JP2009136098A

JP2009136098A - 高圧ダイレクトインバータ装置

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Publication number: JP2009136098A
Application number: JP2007309980A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takada; 高田　　昇
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-06-18

Abstract

【課題】直列多重インバータは、何れか１つのセルインバータが故障しても、所定の電圧出力はなく、部品交換まで規定電圧による運転ができない。
【解決手段】３相の各相アームと交流電動機の端子間に第１のスイッチを接続する。また、３相各相のセルインバータと同数のセルインバータを直列接続した事故時交代用の相アームを設ける。事故時交代用の相アームの一端を３相アームの共通点に接続し、相アームの他端をそれぞれ第２のスイッチを介して交流電動機の各相端子に接続したものである。事故発生時には、事故時交代用の相アームのセルインバータを、３相アームの当該故障相の各セルインバータ用スイッチングパターンと同パターンで制御するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は直列多重インバータ装置に係り、特に多重インバータ装置を構成するセルインバータ故障時に対応できる高圧ダイレクトインバータ装置に関するものである。

３．３ｋＶ乃至６．６ｋＶの高圧を直接受電して交流電動機ＩＭを制御する場合、直列多重インバータ装置（高圧ダイレクトインバータ装置）が使用される。図３は直列３多重した場合の高圧ダイレクトインバータ装置の構成図を示したもので、直列３多重の場合のインバータ装置は、9個のセルインバータ（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）によって構成される。各セルインバータは、図４で示すようにダイオードよりなる直流変換部ＤとＩＧＢＴなどのスイッチング素子からなる交流変換部ＩＶより構成され、実効値０〜６３５ＶのＰＷＭ状の交流電圧を出力する。このように構成されたセルインバータを直列に３個接続することで０〜３．３ｋＶの線間電圧を交流電動機ＩＭへ供給することができる。図５はセルインバータ電圧と電動機電圧との関係を示したものである。

このような高圧ダイレクトインバータ装置は、Ｕ相群のセルインバータ（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）、Ｖ相群のセルインバータ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）、Ｗ相群のセルインバータ（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）におけるスイッチング素子のＰＷＭスイッチングパターンは、それぞれ１２０゜の位相差を持たせている。つまり、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のスイッチングパターンはそれぞれ１２０゜の位相差を有し、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２のスイッチングパターンもそれぞれ１２０゜の位相差を有し、また、Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３も同様となっている。これにより、電動機端子間の線間電圧Ｖ−ｕｖ，Ｖ−ｖｗ，Ｖ−ｗｕは、それぞれ１２０゜の位相差を有した３相平衡電圧を得ることができる。
なお、回路構成を直列６多重とした場合も同様で、その場合、０〜６．６ｋＶの線間電圧を電動機へ供給することができる。

高圧ダイレクトインバータ装置は上記のように構成されているので、何れかのセルインバータの内部部品が故障した場合には、高圧ダイレクトインバータ装置を停止させことになる。装置の運転停止を短時間にする手段としては特許文献１が公知となっている。この特許文献１では、各セルインバータと並列にそれぞれバイパスユニットを接続し、セルインバータが故障した場合、当該故障セルインバータの代わりに並列接続されたバイパスユニットを装置に接続して運転を再開することが記載されている。
特開２０００−２０９８７０号公報

セルインバータが故障した場合、故障部品の交換まで運転できなくなる。また、特許文献１の場合には、交流電動機を規定電圧で制御することが出来なくなり、且つ故障した相以外の他の２相に対しての電圧基準を２／３とするような特別な制御信号を出力生成しなければならない。

本発明が目的とするとこは、故障時において交流電動機に対して正規な基準電圧を短時間で供給可能な高圧ダイレクトインバータ装置を提供することにある。

本発明の請求項１は、３相の多重インバータのセルインバータの交流入力側に入力変圧器の２次側電圧を出力し、３相の各相アームの出力を交流電動機に供給するものにおいて、
前記３相の各相アームと交流電動機の端子間に第１のスイッチを接続すると共に、前記３相各相のセルインバータと同数のセルインバータを直列接続した事故時交代用の相アームを設け、この相アームの一端を前記３相の共通点に接続し、相アームの他端をそれぞれ第２のスイッチを介して交流電動機の各相端子に接続したことを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、前記事故時交代用の相アームの各セルインバータのスイッチング制御は、前記高圧ダイレクトインバータの故障発生時における当該故障発生相の各セルインバータ用スイッチングパターンと同パターンであることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、高圧インバータ装置を構成するセルインバータの何れか1台故障した場合でも、短時間で装置の自動再運転が故障前の出力電圧を維持しながら可能となるものであって装置の信頼性が向上するものである。また、セルインバータには電解コンデンサなどの寿命部品が組み込まれているが、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ相の４アームのうち、何れかの３アームの選択運転が可能となることにより、定期的に組合せ運転を実行することで他の１相の保守、点検ができる。これにより、装置の寿命を４／３延ばすことが可能となる。

図１は、本発明の実施例を示す３多重の場合の構成図で、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相アームはそれぞれＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，及びＷ１〜Ｗ３からなるセルインバータの直列接続で構成されている。Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３はＸ相アームを構成するセルインバータで、各セルインバータは図４のように構成されている。ＩＭは交流電動機で、直列接続された各相アームとは第１のスイッチ群ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１を介して接続されている。また、直列接続されたＸ相アームは、それぞれ第２のスイッチ群ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２を介してＵ、Ｖ、Ｗ相の交流電動機ＩＭ端子に接続されている。すなわち、Ｘ相アームはスイッチＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２を介してＵ、Ｖ、Ｗの各相アームと並列に接続されている。Ｔｒは入力変圧器で、その２次側には各セルインバータ数と対応した２次巻線を有し、誘起された電圧はそれぞれフューズを介して各セルインバータの直流変換部の交流入力側へ出力される。

以上のように構成された本発明において、通常は第１のスイッチ群ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１はオン状態にされ、第２のスイッチ群ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２はオフ状態に保持される。この状態で図示省略の制御回路を介してインバータ装置を制御することにより、交流電動機ＩＭには０〜３．３ｋＶ（セルインバータ６３５Ｖ直列の場合）の電圧が印加される。

インバータ装置運転中に、例えばＵ相の何れかのセルインバータの部品が故障したとすると、その時、制御回路は故障したセルインバータを検出して全てのセルインバータの運転を停止して装置を一旦停止する。そして、制御回路は故障したＵ相アームのスイッチＳＵ１を開路してＸ相アームのスイッチＳＵ２を閉路する。これにより、Ｘ相アームが故障したＵ相アームに代わって装置に接続された状態となる。制御回路から出力されるＸ相の各セルインバータに対する制御信号は、故障前のＵ相の各セルインバータと同じスイッチングパターンで、出力電圧＝６３５Ｖで運転する。

図２はセルインバータのスイッチングパターンを示したもので、（ａ）は正常時運転時、（ｂ）はＵ相アーム故障時である。すなわち、故障時においては、Ｘ相アームの１段目セルインバータであるＸ１は、Ｕ相アームの１段目Ｕ１のスイッチングパターンで制御され、同様にＸ２はＵ２の、Ｘ３はＵ３の各スイッチングパターンで制御される。したがって、故障してない他のアーム（ここでは、Ｖ，Ｗ相）は、故障発生前と同じスイッチングパターンであるので、それぞれの出力電圧は６３５Ｖで運転され、交流電動機には故障発生前と同じ電圧３．３ｋＶが供給できる。なお、Ｕ相以外の他の相アームの故障時においても同様にして第１、第２のスイッチ群の切換制御と当該故障相のＸ相アームへのスイッチングパターンの切換で実行される。

本発明によれば、高圧インバータ装置を構成するセルインバータの何れか1台故障した場合でも、短時間で装置の自動再運転が故障前の出力電圧を維持しながら可能となることにより、装置の信頼性が向上するものである。また、セルインバータには電解コンデンサなどの寿命部品が組み込まれているが、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ相の４アームのうち、何れかの３アームの選択運転が可能となることにより、定期的に組合せ運転を実行することで他の１相の保守、点検ができる。これにより、装置の寿命を４／３延ばすことが可能となる。

本発明の実施形態を示す構成図。セルインバータのスイッチングパターンで、（ａ）は正常運転時、（ｂ）はＵ相アーム故障時。従来の直列３多重インバータの構成図。セルインバータの構成図。セルインバータ電圧とモータ電圧との関係図。

符号の説明

Ｕ１〜Ｕ３… Ｕ相アームを構成するセルインバータ
Ｖ１〜Ｖ３… Ｖ相アームを構成するセルインバータ
Ｗ１〜Ｗ３… Ｗ相アームを構成するセルインバータ
Ｘ１〜Ｘ３… Ｘ相アームを構成するセルインバータ
Ｔｒ… 入力変圧器
ＩＭ… 交流電動機
ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１… 第１のスイッチ群
ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２… 第２のスイッチ群

Claims

３相の多重インバータのセルインバータの交流入力側に入力変圧器の２次側電圧を出力し、３相の各相アームの出力を交流電動機に供給するものにおいて、
前記３相の各相アームと交流電動機の端子間に第１のスイッチを接続すると共に、前記３相各相のセルインバータと同数のセルインバータを直列接続した事故時交代用の相アームを設け、この相アームの一端を前記３相アームの共通点に接続し、相アームの他端をそれぞれ第２のスイッチを介して交流電動機の各相端子に接続したことを特徴とした高圧ダイレクトインバータ装置。
前記事故時交代用の相アームの各セルインバータのスイッチング制御は、前記高圧ダイレクトインバータの故障発生時における当該故障発生相の各セルインバータ用スイッチングパターンと同パターンであることを特徴とした請求項1記載の高圧ダイレクトインバータ装置。