JP2015035894A - 電力変換装置および電力変換装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
モータが力行状態、回生状態のいずれであるかにかかわらず、電源の欠相を検出することのできる電力変換装置を提供する。
【解決手段】
インバータ装置の欠相を検出するインバータ欠相検出部と、電源回生コンバータ装置の欠相を検出する電源回生コンバータ欠相検出部と、前記インバータ装置を流れる電流を検出するインバータ電流検出部と、前記電源回生コンバータ装置を流れる電流を検出する電源回生コンバータ電流検出部と、電動機の運転状態に基づき前記インバータ欠相検出部と前記電源回生コンバータ装置とを切り替える欠相検出切替部と、を備える電力変換装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力変換装置および電力変換装置の制御方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００４−２３８７８号公報（特許文献１）がある。「３相全波整流された検出電圧と予め定められた低電圧レベルと比較し、検出電圧が低電圧レベルを下回ったとき低電圧検出信号を出力する低電圧検出手段を備え、予め定められた時間内に予め定められた回数より多くの低電圧検出信号が発生した場合、電源の欠相と判断することにより、力行、回生に拘らず電源の欠相を検出できる」と記載されている。

図５は従来例である特許文献１にて開示された図である。３相交流電源１から出力された３相の交流電圧Ｒ、Ｓ、Ｔは３相全波整流回路２で全波整流されて直流電圧Ｐ、Ｎが得られる。直流電圧Ｐ、Ｎは絶縁回路３で絶縁後、検出電圧ＶＡＣにレベル変換される。検出電圧ＶＡＣは比較器４で低電圧レベルＵＶＬと比較され、ＶＡＣがＵＶＬ以下のときにハイレベルとなる低電圧検出信号ＵＶＳが出力される。この低電圧検出信号ＵＶＳはＣＰＵ５に汎用ポートＰ１より入力され、欠相検出処理が実行される（要約参照）。

特開２００４−２３８７８号

特許文献１に示される技術では、３相全波整流された直流電圧にノイズが混入した場合は欠相と誤検出してしまう問題がある。そのため絶縁トランスや高精度なフォトカプラが必要となりコストが高くならざるを得ないという問題がある。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、モータが力行状態、回生状態に関わらず正確に欠相を検出し、安全に運転を継続できる電力変換装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、インバータ装置の欠相を検出するインバータ欠相検出部と、電源回生コンバータ装置の欠相を検出する電源回生コンバータ欠相検出部と、前記インバータ装置を流れる電流を検出するインバータ電流検出部と、前記電源回生コンバータ装置を流れる電流を検出する電源回生コンバータ電流検出部と、電動機の運転状態に基づき前記インバータ欠相検出部と前記電源回生コンバータ装置とを切り替える欠相検出切替部と、を有する。

電力変換装置において欠相が起きた場合でも力行、回生に関わらず欠相を検出し、安全に運転を継続できる電力変換装置を提供することができる。

本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置の構成図の例である。 本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置の構成図の例である。 本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置の欠相検出切替・判定部のフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置の欠相検出切替・判定部のフローチャートである。 従来例の構成図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例として図１および図３を用いて説明する。

図１は本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置の構成図の例、図３は本発明の第一の実施形態に係る電力変換装置の欠相検出切替・判定部５で行う切替判定のフローチャートである。

図１の電力変換装置は、インバータ装置４００と電源回生コンバータ装置２００と、交流リアクトル３００と、を備えて構成される。

インバータ装置４００は、順変換部１１と、直流電流検出部１２と、電解コンデンサ１６と、逆変換部１７と、インバータ欠相検出部１４と、インバータ制御部１３と、を有する。

また、電源回生コンバータ２００は、コンバータ制御部３と、コンバータ欠相検出部４と、欠相検出切替・判定部５と、電解コンデンサ６と、直流母線ＰＮ間電圧検出回路７と、電源電圧検出回路８と、を有する。

次に、電源回生コンバータ装置２００とインバータ装置４００との接続構成および動作について、図１を用いて説明する。

インバータ装置４００の逆変換部１７の交流出力とモータ５００を接続し、インバータ装置４００の直流側と電源回生コンバータ装置２００の逆変換部１の直流側を接続している。電源回生コンバータ装置２００の逆変換部１の交流側には、電流の抑制と電圧協調用の交流リアクトル３００が接続されている。インバータ装置４００の直流母線の間に電解コンデンサ１６が接続され、電源回生コンバータ装置２００の直流母線Ｐ、Ｎにも電解コンデンサ６が接続されている。インバータ装置４００の順変換部１１の交流側は、商用電源１００に接続されている。

モータが力行状態の場合、商用電源１００の電源周波数をインバータ装置４００で設定した周波数に変換しモータ５００を駆動する。モータ５００が回生状態になると、コンバータ制御部３に、電源電圧検出回路２で検出した電圧値と電圧検出回路５で検出した電圧値とが入力され、その電圧値の差分が閾値を超えていれば、スイッチング制御部３により逆変換部１のスイッチング素子のゲート動作を制御して、回生電力を商用電源１００に供給する。そのため、電源回生コンバータ装置２００はモータが回生時のみ運転する装置となる。

図３は、欠相検出切替・判定部５で行う切替判定のフローチャートである。電力変換装置がコンバータ運転をしている場合（回生状態）は、スイッチをコンバータ欠相検出部４と接続するように設定し、コンバータ運転をしていない場合（力行状態）は、スイッチをインバータ欠相検出部１４と接続するように設定する。

ここで、スイッチ切り替えの具体的な動作について以下で説明する。

モータ５００が力行状態の場合は、インバータ装置４００が運転し電源回生コンバータ装置２００は運転していない。回生状態から力行状態に変更されるとインバータ装置２００が運転状態になるため、インバータ装置４００の運転信号がインバータ制御部１３から欠相検出切替判定部３に伝わり、欠相検出切替判定部５がスイッチをインバータ欠相検出部１４に切り替え、インバータ欠相検出部１４が有効になる。このとき、直流電流検出部１２で検出した電流値がインバータ欠相検出部１４に入力され、インバータ欠相検出部１４では入力された直流電流の最大値と最小値の差から電源欠相を検出する。

モータ５００が回生状態の場合、電源回生コンバータ装置２００が運転しインバータ装置４００は運転していない。力行状態から回生状態に変更されると電源回生コンバータ装置２００が運転状態になるため、電源回生コンバータ装置２００の運転信号がコンバータ制御部３から欠相検出切替判定部３に伝わり、欠相検出切替判定部５がスイッチをコンバータ欠相検出部４に切り替え、コンバータ欠相検出部４が有効になる。

コンバータ制御部３が逆変換部１の各相の上下スイッチング素子を制御し、モータ５００からの回生電力を商用電源１００に返す。電流検出部２で検出した回生電流値はコンバータ欠相検出部４に入力される。また、電流検出部２では、３相の電流を検出してもよいし、２相の電流を検出し残りの１相の電流値は計算により算出してもよい。この場合は、電流検出部２、１２ａは２相分のみ検出しているので、小型化および安価を実現できる。

コンバータ欠相検出部４では、３相それぞれの電流値の実行値を算出する。その結果より電流不平衡率が閾値以上の場合は、コンバータ欠相検出部４が欠相状態であると判断する。コンバータ欠相検出部４では、さらに３相それぞれの電流値の実行値の算出結果からどの相が欠相しているかを判断することができる。コンバータ欠相検出部４で判断した欠相情報をコンバータ欠相検出部４からコンバータ制御部３とインバータ制御部１３とに送ることにより、欠相した相のスイッチング素子を停止させ、かつインバータ装置４００からの出力周波数を下げてモータ５００からの回生エネルギーを小さくし、運転を継続する。

図２は本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置の構成図の例、図３は本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置の欠相検出切替・判定部５ａで行う切替判定のフローチャートである。

図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図２に記載の電力変換装置４００において、図１と違う点は、インバータ欠相検出部１４aが順変換部１１の商用電源１００側と接続され、電流波形からインバータ装置４００が欠相を検出する、また、欠相検出切替判定部５ａの機能をインバータ装置４００が有している点である。インバータ装置４００が力行または回生かの情報をインバータ制御部１３から欠相検出切替・判定部５aに入力する。モータ５００が力行の場合は、欠相検出切替・判定部５aがインバータ欠相検出部１４aにスイッチを切り替え、インバータ欠相検出部１４aで欠相を検出する。またモータ５００が回生の場合は、欠相検出切替・判定部５aがコンバータ欠相検出部４にスイッチを切り替え、コンバータ欠相検出部４で欠相を検出する。

図４は、本発明の第二の実施形態に係る電力変換装置の欠相検出切替・判定部５aのフローチャートである。電力変換装置がインバータ運転をしている場合（力行状態）は、スイッチをインバータ欠相検出部１４ａと接続するように設定し、インバータ運転をしていない場合（回生状態）は、スイッチをコンバータ欠相検出部４と接続するように設定する。

またコンバータ欠相検出部４、インバータ欠相検出部１４aでは、それぞれ電流検出部２、電流検出部１２aで検出した３相の電流値の実行値を算出する。このとき、電流検出部２、電流検出部１２aでは、３相の電流ではなく、２相の電流を検出し残りの１相の電流値は算出したものでもよい。この場合は、電流検出部２、１２ａは２相分のみ検出しているので、小型化および安価を実現できる。

コンバータ欠相検出部４またはインバータ欠相検出部１４aは、算出した電流値の電流不平衡率が閾値以上の場合は欠相状態であると判断する。コンバータ欠相検出部４ではさらに３相の電流値の実行値の算出結果からどの相が欠相しているか判断することができる。コンバータ欠相検出部４、インバータ欠相検出部１４aで判断した欠相情報を、コンバータ欠相検出部４からコンバータ制御部３とインバータ制御部１３とに送ることにより、欠相した相のスイッチング素子を停止させ、かつインバータ装置４００からの出力周波数を下げることによって、モータからの回生エネルギーを小さくし、運転を継続することができる。

なお、本発明では上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ず説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部について、他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 逆変換部
２ 電流検出部
３ コンバータ制御部
４ コンバータ欠相検出部
５ 欠相検出切替・判定部
５a 欠相検出切替・判定部
６ 電解コンデンサ部
７ 直流母線PN間電圧検出回路
８ 電源電圧検出回路
１１ 順変換部
１２ 電流検出部
１２a 電流検出部
１３ インバータ制御部
１４ インバータ欠相検出部
１４a インバータ欠相検出部
１６ 電解コンデンサ部
１７ 逆変換部
１００ 商用電源
２００ 電源回生コンバータ装置
３００ 交流リアクトル部
４００ インバータ装置
５００ モータ

Claims (10)

1. インバータ装置の欠相を検出するインバータ欠相検出部と、
   電源回生コンバータ装置の欠相を検出する電源回生コンバータ欠相検出部と、
   前記インバータ装置を流れる電流を検出するインバータ電流検出部と、
   前記電源回生コンバータ装置を流れる電流を検出する電源回生コンバータ電流検出部と、
   電動機の運転状態に基づき前記インバータ欠相検出部と前記電源回生コンバータ装置とを切り替える欠相検出切替部と、を備える電力変換装置。
2. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記インバータ欠相検出部または前記電源回生コンバータ欠相検出部では、該電動機の運転状態に基づき前記インバータ電流検出部にて検出された電流または前記電源回生コンバータ装置にて検出された電流の何れかを用いて欠相判定を行うことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   該電動機の運転状態とは、力行状態または回生状態のいずれかであることを特徴とする
   電力変換装置。
4. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記インバータ欠相検出部または前記電源回生コンバータ欠相検出部は、前記インバータ電流検出部または前記電源回生コンバータ電流検出部にて検出した電流が直流電流である場合は電流値の最大値と最小値との差に基づいて欠相判定を行い、交流電流である場合は交流電流の不均衡率に基づいて欠相判定を行うことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記インバータ欠相検出部または前記電源回生コンバータ欠相検出部にて欠相状態であると判定した場合に、該欠相状態であると判定された相のスイッチング素子を停止させることを特徴とする電力変換装置。
6. インバータ装置の欠相を検出するインバータ欠相検出工程と、
   電源回生コンバータ装置の欠相を検出する電源回生コンバータ欠相検出工程と、
   前記インバータ装置を流れる電流を検出するインバータ電流検出工程と、
   前記電源回生コンバータ装置を流れる電流を検出する電源回生コンバータ電流検出工程と、
   電動機の運転状態に基づき前記インバータ欠相検出工程と前記電源回生コンバータ工程とを切り替える欠相検出切替工程と、
   を備える電力変換装置の制御方法。
7. 請求項６記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記インバータ欠相検出工程または前記電源回生コンバータ欠相検出工程では、該電動機の運転状態に基づき前記インバータ電流検出工程にて検出された電流または前記電源回生コンバータ工程にて検出された電流の何れかを用いて欠相判定を行うことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
8. 請求項６記載の電力変換装置の制御方法であって、
   該電動機の運転状態とは、力行状態または回生状態のいずれかであることを特徴とする
   電力変換装置の制御方法。
9. 請求項６記載の電力変換装置の制御方法であって、
   前記インバータ欠相検出工程または前記電源回生コンバータ欠相検出工程では、前記インバータ電流検出工程または前記電源回生コンバータ電流検出工程にて検出した電流が直流電流である場合は電流値の最大値と最小値との差に基づいて欠相判定を行い、交流電流である場合は交流電流の不均衡率に基づいて欠相判定を行うことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
10. 請求項６記載の電力変換装置の制御方法であって、
    前記インバータ欠相検出工程または前記電源回生コンバータ欠相検出工程にて欠相状態であると判定した場合に、該欠相状態であると判定された相のスイッチング素子を停止させることを特徴とする電力変換装置の制御方法。

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