JP2005318704A

JP2005318704A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2005318704A
Application number: JP2004132578A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Suzuki; 修一鈴木
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】電力変換部のスイッチング素子が、導通故障または上下アームが同時にオンした場合コンデンサを短絡させ過大な電流を流すことになる。この異常検出にあたり、専用のセンサを追加することなく、短絡状態を判断し、半導体のゲートを停止、同時に高速度遮断器をオフする電力変換装置。
【解決手段】コンデンサ電位の変化率で、故障を判断し、半導体のゲートを停止、同時に高速度遮断器をオフする。本発明は従来から有していた電圧センサを活用するため、従来と同等の機能を専用にセンサや保護ヒューズを追加することなく持つことができ、実用上おおいに有用である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発明は電力変換装置の保護動作に関し、特に該装置を構成するブリッジ接続された電力変換器のアーム短絡検出方法に関する。

図２に一般的なアーム短絡検出方法について示す。同図において１は直流電源、２は高速度遮断器、３はリアクトル、４はコンデンサ、５は電力変換部、６は電圧検出器、７は電流検出器である。

電力変換部の半導体の故障、または制御異常により電源短絡状態となると、コンデンサから過大な電流を流す。この電流を電流検出器で検出し、半導体のゲートを停止、同時に高速度遮断器をオフしていた。
前記状態において電流検出器を使用せず、ヒューズを使用し直接過大な電流を遮断する場合もある（例えば、特許文献1参照。）。

特開平０７−１８４３７４

電力変換部のスイッチング素子が、導通故障、または両方が同時にオンした場合コンデンサを短絡させ過大な電流を流すことになる。次に短絡電流にて減ったコンデンサの電荷を充電させるため、入力側にも同様な過大な電流を流すことになる。

そのため電源保護のため前途短絡電流を検出し、瞬時に入力回路を電源から切離すことが重要である。しかし、従来の方式は、専用に電流検出器またはヒューズが必要であり、部品点数の増加となり、価格も上昇する。

図１に本発明の短絡電流検出方法を示す。同図において１は直流電源、２は高速度遮断器、３はリアクトル、４はコンデンサ、５は電力変換部、６は電圧検出器である。図１において、電力変換部の半導体の故障、または制御異常により電源短絡状態となると、コンデンサから過大な電流が流れることで、コンデンサの電位が変化する。このときの変化率で、故障判断し、半導体のゲートを停止、同時に高速度遮断器をオフする方式である。変化率の計算は所定時間あたりのコンデンサ電圧の変化量から求め、この場合の所定時間は短いほど良いが、ディジタル分解能やノイズ等による誤検出を避けるために、通常はディジタル制御時のサンプリング時間の整数倍をとる。

通常このような電力変換システムでは、電源電圧の変動に対して出力電圧の補正を行うため、コンデンサ電圧を監視するセンサを使用している。本発明はこの電圧センサを使用するため、従来と同等の機能を専用にセンサや保護ヒューズを追加することなく持つことができ、実用上おおいに有用である。

電圧の変化率から短絡状態の推定を実現した。

図１に本発明の短絡電流検出方法を示す。同図において１は直流電源、２は高速度遮断器、３はリアクトル、４はコンデンサ、５は電力変換部、６は電圧検出器である。図１において、電力変換部の半導体の故障、または制御異常により直列に接続された半導体が共にオン状態になると電源短絡状態となる。するとコンデンサから過大な電流が流れる。一方電源側には、リアクトルが入っているため、電源側のインピーダンスは高く、短絡状態のような微小時間の場合、電源側から流れ込む電流は無視できる。このときの等価回路を図３に示す。コンデンサ電流は以下の通りコンデンサ電位の変化で表せる。
Ｑ（ｔ）＝ＣＶｃ（ｔ）＝∫ｉｃ（ｔ）ｄｔ・・・（１）
Ｃは静電容量（定数）
（１）式を微分すると、電流値が求まる。
ｄｖｃ（ｔ）／ｄｔ＝ｉｃ（ｔ）／Ｃ・・・（２）

たとえば、Ｃ＝１０ｍＦにて−１０Ｖ／１０μｓコンデンサ電圧が変化したとすると、前式（２）より
ｉ＝Ｃ・ｄｖ／ｄｔ
となり
ｉ＝１０×１０^−３×−１０×（１／１０×１０^−６）＝−１×１０^４Ａ
コンデンサから１×１０^４Ａ流れていることが推定できる。

以上のようにコンデンサ電圧の変化率より電流を計算し、一定値を超えた場合短絡状態と判断できる。当然ながら、コンデンサ電圧の変化率が一定値を超えた場合でも、同様に短絡状態と判断し、半導体のゲートを停止、同時に高速度遮断器をオフする。

本検出方法論理を装置に組み込むことにより、従来の機能を維持しながら部品点数を減らすことが可能である。

本発明の一実施例を示す構成図である。従来の一実施例を示す構成図である。本発明の短絡状態の等価回路例を示す図である。

符号の説明

１直流電源
２高速度遮断器
３リアクトル
４コンデンサ
５電力変換部
６電圧検出器
７電流検出器

Claims

入力回路に高速度遮断機とリアクトル、コンデンサから成るフィルタ回路を備え、直列接続された複数の半導体スイッチング素子を制御して電力を変換する電力変換装置において、コンデンサ電圧を検出し、該コンデンサ電圧が所定時間に所定電圧以上低下し、且つ、該コンデンサ電圧が所定電圧値以下になった場合、直列接続された半導体が短絡したと判断し、瞬時に該半導体スイッチング素子のゲートを停止させ、同時に該高速度遮断機をオフすることを特長とした電力変換装置。
請求項１の回路において、コンデンサ電圧の所定時間当たりの変化率からコンデンサ電流を推定し、該コンデンサ電流が一定値以上となった場合に、直列接続された半導体が短絡したと判断し、瞬時に該半導体スイッチング素子のゲートを停止させ、同時に該高速度遮断機をオフすることを特長とした電力変換装置。
上記所定時間はディジタル制御サンプリング時間の整数倍とすることを特長とする請求項１、２記載の電力変換装置。