JP2007006580A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御回路と電力変換回路が伝送路によって接続された電力変換装置に関し、とくに伝送路における伝送異常の発生時に継続して電力変換を可能とした電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device in which a control circuit and a power conversion circuit are connected by a transmission line, and more particularly to a power conversion device that enables continuous power conversion when a transmission abnormality occurs in the transmission line.
直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置や交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置では、誘導電動機などの負荷を駆動するために、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)やバイポーラ型MOSFET(IGBT)などのパワースイッチング素子を用いて電力変換回路が構成される。こうした交流電力変換装置では、可変電圧、あるいは可変電流を指令するための電力変換用の制御演算部を実装した制御回路と、複数のパワースイッチング素子からなる電力変換部を実装した電力変換回路とに分割され、制御回路から電力変換装置に対して制御信号を信号伝送線によって伝送するようにしたものがある。 In inverter devices that convert DC power into AC power with variable voltage and variable frequency, and converter devices that convert AC power into DC power, a gate turn-off thyristor (GTO) or bipolar MOSFET is used to drive loads such as induction motors. A power conversion circuit is configured using a power switching element such as (IGBT). In such an AC power conversion device, a control circuit in which a control calculation unit for power conversion for commanding a variable voltage or variable current is mounted, and a power conversion circuit in which a power conversion unit composed of a plurality of power switching elements is mounted. Some are divided so that a control signal is transmitted from a control circuit to a power conversion device via a signal transmission line.
特許文献1には、電力変換装置を構成する複数のスイッチング素子をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御装置において、ゲート信号伝送用の信号伝送線の数を減少させ得るパルス幅変調制御装置が記載されている。この場合に、出力を停止するとともに、信号伝送線によって伝送される送信データが途中で壊れていないかどうかをチェックし、データの信頼性を向上させることが必要になる。
図6は、電力変換装置から伝送された制御信号が正常に受信された場合の電圧波形を示す図、図7は、従来装置における伝送異常検出時の電圧波形を示す図である。
ここで、後述する図2に示す三相電圧形インバータのように、相電圧として2レベル出力(E/2,−E/2)が可能な電力変換部を実装した電力変換回路では、電力変換装置から伝送された制御信号が正常に受信されれば、それぞれ図6(a),(b)に示すU相出力電圧VuとV相出力電圧Vvとから、同図(c)のように線間出力電圧Vu−Vvの電圧波形は、0→E→−E→0→Eとなる。この場合に、特許文献1のもののように出力を停止することで対処してもよいが、図7に示すようにデータ伝送タイミングN2で伝送異常が検出されたとすると、前回の伝送時(タイミングN1)に正常受信できた出力値を保持することもできる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a voltage waveform when the control signal transmitted from the power converter is normally received, and FIG. 7 is a diagram illustrating a voltage waveform when transmission abnormality is detected in the conventional device.
Here, in a power conversion circuit in which a power conversion unit capable of two-level output (E / 2, −E / 2) as a phase voltage is mounted, such as a three-phase voltage source inverter shown in FIG. If the control signal transmitted from the apparatus is normally received, the U-phase output voltage Vu and the V-phase output voltage Vv shown in FIGS. 6A and 6B are respectively shown in FIG. The voltage waveform of the inter-stage output voltage Vu−Vv is 0 → E → −E → 0 → E. In this case, it may be dealt with by stopping the output as in the case of
いま、図6(c)に示すように、データ伝送タイミングN2では本来出力すべき線間出力電圧Vu−Vvの値が(−E)であるところで、前回のデータ伝送タイミングN1の出力値(E)が保持されていたとすれば、最大2レベル(2E)の出力差が発生することになる。すなわち、伝送異常の際には、電力変換装置の出力が本来出力すべき出力値に対して大きく異なってしまえば、電力変換装置から負荷に対して過電圧や過電流が供給されるから、電力変換装置の運転は停止されることになる。
従来の電力変換装置では、制御回路と電力変換回路との伝送による通信時に、外部ノイズ等による伝送異常が発生して、これにより電力変換回路で出力指令が正常に受信できなくなると、電力変換回路の出力を前回正常に受信できた出力を保持し、あるいは出力停止とするなどしていた。そして、いずれの方式によって対処したとしても、電力変換回路と制御回路との間の伝送路に伝送異常が発生したとき、電力変換装置での急激な出力変化を抑制することができないという問題があった。 In the conventional power conversion device, when communication abnormality occurs due to external noise during communication between the control circuit and the power conversion circuit, the power conversion circuit cannot receive the output command normally. The output that was successfully received last time was held or the output was stopped. Whichever method is used, when a transmission abnormality occurs in the transmission line between the power conversion circuit and the control circuit, there is a problem that a sudden output change in the power conversion device cannot be suppressed. It was.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、制御回路と電力変換回路との伝送路に異常が発生したとき、伝送異常を検出して電力変換回路の出力電圧が零となるように制御した電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. When an abnormality occurs in the transmission path between the control circuit and the power conversion circuit, the transmission abnormality is detected and the output voltage of the power conversion circuit becomes zero. An object of the present invention is to provide a controlled power converter.
本発明では、上記問題を解決するために、制御回路と電力変換回路が伝送路によって接続され、前記制御回路側に実装された電力変換用の制御演算部で制御信号を生成し、前記電力変換回路の電力変換部からの出力電圧を制御する電力変換装置において、前記電力変換回路が、前記伝送路に接続された受信部と、前記受信部を介して入力された伝送信号から前記制御信号を復元するパルス復元部と、前記伝送信号の伝送異常の有無を判定して、前記パルス復元部に伝達する受信信号判定部と、を備え、前記受信信号判定部で伝送異常と判定されたとき、前記パルス復元部により前記出力電圧が零となるように前記電力変換部を制御することを特徴とする電力変換装置が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, a control circuit and a power conversion circuit are connected by a transmission line, and a control signal is generated by a control arithmetic unit for power conversion mounted on the control circuit side, and the power conversion In the power conversion device that controls the output voltage from the power conversion unit of the circuit, the power conversion circuit receives the control signal from the reception unit connected to the transmission path and the transmission signal input through the reception unit. A pulse restoration unit for restoring, and determining whether or not there is a transmission abnormality of the transmission signal, and a reception signal determination unit that transmits to the pulse restoration unit, when the transmission signal is determined to be abnormal by the reception signal determination unit, A power converter is provided, wherein the power converter is controlled by the pulse restoration unit so that the output voltage becomes zero.
本発明によれば、電力変換装置の運転時に、制御回路と電力変換回路の伝送路において伝送異常が発生した場合には、電力変換回路側に設けた受信信号判定部により伝送異常を検出し、即座に電力変換回路の出力を零にすることができる。したがって、電力変換装置が異常な出力とならないようにして、伝送異常があったときでも過電圧や過電流によるトリップの発生を抑制できる。 According to the present invention, when a transmission abnormality occurs in the transmission path between the control circuit and the power conversion circuit during operation of the power conversion device, the transmission abnormality is detected by the reception signal determination unit provided on the power conversion circuit side, The output of the power conversion circuit can be made zero immediately. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of trip due to overvoltage or overcurrent even when there is a transmission abnormality by preventing the power conversion device from having an abnormal output.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に係る交流電力変換装置を示すブロック図、図2は交流電力変換装置の電力変換部を示す回路構成図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an AC power converter according to
交流電力変換装置1では、スイッチング制御回路10と電力変換回路20が伝送路30によって接続されていて、スイッチング制御回路10が制御演算部11、スイッチングパルス発生部12、パルス符号化部13、および送信部14から構成され、電力変換回路20が受信部21、パルス復元部22、電力変換部23、および受信信号判定部24から構成されている。
In the
電力変換部23は、たとえば図2に示すように、6つのスイッチング回路からなる三相電圧形インバータとして構成されている。三相のスイッチング回路は、直流電源の正側(P)と負側(N)との間に、オンオフ制御されるトランジスタT1〜T6とそれぞれ逆並列に接続された帰還ダイオードD1〜D6とを備え、負荷に対して各相のスイッチング回路の接続点からU相出力電圧Vu、V相出力電圧Vv、W相出力電圧Vwが出力される。トランジスタT1〜T6は、いずれもGTOあるいはIGBTなどのパワースイッチング素子によって構成できる。
For example, as shown in FIG. 2, the
交流電力変換装置1の運転を行う場合、スイッチング制御回路10では制御演算部11が制御信号を受け取って、PWM(Pulse Width Modulataion)信号を演算する。制御演算部11より演算結果がスイッチングパルス発生部12に入力されると、スイッチングパルス発生部12では入力されたPWM信号によりパルス変調を行い、電力変換回路20での各トランジスタT1〜T6を制御するためのスイッチングパルス信号が出力される。スイッチングパルス信号は、スイッチングパルス発生部12からパルス符号化部13に入力され、パルス符号化部13ではスイッチングパルス信号を所定の符号化された送信信号を生成して、送信部14から伝送路30に出力される。
When the
こうして送信部14の送信信号は、伝送路30を通じて電力変換回路20の受信部21に入力される。受信部21に伝送された受信信号が、パルス復元部22と受信信号判定部24に入力されると、受信信号判定部24では受信信号に伝送異常があるかどうか判定を行い、パルス復元部22に対して伝送異常判定結果が出力される。パルス復元部22では入力された受信信号と伝送異常判定結果により、伝送異常判定結果が正常であれば受信信号からスイッチングパルス信号を復元し、それらが電力変換部23に出力される。電力変換部23では入力されたスイッチングパルス信号を元に、トランジスタT1〜T6がオンオフ制御される。
Thus, the transmission signal of the
つぎに、伝送路30に対する外部ノイズ等の外乱が発生して、電力変換回路20の受信信号判定部24において伝送異常が検出された場合について説明する。
図3は、伝送異常検出時におけるインバータの電圧波形を示す図である。
Next, a case where a disturbance such as external noise occurs in the
FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage waveform of the inverter when a transmission abnormality is detected.
いま、受信信号判定部24からの伝送異常判定結果が伝送異常として出力されたとする。パルス復元部22では伝送異常が入力されることで、受信部21の出力である伝送受信信号が無視される。それと同時に、電力変換部23に対してトランジスタT1,T3,T5をオン、T2,T4,T6をオフにするスイッチングパルス信号が出力される。そのため、電力変換部23では各相出力電圧Vu,Vv,Vwが同時にE/2となって、線間出力電圧Vu−Vvを零とすることができる。したがって、電力変換装置1の負荷に対する交流出力である線間出力電圧Vu−Vvは、異常検出前の状態に対して急激に変化しないように制御される。
Now, it is assumed that the transmission abnormality determination result from the reception
このように、電力変換回路20の出力値である線間出力電圧Vu−Vvが、図6に示すデータ伝送タイミングN2以降において本来出力すべき電圧値(E)に対して、伝送異常検出時であっても電圧値(0)、すなわち最大1レベルの出力差に抑えられる。したがって、図7に示す従来技術の伝送異常に較べて、その電圧値変化を1/2の大きさまで圧縮することができる。
As described above, the line-to-line output voltage Vu−Vv, which is the output value of the
なお、この交流電力変換装置1では、伝送異常検出時にパルス復元部22から図2の各トランジスタT1〜T6に出力されるスイッチングパルス信号によって、各相出力電圧Vu,Vv,Vwが同時にE/2としたが、トランジスタT1,T3,T5をオフにするとともにトランジスタT2,T4,T6をオンにすることで、各相出力電圧Vu,Vv,Vwを同時に−E/2としてもよい。
In the
また、伝送路30には各トランジスタT1〜T6に出力されるスイッチングパルス信号をシリアル伝送としてもよいし、あるいはパラレル伝送とすることもできる。さらに、スイッチング制御回路10では、制御演算部11の出力を符号化して伝送路30を通じで電力変換回路20へ送信し、電力変換回路20側で受信した信号を復元してからスイッチングパルスを発生するようにしてもよい。こうすれば、スイッチング制御回路10側のスイッチングパルス発生部12は不要になる。
Further, the switching pulse signal output to each of the transistors T1 to T6 may be serially transmitted to the
(実施の形態2)
図4は、この発明の実施の形態2に係る交流電力変換装置を示すブロック図である。
この交流電力変換装置2では、スイッチング制御回路10が伝送路31〜36によって電力変換装置部41〜46と接続され、それぞれ直列2多重に接続された3組の電力変換装置部41〜46を制御して、出力端子2a,2b,2cに対してU,V,W各相出力電圧Vu,Vv,Vwを生成する構成となっている。図4のスイッチング制御回路10は、実施の形態1(図1)のものと基本的に同一に構成されており、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing an AC power converter according to
In this AC
図5は、図4に示す電力変換装置部の具体的構成を示すブロック図であって、図4の電力変換装置部41〜46はいずれも同一の構成となっている。
電力変換装置部4は、受信部21、パルス復元部22、受信信号判定部24、および電力変換部25から構成されている。電力変換部25は、4つのスイッチング回路からなる単相インバータとして構成され、トランジスタT1とT2との接続点が出力端子4aに接続され、トランジスタT3とT4との接続点が出力端子4bに接続されている。
FIG. 5 is a block diagram showing a specific configuration of the power conversion device unit shown in FIG. 4. The power
The power
ここで、6台の電力変換装置部41〜46のうち、その一部分において伝送路31〜36に外部ノイズ等の外乱が発生して受信信号判定部24により伝送異常が検出されたとする。その場合、伝送異常を検出した電力変換装置部4の電力変換部25のみで、トランジスタT1,T3をオン、T2,T4をオフにするスイッチングパルス信号、あるいは反対にトランジスタT1,T3をオフ、T2,T4をオンにするスイッチングパルス信号を出力することで、電力変換部25の出力を零とすることができる。したがって、実施の形態1の場合と同様に、交流電力変換装置2の出力端子2a,2b,2cから出力される各相出力電圧Vu,Vv,Vwが急激に変化しないように制御される。
Here, it is assumed that a disturbance such as external noise occurs in the
以上では、2つの実施の形態について説明したが、この発明はこれらのものに限られない。たとえば、電力変換部23の回路構成としては、実施の形態1では三相インバータについて、実施の形態2では単相インバータについて説明したが、三相以上の多相出力構成とすることもできる。また、電力変換部23のインバータ回路を、上下に各1つずつのスイッチング回路を設けて2レベル構成としたが、マルチレベル構成とすることもできる。さらに、実施の形態1の場合でもスイッチング制御回路10によって2台以上の電力変換回路20を制御するように構成することもできる。
Although two embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, as the circuit configuration of the
1,2 交流電力変換装置
10 スイッチング制御回路
11 制御演算部
12 スイッチングパルス発生部
13 パルス符号化部
14 送信部
20 電力変換回路
21 受信部
22 パルス復元部
23,25 電力変換部
24 受信信号判定部
30,31〜36 伝送路
41〜46 電力変換装置部
T1〜T6 トランジスタ
D1〜D6 帰還ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電力変換回路が、
前記伝送路に接続された受信部と、
前記受信部を介して入力された伝送信号から前記制御信号を復元するパルス復元部と、
前記伝送信号の伝送異常の有無を判定して、前記パルス復元部に伝達する受信信号判定部と、
を備え、前記受信信号判定部で伝送異常と判定されたとき、前記パルス復元部により前記出力電圧が零となるように前記電力変換部を制御することを特徴とする電力変換装置。 A control circuit and a power conversion circuit are connected by a transmission line, and a control signal is generated by a control calculation unit for power conversion mounted on the control circuit side, and an output voltage from the power conversion unit of the power conversion circuit is controlled. In the power converter,
The power conversion circuit is
A receiver connected to the transmission path;
A pulse restoration unit for restoring the control signal from a transmission signal input via the reception unit;
Determining the presence or absence of transmission abnormality of the transmission signal, and receiving the signal determination unit for transmitting to the pulse restoration unit;
And the power conversion unit controls the power conversion unit so that the output voltage becomes zero by the pulse restoration unit when the reception signal determination unit determines that the transmission is abnormal.
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