JP2014060870A

JP2014060870A - 半導体電力変換装置および半導体電力変換装置の湿度管理方法

Info

Publication number: JP2014060870A
Application number: JP2012204814A
Authority: JP
Inventors: Masao Urabe; 眞佐男卜部
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: JP5827933B2

Abstract

【課題】小型で信頼性の高い、結露防止や絶縁抵抗低下の抑制を図った半導体電力変換装置等を提供する。
【解決手段】電源線と負荷の間に接続された半導体素子回路を制御ユニットでスイッチング制御して電力変換を行う半導体電力変換装置において、半導体電力変換装置内の温度を検出する温度検出部と、半導体電力変換装置内の湿度を検出する湿度検出部と、湿り空気線図データを格納し、半導体電力変換装置内の湿度を検出された温度と湿度から前記湿り空気線図データに基づいて求まる湿度以下に下げるのに必要な温度上昇を演算し、演算結果に従って前記制御ユニットにスイッチング制御の周波数を上げさせる周波数切換信号を出力する演算処理部と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体電力変換装置に係り、特に半導体電力変換装置における結露防止や絶縁抵抗低下の抑制のための湿度管理に関するものである。

従来、半導体電力変換装置における結露防止や絶縁抵抗低下抑制は、半導体電力変換装置とは別にスペースヒータを設け、半導体電力変換装置内の湿度を下げるために手動かつ任意にスペースヒータ運転スイッチを「ＯＮ」させて、スペースヒータを動作させ、温まった空気を半導体電力変換装置内に送り込んでいた。

特開２００６−１８７０７０号公報

上記のように、従来、半導体電力変換装置における結露防止や絶縁抵抗低下抑制は、外付けのスペースヒータが必要となり、さらにスペースヒータは手動で制御されており、装置の大型化や信頼性に問題があった。

なお、電力変換装置の温度制御に関し、下記特許文献１には、電動機駆動用インバータ冷却装置の診断装置に関し、冷却装置の異常を診断する際の温度を上昇させるために、スイッチング素子に供給する電力の通電位相を発熱量が一定になるように設定して通電することが開示されている。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型で信頼性の高い、結露防止や絶縁抵抗低下の抑制を図った半導体電力変換装置等を提供することを目的とする。

この発明は、電源線と負荷の間に接続された半導体素子回路を制御ユニットでスイッチング制御して電力変換を行う半導体電力変換装置において、半導体電力変換装置内の温度を検出する温度検出部と、半導体電力変換装置内の湿度を検出する湿度検出部と、湿り空気線図データを格納し、半導体電力変換装置内の湿度を検出された温度と湿度から前記湿り空気線図データに基づいて求まる湿度以下に下げるのに必要な温度上昇を演算し、演算結果に従って前記制御ユニットにスイッチング制御の周波数を上げさせる周波数切換信号を出力する演算処理部と、を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置にある。

この発明では、小型で信頼性の高い、結露防止や絶縁抵抗低下の抑制を図った半導体電力変換装置等を提供できる。

この発明の一実施の形態による半導体電力変換装置の構成を示す図である。この発明による半導体電力変換装置で使用される湿り空気線図を説明するための模式図である。この発明の一実施の形態による半導体電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、この発明による半導体電力変換装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による半導体電力変換装置の構成を示す図である。半導体電力変換装置１１において、電源線ＳＬと負荷１４の間に遮断器１２を介して半導体電力変換ユニット１３の電力変換のための半導体素子回路１３ａが接続されている。制御ユニット１３ｂは、例えば負荷１４からのフィードバック信号に従って半導体素子回路１３ａ内の各半導体素子(図示省略)にスイッチング信号を出力してスイッチング制御を行う。

温度センサ２０、湿度センサ２１は半導体電力変換装置１１内のそれぞれ温度(乾球温度)、湿度(相対湿度)の実測値を検出する。演算処理部２２は湿り空気線図データをメモリ(図示省略)に格納し半導体電力変換装置１１内の湿度管理制御を行う。Ａ／Ｄ変換器２３は温度センサ２０、湿度センサ２１からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。ディジタル出力部２４は演算処理部２２からの制御信号を制御ユニット１３ｂに出力する。

なお、温度センサ２０とＡ／Ｄ変換器２３が温度検出部、湿度センサ２１とＡ／Ｄ変換器２３が湿度検出部を構成する。

次に、演算処理部２２に格納された湿り空気線図(例えば空気調和・衛生工学会等から提供)のデータを図２に湿り空気線図の模式図を示して説明する。図２において、横軸は乾球温度、縦軸は絶対湿度、中のＡは相対湿度(％)の曲線、Ｂは比エンタルピーの斜線を示す。図２の湿り空気線図のグラフより、横軸の温度(乾球温度)と湿度(相対湿度)の実測値から縦軸の絶対湿度を求め、絶対湿度から湿度(相対湿度)を所定の制限値以下にするには温度(乾球温度)をどこまで上げればよいかの目標値を算出するものである。

図３にこの発明の一実施の形態による半導体電力変換装置の特に湿度管理に関する動作を説明するためのフローチャートを示し、以下、動作について説明する。なお、以下の動作は演算処理部２２の制御で行われる。半導体電力変換装置１１内に装備した温度センサ２０及び湿度センサ２１からのアナログデータを、Ａ／Ｄ変換器２３を介して演算処理部２２が取り込み(ステップＳ１)、演算処理部２２において格納してある湿り空気線図の相対湿度と実測した温度センサ２０及び湿度センサ２１からの実測値を比較することにより(ステップＳ２)、結露および絶縁抵抗低下する可能性があり加熱が必要な場合は(ステップＳ３)、ディジタル出力部２４を介して、制御ユニット１３ｂにスイッチング制御の周波数を上げさせる周波数切換信号である結露信号を送出する(ステップＳ４)。

これにより制御ユニット１３ｂでは、結露信号により半導体素子回路１３ａの各半導体素子に対してスイッチング周波数が例えば定格以上の高周波のスイッチングを行わせる制御信号を出力し、半導体素子回路１３ａは高速スイッチングを行うことにより損失(発熱量)を増加させ、半導体電力変換装置１１の内部温度が上昇することにより結果として相対湿度が低下し、結露防止及び絶縁抵抗低下の抑制となる。その結果、更に半導体電力変換装置１１の内部温度が上昇し、演算処理部２２において格納してある湿り空気線図の相対湿度と温度センサ２０及び湿度センサ２１からＡ／Ｄ変換器２３を介して取り込んだ温度及び湿度の実測値とを比較することにより、結露する可能性がない場合、すなわち加熱が不要になった場合には(ステップＳ５)、結露信号を停止することで(ステップＳ６)、制御ユニット１３ｂはスイッチング周波数を定格のスイッチング周波数に戻して制御信号を出力し、半導体素子回路１３ａは定格のスイッチング周波数で運転する。

なお演算処理部２２における、上記ステップＳ２，Ｓ３およびステップＳ５の湿り空気線図を用いた加熱の要否判定については、例えば以下のような処理を行う。ステップＳ２，Ｓ３で、例えば温度センサ２０で検出した実測値は図２の温度(乾球温度)に当たり実測値ｔ１とし、湿度センサ２１で検出した実測値は図２の湿度(相対湿度)に当たり実測値が６０％とすると点Ｃから絶対湿度Ｄが求まり、結露が発生しないとされる湿度(相対湿度)の所定の制限値を４０％以下とすると温度(乾球温度)の目標値がｔ２(必要な温度上昇の演算結果)となり、ｔ１＜ｔ２であれば加熱要と判断して加熱を行う。そして加熱を行い、ステップＳ５で、温度センサ２０で検出した実測値ｔ１がｔ１≧ｔ２となれば、または新たな温度センサ２０と湿度センサ２１からの実測値による湿り空気線図で求まる点Ｃが制限値の４０％以下であれば、再度加熱不要と判断して加熱を停止する。

なお、スイッチング周波数切換スイッチ２６を設け、「可変」に切り換えると、制御ユニット１３ｂが上述のこの発明によるスイッチング周波数の切換えを行い、「一定」に切り換えると、制御ユニット１３ｂがスイッチング周波数の切換えは行わずに、常に一定の定格のスイッチング周波数で制御を行うようにしてもよい。

また、切換スイッチ２５および制御電源１７を設けた場合、切換スイッチ２５は、半導体電力変換装置１１全体の動作、停止を切り換え、「動作」で電力変換が可能な状態となり、「停止」とした場合は遮断器１２が「切(開放状態)」となり、半導体電力変換装置１１への通電は行われなくなり、温度センサ２０、湿度センサ２１、半導体電力変換ユニット１３は無通電状態となり作動しない。制御電源１７は半導体電力変換装置１１内の電力変換制御のための制御電源であり、切換スイッチ２５が「動作」であれば、温度センサ２０、湿度センサ２１、半導体電力変換ユニット１３に電力供給がされる。

この場合、半導体電力変換装置１１が運転停止中の場合、すなわち切換スイッチ２５が「動作」にある状態であるが電力変換が行われていない場合、上記のステップＳ１〜Ｓ４の制御に従って結露信号を送出すると、制御ユニット１３ｂは結露信号により半導体素子回路１３ａの各半導体素子に対してスイッチング周波数が例えば定格以上の高周波のスイッチングを行わせる制御信号を出力する。これにより半導体素子回路１３ａは上記と同様に高速スイッチングを行う。ただしここでは半導体電力変換装置１１が運転停止中なので半導体素子回路１３ａおよび各半導体素子には電流は流れておらず、半導体素子は通電率０でスイッチングを行うことにより半導体電力変換装置１１は運転することなく制御電源１７の損失(発熱量)が発生し(すなわち半導体電力変換ユニット１３は動作するが半導体素子回路１３ａにおいて電流は流れない)、半導体電力変換装置１１の内部温度が上昇することにより結果として相対湿度が低下し、結露防止及び絶縁抵抗低下の抑制となる。

一方、切換スイッチ２５が「停止」の状態にある場合は半導体電力変換装置１１への通電は行われず、温度センサ２０、湿度センサ２１、半導体電力変換ユニット１３は無通電状態となり作動しない。

１１半導体電力変換装置、１２遮断器、１３半導体電力変換ユニット、１３ａ半導体素子回路、１３ｂ制御ユニット、１４負荷、１７制御電源、２０温度センサ、２１湿度センサ、２２演算処理部、２２演算処理部、２３Ａ／Ｄ変換器、２４ディジタル出力部、２５切換スイッチ、２６スイッチング周波数切換スイッチ、ＳＬ電源線。

Claims

電源線と負荷の間に接続された半導体素子回路を制御ユニットでスイッチング制御して電力変換を行う半導体電力変換装置において、
半導体電力変換装置内の温度を検出する温度検出部と、
半導体電力変換装置内の湿度を検出する湿度検出部と、
湿り空気線図データを格納し、半導体電力変換装置内の湿度を検出された温度と湿度から前記湿り空気線図データに基づいて求まる湿度以下に下げるのに必要な温度上昇を演算し、演算結果に従って前記制御ユニットにスイッチング制御の周波数を上げさせる周波数切換信号を出力する演算処理部と、
を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置。
半導体電力変換装置内の電力変換制御のための制御電源をさらに備え、
前記演算処理部が、電力変換制御が行われていない時に、必要な温度上昇の演算結果に従って前記制御ユニットにスイッチング制御の周波数を上げさせる周波数切換信号を出力し、電流の流れていない前記半導体素子回路で通電率０のスイッチング周波数を上げたスイッチングが行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。
前記演算処理部が、前記温度検出部の温度が前記必要な温度上昇を達成した時点で周波数切換信号を止めることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体電力変換装置。
半導体素子回路を制御ユニットでスイッチング制御して電力変換を行う半導体電力変換装置において、センサにより検出された半導体電力変換装置内の温度と湿度から湿り空気線図データに基づいて求まる湿度以下に下げるのに必要な温度上昇を演算し、演算結果に従って制御ユニットに半導体素子回路へのスイッチング制御の周波数を上げさせることを特徴とする半導体電力変換装置の湿度管理方法。