JP2005533476A - 中間回路コンデンサユニットの短絡監視用の電子回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、直列接続された少なくとも２つの中間回路コンデンサユニットの短絡監視用の電子回路であって、監視すべき２つのユニット間のノード点の電圧と、監視にとって重要で、中間回路電圧から導出される規準電圧との瞬時差が制御信号として使用され、該制御信号は、コンデンサ短絡の場合に、応動限界値を下回ったり、又は、上回ったりして、エラー信号を形成する。

Description

本発明は、請求項１記載の直列接続された少なくとも２つの中間回路コンデンサユニットの短絡監視用の電子回路に関する。そのような監視は、所定の電圧強度を達成するために、複数のコンデンサが直列接続されている場合に必要である。３相網に直接接続されているコンバータは、約７５０Ｖの中間回路電圧（Ｚ．Ｋ−Ｓｐａｎｎｕｎｇ）で作動する。しかし、廉価なコンデンサは、一般的に最大４５０Ｖの電圧強度を有している。それにより、所要電圧強度を達成するためには、そのようなコンデンサを少なくとも２つ、直列接続する必要がある。直列接続されたコンデンサは、中間回路に対して常に並列に接続される。平均的な電力クラス以下の最新のコンバータは、Ｐ．Ｗ．Ｍ（パルス幅変調）方式で作動するが、中間回路内に高いスイッチング及び交流周波数を生じる。従って、コンデンサは、生じた電流によって強く熱的に負荷される。この負荷は、極端な場合、直列接続された各要素内にさしあたり検出されない短絡を生じることがある。誤ったキャパシタンスにより、残りの各コンデンサが過負荷となり、場合によっては、燃えてしまうことがある。

本発明の課題は、直列接続された複数コンデンサユニットでの短絡を迅速に検出する簡単な監視システムを提供することにあり、その際、ユニットは、１つ又は複数の任意の、一緒に接続されたコンデンサから構成することができる。システムは、短絡したことを、上位に設けられた制御システムにシグナリングすることができ、高い電圧、高い温度及び強い電磁障害に耐えるために十分にローブストである必要がある。

この課題は、請求項１記載の要件によって解決される。本発明の回路の利点は、簡単な電圧比較によって監視を行うことができる点にあり、その際、監視すべき２つのコンデンサユニットの間のノード点の電圧と、監視にとって重要で中間回路から導出される規準電圧との差が制御信号として使用され、この制御信号が、コンデンサ短絡の場合に応動限界値を下回ったり、超過したりし、エラー信号を発生する。エラー信号の状態は、作動コンピュータ又は上位に設けられた制御によって監視される。エラーの場合には、重要なエラー応動が実行される。択一的に、又は、付加的に、エラーは、指示手段、例えば、発光ダイオードを用いて作動部に指示してもよい。

本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明の利点は、各コンデンサを個別に監視することができるか、又は、並列又は直列に一緒に接続してユニットを構成することができ、このユニットを、個別コンデンサとして監視することができる点にある。その際、各ユニットは、コンバータの条件に正確に適合することができる。

有利な実施例では、所要の規準電圧が、監視すべき各ユニットに対して並列に接続された、直列接続した一連の抵抗によって形成される。このようにして形成された分圧器により、中間回路で通常の電圧変動を自動的に、規準信号によって鏡対称的に形成して、そのようにして補償することができるようになる。コンデンサ監視は、そのような電圧変動に関して異なっていない。

別の有利な実施例では、システムは、重要な応動限界値をツェナーダイオードの降伏電圧によって決められる。ツェナーダイオードにより、電子的な障害がエラー信号の不所望なトリガを生じないようになる。

エラー信号電圧を、中間回路のゼロボルト電位から絶縁するために、エラー信号電圧は、電流／電圧変換器を用いて、エラー時に生じる電圧非対称性に基づいて流れる電流から直接形成される。

本発明の別の利点は、エラー信号形成電流が、規準電圧を形成するのに必要な抵抗列によって制限される点にある。各抵抗は、そのために２つの別個の機能を有しており、同時に両方に対して最適化される。こうすることにより、各コンポーネントの数を減らすことができるようになる。

別の有利な実施例では、各コンデンサユニットに対して、相応の要素が抵抗列内に設けられており、その際、要素は、１つ又は複数の抵抗から構成されている。このようにして、個別コンデンサユニットは、個別に監視される。

別の有利な実施例では、コンデンサキャパシタンス（ファラッド）と、抵抗列の相応の部分との比は、全ての対の相応の抵抗部分とコンデンサに対してほぼ等しい。こうすることによって、通常状態で、監視すべき２つのコンデンサ間のノード間に位置してる電位差と、通常状態で、抵抗列の２つの相応の部分間のノード点に位置している電位差とが、予め定義された限界値を超過しないようにすることができる。

別の有利な実施例では、エラー信号電圧が接地電位ではないようにされる。こうすることの利点は、エラー信号電圧に任意の接地電位を割り当てることができる。

別の有利な実施例では、エラー信号電圧は、発光ダイオードと絶縁したトランジスタを用いて形成することができる。そのために、エラー信号電圧は、監視すべき高電圧から直流的に分離されている。光絶縁コンポーネントは、磁気コンポーネントとは異なって、信頼度が高く、簡単に装着することができる。

有利な実施例では、監視すべきコンデンサユニットは全て、同じキャパシタンスを有している。こうすることによって、回路と、コンデンサに相応した抵抗の選択も簡単にすることができる。製造コストを更に低減して、回路を簡単にするために、抵抗列の各部分を１つの抵抗から構成するとよい。

別の有利な実施例では、監視すべきコンデンサユニットの数を２に等しくするとよい。この実施例の利点は、回路の複雑さを最小にすることができる点にある。

別の有利な実施例では、各コンデンサユニットは、１つのコンデンサから構成され、そうすることによって、回路を更に簡単にすることができる。

本発明について、図１に示された実施例を用いて以下詳細に説明する。

図１には、直列接続された２つのコンデンサ１，２を含む周波数コンバータの中間回路バス１０，１１の略図、及び、本発明の監視回路１６が示されている。図２には、直列接続された複数のコンデンサ１と、当該コンデンサの所属の監視ユニット１９とを有する中間回路バスの例が示されている。図１では、コンデンサ１，２は、共に、２つの定格電圧の和に相応する高い電圧強度を有しているが、各コンデンサは、キルヒホッフの法則により、低減された低いキャパシタンスを有している。低減された低いキャパシタンスが十分でない場合、及び、比較的大きなコンデンサ１，２が、所要の電圧強度で使えない場合、全キャパシタンスを高めるために、別のコンデンサを並列に付加接続することができる。中間回路電圧は、この例では、Ｌ_（＋）１０，及び、Ｌ_（−）１１の差に等しい。

監視回路１６は、有利には、直列接続された２つの抵抗３，４、４つのダイオード５，６，７，８、ツェナーダイオード１５、及び、直流的に絶縁された出力側１２から構成されている。直流的な絶縁９は、ここでは、発光ダイオードと光感応トランジスタとの組合せによって構成され、このトランジスタは、開のコレクタ出力側１２を有している。ダイオード５及び６、乃至、７及び８は、直列に接続されており、その際、ダイオード５乃至８のカソードは、ダイオード６乃至７のアノードに接続されている。２つのダイオード対は、続いて並列接続されており、その結果、ダイオード６及び７のカソードは、相互に接続されており、ダイオード５及び８のアノードは、相互に接続されている。ダイオード５及び６の端子は、測定すべきコンデンサ電圧に接続されている。ダイオード７及び８の端子点は、規準電圧に接続されている。

ツェナーダイオード１５のカソードは、ダイオード６及び７の各カソードに接続されており、ツェナーダイオード１５のアノードは、光学的絶縁モジュールの発光ダイオードのカソードと接続されている。絶縁モジュールのカソード端子は、ダイオード５及び８のアノードと一緒に接続されている。

コンデンサ１，２も、抵抗３，４も分圧機能を持っているので、両ノード１４及び１３での通常作動中、１次近似で、中間回路電圧の１／２、即ち、ノード１４及び１３の電圧差は、ほぼゼロである。この状態では、２つのノード間に電流は流れない。

両電圧は、中間回路電圧の同じリニアな関数を形成するので、しかも、差電圧しか重要でないので、中間回路バスに頻繁に生じるノイズ及び電圧変動によって予期される否定的な作用を除去することができる。

コンデンサ２，１の短絡の場合に、ノード１３及び１４間に差電圧が形成される。この差電圧が、２つのダイオード電圧７，５乃至６，８プラスツェナーダイオード１５の降伏電圧に相応する、予め定義された限界値を超過する場合、電流が流れる。回路は、ノード１３の電圧が、ノード１４の電圧よりも高いか又は低いかに依存せずに、電流が同じ方向でツェナーダイオード１５を流れるように構成されている。

電圧の非対称性によって生じる電流は、トランジスタ９をスイッチングし、従って、エラー信号１２を作動する。この電流の大きさは、抵抗３乃至４の大きさによって制限される。ツェナーダイオード及び発光ダイオードの特性は電流強度に依存するので、各コンポーネントは、エラー信号１２が迅速に応動するような構成される必要がある。複数のコンデンサ１，２が直列に接続されている場合、個別コンデンサを監視するために、監視回路を複数個設ける必要があり、即ち、直列に接続された付加的な各コンデンサに対して、付加的な監視回路を構成する必要がある。この構成は、図２に示されており、その際、４つのコンデンサ１が、３つの監視ユニット１９によって監視される。各ユニットに、１つのエラー信号出力側１２、規準電圧入力側１４及びそれに所属のコンデンサ電圧入力側１３が設けられている。エラー信号１２の作動は、依然としてコンデンサ短絡部１によって生じ、その際、コンデンサ１の短絡により、１つ又は複数のエラー信号１２が生じる。コンデンサ１が欠落される短絡の場合に正確に検出することができるために、全てのエラー信号１２を監視する必要がある。

直列接続された２つのコンデンサを含む周波数コンバータの中間回路バスの略図 本発明の監視回路

符号の説明

１ コンデンサ
２ コンデンサ
３ 抵抗
４ 抵抗
５ ダイオード
６ ダイオード
７ ダイオード
８ ダイオード
９ 直流的な絶縁部
１０ 負の中間回路電圧
１１ 正の中間回路電圧
１２ エラー信号
１３ ノード点
１４ 規準電圧測定点
１５ ツェナーダイオード
１６ 監視回路
１７ 光感応ダイオード
１８ 光感応トランジスタ
１９ 監視ユニット

Claims (13)

1. 直列接続された少なくとも２つの中間回路コンデンサユニットの短絡監視用の電子回路において、監視すべき２つのユニット間のノード点の電圧と、監視にとって重要で、中間回路電圧から導出される規準電圧との瞬時差が制御信号として使用され、該制御信号は、コンデンサ短絡の場合に、応動限界値を下回ったり、又は、上回ったりして、エラー信号を形成することを特徴とする電子回路。
2. 各中間回路コンデンサユニットは、直列接続された、及び／又は、並列接続された１つ又は複数のコンデンサから構成されている請求項１記載の電子回路。
3. 規準電圧は、直列接続された各抵抗列によって構成され、前記各抵抗は、監視すべき中間回路コンデンサユニットに対して並列接続されている請求項１又は２記載の電子回路。
4. システムにとって重要な応動限界値は、ツェナーダイオードの降伏電圧によって決められる請求項１から３迄の何れか１記載の電子回路。
5. エラー信号電圧は、電流電圧変換器を用いて直接、エラー時に生じる電圧非対称性に基づいて流れる電流から形成される請求項１から４迄の何れか１記載の電子回路。
6. エラー時に流れる電流は、抵抗列の抵抗によって制限される請求項１から５迄の何れか１記載の電子回路。
7. 監視すべき各中間回路コンデンサユニットは、抵抗列の部分と対応しており、前記部分は、１つ又は複数の抵抗から構成されている請求項１から６迄の何れか１記載の電子回路。
8. コンデンサキャパシタンスと、対応の抵抗列の部分との比は、対応の抵抗部分とコンデンサとの全ての対に対してほぼ等しい請求項１から７迄の何れか１記載の電子回路。
9. エラー信号電圧は、任意に選択可能な接地電位に基づいている請求項１から８迄の何れか１記載の電子回路。
10. エラー信号電圧は、発光ダイオード光ダイオード対を用いて検出される請求項１から９迄の何れか１記載の電子回路。
11. 中間回路コンデンサユニットは全て、同じキャパシタンスを有している請求項１から１０迄の何れか１記載の電子回路。
12. 各中間回路コンデンサユニットは、コンデンサから構成されている請求項１から１１迄の何れか１記載の電子回路。
13. 抵抗列の各部分は、抵抗から構成されている請求項１から１２迄の何れか１記載の電子回路。

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