JP2005229771A - インバータ回生抵抗保護装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 インバータ装置におけるインバータ回生抵抗の保護装置を提供する。
【解決手段】 回生抵抗5への通電開始をゲート信号によって制御する電力用半導体スイッチ20と、溶断したときに回生抵抗5への通電を遮断するヒューズ7と、回生抵抗5を迂回して導通するサイリスタスイッチ8と、電力用半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出器21と、回生抵抗の過熱および電力用半導体スイッチの故障を判定し、回生抵抗の過熱を示す第1の異常信号と、電力用半導体スイッチの故障を示す第2の異常信号とを発生する判定部22と、判定部からの第1または第2の異常信号に基づいて、サイリスタスイッチ8をオン動作させて、ヒューズ7を溶断するゲート駆動回路23と、判定部22からの第1または第2の異常信号に基づいて、インバータ回路の運転を停止する運転停止指令部24とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】 回生抵抗5への通電開始をゲート信号によって制御する電力用半導体スイッチ20と、溶断したときに回生抵抗5への通電を遮断するヒューズ7と、回生抵抗5を迂回して導通するサイリスタスイッチ8と、電力用半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出器21と、回生抵抗の過熱および電力用半導体スイッチの故障を判定し、回生抵抗の過熱を示す第1の異常信号と、電力用半導体スイッチの故障を示す第2の異常信号とを発生する判定部22と、判定部からの第1または第2の異常信号に基づいて、サイリスタスイッチ8をオン動作させて、ヒューズ7を溶断するゲート駆動回路23と、判定部22からの第1または第2の異常信号に基づいて、インバータ回路の運転を停止する運転停止指令部24とを備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、直流を交流に変換するインバータ装置の運転において、過回生および電力用半導体スイッチの異常モードでの回生抵抗の焼損を防ぐ回生抵抗の保護装置に関する。
インバータ装置に発生する回生電力を吸収する回生抵抗の焼損を防ぐ保護装置として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。この保護装置は、回生抵抗に流れる電流を検出する電流検出器を有し、電力用半導体スイッチへのゲート信号と電流検出器による通電信号とを比較して、サイリスタスイッチの通電開始を制御する故障判定回路を備えている。
図4は、特許文献1に記載の従来のインバータ回生抵抗保護装置(以下、「保護装置」と称す)の回路構成を示す図である。直流電源または交流を直流に変換するコンバータ回路4からの直流は、インバータ回路2により交流に変換されて、3相交流電動機1に供給される。回生回路は、回生抵抗5および電力用半導体スイッチ6により構成される。回生抵抗の保護装置は、回生抵抗5を遮断するヒューズ7、ヒューズ7に溶断電流を流すサイリスタスイッチ8、回生抵抗5への通電を検出する電流検出器9、電力用半導体スイッチ故障判定回路10から構成される。なお、3はコンデンサである。
回生抵抗5は、インバータ回路2に発生する回生電力を吸収する。電力用半導体スイッチ6は、直列に接続され回生抵抗5への通電開始をゲート信号によって制御する。電流検出器9は、電力用半導体スイッチ6および回生抵抗5と直列に接続されて、回生抵抗に流れる電流を検出する。ヒューズ7は、電流検出器9および回生抵抗5および電力用半導体スイッチ6と直列に接続され、溶断したときに回路の導通を遮断する。サイリスタスイッチ8は、電流検出器9および回生抵抗および電力用半導体スイッチからなる直列回路に並列に接続され、回生抵抗5を迂回して導通する。故障判定回路10は、電力用半導体スイッチ6へのゲート信号と電流検出器9による通電信号とを比較して、サイリスタスイッチ8の通電開始を制御する。電力用半導体スイッチ6へのゲート信号がオフとなっているにもかかわらず、回生回路に電流が流れていることを検出すれば、電力用半導体スイッチ6が故障していると判断して、回生抵抗5をバイパスする回路のサイリスタスイッチ8をオンして、ヒューズ7に溶断電流を流すことにより回生回路を遮断する。
特開平5−336758号公報
従来技術は、電流検出器により検出された回生抵抗に流れる電流と電力用半導体スイッチへのゲート信号と故障判定回路で比較し、電力用半導体スイッチへゲート信号が出ているにもかかわらず、電流検出器で電流を検出すれば、故障判定回路で電力用半導体スイッチは短絡故障であると判定する。
しかしながら、電力用半導体スイッチが短絡しなくとも、回生抵抗に過剰な回生電力が加わる、すなわち過回生になると回生抵抗が焼損する危険性がある。
この発明の目的は、回生抵抗を保護するために電流検出器を用いないで、回生抵抗の過熱を検出し、および電力用半導体スイッチの故障を検出して、ヒューズを溶断および/またはインバータ装置を停止するインバータ回生抵抗の保護装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明は、直流を交流に変換するインバータ回路に発生する回生電力を吸収する回生抵抗の保護装置であって、回生抵抗と直列に接続され、回生抵抗への通電開始をゲート信号によって制御する電力用半導体スイッチと、回生抵抗および電力用半導体スイッチと直列に接続され、溶断したときに回生抵抗への通電を遮断するヒューズと、回生抵抗および電力用半導体スイッチからなる直列回路に並列に接続され、回生抵抗を迂回して導通するサイリスタスイッチと、電力用半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、回生抵抗の過熱および電力用半導体スイッチの故障を判定し、回生抵抗の過熱を示す第1の異常信号と、電力用半導体スイッチの故障を示す第2の異常信号とを発生する判定手段と、判定手段からの第1または第2の異常信号に基づいて、サイリスタスイッチをオン動作させて、ヒューズを溶断するゲート駆動手段と、判定手段からの第1または第2の異常信号に基づいて、インバータ回路の運転を停止する運転停止指令手段とを備えている。
さらに、判定手段は、電圧検出手段により検出された電圧値のLOWおよびHIGHの時間を検出し、電力用半導体スイッチのオンおよびオフ時間を計測するオン/オフ時間計測手段と、オン/オフ時間計測手段で計測されたオンおよびオフ時間にもとづいて、回生抵抗の推定温度上昇分を演算する温度上昇演算手段と、温度上昇演算手段で演算された推定温度上昇分と、回生抵抗の許容温度上昇分とを比較し、推定温度上昇分が許容温度上昇分を超えたとき、第1の異常検出信号を出力する抵抗過熱判定手段と、電圧検出手段により検出された電圧値の有無により第2の異常信号を出力する電力用半導体スイッチ故障判定手段とを有している。
さらに、温度上昇演算手段は、電圧検出手段により検出された電圧値と、電力用半導体スイッチのオン時間およびオフ時間と、回生抵抗の電力容量および抵抗値と、電力用半導体スイッチのスイッチングサイクル数と、回生抵抗の加熱および放熱時の特性から定まる定数とから、回生抵抗の推定温度上昇分を演算する。
さらに、電力用半導体スイッチ故障判定手段は、電圧検出手段により検出された電圧値が一定時間以上ゼロのとき、電力用半導体スイッチが異常と判定し第2の異常検出信号を出力する。
以上説明したように、本発明によれば、電力用半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間電圧を使用し電力用半導体スイッチの異常を検出し、かつ、回生抵抗の異常過熱を検出して、ヒューズを溶断するおよび/またはインバータ装置の運転を停止することにより回生抵抗を保護することができる。
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施例におけるインバータ回生抵抗の保護装置のブロック図である。図1において、図5と機能が同一の構成要素については同一の符号を付す。すなわち、回生抵抗の保護装置19は、ヒューズ7、サイリスタスイッチ8、電力用半導体スイッチ20、VCE検出器21、抵抗過熱/IGBT故障判定部22、ゲート駆動回路23、運転停止指令部24から構成される。
電力用半導体スイッチ20は、電力用スイッチング素子であり、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。このスイッチは、ゲート電圧を閾値以上にするとスイッチがオン状態になり、ゲート電圧を閾値電圧以下にするとスイッチがオフ状態になる。
VCE検出器20は、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEを検出する回路である。図中、Aは検出回路からの出力を示している。
抵抗過熱/IGBT故障判定部22は、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEにもとづき演算した回生抵抗の異常過熱および電力用半導体スイッチの異常を判定し、異常のとき異常信号B,C,D,Eを出力する。
ゲート駆動回路23は、異常信号BまたはCの指令によりサイリスタスイッチ8がオン動作するように、ターンオンに必要なゲート電圧,ゲート電流およびタイミングを決める回路である。
運転停止指令部24は、異常信号DまたはEの指令により、インバータ回路2の運転を停止する命令を出力する。
図2は、抵抗過熱/IGBT故障判定部22の構成を示す図である。抵抗過熱/IGBT故障判定部22は、オン/オフ時間計測器25、抵抗/電力容量設定器26、推定温度上昇分演算器27、抵抗過熱判定器28、IGBT故障判定器29から構成される。
オン/オフ時間計測器25は、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEのパルスの立上がり,立下り、すなわちLOWおよびHIGHを検出して、例えばタイマーカウンタによって、そのときの時刻を読み取り、オン時間tonおよびオフ時間toffを計測し出力する。
抵抗/電力容量設定器26は、回生抵抗5の抵抗値Rおよび電力容量Wを設定する。
推定温度上昇分演算器27は、回生抵抗5の抵抗値Rおよび電力容量W、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEのオン時間tonおよびオフ時間toff、コレクタ−エミッタ間の電圧VCEの電圧値V、IGBT20のスイッチングサイクル数N(1以上の整数)、回生抵抗5の特性から定まる過熱時の定数K1,回生抵抗5の特性から定まる放熱時の定数K2にもとづいて、回生抵抗5の温度上昇分Rtempを演算する。
演算式の一例を以下に示す。
ここで、εはおよそ2.72なる数値、T1は回生抵抗5の温度上昇時の時定数、T2は回生抵抗5の温度放熱時の時定数である。
抵抗過熱判定器28は、回生抵抗5の温度上昇分Rtempと回生抵抗5の許容温度上昇分Taを比較し、回生抵抗5の推定温度上昇分Rtempが許容温度上昇分Taより大きいとき、回生抵抗5が過熱状態であると判断し、異常信号B,Dを出力する。異常信号Bはゲート駆動回路23へ、異常信号Dは運転停止指令部へ送られる。
IGBT故障判定器29は、インバータ装置の電源が入力時、すなわち、コンバータ出力電圧または直流電圧VDCが出力されているときに、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEがゼロになった後の経過時間tが、一定時間tc以上、例えば、10秒以上続くか否かを判定し、コレクタ−エミッタ間の電圧VCEが、一定時間tc以上ゼロであるときには、IGBT20が異常状態にあると判断し、異常信号C,Eを出力する。またはコレクタ−エミッタ間の電圧VCEが、一定時間tc以上ゼロでないときには、再度コレクタ−エミッタ間の電圧VCEを検出するように指令信号(図示せず)を出力する。
異常信号Cはゲート駆動回路23へ、異常信号Eは運転停止指令部24へ送られる。
図3は、本発明の保護装置19の動作を説明するフローチャートを示す図である。フローチャートを参照しながら、保護装置の動作を説明する。
回生抵抗5の抵抗値Rおよび電力容量Wを、抵抗/電力容量設定器26に設定する(S10)。VCE検出器21は、IGBT20のコレクタ−エミッタ間の電圧VCEの電圧値を検出する(S11)。オン/オフ時間計測器25は、コレクタ−エミッタ間の電圧VCEを与える電圧パルスの立上がり,立下りを検出して、例えばタイマーカウンタにて、そのときの時刻を読み取り、オン時間tonおよびオフ時間toffを計測する(S12)。回生抵抗5の推定温度上昇分Rtempを、温度上昇分演算器27で演算する(S13)。抵抗過熱判定器28では、推定温度上昇分Rtempと設定された許容温度上昇分Taを比較する(S14)。比較した結果、推定温度上昇分Rtempが許容温度上昇分Taより大きいときは、異常信号B,Dを出力し(S15)、推定温度上昇分Rtempが許容温度上昇分Taに等しいまたは小さいとき、再度コレクタ−エミッタ間の電圧VCEを検出するように指令信号(図示せず)を出力する(S14)。
運転停止指令部24は、異常信号Dを受信すると、インバータ回路2を運転停止するように指令し(S16)、インバータ回路を停止する(S17)。
ゲート駆動回路23は、異常信号Bを受信すると、サイリスタスイッチ8をオンし(S18)、ヒューズ7を溶断する(S19)。
一方、IGBT故障判定器29は、VCE検出器21からVCEが入力されると、コレクタ−エミッタ間の電圧VCEがゼロになった後の経過時間tが、一定時間tc以上、続くか否か比較する(S20)。コレクタ−エミッタ間の電圧VCEが、一定時間tc以上ゼロであるときには、異常信号C,Eを出力する(S21)。コレクタ−エミッタ間の電圧VCEがゼロになった後の経過時間tがtcより小さいとき、再度コレクタ−エミッタ間の電圧VCEを検出するように指令信号(図示せず)を出力する(S20)。
運転停止指令部24は、異常信号Eを受信すると、インバータ回路を運転停止するように指令し(S16)インバータ回路を停止する(S17)。
ゲート駆動回路23は、異常信号Cを受信すると、サイリスタスイッチ8をオンし(S18)、ヒューズ7を溶断する(S19)。
以上の実施例では、回生電圧をスイッチングする電力用半導体スイッチとしてIGBTについて説明したが、IGBTの代わりに、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いても良い。
1 3相電動機
2 インバータ回路
3 コンデンサ
4 直流電源またはコンバータ回路
5 回生抵抗
6 電力用半導体スイッチ
7 ヒューズ
8 サイリスタスイッチ
9 電流検出器
10 故障判定回路
19 保護装置
20 IGBT
21 VCE検出器
22 抵抗過熱/IGBT故障判定部
23 ゲート駆動回路
24 運転停止指令部
25 オン/オフ時間計測器
26 抵抗/電力容量設定器
27 温度上昇分演算器
28 抵抗過熱判定器
29 IGBT故障判定器
2 インバータ回路
3 コンデンサ
4 直流電源またはコンバータ回路
5 回生抵抗
6 電力用半導体スイッチ
7 ヒューズ
8 サイリスタスイッチ
9 電流検出器
10 故障判定回路
19 保護装置
20 IGBT
21 VCE検出器
22 抵抗過熱/IGBT故障判定部
23 ゲート駆動回路
24 運転停止指令部
25 オン/オフ時間計測器
26 抵抗/電力容量設定器
27 温度上昇分演算器
28 抵抗過熱判定器
29 IGBT故障判定器
Claims (4)
- 直流を交流に変換するインバータ回路に発生する回生電力を吸収する回生抵抗の保護装置であって、
前記回生抵抗と直列に接続され、前記回生抵抗への通電開始をゲート信号によって制御する電力用半導体スイッチと、
前記回生抵抗および前記電力用半導体スイッチと直列に接続され、溶断したときに前記回生抵抗への通電を遮断するヒューズと、
前記回生抵抗および前記電力用半導体スイッチからなる直列回路に並列に接続され、前記回生抵抗を迂回して導通するサイリスタスイッチと、
前記電力用半導体スイッチのコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧値に基づいて、前記回生抵抗の過熱および前記電力用半導体スイッチの故障を判定し、回生抵抗の過熱を示す第1の異常信号と、電力用半導体スイッチの故障を示す第2の異常信号とを発生する判定手段と、
前記判定手段からの第1または第2の異常信号に基づいて、前記サイリスタスイッチをオン動作させて、前記ヒューズを溶断するゲート駆動手段と、
前記判定手段からの第1または第2の異常信号に基づいて、前記インバータ回路の運転を停止する運転停止指令手段と、
を備えるインバータ回生抵抗保護装置。 - 前記判定手段は、
前記電圧検出手段により検出された前記電圧値のLOWおよびHIGHの時間を検出し、前記電力用半導体スイッチのオンおよびオフ時間を計測するオン/オフ時間計測手段と、
前記オン/オフ時間計測手段で計測されたオンおよびオフ時間にもとづいて、前記回生抵抗の推定温度上昇分を演算する温度上昇演算手段と、
前記温度上昇演算手段で演算された推定温度上昇分と、前記回生抵抗の許容温度上昇分とを比較し、前記推定温度上昇分が前記許容温度上昇分を超えたとき、前記第1の異常検出信号を出力する抵抗過熱判定手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧値の有無により前記第2の異常信号を出力する電力用半導体スイッチ故障判定手段とを有する、請求項1に記載のインバータ回生抵抗保護装置。 - 前記温度上昇演算手段は、前記電圧値と、前記電力用半導体スイッチのオン時間およびオフ時間と、前記回生抵抗の電力容量および抵抗値と、前記電力用半導体スイッチのスイッチングサイクル数と、前記回生抵抗の加熱および放熱時の特性から定まる定数とから、前記回生抵抗の推定温度上昇分を演算する、請求項2に記載のインバータ回生抵抗保護装置。
- 前記電力用半導体スイッチ故障判定手段は、前記電圧検出手段により検出された電圧値が一定時間以上ゼロのとき、前記電力用半導体スイッチが異常と判定し前記第2の異常検出信号を出力する、請求項2または3に記載のインバータ回生抵抗保護装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004038183A JP2005229771A (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | インバータ回生抵抗保護装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004038183A JP2005229771A (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | インバータ回生抵抗保護装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005229771A true JP2005229771A (ja) | 2005-08-25 |
Family
ID=35004046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004038183A Withdrawn JP2005229771A (ja) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | インバータ回生抵抗保護装置 |
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JP (1) | JP2005229771A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7882937B2 (en) * | 2005-04-11 | 2011-02-08 | Fujitec Co., Ltd. | Elevating machine control apparatus |
US8120294B2 (en) | 2008-03-10 | 2012-02-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Power transducer |
-
2004
- 2004-02-16 JP JP2004038183A patent/JP2005229771A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7882937B2 (en) * | 2005-04-11 | 2011-02-08 | Fujitec Co., Ltd. | Elevating machine control apparatus |
US8120294B2 (en) | 2008-03-10 | 2012-02-21 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Power transducer |
US8378599B2 (en) | 2008-03-10 | 2013-02-19 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Power transducer |
US8531140B2 (en) | 2008-03-10 | 2013-09-10 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd | Power transducer |
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Legal Events
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---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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