JP2006340532A - 突入電流防止回路および電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な回路構成でリレーの異常状態を判別することができる突入電流防止回路とそれを備えた電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電源１に接続された半導体整流素子郡２と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗３と、前記突入電流防止抵抗３と並列接続されたリレー４と、前記突入電流防止抵抗３の他端に接続された平滑コンデンサ５と、平滑コンデンサ５の端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部６と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部８と、前記直流母線電圧検出部６と前記負荷電流検出部８の信号を受信する演算部８を備える突入電流防止回路において、前記交流電源の電圧値と交流電源方式、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出部出力信号と負荷電流検出部出力信号より演算した直流母線電圧値と直流母線電圧検出部の出力信号値との比較よりリレーの動作不良を検出する。
【選択図】図１
【解決手段】交流電源１に接続された半導体整流素子郡２と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗３と、前記突入電流防止抵抗３と並列接続されたリレー４と、前記突入電流防止抵抗３の他端に接続された平滑コンデンサ５と、平滑コンデンサ５の端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部６と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部８と、前記直流母線電圧検出部６と前記負荷電流検出部８の信号を受信する演算部８を備える突入電流防止回路において、前記交流電源の電圧値と交流電源方式、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出部出力信号と負荷電流検出部出力信号より演算した直流母線電圧値と直流母線電圧検出部の出力信号値との比較よりリレーの動作不良を検出する。
【選択図】図１
Description
本発明は、電子機器の突入電流防止回路に係わり、突入防止回路内のリレーが動作不良となった場合、突入電流防止抵抗の焼損を防止する突入電流防止回路とそれを備えた電力変換装置に関する。
電子機器の電源には、電圧安定化のために平滑コンデンサが接続されており、電源投入初期は平滑コンデンサを充電するために、定常通電時の数倍の突入電流が流れる。従来の電子機器では、抵抗とリレーで構成された回路で、突入電流を抑制したものがある。
図３は、従来から用いられている突入電流防止回路である。
１は、交流電源であり、２は交流を直流に整流する半導体整流素子郡である。３は、突入電流防止抵抗、４はリレー、５は直流電圧を安定化する平滑コンデンサ、７は直流母線間に接続される負荷である。
突入電流防止回路の動作は、交流電源１を投入すると、半導体整流素子郡２を介して、３の突入電流防止抵抗により突入電流を抑制し、平滑コンデンサを充電する。ある程度平滑コンデンサが充電すると、リレーを動作させ、リレーの接点部を短絡する。定常通電中は、リレー接点部に負荷７の負荷電流が流れる。
リレーの種類には、リレーのＯＮ／ＯＦＦ動作を確認するためのアンサーバック信号出力機能を有するものもある。
また、従来技術で図２のような構成の突入電流防止回路もある。（特許文献１参照）。
１は直流電源、２は電源投入用スイッチ、３は電源投入用リレー、６はソフトスタート用リレー、７は突入電流防止抵抗、８は平滑コンデンサ、９は直流母線間に接続される負荷である。
スイッチ２をＢからＣへ切り替えると、４のコンデンサが電源代わりとなりリレー３を駆動し、平滑コンデンサ８の充電電流は、リレー３の接点部および突入電流防止抵抗７を介し流れ込み、電流値は突入電流防止抵抗７に抑制された値となる。ある程度平滑コンデンサ８が充電するとスイッチ５を閉じ、リレー６を駆動させる。負荷９に流れる負荷電流は、リレー６の接点部に流れる。リレ−６の励磁電流およびリレー３の励磁電流もリレー６接点部を介したＡ点より供給され、コンデンサ４の放電が進み電圧が降下しても、リレー３とリレー６は、常時通電状態となる。
このように、従来の突入電流防止回路は、平滑コンデンサの充電電流を抑制し、充電が終わるとリレーにて回路を切り替えリレー接点部を介し負荷電流を流すのである。
特開平６−２８４５７１号公報（第１−４頁、図）
図３は、従来から用いられている突入電流防止回路である。
１は、交流電源であり、２は交流を直流に整流する半導体整流素子郡である。３は、突入電流防止抵抗、４はリレー、５は直流電圧を安定化する平滑コンデンサ、７は直流母線間に接続される負荷である。
突入電流防止回路の動作は、交流電源１を投入すると、半導体整流素子郡２を介して、３の突入電流防止抵抗により突入電流を抑制し、平滑コンデンサを充電する。ある程度平滑コンデンサが充電すると、リレーを動作させ、リレーの接点部を短絡する。定常通電中は、リレー接点部に負荷７の負荷電流が流れる。
リレーの種類には、リレーのＯＮ／ＯＦＦ動作を確認するためのアンサーバック信号出力機能を有するものもある。
また、従来技術で図２のような構成の突入電流防止回路もある。（特許文献１参照）。
１は直流電源、２は電源投入用スイッチ、３は電源投入用リレー、６はソフトスタート用リレー、７は突入電流防止抵抗、８は平滑コンデンサ、９は直流母線間に接続される負荷である。
スイッチ２をＢからＣへ切り替えると、４のコンデンサが電源代わりとなりリレー３を駆動し、平滑コンデンサ８の充電電流は、リレー３の接点部および突入電流防止抵抗７を介し流れ込み、電流値は突入電流防止抵抗７に抑制された値となる。ある程度平滑コンデンサ８が充電するとスイッチ５を閉じ、リレー６を駆動させる。負荷９に流れる負荷電流は、リレー６の接点部に流れる。リレ−６の励磁電流およびリレー３の励磁電流もリレー６接点部を介したＡ点より供給され、コンデンサ４の放電が進み電圧が降下しても、リレー３とリレー６は、常時通電状態となる。
このように、従来の突入電流防止回路は、平滑コンデンサの充電電流を抑制し、充電が終わるとリレーにて回路を切り替えリレー接点部を介し負荷電流を流すのである。
従来の突入電流防止回路で、リレーならびにリレー駆動回路に何らかの問題が発生し、リレーが動作しなかった場合、図３の回路では、突入電流防止抵抗３に負荷７の負荷電流が常時流れ、突入電流防止抵抗３が焼損する問題がある。
その問題解決策として、先ほど紹介したアンサーバック機能を有するリレーを使用し、リレーの状態を確認する方法もあるが従来使用のリレーと比べ高価である。
また、図２のような従来技術では、リレー６が動作しなかった場合、リレー３の励磁電流がコンデンサ４の放電とともに断たれるため、リレー３接点部が開状態となり、直流電源が平滑コンデンサおよび負荷に対し電気的に断たれ、負荷電流による突入電流防止抵抗７の焼損を防ぐことができるが、リレー６の単品故障でリレー励磁電流が流れる接点部だけ短絡し、負荷電流が流れる方の接点部が開の場合、やはり突入電流防止用抵抗が焼損する。また、このような状態が起きないリレーを採用しても、従来の回路の図３より高価な回路構成である。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価な回路構成でリレーの異常状態を判別することができる突入電流防止回路とそれを備えた電力変換装置を提供することを目的とする。
その問題解決策として、先ほど紹介したアンサーバック機能を有するリレーを使用し、リレーの状態を確認する方法もあるが従来使用のリレーと比べ高価である。
また、図２のような従来技術では、リレー６が動作しなかった場合、リレー３の励磁電流がコンデンサ４の放電とともに断たれるため、リレー３接点部が開状態となり、直流電源が平滑コンデンサおよび負荷に対し電気的に断たれ、負荷電流による突入電流防止抵抗７の焼損を防ぐことができるが、リレー６の単品故障でリレー励磁電流が流れる接点部だけ短絡し、負荷電流が流れる方の接点部が開の場合、やはり突入電流防止用抵抗が焼損する。また、このような状態が起きないリレーを採用しても、従来の回路の図３より高価な回路構成である。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価な回路構成でリレーの異常状態を判別することができる突入電流防止回路とそれを備えた電力変換装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える突入電流防止回路において、前記交流電源の電圧値と交流電源方式（３相または単相）、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出部出力信号と負荷電流検出部出力信号より演算した直流母線電圧値と直流母線電圧検出部の出力信号値との比較よりリレーの動作不良を検出するものである。
また、交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える電力変換装置において、予め設定した直流母線電圧設定値と直流母線電圧の検出電圧値とを比較し、前記検出電圧値が前記直流母線電圧設定値より低下した場合に前記リレーを動作不良と判断する動作状態判断手段を備えたものである。
また、請求項２記載の電力変換装置において、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の表示部に前記リレーが動作不良である旨の警報表示をするものである。
また、請求項２記載の電力変換装置において、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の主回路スイッチング素子をベースブロックし電力変換の運転を停止するものである。
交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える突入電流防止回路において、前記交流電源の電圧値と交流電源方式（３相または単相）、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出部出力信号と負荷電流検出部出力信号より演算した直流母線電圧値と直流母線電圧検出部の出力信号値との比較よりリレーの動作不良を検出するものである。
また、交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える電力変換装置において、予め設定した直流母線電圧設定値と直流母線電圧の検出電圧値とを比較し、前記検出電圧値が前記直流母線電圧設定値より低下した場合に前記リレーを動作不良と判断する動作状態判断手段を備えたものである。
また、請求項２記載の電力変換装置において、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の表示部に前記リレーが動作不良である旨の警報表示をするものである。
また、請求項２記載の電力変換装置において、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の主回路スイッチング素子をベースブロックし電力変換の運転を停止するものである。
請求項１に記載の発明によると、従来の回路構成から変更することなく、また既に製品に構成された電流および電圧検出部からの信号よりリレーの状態を予測できるため、追加回路も必要なく、安価な構成で目的を果たすことができる。
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例の構成図である。図において、１は交流電源、２は半導体整流素子郡、３は突入電流防止抵抗、４はリレー、５は平滑コンデンサ、６は直流母線電圧検出回路、７は負荷、８は負荷電流検出回路、９は演算部である。負荷７としてＤＣ電圧を可変周波数の可変電圧に変換する逆変換回路を設けることによりインバータ装置を構成することができる。
実施例図１が従来例の図３と異なる部分は直流母線間電圧検出回路６と、負荷電流検出回路８と、直流母線間電圧検出回路６と負荷電流検出回路８の出力信号が接続される演算部９、および動作状態判断手段１０を備えた部分である。この動作状態判断手段１０は予め設定した直流母線電圧設定値と直流母線電圧の検出電圧値とを比較し、前記検出電圧値が前記直流母線電圧設定値より低下した場合に前記リレーを動作不良と判断するものである。
実施例図１が従来例の図３と異なる部分は直流母線間電圧検出回路６と、負荷電流検出回路８と、直流母線間電圧検出回路６と負荷電流検出回路８の出力信号が接続される演算部９、および動作状態判断手段１０を備えた部分である。この動作状態判断手段１０は予め設定した直流母線電圧設定値と直流母線電圧の検出電圧値とを比較し、前記検出電圧値が前記直流母線電圧設定値より低下した場合に前記リレーを動作不良と判断するものである。
演算結果から、リレーの状態を判定する方法について説明する。
交流電源１からの供給で平滑コンデンサ６が充電した時の電力量と、負荷７で消費された電力量の差分から、コンデンサの充電開始直前の電力量を求め、さらにその電力量より、その時の直流母線電圧が計算で求められる。平滑コンデンサの充電直前と充電時に発生する直流母線の電圧差（リップル分）は平均値に変換しておく。
上記の通り、負荷の消費電力量と直流母線電圧平均値の特性が予め演算にて求められる。
リレーが動作不良でリレー接点が短絡しなかった場合、突入電流防止抵抗に平滑コンデンサ充電電流が流れるため、平滑コンデンサは、突入電流防止抵抗と平滑コンデンサ容量の時定数で充電する。十分な充電ができないのに対し、負荷による消費は進むため、直流母線電圧が大きく降下する。負荷の消費電力量と直流母線電圧平均値の特性から求められる直流母線電圧平均値と直流母線電圧検出回路で検出した検出値を比較すると、検出回路の検出値が大きく低下していればリレーの動作不良であると判断できる。
それぞれの電力量の演算は、交流電源の電圧値と交流電源方式（３相または単相）、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出回路と負荷電流検出回路の検出値から求められる。
交流電源１からの供給で平滑コンデンサ６が充電した時の電力量と、負荷７で消費された電力量の差分から、コンデンサの充電開始直前の電力量を求め、さらにその電力量より、その時の直流母線電圧が計算で求められる。平滑コンデンサの充電直前と充電時に発生する直流母線の電圧差（リップル分）は平均値に変換しておく。
上記の通り、負荷の消費電力量と直流母線電圧平均値の特性が予め演算にて求められる。
リレーが動作不良でリレー接点が短絡しなかった場合、突入電流防止抵抗に平滑コンデンサ充電電流が流れるため、平滑コンデンサは、突入電流防止抵抗と平滑コンデンサ容量の時定数で充電する。十分な充電ができないのに対し、負荷による消費は進むため、直流母線電圧が大きく降下する。負荷の消費電力量と直流母線電圧平均値の特性から求められる直流母線電圧平均値と直流母線電圧検出回路で検出した検出値を比較すると、検出回路の検出値が大きく低下していればリレーの動作不良であると判断できる。
それぞれの電力量の演算は、交流電源の電圧値と交流電源方式（３相または単相）、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出回路と負荷電流検出回路の検出値から求められる。
このように、従来回路と製品に付随した検出回路の構成で、演算結果より突入電流防止回路のリレーの状態を判定することができる。
さらに、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の表示部に前記リレーが動作不良である旨の警報表示をして電力変換装置の異常状態を表示することができる。
また、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の主回路スイッチング素子をベースブロックし電力変換の運転を非常停止し、突入電流防止抵抗の焼損を防止することができる。
さらに、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の表示部に前記リレーが動作不良である旨の警報表示をして電力変換装置の異常状態を表示することができる。
また、前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の主回路スイッチング素子をベースブロックし電力変換の運転を非常停止し、突入電流防止抵抗の焼損を防止することができる。
インバータおよびサーボなど、交流を直流に変換する機能を持つ電力変換装置で、特に安価で小型化を要求される製品には、回路の追加もなく動作状態判断手段をソフトウェアで実行できるため、容易に本発明を適用できる。
１ 交流電源
２ 半導体整流素子郡
３ 突入電流防止抵抗
４ リレー
５ 平滑コンデンサ
６ 直流母線電圧検出回路
７ 負荷
８ 負荷電流検出回路
９ 演算部
１０ 動作状態判断手段
２ 半導体整流素子郡
３ 突入電流防止抵抗
４ リレー
５ 平滑コンデンサ
６ 直流母線電圧検出回路
７ 負荷
８ 負荷電流検出回路
９ 演算部
１０ 動作状態判断手段
Claims (4)
- 交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える突入電流防止回路において、
前記交流電源の電圧値と交流電源方式（３相または単相）、電源周波数、平滑コンデンサ容量、および、直流母線電圧検出部出力信号と負荷電流検出部出力信号より演算した直流母線電圧値と直流母線電圧検出部の出力信号値との比較よりリレーの動作不良を検出することを特徴とする突入電流防止回路。 - 交流電源に接続された交流電源電圧を整流する半導体整流素子郡と、前記半導体整流素子郡の正出力端子に一端が接続された突入電流防止抵抗と、前記突入電流防止抵抗と並列接続されたリレーと、前記突入電流防止抵抗の他端に接続された平滑コンデンサと、平滑コンデンサの端子間電圧を検出する直流母線電圧検出部と、負荷に流れる電流を検出する負荷電流検出部と、前記直流母線電圧検出部と前記負荷電流検出部のそれぞれから出力する検出信号を受信する演算部を備える電力変換装置において、
予め設定した直流母線電圧設定値と直流母線電圧の検出電圧値とを比較し、前記検出電圧値が前記直流母線電圧設定値より低下した場合に前記リレーを動作不良と判断する動作状態判断手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。 - 前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の表示部に前記リレーが動作不良である旨の警報表示をする請求項２記載の電力変換装置。
- 前記動作状態判断手段が、前記リレーを動作不良と判断すると電力変換の主回路スイッチング素子をベースブロックし電力変換の運転を停止する請求項２記載の電力変換装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008075779A1 (en) | 2006-12-18 | 2008-06-26 | Fujifilm Corporation | Monitoring system, monitoring method and program |
| JP2008193830A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 直流電源システムの制御方法 |
| WO2011037565A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-31 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Providing in rush current tolerance to an electronic device |
| JP2013236535A (ja) * | 2012-05-03 | 2013-11-21 | Schneider Toshiba Inverter Europe Sas | 電力変換装置のｄｃ電源バス上の欠陥を検出するための方法およびシステム |
| WO2017085798A1 (ja) | 2015-11-18 | 2017-05-26 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置 |
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2005
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