off control of a predetermined semiconductor switch, continuous operation can be performed. In addition, since it can be provided at a low cost with a relatively simple circuit configuration as compared with the conventional technology having an uninterruptible power supply, improvement in reliability and economy can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram configured when a certain semiconductor switch fails in FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional technique.
FIG. 5 is an equivalent configuration diagram of a main circuit in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
10: three-phase AC power supply 30: matrix converters 31 to 39: semiconductor switch 40: rectifier control means 50: inverter control means 60: PWM pulse synthesis means 70: power supply abnormality detection means 80, 90: changeover switches 81, 82: switch 83 , 95: DC power supplies 91, 92, 93: contacts 94: connection phase switching selecting means 100: fault switch detecting means a to f: terminals R, S, T: AC input terminals U, V, W: AC output terminals

Claims (3)

多相交流電圧を仮想整流器及び仮想インバータにより多相交流電圧に変換するマトリクスコンバータを備え、前記仮想整流器の制御パルスと前記仮想インバータの制御パルスとを合成して前記マトリクスコンバータに与える交流−交流電力変換器において、
前記仮想整流器に供給される多相交流電圧の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段により異常が検出された時に、前記仮想整流器に供給される多相交流電圧に代えて、直流電圧を前記仮想整流器の入力側に供給する手段と、前記直流電圧が前記マトリクスコンバータの仮想直流リンク部に現れるように前記マトリクスコンバータ内の所定の半導体スイッチをオンさせると共に他の半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたことを特徴とする交流−交流電力変換器のバックアップ装置。
A matrix converter for converting a polyphase AC voltage into a polyphase AC voltage by a virtual rectifier and a virtual inverter, and synthesizing a control pulse of the virtual rectifier and a control pulse of the virtual inverter to provide AC-AC power to the matrix converter In the converter,
Abnormality detecting means for detecting an abnormality of the polyphase AC voltage supplied to the virtual rectifier; and, when an abnormality is detected by the abnormality detecting means, a DC voltage is used instead of the polyphase AC voltage supplied to the virtual rectifier. To the input side of the virtual rectifier, and means for turning on a predetermined semiconductor switch in the matrix converter and turning off other semiconductor switches so that the DC voltage appears in the virtual DC link section of the matrix converter. And a backup device for an AC-AC power converter.
多相交流電圧を相交流電圧に変換するマトリクスコンバータにおいて、
前記マトリクスコンバータ内の故障した半導体スイッチが接続されている入力相を故障相として検出する故障スイッチ検出手段と、
この故障スイッチ検出手段により故障が検出された時に、前記マトリクスコンバータに供給される多相交流電圧に代えて、前記故障相以外の入力相の線間に直流電圧を供給する手段と、
この手段により直流電圧が供給された入力相に接続されている半導体スイッチをオンオフさせると共に前記故障相に接続されている全ての半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたことを特徴とする交流−交流電力変換器のバックアップ装置。
In a matrix converter that converts a polyphase AC voltage to a phase AC voltage,
Faulty switch detection means for detecting an input phase to which a faulty semiconductor switch in the matrix converter is connected as a faulty phase,
A means for supplying a DC voltage between input phase lines other than the failed phase, instead of the polyphase AC voltage supplied to the matrix converter when a failure is detected by the failure switch detection means;
Means for turning on / off a semiconductor switch connected to an input phase supplied with a DC voltage by this means and turning off all semiconductor switches connected to the failed phase. Backup device for AC power converter.
多相交流電圧を仮想整流器及び仮想インバータにより多相交流電圧に変換するマトリクスコンバータを備え、前記仮想整流器の制御パルスと前記仮想インバータの制御パルスとを合成して前記マトリクスコンバータに与える交流−交流電力変換器において、
前記マトリクスコンバータ内の故障した半導体スイッチが接続されている入力相を故障相として検出する故障スイッチ検出手段と、
この故障スイッチ検出手段により故障が検出された時に、前記仮想整流器に供給される多相交流電圧に代えて、前記故障相以外の入力相の線間に直流電圧を供給する手段と、
この手段により直流電圧が供給された入力相に接続されている半導体スイッチをオンオフさせると共に前記故障相に接続されている全ての半導体スイッチをオフさせる手段と、を備えたことを特徴とする交流−交流電力変換器のバックアップ装置。
A matrix converter for converting a polyphase AC voltage into a polyphase AC voltage by a virtual rectifier and a virtual inverter, and synthesizing a control pulse of the virtual rectifier and a control pulse of the virtual inverter to provide AC-AC power to the matrix converter In the converter,
Faulty switch detection means for detecting an input phase to which a faulty semiconductor switch in the matrix converter is connected as a faulty phase,
A means for supplying a DC voltage between input phase lines other than the failed phase, instead of the multi-phase AC voltage supplied to the virtual rectifier when a failure is detected by the failure switch detection means;
Means for turning on / off a semiconductor switch connected to an input phase supplied with a DC voltage by this means and turning off all semiconductor switches connected to the failed phase. Backup device for AC power converter.
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