JP2008228509A - 電力変換装置 - Google Patents

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【課題】起動前にも直流電圧検出器の破損や、直流電圧検出器の出力側の配線の断線が検出できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】図１に示したように電力変換器２の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段６を設け、この直流電圧検出手段６の出力が所定の過電圧設定値以下となったとき、電力変換器２の運転を停止するように構成する。図２に示したように直流電圧検出手段６は、直流部の直流電圧を入力とする絶縁アンプ６３と、その出力である基準電圧が前記絶縁アンプのフルスケール出力に設定された基準電源６４と、この基準電圧から絶縁アンプ６３の出力を減算する減算手段６５とを有し、減算手段６５の出力を直流電圧検出手段６の出力とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、直流部の直流電圧検出手段を有する電力変換装置に関する。
一般に直流部を有する電力変換装置において、制御用あるいは保護用として直流部の直流電圧が検出されて制御回路に帰還される。
例えば、交流入力を受け、ブリッジ接続される自己消弧形半導体素子とこれらの素子にそれぞれ逆並列接続される帰還ダイオ―ドから成る自励式の電力変換器によって直流出力を負荷に供給する電力変換装置において、直流電圧は直流電圧検出器で検出されて制御用として帰還されると共に、保護用として制御回路に入力され、過電圧検出器によって過電圧保護が行なわれ、また不足電圧検出器によって不足電圧保護が行なわれている。この場合、不足電圧検出器と過電圧検出器のいずれかの検出信号によって電力変換装置の運転を停止するようにしている（例えば特許文献１参照。）。
特開平６−２７６６７０号公報（全体）
特許文献１に示された電力変換装置で使用される直流電圧検出器の一般的な回路として、絶縁アンプがある。絶縁アンプは一般的に電力変換装置の直流電圧を分圧抵抗で分圧し、絶縁アンプ本体に入力する。よってその特性は、直流電圧がない場合には０Ｖを、直流電圧が有る場合には正出力を行う。
ここで、直流電圧検出器が破損、あるいは直流電圧検出器の出力側の配線が断線した場合、直流電圧の帰還信号がなくなり、不足電圧検出器が動作して電力変換装置を停止させることになる。しかしながら電力変換装置の起動前においては直流電圧がないので、不足電圧検出器の異常検出はマスクしておく必要があり、また、電力変換装置が起動して、不足電圧検出器のマスクが解除されるまでは直流電圧検出器の破損や電線の断線が検出できないという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、起動前にも直流電圧検出器の破損や、直流電圧検出器の出力側の配線の断線が検出できる電力変換装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である電力変換装置は、電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段の出力が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、前記直流電圧検出手段は、前記直流部の電圧を入力とする絶縁アンプと、その出力である基準電圧が前記絶縁アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、前記基準電圧から前記絶縁アンプの出力を減算する減算手段とを有し、前記減算手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴としている。
また、本発明の第２の発明である電力変換装置は、電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段の出力が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、前記直流電圧検出手段は、前記直流部の電圧を入力とし、入力と逆極性を出力する絶縁アンプと、その出力である基準電圧が前記絶縁アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、前記基準電圧と前記絶縁アンプの出力を加算する加算手段とを有し、前記加算手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴としている。
更に、本発明の第３の発明である電力変換装置は、電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段が出力する周波数が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、前記直流電圧検出手段は、前記直流部の電圧を入力とするアンプと、その出力である基準電圧が前記アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、前記基準電圧から前記絶縁アンプの出力を減算する減算手段と、前記減算手段の出力がゼロのとき出力周波数がゼロ、前記減算手段の出力がフルスケールのとき出力周波数がフルスケールとなるようなＶＦ変換手段とを有し、前記ＶＦ変換手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴としている。
本発明によれば、起動前にも直流電圧検出器の破損や、直流電圧検出器の出力側の配線の断線が検出できる電力変換装置を提供することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
以下、本発明の実施例１に係る電力変換装置を図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図である。交流電源１から与えられる交流電圧は、フィルタ回路３を介して、例えばブリッジ接続された自己消弧形半導体素子とこれらの素子に夫々逆並列接続された帰還ダイオ―ドから成る自励式の電力変換器３に供給される。電力変換器３は交流電圧を直流電圧に変換し、その出力は直流部の直流平滑用コンデンサ４を介して負荷５に供給される。
上記直流部の直流電圧は、直流電圧検出器６によって帰還直流電圧として検出され、制御回路８に与えられる。また、入力電流検出器７によって検出された電力変換器３の入力電流も制御回路８に与えられる。
制御回路８においては、帰還直流電圧と直流電圧の差分がゼロとなるように電圧制御を行い、得られた電流基準と入力電流の差分がゼロとなるように電流マイナー制御を行って操作量を求め、この操作量に応じてゲート信号を発生させて電力変換器３の自己消弧形半導体素子を制御する。
上記において電力変換器１は入力側または出力側に直流部を有するものであれば良く、例えばチョッパであっても良い。また制御回路８は電力変換器１を構成する半導体素子を制御するものであれば良く必ずしも図１の構成である必要はない。
直流電圧検出器６によって検出された帰還直流電圧は、過電圧検出器９及び不足電圧検出器１０に各々与えられる。過電圧検出器９は直流部の直流電圧が所定の過電圧設定値を超えたときゲート信号停止指令を制御回路８に出力する。同様に不足電圧検出器１０は直流部の直流電圧が不足電圧設定値以下となったときゲート信号停止指令を制御回路８に出力する。
図２（ａ）は直流電圧検出器６の内部回路構成図であり、図２（ｂ）は直流電圧検出器６の入出力特性の説明図である。
図２（ａ）において、帰還直流電圧は分圧抵抗６１及び分圧抵抗６２によって分圧され、分圧抵抗６２の両端の電圧が絶縁アンプ６３に入力される。絶縁アンプ６３の出力は基準電源６４の出力である基準電圧から減算器６５によって減算される。ここで、基準電源６４の基準電圧は絶縁アンプ６のフルスケール出力に設定し、正極性で減算器６５に入力し、絶縁アンプ６３の出力を減算器６５で減算する。このようにすれば、図２（ｂ）に示すように直流部の直流電圧が０Ｖのときに直流電圧検出器６の出力は絶縁アンプ６３のフルスケール電圧ｃを出力することになる。また、直流部の直流電圧が増加して絶縁アンプ６３のフルスケール入力Ｂになると直流電圧検出器６の出力が０Ｖになるように設定しておく。
以上により、図２（ｂ）において直流電圧がＡを超えると、直流電圧検出器６の出力がｄ以下になることにより電力変換装置は過電圧停止を行うことができる。従って、過電圧検出器９は直流電圧検出器６の出力がｄ以下になったとき過電圧を検出するようにする。そして、直流電圧検出器６の２次側の内部破損により直流電圧検出器６の出力が０になる場合や、直流電圧検出器６の出力側の配線の断線が起きた場合には直流電圧検出器６の出力が０Ｖになり、直流電圧検出器６は見かけ上直流過電圧を検出することが可能となるので、電力変換装置の起動前にも直流電圧検出器６の破損や、出力側の配線の断線の検出を行うことが可能となる。
尚、上記において不足電圧検出器１０は直流電圧検出器６の出力が所定値を超えたとき不足電圧を検出するようにするが、この不足電圧検出器１０を設けない構成も可能である。この場合であっても、起動前の制御電源投入時に直流電圧検出器６の出力が０Ｖになることを検出すれば直流電圧検出器６または直流電圧検出器６の出力側の配線の異常を検出することが可能となる。
図３は本発明の実施例２に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器６Ａの内部回路構成図である。
この実施例２の各部について、図２（ａ）の本発明の実施例１に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器の内部回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、絶縁アンプ６３Ａの２次側の極性を逆極性とした点、絶縁アンプ６３Ａの出力と基準電源６４の出力を加算器６６で加算し、この加算結果を直流電圧検出器６Ａの出力とする構成とした点である。
この実施例２による直流電圧検出器６Ａの出力特性は図２（ｂ）に示した実施例１の直流電圧検出器６の出力特性と同様になるので、電力変換装置の起動前にも直流電圧検出器６Ａの破損や、直流電圧検出器６Ａの出力側の配線の断線の検出を行うことが可能となる。
図４（ａ）は本発明の実施例３に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器６Ｂの内部回路構成図である。
この実施例３の各部について、図２（ａ）の本発明の実施例１に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器の内部回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、絶縁アンプ６３に代えてアンプ６３Ｂを設けた点、減算器６５の出力をＶＦ変換器６７によって周波数に変換し、その出力を光変換器６８によって光信号に変換して直流電圧検出器６Ｂの出力を得る構成とした点である。
ここで、アンプ６３Ｂは通常の電子回路によるオペアンプなどでよい。アンプ６３Ｂの出力は減算器６５によって基準電源６４の基準電圧から減算される。基準電源６４はアンプ６３Ｂの絶対値フルスケール出力に設定し、正極性で減算器６５に与える。ＶＦ変換器６７は一般的に入力電圧が有るときにこれに応じた周波数を出力し、入力電圧がないときには０Ｈｚを出力するタイプを使用する。
以上により、図４（ｂ）に示すように直流電圧が０Ｖのときに直流電圧検出器６Ｂの光出力はアンプ６３Ｂのフルスケール電圧ｅを出力することになる。また、直流電圧が増加しアンプ６３Ｂのフルスケール入力Ｂになると直流電圧検出器６Ｂの出力が０Ｖになるように設定する。このとき過電圧検出器９は直流電圧検出器６の出力周波数が所定のｆ以下になると直流過電圧と判定するようにする。
これにより、直流電圧がＡ以上になると、直流電圧検出器６Ｂの出力がｆ以下になることにより電力変換装置は過電圧停止を行うことができるとともに、直流電圧検出器６Ｂの破損によって直流電圧検出器６Ｂの出力が０になる場合や、ＶＦ変換器６７以降の出力側の配線の断線が起きた場合には０Ｈｚになるので、電力変換装置の起動前であっても直流電圧検出器６Ｂの破損や、出力側の配線の断線の検出を行うことが可能となる。
また、直流電圧検出を周波数で行なうようにしたことにより、直流電圧検出器６Ｂの故障がハイレベルで停止した場合（ラッチアップ）であっても直流電圧検出器６Ｂの出力周波数は０Ｈｚになるために停止処理が可能となる。
更に、光変換器６８によって出力の光絶縁を行うことにより、電気絶縁を行う絶縁アンプより高耐圧の絶縁仕様に適用可能となり、より高耐圧の電力変換装置を提供することが可能となる。
本発明の実施例１に係る電力変換装置の回路構成図。 本発明の実施例１に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器の内部回路構成図とその入出力特性。 本発明の実施例２に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器の内部回路構成図。 本発明の実施例３に係る電力変換装置に用いられる直流電圧検出器の内部回路構成図とその入出力特性。
符号の説明
１ 交流電源
２ 電力変換器
３ フィルタ回路
４ 負荷
５ 直流平滑用コンデンサ
６、６Ａ、６Ｂ 直流電圧検出器
６１、６２ 分圧抵抗
６３、６３Ａ 絶縁アンプ
６３Ｂ アンプ
６４ 基準電源
６５ 減算器
６６ 加算器
６７ ＶＦ変換器
６８ 光変換器

７ 入力電流検出器
８ 制御回路
９ 過電圧検出器
１０ 不足電圧検出器

Claims (6)

  1. 電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段の出力が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、
    前記直流電圧検出手段は、
    前記直流部の電圧を入力とする絶縁アンプと、
    その出力である基準電圧が前記絶縁アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、
    前記基準電圧から前記絶縁アンプの出力を減算する減算手段と
    を有し、
    前記減算手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴とする電力変換装置。
  2. 電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段の出力が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、
    前記直流電圧検出手段は、
    前記直流部の電圧を入力とし、入力と逆極性を出力する絶縁アンプと、
    その出力である基準電圧が前記絶縁アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、
    前記基準電圧と前記絶縁アンプの出力を加算する加算手段と
    を有し、
    前記加算手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴とする電力変換装置。
  3. 電力変換器の入力または出力側の直流部の直流電圧検出手段を有し、この直流電圧検出手段が出力する周波数が過電圧設定値以下のとき、前記電力変換器の運転を停止するようにした電力変換装置であって、
    前記直流電圧検出手段は、
    前記直流部の電圧を入力とするアンプと、
    その出力である基準電圧が前記アンプのフルスケール出力に設定された基準電源と、
    前記基準電圧から前記絶縁アンプの出力を減算する減算手段と、
    前記減算手段の出力がゼロのとき出力周波数がゼロ、前記減算手段の出力がフルスケールのとき出力周波数がフルスケールとなるようなＶＦ変換手段と
    を有し、
    前記ＶＦ変換手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴とする電力変換装置。
  4. 前記直流電圧検出手段は、
    更に前記ＶＦ変換手段の出力周波数を光に変換する光変換手段を有し、
    前記光変換手段の出力を前記直流電圧検出手段の出力としたことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記直流電圧検出手段の出力電圧または周波数が不足電圧設定値を超えたとき、前記電力変換器の運転を停止するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記電力変換器の起動前に前記直流電圧検出手段の出力電圧または周波数が所定値を超えたとき、前記直流電圧検出手段またはその出力側の配線が異常であると判断するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06276670A (ja) * 1993-03-23 1994-09-30 Toshiba Corp 電力変換装置の過電圧保護装置
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